DE4417464C2 - Ventil mit dynamischer Funktionsprüfung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Ventil nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 und insbesondere auf ein Ventil, das mit der Möglichkeit versehen ist, den Betriebszustand festzustellen, ohne seinen Betätigungszustand zu verändern.

Viele unterschiedliche Ventiltypen sind dem Fachmann bekannt. Ein spezieller Typ eines bekannten Ventils ist ein Spulenventil, bei dem ein Ventilkolben axial aufgrund eines Druckes bewegt wird, der durch ein Pilotventil vorgegeben wird, und bei dem die axiale Bewegung des Ventilkolbens die Verbindung zwischen verschiedenen Anschlüssen, die in dem Ventilkörper gebildet sind, verändern. Ein derartiger Typ ergibt sich aus dem Firmenprospekt "HERION Pneumatic Series 25-300, Brochure 1262" der Firma Herion, Wexford, USA.

In bestimmten Anwendungsfällen werden Ventile des zuvor beschriebenen Typs derart verwendet, daß ein konstanter Betätigungszustand während langer Zeitperioden beibehalten wird. Während dieser ausgedehnten Zeitperioden bewegt sich der Ventilkolben des Ventils nicht, und die Fluidverbindung zwischen den Ventilanschlüssen verändert sich ebenfalls nicht. Dieser kontinuierliche ortsgebundene Zustand kann zu möglichen Gefahrenzuständen führen, wenn das Ventil vom ausfallsicheren Typ ist und der ortsgebundene Zustand der betätigten Position entspricht. Unter diesen Umständen kann ein Ausfall der Fähigkeit des Ventils, sicher in seine Ruhestellung zurückkehren zu können, zu verheerenden Folgen führen. Wenn ein Ventil oder irgendeine andere mechanische Einrichtung in einem Zustand während ausgedehnter Zeitperioden gehalten wird, können die Komponenten, die in Bezug aufeinander beweglich sein sollen, festfressen und in ihrer betätigten Position eingefroren werden.

Als ein Beispiel des vorgenannten Problemzustandes kann ein Ventil ein durch eine Spule betätigtes Pilotventil umfassen, welches die Position eines Ventilkolbens steuert. In der betätigten Position wird ein elektrischer Strom fortwährend einer Magnetspule des Pilotventils zugeführt, das einen Stößel des Pilotventils veranlaßt, sich zu bewegen und in der betätigten Position zu verbleiben. Diese Betätigungsposition bringt einen Antriebsteil des Ventilkolbens in Fluidverbindung mit einer Druckquelle. Dieser kontinuierliche Druck veranlaßt den Ventilkolben die Betätigungsposition beizubehalten. Sowohl der Ventilkolben des Hauptventils als auch der Stößel des Pilotventils sind typischerweise mit Feder-Rückführungsmechanismen versehen, die sie in ihre unbetätigten Positionen zurückführen, wenn der Druck von dem Ventilkolben entfernt wird, da der Strom von der Magnetspule weggenommen wird. Wenn ein Leistungsausfall auftritt und der Magnetspule der elektrische Strom entzogen wird, so ist das Ventil so aufgebaut, daß die fehlende Leistung die Federn in dem Pilotventil und in dem Hauptventil veranlaßt, den Stößel und den Ventilkolben zurück in ihre unbetätigten Positionen zu bringen. Bei einer Anwendung auf diese Weise führt ein Leistungsausfall zu einer Rückführung des Ventils in seinen fehlersicheren Zustand. Jegliche Ausrüstung, wie beispielsweise pneumatische Betätigungsglieder, die mit dem Ventil verbunden sind, sind typischerweise in einer solchen Weise angeordnet, daß die Rückkehr des Ventils in seinen fehlersicheren Zustand dazu führt, daß alle zugeordnete Ausrüstung in einen sicheren Zustand gebracht wird. Die Fehler-Sicherheitstechniken, wie sie zuvor beschrieben wurden, hängen vollständig von der Rückkehr des Ventilkolbens in eine unbetätigte Position aufgrund der Kraft ab, die durch eine innere Feder vorgegeben wird. Wie es jedoch dem Fachmann wohl bekannt ist, kann es möglich sein, wenn ein Ventil in einer konstanten Position während einer extrem langen Zeitperiode gehalten wird, daß dieses in dieser Position permanent verbleibt, auch dann, wenn die durch das Magnetspulen-Pilotventil vorgegebene Betätigungskraft aufgehoben wird. Dieses Festhalten des Ventilkolbens innerhalb des Ventilgehäuses kann verschiedene Ursachen haben. Zunächst können irgend zwei Materialien, die in intimem Kontakt miteinander für eine lange Zeitperiode gehalten werden, aneinander festhaften. Dies kann aus der Molekularhaftung zwischen den Materialien resultieren oder durch den Aufbau von Korrosion an der Schnittstelle zwischen den Materialien hervorgerufen werden. Zudem können elastomere Dichtungen, die typischerweise in Ventilen verwendet werden, an der Oberfläche des Ventilkolbens festhaften, mit dem sie sich in Kontakt befinden. Ungeachtet der zahlreichen Gründe, aus denen der Ventilkolben an zugeordneten Komponenten festhaften und in seiner betätigten Position verbleiben kann, nachdem die Magnetspule des Pilotventils entregt worden ist, versteht es sich, daß ein Ausfall dieses Typs katastrophale Folgen haben kann. Es versteht sich ferner, daß Ausfälle dieses Typs heimtückisch sind, da sie nicht vor ihrem Auftreten augenscheinlich werden. Ein Ventil, das sich in einer betätigten Position für eine ausgedehnte Zeitperiode befand, kann, solange es betätigt ist, einen perfekten Betriebszustand aufweisen, wobei es sich aber in einem Zustand befinden kann, bei dem der Ventilkolben tatsächlich in seiner betätigten Position festgehalten wird, und dieser nicht in seine unbetätigte Position zurückgeführt, wenn ein Spannungsausfall auftritt oder wenn die Magnetspule des Pilotventils von Hand abgeschaltet wird. Diese Arten von latenten Fehlern können ebenfalls sehr schwierig festgestellt werden durch manuelles Abschalten des Ventils für einen Augenblick und eine sodann erfolgende Wiedereinschaltung. Der Prozeß, der durch das Ventil gesteuert wird, kann ein solcher sein, daß er keine manuelle Unterbrechung auf diese Weise gestattet.

