DE60301037T2

DE60301037T2 - Magnetventil

Info

Publication number: DE60301037T2
Application number: DE60301037T
Authority: DE
Inventors: Ari Toivonen; Jukka Alhola
Original assignee: Oras Oy
Current assignee: Oras Oy
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: EP1375990B1; EP1375990A1; ATE300009T1; US20030234051A1; ES2244910T3; SI1375990T1; DE60301037D1; FI20021210A0; CA2431871C; CA2431871A1; CN1470787A; DK1375990T3; PT1375990E; FI20021210A; FI116415B; CN100335827C

Description

Die Erfindung betrifft ein Materialfluss-steuerndes/regelndes Magnetventil, umfassend: einen Materialeinlassanschluss, einen Auslassanschluss, zumindest eine Dichtoberfläche sowie ein relativ zu der Dichtoberfläche axial bewegliches Element, das in sich selbst oder durch die Verwendung eines damit zusammen beweglichen Sperrelements im Zusammenwirken mit der Dichtoberfläche einen Durchgang zwischen dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss herstellt, wobei das bewegliche Element zusammen mit dem Ventilkörper ein Gehäuse definiert, das mit dem Einlassanschluss durch einen von einem ersten Solenoid gesteuerten ersten Strömungskanal und mit dem Auslassanschluss durch einen mit einem zweiten Solenoid gesteuerten zweiten Strömungskanal verbindbar ist, wodurch das Volumen des Gehäuses und gleichzeitig die Position des beweglichen Elements mittels der Solenoide eingestellt wird, um zwischen den Einlass- und Auslassanschlüssen einen gesteuerten Durchgang herzustellen.
Die Publikation WO 97/04260 offenbart eine herkömmlich bekannte Lösung, worin ein Fluss durch einen Kanal mittels eines Elektromagneten oder eines Permanentmagneten geöffnet oder geschlossen wird. Ein Solenoid wird verwendet, um einen Ventilöffnungshebel von einer Endposition zu der anderen zu betätigen, wobei das Ventil entweder geöffnet oder geschlossen wird. Das Schließen und Öffnen erfolgt in einem einzigen Vorgang über das volle Ausmaß, d.h. das Ventil wird entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen.
Ferner sind zum Beispiel in den US-Patenten 3 904 167, 5 887 847 und 5 945 080 Ventile oder Wasserhähne vorgeschlagen worden, die mit zwei Solenoiden versehen sind, um die Position eines beweglichen Ventilelements, wie oben genannt, zu steuern.
Diesen Publikationen ist gemeinsam, dass die Position des beweglichen Ventilelements durch gesteuertes Erregen der Solenoide erhalten wird. Insbesondere wird in der US 3 904 167 das Öffnungssolenoid erregt, bis der benötigte Durchflussbetrag beobachtet wird. In den zwei letzteren Publikationen wird das Erregen durch Pulsieren der Solenoide klarer definiert, um hierdurch um jeden Puls den Fluss hochzustufen.
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, für einen kontinuierlich gesteuerten/geregelten Durchfluss durch ein Magnetventil zu sorgen, wobei der Fluss als konstantes gewünschtes Volumen steuerbar/regelbar und einhaltbar ist. Auch ist es eine Aufgabe, den Fluss durch echte Steuerung/Regelung der Position des Ventilelements zu steuern/zu regeln.
Um dies zu erreichen, ist das Ventil der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensorsystem, das die Position des beweglichen Elements sensiert, durch Steuerelektronik mit den Solenoiden verbunden ist.
Ausführungen der Erfindung sind durch das gekennzeichnet, was in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist.
Die Erfindung wird nun im näheren Detail als Beispiel in Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben, worin:
1 zeigt einen Querschnitt des Prinzips für ein Magnetventil ohne jeglichen Fluss, der durch das Magnetventil hindurchtritt;
3 zeigt einen Querschnitt des Prinzips für ein Magnetventil mit einem maximalen Fluss, der durch das Magnetventil hindurchtritt; und
4 zeigt eine Magnetventilsteuerung in Diagrammansicht.
1 zeigt ein Magnetventil 1 im Querschnitt, wobei das Magnetventil einen Körper 2 aufweist. Der Körper 2 ist mit einem Einlassanschluss 3 für eine einkom mende flüssige oder gasförmige Substanz, wie z.B. Wasser, versehen, sowie mit einem Auslassanschluss 4 zum Ausgeben der Substanz aus dem Magnetventil 1. Das Magnetventil 1 ist mit einem Gehäuse 5 versehen, dessen eine Wand durch ein bewegliches Element 6 gebildet ist. Das bewegliche Element 6 ist bevorzugt zumindest teilweise durch eine flexible Membrane gebildet, um einen durch das Magnetventil 1 hindurchtretenden Fluss zu regulieren. Dem Gehäuse wird eine Substanz, die von dem Einlassanschluss 3 durch das Magnetventil 1 hindurchfließt, über einen Einlasskanal 7 zugeführt. Der Einlasskanal 7 ist dazu ausgelegt, mittels eines Solenoids 8 geschlossen und geöffnet zu werden. Die Substanz kann aus dem Gehäuse 5 jeweils über einen Auslasskanal 9 zu dem Magnetventil-Auslassanschluss 4 abgeführt werden. Die Regulierung eines Flusses, der durch den Auslasskanal 9 hindurch stattfindet, wird mittels eines Solenoids 10 bewirkt. Das Solenoid 10 kann entweder zum Öffnen oder Schließen des Auslasskanals 9 verwendet werden. Das bewegliche Element 6 ist bevorzugt mit einem Sperrelement 11 versehen, das sich zu einer Dichtoberfläche 12 hin absenkt, die sich im Körper 2 des Magnetventils 1 befindet, wenn die Substanzmenge in dem Gehäuse 5 zunimmt, um hierdurch das Gehäusevolumen zu vergrößern. Wenn das Substanzvolumen in dem Gehäuse 5 ausreichend zugenommen hat, senkt sich das Sperrelement 11 vollständig gegen die Dichtoberfläche 12 des Magnetventils 1, um den Fluss komplett zu stoppen, wobei das Magnetventil in einem geschlossenen Zustand ist, wie in 1 gezeigt.
