-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft elektromagnetbetätigte Ventile im allgemeinen
und insbesondere selbstverriegelnde elektromagnetbetätigte Ventile
und Steuerschaltungen zur Betätigung
derselben.
-
2. Beschreibung des Standes
der Technik
-
Elektromagnete
sind allgemein bekannte elektromechanische Vorrichtungen, die zur
Umwandlung elektrischer in mechanische Energie und insbesondere
in kurzhubige mechanische Bewegung verwendet werden. Seit langem
werden Elektromagnete als solche zur Betätigung von Ventilen auf ein
elektrisches Signal hin verwendet. Im Stand der Technik ist es beispielsweise
bekannt, einen Elektromagneten zum Vorspannen eines Ventilelements
in eine Richtung entgegen der Vorspannkraft einer Rückstellfeder
zu verwenden. Wenn die Stromzufuhr zu dem Elektromagneten unterbrochen
wird, spannt die Rückstellfeder
das Ventilelement wieder in seine erste Position vor.
-
Bei
bestimmten Anwendungszwecken müssen
Ventilelemente zur Regelung des Stroms von Fluiden, wie beispielsweise
Luft, durch das Ventil fest in verschiedenen vorbestimmten Positionen
gehalten werden. Eine im Stand der Technik verwendete Ausführungsform
zum Erzielen dieses Ergebnisses läßt die zum Vorspannen des Ventilelements
in eine bestimmte Position verwendete Rückstellfeder weg und ersetzt
sie durch einen zweiten Elektromagneten. Der zweite Elektromagnet
wird so mit Strom versorgt, daß er
das Ventilelement ausrücklich
in eine vorbestimmte Position bewegt und dort hält, bis er aberregt und der
erste Elektromagnet erregt ist, um das Ventilelement wieder in die
andere Position zu bewegen. Dieser Ansatz hat jedoch den Nachteil,
daß mit
zwei Elektromagneten betriebene Ventile die Größe, das Gewicht, die Kosten
sowie die Komplexität
des Ventils erhöhen.
Ferner muß bei
hin und her gehenden Ventilen mindestens eine Spule jederzeit mit
Strom versorgt sein, um zu gewährleisten,
daß das
Ventilelement korrekt in der vorbestimmten Position sitzt. Ein unerwartetes,
unbeabsichtigtes oder sogar geplantes Abschalten des dem Elektromagneten
zugeführten
Stroms hat einen Steuerungsverlust des Ventils zur Folge. Ferner
sind bei solchen Anwendungen, in denen die Effizienz des Elektromagneten
von Belang ist, wie beispielsweise bei einer begrenzten Stromquelle,
Elektromagnete, die ständig
mit Energie versorgt werden müssen,
um ein Ventilelement in einer bestimmten Position zu halten, oder
mit zwei Elektromagneten betätigte
Ventile generell nicht akzeptabel.
-
Zur
Verringerung der Verlustwärme
von Elektromagneten insbesondere bei solchen Anwendungen, in denen
der Elektromagnet für
längere
Zeiträume
in der Betätigungsposition
gehalten werden soll, werden im Stand der Technik Haltemechanismen
verwendet, um den mechanischen Ausgang des Elektromagneten in der
einen oder anderen Position zu halten, ohne daß er kontinuierlich mit Strom
versorgt werden muß.
Zu diesem Zweck verwenden im Stand der Technik bekannte herkömmliche
selbstverriegelnde Elektromagnete üblicherweise ein bewegbares
Polstück
und einen feststehenden Permanentmagneten, die zum Vorspannen eines
Ventilelements einem elektromagnetischen Fluß ausgesetzt sind. Üblicherweise
bewirkt der in eine Richtung durch die Spule fließende Strom,
daß das
Polstück
sich von dem Permanentmagneten wegbewegt und von einem anderen ortsfesten
Element in dem Elektromagneten angezogen wird, wodurch das Ventilelement betätigt wird.
Dann wird die Stromzufuhr zu der Spule unterbrochen, aber durch
die auf das bewegbare Polstück
einwirkende latente Magnetkraft wird es weiterhin von dem ortsfesten
Teil des Elektromagneten angezogen oder in seiner letzten Position "verriegelt".