Eine andere teuere Lösung des Problems liegt darin, eine Doppel-Ventilkonfiguration vorzusehen, bei der der Ausfall eines Ventils die fehlersichere Anordnung nicht beeinträchtigt. Diese Technik besitzt jedoch einen ernsthaften Nachteil dergestalt, daß ein Ausfall einer der beiden redundanten Ventile nicht leicht erkennbar ist, solange das andere der beiden redundanten Ventile richtig arbeitet. Diese Technik verzögert daher lediglich den katastrophalen Ausfall.

Im Hinblick auf die obige Erläuterung der Probleme, die Ventilen zugeordnet sind, welche in einer betätigten Position während langer Zeitperioden verbleiben, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Test der Betriebsfähigkeit eines betätigten Ventils zur Verfügung zu stellen, bei dem der Betriebszustand des Ventils nicht beeinflußt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Hauptanspruch; vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die vorliegende Erfindung gibt dazu ein Ventil vor, bei welchem ein Sensor zur Erfassung der Bewegung des Ventilkolbens bezüglich einer zwischen dessen Positionen angeordneten Meßstelle und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Magnetspule vorgesehen sind, wobei die Steuereinrichtung eine wiederholte Bewegung des Ventilkolbens von der einen Position in Richtung auf die andere Position veranlaßt und mittels aufeinanderfolgender anwachsender Entregungsintervalle der Magnetspule eine bei jeder aufeinanderfolgenden Bewegung des Ventilkolbens wachsende variable Entfernung des Ventilkolbens von der einen Position in Richtung auf die andere Position einstellt.

Ein Ventil mit einem Sensor zur Erfassung der Bewegung eines Kolbengliedes in einer Zwischenposition und mit einer Steuerungseinrichtung, um das entsprechend vorgesehene Vorsteuerventil während aufeinanderfolgender Intervalle zu entregen, um das Kolbenglied in einer vorgegebenen Zwischenposition zu halten, ist in der DE-OS 23 11 408 beschrieben. Es fehlt jedoch an der Maßnahme, daß die Steuerungseinrichtung mittels wachsender Entregungsintervalle eine wachsende Entfernung des Kolbengliedes bei dessen wiederholter Bewegung von einer Bezugsposition einstellt.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß der Sensor ein in der Nähe des Ventilkolbens an einer vorbestimmten Meßstelle angeordnetes Hallelement und einen an dem Ventilkolben befestigten Magneten umfaßt.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Pilotventil den den Ventilkolben in die eine Position bewegenden Betätigungsdruck steuern.

Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Steuereinrichtung Mittel (U1, Q1) für die Regelung der Dauer der Perioden der Entregung der Magnetspule.

Obwohl die Erfindung anhand eines Ventils beschrieben wird, bei dem die Bezugsposition für die Entfernung des Ventilkolbens bei erregter Magnetspule gegeben ist, versteht es sich, daß die vorliegende Erfindung ebenfalls bei einem Ventil angewendet werden kann, bei welchem umgekehrte Verhältnisse vorliegen.

Anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnung sei im folgenden die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein typisches spulenbetätigtes Ventil, wie es dem Fachmann bekannt ist;

Fig. 2 und 3 schematische Darstellungen eines typischen spulenbetätigten Ventils, die benutzt werden, um die Betriebsweise des Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben;

Fig. 4 eine Reihe von graphischen Darstellungen des Spulenstatus, des Antriebsdruckes in der Ausnehmung und der Position der Hauptspule während des Betriebs des Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 einen elektronischen Schaltkreis, der verwendet werden kann, um das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwirklichen; und

Fig. 6 ein Flußdiagramm einer Softwareroutine, die durch den Mikroprozessor ausführbar ist, der in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Während der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles werden gleiche Komponenten mit gleichen Bezugsziffern versehen.

