DE4429919A1 - Schaltungsanordnung zum Betrieb eines elektrisch ansteuerbaren Magnetventils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb ei­ nes elektrisch ansteuerbaren Magnetventils mit einem wenigstens in zwei Arbeitsstellungen bringbaren Ventilstellglied, durch dessen Verstellung jeweils ein zu der jeweiligen Arbeitsstellung korrespondierender, mit einem Strömungsmedium beaufschlagter Strömungsweg auswählbar ist.

Schaltungsanordnungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sind beispielsweise bei Kühlmöbeln mit mehreren Fächern unter­ schiedlicher Temperatur zum Ansteuern von dort zur Anwendung kommenden, bistabilen Magnetventilen im Einsatz, anhand welcher der von einem Verdichter in einem Kältekreis erzeugte Kältemit­ telfluß den Verdampfern in den Fächern unterschiedlicher Tempe­ ratur je nach Kältebedarf zugeleitet wird. Zu diesem Zweck wird das Ventilstellglied des bistabilen Magnetventils entsprechend der Kälteanforderung aus den Lagerfächern des Kühlmöbels in sei­ ne eine oder andere Arbeitsstellung bewegt. Dies geschieht durch die von den Elektromagneten auf das Ventilstellglied ausgeübte Kraft, infolge derer das Ventilstellglied in seine Verschlußpo­ sition beschleunigt wird, wobei durch den Verschließvorgang ein deutlich hörbares Geräusch erzeugt wird. Diesem ist in der Ver­ gangenheit durch am Ventilstellglied angeordneten Schalldämp­ fungsmaßnahmen in Form von das Verschließen der düsenartigen Zu­ fuhröffnungen bewirkenden Kunststoffteilen Rechnung getragen. Für derartige Kunststoffteile ist jedoch, um diese an den düsen­ artigen Zufuhröffnungen nicht vorzeitig zu verschleißen, eine relativ hohe Shore-Härte zu wählen, was zwangsläufig wiederum eine nicht unbeachtliche Verschlechterung der Geräuschdämmung zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen vorzuschla­ gen, welche auf einfache Weise einen geräuscharmen Betrieb eines elektrisch ansteuerbaren Magnetventiles ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Verstellung des Ventilstellgliedes in die jeweils andere Ar­ beitsstellung im Anschluß an eine Beaufschlagung zumindest des durch das Magnetventil gebildeten Abschnitts des Strömungsweges mit überwiegend in flüssigen Anteilen vorliegenden Strömungsme­ dium erfolgt.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist eine über die Brauchbar­ keitsdauer des elektrisch ansteuerbaren Magnetventils gleich­ bleibende, durch das flüssige Strömungsmedium erzeugte Geschwin­ digkeits- und damit verbundene Geräuschdämpfung für das bewegte Ventilstellglied erzeugt, da die Geräuschdämpfung von sich ggf. ändernden Werkstoffeigenschaften von üblicherweise für Geräusch­ dämmung eingesetzten Werkstoffen, wie z. B. der Alterungsvorgang bei Kunststoffen, unabhängig ist. Ferner ist das Maß der Dämp­ fung für das Ventilstellglied auf einfache Weise durch dessen geometrische Gestaltung beeinflußbar.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß die Beaufschlagung des durch das Magnetventil gebildeten Abschnitts des Strömungsweges mit flüssigem Strömungsmedium durch eine zeitliche Verzögerung der Verstellung des Ventilstellgliedes bezüglich einer Aktivierung eines das Strömungsmedium antreibenden Mittels erzielt ist.

Durch eine derartige Lösung ist auf besonders einfache Art und Weise ohne zusätzlichen Sensoraufwand sichergestellt, daß der durch das Magnetventil gebildete Abschnitt des Strömungsweges mit flüssigem Strömungsmedium beaufschlagt ist.

Besonders einfach erzeugbar ist eine zeitliche Verzögerung, wenn nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die zeitliche Verzögerung durch ein im wesentlichen elektromechanisch ausgebildetes Zeit­ glied gebildet ist. Zudem zeichnet sich ein derartiges Zeitglied durch seinen robusten Aufbau aus.

Entsprechend einer alternativen Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß die zeitliche Verzögerung durch ein aus elektronischen Komponenten zusammengesetztes Zeit­ glied gebildet ist.

