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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft das Gebiet von elektrischen Antriebssystemen und insbesondere Antriebssysteme eines Fluidzirkulationsventils, die in verschiedenen Industrien, darunter die Automobilindustrie, zur Steuerung von Gas- und Flüssigkeitsdurchflüssen vorzufinden sind und die eine Sicherheitsfunktion erfordern, welche die Rückkehr zu oder die Beibehaltung einer bestimmten Position bei einem Stromversorgungsausfall sicherstellen.
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STAND DER TECHNIK
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Verbrennungssysteme (wie zum Beispiel Wärmekraftmotoren für Automobile, Lastkraftwägen, Baugeräte, wie zum Beispiel Wärmeboiler, Ventilationssysteme...) funktionieren durch die Explosion/Verbrennung eines Luft-Treibstoff-Gemisches in der Brennkammer. Der Luftkreislauf des Motors, dessen Funktion in der Beförderung, Steuerung und dem Auslassen der das System versorgenden Luft besteht, funktioniert mithilfe verschiedener Ventile, von denen manche die Funktion aufweisen, einen Teil des Luftkreislaufs zu umgehen/vermeiden. Diese sogenannten „Bypass”-Ventile werden im Allgemeinen durch pneumatische Aktuatoren gesteuert, die aus einer Vakuumpumpe, einem Magnetventil und einem Druckraum mit Rückholfeder bestehen.
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Dieser Typ von Aktuator funktioniert nach einem (sogenannten „On-Off-”) Binärmodus: Er kann nur 2 Positionen an 2 Endpunkten des Hubs des Aktuators einnehmen. Das Magnetventil steuert den Aktuator: Wenn es durch den Bordcomputer des Fahrzeugs nicht versorgt wird (Magnetventil geschlossen), empfängt der Druckraum den von der Vakuumpumpe erzeugten Unterdruck nicht und bleibt daher in seiner Ruheposition, ohne Strom zu verbrauchen. Wenn das Magnetventil versorgt wird, verbraucht es nur einige Milliampere und es versorgt den Druckraum, der sich an den anderen Endpunkt des Hubs bewegt, mit Unterdruck: Er kann dort in dieser Position auf unbestimmte Zeit bleiben, ohne eine große Menge an Strom zu verbrauchen. Bei einem Ausfall oder einfach bei einem Rücklaufsollwert in die Ruheposition ist die Versorgung des Magnetventils unterbrochen und die in den Druckraum integrierte Rückholfeder bringt das System an den Anfang des Hubs zurück.
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Um die umweltschädlichen Gasemissionen und den Verbrauch von Treibstoff weiter zu verringern, wollen die OEM die Vakuumpumpe weglassen, die lediglich für begrenzte Aktivierungszeitspannen permanent in Drehbewegung ist. Die Druckräume und die Druckventile würden daher durch elektrische Aktuatoren ersetzt, die sich auf äquivalente Weise steuern lassen müssen, ohne in den 2 Endpositionen des Hubs Strom zu verbrauchen, während gleichzeitig die Sicherheitsfunktion gewährleistet ist, das heißt die Sicherstellung, sich in eine bestimmte Position umzustellen.
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Das obige Beispiel in Bezug auf Bypass-Ventile ist besonders relevant für die Kurzbeschreibung der Erfindung, diese ist jedoch nicht auf dieses alleinige Beispiel beschränkt, da sie jedes Fluidzirkulationsventil, das bei einem Stromausfall eine Rückkehr in eine Sicherheitsposition erfordert, betreffen kann.
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Es sind daher auf dem Stand der Technik Elektroantriebssysteme bekannt, die einen mit einer Rückholfeder verbundenen Aktuator umfassen, wie in Patent
DE 10 2007 036 286 beschrieben. Wenn dieser Aktuator über die Rückholfeder die Rückkehr in eine Sicherheitsposition sicherstellt, ist es erforderlich, um die Aktivierungsposition zu beizubehalten, den Aktuator mit elektrischem Strom versorgt zu halten, um die Kraft der Rückholfeder zu überwinden. Auch wenn der erforderliche Strom durch einen zusätzlichen Aktuator minimiert wird, wie zum Beispiel in Patent
US7651069 beschrieben, kann der Gesamtstromverbrauch beträchtlich werden, wenn die Anwendung es erfordert, die Aktivierungsposition lange zu halten.
