DE3810154A1 - Elektromagnetventil mit dauermagnethaltung - Google Patents
Elektromagnetventil mit dauermagnethaltungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil zur Steuerung
von gasförmigen und/oder flüssigen Medien mit Dauermagnet
haltung in wenigstens einer Schaltstellung, bestehend aus
einem Fluidwege aufweisenden Sockel und aus einem damit ver
bundenen elektrischen Steuerteil mit einer elektrischen Spulen
einrichtung, einem in dieser angeordneten, Ventilkörperfunktionen
ausübenden Anker und einem einen äußeren Eisenkreis bildenden
Joch, wobei der Steuerteil zwecks Betätigung des Ankers
elektrisch beschaltet wird.
Derartige Magnetventile sind bekannt. So zeigt beispielsweise
die EP 1 01 527 ein Impulsmagnetventil, bei dem ein Dauerma
gnet für das Festhalten des als Ventilkörper ausgebildeten
Ankers in mindestens einer Schaltstellung sorgt und bei welchem
eine elektrische Spuleneinrichtung aus zwei gegenseitig überein
ander gewickelten, getrennt elektrisch aktivierbaren Wicklungen
für die eine oder andere Schaltstellung vorgesehen ist.
Es ist weiterhin bekannt, die Spuleneinrichtung eines
solchen Magnetventils mit nur einer Wicklung zu versehen.
Für die Rückführung des Ventilkörpers in die Ausgangslage
ist das Magnetfeld des die aktivierte Stellung des Ventil
körpers haltenden Dauermagneten kurzzeitig umzupolen, was
im Falle der Ausführung mit nur einer Spule durch eine
externe elektrische Pol-Umschaltsteuerung geschieht, die
einen umgekehrten Stromfluß durch die Spule ermöglicht.
Eine solche Funktionsweise wird als bistabil bezeichnet,
welcher Begriff das Merkmal beschreibt, das beide Schalt
positionen jeweils durch elektrische Beaufschlagung der
Spuleneinrichtung aktiviert werden müssen.
Der Aufwand an externer Steuerung zum Betreiben eines
solchen Magnetventils ist relativ groß und ist auch dann
zu leisten, wenn dieses durch handelsübliche speicher
programmierbare Steuerungen (SPS) angesteuert werden soll.
Des weiteren muß als nachteilig angesehen werden, daß der
Vorteil des geringen Leistungsbedarfs solcher Magnetven
tile mit Dauermagnethaltung nur zum Tragen kommt, wenn die
externe Steuerung für entsprechende Impulsabgabe einge
richtet ist, wobei eine Zweistellungs-Schaltung durch bi
stabile Betriebsweise möglich ist. Steht lediglich ein
Null-Eins-Signal für die Ansteuerung zur Verfügung, so
kommen dann nur monostabil betreibbare Magnetventile
in Betracht, d. h. solche, bei denen eine Ventilposition
bei vorhandenem Signal, die andere bei fehlendem Signal
eingenommen wird. Damit geht aber der Vorteil des geringen
Leistungsbedarfs der erstbeschriebenen Bauart unumgänglich
verloren.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Magnetventil mit Dauerma
gnethaltung zu schaffen, welches sowohl in monostabiler wie bi
stabiler Betriebsart zu arbeiten vermag, wobei in beiden Betriebs
arten ein leistungsarmer Betrieb ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem genannten
Elektromagnetventil eine Steuerschaltung zugeordnet ist, welche
einen ersten Schaltkreis für monostabile, und einen zweiten
Schaltkreis für bistabile Ventilfunktionen aufweist, wobei
Schaltmittel vorgesehen sind zur gegenseitigen Verriegelung
der Schaltkreise.
Die damit erzielbaren Vorteile bestehen neben der Erfüllung der
aufgabengemäßen Bedingungen darin, daß die unterschiedlichen
Gegebenheiten der infrage kommenden Steuerschaltungen durch eine
einheitliche Ventilausführung lediglich durch entsprechende
Anklemmung berücksichtigt werden können.
Der für die monostabile Betriebsweise vorgesehene erste Schalt
kreis weist einen mit der Spuleneinrichtung in Reihe geschalteten
Kondensator auf sowie elektronische Mittel, welche bei anliegendem
Steuersignal eine den Anzugstrom der Spuleneinrichtung erzeugende
Aufladung und bei Abschalten des Steuersignals einen den Umsteuer
strom unter umgekehrter Flußrichtung erzeugende Entladung des
Kondensators bewirken. Damit erfährt das Magnetventil eine Im
pulsbetätigung, nach welcher der Stromfluß auf den Leckstrom
des Kondensators zurückgeht.