Fig. 1 zeigt ein spulenbetätigtes Ventil der Art, wie es dem Fachmann bekannt ist. Das Ventil umfaßt einen Pilotventilteil 10, welcher seinerseits eine Magnetspule 12 umfaßt, die ein elektromagnetisches Feld vorgibt, welches einen Stößel 14 veranlaßt, sich axial entlang einer Mittellinie der Magnetspule 12 zu bewegen. Ein Draht 16 ist in Kontakt mit der Spule 12 vorgesehen, so daß elektrische Spannung selektiv der Spule zugeführt werden kann, um die Position des Stößels 14 zu steuern. Wie weiter unten in näheren Einzelheiten im Zusammenhang mit den schematischen Darstellungen der Fig. 2 und 3 beschrieben, steuert die Bewegung des Stößels 14 den Fluß des Fluides durch das Pilotventil 10 zu dem Ventilgehäuse 16, in welchem ein Ventilkolben 18 angeordnet ist. Ein Ende des Ventilkolbens 18 wird als Antrieb 20 bezeichnet. Der Fluß des Fluides von dem Pilotventil 10 ruft einen Druckanstieg in einer vorderen Kammer 22 auf einer Seite des Antriebs 20 hervor. Dieser Druckanstieg veranlaßt den Ventilkolben 18, sich nach rechts in Fig. 1 gegen eine gegenwirkende Kraft zu bewegen, die durch eine Feder 24 vorgegeben wird. Verschiedene Anschlüsse sind in Fluidverbindung mit der zylindrischen Öffnung vorgesehen, in der der Ventilkolben 18 angeordnet ist. Eine axiale Bewegung des Ventilkolbens 18 ruft eine Fluidverbindung von Anschlüssen mit anderen Anschlüssen hervor, um selektiv den Fluß des Fluides durch das Ventilgehäuse 16 zu steuern.

Unter fortgesetzter Bezugnahme auf Fig. 1 versteht es sich, daß die genaue Konfiguration der Anschlüsse in dem Ventilgehäuse 16 keine beschränkende Charakteristik der vorliegenden Erfindung vorgibt. Ferner ist die genaue Einrichtung zur Veranlassung des Ventilkolbens 18, sich axial innerhalb des Ventilgehäuses 16 zu bewegen, nicht einschränkend für den Rahmen der vorliegenden Erfindung. Alternative Einrichtungen für die Betätigung und die Aufhebung der Betätigung des Ventilkolbens 18 können durch die vorliegende Erfindung vorgesehen sein.

Wenn der Ventilkolben 18 veranlaßt wird, sich nach rechts in Fig. 1 zu bewegen, so wird die Feder 24 zusammengedrückt und die zylindrische Außenfläche des Ventilkolbens 18 gleitet relativ zu den mehreren Abdichtungen, wie beispielsweise den O-Ringen 28, die in einer festen Position in Bezug auf das Ventilgehäuse 16 und in einer beweglichen Position in Bezug auf den Ventilkolben 18 angeordnet sind. Ein Ventil, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist typischerweise zusammen mit anderen Vorrichtungen und Geräten in einer Weise angeordnet, die zu einem fehlersicheren Betrieb des gesamten System führt. Wenn mit anderen Worten ein Spannungsausfall auftritt und die Spule 12 von der elektrischen Leistung abgetrennt wird, so wird der Stößel 14 in seine unbetätigte Position aufgrund des Druckes der Feder zurückkehren. Dies führt dazu, daß der Druck in der Kammer 22 nicht aufrechterhalten wird und der Ventilkolben 18 infolge dessen in seine äußerst linke Position aufgrund einer Ausdehnung der Feder 24 zurückkehrt. Wie jedoch in Einzelheiten zuvor beschrieben, kann der Ventilkolben 18 an stationären Komponenten innerhalb des Ventilgehäuses 16 festhaften und in seiner betätigten Position nach rechts verbleiben, obgleich die Feder 24 diesen zur Rückkehr in die unbetätigte Position zwingt. Dieser Fehlertyp tritt wahrscheinlicher in Anwendungsfällen auf, wo der Ventilkolben 18 während extrem langer Zeitperioden in seiner betätigten Position verbleibt, ohne in dem Ventilgehäuse 16 hin- und hergeschaltet zu werden.

Die Fig. 2 und 3 sind höchst schematische Darstellungen von Ventilen, die verwendet werden, um die grundlegende Operation eines spulenbetätigten Pilotventiles zu beschreiben, so daß die Operation der vorliegenden Erfindung, die weiter unten in näheren Einzelheiten beschrieben wird, klarer verständlich wird. Innerhalb des Ventilgehäuses 16 ist ein Ventilkolben 18 für eine axiale Bewegung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position in dem Ventilgehäuse 16 angeordnet. Ein Pilotventil 10 ist mit einer Magnetspule 12 und elektrisch leitenden Drähten 16 vorgesehen, die der Spule elektrische Spannung zuführen können. Innerhalb des Gehäuses des Pilotventiles 10 ist ein Stößel 14 für die Hin- und Herbewegung von links nach rechts aufgrund eines durch die Spule 12 vorgegebenen elektromagnetischen Feldes angeordnet. Wenn der Stößel 14 veranlaßt wird, sich nach links durch die durch die Spule 12 vorgegebene elektromagnetische Kraft zu bewegen, so kann ein Fluid unter Druck in den Anschluß 40 fließen, wie dies durch Pfeile in Fig. 2 dargestellt ist. Da der Stößel 14 nach links bewegt wird, wird eine Dichtung 42 außer Kontakt mit einer Mündung 44 bewegt, und das Fluid kann, wie dies durch die Pfeile angezeigt ist, frei in die Kammer 22 vor dem Antrieb 20 fließen. Dies veranlaßt den Ventilkolben 18 zur Bewegung nach rechts gegen die entgegenwirkende Kraft, die durch die Feder 24 vorgegeben ist. Um die zuvor beschriebene Bewegung zu erleichtern, ist eine Abblasöffnung 46 vorgesehen, um dem Fluid zu gestatten, aus dem Ventilgehäuse 16 und aus einer Kammer an der Rückseite des Antriebes 20 zu fließen.

