DE2831113A1

DE2831113A1 - Stromversorgungskreis fuer magnetventile

Info

Publication number: DE2831113A1
Application number: DE19782831113
Authority: DE
Inventors: Toshio Tsukioka
Original assignee: Yuken Kogyo Co Ltd
Current assignee: Yuken Kogyo Co Ltd
Priority date: 1977-07-15
Filing date: 1978-07-14
Publication date: 1979-01-25
Also published as: FR2397736B1; FR2397736A1; US4246621A; GB2001488A; GB2001488B

Description

DIPL-ING. HELMUT KOEPSELL 5 KÖLN 1 13.7.1978

PATENTANWALT Mittelstrasse 7

?- 8 3 1 I Ί 3 Telefon (02 51) 31 Q4 23

Yk/101

Reg -Nr biltp angebp"

Titel: Stromversorgungskreis für Magnetventile.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stromversorgungskreis für Magnetventile oder andere Solenoidanordnungen und speziell auf einen verbesserten Stromversorgungskreis, bei welchem der Speisestrom zu dem Magnetventil häufig ein- und ausgeschaltet wird, um die Lagen des Schiebers zu verändern, wobei die Kontakte für das Ein- und Ausschalten der Stromversorgung gegen Zerstörung durch eine Bogenentladung bzw. genau genommen gegen Überspannungen, welche an der Solenoidwicklung des Magnetventils während des Abschaltens der Stromversorgung auftritt, geschützt werden und wobei die Verzögerungszeit bei der Rückbewegung des Schiebers nach dem Abschalten der Solenoidspule reduziert wird.

Bei einer bekannten Ausführung für ein Magnetventil, bei welchem der Strom der Solenoidspule zugeführt wird, um einen Schieber gegen die Strömungskraft und eine Federkraft zu bewegen, wird, da ein Schalter mit Kontakten, d.h. ein Relais verwendet wird, um den Versorgungsstrom zu der Solenoidspule zu unterbrechen, eine Bogenentladung zwischen den Schaltkontakten verursacht mit dem Ergebnis, daß die Lebensdauer der Kontakte stark reduziert wird infolge des Abbrands und dem dadurch bedingten Verlust von Kontaktmaterial, wobei weiter die Kontaktöffnung durch den Lichtbogenstrom während der Periode der Bogenentladung mangelhaft ist, da durch den Lichtbogenstrom eine Kraft in der Solenoidspule erhalten bleibt, itfodurch wiederum die Rückbewegung des Schiebers verzögert wird bis die übrig bleibende magnetische Kraft kleiner wird als die Kraft der Feder. Die Folge davon ist, daß die Umschaltfolge der Anordnung vergrößert wird und damit ein

809884/1051

- 28311)3

Verzögerungsphänomen ausgelöst wird. Auch die unmittelbar nach dem Trennen der Kontakte auftretende überspannung, welche um einige TO-fache größer ist als die normale Spannung (unterschiedlich abhängig von der Öffnungsgeschwindigkeit der Kontakte), wird über die Solenoidspule induziert, was Probleme mit sich bringt, wie beispielsweise dielektrische Durchschläge in der Solenoidwicklung oder elektrisches Rauschen, was andere Einrichtungen, z.B. Nachrichtenverbindungseinrichtungen in der Nachbarschaft stört.

Es wurden bereits verschiedene unterschiedliche Maßnahmen vorgeschlagen, um das Auftreten von Überspannungen an der Solenoidspule oder das Auftreten von Bogenentladungen zwischen den Kontakten nach der Unterbrechung der Stromversorgung zu der Solenoidspannung zu verhindern. Alle bisher vorq*jchlaqenen Maßnahmen lassen sich in zwei Gruppen"zusammenfalten. Eine der Maßnahmen zur Verhinderung der Bogenentladung zwischen den Kontakten wird mit einer ansteigenden Verzögerurufszeit in flor Rückbewegung des Schiebers nach der Abschaltung der Solenoidspule begleitet und andere Maßnahmen der Unterdrückung der Überspannungen führen zum Auftreten von Bogenentlriduncjeri zwischen den Kontakten und einer vergrößerten Verzög^rungszeiL in der Rückbewegung des Schiebers. Z.B. ist eine Maßnahme bekannt, bei welcher eine Diode parallel mit einer Gleichirtromsolonoidspule in umgekehrter Polarität so verbunden wird, daß die in der Spule nach dem-"Öffnen .der Kontakte induzierte Spannung über die Diode entladen wird, was zur Folge hat,- laß die an der Solenoidspule erzeugte Spannung durch die Kontinuität" des Stromflusses herabgedrückt wird, wodurch ein Erloschen- des zwischen den Kontakten erzeugten Lichtbogens ersaunqen wird. Dieat· Maßnahme wird durch den Nachteil begleitet, daß obwohl; dan Auftreten eines Lichtbogens visuell nicht beobachtet werden kann, tatsächlich ein Lichtbogen in einer Größenordnung auftritt, weLcher genügt e men Abbrand an den Kontakt;" hetvor-

ORIGINAL INSPECTED

zurufen und darüberhinaus wird die Verzögerungszeit Ln rlor Rückbewegung des Schiebers gegenüber der Zeit verzögert, weL-ho ohne Verwendung der Diode benötigt wird.

Andererseits sind Maßnahmen bekannt, in welchen übliche Varistoren, deren elektrisches Widerstandselement haupt ^:i hl ich au« interkristallinen (intergranularen) Punktkont tkten i irnncri· cjeij;i t:»t ist, wie beispielsweise SiC Varistoren, [.uallc! -u der ünlenoidspule eingebaut, um eine Überspannung iberhäli· eine;; gewinnen Spc'innungswertes abzuleiten. Eine l -rart i j- M ißrialune hat den Nachteil, daß bei Anwendung zusamiu. a mit: in. ι großen Lastspule wie beispielsweise der Spule eiiv.; Matfji-■ l ventil:¹., eine sehr große Gegen-EMK erzeugt wird nach der Tint i-t br i'chung des Stromf lusses mit dem Ergebnis, 1 iß ►>:: uniiirj j I ich ist einen zwischen den Kontakten eraeni i .-n I.i ·ΐι· l< ><j"ii durch .'infaches Abführen ties Teiles der Hochspannung eii · km .'i*n rmpulses, welcher hötier ist als ein best iiuüif t>r ίί!·ιπ-nuii'f.'iv/frt zum Krlöscht;n /Ai bringen. Außerdem hls-ibt >lif Ve; τ v.c'njnrutupsze! it in der Rückbtiwegung so groß wit? in diMn !ill ohne Vt?rblndung mit dt?m Varistor.

Aruls'tf bekannte Maßnahmen verwenden eine Kapazität, we> 1 ·(:·■ b·· ι :jf)i f» 1 ü'jeiiif! parallel, mit der Solenoidspult; so an'f'< >rdiu·! ι t, d iß dit· beim Abschalten der Spule erzeugte Gegen -I flK k'!['-n- :iiftt ./ird durch die ijenjpeicherte Ladung in der 'ipa.'it ii . Du·.·!· flaßnahme liat den Nachteil, daß die Kapa.üt \i ι- i ii· ti 1 h-^ Weit h ibe;n muß, damit das Auftreten eines Lichti.· · ρ·η:; .: ι 1ι>ίι ilen I't hi takten verhindert wird, wobei der Kapi/.H it _;;wei t n ■)'. (feiiu.f ;t?in muß, um die überspannung auf einen ψ- /i-ssen . M hei üi udrücken. Beispielsweise muß im Fcill eiritü- -[I ·■ ich . ■ ι >mge ,t euer ten Solenoidspule mit einer Versorgung ;■" umnti r π .!1 7, ;ofern die überspannung an der Spule auf: ' ^Γ·π V l· ■■■ η." ./ei l'ii .«soll., der Kondensator eine relativ cfroßc > i(>a.'ii ■ ί. liu'liit-i η 1()μΙ·' aufweisen, um den gewünschten Kf: f i t /u ; ■!·■

Π [) 0 Q H Kf 1 0 5 1
ORIGINAL INSPECTED

Dies bedeutet, wenn ein Kondensator mit beispielsweise einem Kapazitätswert von 1 \iF verwendet wird, eine überspannung an der Spule beim Abschalten derselben in der Größenordnung von 1000V auftreten wird. Da Spannungen entgegengesetzter Polarität an dem Kondensator anliegen, nämlich einmal bei angeschalteter Solenoidspule und zum anderen unmittelbar nach der Abschaltung der Stromversorgung, muß ein nicht polarisierter Kondensator verwendet werden. Nicht polarisierte Kondensatoren von einer großen Kapazität sind aber teuer und benötigen relativ viel Raum, so daß es schwierig ist einen solchen Kondensator als ein Einbauteil am Ventil unterzubringen. Da weiter ein Kondensator mit großer Kapazität auch schon beim Einschalten des Stromes zu der Solenoidspule anliegt, entsteht ein großer Ladestromfluß zu dem Kondensator und folglich kann der Ladestrom nicht ignoriert werden insbesondere in all den Fällen, wo eine Vielzahl von Solenoidspulen aus derselben Stromversorgung erregt werden muß.

