DE3730940A1 - Vorrichtung zur anzeige der stellung des kolbens eines ventils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige der Stellung des Kolbens eines Ventils, insbesondere eines vorgesteuerten Wegeventils.

Zur Stellungsanzeige des Kolbens bei insbesondere vorgesteuerten Ventilen werden eigenständige Komponenten verwendet, wie z.B. Endschalter, induktive oder kapazitive Näherungsschalter oder potentiometrische Aufnehmer mit nachgeschalteter Elektronik.

Diese Methoden und Vorrichtungen zur Anzeige der Kolbenstellung eines Ventils sind sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß mit geringem Materialauf­ wand und Platzbedarf eine Stellungsanzeige des Kolbens eines Ventils ermöglicht wird.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß im Ventil ein Hall-Sensor ortsfest eingebaut und am Kolben ein mit dem Hall-Sensor zusammenwirkender Permanentmagnet angebracht ist.

Der Hall-Sensor und die ihm nachgeschaltete Auswerteelektronik sind vorzugsweise in einem plattenförmigen Element untergebracht, das in Gestalt einer Zwischenplatte zwischen dem Ventil und seiner Vorsteuerung eingebaut ist.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch ein Ventil mit einem ortsfesten Hall-Sensor und einem mit dem Ventilkolben beweglichen Permanentmagneten zeigt.

Fig. 2 zeigt schmatisch eine Schaltung zur Auswertung des Ausgangs­ signales des Hall-Sensors.

Fig. 3a und 3b zeigen den Zusammenhang zwischen der Stellung des Ventil­ kolbens und dem ausgewerteten Hall-Sensorsignal.

Fig. 1 zeigt schematisch ein vorgesteuertes Ventil 10 mit einem Gehäuse 12, auf das eine an sich bekannte Vorsteuerung 14 aufgesetzt und mit dem Ventilgehäuse geeignet verbunden z.B. verschraubt ist. Auf der Vor­ steuerung 14 sitzt ein mit ihr funktionell gekoppelter Elektromagnet 16 mit entsprechenden, nicht näher bezeichneten Anschlüssen.

In einer Bohrung 20 des Ventilgehäuses 12 ist ein Ventilkolben 18 axial verschiebbar und von einer Schaltstellung in eine andere Schaltstellung und zurück umschaltbar. Der Ventilkolben ist mittels einer Dichtung 22 gegen die Wand der Bohrung 20 abgedichtet.

Zwischen dem Gehäuse 12 und der Vorsteuerung 14 ist eine Zwischenplatte 26 eingebaut, die z.B. mittels nicht dargestellter Schrauben mit dem Gehäuse 12 oder der Vorsteuerung 14 verbunden ist. Die Zwischenplatte 26 ist mit einem Hall-Sensor versehen, der in die Zwischenplatte 26 integriert eingesetzt ist, vorzugsweise symmetrisch zur Mittelachse 58 des Gehäuses 12 und dem in der Zeichnung dargestellten Ende des Ventilkolbens 18 gegenüberliegend.

Am Ventilkolben 18, zweckmäßigerweise an seiner dem Hallgenerator 28 gegen­ überliegenden Stirnfläche ist ein Permanentmagnet 24 angebracht, vorzugs­ weise ebenfalls symmetrisch zur Mittelachse 58.

Der Hall-Sensor 28 ist somit im Ventil 10 ortsfest eingebaut, während der Permanentmagnet 24 mit dem Ventilkolben 18 beweglich ist.

In der Zwischenplatte 26 sind weitere Bauelemente 30 untergebracht, welche die dem Hall-Sensor 28 nachgeschaltete Auswerteelektronik bilden, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.

Die Zwischenplatte 26 ist mit einem Anschluß 32 für die Zufuhr von Energie und die Abgabe der Ausgangssignale des Hall-Sensors versehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen.

Um eine sichere Aussage bezüglich der Schaltstellung des Ventilkolbens insbesondere bei vorgesteuerten Ventilen zu erhalten, wird die Kolben­ stellung selbst gemessen, unter Verwendung des beschriebenen Hall- Sensors und des Permanentmagneten.

