DE20002223U1 - Magnetventil und Steuerkreis für gasbeheizten Heißwasserbereiter - Google Patents

Description

Magnetventil und Steuerkreis fur gasbeheizten Heißwasserbereiter

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil und einen Steuerkreis für gasbeheizten Heißwasserbereiter, wobei das Magnetventil stufenweise und stromsparend geöffnet und mit einem noch kleineren Strom im geöffneten Zustand gehalten werden kann, wodurch die Lebensdauer der Batterie verlängert wird.

Beim herkömmlichen Magnetventil für gasbeheizten Heißwasserbereiter sorgt eine Batterie für Stromversorgung. Da die Spannung der Batterie sehr niedrig ist (1.5 V - 3 V) , kann sich kein großer Anziehungsweg ergeben, so daß der Öffhungsgrad des Ventils klein ist. Um einen größeren Öffhungsgrad zu erreichen, muß die Spule einen größeren Drahtdurchmesser aufweisen und auf einiges Ohm (3 &OHgr; -7 &OHgr;) reduziert werden. Dadurch muß die Batterie einen Strom von fast 800 mA ausliefern, wenn das Magnetventil mit einer Spannung von 3 V beaufschlagen werden soll. Eine lange Auslieferung dieses großen Stroms entleert die Batterie schnell, so daß die Batterie öfter gewechselt werden muß.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurde ein Magnetventil entwickelt, bei dem der große Strom nur momentan (0.5 Sekunde) ausgeliefert wird und der geöffnete Zustand durch einen kleinen Strom (10 mA) aufrechterhalten wird. Figur 6 zeigt den Aufbau dieses Magnetventils. Im becherförmigen Magnet (1) ist eine Anzugsspule (SVl) mit kleinerem elektrischem Widerstand und größerem Stromverbrauch vorgesehen. Die Anzugsspule (SVl) ist von einer Haltespule (SV2) mit größerem elektrischem Widerstand und kleinerem Stromverbrauch umschlossen. Ein feststehender Kern (2) ist im Endbereich der Bohrung der Spulen angeordnet und hat mit einem beweglichen Kern (3) im nicht bestromten Zustand einen Abstand, der einen großen Anziehungsweg definiert. Das vordere Ende des beweglichen Kerns (3) ragt aus dem Magnet (1) heraus und ist mit einem Dichtelement (4) versehen, das mittels der Feder (5) den Ventilsitz abdichtet.

Nach der Einschaltung des Heißwasserbereiters fließt ein großer Strom durch die Anzugsspule (SVl), wodurch der bewegliche Kern (3) die Druckkraft der Feder (5) überwindet und das Dichtelement (4) vom

Ventilsitz wegbewegt, so daß der bewegliche Kern mit dem feststehenden Kern in Kontakt tritt. Dabei wird die Haltespule (SV2) mit einem kleinen Strom versorgt. Sobald die Bestromung der Anzugsspule (SVl) unterbrochen wird (ca. 0.5 Sekunde), werden der bewegliche Kern (3) und der feststehende Kern (2) durch den kleinen Strom der Haltespule (2) in Kontakt geblieben, so daß der geöffnete Zustand durch einen kleinen Strom aufrechterhalten werden kann.

Dieses Magnetventil kann zwar das Problem mit dem hohen Stromverbrauch lösen, weist jedoch einige Nachteile auf. Da nach der Einschaltung des Heißwasserbereiters der Ventilsitz direkt vom Dichtelement freigegeben wird, fließt das Gas momentan in großer Menge aus, so daß die Zündung schwer und explosionsartig ist, was eine hohe Gefahr hat. Außerdem ist der momentane Strom für die Anzugsspule immer noch groß, so daß keine wesentliche Verlängerung der Lebensdauer der Batterie erzielt werden kann. Aus diesem Grund hat der Erfinder in Anbetracht der Nachteile herkömmlicher Lösungen nach langem Studium, zahlreichen Versuchen und unentwegten Verbesserungen die vorliegende Erfindung entwickelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil und einen Steuerkreis für gasbeheizten Heißwasserbereiter zu schaffen, indem zwei Stufen Dichtelemente vorgesehen sind, wobei das kleine Dichtelement durch einen kleinen Strom eine kleine Öffnung freigibt und dieser geöffnete Zustand durch einen noch kleineren Strom aufrechterhalten wird, bis das durch diese Öffnung ausfließende Gas gezündet wird, wodurch eine leichte und sichere Zündung sowie eine Stromeinsparung erzielt werden.