Fig. 3 zeigt das spulenbetätigte Ventil und das Pilotventil in einem unbetätigten Zustand. Die Spule 12 ist vom elektrischen Strom abgetrennt, und es ist daher kein elektromagnetisches Feld verfügbar, um den Stößel 14 nach links zu zwingen. Aufgrund der Kraft einer Feder (in den Fig. 2 und 3 nicht dargestellt) wird der Stößel 14 nach rechts gezwungen, und die Einlaßöffnung 40 ist durch die Dichtung 42 blockiert. Eine andere Dichtung 50 an dem Stößel 14 wird von einer Abblas-Anschlußöffnung 54 wegbewegt. Diese Bewegung des Stößels 14 verbindet die Kammer 22 mit atmosphärischem Druck, während sie von der Fluidverbindung mit einer Druckquelle am Anschluß 40 abgetrennt wird. Wenn kein Druck den Ventilkolben 18 nach rechts drückt, so verursacht die Feder 24 den Ventilkolben zu einer Bewegung in seine extreme linke Position und zu einer Herausbewegung des Fluids aus der Kammer 22.

Unter Bezugnahme sowohl auf die Fig. 2 und 3 versteht es sich, daß, wenn die Spule 12 erregt wird, der Ventilkolben 18 in die äußerst rechte Position gezwungen wird, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, und wenn die Spule 12 entregt wird, der Ventilkolben 18 in die äußerst linke Position bewegt wird. Die zuvor beschriebenen Probleme können auftreten, wenn die Spule in dem in Fig. 2 gezeigten Zustand während ausgedehnter Zeitperioden verbleibt und der Ventilkolben 18 an stationären Komponenten innerhalb des Ventils haftet. Wenn dies geschieht, so bleibt der Ventilkolben 18 in der in Fig. 2 gezeigten Position kleben, auch wenn die Spule 12 von der elektrischen Spannung abgetrennt wird und sich der Stößel in dem Pilotventil nach rechts bewegt. Wenn der Ventilkolben 18 an stationären Komponenten in der zuvor beschriebenen Weise anhaftet, so verliert das Ventil seine fehlersichere Eigenschaft, und es können verheerende Folgen auftreten. Die vorliegende Erfindung gibt eine Einrichtung zur Feststellung vor, ob das Ventil gemäß Fig. 2 in der Lage ist, in den Zustand gemäß Fig. 3 zurückzukehren oder nicht, wobei aber die vorliegende Erfindung nicht erfordert, den Fluid- Leitungszustand des Ventils tatsächlich zu verändern.

Unter fortgesetzter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 ist erkennbar, daß eine magnetisch empfindliche Komponente 60 als Teil eines Sensors in der Nähe des Ventilkolbens 18 an einem vorbestimmten Ort innerhalb des Ventilgehäuses 16 angeordnet ist. Die magnetisch empfindliche Komponente 60 ist mit einem Teil des Ventilgehäuses 16 befestigt und ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Halleffektsensor. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt ferner einen Magneten 62, der mit dem Ventilkolben 18 befestigt ist. Wenn sich der Ventilkolben 18 in seiner vollbetätigten Position gegen eine Bewegungsgrenze befindet, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, so ist der Magnet 62 von der Detektorzone der magnetisch empfindlichen Einrichtung 60 wegbewegt. Es versteht sich, daß die Positionen der magnetisch empfindlichen Einrichtung 60 und des Magneten 62 so gewählt sind, daß das durch den Permanentmagneten 62 vorgegebene magnetische Feld durch die magnetisch empfindliche Einrichtung 60 vor der Bewegung des Ventilkolbens 18 in seine äußerst linke Bewegungsgrenze gemäß Fig. 3 festgestellt werden kann. Wenn sich mit anderen Worten der Ventilkolben 18 von seiner Position gemäß Fig. 2 in seine Position gemäß Fig. 3 bewegt, so wird das durch den Permanentmagneten 62 vorgegebene magnetische Feld durch die magnetisch empfindliche Einrichtung 60 vor der Beendigung dieser Bewegung detektiert infolge der im voraus gewählten Positionen des Magneten und der magnetisch empfindlichen Einrichtung.

Unter fortgesetzter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 ist erkennbar, daß, wenn der Stößel 14 von seiner betätigten Position in Fig. 2 in seine unbetätigte Position in Fig. 3 während einer sehr kurzen Zeitperiode bewegt wird und sodann rasch in seine betätigte Position gemäß Fig. 2 zurückgeführt wird, das Gas in der Kammer 22 sich zur der Abblasöffnung 70 zu bewegen beginnt und die gegen den Antrieb 20 des Ventilkolbens 18 ausgeübte Axialkraft abzunehmen beginnt. Wenn der Stößel 14 in der unbetätigten Position während einer hinreichend langen Zeitperiode verbleibt, so wird alle Luft in der Kammer 22 entweichen und die Feder 24 wird den Ventilkolben 18 nach links drängen. Wenn jedoch die Zeitperiode, während der die Spule 12 nicht betätigt ist, hinreichend kurz ist, so wird sich der Ventilkolben nicht über den gesamten Weg zu seiner äußerst linken Bewegungsgrenze bewegen. Wenn tatsächlich die Zeitperiode der Nicht-Betätigung der Spule 12 extrem kurz ist, so wird sich der Ventilkolben 18 noch nicht einmal aus seiner äußerst rechten Bewegungsgrenze wegbewegen. Durch sorgfältige Steuerung der Zeitperiode, in der sich der Stößel 14 in seiner unbetätigten Position gemäß Fig. 3 befindet, kann das Ausmaß der Bewegung des Ventilkolbens 18 von einem Extremzustand der Nicht-Bewegung bis zu einem entgegengesetzten Extremzustand der vollständigen Bewegung nach links geregelt werden. Die vorliegende Erfindung gibt eine Steuereinrichtung vor, durch die die Spule 12 der Reihe nach während kurzer Intervalle entregt werden kann, wobei jedes Intervall geringfügig länger als sein unmittelbar vorangehendes Intervall ist, bis der Ventilkolben 18 sich um eine im voraus gewählte Entfernung von seiner äußerst rechten Bewegungsgrenze hinwegbewegt. Der Magnet 62 und die Halleffekteinrichtung 60 sind in Positionen angeordnet, welche die Bewegung des Ventilkolbens 18 hinter einen vorbestimmten Ort als Meßstelle anzeigen, der durch die Position der magnetisch empfindlichen Einrichtung 60 festgelegt ist, wobei die vorbestimmte Meßstelle die Bewegung des Ventilkolbens weg von seiner äußerst rechten Position, aber nicht über den gesamten Weg bis zu seiner äußerst linken Position erfordert.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung von 3 veränderlichen Parametern. Die obere Darstellung in Fig. 4 stellt den Spulenstatus dar, der entweder erregt oder entregt ist. Die horizontale Achse in Fig. 4 stellt die Zeit dar, und in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Betätigung der Spule mit konstanten Zeitperioden P ausgeführt, die durch eine Betätigungszeit 80 und eine Nicht-Betätigungszeit 82 unterteilt sind. Wie erkennbar, wird das Intervall 82 für die Nicht-Betätigung aufeinanderfolgend für jede nachfolgende Zeitperiode P erhöht.