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Darüber hinaus ist die Patentanmeldung US20130104844 bekannt, in der eine Aktivierungsposition ohne Elektrostromverbrauch durch die Aktivierung einer mechanischen Blockierung beibehalten wird. Der Stromverbrauch zum Beibehalten der Aktivierungs- und Sicherheitsposition beträgt null, und die Rückkehr in eine Sicherheitsposition wird durch die Aktivierung eines Aktuators über eine elektronische Steuerung außerhalb des Systems erhalten. Das System erfordert daher eine spezifische Stromversorgung und ein intelligentes System, um die Situation zu analysieren, die Rückkehr in eine Position anzuordnen und zu erhalten, und stellt eine Rückkehr in eine Sicherheitsposition nicht sicher, wenn ein Stromausfall oder ein Ausfall des intelligenten Analysesystems vorliegt.
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Auch sind sogenannte „bistabile” Aktuatoren bekannt, wie in Patent
EP1581991 dargelegt, welche die Beibehaltung zweier stabiler Positionen ohne Elektrostromverbrauch ermöglichen, und zwar durch die Verwendung eines Permanentmagneten. Wenn jedoch ein Stromausfall eintritt, kann die Rückkehr in die Sicherheitsposition nicht erfolgen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Der Gegenstand der Erfindung besteht daher darin, die zuvor dargelegten Probleme zu bewältigen, indem ein Antriebssystem vorgeschlagen wird, das nicht nur ermöglicht, die Beibehaltung der stabilen Positionen ohne Elektrostromverbrauch oder mit einem Stromverbrauch mit minimaler Leckage, typischerweise weniger als etwa zehn Milliampere, sicherzustellen, sondern auch, die Rückkehr in eine Sicherheitsposition sicherzustellen, wenn ein Stromversorgungsausfall eintritt.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, die Steuerung des Antriebssystems durch ein einzelnes elektrisches bipolares Signal (das zwei unterschiedliche Zustände einnimmt) ohne intelligentes Analyse- und Behandlungssystem zu ermöglichen. Der hohe Pegel entspricht dem für die Erreichung einer bevorzugten Aktivierungsposition erforderlichen Spannungspegel und der niedrige Pegel entspricht einer den hohen Pegel unterschreitenden elektrischen Spannung, einer Nullspannung oder einer Abwesenheit eines Signals, das die Aktivierung der Sicherheitsposition überträgt.
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Allgemein ist das den hohen und niedrigen Pegel definierende Signal ein Spannungssignal, zum Beispiel ein Signal, das durch einen gesteuerten Unterbrecher, der an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, angelegt wird.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, die obigen Funktionen durch die Verwendung einer „diskreten” Logik zu ermöglichen, indem nur diskrete Bauteile ohne Rückgriff auf eine integrierte Intelligenz (des Typs Mikroprozessor) verwendet werden.
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Unter einem „diskreten Bauteil” wird im Sinne des vorliegenden Patents ein elektronisches Basisbauteil verstanden, dessen Rolle darin besteht, eine elementare Funktion auszuführen, die ein passives Bauteil (Widerstand, Kondensator, Induktivität) oder aktives Bauteil (Diode, Transistor, Darlington-Transistor, MOSFET, IGBT) sein kann. Integrierte Schaltungen und Hybridschaltungen werden im Sinne des vorliegenden Patents nicht als „diskrete Bauteile” betrachtet.
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Insbesondere betrifft die Erfindung ein Antriebssystem eines Fluidzirkulationsventils, das durch ein einen hohen Pegel und einen niedrigen Pegel aufweisendes elektrisches bipolares Signal gesteuert wird, umfassend eine die Zirkulation eines Fluids ermöglichende Schaltung, ein Verschlussorgan, einen das Verschlussorgan verschiebenden ersten Aktuator, ein Rückholelement, das geeignet ist, das Verschlussorgan in eine Sicherheitsposition zu bringen, ein Mittel zur Verriegelung der Position des Verschlussorgans in eine bevorzugte Aktivierungsposition, einen zweiten Aktuator, der geeignet ist, das Verriegelungsmittel freizugeben, dadurch gekennzeichnet, dass der hohe Pegel des bipolaren Signals die Aktivierung des ersten Aktuators für die Verschiebung und Verriegelung der Position des Verschlussorgans in die bevorzugte Aktivierungsposition steuert, dadurch, dass der niedrige Pegel die Aktivierung des zweiten Aktuators für die Entriegelung und die Rückkehr des Verschlussorgans in die Sicherheitsposition unter Einwirkung des Rückholelements steuert und dadurch, dass die Beibehaltung der Sicherheitsposition und der bevorzugten Aktivierungsposition des Verschlussorgans ohne Elektrostromverbrauch durchgeführt wird.