-
Zur
Umkehr der Richtung des Stroms durch die Elektromagnetspule und
damit der Richtung des elektromagnetischen Flusses werden Steuerschaltungen
verwendet. Die Umkehr der Richtung des Stroms durch die Spule kehrt
die "Polarität" des bewegbaren Polstücks um,
so daß es
in die entgegengesetzte Richtung auf den Per manentmagneten hin getrieben
wird, an dem es wiederum "verriegelt" wird, nachdem die
Stromzufuhr zu dem Elektromagneten unterbrochen worden ist. Dann
kann die Rückstellfeder üblicherweise
das Ventilelement in der entgegengesetzten Richtung vorspannen.
Auf diese Weise kann das Ventilelement durch Betätigung des Elektromagneten
nach einem relativ kurzen elektrischen Stromimpuls durch die Elektromagnetspule
in jede vorbestimmte Position bewegt und darin gehalten werden.
-
Die
Französische
Patentanmeldung FR-A-1302616 beschreibt eine Elektroventilanordnung,
bei der beim Verbinden eines ersten Anschlusses mit der Phase e
einer Quelle durch einen Schalter ein Spulenkörper mit einem kontinuierlichen Strom
in einer Richtung versorgt wird und das Ventil mit einem Sitz in
Kontakt bringt, während
ein zweites Ventil von seinem Sitz beabstandet wird, wodurch eine
Fluidströmung über einen
ersten Fluidströmungsweg
ermöglicht
wird. Es ist ein Magnet vorgesehen, dessen Magnetisierung diese
Verbindung aufrechterhält,
nachdem die Stromzufuhr unterbrochen worden ist. Falls der Schalter
mit einem zweiten Anschluß und
der Phase e der Quelle verbunden ist, wird der Spulenkörper mit
einem kontinuierlichen Strom von entgegengesetzter Richtung versorgt,
und ein einen Permanentmagneten aufweisender Kern wird nach hinten
gegen eine Platte gedrückt,
gegen die er ohne Eingreifen seitens einer Stößelstange gehalten wird. Das
Fluid strömt über einen
zweiten Fluidströmungsweg.
Auf diese Weise sieht FR-A-1302616 ein Elektroventil mit zwei stabilen
Positionen vor, ohne daß eine
Rückstellfeder
notwendig ist. Die Bewegung des ersten und des zweiten Ventils in
beide Richtungen wird durch eine Elektromagnetanordnung bewirkt.
-
Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, die selbstverriegelnde Elektromagnetventilanordnung
und insbesondere den Verriegelungsmechanismus zu verbessern.
-
Selbstverriegelnde
Elektromagnetanordnung mit:
einem Ventilgehäuse mit einem Druckluftzufuhreinlaßport zur
Verbindung mit einer Druckluftquelle und mit wenigstens einem Zylinderport;
einem
Ventilelement, das in dem Ventilgehäuse derart gestützt ist,
daß es
zwischen vorbestimmten Positionen bewegbar ist, um Druckluft wahlweise
vom Einlaßport
zu dem wenigstens einen Zylinderport zu leiten;
einem Vorspannelement
zum Bewegen des Ventilelements in eine Richtung und einer Elektromagnetanordnung
zum Bewegen des Ventilelements in die entgegengesetzte Richtung;
wobei
die Elektromagnetanordnung ein Gehäuse mit einer darin gestützten Elektromagnetspule,
ein feststehendes ferromagnetisches Polstück mit einem sich durch dieses
erstreckenden Durchgang und einem in dem Durchgang bewegbar gestützten Druckstift
aufweist;
einer ferromagnetischen Halteeinrichtung, die durch das
Gehäuse
gestützt
und von dem Polstück
beabstandet ist; und
einem Permanentmagnet, der zwischen der
Halteeinrichtung und dem Polstück
angeordnet ist, wobei der Magnet unter dem Einfluß eines
elektromagnetischen Flusses, der durch einen durch die Spule fließenden Stromimpuls
erzeugt wird, in Richtung des Polstücks bewegbar ist, wodurch der
Permanentmagnet gegen den Druckstift getrieben wird, um das Ventilelement
in eine vorbestimmte Position zu bewegen, und wobei der Permanentmagnet
unter dem Einfluß eines
elektromagnetischen Flusses, der durch einen in entgegengesetzter
Richtung durch die Spule fließenden
Stromimpuls erzeugt wird, von dem Polstück weg und in Richtung der
Halteeinrichtung bewegbar ist, wodurch das Vorspannelement das Ventilelement
in eine andere vorbestimmte Position bewegt, wobei ein Raum zwischen
der Halteeinrichtung und dem Permanentmagnet gebildet ist, wenn der
Permanentmagnet in Richtung des Polstücks bewegt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das
Elektromagnetgehäuse
eine Gewindebohrung aufweist, wobei die Halteeinrichtung an dem
Gehäuse
in die Bohrung eingeschraubt derart angebracht ist, daß die Position
der Verrieglungseinrichtung zu und von dem Permanentmagnet weg einstellbar
ist, wodurch die Größe des Raums
zwischen der Halteeinrichtung und dem Permanentmagnet eingestellt
wird, wenn sich der Magnet in Richtung des Polstücks bewegt.