Die mittlere Darstellung in Fig. 4 stellt den Druck in der Antriebsausnehmung innerhalb der Kammer 22 in Fig. 2 dar. Bei vollem Druck 86 wird der Ventilkolben 18 zu seiner äußerst rechten Bewegungsgrenze gedrückt, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Die graphische Darstellung des Druckes in der Antriebsausnehmung veranschaulicht eine Reihe von Auftritten, bei denen der Druck momentan vom vollem Druck auf eine Größe unterhalb des vollen Drucks abfällt. Die gestrichelte Linie 88 stellt die Druckgröße dar, die in der Ausnehmung 22 erforderlich ist, um eine Kraft vorzugeben, die der Federkraft entgegenwirkt, wie sie durch die Feder 24 vorgegeben wird. Wenn daher der Druck in der Antriebsausnehmung auf eine Größe unterhalb der durch die gestrichelte Linie 88 angezeigten Größe abfällt, so ist die Feder 24 in der Lage, den Ventilkolben 18 aus seiner äußerst rechten Bewegungsgrenze wegzubewegen, die in Fig. 2 dargestellt ist.

Unter fortgesetzter Bezugnahme auf Fig. 4 zeigt die untere Darstellung die Position des Ventilkolbens 18. Wenn der volle Druck in der Antriebsausnehmung in der Kammer 22 verfügbar ist, so befindet sich der Ventilkolben 18 an seiner äußerst rechten Bewegungsgrenze. Wenn jedoch der Druck in der Antriebsausnehmung unter die gestrichelte Linie 88 fällt, so ist die Feder 24 in der Lage, den Ventilkolben 18 nach links aus seiner äußerst rechten Bewegungsgrenze zu drängen. Das Maß bis zu dem die Feder 24 in der Lage ist, den Ventilkolben 18 nach links aus seiner Bewegungsgrenze zu bewegen, ist eine Funktion der Zeitperiode, in der der Druck in der Antriebsausnehmung geringer als der durch die gestrichelte Linie 88 dargestellte Druck ist. Die horizontalen Achsen in Fig. 4 repräsentieren die Zeit gemessen in beliebigen Zeiteinheiten, die hier nur alleine zu dem Zweck der Identifizierung der Zeitpunkte in Fig. 4 benutzt werden.