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Die Beibehaltung der Sicherheitsposition wird gegebenenfalls mit einem Strom niedriger als etwa 10 Milliampere in Abhängigkeit von der verwendeten elektronischen Schaltung sichergestellt.
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Insbesondere entspricht der hohe Pegel einer Spannung, die für die Aktivierung der bevorzugten Aktivierungsposition erforderlich ist, und der niedrige Pegel entspricht entweder einer Spannung, die niedriger als der hohe Pegel ist, oder einer Nullspannung, oder einer nicht vorhandenen Spannung (im Falle eines stromaufwärts vorliegenden Ausfalls), welche die Aktivierung der Sicherheitsposition überträgt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Funktionsschritte die folgenden:
- – In einer ersten Phase löst der Übergang vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel des elektrischen bipolaren Signals eine Verschiebung des Verschlussorgans von der Sicherheitsposition in die bevorzugte Aktivierungsposition mit einem Nicht-Nullstromverbrauch des ersten Aktuators aus,
- – in einer zweiten Phase löst eine Beibehaltung des hohen Pegels des elektrischen bipolaren Signals eine Beibehaltung der bevorzugten Aktivierungsposition des Verschlussorgans mit einem Nullstromverbrauch des ersten und zweiten Aktuators aus,
- – in einer dritten Phase löst eine Änderung vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel des elektrischen bipolaren Signals die Aktivierung des zweiten Aktuators und die Freigabe des Verschlussorgans aus, wodurch dem Rückholmittel ermöglicht wird, das Verschlussorgan von der bevorzugten Aktivierungsposition in die Sicherheitsposition mit einem Nullstromverbrauch des ersten Aktuators zurückzubringen, und
- – in einer vierten Phase löst eine Beibehaltung des niedrigen Pegels des elektrischen bipolaren Signals eine Beibehaltung der Sicherheitsposition des Verschlussorgans mit einem Nullstromverbrauch des ersten und zweiten Aktuators aus.
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Unter „Nullverbrauch” wird im Sinne des vorliegenden Patents ein Verbrauch von kleiner als 10 Milliampere, entsprechend einem Leckstrom der Bauteile, verstanden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerung des verriegelten und entriegelten Zustands durch ein elektronisches System sichergestellt, das aus diskreten Bauteilen besteht.
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Die Energie, welche die Aktivierung des zweiten Aktuators und die Freigabe des Verschlussorgans ermöglicht, stammt vorzugsweise von einem dem aus diskreten Bauteilen bestehenden elektronischen System zugehörigen Speicherelement.
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Ferner wird die Energie des dem elektronischen System zugehörigen Speicherelements vorzugsweise durch einen Kondensator oder einen Akkumulator (zum Beispiel eine Batterie oder einen wiederaufladbaren Akkumulator) in der ersten Phase akkumuliert und in der dritten Phase entladen.
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Der das Verschlussorgan verschiebende erste Aktuator kann das Verschlussorgan direkt oder über einen Untersetzungsmechanismus oder ein Übersetzungsgetriebe antreiben.
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Das Rückholelement kann eine mechanische Feder oder ein magnetisches Mittel sein und es kann vorteilhafterweise in den ersten Aktuator integriert sein.
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In einer bestimmten Ausführungsform besteht das Verriegelungsmittel aus einem ersten beweglichen Element, das mit dem ersten Aktuator verbunden ist und eine Aussparung aufweist, und einem mit dem zweiten Aktuator verbundenen zweiten beweglichen Element, das die Aussparung des ersten beweglichen Elements zumindest teilweise ausfüllt.
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In einer bestimmten Ausführungsform umfasst das zweite bewegliche Element eine mechanische Feder, die das zweite bewegliche Element in die Aussparung des ersten beweglichen Elements drückt.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das zweite bewegliche Element ein magnetisches Mittel, welches das zweite bewegliche Element in die Aussparung des ersten beweglichen Elements drückt.
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Das erste bewegliche Element kann vorteilhafterweise in den ersten Aktuator und das zweite bewegliche Element in den zweiten Aktuator integriert sein.