-
In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung kann auch eine Schaltung zum Steuern einer
Ventilanordnung vorgesehen sein. Diese Schaltung ist in den Anwendungsfällen notwendig,
in denen eine elektrische Isolierung der beiden Steuersignalzufuhrleitungen
erforderlich ist, um eine durch ein Rückführsignal mit umgekehrter Polarität oder ein
anderes kurzes Signal verursachte Beschädigung der Steuerschaltungen
zu verhindern. Die Schaltung weist einen Elektromagneten mit einer Spule
auf. Die Spule weist ein erstes und ein zweites Ende auf. Die Schaltung
weist ferner eine erste Umschaltschaltung auf, die elektrisch mit
dem ersten und dem zweiten Ende der Spule verbunden ist, um den
Durchgang von Strom in eine erste Richtung zu ermöglichen,
um den Permanentmagneten gegen den Druckstift in eine erste axiale
Richtung zu bewegen. Die Schaltung weist ferner eine zweite Umschaltschaltung
auf, die elektrisch mit dem ersten und dem zweiten Ende der Spule
verbunden ist, um den Durchgang von Strom in eine zweite Richtung
zu ermöglichen,
um den Permanentmagneten von dem Druckstift weg in eine zweite axiale
Richtung zu ermöglichen.
Wenn jede Umschaltschaltung das Fließen von Strom durch die Spule
ermöglicht,
isoliert sie ferner eine negative Steuerquelle elektrisch gegenüber der
anderen.
-
Außerdem hat
die Verwendung eines Paares von mit der Spule elektrisch verbundenen
Umschaltschaltungen im Vergleich mit nach dem Stand der Technik
bekannten herkömmlichen
Schaltungen einen relativ geringen Spannungsabfall über der
Schaltung zur Folge.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Andere
Vorteile der Erfindung sind schnell ersichtilch, da dieselben durch
Bezugnahme auf die folgende ausführliche
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher
werden, wobei diese zeigen:
-
1 eine
perspektivische Ansicht der selbstverriegelnden Elektromagnetventilanordnung der
vorliegenden Erfindung;
-
2 eine
quergeschnittene Seitenansicht der selbstverriegelnden Elektromagnetventilanordnung,
die den an dem Polstück
gehaltenen Permanentmagneten zeigt;
-
3 eine
quergeschnittene Seitenansicht einer selbstverriegelnden Elektromagnetventilanordnung,
die den Permanentmagneten nahe der Halteeinrichtung zeigt; und
-
4 die
zur Umkehr der Richtung des Stroms durch die Spule verwendete elektrische
Steuerschaltung.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES/DER
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS/AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
In
den 1 bis 3, in denen zur Bezeichnung
gleicher Strukturen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, ist
eine selbstverriegelnde Elektromagnetventilanordnung der vorliegenden
Erfindung generell mit 10 bezeichnet. Die Elektromagnetventilanordnung 10 weist
ein Ventilgehäuse 12 und
eine an dem Ventilgehäuse 12 angebrachte Elektromagnetanordnung 14 auf.
Das Ventilgehäuse 12 weist
einen Druckluftzufuhreinlaßport 16 zur
Verbindung mit einer Druckluftquelle und wenigstens einen Zylinderport 18,20 auf.
