[发明专利]具有用于确定阀的可移动阀芯的作为正常状态和失效模式的指示的行程、速度和/或加速度的传感器的电磁阀

说明书

本发明涉及一种用于介质流量调节的电磁阀，具体地，涉及一种所谓的平衡三通阀。本文中的“平衡”的意思为：用于打开和关闭阀所需的力独立于介质压力。介质压力可以出现在阀门的流入端或流出端中的任一端处，这种介质压力对用于打开和关闭阀所需的力是无影响的。平衡可以通过在阀的可轴向移动的阀元件(所谓的阀芯)表面上的同样大的压力而获得。所述表面均面对轴向移动方向，并且相对地指向且设置在阀的封闭区域的上流。

从所描述的技术来说，目前公知许多不同种类的电磁阀。例如参见US-2,971,090和US-3,077,207。这里，这里披露的每个电磁阀均包括壳体，该壳体具有三个流入端和流出端，在流入端和流出端之间分别具有阀芯，阀芯可在壳体的轴向孔中沿轴向移动。阀芯和/或壳体设置有密封元件，比如O型环。此外，设置有阀座，密封元件能够基于阀芯位置而密封地置于阀座上。当线圈激励或去激励时，阀芯上下移动，以释放或关闭通过阀的加压介质。一旦线圈激励，所谓的堵塞螺帽(plugnut)或静态阀芯被磁化，并且推移阀芯到一个新位置。这有可能是在行程结束时的一个限制位置，或可能是比例阀在开启和关闭之间的任意位置。弹簧或者其他合适的元件可以被设置成用于，一旦线圈去激励，推动阀芯复位到其原始预设定位置。在电磁阀工作期间，并不清楚阀实际上是否按照其应该发挥的作用而发挥作用，目前还不清楚阀是否开启或关闭，以及阀产生什么样的效果。

因此，还已知的是，提供了一种具有位置传感器的电磁阀。例如案件US-5,691,813，其中描述了用于监测阀的阀元件的位置的位置传感器。这里，位置传感器包括反射装置，反射装置与阀元件相关且用于从合适的源而反射能量，例如可见光。当阀元件在第一位置时，反射的能量入射到检测器。阀离开第一位置的运动导致较少甚至没有反射光入射到检测器，因此，可以提供阀元件是否在其关闭位置而不是在其全开位置的指示。

尽管位置传感器的这种使用已经给出了阀的状态的某种类型的指示，但仍有该指示总是落后实际情况的缺陷。当用户看到阀元件尚没有达到其期望的最终位置因而没有立即关闭或开启阀门时，这已经是阀门的故障了，这可导致充满风险的情形和/或在阀门转向过程中的危险。

US2003/0131896显示了具有位置传感器的电磁阀的另一例子。这里，阀还包括一个控制部，控制部用来将从传感器传来的检测信号与设定值比较，以通过基于来自设定值的检测信号的偏差来控制驱动部，从而调整阀门开启的角度。因此，控制部用于通过执行反馈控制来调整阀门的开启程度。当阀元件的位移尚没有达到设定值时，在阀的励磁线圈上施加与其间的差值对应的正电压，从而产生推力，使线圈(spool)在接近设定值的方向移动。相反，当阀元件的位移超过了设定值时，施加负电压。操作反复进行，直到达到设定值。

这种公知的具有反馈控制的阀结构的缺陷在于，其操作总是落后实际情况一步。反馈控制选项仅有助于准确地关闭或打开阀门到一个特定的程度，它不能帮助预测阀门失灵。

具有位置传感器的电磁阀的另一个例子是DE 19739840。这里，位置信号被实时转换成阀元件的速度信号。这个速度信号则用来控制阀元件的速度，使得当阀元件达到两个端部位置中的一个时，它立即减小到零。其优势是，能减少磨损，并且该阀使得在操作过程中减少噪音，且当合理控制(转向)阀时需要较少的能量。

这里的缺陷还在于，无法预测阀门失灵行为。基于导出速度信号的反馈控制只能有助于平滑阀元件的开启和关闭过程。其无法有助于预测阀门的失灵。

几年来，申请人一直在销售ASCO平衡三通电磁阀(327系列，直动式)。例如，这种类型的电磁阀用来控制用在加工工业和石化工业中的大型的蝶阀和球阀。这些阀需要绝对可靠，以便保证加工的最终产品，其有助于控制操作。由于不同的环境条件和工艺条件(如温度和使用的介质)，阀门需要应付很高的要求，例如，对于大范围的条件的稳定性(resistant)，以便能够在一定的所需压力下提供可靠的密封。

本发明的目的是至少部分地克服上述缺点，或提供一个可用的替代选择。特别地，本发明的目的是提供一种电磁阀，它能够在较早阶段预测阀的可能的失灵，从而能够预见到阀的失灵并通过适当的维修而阻止阀失灵。