DE3810154C2 - Elektromagnetventil mit Dauermagnethaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil zur Steuerung von gasförmigen und/oder flüssigen Medien mit Dauermagnethaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Magnetventile sind bekannt. So zeigt beispielsweise die EP 0 101 527 A1 ein Impulsmagnetventil, bei dem ein Dauerma­ gnet für das Festhalten des als Ventilkörper ausgebildeten Ankers in mindestens einer Schaltstellung sorgt und bei welchem eine elek­ trische Spuleneinrichtung aus zwei gegenseitig übereinander gewickel­ ten, getrennt elektrisch aktivierbaren Wicklungen für die eine oder andere Schaltstellung vorgesehen ist. Ein weiteres, bistabiles Magnet­ ventil mit zwei elektrischen Spulen ist in der DE-OS 34 37 487 beschrieben. Die Spulen werden abwechselnd gegensinnig gepulst, um den Ventilkörper des Ventils in der jeweiligen Arbeitsstellung zu halten.

Es ist weiterhin bekannt, die Spuleneinrichtung solcher Magnetventile mit nur einer Wicklung zu versehen. Für die Rückführung des Ven­ tilkörpers in die Ausgangslage ist das Magnetfeld des die aktivierte Stellung des Ventilkörpers haltenden Dauermagneten kurzzeitig umzu­ polen, was im Falle der Ausführung mit nur einer Spule durch eine externe elektrische Pol-Umschaltsteuerung (DE-OS 38 19 761) ge­ schieht, die einen umgekehrten Stromfluß durch die einzige Spule ermöglicht. Hierdurch wird als bistabile Ventilfunktion erreicht, 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 speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS-Steuerungen) angesteuert werden soll. Des weiteren muß als nachteilig angesehen werden, daß der Vorteil des geringen Leistungsbedarfs von Magnetventilen mit Dauermagnethaltung nur zum Tragen kommt, wenn die externe Steuerung für entsprechende Impulsabgabe eingerichtet ist, wobei eine Zweistellungs-Schaltung durch bistabile 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 als auch in bistabiler Betriebsart zu arbeiten vermag, wobei in beiden Betriebs­ arten ein leistungsarmer Betrieb ermöglicht ist.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die damit erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die unterschiedlichen Gegebenheiten der infrage kommenden externen Steuerschaltungen durch eine einheitliche Ventilausführung lediglich durch entsprechende Anklemmung berücksichtigt werden können.

Der für die monostabile Betriebsweise vorgesehene erste Schaltkreis der Steuerschaltung des Ventils weist einen mit der Spuleneinrichtung in Reihe geschalteten Kondensator auf sowie elektronische Mittel, welche bei anliegendem Steuersignal eine den Anzugstrom der Spu­ leneinrichtung erzeugende Aufladung und bei Abschalten des Steuer­ signals einen den Umsteuerstrom unter umgekehrter Flußrichtung erzeugende Entladung des Kondensators bewirken. Damit erfährt das Magnetventil eine Impulsbetätigung, nach welcher der Stromfluß auf den Leckstrom des Kondensators zurückgeht.

Der für die bistabile Antriebsweise vorgesehene zweite Schaltkreis der Steuerschaltung des Ventils 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.

Claims (5)

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, und dem Elektromagnetventil eine Steuerschaltung (20) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,, daß die mit dem Elektromagnetventil baulich bzw. lösbar vereinigte Steuerschaltung (20) einen mit einem Steuereingang ver­ sehenen ersten Schaltkreis (22) aufweist, der jeweils bei Anlegen und Ablegen einer Spannung einen Ausgangsschaltimpuls erzeugt, welche Impulse sich durch ihre Stromflußrichtung unter­ scheiden, wobei sich eine monostabile Ventilfunktion ergibt, sowie einen mit zwei Steuereingängen versehenen zweiten Schaltkreis (23) aufweist, der bei Anlegen einer Spannung an jeweils einem der Eingänge jeweils Schaltimpulse unter­ schiedlicher Polarität erzeugt, wobei sich eine bistabile Ventilfunktion ergibt, und daß Schaltmittel (27) zur gegenseitigen Verriegelung dieser Schaltkreise vorge­ sehen 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, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (20) in einem IC integriert ist.