Bei einer solchem Lösung kann die Größenordnung der Zeitverzöge­ rung auch im Nachhinein auf einfache Weise variiert werden. Außerdem ist ein derartiges Zeitglied äußerst preiswert realisier­ bar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gegenstan­ des der Erfindung ist vorgesehen, daß die zeitliche Verzögerung im Bereich zwischen 30 sek und 90 sek liegt.

Als besonders zutreffend hat sich eine zeitliche Verzögerung er­ geben, wenn nach einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die zeitliche Verzögerung 60 sek beträgt.

Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß das zum Antreiben des Strömungsmediums dienende Mittel als Kältemittelverdichter ausgebildet ist.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung am Beispiel eines in der beigefügten Zeichnung vereinfacht dargestellten Mehrtemperaturen-Kühlgerätes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Zweitemperaturen-Kühlgerät bei geöffneten Türen mit einem Kühlfach und einem Gefrierfach, deren Tem­ peraturen durch eine elektronische Regeleinrichtung gesteuert sind,

Fig. 2 einen Ausschnitt der elektronischen Regeleinrichtung mit einer elektronischen Schaltungsanordnung zur An­ steuerung eines den Kältemittelfluß zum Gefrierfach bzw. Kühlfach steuernden Elektromagnetventils.

In Fig. 1 ist eine Kühl- und Gefrierkombination 10 gezeigt, de­ ren wärmeisolierendes Gehäuse 11 zwei durch eine wärmeisolieren­ de Zwischenwand 12 thermisch voneinander getrennte, vertikal übereinander angeordnete und mit separaten Türen 13 und 14 ver­ schließbare Lagerfächer aufweist. Dabei ist das höherliegende, mit der Tür 13 verschließbare Lagerfach als Kühlfach 15 ausge­ bildet, welches mit in vertikalen Abständen übereinander ange­ ordneten, zum Abstellen von Kühlgut dienenden Etageren 16 ausge­ stattet ist. Das andere unterhalb dem Kühlfach 15 angeordnete, von diesem durch die wärmeisolierende Zwischenwand 12 getrennte Lagerfach ist als Gefrierfach 17 ausgebildet, welches zur Auf­ nahme von Gefriergut schubladenartig ausziehbare Gefriergutbe­ hälter 18 aufweist.

Sowohl das Kühlfach 15 als auch das Gefrierfach 17 ist zur Auf­ rechterhaltung seiner bestimmungsgemäßen Lagerraum-Temperatur mit nicht gezeigten Verdampfern ausgestattet, welche in einen ebenso nicht gezeigten Kältekreis eingebunden sind, innerhalb welchem ein die Verdampfer mit flüssigem Kältemittel versorgen­ der Verdichter angeordnet ist, welcher intermittierend betrieben ist, wobei die Ein- und Ausschaltphasen des Verdichters von den in den Lagerfächern herrschenden Temperaturen abhängig sind. Diese werden von nicht dargestellten Temperatursensoren erfaßt und in einer zu einer elektronischen Regeleinrichtung gehörenden Auswertelogik 19 einerseits zu in Temperatur-Anzeigeelementen anzeigbaren Werten aufbereitet und andererseits zu einem in ei­ ner Schaltungsanordnung 30 weiter verarbeitbarem Digitalsignal "A" verarbeitet (siehe hierzu Fig. 2).

Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, stellt das ausgangssei­ tig an der Auswertelogik 19 anliegende Digitalsignal "A" das Eingangssignal für die Schaltungsanordnung 30 dar, welche ein­ gangsseitig mit zwei zur Erzielung unterschiedlicher Zeitspannen dienenden RC-Gliedern ausgestattet ist. Diese sind durch zwei in Parallelschaltung angeordnete ohm′sche Widerstände 31 und 32 mit unterschiedlichen Widerstandswerten und einen gemeinsamen, dazu in Reihenschaltung liegenden Kondensator 33 gebildet, wobei dem mit dem niedrigeren Widerstandswert ausgestatteten Widerstand 32 eine Diode 34 vorgeschaltet ist, welche mit ihrem Kathodenan­ schluß mit dem Widerstand 32 verbunden ist, so daß der über den Ladevorgang des Kondensators 33 über den höherohmigen Widerstand 31 stattfindet. Das durch den Ladevorgang am Kondensator 33 er­ zeugte Spannungspotential liegt an den zusammengeführten Eingän­ gen eines NAND-Gatters 35, dessen Ausgangssignal der Basis eines PNP-Transistors 36 zugeführt ist, dessen Emitteranschluß an eine Gleichspannungsversorgung "U_B" angeschlossen ist, während sein Kollektoranschluß über einen den Kollektorstrom begrenzenden ohm′schen Widerstand 37 mit Massepotential verbunden ist. Zwi­ schen dem Kollektoranschluß des PNP-Transistors 36 und dem ohm′schen Widerstand 37 ist der Gate-Anschluß zum Abgriff für den Zündstrom eines Triacs 38 angeordnet, mit dessen zweiten Hauptelektroden-Anschluß ein an den Leitungspol "L" einer 230 Volt Wechselspannung angekoppeltes, monostabiles, zwei Strö­ mungswege schaltendes Elektro-Magnetventil 39 verbunden ist. Der andere Hauptelektroden-Anschluß des Triacs 38 ist dem Null-Pol "N" der Wechselspannungsversorgung verbunden, welcher zugleich auch noch den Masseanschluß für diese Hauptelektrode des Triacs 38 bildet.

Ein für das Kühlfach 15 aufgrund der darin angestiegenen Lager­ temperatur bestehender Kältebedarf wird am Ausgang der Auswerte­ logik 19 durch eine logische Eins für das Ausgangssignal "A" si­ gnalisiert, welches einerseits die Aktivierung des Kältemittel­ verdichters und andererseits einen Umschaltvorgang des monosta­ bilen Magnetventils 39 aus seiner Ruhestellung zur Änderung des Strömungsweges für das Kältemittel zum Verdampfer des Kühlfaches 15 hin bedeutet. Hierbei ist der Umschaltvorgang des elektrisch ansteuerbaren Magnetventils 39 durch das aus dem Widerstand 31 und den Kondensator 33 gebildete RC-Glied gegenüber dem Ein­ schaltvorgang des Verdichters zeitlich verzögert, da die logi­ sche "Eins" am Ausgang der Auswertelogik 19 erst nach dem Ab­ schluß des Ladevorgangs des Kondensators 33 an den zusammenge­ führten Eingängen des NAND-Gatters 35 anliegt und an dessen Aus­ gang eine logische "Null" erzeugt, welche der Basis des als elektronischen Schalter dienenden PNP-Transistors 36 zugeführt ist, wodurch dieser in leitenden Zustand versetzt ist. Der durch den Leitungszustand des PNP-Transistors 36 zwischen dessen Emit­ ter und dessen Kollektor fliegende Strom dient als Zündstrom für den Triac 38, wodurch der Stromkreis für das monostabile Magnet­ ventil 39 geschlossen ist, so daß die gewünschte Positionsände­ rung seines als für die Elektro-Magnete dienenden Ventilstell­ gliedes zur Umleitung des Kältemittels auf den Verdampfer des Kühlfaches 15 stattfindet.

Durch die eingangsseitige Beschaltung des NAND-Gatters 35 mit dem aus dem Widerstand 31 und dem Kondensator 33 gebildeten RC- Glied verzögert sich, wie bereits beschrieben, die Ansteuerung des Magnetventils 39 gegenüber der Ansteuerung des Verdichters zeitlich, wobei diese an sich aufgrund des von der Auswertelogik 19 aus gegebenen Ausgangssignals "A" bei einer Kälteanforderung für das Kühlfach 15 gleichzeitig stattfinden mühte. Aufgrund der zeitlichen Verzögerung zwischen der Inbetriebnahme des Verdich­ ters und der Änderung des Strömungsweges für das Kältemittel durch das Magnetventil 39 ist sichergestellt, daß das letztere mit in flüssiger Phase vorliegendem Kältemittel durchströmt ist, so daß die Umschaltbewegung des die Richtungsänderung für die Strömung bewirkenden Ventilstellgliedes flüssigkeitsgedämpft und somit weitestgehend geräuschlos ohne zusätzliche Dämpfungs­ maßnahmen stattfindet. Als für die Größenordnung der Verzöge­ rungszeiten brauchbare Zeiten haben welche zwischen 30 sek und 90 sek bereits gute Ergebnisse gezeigt, wobei sich eine Verzöge­ rungszeit von 60 sek als günstig erwies.