Während der ersten in Fig. 4 veranschaulichten Zeitperiode zwischen den Zeiten 0 und 10 verbleibt die Spule während der gesamten Periode P betätigt. Sodann wird während der zweiten Zeitperiode P die Spule 12 für sehr kurzes Intervall 82 entregt und sodann rasch für den verbleibenden Teil der zweiten Zeitperiode P erregt. Während dieses kurzen Entregungsintervalls mit ungefähr einem Zehntel der Zeiteinheit in Fig. 4 fällt der Druck 86 der Antriebsausnehmung um einen sehr kleinen Betrag, und sobald die Spule erneut erregt wird, steigt der Druck in der Antriebsausnehmung erneut auf seine volle Größe. Da der Druck nicht unter die gestrichelte Linie 88 gefallen ist, tritt keine Veränderung der Position der Hauptspule auf. Dies gilt ebenfalls für das zweite kurze Intervall der Entregung in der Zeiteinheit 20. Es versteht sich, daß jedes Intervall der Entregung der Spule 12 geringfügig länger als in dem jüngst zurückliegenden vorangegangenen Entregungsintervall ist. Mit anderen Worten ist das Intervall in der Zeiteinheit 20 geringfügig größer als in der Zeiteinheit 10. Wie durch das Entregungsintervall in der Zeiteinheit 30 dargestellt, kann die Länge des Intervalles unter Umständen ausreichend sein, um den Druck in der Antriebsausnehmung zu veranlassen, unterhalb die durch die gestrichelte Linie 88 dargestellte Größe zu fallen. Infolge dessen wird sich der Ventilkolben 18 von seiner äußerst rechten Position um einen kleinen Betrag wegbewegen. Wenn das nachfolgende Intervall der Entregung erneut vergrößert wird, wie durch das Intervall 82 repräsentiert ist, welches in der Zeiteinheit 40 beginnt, so wird der Druck in der Antriebsausnehmung erneut um ein geringfügig größeres Maß fallen und wird erneut eine Größe unterhalb der gestrichelten Linie 88 erreichen. Da der Druck in der Antriebsausnehmung geringer als der durch die gestrichelte Linie 88 vorgegebene Druck während einer leicht vergrößerten Zeitperiode ist, so wird die Position der Hauptspule durch ein geringfügig größeres Ausmaß gegenüber dem Auftritt in der Zeiteinheit 30 beeinflußt. Da aufeinanderfolgende Intervalle der Entregung 82 kontinuierlich vergrößert werden, wird ebenfalls der Einfluß auf den Druck in der Antriebsausnehmung vergrößert, und die Zeit, in der der Druck in der Antriebsausnehmung geringer als die Betätigungsgröße 88 ist, wird vergrößert. Infolge dessen wird die Entfernung von der äußerst rechten Bewegungsgrenze R, um die sich der Ventilkolben 18 bewegt, erhöht, wie dies in der unteren Darstellung in Fig. 4 gezeigt ist. Es versteht sich, daß die durch die untere Darstellung in Fig. 4 repräsentierte Bewegung zeigt, daß der Ventilkolben sich nicht nach der äußerst linken Bewegungsgrenze L während der in Fig. 4 dargestellten Auftritte bewegt. Zusätzlich versucht die vorliegende Erfindung nicht, den Ventilkolben 18 zu einer Bewegung um eine Entfernung zu veranlassen, die ausreichend wäre, um den Fluid-Leitungsstatus des Ventils zu verändern. Alle in Fig. 4 dargestellten Bewegungen sind geringer als die Bewegung, die erforderlich ist, um den Ventilstatus zu verändern und jeder Bewegung folgt unmittelbar eine Rückführung in den vollen Betätigungstatus den Ventils. Obgleich mit anderen Worten der Ventilkolben 18 veranlaßt wird, sich kurz von seiner äußerst rechten Bewegungsgrenze gemäß Fig. 2 wegzubewegen, wird er unmittelbar in diese äußerst rechte Bewegungsgrenze nach dem kurzen Entregungsintervall der Spule 12 zurückgeführt. Die Position der magnetisch empfindlichen Einrichtung 16 ist so gewählt, daß sie eine Spulenbewegung erfordert, aber keine Veränderung des Ventilstatus gestattet. Wie durch die Veränderung in der Hauptspulenposition repräsentiert, die ungefähr in der Zeiteinheit 65 auftritt, kann sich unter Umständen der Ventilkolben 18 von seiner äußerst rechten Bewegungsgrenze um einen Betrag wegbewegen, der ausreichend ist, um den Permanentmagneten 62 innerhalb der Detektorzone der magnetisch empfindlichen Einrichtung 60 anzuordnen. Dieser Ort, an dem sich der Magnet 62 in die Detektorzone der magnetisch empfindlichen Einrichtung 60 bewegt, wird durch die gestrichelte Linie 90 in Fig. 4 repräsentiert. Wenn sich der Permanentmagnet 62 in die Detektorzone der magnetisch empfindlichen Einrichtung 60 bewegt, so wird ein Ausgangssignal ausgegeben, welches anzeigt, daß sich der Ventilkolben hinter den im voraus ausgewählten Ort der Meßstelle bewegt hat. Obgleich der Leitungszustand des Ventils durch die zuvor im Zusammenhang mit Fig. 4 beschriebene Maßnahme nicht beeinflußt worden ist, hat die magnetisch empfindliche Einrichtung 60 ein Signal ausgegeben, welches anzeigt, daß der Ventilkolben 18 tatsächlich beweglich ist und nicht permanent festhängt an stationären Teilen des Ventils. Dieser Empfang eines Ausgangssignales von der magnetisch empfindlichen Einrichtung 60 bestätigt, daß das Ventil nicht in dem zuvor beschriebenen heimtückischen Modus ausgefallen ist, und daß es wenn es von der elektrischen Spannung abgetrennt wird, in einer ausfallsicheren Weise betätigt wird, wie dies beabsichtigt ist. Wie zuvor beschrieben, gibt die vorliegende Erfindung eine wirksame Vorrichtung vor, um die Beweglichkeit des Ventilkolbens zu testen, ohne den Ventilkolben um eine Größe zu bewegen, die ausreichend sein würde, um den Fluid- Leitungszustand des Ventils zu verändern.