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Der zweite Aktuator kann das Verriegelungsmittel direkt oder über einen Untersetzungsmechanismus oder ein Übersetzungsgetriebe antreiben.
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In einer bestimmten Ausführungsform führt der erste Aktuator eine Drehbewegung aus und der zweite Aktuator führt eine lineare Bewegung aus.
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In einer weiteren Ausführungsform führen der erste und der zweite Aktuator lineare Bewegungen aus.
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In einer alternativen Ausführungsform teilen sich der erste und der zweite Aktuator teilweise den gleichen magnetischen Kreis und eine gleiche Spule.
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Um ein kompaktes System umzusetzen, können der erste Aktuator, das Rückholelement, das Verriegelungsmittel, der zweite Aktuator, das elektronische System in einem geschlossenen und abgedichteten Gehäuse integriert sein.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich aus der Lektüre, die detaillierten Ausführungsbeispielen folgt, und zwar unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, die jeweils die folgenden darstellen:
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1, ein Prinzipschaltbild des Betriebs eines Antriebssystems eines Fluidzirkulationsventils nach dem Stand der Technik,
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2A, ein synoptisches Schaltbild einer ersten Betriebsphase eines erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Fluidzirkulationsventils,
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2B, ein synoptisches Schaltbild einer zweiten Betriebsphase eines erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Fluidzirkulationsventils,
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2C, ein synoptisches Schaltbild einer dritten Betriebsphase eines erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Fluidzirkulationsventils,
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2D, ein synoptisches Schaltbild einer vierten Betriebsphase eines erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Fluidzirkulationsventils,
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3, eine grafische Darstellung des Verlaufs der verschiedenen elektrischen Größen in Abhängigkeit von der Zeit eines erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Fluidzirkulationsventils,
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4A, eine Dreiviertel-Teilschnittansicht eines auf einem Fluidzirkulationsventil integrierten erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Fluidzirkulationsventils, wobei das Verschlussorgan des Ventils in einer Sicherheitsposition ist,
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4B, eine Dreiviertel-Teilschnittansicht eines auf einem Fluidzirkulationsventil integrierten erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Fluidzirkulationsventils, wobei das Verschlussorgan des Ventils in einer bevorzugten Aktivierungsposition ist,
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5A, eine Dreiviertel-Gesamtansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Fluidzirkulationsventils,
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5B, eine detaillierte Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Fluidzirkulationsventils in Sicherheitsposition,
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5C, eine detaillierte Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Fluidzirkulationsventils in bevorzugter Aktivierungsposition,
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6, ein Schaltbild einer Ausführungsform des aus diskreten Bauteilen bestehenden erfindungsgemäßen elektronischen Systems,
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7, eine Dreiviertel-Gesamtansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Fluidzirkulationsventils.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM
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1 zeigt ein Prinzipschaltbild des Betriebs eines Antriebssystems eines Fluidzirkulationsventils nach dem Stand der Technik. In dieser klassischen Ausführung besteht das Antriebssystem aus einem pneumatischen Aktuator 103, der eine Rückholfeder (in der Zeichnung nicht sichtbar) in Sicherheitsposition aufnimmt und durch Verschiebung eine Steuerstange 107 aktiviert, die mit dem Verschlussorgan des Fluidzirkulationsventils (in der Figur nicht dargestellt) verbunden ist.
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Der pneumatische Aktuator 103 wird durch Unterdruck gesteuert. Dieser Unterdruck wird beständig durch eine Vakuumpumpe 106 erzeugt, die den Aktuator 103 mittels einer ersten pneumatischen Leitung 105, eines Magnetsteuerventils 104 und einer zweiten pneumatischen Leitung 102 speist.
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Die Steuerung des Magnetsteuerventils 104 wird durch einen Rechner 100 sichergestellt, der über eine elektrische Schaltung 101 Sollsignale an das Magnetventil 104 sendet.
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Wenn daher der Rechner 100 den Bedarf detektiert, das Verschlussorgan des Fluidzirkulationsventils in eine bevorzugte Aktivierungsposition zu bringen, sendet er über die elektrische Schaltung 101 ein Sollaktivierungssignal an das Magnetventil 104, damit das Magnetventil 104 die Unterdruckversorgung des Aktuators 103 über die zweite pneumatische Leitung 102 erlaubt, wodurch eine Bewegung der Steuerstange 107 induziert wird. Diese Konfiguration wird beibehalten, so lange der Rechner 100 befindet, dass die bevorzugte Aktivierungsposition des Verschlussorgans des Fluidzirkulationsventils beibehalten werden muss.