Zusätzlich ist das Sperrelement 11 bevorzugt mit einem Permanentmagneten 13 ausgestattet, sowie mit einem Magnetfeldsensor 14 an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 5, um die Position des beweglichen Elements 6 und gleichzeitig die des Sperrelements 11 zu überwachen, um einen Durchfluss durch das Magnetventil 1 zu steuern oder zu regeln, wie nachfolgend im näheren Detail in Bezug auf 2 beschrieben.
In 2 ist aus dem Gehäuse 5 etwas Substanz abgelassen worden, indem das Solenoid 10 den Auslasskanal 9 für einen Moment geöffnet hat. Demzufolge verschiebt ein Druck, der seitens des Einlassanschlusses 3 des Magnetventils 1 anliegt, das bewegliche Element 6, um ein Volumen des Gehäuses 5 zu verringern, und löst gleichzeitig das Sperrelement 11 von der Dichtoberfläche 12, die sich in dem Magnetventilkörper 2 befindet. Somit kann das Material durch einen Durchgang 15 hindurchfließen, der zwischen dem Sperrelement 11 und der Ventildichtoberfläche 12 erstellt wird. Die Größe des Durchgangs 15 wird mittels des durch das Solenoid 10 bewirkten Ausgabevolumens einer im Gehäuse 5 vorhandenen Substanz durch den Auslasskanal 9 oder mittels des vom Solenoid 8 zugeführten Substanzvolumens durch den Einlasskanal 7 eingestellt. Die Höhe des Drucks, der seitens des Einlassanschlusses 3 des Magnetventils 1 anliegt, hat auch eine Wirkung auf die Durchflussrate eines Materialvolumens sowohl im Einlasskanal 7 als auch in dem Auslasskanal 9. Um Durchflussratenschwankungen in den Kanälen 7 und 9 zu kompensieren, die möglicherweise durch Druckfluktuationen hervorgerufen werden, die an dieser Seite des Einlassanschlusses 3 anliegen, werden/wird das bewegliche Element 6 und/oder das Sperrelement 11 bevorzugt mit einem Permanentmagneten 13 versehen. Der Permanentmagnet 13 kann direkt auf dem beweglichen Element 6 angebracht werden oder kann optional zum Beispiel an die Innenseite des Sperrelements 11 gesetzt werden. Jeweils an der Seite des Gehäuses 5, die dem Permanentmagneten 13 gegenüberliegt, ist ein Magnetfeldsensor 14 angebracht. Der Magnetfeldsensor 14 und der Permanentmagnet 13 ermöglichen, dass eine einfache Steuer/Regelschaltung erstellt wird, mittels der es möglich wird, das Volumen des Materials oder der Substanz, die sich in dem Gehäuse 5 befindet, präzise zu steuern/zu regeln, indem der Einlasskanal 7 oder der Auslasskanal 9 mit den jeweiligen Solenoiden 8 und 10 nach Bedarf geöffnet wird. Während eine Position des Permanentmagneten 13 in Bezug auf den Magnetfeldsensor 14 eingestellt wird, wird das Volumen einer im Gehäuse 5 vorhanden Substanz gleichzeitig dazu benutzt, eine Durchflussströmungsrate durch das Magnetventil 1 zu steuern, indem der Durchgang 15 kleiner oder größer gemacht wird. Die Position des Permanentmagneten 13 wird durch den Magnetfeldsensor 14 überwacht, und die hierdurch gelieferte Information wird von der Steuerelektronik genutzt, um die Solenoide 8 und 10 bzw. einen in den Kanälen 7 und 9 auftretenden Durchfluss zu steuern/zu regeln, bis der Permanentmagnet 13 eine gewünschte Position in Bezug auf den Magnetfeldsensor 14 einnimmt und eine gewünschte Durchflussrate durch das Magnetventil 1 erreicht wird.
3 stellt einen Zustand dar, in dem das Magnetventil 1 vollständig offen ist und ein Materialfluss durch den Durchgang 15 bei seinem Maximum ist. Hierbei enthält das Gehäuse 5 ein minimales Materialvolumen, und in diesem Zustand wird der Permanentmagnet 13 gegen die Deckfläche des Gehäuses 5 gedrückt, so dass er so dicht wie möglich an dem Magnetfeldsensor 14 anliegt.
4 stellt den Betrieb des Magnetventils 1 im Blockdiagramm dar. Sie zeigt, dass der Betrieb der Solenoide 8 und 10 mittels Steuerelektronik 16 und Sensoren gesteuert/geregelt wird, die die Position des beweglichen Elements 6 überwachen, das zumindest teilweise eine der Wände des Gehäuses 5 darstellt, und die bevorzugt einen Permanentmagneten 13 und einen Magnetfeldsensor 14 umfassen. Der Mechanismus enthält bevorzugt auch einen Verstärker 17 zwischen dem Magnetfeldsensor 14 und der Steuerelektronik 16.
Das Magnetventil 1 kann eine interne Struktur haben, die sich von der in 1 gezeigten unterscheidet, wobei aber das wesentliche Merkmal ist, dass die Durchflussströmungsrate durch das Magnetventil über den Durchgang 15 mittels des im Gehäuse 5 enthaltenen Materialvolumens gesteuert/geregelt wird, und dass das Volumen des im Gehäuse 5 vorhandenen Materials mittels des einfachen Sensorsystems 13 und 14 überwacht wird und auch mittels der Solenoide 8 und 10, die durch die Steuerelektronik 16 gesteuert werden, reguliert wird.
Anstelle einer Membrane kann eine Volumenänderung des Gehäuses 5 optional zum Beispiel mittels eines abgedichteten Kolbens hervorgerufen werden. In diesem Fall ist der Kolben in der Lage, sich innerhalb einer Hülse konsistent mit einem im Gehäuse 5 vorhandenen Materialvolumen hin- und herzubewegen, wobei das Materialvolumen wie oben beschrieben reguliert wird. Das Ende des Kolbens, das in Bezug auf das Gehäuse 5 gegenüberliegt, ist bevorzugt mit einem komplementären Sperrelement 11 versehen, das gegen die Dichtoberfläche 12 des Magnetventils 1 drückt.
Andererseits kann eine Wand des Gehäuses 5 vollständig oder partiell von einer flexiblen Membrane gebildet sein, die sich selbst, ohne ein separates Sperrele ment 11, gegen die Dichtoberfläche 12 drückt, die in dem Ventilkörper 2 vorhanden ist, wobei der Dichtoberfläche auch eine andere Konstruktion gegeben werden kann als die, die in den 1–3 gezeigt ist. Jedoch ist in diesem Fall die Membrane mit einem Permanentmagneten 13 ausgestattet, um die Membranposition zu überwachen.