Ein Ventilelement 22 ist in dem Ventilgehäuse 12 derart
gestützt,
daß es
zwischen vorbestimmten Positionen bewegbar ist, um Druckluft wahlweise
vom Einlaßport 16 zu
wenigstens einem der Zylinderports 18,20 zu leiten.
-
Genauer
gesagt, ist das Ventilgehäuse 12 rechteckig
und weist eine axial durch es hindurchgehende Ventilbohrung 24 auf,
die eine Fluidverbindung zwischen dem Luftzufuhreinlaßdurchgang 16, zwei
Zylinderdurchgängen 18,20 und
zwei Auslaßports 26,27 darstellt.
Wie in den Zeichnungen gezeigt, ist das Ventilelement ein hin und
her gehendes Ventil 22, das in der Ventilbohrung 24 zwecks
reziproker Bewegung darin zum Regeln des Fluidstroms durch das Ventilgehäuse 12 gestützt ist.
Das hin und her gehende Ventilelement 22 ist vorzugsweise
ein Aluminiumeinsatz, der in bestimmten Bereichen des Ventilelements 22 mit
Gummi überformt
und gebondet und zur Bildung von Ventilteilen 30,32,34 auf
bestimmte Abmessungen geschliffen ist. Die Ventilteile 30,32,34 greifen
an in der Ventilbohrung 24 vorhandenen angrenzenden Ventilsitzen 36,38,40,41 an, um
verschiedene Strömungsdurchlässe abzudichten,
wenn das Ventilelement 22 sich zwischen den Positionen
innerhalb der Ventilbohrung 24 hin und her bewegt.
-
An
einem Ende der Ventilbohrung 24 ist eine napfförmige Rückhalteeinrichtung 42 über ein
Gewinde angebracht. In der Bohrung 24 befindet sich gegenüber der
Rückhalteeinrichtung 42 ein
Gewindeeinsatz 44. Zwischen der Rückhalteeinrichtung 42 und
einem Ende des hin und her gehenden Ventilelements 22 ist
ein Vorspannelement 46, wie beispielsweise eine Rückstellschraubenfeder,
angeordnet. Die Rückstellfeder 46 übt eine
konstante Vorspannkraft auf das hin und her gehende Ventilelement 22 und
nach links aus, wie in 2 zu sehen. Dagegen wird das
hin und her gehende Ventilelement 22 unter dem Einfluß der Elektromagnetanordnung 14,
wie nachfolgend ausführlicher
beschrieben, in entgegengesetzter Richtung oder nach rechts betätigt, wie
in 2 zu sehen. Wie oben beschrieben und in den Zeichnungen
gezeigt, verwendet die Ventilanordnung ein Vierwegeventil. Für den Durchschnittsfachmann
auf dem Gebiet versteht es sich jedoch von selbst, daß die vorliegende
Erfindung in der hier beschriebenen und beanspruchten Form auch
mit Zweiwege-, Dreiwege- oder beliebigen anderen elektromagnetbetätigten Ventilen
verwendet werden kann.
-
Die
Elektromagnetanordnung 14 weist ein generell mit 48 bezeichnetes
Gehäuse
auf. Das Gehäuse 48 weist
eine an dem Ventilgehäuse 12 anliegende
Polplatte 50, eine gegenüber der Polplatte 50 angeordnete
Kappe 52 und einen sich dazwischen erstreckenden Elektromagnetbecher
oder -rahmen 54 auf. Der Rahmen 54 stützt eine
Spule 56 mit einem leitfähigen Draht 58, der
auf herkömmliche
Weise um einen Spulenkörper 60 gewickelt
ist. Der leitfähige
Draht 58 ist durch generell mit 62 bezeichneten Anschlüssen mit
einer Quelle elektrischen Stroms verbunden. Die Anschlüsse 62 sind
in der Kappe 52 gestützt
und weisen Anschlußstifte 64,
elektrische Kontakte 66 und Anschlußdrähte 68 auf. Die Anschlußdrähte 68 sind
wirkungsmäßig mit
der elektrischen Stromquelle verbunden. Die Richtung des Stroms
durch die Spule 56 und damit die Richtung der dadurch erzeugten
elektromagnetischen Kraft wird von einer in 4 generell
mit 70 bezeichneten Steuerschaltung geregelt, wie dies
nachfolgend ausführlicher
beschrieben wird. Nahe dem Spulenkörper 60 und zwischen
einem Teil des Rahmens 54 und der Kappe 52 ist
eine Deckplatte 55 angebracht.
