DE69201809T2

DE69201809T2 - Bewegungsdetektionsschaltung für ein Magnetventil.

Info

Publication number: DE69201809T2
Application number: DE69201809T
Authority: DE
Inventors: Michael Page
Original assignee: IMI Norgren Ltd
Current assignee: Norgren Ltd
Priority date: 1991-02-09
Filing date: 1992-02-07
Publication date: 1995-08-31
Anticipated expiration: 2012-02-08
Also published as: GB9102789D0; EP0499419A3; ES2070587T3; DK0499419T3; EP0499419B1; EP0499419A2; DE69201809D1; ATE120580T1; US5241218A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Erfassen der Bewegung eines beispielsweise einem Elektromagnetventil zugehörigen Elektromagnetankers, wodurch der korrekte oder fehlerhafte Betrieb des Ankers, und somit des Ventils insbesondere aus der Entfernung überwacht werden kann.
Pneumatisch betriebene Systeme beispielsweise umfassen typischerweise eine große Anzahl von Elektromagnetventilen, die in einer vorbestimmten, gewünschten Reihenfolge arbeiten und den Betrieb von pneumatischen Vorrichtungen wie beispielsweise Zylindern steuern. Herkömmlicherweise wird der Betrieb des Systems von einem entfernten, zentralen Steuerpult aus überwacht, und es wäre wünschenswert, als Teil des Steuerpults eine Einrichtung vorzusehen, um anzuzeigen, daß jeder Elektromagnetanker korrekt arbeitet oder auch nicht korrekt arbeitet, wenn dies der Fall sein sollte. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine derartige Einrichtung zu schaffen, die auf der Tatsache beruht, daß wenn sich im Ansprechen auf eine Energiezufuhr zu der Elektromagnetspule ein Elektromagnetanker bewegt, sich die Induktivität der Spule ändert, was ein momentanes Abfallen des durch die Spule fließenden Stromes bewirkt.
Die US-Patentschrift Nr. 4321946, die WO-Patentschrift Nr. 89/02648 und die Deutsche Offenlegungsschrift DE-A-2251472 beschreiben Schaltungen zum Überwachen der Funktion eines Elektromagnetankers, deren Funktion auf der momentanen Änderung des durch die Elektromagnetspule fließenden Stromes beruht, wenn ihr Energie zugeführt wird. Die beschriebenen Schaltungen sind jedoch insofern verhältnismäßig aufwendig, daß sie Einrichtungen zum Überwachen der Änderungsrate, d. h. zum Differenzieren, des Stromwertes erfordern, oder Einrichtungen zum direkten Bestimmen der Änderung der Induktivität der Elektromagnetspule erfordern, die eine mit der Elektromagnetspule magnetisch gekoppelte Sekundärspule verwenden. Die vorliegende Erfindung schlägt andererseits eine neuen Lösungsweg vor, der eine einfachere Schaltung erfordert, die leicht in die herkömmlicherweise zum Verbinden des Elektromagneten mit seiner Energieguelle verwendete Art von Steckern eingebaut werden kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist deshalb eine Schaltung zur Kombination mit einem Elektromagneten geschaffen, mit einer Elektromagnetspule und einem Anker, der sich im Ansprechen auf eine anfängliche Energiezufuhr zu der Spule bewegt, wobei die Schaltung dazu dient, die Bewegung des Ankers im Ansprechen auf die anfängliche Energiezufuhr zu der Spule zu überwachen, indem der durch einen in Reihe zu der Spule geschalteten Widerstand und somit während der anfänglichen Energiezufuhr durch die Spule fließende Strom überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung enthält:
a) einen Widerstand, über dem sich ein dem Strom proportionaler Spannungsabfall ejnstellt;
b) eine auf den Spannungsabfall ansprechende RC-Schaltung zum Erzeugen eines stabilen Ausgangsspannungssignals, das im wesentlichen dem Spitzenwert des Spannungsabfalls über dem Widerstand während der anfänglichen Energiezufuhr zu der Spule entspricht; und
c) einen Komparator zum Vergleichen des stabilen Ausgangsspannungssignals der RC-Schaltung mit dem Spannungsabfall über dem Widerstand während der anfänglichen Energiezufuhr zu der Spule, der zum Erzeugen unterschiedlicher Ausgangssignale betreibbar ist, abhängig davon, ob eine Verringerung des Spannungsabfalls relativ zu dem Spitzenwert des Spannungsabfalls auftritt oder nicht, wobei die unterschiedlichen Ausgangssignale desselben anzeigen, ob der Anker sich korrekt bewegt hat oder nicht.
Der Widerstand hat typischerweise einen sehr viel geringeren Widerstand als beispielsweise ungefähr 1% des Widerstandes des Elektromagnetankers.
Das von dem Komparator erzeugte Ausgangssignal, das das Vorhandensein oder das Fehlen einer Verringerung des Spannungsabfalls, und daher die korrekte oder fehlerhafte Funktion des Elektromagneten anzeigt, kann auf viele Weisen eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Signal dazu dienen, den kontinuierlichen Betrieb des Systems, von dem der Elektromagnet ein Bestandteil ist, zuzulassen oder zu verhindern, d. h., es kann ein Sperrsignal sein. Zusätzlich oder alternativ kann es in Verbindung mit einer sichtbaren oder hörbaren Anzeigeeinrichtung dazu dienen, beispielsweise in einer entfernten Position, eine sichtbare oder hörbare Anzeige der korrekten oder fehlerhaften Funktion des Elektromagneten anzuzeigen.
Die Anzeigeeinrichtung kann beispielsweise eine Licht emittierende Diode umfassen, die einerseits betreibbar ist, um im Fall, daß eine Verringerung des Spannungsabfalls aufgetreten ist, kontinuierlich zu leuchten (um dadurch anzuzeigen, daß der Anker sich korrekt bewegt hat), oder um andererseits, im Fall, daß die Verringerung nicht auf getreten ist, nichtleuchtend zu bleiben oder zu "blinken" (um dadurch einen Fehler anzuzeigen).