Der Erfindung liegt eine weitere Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil und einen Steuerkreis fur gasbeheizten Heißwasserbereiter zu schaffen, wobei sich die Freigabe des Ventilsitzes nicht durch einen großen Strom aus der Batterie sondern durch die Entladung eines Hochspannungskondensators (ca. 12V) ergibt,, der durch den Spannungsanstieg bei Schwingung aufgeladen und durch ein Ansteuersignal entladen wird, wodurch der Ventilsitz freigegeben wird. Dieser geöffnete Zustand wird durch einen sehr kleinen Strom aufrechterhalten. Da der Stromverbrauch des Spannungsanstiegs bei Schwingung etwa 1/10 des Stromverbrauches bei

der direkten Versorgung der Anzugsspule ist, ist die stromsparende Wirkung sehr deutlich, so daß eine wesentliche Verlängerung der Lebensdauer der Batterie erzielt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefugten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 Eine Schnittdarstellung der Erfindung beim nicht bestromten

Zustand,
Figur 2 eine Schnittdarstellung der Erfindung, wobei das kleine

erststufige Dichtelement wegbewegt wird,
Figur 3 eine Schnittdarstellung der Erfindung, wobei das große

zweitstufige Dichtelement wegbewegt wird,
Figur 4 ein Schaltplan des Steuerkreises der Erfindung,
Figur 5 ein Schaltplan des Steuerkreises eines weiteren

Ausfuhrungsbeispiels,
Figur 6 eine Schnittdarstellung der herkömmlichen Lösung.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, umfaßt die Erfindung einen Anzugsmagnet (11) mit einer Anzugsspule (12) und einen Haltemagnet (13) mit einer Haltespule (14), die hintereinander angeordnet sind. Im Endbereich der Bohrung der Spulen ist ein feststehender Anzugskern (15) bzw. Haltekern (16) vorgesehen. Ein beweglicher Anzugskern (17) weist am vorderen Ende (18) zwei Stufen Dichtelemente auf, die mittels der Federn (21), (22) den Ventilsitz abdichten können, und hat am anderen Ende (23) mit dem feststehenden Anzugskern (15) einen Abstand (L+), der einen großen Anziehungsweg definiert. Aus dem hinteren Ende des beweglichen Anzugskerns (17) ragt ein Ventilstößel (24) heraus, der nicht magnetleitfähig ist, sich durch die Bohrung des feststehenden Anzugskerns (15) erstreckt und mit dem beweglichen Haltekern (25) verbunden ist, so daß der Abstand L zwischen dem beweglichen Haltekern (25) und dem feststehenden Haltekern (16) etwas kleiner als der Abstand L+ zwischen dem beweglichen Anzugskern (17) und dem feststehenden Anzugskern (15) ist. Ein abgestufter kleiner Haltekern (26) ragt mittels einer kleinen Feder (27) mit der Länge L-/, die einen zweitgroßen Anziehungsweg definiert, aus dem feststehenden Haltekern (16) herausragt, so daß zwischen dem kleinen Haltekern (26) und dem beweglichen Haltekern (25) ein Abstand / vorliegt, der einen kleinen

Anziehungsweg definiert.

Die obengenannte Lage der Bauteile handelt sich um eine Ruhestellung, d.h. das Magnetventil ist noch nicht bestromt und der Vertilsitz ist abgedichtet.

Wie aus Figur 2 ersichtlich, fließt nach Einschaltung des Heißwasserbereiters ein kleinerer Strom durch die Anzugsspule (12) und die Haltespule (14) des erfindungsgemäßen Magnetventils, wodurch der bewegliche Anzugskera (17) nur um einen kleinen Weg bewegt wird, so daß die schwache erststufige Feder (21) am vorderen Ende (18) gedrückt wird und das kleine erststufige Dichtelement (19) von der Öffnung wegbewegt wird. Dabei wird der Ventilstößel (24) mitgefühlt und nach rechts um einen kleinen Abstand / bewegt, so daß der bewegliche Haltekern (25) mit dem abgestuften kleinen Haltekern (26) in Kontakt tritt. Sobald diese Bestromung unterbrochen wird, werden der bewegliche Haltekern (25) und der abgestufte kleine Haltekern (26) durch eine Magnetkraft, die durch einen noch kleineren Strom der Haltespule (14) erzeugt wird, in Kontakt geblieben, bis das Gas, das in kleiner Menge durch die vom kleinen erststufigen Dichtelement freigegebene Öffnung (19) ausfließt, entzündet wird.