-
Die
Polplatte 50 weist eine sich durch diese erstreckende Öffnung 72 auf.
Ferner weist die Elektromagnetanordnung 14 ein ferromagnetisches
Polstück 74 mit
einem gestuften Bereich 78 auf, dessen Querschnittsfläche kleiner
als der Rest des Polstücks 74 ist.
Der gestufte Bereich 78 ist in der Öffnung 72 der Polplatte 50 aufgenommen,
um das Polstück 74 mechanisch
an der Polplatte 50 zu befestigen. Ein dünnes Stück aus nicht
magnetischem rostfreiem Stahl 80 deckt das Polstück 74 gegenüber der
Polplatte 50 ab. Durch das Polstück 74 erstreckt sich
ein mittiger Durchgang 82. In dem Durchgang 82 ist
ein Druckstift 84 bewegbar gestützt.
-
Die
Kappe 52 des Elektromagnetgehäuses 48 weist eine
Gewindebohrung 86 auf. Eine ferromagnetische Halteeinrichtung 88 ist
in der Bohrung 86 mit dem Elektromagnetgehäuse 48 verschraubt,
aber von dem Polstück 74 beabstandet.
Die Halteeinrichtung 88 besteht aus Eisen, kann jedoch
aus einem beliebigen ferromagnetischen Material bestehen. Zwischen
der Halteeinrichtung 88 und dem Polstück 74 ist ein Permanentmagnet 90 angeordnet.
Eine Buchse 92 führt
den Magneten 90 innerhalb des Spulenkörpers 60. Unter dem
Einfluß eines
elektromagnetischen Flusses, der von einem in einer Richtung durch
die Spule 56 fließenden
Stromimpuls erzeugt wird, ist der Permanentmagnet 90 in
Richtung des Polstücks 74 bewegbar.
Dieser Fluß treibt
den Permanentmagneten 90 gegen den Druckstift 84,
um das Ventilelement 22 in eine vorbestimmte Position zu
bewegen. Ferner ist der Permanentmagnet 90 unter dem Einfluß eines
entgegengesetzt gerichteten elektromagnetischen Flusses, der von
einem in entgegengesetzter Richtung durch die Spule 56 fließenden Stromimpuls
erzeugt wird, von dem Polstück 74 weg
und auf die Halteeinrichtung 88 hin bewegbar. Wenn dies
geschieht, bewegt das Vorspannelement 46 das Ventilelement 22 in
eine andere vorbestimmte Position, z.B., wie in 3 gezeigt,
nach links.
-
Zu
diesem Zweck weist der Druckstift 84 einen vergrößerten Kopf 94 auf,
der nahe einem Ende des hin und her gehenden Ventilelements 22 angeordnet
ist, um dieses zu berühren,
wenn der Permanentmagnet 90 den Druckstift 84 kontaktiert.
Außerdem
begrenzt der vergrößerte Kopf 94 des
Druckstifts 84 die Bewegung des Druckstifts 84 innerhalb des
Durchgangs 82 des Polstücks 74 unter
dem Einfluß des
Vorspannelements 46 durch das Ventilelement 22,
wenn der Permanentmagnet 94 sich in Richtung der Halteeinrichtung 88 bewegt
hat. Wie in 3 gezeigt, schafft die eingeschränkte Bewegung des
Druckstifts 84 einen Spalt 96 zwischen dem Permanentmagnet 90 und
dem Polstück 74.
-
Wie
in 2 dargestellt, ist zwischen der Halteeinrichtung 88 und
dem Permanentmagneten 90 ein Raum 102 begrenzt,
wenn der Permanentmagnet in Richtung des Polstücks 74 bewegt wird.