Der für die bistabile Antriebsweise vorgesehene zweite Schalt
kreis umfaßt eine Polumkehrsteuerung sowie eine Schaltung zur
Begrenzung der Impulszeit, wobei diese Schaltung zur Erzeugung
einer Impulslänge eingerichtet sein kann, die zwecks höchst
möglicher Reduzierung der erforderlichen elektrischen Leistung
wenig länger als die Umsteuerzeit des Ankers gewählt werden
kann.
Im Sinne einer kompakten Bauweise kann vorgesehen sein, daß
die Steuerschaltung in das Elektromagnetventil, vorzugsweise
in dessen Spuleneinrichtung integriert ist, wobei eine be
sonders kostengünstige Ausführung erreicht wird, wenn die
Steuerschaltung in einem IC integriert ist.
Die Steuerschaltung kann auch in einem mit dem Magnetventil
lösbar verbindbaren Steckerelement untergebracht sein.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Magnetventil mit
einer Spule und Dauermagnethaltung in einer
Schaltposition mit integrierter Steuerschaltung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild des Magnetventils.
Das Elektromagnetventil besteht gemäß Fig. 1 aus einem Sockel
1, in welchem Fluidwege mit einem Druckanschluß 2 und einem
Verbraucheranschluß 3 angeordnet sind. Auf dem Sockel 1 ist
eine elektrische Spuleneinrichtung aufgesetzt, welche eine
auf einen Spulenkörper 4 gewickelte Spule 5 mit einem Kern 6
umfaßt und von einem einen äußeren Eisenkreis bildenden Joch 7
umgeben ist. Der Kern 6 besteht aus zwei Kernteilen 8 und 9,
die durch einen stirnseitig flächenschlüssig an diesem an
liegenden Permanentmagnet 10 verbunden sind, wobei der
ganze Kern 6 ortsfest in dem Spulenkörper 4 angebracht ist.
Der Permanentmagnet 10 erzeugt einen magnetischen Fluß, dessen
Richtung und Verlauf durch die Pfeile 11 gekennzeichnet sind.
Weiter befindet sich in dem Spulenkörper 4 ein Anker 12, der die
Funktion eines Ventilkörpers ausübt und zu diesem Zweck an seinem
dem Sockel 1 zuweisenden Ende eine Dichtung 13 trägt, die durch
eine auf den Anker 12 axial einwirkende Feder 14 gegen eine mit
dem Druckanschluß 2 verbundene Düse 15 angelegt gehalten wird.
Dabei bildet der Anker 12 an seinem anderen Ende zu dem Kernteil
9 einen Luftspalt 16. Die ganze Ventileinheit ist in einem
Kunststoffmantel 17 eingegossen, wobei im Bereich der Anschluß
klemmen 18 der Spule 5 eine Kammer 19 für die Aufnahme der Steuer
schaltung 20 vorgesehen ist. Diese besteht gemäß Fig. 2 aus einem
IC 21, welcher im wesentlichen einen ersten Schaltkreis 22 und
einen zweiten Schaltkreis 23 aufweist, die mit der Spule 5 des
hier symbolisch dargestellten Elektromagnetventils über deren
Anschlüsse 24 und 25 verbindbar sind. Der erste Schaltkreis 22
ist über einen Kondensator 26 mit der Spule 5 in Reihe geschaltet
und umfaßt elektronische Mittel, welche bei den Klemmen 0 und +
anliegendem Steuersignal eine den Anzugstrom der Spule erzeugende
Aufladung des Kondensators 26 und bei Abschalten des Steuer
signals eine den Umsteuerstrom unter Umpolung des Magnetfeldes
erzeugende Entladung desselben bewirkt. Der zweite Schaltkreis 23
umfaßt eine Polumkehrsteuerung sowie eine Schaltung zur Be
grenzung der zeitlichen Länge der den Anschlüssen 24 und 25 der
Spule 5 zuzuführenden Impulse, welche Schaltung auch Schalt
mittel 27 für die gegenseitige Verriegelung der Schaltkreise 22
und 23 enthält.
Das erfindungsgemäße Magnetventil kann je nach den Gegebenheiten
der zur Verfügung stehenden externen Steuerschaltung in mono
stabiler oder bistabiler Funktionsweise betrieben werden. Der
Funktionsablauf ist dabei folgender:
Wird Spannung an die Klemmen 0 und + gelegt, so wird der Kon
densator 26 über den ersten Schaltkreis 22 aufgeladen, wobei
die Spule 5 durch den Ladestrom aktiviert wird. Dadurch kommt
der Anker 12 unter Überwindung der Kraft der Feder 14 an den
Kernteil 9 zur Anlage und wird dort durch die die Kraftfeder 14
überwiegende magnetische Kraft des Permanentmagneten 10 gehalten.