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem zweiten Aspekt ebenso einen Elektromagneten, der in Kombination eine Elektromagnetspule, einen im Ansprechen auf eine anfängliche Energiezufuhr zu der Spule sich bewegenden Anker und eine wie vorstehend beschriebene Schaltung umfaßt. Vorzugsweise ist die Schaltung in einem Stecker ausgeführt, an den eine Energiequelle anschließbar ist und der selbst mit dem Elektromagneten verbindbar ist, wobei die Energiequelle dazu dient, den Elektromagneten und die Schaltung zu betreiben. Geeigneterweise kann der Stecker mittels eines einfachen Flachsteckeranschlusses mit den herkömmlichen Flachstecker-Verbindungen des Elektromagneten verbindbar sein.
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem dritten Aspekt auch ein elektromagnetisch betriebenes Flüssigkeits- Steuerventil, das die wie entsprechend dem zweiten Aspekt der Erfindung definierte Kombination enthält.
Die Erfindung wird nun lediglich anhand eines Beispiels mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung ausführlicher beschrieben, in der:
Figur 1 ein die typische Beziehung zwischen Spulenstrom und Zeit während der Energiezufuhr zu einer Elektromagnetspule darstellendes Diagramm ist;
Figur 2 ein schematisches Schaltbild einer Form einer erfindungsgemäßen Ankerbewegungs-Detektionsschaltung zum Überwachen des Betriebs eines Magnetventils ist; und
Figur 3 ein detailliertes Schaltbild der in Figur 2 schematisch dargestellten Schaltung ist.
Mit Bezug zuerst auf Figur 1 der Zeichnung zeigt diese eine typische Beziehung von Spulenstrom (I) zur Zeit (t), wenn einem herkömmlichen Elektromagnet Energie zugeführt wird. Wenn der Strom zuerst eingeschaltet wird (Punkt A in dem Diagramm) steigt er allmählich an, bis die Stärke des von der Spule erzeugten Magnetfeldes ausreichend ist, um den Anker (beispielsweise aus Weicheisen) in eine Position innerhalb derselben zu ziehen. Zu diesem Zeitpunkt, und vorausgesetzt, daß der Anker sich vollständig bewegt, tritt eine deutliche Änderung der Spuleninduktivität auf, wodurch der durch die Spule fließende Strom I sich momentan verringert (Punkt B in dem Diagramm). Der Strom I kehrt dann zum Wert oder einem geringfügig darüberliegenden Wert des den Anker in Bewegung versetzenden Wertes zurück (Punkt C in dem Diagramm). Erfindungsgemäß wird diese momentane Verringerung (oder keine Verringerung) des durch die Elektromagnetspule fließenden Stromes I verwendet, um eine korrekte (oder fehlerhafte) Funktion des Elektromagneten zu überwachen.
Bezugnehmend auf Figur 2 ist die einem (nicht gezeigten) Ventil zugeordnete Elektromagnetspule 1 mit einer Steuer-Gleichspannungsquelle 2 (typischerweise werden beispielsweise von einer entfernt angeordneten, nicht gezeigten, programmierbaren Logik-Steuereinrichtung, die zum Steuern des Systems verwendet wird, von dem das Ventil einen Bestandteil darstellt, 12 bis 24 Volt erzeugt) über einen Reihenwiderstand 3 verbunden. Der Spannungsabfall über dem Widerstand 3, der proportional zu dem durch die Spule 1 fließenden Strom ist, wird von einem Verstärker 4 verstärkt, und das verstärkte Signal wird von einer RC-Schaltung 5 aufbereitet, die einen Kondensator 6 und einen Widerstand 7 aufweist. Der Spannungsverlauf an D in der Schaltung entspricht offensichtlich dem in Figur 1 gezeigten. Somit ist zu erkennen, daß, wenn der Strom I durch die Spule 1 sich momentan verringert (Punkt B im Diagramm der Figur 1), die Spannung V an E (vergleiche Figur 2) konstant bleibt. Die Differenz zwischen der Spannung an E und der verstärkten Spannung an D wird von einer Komparator-Schaltung 8 erfaßt, die über eine Zwischenspeicherschaltung bzw. eine Latch-Schaltung 9 und einen bei hoher Frequenz betriebenen Oszillator 10 ein kontinuierliches Leuchten einer Licht emittierenden Diode 11 bewirkt, wodurch die korrekte Funktion des Elektromagneten angezeigt wird, bis die Schaltung nach dem Beenden der Energiezufuhr zu der Spule 1 rückgesetzt wurde. Die Schaltung 8 erzeugt im Ansprechen auf eine korrekte Funktion des Elektromagneten ebenfalls ein Spannungssignal 12 (vergleiche Figur 3), das beispielsweise zu der entfernt angeordneten programmierbaren Logik- Steuereinrichtung gesendet werden kann, auf die zuvor Bezug genommen wurde.
Im Fall, daß der Anker der Elektromagnetspule 1 sich im Ansprechen auf eine Energiezufuhr zu der Spule 1 nicht vollständig oder überhaupt nicht in die Spule 1 bewegt, wird die vorstehend erwähnte Verringerung des Spulenstromes I nicht auftreten, und die Spannung an E wird die gleiche sein wie die des verstärkten Signals an D, und deshalb wird die Diode 11 aufgrund des bei einer sehr viel geringeren Frequenz betriebenen Oszillators 10 aufleuchten und erlöschen, wodurch ein Fehlerzustand, beispielsweise ein blockierter Anker, angezeigt wird.
Figur 3 zeigt die in Figur 2 dargestellte Schaltung im Detail. Die verschiedenen Komponenten sind durch ihre herkömmlichen Symbole bezeichnet und ihre Arbeitsweise und Funktion sind für den Fachmann auf diesem Gebiet leicht ersichtlich.
Die Licht emittierende Diode 11 oder andere Anzeigeeinrichtungen können insbesondere, wie klar erkennbar sein wird, von der Spule entfernt, beispielsweise an einem Fernsteuerungs-/Überwachungspult angeordnet sein, das normalerweise mit einer großen Anzahl von elektromagnetisch betriebenen Einrichtungen (die mit entsprechenden Detektionsschaltungen der Erfindung verbunden werden) wie zum Steuern des Betriebs einer Maschine verwendeten pneumatischen Elektromagnetventilen verbunden ist. Alternativ kann die Licht emittierende Diode 11 beispielsweise in einer sichtbaren Position an dem Stecker angeordnet sein, auf den zuvor Bezug genommen wurde.