Ferner kann die Position der Halteeinrichtung 88 zu dem Permanentmagneten 90 hin
und von ihm weg durch Einstellen der Position der Gewindehalteeinrichtung 88 innerhalb
der Gewindebohrung 86 in der Kappe 52 eingestellt
werden. Dementsprechend kann die Größe des Raums 102 zwischen
der Halteeinrichtung 88 und dem Permanentmagneten 90 eingestellt werden,
wenn der Permanentmagnet sich in Richtung des Polstücks 74 bewegt
hat. Auf diese Weise kann die Anziehungskraft zwischen der Halteeinrichtung 88 und
dem Permanentmagneten 90 moduliert werden.
-
Der
Permanentmagnet 90 kann von beliebiger geeigneter Art sein,
ist jedoch vorzugsweise ein Seitenerden-Neodym-Eisen-Bor-Magnet.
Wie in den Figuren gezeigt, bildet der Permanentmagnet 90 an seinen
gegenüberliegenden
Enden einen Nord- und einen
Südpol.
Für den
Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet jedoch ist klar, daß die Pole
auch umgekehrt sein können.
Mit dem Nordpol ist eine Schutzkappe 98 und mit dem Südpol eine
Schutzkappe 100 verbondet. Diese Kappen 98,100 schützen den
Permanentmagneten 90 bei seiner zyklischen Bewegung zwischen
dem Polstück 74 und
der Halteeinrichtung 88.
-
4 zeigt
eine generell mit 70 bezeichnete Schaltung zur Steuerung
der selbstverriegelnden Elektromagnetventilanordnung 10.
Die Schaltung 70 weist einen Elektromagneten 14 mit
einer Spule 56 und einen Permanentmagneten 90 auf.
Die elektrischen Anschlüsse 62 der
Spule 56 ragen aus einem ersten Ende 150 und einem
zweiten Ende 152 des Elektromagneten 14 heraus.
Der Strom läuft
durch den Anschluß 62 an
jedem Ende 150,152 durch die Spule 56.
Die Richtung des Stroms bei seiner Bewegung durch die Enden 150,152 bestimmt,
ob der Per manentmagnet 90 in einer ersten axialen Richtung oder
in einer der ersten axialen Richtung entgegengesetzten zweiten axialen
Richtung vorgespannt wird.
-
Mit
dem ersten Ende 150 des Elektromagneten 14 ist
eine erste Umschaltschaltung 154 und eine zweite Umschaltschaltung 156 verbunden.
Die erste Umschaltschaltung 154 ermöglicht, daß Strom in einer Richtung durch
den Elektromagneten 14 fließt, und die zweite Umschaltschaltung 156 ermöglicht, daß Strom
in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung
durch den Elektromagneten 14 fließt.
-
Die
erste Umschaltschaltung 154 weist einen ersten Transistor 158 und
einen zweiten Transistor 160 auf. In dem in 4 gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist der erste Transistor 158 ein pnp-Bipolarübergangstransistor.
Der zweite Transistor 160 ist ein MOSFET. Die Gründe für die Verwendung
zweier verschiedener Arten von Transistoren liegen sowohl in der
Verringerung des Gesamtspannungsabfalls über den Transistoren 158,160 als
auch in der Reduzierung der Vorspannungsanforderungen. Eine Basis 162 des
ersten Transistors 160 ist über einen Widerstand 166 mit
einem Gate 164 des zweiten Transistors 160 verbunden.
Das Gate 164 des zweiten Transistors 160 ist ferner über einen
Widerstand 170 mit einem Drain 168 des zweiten
Transistors 160 verbunden. Der Drain 168 und der
Widerstand 170 sind außerdem
mit einer Negativeingangssteuerquelle 172 verbunden. Die
Negativeingangssteuerquelle 172 liefert den zur Bestimmung,
ob die selbstverriegelnde Ventilanordnung 10 in die in
der ersten Umschaltschaltung 154 vorgesehene Richtung bewegt
werden soll, erforderlichen Eingang. Ein Kollektor 174 des ersten
Transistors 178 ist mit dem ersten Ende 150 des
Elektromagneten 14 und eine Source 176 des zweiten
Transistors 160 ist mit dem zweiten Ende 152 des
Elektromagneten 14 verbunden. Ein Emitter 178 des
ersten Transistors 158 ist mit der Stromquelle, in diesem
Ausführungsbeispiel
mit 24 Volt, verbunden.