Aufgrund der Auslegung der Schaltung fließt über den Kondensator 26
nach dessen Aufladung nur ein ganz geringer Verluststrom, der
sich praktisch auf Bruchteile eines mA reduzieren läßt. Dies
bedeutet, daß sich der elektrische Leistungsbedarf praktisch
vollständig aus der Schaltung des Ventils gegen die Feder 14
herleitet, daß die gesamte Kraft der Positionsfixierung durch
den Permanentmagneten 10 aufgebracht wird. Im einzelnen kann
dieser erste Schaltkreis 22 Dioden beinhalten, die die
Spannung zu dem Kondensator 26 durchlassen, die in diesem ge
speicherte Ladung jedoch bei Sperrung nach erfolgter Ladung
nicht zurückfließen lassen. Wird die Spannung an den Klemmen 0
und + geschaltet, entlädt sich der Kondensator 26 z. B. aufgrund
einer Transistorschaltung in umgekehrter Flußrichtung durch die
Spule 5, wodurch die magnetische Kraft des Permanentmagneten 10
aufgehoben oder zumindest so geschwächt wird, daß die Kraft der
Feder 14 überwiegt und der Anker 12 in die Grundstellung zurück
geht.
Bei Belegung der Klemmen 0 und A+ erscheint an den Anschlüssen
24 und 25 der Spule 5 ein Impulssignal beispielsweise mit der
Polarität + bzw. -, was die oben beschriebene Schaltung des
Ankers 12 in die durch den Permanentmagneten 10 fixierte Po
sition bewirkt. Werden dagegen die Klemmen 0 und B+ belegt,
erscheint an den Anschlüssen 24 und 25 ein Impulssignal mit
invertierter Polarität, welches den Anker 12 in die Grundstellung
zurückzuschalten vermag. Bei dieser Schaltweise sind die an die
Spule 5 gelangenden Impulssignale auf eine zeitliche Dauer
begrenzt, die um ein weniges über der Ansprechzeit des
Ankers 12 liegt, wonach der Leistungsbedarf jeweils auf 0
zurückgeht.
Die Steuerschaltung kann dem beschriebenen Magnetventil
auch extern vorgeordnet und zu diesem Zweck z. B. in einem
Anschlußstecker eingebaut sein. Auch ist es möglich, das
Magnetventil mit jeweils die Endlagen des Ankers 12
fixierenden Dauermagneten auszustatten und so die Feder
14 zu erübrigen. Soweit die in der vorstehenden Beschreibung
erwähnten Schaltungen und Schaltmittel nicht näher er
läutert sind, ist es für den Fachmann ohne weiteres möglich,
diese in ihren Einzelheiten zu entwerfen.
Claims (7)
1. Elektromagnetventil zur Steuerung von gasförmigen und/oder
flüssigen Medien mit Dauermagnethaltung in wenigstens einer
Schaltstellung, bestehend aus einem Fluidwege aufweisenden
Sockel (1) und aus einem damit verbundenen elektrischen
Steuerteil mit einer elektrischen Spuleneinrichtung (5),
einem in dieser angeordneten, Ventilkörperfunktionen aus
übenden Anker (12) und einem einen äußeren Eisenkreis
bildenden Joch (7), wobei der Steuerteil zwecks Betätigung
des Ankers (12) elektrisch beschaltet wird, dadurch ge
kennzeichnet, daß dem Elektromagnetventil eine Steuer
schaltung (20) zugeordnet ist, welche einen ersten Schalt
kreis (22) für monostabile und einen zweiten Schaltkreis
(23) für bistabile Ventilfunktion aufweist, wobei Schalt
mittel (27) zur gegenseitigen Verriegelung dieser Schalt
kreise vorgesehen sind.
2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Schaltkreis (22) einen mit der Spulenein
richtung (5) in Reihenschaltung angeordneten Kondensator
(26) sowie elektronische Mittel faßt, die bei anliegendem
Steuersignal eine den Anzugstrom der Spuleneinrichtung (5)
erzeugende Aufladung und bei Abschalten des Steuer
signals eine den Umsteuerstrom unter umgekehrter Fluß
richtung erzeugende Entladung des Kondensators (26) be
wirken.
3. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Schaltkreis (23) eine Polumkehrsteuerung
sowie eine Schaltung zur Begrenzung der Impulszeit umfaßt.
4. Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltung zur Begrenzung der Impulszeit eine
Impulslänge erzeugt, die wenig länger als die Umsteuer
zeit des Ankers (12) ist.
5. Elektromagnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (20) in
dieses integriert ist.
6. Elektromagnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (20) in
einem mit dem Magnetventil lösbar verbindbaren Stecker
element untergebracht ist.
7. Elektromagnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (20) in einem
IC integriert ist.
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