Deshalb muß bei üblichen Magnetventilen zur Umschaltung großer Drücke oder Änderung großer Flüsse die Federkraft zur Rückholung des Schiebers groß gemacht werden, um die Kraft des Durchflußess nach der Entregung der Solenoidspule und die Flußkraft zu überwinden. Entsprechend muß dann die Anziehungskraft der Solenoidspule groß genug sein, um derart große Kräfte zu überwinden und es ist notwendig eine große Solenoidspule zu verwenden, was unausweichlich zu einer Erhöhung der Amperewindungszahl und damit einer Erhöhung der Gegen-EMK nach der Unterbrechung der Stromversorgung führt, welche sehr viel größer als diejenige von anderen Spulenanordnungen ist. Als Folge davon werden bei einer Unterbrechung der Stromversorgung durch Kontaktschalter, beispielsweise Relais viele Einzelprobleme ausgelöst, nämlich einmal, daß die Kontakte

schon nach Ablauf ,etwa der Hälfte der üblichen Lebenszeit der unbrauchbar

Schalteinrichtung*. Zum anderen muß nicht nur die Verzögerung

809884/1051

-8-

in der öffnung der Kontakte selbst, sondern auch die Verzögerung in der Rückbewegung des Schiebers betrachtet werden.

Umgekehrt müssen hydraulische Einrichtungen, welche in industriellen Anlagen eingesetzt v/erden, eine hohe Lebensdauer aufweisen. Diese Lebensdauer muß auch dort garantiert werden, v/o solche hydraulische Einrichtungen in Einheiten zusammen mit elektrischen Schaltgliedern, beispielsweise einem Elektromotor, Relais oder Zeitgeber, welcher die Arbeitsweise der hydraulischen Einrichtung steuern? eingebaut werden, mit dem Ergebnis, daß die elektrischen Schaltglieder als Teil der hydraulischen Einrichtung betrachtet werden. Dabei ist es notwendig eine Lebensdauer für die betrachtete Einheit der hydraulischen Einrichtung zu garantieren, welche so groß ist wie die der elektrischen Schaltglieder. Andere elektrische Schaltglieder, wie beispielsweise elektrische Motoren, Relais und Zeitgeber sind hinsichtlich ihrer Lebensdauer von der Lebensdauer ihrer Kontakte abhängig, die kurz ist im Vergleich mit der Lebensdauer einer hydraulischen Einrichtung. Deshalb ist es im Augenblick eine übliche Praxis, nur eine relativ kurze Lebensdauer anzugeben wegen der kurzen Lebensdauer der elektrischen Schaltglieder oder es wird alternativ eine Lebensdauer garantiert unter Betrachtung der relativ langen Lebensdauer der hydraulischen Einrichtung und der Ersatz von einem Relais oder dergleichen wird ohne Kosten innerhalb der Garantiezeit gewährt „

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Magnetventilsteuerung oder allgemein einen Solenoidansteuerkreis anzugeben, bei welcher die vorgenannten Machteile nicht auftreten, d.h. bei welcher die Entstehung eines Lichtbogens an den Schaltkontakten durch Beseitigung jeglicher Überspannung verhindert ist, wobei eine schnelle Stromunterbrechung in der Srregerspule und damit eine rasche Rückkehr des Magnetankers und damit des Ventilschiebers garantiert wird»

3 0 9 8 8 k / 1 Q i

-9-

— Q —

Diese Aufgabe wird mit einem Steuerkreis für ein Solenoid gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Hierbei besteht das Grundmerkmal· der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines Ansteuerkreises für ein Magnetventil oder dergleichen, der gleichzeitig geeigent ist, die Verzögerungszeit der Rückbewegung des Magnetankers nach dem Abschalten der Solenoidspule zu reduzieren unter Verhinderung eines Abbrandes durch den Strom an den Ein-Aus-Kontakten aufgrund eines Lichtbogens und Unterdrückung der überspannung, welche in der Solenoidspule nach der Abschaltung der Spule induziert wird.

Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in dem Vorschlag eines Ansteuerkreises für ein Magnetventil, bei welchem die Maximalspannung des Kreises begrenzt wird durch Herabdrücken der induzierten überspannung unter einem vorgegebenen Spannungswert, wobei eine Licht-Emissions-Diode mit einer relativ niedrigen Umkehrspannung verwendet wird als eine Beta tigungsanzeigelampe.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Efindungsgedankens wird der Stromversorgungskreis für ein Magnetventil aus kleinen Bauteilen zusammengesetzt und kann deshalb in ein Magnetventilgehäuse als elektrisches Bestandteil des Ventils eingesetzt werden.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird der Stromversorgungskreis für ein Magnetventil dort angewendet, wo eine Stromversorgung mit der Solenoidspule des Magnetventils über Ein-Aus-Kontakte verbunden ist, und wobei ein Kondensator und ein Festkörper-Überspannungsableiter, welcher aus einem Sintermaterial, vorzugsweise mit Metalloxiden aufgebaut ist und eine nichtlineare ^T;iderstandscharakteristik hinsichtlich

Ο ί) 9 0 B Λ / 1 0 5 1

der angelegten Spannung aufweist, beide parallel zu der Solenoidspaule geschaltet sind. Der überspannungsableiter besteht aus einem Festkörperelement aus einem gesinterten Pulvermatieral, welches ein Metalloxid z.B. ZnO als wesentliche Komponente enthält mit einem geringen Zusatz von Unreinheiten, so daß seine überspannungskapzität derart ist, daß sein Ableitstrom mindestens zehnmal so groß ist als andere Überspannungsableiteinrichtungen, wie beispielsweise SiC Varistoren, Selenvaristoren, Siliziumdioden oder Zenerdioden. Dabei bildet der überspannungsableiter ein nichtlineares Widerstandselement, dessen nichtlineare Charakteristik der anliegenden Spannung in Bezug auf den Entladestrom einen nichtlinearen Koeffizient aufweist, der 4 bis 6 mal größer ist, als der von SiC-Varistoren oder SelenVaristoren hat.

Früher wurde, wie vorstehend erwähnt, die (Jberspannungsableitungseinrichtung der oben genannten Typen verwendet, welche SiC-Varistoren, Selenvaristoren, Siliziumvaristoren, Zenerdioden, usw. aufwiesen, welche eine nichtlineare Spannunqs (V)-Strom(I)-Charakteristik aufwiesen mit I «ο ν beioC>^/i und der Grad die Nichtlinearität war durch den Faktoro( gegeben. Diese Einrichtungen werden derart bemessen, daß, wenn die angelegte Spannung niedriger als die übliche Versoryungsspannung ist, ein hoher Widerstand gegeben ist, um den Stromfluß in der Einrichtung zu reduzieren. Bei überspannung wird der Widerstandswert plötzlich erhöht, um einen großen Strom zu absorbieren. Bei SiC-Varistoren und Selenvaristoren jedoch int der Nichtlinearitätsfaktorcn nicht so groß, daß die Klemmenspannung zum Absorbieren der überspannung erhöht wird mit dem Ergebnis, daß die in der Solenoidspule beim Abschalten der Solenoidspule induzierte Spannung nicht auf einen niederen Wert herabgedrückt werden kann. Darüberhinaus ist die Überspannungsabsorb ierung nicht genügend für eine Verwendung bei Solenoidspulen von üblichen Hagnetventilen. Deshalb ist -t>

«0988 4/1051

I Ια

unmöglich das Auftreten eines Lichtbogens zwischen den Stromkontakten tatsächlich zu verhindern. Andererseits sind, obwohl Siliziumvaristoren und Zenerdioden sehr hohe Nichtlinearitätsfaktoren haben, diese nur geeignet zur Absorbierung geringer Uberspannungsenergien und darüberhinaus ist es schwierig, solche Einrichtungen zu fertigen mit Rücksicht auf die hohen Spannungen. Deshalb sind diese Einrichtungen nur verwendbar in Niederspannungskreisen von der Größenordnung von 10V und sie sind in keinem Fall verwendbar bei Magnetventilen.