Im Verlauf der Bewegung des Ventilkolbens 18 ändert sich der Abstand des Permanentmagneten 24 vom Hall-Sensor 28. In der in Fig. 1 darge­ stellten unteren Endstellung des Ventilkolbens 18 erreicht der Ab­ stand zwischen dem Permanentmagneten 24 und dem Hallsensor 28 ein Maximum, während dieser Abstand in der oberen Endstellung oder oberen Schaltstellung des Ventilkolbens 18 ein Minimum erreicht.

Die Ausgangsspannung des Hall-Sensors 28 ändert sich in Abhängigkeit vom Abstand zwischen ihm und dem fest mit dem Ventilkolben 18 verbundenen Permanentmagneten 24. (Ein Hall-Sensor ist ein Halbleiterelement, dessen Ausgangsspannung durch einen angelegten magnetischen Fluß veränderbar ist.)

Der Hall-Sensor 28 gibt somit ständig ein Ausgangs-Spannungssignal ab, das einen Höchstwert erreicht, wenn der Abstand zwischen dem Hall-Sensor 28 und dem Permanentmagneten 24 am kleinsten ist, und das seinen niedrigsten Wert erreicht, wenn der Abstand zwischen dem Hall-Sensor und dem Permanent­ magneten am größten ist.

In Fig. 2 ist schematisch eine Schaltung zur Auswertung des vom Hall- Sensor 28 abgegebenen Signales dargestellt.

Der Hall-Sensor 28 liegt an einer Konstantstromquelle 34, die ihrerseits über eine Leitung 50 an eine nicht-gezeigte Betriebsspannung angeschlossen ist.

Damit die Ausgangsspannung des Hall-Sensors 28 proportional zur magnetischen Flußdichte ist, muß der Sensor mit einer Konstantstromquelle gespeist werden, welche die Aufgabe hat, unabhängig von Netzschwankungen und thermischen Veränderungen den Hall-Sensor 28 konstant mit Strom zu versorgen.

Der Hall-Sensor 28 ist ferner über eine Leitung 52 an Masse 56 gelegt. Die relativ niedrige Ausgangsspannung des Hall-Sensors 28 wird durch einen mit ihm gekoppelten Verstärker 36 üblicher Bauart verstärkt.

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 36 ist an einen Eingang eines Komparators 38 gelegt, dessen anderer Eingang an eine Verbindungs­ leitung 60 zwischen zwei Widerständen 40 geschaltet ist, von denen der eine an die Leitung 50 und der andere an die Leitung 52 ange­ schlossen ist.

Die beiden Widerstände 40 dienen zur Einstellung des Arbeitspunktes des Komparators 38.

Das Ausgangssignal des Komparators 38 ist an ein Transistorelement 42, z.B. eine Open-Kollektorschaltung gelegt, die den leistungsschwachen Ausgang des Komparators 38 in einen für den Anwender geeigneten Aus­ gang umsetzt. Das Ausgangssignal des Transistorelementes 42 wird dann über eine Leitung 54 an eine externe Logik gelegt.

In der Leitung 50 liegt ein Spannungsregler 44, der eine interne konstante Be­ triebsspannung erzeugt, die unabhängig von äußeren Netzschwankungen ist.

Eine Schutzdiode 46 in der Leitung 50 dient dazu, bei einem etwaigen fehlerhaften Anschluß des Ventils eine Beschädigung der in der Zwischen­ platte 26 integrierten Auswerteelektronik zu verhindern.

Die zwischen die Leitungen 50 und 54 bzw. 54 und 52 geschalteten Schutz­ dioden 48 dienen zum Schutz gegen Störspitzen, die sonst ggf. über die Zufuhrleitungen in die Auswerteelektronik gelangen könnten.

Es wurde oben bereits ausgeführt, daß der Hall-Sensor 28 und damit der Verstärker 36 ständig ein Ausgangssignal abgeben, das zwischen einem Mindestwert und einem Höchstwert schwankt. Dieses Signal benutzt der Komparator 38 für die Angabe der beiden Endstellungen bzw. Schalt­ stellungen des Ventilkolbens 18.