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Wenn der Rechner 100 den Bedarf detektiert, das Verschlussorgan des Fluidzirkulationsventils in eine Sicherheitsposition zu bringen, sendet er über die elektrische Schaltung 101 ein Soll-Nichtaktivierungssignal an das Magnetventil 104, damit das Magnetventil 104 die Unterdruckversorgung des Aktuators 103 über die zweite pneumatische Leitung 102 verbietet, wodurch eine Bewegung der Steuerstange 107 unter Einwirkung der in den Aktuator 103 integrierten Rückholfeder induziert wird. Diese Konfiguration wird beibehalten, so lange der Rechner 100 befindet, dass die Sicherheitsposition des Verschlussorgans des Fluidzirkulationsventils beibehalten werden muss.
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2A ist eine schematische Darstellung einer ersten Betriebsphase eines erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Fluidzirkulationsventils. In dieser ersten Phase steuert der Übergang von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel des das Antriebssystem 202 speisenden elektrischen bipolaren Signals 200 die Aktivierung des ersten Aktuators 206 für die Verschiebung 205 des Verschlussorgans eines Fluidzirkulationsventils (in der Figur nicht dargestellt), das mit dem ersten Aktuator 206 fest verbunden ist. Der erste Aktuator 206 verbraucht daher einen Nicht-Nullstrom 201, um die Verschiebung 205 durchzuführen. Das Mittel zur Verriegelung der bevorzugten Aktivierungsposition des Verschlussorgans des Fluidzirkulationsventils, bestehend aus einem beweglichen Element 203, einem auf das bewegliche Element 203 einwirkenden elastischen System 204 und einer spezifischen Form 207 des ersten Aktuators 206, die geeignet ist, mit dem beweglichen Element 203 zusammenzuarbeiten, wartet auf eine Verriegelung.
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2B ist eine schematische Darstellung einer zweiten Betriebsphase eines Antriebssystems eines erfindungsgemäßen Fluidzirkulationsventils. In dieser zweiten Phase steuert die Beibehaltung eines hohen Pegels des das Antriebssystem 202 speisenden elektrischen bipolaren Signals 200 die Aktivierung des ersten Aktuators 206, um die Verschiebung 205 des Verschlussorgans eines Fluidzirkulationsventils (in der Figur nicht dargestellt), das mit dem ersten Aktuator 206 fest verbunden ist, zu beenden. Sobald die bevorzugte Aktivierungsposition 208 erreicht ist, wird das Mittel zur Verriegelung der bevorzugten Aktivierungsposition des Verschlussorgans des Fluidzirkulationsventils in einer Richtung 209 unter Einwirkung des elastischen Systems 204 aktiviert. Das bewegliche Element 203 wechselwirkt dann mit der spezifischen Form 207, um den mit dem Verschlussorgan fest verbundenen ersten Aktuator 206 zu verriegeln und in Position zu halten, und zwar mit einem durch das Antriebssystem 202 verbrauchten Nullstrom 201.
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2C ist eine schematische Darstellung einer dritten Betriebsphase eines erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Fluidzirkulationsventils. In dieser dritten Phase steuert der Übergang von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel des das Antriebssystem 202 speisenden elektrischen bipolaren Signals 200 die Aktivierung des zweiten Aktuators (in der Zeichnung nicht dargestellt), der das bewegliche Element 203 in einer der Einwirkung des elastischen Systems 204 entgegengesetzten Richtung 210 verschiebt. Das Mittel zur Verriegelung der bevorzugten Aktivierungsposition des Verschlussorgans des Fluidzirkulationsventils wird dann freigegeben und der erste Aktuator 206 ist verriegelt und erneut beweglich. Ein Rückholelement (in der Figur nicht dargestellt), das geeignet ist, das Verschlussorgan in eine Sicherheitsposition zu bringen, kann dann auf den mit dem Verschlussorgan fest verbundenen ersten Aktuator 206 einwirken, und zwar mit einem durch das Antriebssystem 202 verbrauchten Nullstrom 201.