Der oben erwähnte überspannungsableiter, wie er gemäß der Erfindung verwendet werden soll, ist ein Festkörper, welcher aus einem gesinterten Pulvermaterial, das hauptsächlich zusammengesetzt ist aus einem Metalloxid, wie ZnO, besteht. Da beispielsweise ein gesintertes Material von pulverisiertem ZnO notwendig einen Hableiter vom N-Typ mit einem relativ niedrigen Widerstand ergibt, wird bei einem Zinkoxid-Keramik-überspannungsableiter dieser durch Hinzufügen einiger unterschiedlicher Metalloxide, wie beispielsweise Oxide von Seltenen Erden oder Kobaltoxid zum pulverisierten ZnO zubereitet und dann die Mischung Cz.. B= Z-TRAP⁸ s, wie es von Fuji Electric Co., Ltd., Tokyo gefertigt wird), gesintert, indem eine loslierschicht mit einer Kristallbindung von jedem der ZnO-Kristalle gebildet wird, welche das gesinterte Material bilden und diese Isolierschicht dient als eine Potentialbarriere, welche dem elektrischen Widerstand des gesinterten Materials eine nichtlineare Charakteristik verleiht. Mit anderen Worten hat ein Festkörperüberspannungsableiter, welcher aus solchem gesinterten Material zusammengesetzt wird, einen wesentlich größeren tatsächlichen Querschnittsbereich zur Ableitung eines Überstromes und deshalb eine größere Überspannungsableitkapazität als SiC-Varistoren, in welchen der elektrische Widerstand durch Punktlcontakte Punktkontakte zwischen den Kristallen gebildet wird. Weiter wird die auf das Sintermaterial angewendete Spannung

durch die Kristallbindungsschichten, welche in aleicher Anzahl als die Zahl der Kristalle in Serie geschaltet sind, unterteilt und die resultierende Klemmenspannung ist höher als die von Zenerdioden, bei welchen die anliegende Spannuna an einer einzigen Verbindung gebildet wird. Darüberhinaus ist, da der aus solchem gesinterten Material zusammegesetzte übersnannunasableiter einen Nichtlinearitätsfaktor οζ qxößer als 30 hat und daher eine nichtlineare Spannungscharakteristik, welche mehrfach über der von SiC-Varistoren liegt, da weiter der Leckstrom in der Größenordnung von μΑ oder weniger liegt, da ferner die Klemmenspannung niedrig und in der Stabilität im Vergleich zu üblichen Varistoren ausgezeichnet ist und da die Ansprechzeit auf überspannung in der Größenordnung von Ins oder weniger Heat, ist es möglich, Spannungen von scharfen Impulsen zu absorbieren und darüberhinaus erlaubt die im wesentlichen symmetrische Spannungs-Strom-Charakteristik eine Absorbtion von Überspannungen sowohl von positiver als auch negativer Polarität. Dies macht die Einrichtung gut geeignet zur Verwendung bei Gleichstrom und bei Wechselstromanwendungsfällen. Bei dem Überspannungsableiter sinkt, wenn die angelegte Spannung einen bestimmten Wert übersteigt, der Widerstand rapid und ein großer STrom wird abgeführt. Sofern ein derartiger überspannungsableiter in Kombination mit einer Solenoidspule verwendet werden soll, wird ein überspannungsableiter mit einer spezifischen Klemmenspannung hinsichtlich der Spannungsraten der Solenoidspule und der maximal auftretenden Spannung ausgev/ählt und in diesem Fall tritt nur die Klemmenspannung des Absorbers in dem Kreis in Erscheinung, da diese so hoch ist wie die Überspannung, welche in der Solenoidspule beim Abschalten des Magnetventils auftritt.

Der Kondensator v/eist eine hinsichtlich der Induktivität der Solenoidspule geeignete Kapazität auf. Es wurde gefunden, daß der gewünschte Verhinderungseffekt von Kontaktabbrand erreicht werden kann mit einer Kapazität von etwa 0,01 yF oder darüber

-13-

!09884/1051

und daß das Auftreten einer Bogenentladung zwischen den Kontakten verhindert werden kann mit einem Kondensator von 0,3 \xF oder darüber. Außerdem sollte, wie vorstehend erwähnt, der Kondensator nicht polarisiert sein und er sollte vorzugsweise eine Durchbruchspannung aufweisen, welche höher ist als die spezifische Klemmenspannung des überspannungsableiter» Außerdem sollte der Kondensator gegen Feuchtigkeitseinflüsse und chemische Substanzen widerstandsfähig sein und nur wenig altern, um die für eine einwandfreie Arbeitsweise von hydraulischen Magnetventilen als eingebaute Einheiten über eine lange Zeitperiode zu garantieren.

Wenn die Stromversorgung zu der Solenoidspule unterbrochen wird, wird die Induktivität der Solenoidspule weiter durch den beweglichen Kern des Magnetventils beaufschlagt, da eine Feder den beweglichen Magnetanker aus der angezogenen Lage am festen Kern der Solenoidspule in die neutrale Lage, in welcher er sich außerhalb der Solenoidspule befindet, bewegt wird. Dies hat zur Folge, daß eine große Überspannung durch die Summe der Gegen-EMK erzeugt wird, welche durch die plötzliche Änderung in der Induktivität aufgrund des induzierten Stromes über eine kurze Zeitperiode erzeugt wird. In Übereinstimmung mit der vorliegenden ERfindung wird durch geeignete Auswahl des Kapazitätswertes des Kondensators hinsichtlich der Induktivität (welche auch eine Widerstandskomponente enthält) ein abgestimmter Schwingkreis gebildet, welcher abgestimmt auf L, G und R vorgesehen wird und die Überspannung der Spule wird durch die Belastung an dem Kondensator ohne Rücksicht auf die Öffnungsgeschwindigkeit der die Stromversorgung schaltenden Ein- und Aus-Kontakte beseitigt, wodurch eine Lichtbogenladung eliminiert wird.

Mit anderen Worten: der Kondensator speichert ei ine Ladung dadurch, daß er in einer Polaritätsrichtung durch den Versorgungs-

9804/1051

strom aus der Versorgungsstromquelle beim Einschalten der Stromversorgung aufgeladen wird. Bei Beginn der Versorgungsstromunterbrechung wird die Ladung weiter durch die Gegen-EMK erhöht, welche von der Solenoidspule in einer Richtung erzeugt wird, daß ein Absinken der Ladung verhindert wird, und zwar vom Beginn des Abschaltens bis einige ils danach. Dadurch wird ein vollständiges Trennen der Kontakte in diesem Zeitintervall ermöglicht. Auf diese Weise werden die Kontakte getrennt, ohne daß irgend ein Lichtbogen auftritt, da die Gegen-EMK als Ladung in dem Kondensator gespeichert wird. Danach wird der bewegte Kern noch die Bewegung in die neutrale Lage des Schiebers fortsetzen und die Gegen-EMK wird forlaufend durch die Beeinflussung des Induktivitätswertes erzeugt. Damit resultieren alle Gegen-EMK-Kräfte als Überschuß der Speicherkapazität des Kondensators in einer überspannung, welche hervorgebracht wird über die Solenoidspule nach Art einer Hochspannung, welche steile Spannungsspitzen aufweist. Diese Hochspannung liegt an dem überspannungsableiter als spezifische Klemmenspannung, womit der Gegenstand der Erfindung demonstriert

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann die Verzögerungszeit in der Rückkehrbewegung nach der Abschaltung der Solenoidspule reduziert werden bei einem in eine hydraulische Einrichtung eingebautem Magnetventil beispielsweise einer Injektionsmaschine für Plastikmaterial. Hierbei ist es möglich die Zykluszeit für jeden Injektionsvorgang zu reduzieren und die einzelnen Operationen mit hoher Taktfolge zu wiederholen. Zusätzlich kann die Verzögerungszeit in der Schieberrückkehr noch weiter reduziert werden durch vollständige Eliminierung von fehlerhaften Formpreßteilen um* die Lebensdauer der Ein-Aus-Relais-Stromkontakte z.B. kann wesentlich erhöht werden durch die Verhinderung einer Bogenentladung. [Hone Erhöhung der Lebensdauer erlaubt eine größere Lebens-

809804/105 1 -1

dauer für die gesamte hydraulische Einheit zu garantieren, welche ein Magnetventil und elektrische Komponente wie ein Relais zur Erregung und Abschaltung der Solenoidspule enthalten. Damit kann aufgrund der Verhinderung der Bogenentladung zwischen den Kontakten die Auswahl von einem Relais oder dergleichen allein unter Betrachtung der Stromversorgung für die Solenoidspule ohne Betrachtung der Unterbrechungskapazität erfolgen und folglich kann anstelle eines Hochstromrelais, welches bisher dafür verwendet wurde, ein kleines Relais wie beispielsweise für Signalverbindungen verwendet werden, um den Anforderungen zu genügen. Dies macht es wiederum möglich, das Relais in eine gedruckte Schaltungsplatte einzubauen, wodurch das Steuerpult kompakt und kleiner wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß, da die Überspannung, welche in der Solenoidspule des Magnetventils bei dessen Abschaltung induziert wird, herabgedrückt werden kann und einen vorbestimmten Wert nicht übersteigt, anstelle einer Serienverbindung einer Menge von Hochspannungsdioden, welche jede eine Sperrspannung von über 1000 V besitzen muß, wie beim Stand der Technik, eine Licht-Emissions-Diode mit einer relativ geringen Durchschlagspannung von einigen 100 V als Anzeigediode für die Klemmenspannung des Uberspannungsableiters verwendet werden. Hierbei besteht keine Gefahr, daß die Licht-Emissions-Diode zerstört werden kann.