-
Die
zweite Umschaltschaltung 156 ist ein Spiegelbild der ersten
Umschaltschaltung dahingehend, daß sie einen dritten Transistor 180 und
einen vierten Transistor 182 aufweist. Die Unterschiede
bestehen darin, daß der
dritte Transistor 180 ein Bipolarübergangstransistor ist, dessen
Kollektor 184 mit dem zweiten Ende 152 des Elektromagneten 14 elektrisch
verbunden ist, und der vierte Transistor 182 ein MOSFET
ist, dessen Source 186 mit dem ersten Ende 150 des
Elek tromagneten 14 elektrisch verbunden ist. Zwischen das
Gate 190 des vierten Transistors 182 und die Basis 192 des
dritten Transistors 180 ist ein Widerstand 188 geschaltet.
Ein weiterer Widerstand 194 ist zwischen das Gate 190,
den Widerstand 188 und den Drain 196 des vierten
Transistors 182 geschaltet. Der Widerstand 194 und
der Drain 196 sind ebenfalls mit einer Negativeingangssteuerquelle 198 verbunden,
die den Eingang zum Umschalten der selbstverriegelnden Ventilanordnung 10 in
der Richtung liefert, die derjenigen des Negativeingangs 172 entgegengesetzt
ist. Der Elektromagnet 14 empfängt den Strom durch den Emitter 200 des
dritten Transistors 180, der direkt mit der Stromquelle
verbunden ist.
-
Eine
rote LED 202 und eine grüne LED 204 sind mit
dem ersten Ende 150 und dem zweiten Ende 152 des
Elektromagneten 14 verbunden. Diese LEDs 202, 204 sind
in entgegengesetzten Richtungen derart geschaltet, daß bei Aktivierung
des Elektromagneten 14 in einer Richtung die rote LED 202 Licht aussendet
und bei Aktivierung des Elektromagneten 14 in entgegengesetzter
Richtung die grüne
LED 204 Licht aussendet. Dies macht es einer Bedienperson möglich, die
Anordnung 10 zu betrachten und zu wissen, in welchem Modus
die selbstverriegelnde Ventilanordnung 10 arbeiten sollte.
-
FUNKTIONSWEISE
-
Im
Betrieb läuft
Strom durch die Spule 56 in einer Richtung, wobei ein elektromagnetischer
Fluß erzeugt
wird. Der elektromagnetische Fluß polarisiert das Polstück 74,
das den Permanentmagneten 90 anzieht. Auf diese Weise wird
der bewegbare Permanentmagnet 90 in Richtung des Polstücks 74 über den
Spalt 96 getrieben und greift, wie in 2 gezeigt,
an dem Druckstift 84 an. Dadurch wird der Druckstift 84 nach
rechts getrieben, wobei sich das hin und her gehende Ventil 22 ebenfalls
nach rechts und entgegen der Vorspannkraft der Schraubenfeder 46 bewegt.
-
Dann
wird die Stromzufuhr zu der Spule 56 unterbrochen. Der
Permanentmagnet 90 bleibt jedoch in seiner in 2 gezeigten
Position und aufgrund der Restan ziehungskräfte, die selbst in Abwesenheit
eines elektromagnetischen Flusses bleiben, an dem Polstück 74 "gehalten". Bei dieser Anordnung
bildet das Ventilteil 30 zusammen mit dem Ventilsitz 36 und
das Ventilteil 32 zusammen mit dem Ventilsitz 40 eine
Dichtung. Dagegen ist das Ventilteil 32 in bezug auf den
Ventilsitz 38 offen und das Ventilteil 34 in bezug
auf den Ventilsitz 41 offen.
-
Wenn,
wie oben beschrieben und in 2 gezeigt,
das Ventilelement 22 nach rechts geschoben wird, passiert über den
Einlaßport 16 in
das Ventilgehäuse 12 strömende Druckluft
das Ventilteil 32 und den Ventilsitz 38, strömt duch
die Ventilbohrung 24 und aus dem Zylinderdurchgang 18 hinaus.
Zur selben Zeit wird Luft aus dem Zylinderdurchgang 20 an
dem Ventilteil 34 und dem Ventilsitz 41 vorbei
und über
den Auslaßport 27 aus
dem Ventilgehäuse 12 heraus
abgelassen. Der Auslaßport 26 ist
durch das Ventilteil 30 und den Ventilsitz 36 abgedichtet.