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2D ist eine schematische Darstellung einer vierten Betriebsphase eines erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Fluidzirkulationsventils. In dieser vierten Phase erlaubt die Beibehaltung eines niedrigen Pegels des das Antriebssystem 202 speisenden elektrischen bipolaren Signals 200 dem Rückholelement (in der Figur nicht dargestellt), das geeignet ist, ein Verschlussorgan in eine Sicherheitsposition zu bringen, auf den mit dem Verschlussorgan fest verbundenen ersten Aktuator 206 einzuwirken, um ihn in eine Sicherheitsposition 212 in einer Richtung 211 zu bringen und die Sicherheitsposition 212 mit einem durch das Antriebssystem 202 verbrauchten Nullstrom 201 beizubehalten.
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3 ist eine grafische Darstellung des Verlaufs – im Zeitverlauf und über einen vollständigen Betriebszyklus des das erfindungsgemäße Antriebssystem speisenden elektrischen bipolaren Signals 300-301-302-303-304 – der Position 305-306-307-308-309 des Verschlussorgans eines Fluidzirkulationsventils, des durch das erfindungsgemäße Antriebssystem verbrauchten Stroms 310-311 und des Stroms 312, der den zweiten Aktuator für die Entriegelung des Verschlussorgans eines Fluidzirkulationsventils aktiviert.
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Der Übergang 301 des das erfindungsgemäße Antriebssystem speisenden bipolaren Signals von einem niedrigen Pegel 300 zu einem hohen Pegel 302 steuert die Aktivierung des ersten Aktuators des Antriebssystems, dessen verbrauchter Strom von einem Nullwert 300 zu einem Nicht-Nullwert 310 übergeht, wodurch die Verschiebung 306 des Verschlussorgans eines Fluidzirkulationsventils von einer Sicherheitsposition 305 in eine bevorzugte Aktivierungsposition 307 ermöglicht wird. Sobald die Aktivierungsposition 307 erreicht ist, aktiviert sich das Verriegelungsmittel des erfindungsgemäßen Antriebssystems und der durch das Antriebssystem verbrauchte Strom geht von einem Nicht-Nullwert 310 zu einem Nullwert 311 über, und zwar unter Einwirkung eines elektronischen Systems bestehend aus diskreten Bauteilen, deren Betrieb beispielhaft in 6 beschrieben ist, während gleichzeitig die bevorzugte Aktivierungsposition 307 beibehalten wird. Diese Betriebskonfiguration wird beibehalten, so lange das das erfindungsgemäße Antriebssystem speisende bipolare Signal auf einem hohen Pegel 302 bleibt.
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Der Übergang 303 des das erfindungsgemäße Antriebssystem speisenden bipolaren Signals von einem hohen Pegel 302 zu einem dem niedrigen Anfangspegel 300 äquivalenten niedrigen Pegel 304 steuert die Aktivierung des zweiten Aktuators des erfindungsgemäßen Antriebssystems. Der den zweiten Aktuator aktivierenden Strom 312, dessen Pegel bis zum Übergang 303 null betrug, stammt von einem elektronischen System bestehend aus diskreten Bauteilen, dessen Betrieb beispielhaft in 6 beschrieben ist. Das Mittel zur Verriegelung der Position des Verschlussorgans eines Fluidzirkulationsventils wird dann freigegeben und das Rückholelement des erfindungsgemäßen Antriebssystems bringt das Verschlussorgan entlang einer Verschiebung 308 von einer bevorzugten Aktivierungsposition 307 in eine der Anfangssicherheitsposition 305 äquivalente Sicherheitsposition 309, und zwar mit einem Nullstromverbrauch 311 des Antriebssystems. Diese Betriebskonfiguration wird beibehalten, so lange das das erfindungsgemäße Antriebssystem speisende bipolare Signal auf einem niedrigen Pegel 304 bleibt.
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4A zeigt ein nicht einschränkendes Beispiel eines Fluidzirkulationsventils 402 in einer Dreiviertel-Teilschnittansicht. Ein erfindungsgemäßes Antriebssystem 401 ist auf dem Fluidzirkulationsventil 402 integriert, das Antriebssystem 401 verschiebt das Verschlussorgan 403 des Fluidzirkulationsventils 402 mittels eines Kopplungssystems 404, durch das ermöglicht wird, ein Element des ersten Aktuators 405 des Antriebssystems 401 mit einem mit dem Verschlussorgan 403 fest verbundenen Element 406 zu verbinden. Das erfindungsgemäße Antriebssystem 401 wird durch ein bipolares Signal 400 gespeist. Das Verschlussorgan 403 des Fluidzirkulationsventils 402 ist in Sicherheitsposition dargestellt.