Die vorliegende Erfindung hat eine Reihe weiterer praktischer Vorteile wie beispielsweise den Schutz der Solenoidspule selbst vor Überspannungen, die Verwendung eines Kondensators mit kleiner Kapazität als parallelgeschalteten Kondensator mit geringer Durchbruchspannung, den Einbau dieser Komponenten als elektrische Bauteile in das Gehäuse des Magnetventils usw.

Die vorliegende Erfindung kann am besten hinsichtlich seiner detaillierten Konstruktion und weiterer Vorteile aus der folgen-

809884/1051

-16-

den Beschreibung von spezifischen Ausführungsformen in Verbindung mit den jeweils anliegenden Zeichnung verstanden werden. In diesen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Kurvendiagramm zur Erläuterung der Abhängigkeiten der Solenoidcharakteristik A,
der Flußkraftcharakteristik B und der Federkraftcharakteristik C

in Bezug auf das Versetzen des Schiebers eines Gleichstrommagnetventils, in welchem die Abszisse die Versetzung L des Schiebers und die Ordinate die Kraft F darstellt,

Fig. 2a und 2b Diagramme über die zeitliche Änderung der Spulenanschlußspannung V und der Veränderung der Lage des Schiebers L beim Abschalten eines Gleichstrommagnetventils gemäß dem Stand der Technik, wobei in der Ordinate in Fig. 2a die Spannung V und in Fig. 2b die Lageänderung L und in der Abszisse in Fig. 2a und 2b die Zeit aufgetragen ist,

Fig. 3 eine teilweise Schnittdarstellung einer Konstruktion eines Gleichstrommagnetventils, welches mit einem Stromversorgungskreis gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung ausgerüstet ist,

Fig. 4a einen Schaltplan für ein Gleichstrommagnetventil entsprechend Fig. 3 in Übereinstimmung mit einem Stromversorgungskreis für eine Ausführungsform nach der Erfindung,

Fig. Ab eine graphische Darstellung der Ergebnisse, welche durch die Maßnahme nach der Erfindung hinsichtlich der Spannung V an den Spulenanschlüssen und der Schieberversetung L beim Abschalten bei einem Gleich-

-17-

9-884/1051

Strommagnetventil mit einer Stromversorgung gemäß Fig. 4a erreicht werden, wobei die Ordinate die Spannung V in Volt und die Versetzung L in mm angenommen wird, wobei 0 die neutrale Lage des Schiebers darstellt und die Abszisse die Zeit T oder die verflossene Zeit in jisec von der Zeit des Beginns des Stromabschalten darstellt, was ebenfalls als Punkt angenommen wird,

Fig. 4c, 4d und 4e Schaltkreisdiagramme, welche modifizierte Ausführungsformen des Stromversorgungskreises für ein Gleichstrommagnetfeld gemäß der Ausführungsform nach Fig_r 4a zeigen,

Fig. 5a ein Schaltkreisdiagramm eines Stromversorgungskreises für ein Gleichstrommagnetventil entsprechend einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung,

Fig. 5d, 5c und 5d Schaltkreisdiagramme modifizierter Ausführungsform vom Stromversorgungskreisen für einen Gleichstrommagnetventil gemäß der Ausführungsform nach der Fig. 5a,

Fig. 6a ein Schaltkreisdiagramm eines Stromversorgungskreises für ein Gleichstrommagnetventil entsprechend einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung,

Fig. 6b, 6c und 6d Schaltkreisdiagramme modifizierter Formen des Stromversorgungskreises für ein GIeichstrommagnetventil gemäß der Ausführungsform nach Pig. f>a,

Fig. 7a ein Schaltkreisdiagramm eines

für ein WechselstrommagnetventLl gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

809884/ 1051

- IH -

Fig. 7b, 7c_f 7d und 7e Schaltkreisdiagramme modifizierter Ausführungsformen des Stromversorgungskreises für Wechselstrommagnetventile nach der Ausführungsform von Fig. 7a,

Fig. 8a ein Schaltkreisdiagramm für einen Stromversorqungskreis für ein Wechselstrommagnetventil gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung,

Fig. 8b ein Schaltkreisdiagramm einer abgewandelten Form des Stromversorgungskreises für ein Wechselstrommagnetventil entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 8a,

Fig. 9a ein Schaltkreisdiagramm eines Stromversorgungskreises für ein Wechselstrommagnetventil entsprechend finer weiteren nochmals abgewandelten Ausführungsforn nach der Erfindung und

Fig. 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g und 9h Schaltkreisdiagramme für modifizierte Ausführungsformen des Stromversorgungskreises für ein Wechselstrommagnetventil entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 9a.

Wenn ein Gleichstrommagnetventil von einer Lage in die andere bewegt werden soll, ist die Beziehung zwischen der Magnetsptilenanzugscharakteristik, der Federkraft und der Flußkraft derart, daß bei. einem Magnetventil, bei welchem alle Teile im Ausgangspunkt in der neutralen Lage blockiert sind, sofern die SoLenoidspule wie in Fig. 1 angenommen, entregt ist, df?r:irt daß, wenn der Magnetanker von einer neutralen Lage La zu der Arbeitislage Lb bewegt wird, die Solenoidanzugscharakteristik Λ mit der Abnahme des Spaltes zwischen dem beweglichen Kern und dum festen Kern und die Flußkraft B einen fipi tzenwt-rt Sb bfi einer ganz bestimmten Lage des Schieber» eriuicht. Diο

4/1051

Lage des Schiebers, bei welcher die Flußkraft anwächst und die folgende Lage, bei welcher der Spitzenwert erreicht wird, werden durch eine Änderung in der Größe des Durchflusses innerhalb der Röhre nicht geändert und sie sind in Abhängigkeit von den konstruktiven Gegebenenheiten zwischen dem Ventilkörper und dem Schieber festgelegt. In Fig. 1 bezeichnet das Symbol C die Federcharakteristik einer Feder, welche auf den Schieber einwirkt, wobei die Federkraft der Ankeranzugskraft entgegenwirkt und wobei die Feder so ausgelegt ist, daß in der neutralen Lage die Feder nur eine gewisse Kraft speichert. Die Federkraft wächst mit der Versetzung des Schiebers. Der aus der neutralen Lage La durch Erregen der Solenoidspule in die Arbeitslage Lb versetzte Schieber kehrt, wenn die Stromversorgung zu der Solenoidspule unterbrochen wird, in die neutrale Lage zurück. Das Zeitintervall vom Beginn, in welchem die Kontakte von einem Relais oder derselben auseinandergehen bis der Schieber zurückkehrt in die neutrale Lage, d.h. die Verzogerungszeit ändert sich abhängig in der Weise, in welcher die Änderung der Entregung der Solenoidspule zeitlich dem öffnen der Kontakte folgt. Der Schieber kehrt in die neutrale Lage aufgrund der Kraft der Federn Fc zurück, nachdem die Stromversorgung zu der Solenoidspule unterbrochen wird, um die Anzugskraft Fa zu eliminieren. In dem vorstehend betrachteten FAlI eines Magnetventils von der Art, in welchem alle Durchströmung skanäle in der neutralen Lage blockiert werden, setzt sich die Rückkehrkraft aus der Federkraft Sc und der Flußkraft Fb minus der Gleitreibung Fd des Schiebers zusammen. Im FaIl eines Ventils einer anderen Type, in welcher alle Durchströmungskanäle in der neutralen Lage geöffnet sind, wird die Flußkraft Fb nicht addiert sonder subtrahiert und folglich kehrt der Schieber in die neutrale Lage durch eine Kraft (Fc-Fb-Fd) zurück. Bei beiden Betriebsarten bleibt, wenn die Kontakte wegen einer Bogenentladung nur zögernd unterbrechen oder wenn eine Diode umgekehrter Durchlaßrichtung parallel

9884/1

zu der Solenoidspule eingeschaltet wird, so daß die Energie der Gegen-EMK in der Solenoidspule nur langsam abnimmt durch den Umlaufstrom in dem aus der Diode der Solenoidspule gebildeten geschlossenen Kreis, eine remanente Anzugskraft, welche der maximalen Andruckskraft Fa der Solenoidspule angenähert ist, und folglich wird die Rückbewegung des Schiebers verzögert bis die Rückstellkraft die langsam abnehmende restliche Anzugskraft überwindet. Besonders bei Ventilen des zuletzt genannten Typs wird die Rückstellkraft vermindert durch die Flußkraft, so daß die Rückbewegung wesentlich verzögert wird und es gibt Fälle, wo die Rückbewegung des Schiebers unmöglich gemacht wird.