Genauso ist es auch möglich, anstatt der zeitlich nach dem Ver­ dichter stattfindenden Aktivierung des Magnetventils 39 zur Si­ cherung der Flüssigkeitsdämpfung für das Ventilstellglied einen Flüssigkeitssensor zur Überwachung des Flüssigkeitsstandes im Magnetventil 39 vorzusehen.

Hat die Lagertemperatur im Kühlfach 15 seinen bedarfsgemäßen Sollwert erreicht, wird dies über Temperatursensoren der Auswer­ telogik 19 signalisiert, woraufhin diese ein Signal zur Außerbe­ triebnahme des Verdichters und eine logische "Null" als Aus­ gangssignal "A" ausgibt. Dieses liegt als Umschaltsignal für das Magnetventil 39 um die Entladezeit des Kondensators 33 verzögert am Eingang des NAND-Gatters 35 an, wobei aufgrund des gegenüber dem Widerstand 31 sehr viel geringeren Widerstandswert für den Widerstand 32 der Umschaltvorgang des Magentventils 39 in seine den Strömungsweg zum Gefrierfach-Verdampfer freigebende Ruhelage nahezu gleichzeitig zum Stop des Verdichters erfolgt. Aufgrund der geringfügigen zeitlichen Verzögerung, für welche sich be­ reits eine Zeit von 50 ms als günstig erwies, ist sicherge­ stellt, daß zumindest der durch das Magnetventil 39 vorgegebene Strömungsweg des Kältekreises noch mit flüssigem Kältemittel be­ aufschlagt ist und somit der Umschaltvorgang des Ventilstell­ gliedes flüssigkeitsgedämpft und somit nahezu geräuschlos statt­ findet.

Für den Fall, daß für das Gefrierfach 17 Kältebedarf gemeldet wird, ist das Ausgangssignal "A" der Auswertelogik 19 logisch "Null", wodurch am NAND-Gatter 35 eine logische "Eins" anliegt und somit der Transistor 38 sperrt, so daß der Triac 38 inaktiv und damit das Magnetventil 39 stromlos ist.

Anstelle der im Ausführungsbeispiel aus diskreten elektronischen Bauelementen aufgebauter Schaltungsanordnung 30 ist es auch denkbar, deren und die der Auswertelogik 19 zugrundeliegende Funktion durch einen entsprechend programmierten Mikroprozessor nachzubilden, so daß die zeitlich verzögerte Inbetriebnahme des Magnetventils 39 bezüglich dem Verdichter durch ein entsprechen­ des Softwareprogramm bewerkstelligt sein könnte.

Es versteht sich, daß die Erfindung auch auf eine Beschaltung eines bistabilen Magnetventils mit in dieser Beschaltung dann vorzusehenden ventilspezifischen Beschaltungsänderung anwendbar ist.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb eines elektrisch an­ steuerbaren Magnetventils mit einem wenigstens in zwei Arbeitsstellungen bringbaren Ventilstellglied, durch dessen Verstellung jeweils ein zu der jeweiligen Ar­ beitsstellung korrespondierender, mit einem Strömungs­ medium beaufschlagter Strömungsweg auswählbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Ventilstellgliedes in die jeweils ande­ re Arbeitsstellung im Anschluß an eine Beaufschlagung zumindest des durch das Magnetventil (39) gebildeten Abschnitts des Strömungsweges mit überwiegend in flüs­ sigen Anteilen vorliegenden Strömungsmedium erfolgt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Beaufschlagung des durch das Magnet­ ventil (39) gebildeten Abschnitts des Strömungsweges mit flüssigen Strömungsmedium durch eine zeitliche Ver­ zögerung der Verstellung des Ventilstellgliedes bezüg­ lich einer Aktivierung eines das Strömungsmedium an­ treibenden Mittels erzielt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zeitliche Verzögerung durch ein im wesentlichen elektromechanisch ausgebildetes Zeitglied gebildet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zeitliche Verzögerung durch ein aus elektronischen Bauteilen (31, 33) zusammengesetztes Zeitglied (31, 33) gebildet ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Verzögerung im Bereich zwischen 30 sek und 90 sek liegt.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Verzögerung 60 sek beträgt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zum Antreiben des Strömungsmediums dienende Mittel als Kältemittelverdichter ausgebildet ist.

8. Kühlmöbel, insbesondere Kühl- oder Gefrierschrank oder Kühl- und Gefrierkombination, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.