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4B zeigt das bereits in 4A beschriebene Ventil, für welches das Verschlussorgan 403 des Fluidzirkulationsventils 402 in einer bevorzugten Aktivierungsposition ist.
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5A ist eine Gesamtansicht einer nicht einschränkenden Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 500. Das Antriebssystem 500 wird durch ein bipolares Signal 507 gespeist und umfasst einen ersten Aktuator 501, der geeignet ist, ein erstes bewegliches Element 503 zu verschieben, das mit dem Verschlussorgan des Fluidzirkulationsventils (in der Zeichnung nicht gezeigt) in einer bevorzugten Aktivierungsposition fest verbunden ist. Das Antriebssystem 500 umfasst zudem ein Verriegelungsmittel 506 in bevorzugter Aktivierungsposition, bestehend auf einem Führungselement 504, einem durch ein elastisches System (in der Figur nicht sichtbar) aktivierten zweiten beweglichen Element 505 und einem durch den ersten Aktuator 501 verschobenen spezifischen Element 503. Das Antriebssystem 500 umfasst zudem ein (in der Figur nicht sichtbares) Rückholelement, das geeignet ist, das erste bewegliche Element 503, das mit dem Verschlussorgan eines Fluidzirkulationsventils in einer Sicherheitsposition fest verbunden ist, zu verschieben, und einen zweiten Aktuator 502, der auf das zweite bewegliche Element 505 einwirkt und geeignet ist, das Verriegelungsmittel 506 freizugeben. Das Antriebssystem 500 umfasst schließlich ein elektronisches System (in der Figur nicht sichtbar) bestehend aus diskreten Bauteilen, dessen Betrieb beispielhaft in 6 beschrieben ist.
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5B zeigt eine Schnittansicht in Sicherheitsposition einer nicht einschränkenden Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 500. Das Antriebssystem 500 wird durch ein bipolares Signal 507 auf einem niedrigen Pegel gespeist, was die Beibehaltung der Sicherheitsposition ohne Stromverbrauch ermöglicht. Das Antriebssystem 500 umfasst einen ersten Aktuator 501, der geeignet ist, ein erstes bewegliches Element 503 zu verschieben, das mit einem Verschlussorgan eines Fluidzirkulationsventils (in der Figur nicht gezeigt) mittels einer Übertragungsachse 511 fest verbunden ist. Das Rückholelement 509 des Antriebssystems 500 ist in den ersten Aktuator 501 integriert und wirkt auf das erste bewegliche Element 503, das mit dem Verschlussorgan eines Fluidzirkulationsventils mittels einer Übertragungsachse 511 fest verbunden ist, und ermöglicht so die Beibehaltung der Sicherheitsposition ohne Stromverbrauch des Antriebssystems 500. Das Verriegelungsmittel 506 in bevorzugter Aktivierungsposition des Antriebssystems 500 besteht aus einem zweiten beweglichen Element 505, das durch ein elastisches Element 508 aktiviert wird und durch ein Führungselement 504 geführt wird. Das zweite bewegliche Element 505 arbeitet mit dem spezifischen Element 503 unter Beibehaltung eines Kontakts zusammen: Es erlaubt in der Sicherheitsposition nicht, die Position des ersten beweglichen Elements 503 zu verriegeln, das mit dem Verschlussorgan des Fluidzirkulationsventils fest verbunden ist. Ein zweiter Aktuator 502 ist mit dem zweiten beweglichen Element 505 des Verriegelungssystems 506 durch ein Kopplungsmittel 512 verbunden. Der zweite Aktuator 502 ist in der Sicherheitsposition in einem inaktiven Zustand. Ein elektronisches System 510, das aus diskreten Bauteilen besteht und geeignet ist, die verriegelten und entriegelten Zustände des Antriebssystems 500 gemäß den Pegeln des bipolaren Versorgungssignals 507 zu steuern, ist in den ersten Aktuator 501 integriert.
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5C zeigt dieselbe Schnittansicht wie jene von 5B, für die das Antriebssystem 500 in einer bevorzugten Aktivierungsposition ist.