Die Fig. 2 a und 2b zeigen graphisch die Änderungen in der Spannung an einer Solenoidspule und die Versetzung des Schiebers im Bezug auf die Abfallzeit, wenn die in Serie mit der Solenoidspule goHchalteten Relaiskontakte zu einer Zeit t geöffnet werden. In diesen Figuren stellen die voll ausgezogenen Linien den Fall dar, wo ein Kondensator und eine mit umgekehrter Polarität eingeschaltete Diode parallel zu der Solenoidspule eingeschaltet sind, und die gestrichelten Linien den Fall, wo die Solenoidspule allein ohne irgendwelche zusätzlichen Schaltteile verwendet wird. Der Schieber wird zunächst in der Lage Lb durch das durch einen konstanten Gleichstrom erregte Solenoid gehalten. Er wird den Schieber zurückzuführen in die neutrale Lage La durch öffnen der Kontakte zu der Zeit t , zurückgeführt. Wenn keine zusätzlichen Schaltelemente mit der Solenoidspule verbunden sind, wird abhängig von der Erregung zu der t des geöffneten Relais zwischen den Kontakten eine Bogenentladung verursacht, welche bis zu einer Zeit t₁ aufrechterhalten wird. Während dieses Zeit Intervalls ist die Solenoidspule fortlaufend durch den resultierenden Bogenstrom weitererregt. Dieses Zeitintervall von t biss t. wächst mit einem Anwachsen der auf das ο 1

Solenoid angewendeten Spannung und während dieses Zeitintervalle wird die Federkraft durch die Solenoidanzugskraft ent-

809884/1051

-21-

gegen der Federkraft überwunden, was bedeutet, daß der Schieber in seiner Lage Lb verbleibt. Nach der Zeit t₁ oder nachdem der Bogen abgerissen ist durch das weitere öffnen der Relaiskontakte wird zunächst eine überspannung in dem Kreis induziert, welche einige 10 mal die Versorgungsspannuna übersteigt. Der Schieber wird durch die Federkraft zu einer Bewegung in die Lage La veranlaßt, und zwar erst zu einer Zeit z~, nach welcher die schrittweise Abnahme der restlichen Anzugskraft soweit abgenommen hat, daß sie durch die Federkraft überwunden wird. Die Rückkehrbewegung ist zu der Zeit t .. abgeschlossen. Während die Zeitintervalle von t₁ bis t~ und t . elektrische

1 2. si

und mechanische Ubergangszustände angeben, welche unumgänglcih existieren, bildet das vorgenannte Zeitintervall von t nach t₁ eine Leerlaufzeit, welche durch die Lichtbogenentladung veriirsacht wird. Außerdem ist die überspannung eine große Spannung, welche bis auf über 300 V bei 12 V-Solenoidspulen und nahe 600 V bei 24 V-Solenoidspulen kommen kann, und darüberhinaus tritt die überspannung die Form eines Spitzenspannungsimpulses auf, welcher leicht einen dielektrischen Durchschlag in der Solenoidspule sowie Schmutzeffekte in den benachbarten Schalteinrichtungen durch Rauschen usw. hervorrufen kann. Umgekehrt, wenn ein Kondensator und eine mit umgekehrter Polarität eingeschaltete Diode parallel zu der Solenoidspule vorgesehen werden, fließt, wenn das Relais zur Zeit t abgeschaltet wird, um die Kontakte sofort vollständig zu öffnen, ein Strom in der Solenoidspule, welcher von der Gegen-EMK induziert wird, in den Kondensator, welcher durch die Versorgungsspannung aufgeladen ist. Das Ergebnis ist, daß die Aufladung des Kondensators in' der umgekehrten Richtung erfolgt und a\if diese Heise der Strom für eine feste Zeit kompensiert wird. Die Zeit ist abhängig von der Kapzität des Kondensators, wodurch erlaubt wird, daß die Kontakte vollständig öffnen ohne Auftreten einer Bogenentladung. Wenn anschließend der Punkt erreicht ist, v/o die Gegen-EMK einen Spannungswert erreicht der ausreichend int die Diode

009884/ 105 I

283Π13

in der Vorwärtsrichtung durchzuschalten, stellt die Diode einen Kurzschlußkreis für die Solenoidspule dar, so daß der Stromfluß in dem geschlossenen Kreis schrittweise abnimmt und der Stromfluß eventuell kleiner wird, ohne eine überspannung zu erzeugen. Die resultierende Anzugskraft, welche schrittweise abnimmt mit der schrittweisen Abnahme des Stromflusses wird dabei erst später als in dem vorstehend betrachteten Fall geringer als die Federkraft, so daß der Ventilschieber die Bewegung zur Lage La erst zu der Zeit t-, beginnt und die Rückbewegung ist abgeschlossen zu der Zeit t ₂· ^{Da c}*^as Zeitintervall t_ bis t „ gleich mit dem Zeitintervall t_ bis t , aufgrund der Tatsache ist, daß der Kondensator und die Diode parallel geschaltet sind mit der Solenoidspule, um das Auftreten eines Lichtbogens zwischen den Kontakten und das Auftreten einer Überspannung zu verhindern, entsteht üblicherweise eine Verzögerungszeit von t nach t, in der Größenordnung von 20 bis 30 msec, welche langer ist als die Verzögerungszeit von t bis t„, und bei einfachen Magnetventilen wird die entsprechende Verzögerungszeit etwa 100 msec tragen.

Diese Verzögerungszeit in der Abnahme der restlichen Anzugskraft, welche schrittweise während die Verzögerungszeit abnimmt und entgegen der Federkraft oder Rückstellkraft wirkt, führt zu einer Verzögerung der Differenz zwischen der Federkraft und der restlichen Solenoidanzugskraft und macht die Rückkehrbewegung des Schiebers abhängig von der Rückkehrflußkraft unmöglich.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird im folgenden die Arbeitsweise des Stromversorgungskreises an einem Gleichstrommagnetventil erläutert. Bei der Darstellung nach Fig. 3 enthält ein Ventilkörper 8 einen Schitiber 6, welcher in seiner neutrale Lage dm c-h Federn 7,7 gehalten wird. Ein Magnetanker 4 oinos Solenoid.3 3 drückt gegen ein Ende des Schiebers 6 über eine»

809804/1051

-λ 3-

Schubstange 5. Eine Solenoidspule 2 umgibt den beweglichen Anker 4 und einen festen Anker 13, so daß, wenn die Solonoidspule 2 erregt wird, der bewegliche Anker 4 angezogen wird an den festen Anker 13. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Anschlußkasten, welcher in einer Ausnehmung des oberen Teiles des Ventilkörpers 8 aufgenommen ist, so daß der Anschlußkasten

I mit der Spule 2 des Solenoids 3 durch einen Anschluß 14 verbunden werden kann. Ein anderer Anschluß 15 ist mit den Klemmen einer Stromversorgung verbunden, welche eine Schalteinrichtung mit Kontakten, wie beispielsweise eine Relais enthält.

Wie aus der Fig. 4a zu ersehen, enthält der Anschluß 15 und die Verbindung 14 ein Paar von Anschlußklemmen 15a und 15b und ein Paar Anschlußklemmen 14a und 14b und einen Überspannungsableiter 10, welcher wie vorstehend erwähnt, aus entsprechendem Sintermaterial aufgebaut ist, sowie einen Kondensator 11 . über .'spannungsableiter 10 und Kondensator 11 sind parallel zueinander und parallel zu der Solenoidspule 2 geschaltet. Dieser Parallelschaltkreis ist zwischen die Anschlüsse 15a, 15b eingeschaltet und wird vom Anschlußkasten 1 aufgenommen. Die Anschlüsse 15a und 15b führen zu einer Gleichstromversorming 20a über Schaltkontakte 9, welche geöffnet und geschlossen, werden zur Erregung und Entregung der Solenoidspule 2, welche mit den Anschlüssen 14a und 14b verbunden ist. Der Kondensator

II und der Überspannungsableiter 10 müssen nicht notwendigerweise in dem Anschlußkasten 1 untergebracht werden. Der Überspannungsableiter 10 ist äußerst empflindlich auf Spannungsänderxangen, so daß, wenn die angelegte Spannung niedriger ist als ein vorgegebener Wert, er einen hohen Widerstand darstellt und praktisch kein Strom über ihn fließt, und wenn die anliegende Spannung höher ist als der vorbestimmte Wort, wird der Widerstand plötzlich klein und ein großer Strom wird abgeführt. Bei der Kombination von Überspannungsableiter 10 und

809884/1051

-24-

Solenoidspule 2 hat der überspannungsableiter 10 eine typische Klemmenspannung, welche auf die Solenoidversorgungsspannung abgestimmt ist und auf die im Schaltkreis maximal auftretende Spannung und folglich, wenn die Solenoidspule entregt wird, tritt nur die Klemmenspannung des Ableiters in Erscheinung sobald die in der Solenoidspule 2 erzeugte Spannung geringfügig größer ist.