In Fig. 3a ist über der Zeit t die Stellung des Ventilkolbens 18 dargestellt, wobei die Linien 62 die obere Stellung und die Linie 64 die untere Stellung des Ventilkolbens 18 angeben (bezogen auf Fig. 1), wobei, wie bereits ausgeführt, in der oberen Kolbenstellung der Ab­ stand zwischen dem Hall-Sensor und dem Permanentmagneten 24 am kleinsten und in der unteren Stellung des Kolbens dieser Abstand am größten ist.

Die gestrichelten Linien 66 und 68 bezeichnen die Umschaltpunkte des eine Hysterese aufweisenden Komparators 38.

Die Verbindungslinien 70 und 72 zwischen den Linien 62 und 64 stellen den Umschaltvorgang des Ventilkolbens 18 von der oberen Schaltstellung in die untere Schaltstellung und dann von der unteren Schaltstellung in die obere Schaltstellung dar.

Wird der Ventilkolben 18 von der oberen Schaltstellung 62 längs der Linie 70 in die untere Schaltstellung 64 umgeschaltet, so vergrößert sich der Abstand vom Hall-Sensor 28 zum Permanentmagneten 24, was zur Folge hat, daß das Ausgangssignal des Sensors und damit auch das Aus­ gangssignal des Verstärkers 36 abnimmt.

Der Komparator 38, der während sich der Kolben in seiner oberen Stellung befunden hat, das Signal "logisch 1" abgegeben hat, schaltet nun an einem vorgegebenen Punkt um, d.h. am Schnittpunkt zwischen der Linie 66 und der Linie 70 schaltet der Komparator 38 von "logisch 1" auf "logisch 0", wie in Fig. 3b dargestellt ist. Das heißt, mit dem Ausgang "logisch 1" des Komparators 38 wird die eine Schaltstellung, in diesem Fall die obere Schaltstellung angegeben, während mit dem Ausgang "logisch 0" die andere Schaltstellung des Ventilkolbens 18, d.h. in diesem Fall die untere Stellung angegeben wird.

Wie Fig. 3a zeigt, befindet sich nun der Ventilkolben 18 in seiner unteren Schaltstellung, die durch die Linie 64 angezeigt wird. Entsprechend der Ansteuerung des Ventils wird nun der Ventilkolben wieder umgeschaltet und er bewegt sich von seiner unteren Schaltstellung 64 längs der Linie 72 in seine obere Schaltstellung 62. Während dieser Bewegung nimmt der Abstand zwischen dem Permanentmagneten 24 und dem Hallsensor 28 ab, wodurch das Ausgangssignal des letzteren wieder ansteigt. Infolge der dem Komparator 38 eigenen Histerese schaltet dieser jedoch nicht sofort um, sondern erst dann, wenn der Ventilkolben 18 annähernd seinen oberen Endpunkt wieder erreicht hat, d.h. die Umschaltung des Komparators von "logisch 0" auf "logisch 1" erfolgt im Schnittpunkt der Linie 68 mit der Linie 72.

Die Schaltpunkte des Komparators 38, die durch diese vorgenannten Schnittpunkte in Fig. 3a dargestellt sind, sind vorgegeben und ab­ hängig von der Stärke der Hysterese des Komparators.

Der letztere gibt somit durch seine Ausgangssignale "logisch 0" oder "logisch 1" die beiden Schaltstellungen des Ventilkolbens 18 an.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Anzeige der Stellung des Kolbens eines Ventils, insbesondere eines vorgesteuerten Wegeventils, gekennzeichnet durch einen orstfest im Ventil eingebauten Hall-Sensor (28) sowie einen am beweglichen Ventilkolben (18) angebrachten, mit dem Hall-Sensor (28) zusammenwirkenden Permanentmagneten (24).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hall-Sensor (28) und die ihm nachgeschaltete Auswerteelektronik in einem plattenförmigen Element untergebracht sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Element in Form einer Zwischenplatte (26) zwischen dem Ventil (10) und seiner Vorsteuerung (14) eingebaut ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Hall-Sensors (28) nach Verstärkung mittels eines Verstärkers (36) an einen mit Hysterese versehenen Komparator (38) gelegt wird, dessen Ausgangssignale "logisch 0" bzw. "logisch 1" die beiden Schaltstellungen des Ventilkolbens (18) angeben.