Fig. 5 veranschaulicht eine elektrische Schaltkreisanordnung, die benutzt werden kann, um die zuvor beschriebenen Verfahren auszuführen. Die in Fig. 1, 2 und 3 gezeigte Spule 12 ist schematisch in Fig. 5 dargestellt und mit SC bezeichnet. Eine 24 V-Gleichspannungsversorgung liefert elektrische Leistung an die Spule SC auf der Leitung 100. Wenn sich der Feldeffekttransistor Q1 im leitenden Zustand befindet, so wird der elektrische Strom durch die Spule SC mit einem geschlossenen Stromkreis zu der Spannungsversorgung vorgegeben und die Spule SC bleibt erregt. Wie zuvor beschrieben, veranlaßt diese Erregung der Spule SC den Ventilkolben zur Bewegung in seiner äußerst rechte Bewegungsgrenze, wie in Fig. 2 gezeigt. Die vorliegende Erfindung sieht einen Mikroprozessor U1 vor, der operativ dem Gatteranschluß des Feldeffekttransistors Q1 in der gezeigten Weise zugeordnet ist. Dies gestattet dem Mikroprozessor U1 momentan die Spule SC von ihrem Stromkreis zu der Spannungsversorgung abzutrennen, und daher die Spule 12 des Pilotventils zu entregen. Der Mikroprozessor ist mit einem Takt versehen, wie beispielsweise einem Kristalloszillator 102, um ihm zu erlauben, die geforderten zuvor beschriebenen genauen Zeitintervalle abzumessen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die magnetisch empfindliche Einrichtung 60 ein Halleffektelement U2, wie in Fig. 5 gezeigt. Ein Vergleichsschaltkreis, der einen Operationsverstärker U3 und Widerstände R4, R5, R6, R7 und R8 umfaßt, wird benutzt, um ein Ausgangssignal auf der Leitung 104 zu erzeugen, wenn sich der Permanentmagnet 62 in die Detektorzone bewegt. Dies liefert das Signal zu dem nicht-maskierten Interrupt NMI des Mikroprozessors U1 auf der Leitung 108. Der Sollwert des Vergleichers kann über den Widerstand R6 eingestellt werden. Dieser stellt seinerseits die Größe der Wanderung des Spulengliedes ein, die erforderlich ist, bevor die Funktionsüberprüfung beendet ist. Dies besitzt den Effekt der Veränderung der Position der Linie 90 in Fig. 4C. Der Mikroprozessor besitzt ferner einen Eingang auf der Leitung 110, welcher einer Bedienungsperson gestattet, den Mikroprozessor zur Ausführung der Prüfroutine gemäß der vorliegenden Erfindung zu veranlassen. Ausgänge auf den Leitungen 112 und 114 gestatten dem Mikroprozessor U1, eine Bestätigung bzw. einen Fehler im Testergebnis anzuzeigen.

Tabelle 1

Bezugszeichen
Typ oder Wert
C1	20 pF
C2	20 pF
D1	IN4937 (National Semiconductor)
Q1	MTD5N05-1 (Motorola)
R1	1 KW
R2	10 KW
R3	10 KW
R4	121 KW
R8	10 KW
R5	10 KW
R6	20 KW
R7	56 KW
U1	ST6220 (SGS-Thomson)
U2	SS94A1 (Honeywell)
U3	258 (Texas Instruments)
102	8 MHz

Fig. 6 zeigt ein beispielhaftes Flußdiagramm eines Computerprogrammes, das im Zusammenhang mit dem Mikroprozessor U1 in Fig. 5 verwirklicht werden kann. Es sei jedoch klar verstanden, daß alternative Softwareroutinen benutzt werden können, um die auf die vorliegende Erfindung bezogenen Funktionen auszuführen.

Wenn das Programm in Fig. 6 ausgelöst wird, so löst es zunächst eine Breiten-Variable und eine Perioden-Variable aus, wie dies in den Funktionsblöcken 200 und 202 gezeigt ist. Sodann prüft es, um festzustellen, ob die Breiten-Variable eine obere Grenze überschritten hat oder nicht. Wenn die Breiten-Variable die obere Grenze überschritten hat, was im Funktionsblock 204 festgestellt wird, so wird festgestellt, daß der Test fehlgeschlagen ist, und es wird eine geeignete Maßnahme ergriffen, wie dies durch den Funktionsblock 206 dargestellt ist. Wenn andererseits die Breiten-Variable nicht die obere Grenze überschritten hat, so wird sie als eine Zeitperiode verwendet, während der die Spule 12 entregt wird. Dieser Wert der Breite wird in einer Variablen gespeichert, die mit Auszeit bezeichnet ist, wie dies im Funktionsblock 208 gezeigt ist. Sodann wird die Magnetspule 12 von der elektrischen Spannung im Funktionsblock 210 abgetrennt, was dadurch verwirklicht wird, daß der Feldeffekttransistor Q1 in einen nicht-leitenden Zustand versetzt wird. Beginnend an der Stelle B in Fig. 6 setzt das Programm eine Verzögerungs-Variable auf einen Anfangswert und beginnt mit der Überwachung eines Bewegungs-Hinweises. Diese Schritte sind in den Funktionsblöcken 212 und 214 entsprechend dargestellt. Wenn der Bewegungs-Hinweis gesetzt ist, so wird die Spule 12 im Funktionsblock 220 betätigt, und der Test wird als durchgeführt im Funktionsblock 222 festgestellt. Wie in Fig. 6 gezeigt, liefert der NMI-Eingang des Mikroprozessors U1 einen Interrupt, wenn die Halleffekteinrichtung die Wirkungen des Permanentmagneten 62 anzeigt und liefert ein Signal auf der Leitung 104. Wenn dieser Interrupt empfangen wird, so wird der Bewegungs-Hinweis im Funktionsblock 230 gesetzt, und dieser Hinweis wird im Funktionsblock 214 geprüft. Wenn der Bewegungs-Hinweis nicht gesetzt ist, so fährt die Software fort, die Verzögerungs-Variable im Funktionsblock 232 zu überwachen, und die Verzögerungs-Variable im Funktionsblock 234 herabzumindern. Wenn die Verzögerungs-Variable auf Null herabgemindert ist, so beginnt das Programm den Teil der Routine auszuführen, der im Punkt D beginnt. Es prüft die Auszeit-Variable, und wenn die Auszeit-Variable auf Null herabgemindert ist, so wird die Spule erneut im Funktionsblock 240 eingeschaltet, und die Einzeit-Variable wird auf den verbleibenden Teil der Zeit der Periode gesetzt. Dies ist im Funktionsblock 242 gezeigt. Beginnend an der Programmstelle E wird eine Zeitverzögerung im Funktionsblock 244 ausgeführt, und eine Einzeit-Variable wird kontinuierlich im Funktionsblock 248 geprüft und im Funktionsblock 250 herabgemindert. Wenn die Einzeit-Variable auf Null herabgemindert ist, so wird die Breiten-Variable im Funktionsblock 252 erhöht, und das Programm kehrt erneut zu der Programmstelle A zurück.