Der Kondensator 11 besitzt einen in Bezug auf den Induktivitätswert der Solenoidspule 2 geeigneten Kapazitätswert. Dabei wurde gefunden, daß bei einfachen Solenoiden der gewünschte Effekt der Verhinderung eines Kontaktabbrandes erreicht werden kann mit einer Kapazität von etwa 0,01 μΡ oder darüber und das Auftreten einer Lichtbogenentladung zwischen den Kontakten kann vollständig verhindert werden mit einem Kondensator von 0,3 \iF oder darüber. Auch sollte, wie aus der Fig.2a zu ersehen, der Kondensator 11 vorzugsweise nicht polarisiert sein und seine Durchschlagspannung sollte höher gewählt werden als die Klemmenspannung des Uberspannungsleiter 10. Beispielsweise genügt eine Durchbruchspannung von 200 bis 250 V in Verbindung mit einem Gleichstrommagnetventil mit einer Versorgungsspannung von 24 V und der überspannungsableiter 10 kann eine Klemmenspannung von 150 V haben.

Fig. 4b zeigt in einer graphischen Darstellung die durch die Maßnahmen nach der Erfindung erzielten Ergebnisse in einem "Erinnerungsübersicht", die Änderungen der Spannung an der Solenoidspule und die Versetzung des Schiebers in der Zeit bei Verwendung eines Überspannungsabieiters, welcher zusammengesetzt ist aus Sintermaterial des ZnO-Typs und der eine Klemmenspannung von 150 V besitzt. Als Kondensator 11 ist ein nicht polarisierter Kondensator mit einer Kapazität von 0,3 iiF und einer Durchlagsspannung von 250 V eingesetzt und die Gleichstromsolenoidspannung liegt bei 24 V vor Abschaltung des

809884/1051

-25-

Gleichstrommagnetventils. In diesem Fall hat das verwendete Relais einen maximalen Abschaltstrom von 2,4A und die Lebensdauer von über 500000 Schaltvorgängen und das Relais wurde 300000 mal wiederholten Ein- und Ausschalttests unterworfen. Als die Tests abgeschlossen waren, zeigten die Relaiskontakte keinerlei Unregelmäßigkeiten und die Abmessungen von dem Relais waren dieselben wie unmittelbar nach der Fertigung. Es kann aus Fig. 4b gesehen werden, daß die Spannung an der Spule heruntergedrückt wurde auf die Maximalspannung von 150V und der Schieber kehrte in seine neutrale Lage in 15 msec nach dem Öffnen der Kontakte zurück, wodurch praktisch die Verzögerung eleminiert wurde. Andererseits wurde die gleiche Öffnungsperiodencharakteristik erreicht durch Verbindung eines Serienkreises einer Diode umgekehrter Polarität und einem Widerstand von 22 Ohm parallel zur Solenoidspule und es wurde gefunden, daß dadurch die Überspannung auf einen Wert unter 25 V reduziert wurde, da zwischen den Kontakten ein Lichtbogen auftrat und die Rückkehrzeit des Schiebers betrug 55 bis 65 msec. Wenn der Widerstand beseitigt wurde und nur eine Diode verwendet wurde, war eine noch längere Zeit von 100 bis 120 msec erforderlich für die vollständige Rückbewegung. Wenn nur ein Kondensator parallel zu der Spule angeordnet wurde, war die überspannung etwa 1000 V und ein Lichtbogen trat zwischen den Kontakten auf.

Während in der in Fig. 4a dargestellten Ausführungsform der Kondensator 11 und der überspannungsableiter 10 direkt parallel zu der Solenoidspule 2 geschaltet sind, können auch beispielsweise, wie in der Fig. 4c gezeigt, niederohmige Widerstände 18a und 18b in Serie zu dem Kondensator 11 eingeschaltet werden, um den Ladestrom beim Einschalten der Stromversorgung in Fällen zu erniedrigen, wo eine große Anzahl von Solenoidspulen mit ein und derselben Stromversorgung verbunden sind.

809884/1051 ~²⁶~

Im folgenden wird auf die Fig. 4d und 4e Bezug genommen.Während bei den in Fig. 4a oder 4c gezeigten Schaltkreisen! der dort verwendete Spannungsableiter 10 eine relativ höhere Arbeitsspannung haben muß als die Solenoidspule 2 für eine Ein- und Aussteuerung mit einer höheren Schaltkreisspannung, d.h. mit einer Stromversorgung von 100 V oder mehr, ist es möglich, einen Spannungsableiter mit einer Arbeitsspannung unter der Schaltkreisspannung zu verwenden durch Verbindung mit einer Diode 19 in Serie mit dem Spannungsableiter, wie in den Fig. 4d oder 4e gezeigt. Durch Einsetzen der Diode 19 in solch einer Weise, daß die Stromversorgung nicht an dem Spannungsableiter 10 anliegt, sondern nur die überspannung, ist es möglich, die Gegen-EMK von der Last 2 bei einem Spannungswert abzukappen, welcher unterhalb der Versorgungsspannung liegt. Während in der Fig. 4e die Diode 19 mit ihrer Kathode am Anschluß 15a und 14a liegt, welche als positiver Anschluß dient, wenn die Kontakte geschlossen sind, und mit ihrer Anode am Spannungsableiter 10 liegt, kann die Diode 19 und der Spannungsableiter 10 auch in umgekehrter Weise angeschlossen werden, wie in Fig. 4e gezeigt.

Bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel, bei welcher die Arbeitsspannung im Kreis niedriger ist als die spezifische Klemmenspannung des Überspannungsabieiters 10 bei allen Bedingungen, ist es möglich, eine Niederspannungs-Licht-Emissions-Diode zu verwenden, um den Zustand der Stromzuführung zu der Solenoidspule 2 anzuzeigen.

Fig. 5a zeigt eine solche Ausführungsform der Erfindung, welche sich von der Ausführungsform nach Fig. 4a dadurch unterscheidet, daß eine Licht-Emissions-Diode zu dem Kreis nach Fig. 4a hinzugefügt ist, und zwar in Form eines Serienkreises aus einem Widerstand 17, der Lichtemissionsdiode 12 und einer Diode 16 zwischen den Anschlüssen 15a und 15b. Natürlich kann die

-27-

Lichtemissionsdiode 12 in den Anschlußkasten 1 miteingebaut werden, um Licht an die Außenseite zu projektieren, wie in Fig. 3 gezeigt. In der Darstellung wird die Licht-Emissions-Diode 12 durch den Strom aus der Gleichstromstromversorgung nur dann leuchten, wenn ein Strom der Solenoidspule 2 zugeführt wird.

Bei der vorerwähnten Ausführungsform drückt der Widerstand des Spannungsabieiters 10 die Spannung auf einen niedrigeren Wert, weil die Gegen-EMK von der Solenoidspule 2 absorbiert wird und folglich der Strom, welcher durch die Gegen-EMK verursacht wird, fließt als Arbeitsstrom über den Ableiter 10. Dieser Arbeitsstrom beginnt erst nach einem Zeitintervall zu fließen, und zwar nach der Zeit, die nach dem öffnen der Kontakte 9 benötigt wird, um den Kondensator auf einen vorherbestimmten Wert zu laden. Der entsprechende Stromwert ist dabei nicht ausreichend, um die Solenoidspule 2 zu erregen und den Schieber anzuziehen oder zu bewegen, aber er ist ausreichend, um die Lichtemissionsdiode 12 zum Leuchten zu bringen.