Figur 3 und 4 zeigen, wie das große zweitstufige Dichtelement (20) nach der Entzündung des Gases, das in kleiner Menge durch die vom Dichtelement (19) freigegeben Öffnung ausfließt, stromsparend wegbewegt wird. Vor der Entzündung des genannten Gases wird die Anzugsschaltung, die durch den Spannungsanstieg bei Schwingung eine Aufladung bewirken kann, bereits in Betrieb gesetzt. Hierbei wird der Hochspannungskondensator (C2) bis auf ein vorbestimmtes hohes Potential aufgeladen. Sobald die Funken- oder

Flammendetektorschaltung (F) ein Flammensignal detektiert, gibt sie ein Ansteuersignal an den Widerstand (R3) und den Ansteuertransistor (Q4) aus, so daß der Ansteuertransistor (Q4) ausgeschaltet und der Entladungstransistor (Q3) eingeschaltet wird, wodurch der große Strom im Hochspannungskondensator momentan durch die Anzugsspule (12) fließt. Das Ansteuersignal schaltet andererseits über eine Diode den Schwingtransistor (Q2) aus, um eine Wiederaufladung des Hochspannungskondensators (C2) zu verhindern, so daß ein unnötiger

Stromverbrauch vermieden wird.

Die Anzugsspule (12) wird durch die momentane Entladung des Hochspannungskondensators (C2) erregt, wodurch der bewegliche Anzugskern (17) angezogen wird, so daß die starke zweitstufige Feder (21) gedrückt wird und das große zweitstufige Dichtelement (20) um einen großen Weg vom Ventilsitz wegbewegt wird. Dabei wird der bewegliche Haltekera (25) vom Ventilstößel (24) mitgeführt und drückt somit den abgestuften kleinen Haltekera (26) in die Bohrung des feststehenden Haltekerns (16) hinein, so daß der bewegliche Haltekem (25) mit dem feststehenden Haltekera (16) in Kontakt tritt. Nach dem Abfall des Potentials des Hochspannungskondensators (C2) werden der bewegliche Haltekem (25) und der feststehende Haltekem (16) durch eine Magnetkraft, die durch die Haltespule (14) erzeugt wird, in Kontakt geblieben, bis der Heißwasserbereiter ausgeschaltet wird.

Die Hochspannungsentzündungsschaltung (SP), die

Flammendetektorschaltung (F), die Zeitschaltung (T), die Niederspannungsantriebsschaltung (LV) und die

Niederstromhalteschaltung (HLC) des erfindungsgemäßen Steuerkreises handeln sich um bekannte Technik. Daher werden sie hier nicht detalliert beschrieben und nur in Block dargestellt. Der Gegenstand der Erfindung ist nur eine Anzugsschaltung der obengenannten Art, die eine primäre Schwingschaltung enthält, die aus einer Schwingspule (Tl), einem mit der Primärspule der Schwingspule parallelgeschalteten Rückkopplungskondensator (Cl), einem Schwingtransistor (Q2) und einem Widerstand (Rl) besteht. Der Transistor (Ql) dient als Schalter dieser Schwingschaltung. Die Sekundärspule der Schwingspule (Tl) ist an eine Diode (Dl) angeschlossen, die den Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt und den Gleichstrom zum Hochspannungskondensator (C2) fuhrt. Sobald die Zener-Diode zum Detektieren der vorbestimmten Spannung beim Hochspannungskondensator (C2) diese Spannung detektiert, schaltet sie über den Widerstand (R4) den Transistor (Ql) aus, so daß die Swingschaltung außer Betrieb gesetzt wird. Der Entladungstransistor (Q3) wird durch die Ausschaltung des Ansteuertransistors (Q4) eingeschaltet, so daß der im Hochspannungskondensator (C2) aufgeladene Strom momentan durch die Anzugsspule (12) fließt, wodurch der Ventilsitz freigegeben wird. Da der

Aufladestrom der Anzugsschaltung nur einige 10 mA beträgt, wird nur ein kleiner Batteriestrom verbraucht.

Figur 5 zeigt ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuerkreises, wobei die Schwingspule durch einen Induktor ersetzt wird, wodurch ein Spannungsanstieg durch die Sekundärspule nicht erforderlich ist.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die Erfindung eine Stromeinsparung und eine sichere Entzündung erreicht hat. Die vorstehende Beschreibung stellt nur die bevorzugten Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht als Definition der Grenzen und des Bereiches der Erfindung dienen. Alle gleichwertige Änderungen und Modifikationen der folgenden Patentansprüche gehören zum Schutzbereich dieser Erfindung.