Claims

1. Schaltung zur Kombination mit einem Elektromagneten mit einer Elektromagnetspule (1) und einem Anker, der sich im Ansprechen auf eine anfängliche Energiezufuhr zu der Spule (1) bewegt, wobei die Schaltung dazu dient, die Bewegung des Ankers im Ansprechen auf die anfängliche Energiezufuhr zu der Spule (1) zu überwachen, indem der durch einen in Reihe zu der Spule (1) geschalteten Widerstand (3) und somit während der anfänglichen Energiezufuhr durch die Spule (1) fließende Strom überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung enthält:

a) einen Widerstand (3), über dem sich ein dem Strom proportionaler Spannungsabfall einstellt;

b) eine auf den Spannungsabfall ansprechende RC-Schaltung (5, 6, 7) zum Erzeugen eines stabilen Ausgangsspannungssignals, das im wesentlichen dem Spitzenwert des Spannungsabfalls über dem Widerstand (3) während der anfänglichen Energiezufuhr zu der Spule (1) entspricht; und

c) einen Komparator (8) zum Vergleichen des stabilen Ausgangsspannungssignals der RC-Schaltung (5, 6, 7) mit dem Spannungsabfall über dem Widerstand (3) während der anfänglichen Energiezufuhr zu der Spule (1), der zum Erzeugen unterschiedlicher Ausgangssignale betreibbar ist, abhängig davon, ob eine Verringerung des Spannungsabfalls relativ zu dem Spitzenwert des Spannungsabfalls auftritt oder nicht, wobei die unterschiedlichen Ausgangssignale desselben anzeigen, ob der Anker sich korrekt bewegt hat oder nicht.

2. Schaltung nach Anspruch 1, die ferner eine sichtbare oder hörbare Anzeigeeinrichtung (11) aufweist, um im Ansprechen auf das Ausgangssignal des Komparators (8) das Vorhandensein oder das Fehlen der Verringerung des Spannungsabfalls über dem Widerstand (3) relativ zu der Spitzenspannung anzuzeigen.

3. Schaltung nach Anspruch 2, bei der die Anzeigeeinrichtung (11) eine Licht emittierende Diode umfaßt.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die in einem Stecker ausgeführt ist, an den eine Energiequelle (2) anschließbar ist, wobei der Stecker an eine Elektromagnetspule (1) anschließbar ist und die Energiequelle dazu dient, beide, die Spule (1) und die Schaltung, mit Energie zu versorgen.

5. Elektromagnet, der in Kombination eine Elektromagnetspule (1), einen sich im Ansprechen auf eine anfängliche Energiezufuhr zu der Spule (1) bewegenden Anker und eine Schaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist.

6. Ein elektromagnetisch betriebenes Flüssigkeitsströmungs- Steuerventil, das einen Elektromagneten gemäß Anspruch 5 enthält.