Fig. 5b zeigt eine Abwandlung, in welcher eine weitere Lichtemiss ion sdiode 21 vorgesehen ist. Diese wird eingesetzt, um durch den oben erwähnten Arbeitsstrom aufzuleuchten. Sie ist hierzu in Serie zwischen einer Diode 19 und dem Spannungsableiter 10 geschaltet. Auf diese Weise ist, wenn die Kontakte geschlossen sind, nur die Lichtemissionsdiode 12 eingeschaltet und wenn die Kontakte 9 geöffnet werden, wird die Lichtemissionsdiode 12 abgeschaltet. Nach einer Verzögerung um das vorausgenannte Intervall wird die Lichtemissionsdiode 21 eingeschaltet bis die Gegen-EMK, welche in dem Kreis auftritt, verbraucht ist, d.i. für die Dauer von etwa 15 msec nach dem öffnen der Kontakte im Fall nach Fig. 4b. Das Leuchten wird erreicht durch den Arbeitsstromfluß zu dein überspannungsableiter 10. Bei einer Ausführung nach Fig. 5b wird der Spannungswert der mit

809884/1051

-28-

umgekehrter Polarität entstehenden Spannung allein durch den überspannungsableiter 10 bestimmt, so daß die Dioden 12 und 16 mit umgekehrter Durchschlagsspannungssicherheit unter Berücksichtigung der Gegen-EMK ausgesucht werden müssen, während die Dioden 19 und 21 in Übereinstimmung mit der Stromversorgung ausgesucht werden können, wodurch die Notwendigkeit, Dioden mit hoher Sperrspannung zu verwenden, eliminiert wird.

Bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel kann, da das Leuchten der Lichtemissionsdiode 21 anzeigt, daß eine Gegen-EMK induziert wird in der Solenoidspule 2 abhängig von dem öffnen der Kontakte 9, das normale Funktionieren der Solenoidspule 2 überwacht werden in Übereinstimmung mit der Erzeugung des Lichts von der Emissionsdiode 21. Speziell in dem Fall eines hydraulischen Magnetventils besteht nämlich die Gefahr des Durchbrennens von Solenoidspulen aufgrund irgend einer Fehlfunktion des Ventils und in einem solchen Fall ist es möglich zu überwachen die Erzeugung von Licht von der Lichtemissionsdiode 21, um zu sehen, ob die Gefahr des Durchbrennes oder einer Falschverbindung der Solenoidspule besteht oder ob die Spule selbst normal arbeitet, aber der Schieber feststeckt. In dieser Kombination, wenn die Anzeige gewünscht wird für diese Zwecke allein, kann der Serienkreis aus Diode 16, Lichtemissionsdiode 12 und Widerstand 17 in der Ausführungsform nach Fig. 5b weggelassen werden, werden, kann die Reihenfolge von Diode 19 und überspannungsableiter 10 umgekehrt werden, wie in der Fig. 5c gezeigt.

Die Fig. 5d zeigt eine andere Abwandlung, bei welcher die Diode 16 eliminiert ist und der Widerstand 17 zwischen Kathode der Lichtemissionsdiode 12 und Anschluß eingeschaltet ist. Auf diese Weise kann die Diode 16 weggelassen werden.

-29-

309884/1051

Die Fig.6a zeigt noch eine andere Ausführungsform der Erfindung findung, welche sich von der Ausführungsform nach Fig.5 b dadurch unterscheidet, daß die Lichtemissionsdioden 12 und 21 durch eine einzige Lichtemissionsdiode 22 ersetzt sind. In diesem Fall wird die Anzeige der normalen Arbeitsweise erreicht durch Erregung der Lichtemissionsdiode 22 zur Abgabe von Licht bei Stromfluß von dem Widerstand 17 über die Lichtemissionsdiode 22 und die Diode 16 und die Abschaltanzeige von der Gegen-EMK, welche beim öffnen der Kontakte 9 erzeugt wird, führt zu einer Beleuchtung der Lichtemissionsdiode 22 für eine kurze Zeitperiode durch den Arbeitsstrom, welcher über den Spannungsableiter 10 über die Lichtemissionsdiode 22 und die Diode 19 fließt. Als Ergebnis, wird die Lichtemissionsdiode 22, welche erregt wurde, abhängig vom Schließen der Kontakte 9 vorübergehend abgeschaltet infolge des öffnens von diesen Kontakten und nachdem die Absorption der Gegen-EMK durch den Kondensator 11 abgeschlossen ist und die Lichtemissionsdiode 22 entsprechend vorgespannt wurde über die Diode 19 durch den Arbeitsstrom zu dem überspannungsableiter, wird diese Lichtemissionsdiode 22 wieder leuchten bis ein Punkt erreicht ist, wo der Arbeitsstrom soweit abgesunken ist, daß die Lichtemissionsdiode abschaltet.

Die Fig. 6b zeigt eine weitere Abwandlung des Versorgungskreises wie in Fig. 6a gezeigt ist, wobei die Verbindungspunkte des Uberspannungsableiters 10 und der Diode 19 miteinander ausgetauscht sind.

Die Fig. 6c zeigt eine weitere Abwandlung des Schaltkreises nach Fig. 6a, wobei die Verbindungspunkte von dem Widerstand 17 und der Diode 16 miteinander ausgetauscht sind.

Fig. 6d zeigt eine andere weitere Ausbildung des Schaltkreises nach Fig. 6a, in welchem die Verbindungspunkte vom überspan-

809884/1051 "³°-

nungsableiter 10 und der Diode 19 und diejenigen von dem Widerstand 17 und der Diode 16 jeweils miteinander ausgetauscht sind.

Diese Änderungen der Anschlüsse der Schaltelemente verursachen praktisch keine Änderung in der Arbeitsweise des Schaltkreises und diese Änderungen können durchgeführt werden, sofern gewünchst, abhängig z.B. von der Anordnung von den einzelnen Bauelementen auf einer gedruckten Schaltungsanordnung.

Während in den oben beschriebenen Ausführungsbeispxelen eine Gleichstromquelle vorausgesetzt ist, können diese Ausführungsformen jedoch abgewandelt werden, da der Schnitt zwischen den Anschlüssen 15a und 15b nicht polarisiert ist hinsichtlich der Spannungsquelle.

Die Ausführungsform, wie in Fig. 7a gezeigt, unterscheidet sich von den Ausführungsformen nach den Fig. 4d und 4e dadurch, daß Zweiwegdioden 19a, 19b, 19c und 19d verwendet sind anstelle der Diode 19. Diese Dioden arbeiten in der gleichen Weise wie die Diode 19. In dieser Figur wird die Gegen-EMK mit ihrem positiven Potential hinsichtlich des Anschlusses 14a absorbiert durch den überspannungsableiter 10 über die Dioden 19c und 19b und die Gegen-EMK mit positivem Potential hinsichtlich des Anschlusses 14b wird absorbiert durch den überspannungsableiter 10 über die Dioden 19d und 19a.

Fig. 7b zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 7a, wobei eine Lichtemissionsdiode 12 hinzugefügt ist zur Anzeige des Stromflusses zu der Solenoidspule 2. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7b wird die Anzeige durch den Stromfluß über die Dioden 19d oder 19c durch den Widerstand 17, die Lichtemissionsdiode 12 und die Diode 19b oder 19a erreicht.

8098 8 4/1051

-31-

Während in der Ausführungsform nach Fig. 7b nur ein Stromfluß zu der Solenoidspule 2 abgezeigt wird durch die Lichtemiss ions spule 12,kann der Schaltkreis nach Fig. 7c verwendet werden,um zusätzlich die vorerwähnte Anzeige der Abnahme der Gegen-EMK, welche durch den Überspannungsableiter 12 abhängig von dem öffnen der Kontakte erzeugt wird, anzuzeigen. In der Fig. 7c ist ein Parallelkreis aus Widerstand 17 und überspannungsableiter 10 in Serie mit der Lichtemissionsdiode 12 vorgesehen und dieser Serienkreis ist zwischen die Verbindung zwischen den Anoden der Dioden 19a und 19b und die Verbindung zwischen den Kathoden der Dioden 19c und 19d eingeschaltet.

Die Fig. 7d zeigt noch eine andere Modifikation der Ausführungsform nach Fig, 7a, wobei die Kathode der Lichtemissionsdiode 12 mit der Verbindung der Anoden von den Dioden 19a und 19b verbunden wird, während die Anode von der Lichtemissionsdiode 12 an die Anschlüsse 14a und 14b über Widerstände 17a bzw. 17b angeschlossen ist, wodurch der Stromfluß zu der Solenoidspule angezeigt werden kann.

Fig. 7e zeigt eine andere Modifizierungsform des Schaltkreises nach Fig. 7d, wobei die Anode von der Lichtemissionsdiode 12 an die Verbindung der Kathoden von den Dioden 19c und 19d angeschaltet ist.

Die Fig. 8a zeigt einen Stromversorgungskreis für ein Wechselstrommagnetventil entsprechend einer weiteren Abwandlung des Erfindungsgedankens, bei welcher zwei überspannungsableiter 10a und 10b in Serie miteinander verwendet werden. Der über die Lichtemissionsdiode 12 zur Anzeige des Stromflusses geführte Strom wird in einer nicht polarisierten Weise von den Anschlüssen 15a und 15b über die Dioden 16a, 16b, 16c und 16d sowie die Widerstände 17a und 17b geführt. Wenn die überspannungsableiter 10a oder 10b wirksam sind, wird dies durch eine andere Lichtemissionsdiode 21 angezeigt, welche in einer

S09884/1QS1

-32-

nicht polarisierten Weise durch die Anschlüsse 15a und 15b über die Dioden 23a und 23b eingeschaltet ist.