Magnetventil und Steuerkreis für gasbeheizten Heißwasserbereiter, insbesondere einen mit Batterie betriebenen Heißwasserbereiter, wobei das Magnetventil einen Anzugsmagnet mit einer Anzugspule und einen Haltemagnet mit einer Haltespule, die hintereinander angeordnet sind, sowie zwei Stufen Dichtelemente umfaßt, wodurch der Anzugsmagnet und die Anzugsspule durch einen kleinen Strom um einen kleinen Weg angezogen werden können, so daß das erststufige Dichtelement wegbewegt wird, und dieser geöffnete Zustand durch den Haltemagnet und die Haltespule aufrechterhalten wird. Durch die Swingschaltung des Steuerkreises wird ein Hochspannungskondensator aufgeladen, der durch ein Ansteuersignal entladen wird, wodurch der Strom durch den Anzugsmagnet und die Anzugsspule fließt, so daß das zweitstufige Dichtelement um einen großen Weg wegbewegt wird, wobei dieser geöffnete Zustand durch den Haltemagnet und die Haltespule mit einem sehr kleinen Strom aufrechterhalten wird.

Claims (3)

1. Magnetventil und Steuerkreis für gasbeheizten Heißwasserbereiter, wobei das Magnetventil einen Anzugsmagnet (11) mit einer Anzugsspule (12) und einen Haltemagnet (13) mit einer Haltespule (14) umfaßt, die hintereinander angeordnet sind, und im Endbereich der Bohrung der Spulen ein feststehender Anzugskern (15) bzw. Haltekern (16) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein beweglicher Anzugskern (17) am vorderen Ende (18) zwei Stufen Dichtelemente aufweist, die mittels der Federn (21), (22) den Ventilsitz abdichten können, und am anderen Ende (23) im nicht bestromten Zustand mit dem feststehenden Anzugskern (15) einen Abstand (L+) hat, der einen großen Anziehungsweg definiert, wobei aus dem hinteren Ende des beweglichen Anzugskerns (17) ein Ventilstößel (24) herausragt, der nicht magnetleitfähig ist, sich durch die Bohrung des feststehenden Anzugskerns (15) erstreckt und mit dem beweglichen Haltekern (25) verbunden ist, so daß der Abstand L zwischen dem beweglichen Haltekern (25) und dem feststehenden Haltekern (16) etwas kleiner als der Abstand L+ zwischen dem beweglichen Anzugskern (17) und dem feststehenden Anzugskern (15) ist, und ein abgestufter kleiner Haltekern (26) mittels einer kleinen Feder (27) mit der Länge L-l, die einen zweitgroßen Anziehungsweg definiert, aus dem feststehenden Haltekern (16) herausragt, so daß zwischen dem kleinen Haltekern (26) und dem beweglichen Haltekern (25) ein Abstand L vorliegt, der einen kleinen Anziehungsweg definiert.

2. Magnetventil und Steuerkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis eine Hochspannungsentzündungsschaltung (SP), eine Funkendetektorschaltung (SPS), eine Flammendetektorschaltung (F), eine Zeitschaltung (T), eine Niederspannungsantriebsschaltung (LV) eine Niederstromhalteschaltung (HLC) und eine Anzugsschaltung umfaßt, wobei die Anzugsschaltung eine primäre Schwingschaltung enthält, die aus einer Schwingspule (T1), einem mit der Primärspule der Schwingspule parallelgeschalteten Kondensator (C1), einem Transistor (Q2) und einem Widerstand (R1) besteht, die Sekundärspule der Schwingspule (T1) an eine Diode (D1) angeschlossen ist, die den Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt und den Gleichstrom zum Hochspannungskondensator (C2) führt, eine Zener-Diode zum Detektieren der vorbestimmten Spannung beim Hochspannungskondensator (C2) diese Spannung detektiert und über den Widerstand (R4) den Transistor (Q1) ausschaltet, so daß die Swingschaltung außer Betrieb gesetzt wird, und die Entladungstransistor (Q3) durch die Ausschaltung des Ansteuertransistors (Q4) eingeschaltet wird, was durch ein Ansteuersignal aus dem Funkendetektorschaltung (SPS) oder Flammendetektorschaltung (F) ausgelöst wird, so daß der im Hochspannungskondensator (C2) aufgeladene Strom momentan durch die Anzugsspule (12) fließt, wodurch das große Dichtelement wegbewegt wird, wobei das Ansteuersignal andererseits über die Diode (D2) und den Widerstand (R5) den Transistor (Q1) und somit den Schwingtransistor (Q2) ausschaltet, um eine Wiederaufladung des Hochspannungskondensators (C2) zu verhindern, was durch eine Detektion der Niederspannung beim Kondensator von der Zener-Diode ausgelöst wird, so daß ein unnötiger Stromverbrauch vermieden wird.

3. Magnetventil und Steuerkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingspule (T1) durch einen Induktor ersetzt wird, wodurch der gleiche Zweck erreicht werden kann.