Unter fortgesetzter Bezugnahme auf Fig. 6 ist erkennbar, daß die durch das Flußdiagramm beschriebene Software feste Zeitperioden P mißt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, und die Länge der Zeit feststellt, wenn die Spule entregt sein sollte. Der verbleibende Teil der Perioden-Variable wird als die Zeit benutzt, in der die Spule erregt sein sollte. Während die Spule entregt ist, prüft das Programm kontinuierlich um zu sehen, ob der Bewegungs-Hinweis gesetzt ist, um den Empfang eines Signales von dem Halleffektsensor anzuzeigen, welcher anzeigt, daß sich der Ventilkolben 18 um den erforderlichen Betrag bewegt hat, um einen erfolgreichen Testzustand festzulegen. Bei jedem Eingriff des Hauptteiles des Flußdiagrammes in Fig. 6 wird die Auszeit-Variable erhöht, um das Entregungsintervall 82 für jede nachfolgende Periode zu vergrößern. Dies geschieht, bis sich entweder der Ventilkolben bewegt, oder die Feststellung der Breiten- Variable eine maximale akzeptierbare zeitliche Länge überschritten hat. Es versteht sich, daß während der gesamten Ausführung der Software-Routine, wie sie durch das Flußdiagramm in Fig. 6 dargestellt ist, sich der Ventilkolben 18 nicht um eine ausreichende Entfernung bewegt, um den Fluid-Leitungszustand des Ventils zu verändern. Daher werden zugeordnete Geräte und Vorrichtung in keiner Weise durch dieses Verfahren beeinflußt.

Das durch das Flußdiagramm in Fig. 6 repräsentierte Verfahren kann manuell oder automatisch ausgelöst werden. Wenn es automatisch ausgelöst wird, so kann es auf einer regelmäßigen Basis ausgeführt werden, um den geeigneten Betrieb des Ventils zu garantieren. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Dauer der Intervalle 82 hinreichend klein, um die gesamte Folge in wenigen Sekunden auszuführen. Unter diesen Umständen kann das in Fig. 6 dargestellte Verfahren so oft wie erwünscht ausgeführt werden, um den geeigneten Betrieb des Ventils sicherzustellen.

Obgleich die Erfindung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in Einzelheiten dargestellt und beschrieben worden ist, versteht es sich, daß alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit umfaßt sind.

Beispielsweise ist die Verwendung der vorliegenden Erfindung nicht auf Ventile beschränkt, welche axial einen Ventilkolben innerhalb eines Ventilgehäuses bewegen. Alternative Betätigungsglieder können in einer ähnlichen Weise überwacht werden, und die magnetisch empfindliche Einrichtung kann anstelle eines Halleffektsensors eine Einrichtung von einem anderen Typ benutzen. Ferner versteht es sich, daß die durch den Mikroprozessor ausgeführten Schrittfolgen und die zugehörigen Software in einer Hardwareausführung verwirklicht werden können, die die Verwendung eines Mikroprozessors nicht erfordert.

Claims (4)

1. Ventil mit einem zwischen zwei durch Anschläge definierten Positionen hin- und herbeweglichen, in seiner einen Bewegungsrichtung federbelasteten Ventilkolben und mit einem der Steuerung der Bewegung des Ventilkolbens dienenden und einen beweglichen Stößel aufweisenden Pilotventil und mit einer dem Stößel zugeordneten Magnetspule zur Bewegung des Stößels zwischen einer der Erregung der Magnetspule entsprechenden und einer der Entregung der Magnetspule entsprechenden Stellung, wobei bei erregter Magnetspule das Pilotventil den Ventilkolben entgegen der Wirkung der Feder in die eine Position steuert und bei entregter Magnetspule die Feder den Ventilkolben in die andere Position zurückführt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (60, 62) zur Erfassung der Bewegung des Ventilkolbens (18) bezüglich einer zwischen dessen Positionen angeordneten Meßstelle und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Magnetspule (12) vorgesehen sind, wobei die Steuereinrichtung eine wiederholte Bewegung des Ventilkolbens (18) von der einen Position in Richtung auf die andere Position veranlaßt und mittels aufeinanderfolgender anwachsender Entregungsintervalle der Magnetspule (12) eine bei jeder aufeinanderfolgenden Bewegung des Ventilkolbens (18) wachsende variable Entfernung des Ventilkolbens (18) von der einen Position in Richtung auf die andere Position einstellt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein in der Nähe des Ventilkolbens (18) an einer vorbestimmten Meßstelle angeordnetes Hallelement (60) und einen an dem Ventilkolben (18) befestigten Magneten (62) umfaßt.

3. Ventilkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotventil (12, 14, 42, 44, 50, 54) den den Ventilkolben (18) in die eine Position bewegenden Betätigungsdruck steuert.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung Mittel (U1, Q1) für die Regelung der Dauer der Perioden der Entregung der Magnetspule (12) umfaßt.