-
Das
Ventilelement 22 bleibt in dieser Anordnung, bis wieder
Strom in entgegengesetzter Richtung durch die Spule 56 geleitet
wird. Dies erzeugt einen elektromagnetischen Fluß in der Richtung des oben
beschriebenen ersten Flusses entgegengesetzter Richtung. Der entgegengesetzt
gerichtete Magnetfluß ändert die
Polarität
des Polstücks 74,
das den Permanentmagneten 90 abstößt. Auf diese Weise bewegt
sich der Permanentmagnet 90 von dem Polstück 74 weg
und zu der Halteeinrichtung 88 hin, wodurch er den Raum 102 zwischen
diesen schließt. Wie
in 3 gezeigt, spannt die Schraubenfeder 46 das
Ventilelement 22 nach links vor. Unter dem Einfluß dieser
durch das Ventilelement 22 wirkenden Vorspannkraft wird
der Druckstift 84 auch nach links verschoben. Dann wird
die Stromzufuhr zu der Spule 56 unterbrochen. Der Permanentmagnet 90 bleibt
jedoch in der in 3 gezeigten Position und wird
aufgrund der Restanziehungskräfte,
die selbst in Abwesenheit eines elektromagnetischen Flusses bleiben, an
der Halteeinrichtung 88"gehalten".
-
In
dieser Anordnung bildet das Ventilteil 32 zusammen mit
dem Ventilsitz 38 und das Ventilteil 34 zusammen
mit dem Ventilsitz 41 eine Dichtung. Dagegen ist das Ventilteil 32 nun
in bezug auf den Ventilsitz 40 und das Ventilteil 30 in
bezug auf den Ventilsitz 36 offen.
-
Wenn,
wie oben beschrieben und in 3 gezeigt,
das Ventilelement 22 nach links verschoben ist, passiert über den
Einlaßport 16 in
das Ventilgehäuse 12 strömende Druckluft
das Ventilteil 32 und den Ventilsitz 40, strömt durch
die Ventilbohrung 24 und dann aus dem Zylinderdurchgang 20 hinaus.
Zur gleichen Zeit wird Luft aus dem Zylinderdurchgang 18 an
dem Ventilteil 30 und dem Ventilsitz 36 vorbei und
dann über
den Auslaßport 26 aus
dem Ventilgehäuse 12 hinaus
abgelassen. Der Auslaßport 27 ist durch
das Ventilteil 34 und den Ventilsitz 41 abgedichtet.
Das Ventilelement 22 bleibt in dieser Anordnung, bis wieder
Strom in entgegengesetzter Richtung durch die Spule 56 geleitet
wird. Dann wird das Ventilelement 22, wie in 2 gezeigt
und oben beschrieben, wieder nach rechts verschoben.
-
Außerdem werden
zur Steuerung der Richtung des Stroms zu der Spule und zum elektrischen Isolieren
einer Negativsteuereingangsquelle gegenüber der anderen Negativsteuereingangsquelle
zwei Umschaltschaltungen verwendet. Dadurch wird eine durch ein
Rückführsignal
mit umgekehrter Polarität oder
ein anderes kurzes Signal verursachte Beschädigung der Steuerschaltungen
wirksam verhindert. Die Umschaltschaltungen der vorliegenden Erfindung
sorgen für
einen relativ geringen Spannungsabfall über der Schaltung im Vergleich
mit auf dem Gebiet bekannten herkömmlichen Schaltungen. Demnach
ermöglicht
die selbstverriegelnde Elektromagnetventilanordnung der vorliegenden
Erfindung eine Verringerung der Kosten und der Größe in einer schnellwirkenden
Ventilanordnung mit Selbstverriegelungsfähigkeiten.
-
Die
Erfindung wurde auf veranschaulichende Weise beschrieben. Es sei
darauf hingewiesen, daß die
verwendete Terminologie beschreibend und nicht einschränkend auszulegen
ist.
-
Im
Lichte der obenstehenden Lehren sind zahlreiche Modifizierungen
und Variationen der Erfindung möglich.
Daher kann die Erfindung innerhalb des Rahmens der angefügten Ansprüche auf
andere Weise als der speziell beschriebenen ausgeführt werden.