Fig. 8b zeigt eine Abwandlung von dieser Ausführungsform nach Fig. 8a, wobei die Lichtemissionsdiode 21 in umgekehrter Weise eingeschaltet ist.

Die Fig. 9a zeigt eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung, bei welcher der Schnitt zwischen den Anschlüssen 15a und 15b so gewählt ist um,eine nicht polarisierte Weise hinsichtlich der Stromversorgungsquelle zu erreichen. Die Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 8a dadurch, daß die Lichtemissionsdioden 12 und 21 ersetzt sind durch eine einzige Lichtemissionsdiode 22. Die überspannungsableiter 10a und 10b sind in Serie zwischen die Anschlüsse 15a und 15b eingeschaltet und die Dioden 23a und 23b liegen mit ihren Kathoden an den Schlüssen 15a bzw. 15b und ihre Anoden sind gegeneinander geschaltet. Die Anoden von den Dioden 16c und 16d sind mit den Anschlüssen 15a und 15b über die Widerstände 17a bzw. 17b verbunden und ihre Kathoden sind gegeneinander geschaltet. Die Anode der Lichtemissionsdiode 22 ist mit der Verbindung der überspannungsableiter 10a und 10b und der Verbindung der Kathoden der Dioden 16c und 16b verbunden und die Kathode der Lichtemissionsdiode 22 ist mit der Verbindung der Anoden von den Dioden 23a und 23b verbunden. Der Kondensator 11 ist zwischen die Anschlüsse 15a und 15b eingeschaltet und der gesamte Kreis wird in den Anschlußkasten eingebaut, wie er in Fig. 3 gezeigt ist. Wenn die Kontakte geschlossen sind, wird ein Beleuchtungsstrom für die Lichtemissionsdiode 22 über den Widerstand 17a und die Diode 16c oder den den Widerstand 17b und die Diode 16b und die Diode 23b oder 23a geführt. Wenn die Kontakte geöffnet werden, entlädt sich die gesamte Gegen-EMK aus der Solenoidspule über einen Entladekreis, welcher von den überspannungsableiter 10a

809884/1051

-33-

oder 10b und die Diode 23b oder 23a durch die Lichtemissionsdiode 22 geführt wird und die Lichtemissionsdiode 22 wird wiederum für eine kurze Zeitperiode durch den Arbeitsstrom, welcher durch den überspannungsableiter 1Oa oder 10b fließt, leuchten.

Bei der in Fig. 9a gezeigten Ausführungsform kann die Lage der Widerstände 17a und 17b und der Dioden 16c und 16d ausgetauscht werden, wie in der Fig.9d gezeigt oder alternativ können die Dioden 16c und 16d weggelassen werden, wie in der Fig. 9c gezeigt. Die Ausführungsform nach Fig. 9a kann auch abgewandelt werden, wie in der Fig. 9b gezeigt, in welcher die Verbindung von den überspannungsableitern 10a und 10b verbunden ist mit der Verbindung von den Anoden der Dioden 23a und 23b, wodurch die Lichtemissionsdiode 12 so belastet wird, daß sie nur den Stromfluß zu der Solenoidspule anzeigt.

Die Fig. 9e zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 9d, wobei die Lage des Widerstandes 17a und 17b und die der Dioden 16c und 16d ausgetauscht sind miteinander.

Die Widerständen 17a und 17b können ersetzt werden durch einen einzigen Widerstand, wie dargestellt in der Fig. 9f.

Bei der in Fig.9d gezeigten Ausführungsform können die Dioden 16c und 16e weggelassen werden, wie in Fig..9g gezeigt und auch die Widerstände 17a und 17b können angeordnet werden an der Kathodenseite der Lichtemissionsdiode 12, wie gezeigt in der Fig. 9h.

Es ist ersichtlich, daß jeder Fachmann aus den vorstehend erläuterten Abwandlungen weitere Abwandlungen und Kombinationen aufbauen kann, um einen Stromversorgungskreis für ein Magnetventil gemäß der Erfindung zu schaffen, ohne daß dabei der Erfindungsgedanke verlassen wird.

809884/1051

t_ e e r s e ί ί e

Claims

DIPL-ING. HELMUT KOEPSELL . 5 KÖLN 1 13.1.1978

PATENTANWALT ^Q^ I t f %# Mittelstrasse 7

Telefon (02 21) 2194 23 Telegrammadresse: Koepsellpaient Ko'n

YUKEN KOHYO COMPANY LIMITED

Miyamae, Fujisawa-shi, JAPAN I

Reg.-Nr bitte angobon

Titel: Stromversorgungskreis für Magnetventile

PATENTANSPRÜCHE

Stromversorgungskreis für Magnetventile oder andere SoIenoidanordnungen mit einer mit der Solenoidspule über Ein-Aus-Kontakte verbundenen Stromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Solenoidspule (2) ein Kondensator (11) und weiter ein Festkörper-Spannungsableiter (10) angeordnet sind, wobei der überspannungsableiter im wesentlichen aus einem Sintermaterial mit vorzugsweise Metalloxiden aufgebaut ist, und daß der überspannungsableiter einen elektrischen Widerstand aufweist, welcher hinsichtlich der angewendeten Spannung eine nicht -lineare Charakteristik aufweist.

Stromversorgungskreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromquelle eine Gleichtromquelle (20a) vorgesehen ist und daß der Kondensator (11) und der überspannungsableiter (10) unmittelbar parallel zu der Solenoidspule (2) angeordnet sind.

Stromversorgungskreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode (19) mit im Vergleich zur angelegten Versorgungsspannung umgekehrten Durchlaßrichtung in Serie mit dem Überspannungsableiter (10) vorgesehen ist und daß Diode und Überspannungsableiter gemeinsam parallel zur Solenoidspule eingeschaltet sind.

-2-

809884/ 1051
. ORIGINAL INSPECTED

4. Stromversorgungskreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Licht-Emissions-Diode (12, 22) vorgesehen ist, welche Licht abgibt, wenn über die Solenoidspule Strom fließt,

5. Stromversorgungskreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Licht-Emissions-Diode (21) vorgesehen ist zur Bildung eines geschlossenen Serienkreises zusammen mit dem Parallelkreis aus Solenoidspule, Kondensator und überspannungsableiter.

6. Stromversorgungskreis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Licht-Emissions-Diode enthaltende Serienkreis eine Diode mit im Vergleich zum überspannungsableiter umgekehrter Durchlaßrichtung in Bezug auf die Versorgungsspannung aufweist, wobei der Serienkreis parallel zu der Solenoidspule und parallel zum zusätzlichen Kondensator geschaltet sind.

7. Stromversorgungskreis nach Anspruch 5 mit einer Gleichstromstromversorgungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß ein Serienkreis aus überspannungsableiter und einem Widerstandselement parallel zum Kondensator derart eingeschaltet ist, daß der Widerstand an einem, vorzugsweise dem positiven Anschluß der Spannungsquelle liegt, daß weiter zwei Dioden in einem Serienkreis gegeneinander parallel zum dem Kondensator vorgesehen sind und daß die Licht-Emissions-Diode mit ihrer Anode am Verbindungspunkt zwischen Widerstand und überspannungsableiter und mit ihrer Kathode zwischen den beiden Anoden der Dioden eingeschaltet ist.

8. Stromversorgungskreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Serienkreis aus zwei Dioden, welche mit ihren Anoden gegeneinander geschaltet sind, vorgesehen ist,

809804/1051

-.-■■■■■. ■ - 3 -

der parallel zum Kondensator angeordnet ist durch die Verbindung der Kathoden dieser Dioden, und daß ein zweiter Serienkreis von zwei mit ihren Kathoden gegeneinander geschalteten Dioden vorgesehen ist, v/elcher ebenfalls parallel zum Kondensator durch Verbindung ihrer Anoden mit diesem geschaltet ist, und dadurch gekennzeichnet, daß der überspannungsableiter zwischen die Verbindung der Anoden der Dioden im ersten Serienkreis und der Verbindung der Kathoden der Dioden im zweiten Serienkreis eingeschaltet ist.

Stromversorgungskreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht-Emissions-Diode derart zwischen die Verbindung der Anoden der Dioden des ersten Serienkreises und der Verbindung der Kathoden des zweiten Serienkreises eingeschaltet ist, daß die Kathode der Licht-Emissions-Diode verbunden ist mit der Verbindung zwischen den Anoden der Dioden»

10 S 8 8 k./ 1 © S 1