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6 zeigt ein Schaltbild einer nicht einschränkenden Ausführungsform des elektronischen Systems des erfindungsgemäßen Antriebssystems, das ermöglicht, die oben beschriebenen verriegelten und entriegelten Zustände zu steuern. Das elektronische System wird durch ein bipolares Signal 600 gespeist und besteht aus diskreten Bauteilen wie zum Beispiel Widerständen, Induktivitäten, Kondensatoren, Transistoren, Dioden. Die Verwendung von aktiven elektronischen Bauteilen wie zum Beispiel Mikrochips, ASICs, Mikrocontrollern oder jeglichem anderen intelligenten System, das in der Lage ist, ein Signal zu empfangen, interpretieren, bearbeiten, modifizieren und versenden, um einem nachgeschalteten System eine Aktion zu befehlen, ist untersagt: Es handelt sich um eine elektronische Schaltung ohne integrierte Intelligenz.
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Der erste Aktuator 601 des erfindungsgemäßen Antriebssystems besteht aus einem Widerstand R3 und einer Induktivität 12. Gemäß dem hohen oder niedrigen Pegel des bipolaren Versorgungssignals 600 steuert der Zweig 604 des elektronischen Systems die Umschaltung des Bauteils (vom Typ Transistor) Q2 und erlaubt, den durch den ersten Aktuator 601 verbrauchten Strompegel zu steuern.
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Der zweite Aktuator 602 des erfindungsgemäßen Antriebssystems besteht aus einem Widerstand R1 und einer Induktivität L1. Ein Speichermittel 603, das aus mindestens einem Bauteil C1 besteht, das geeignet ist, elektrische Energie zu speichern und zu erhalten, wird geladen, wenn das bipolare Versorgungssignal 600 auf seinem hohen Pegel ist. Gemäß dem hohen oder niedrigen Pegel des bipolaren Versorgungssignals 600 steuert der Zweig 605 des elektronischen Systems die Umschaltung des Bauteils (vom Typ Transistor) Q1 und erlaubt, die Ladung und Entladung des Speicherelements 603 in dem zweiten Aktuator 602 zu steuern. Das Bauteil C1 ist beispielhalber ein Kondensator mit einer Kapazität von 1 mF. Bezüglich des Zweigs 605 führt ein niedriger Pegel des bipolaren Signals 600 oder eine Abwesenheit des Signals in beiden Fällen zu einer Sättigung des Bauteils (PMOS-Transistor) Q1, das den zweiten Aktuator 602 des Antriebssystems aktiviert.
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7 zeigt eine Dreiviertel-Gesamtansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 700. Das Antriebssystem 700 wird durch ein bipolares Signal 701 gespeist und besteht erfindungsgemäß aus einem ersten Aktuator, der mit einer Übertragungsachse 702, die mit einem Verschlussorgan eines Fluidzirkulationsventils (in der Figur nicht gezeigt) fest verbunden ist, einem Mittel zur Verriegelung des Verschlussorgans in die bevorzugte Aktivierungsposition (in der Figur nicht sichtbar), einem Rückholelement, das geeignet ist, das Verschlussorgan (in der Figur nicht sichtbar) in eine Sicherheitsposition zu bringen, und das auf die Übertragungsachse 702 einwirkt, einem zweiten Aktuator, der geeignet ist, das Verriegelungsmittel (in der Zeichnung nicht sichtbar) freizugeben, einem elektronischen System, das aus diskreten Bauteilen besteht und geeignet ist, den verriegelten und entriegelten Zustand des Antriebssystems 700 zu steuern. Alle das Antriebssystem 700 bildenden Bauteile sind in einer abgedichteten oder nicht abgedichteten Schutzhülle integriert, die geeignet ist, diese Elemente vor Umweltbedingungen zu schützen, und aus einem durch eine Haube 704 geschlossenen Gehäuse 703 besteht, wobei das Gehäuse 703 und die Haube 704 vorzugsweise aus Kunststoffmaterial hergestellt sind und das Befestigungsmittel der Haube 704 auf dem Gehäuse 703 vorzugsweise durch Schweißen, Kleben oder Klemmen ausgeführt ist. Das Gehäuse 703 ist mit Befestigungsmitteln 705 versehen, um auf dem Fluidzirkulationsventil oder jeglichem anderen mit dem Ventil fest verbundenen Element montiert zu werden. Vorzugsweise sind die Befestigungsmittel 705 Ösen, Gewindeelemente oder spezifische Aufnahmevorrichtungen, die in das Fluidzirkulationsventil oder jegliches andere mit dem Ventil fest verbundene Element passen.