Claims

Materialfluss-steuerndes/regelndes Magnetventil (1), umfassend einen Materialeinlassanschluss (3), einen Auslassanschluss (4), zumindest eine Dichtoberfläche (12) sowie ein relativ zu der Dichtoberfläche (12) axial bewegliches Element (6), das in sich selbst oder durch die Verwendung eines damit zusammen beweglichen Sperrelements (11) im Zusammenwirken mit der Dichtoberfläche (12) einen Durchgang (15) zwischen dem Einlassanschluss (3) und dem Auslassanschluss (4) herstellt, wobei das bewegliche Element (6) zusammen mit dem Ventilkörper ein Gehäuse (5) definiert, das mit dem Einlassanschluss (3) durch einen von einem ersten Solenoid (8) gesteuerten ersten Strömungskanal (7) und mit dem Auslassanschluss (4) durch einen von einem zweiten Solenoid (10) gesteuerten zweiten Strömungskanal (9) verbindbar ist, wodurch das Volumen des Gehäuses (5) und gleichzeitig die Position des beweglichen Elements (6) mittels der Solenoide (8, 10) eingestellt wird, um zwischen den Einlass- und Auslassanschlüssen (3, 4) einen gesteuerten Durchgang (15) herzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensorsystem (13, 14), das die Position des beweglichen Elements (6) sensiert, durch Steuerelektronik (16) mit den Solenoiden (8, 10) verbunden ist.
Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem einen Permanentmagneten (13), der an dem beweglichen Element (6) angebracht ist, sowie einen Magnetfeldsensor (14), der an dem Körper (2) des Magnetventils an der dem Permanentmagneten (13) gegenüberliegenden Seite des Gehäuses (5) angebracht ist, umfasst.
Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das be wegliche Element (6) einen in einer Hülse beweglichen Kolben oder eine mit einem Sperrelement (11) versehene flexible Membrane umfasst, und dass das Gehäuse (5) an der der Dichtoberfläche (12) gegenüberliegenden Seite des beweglichen Elements (6) angeordnet ist.
Magnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtoberfläche (12) ringförmig ist, wie per se bekannt, und dass das damit zusammenwirkende axial bewegliche Sperrelement (11) verjüngt ist.
Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (13) an dem beweglichen Element (6) an der Position des Sperrelements (11) oder direkt an dem Sperrelement (11) angebracht ist.