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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Wasserhähne werden
in der Regel mittels Drehrädern
oder Mischhebeln geöffnet
bzw. geschlossen, die sich direkt am Wasserhahn oder neben dem Wasserhahn
auf einem Waschbecken befinden. Nachteilig ist hierbei, dass z.
B. der Wasserhahn beim Mischhebel mit schmutzigen Händen geöffnet wird
oder während
des Händewaschens
ein Wasserhahn nicht geschlossen werden kann, ohne das Drehrad bzw.
den Mischhebel mit nasser Hand zu betätigen.
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Um
ohne Handbetätigung
einen Wasserhahn zu öffnen
und zu schließen,
sind elektronische Steuerungen bekannt, die mit Sensoren arbeiten. Diese
Sensoren erkennen die Anwesenheit einer Person an einem Waschbecken
oder dergleichen und öffnen
den Wasserhahn automatisch. Verlässt die
Person das Waschbecken, wird der Wasserhahn automatisch geschlossen.
Nachteilig ist hierbei, dass der Benutzer nicht selbst entscheiden
kann, ob ein Wasserhahn geöffnet
wird oder nicht.
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Es
ist indessen auch bereits ein fußbetätigter Wasserhahn bekannt,
der ein spezielles Ventil aufweist (
US
5 263 684 ). Dieses Ventil weist einen Drehmechanismus auf,
der mit einem Wasserhahnventil in einer Wasserleitung gekoppelt
ist, wenn ein Fußpedal
betätigt
wird. Ein Beispiel für
einen Drehmechanismus bildet eine um eine Trommel geschlungene Kordel.
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Weiterhin
ist es bekannt, ein Membran-Ventil mittels eines Dauermagneten zu
betätigen
(
DE 39 27 611 A1 ).
Hierbei sind ein Hauptwasser-Kanal und ein Pilotwasser-Kanal sowie
eine teilweise elastische Membran, deren Unterseite zur Ent- und
Verriegelung des Hauptwasser-Kanals dient, vorgesehen. Der Pilotwasser-Kanal
stellt jedoch keinen Bypass zum Hauptwasser-Kanal dar und führt auch
nicht über
die Oberseite der Membran.
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Ferner
ist eine Regeleinrichtung zum Regeln von kaltem und heißem Wasser
mittels eines Wasserhahns bekannt, wobei die Betätigung mit dem Fuß oder dergleichen
erfolgt (
EP 0 654 628
A1 ). Diese Einrichtung weist eine elastische Membran auf,
die den Warm- und Kaltwasserzufluss blockieren kann. Es sind auch
ein Haupt- und ein Pilotwasser-Kanal vorgesehen. Der Pilotwasser-Kanal
stellt jedoch keinen Bypass zum Hauptwasser-Kanal dar.
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Bei
einem anderen bekannten Ventil sind ein abriegelbarer Hauptwasser-Kanal
mit einem Wasserzulauf und einem Wasserablauf sowie einer teilweise elastischen
Membran vorgesehen, wobei eine Oberfläche der elastischen Membran
zum Ver- und Entriegeln des Hauptwasser-Kanals dient (WO 96/11350). Das
Ventil weist auch einen Pilotwasser-Kanal auf, der auf eine andere
Oberfläche
der Membran führt und
der sowohl mit der Wasserzuleitung als auch mit dem Wasserablauf
der Hauptwasserleitung verbindbar ist. Es kann auch ein bewegliches
Verschlusselement zwischen einer ersten und einer zweiten Position
hin- und herbewegt werden.
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Schließlich ist
auch noch ein Ventil für
einen Wasserhahn bekannt, das einen abriegelbaren Hauptwasser-Kanal
mit einem Wasserzulauf und einem Wasserablauf aufweist (WO 2004/090400
A1). Dieses bekannte Ventil weist eine wenigstens teilweise elastische
Membran auf, deren eine Oberfläche zum
Ver- und Entriegeln des Hauptwasser-Kanals dient. Außerdem besitzt
es einen Pilotwasser-Kanal, der auf die andere Oberfläche der
Membran führt
und sowohl mit dem Wasserzulauf als auch mit dem Wasserablauf des
Hauptwasser-Kanals verbindbar ist. Ferner ist ein bewegliches Verschlusselement
vorgesehen, das zwischen einer ersten und einer zweiten Position
mittels magnetostatischer Kräfte
bewegbar ist und das zwei Verschlussteile aufweist, von denen in
einer ersten Position der erste Verschlussteil den wasserzulaufseitigen
Pilotwasser-Kanal verschließt und
der zweite Verschlussteil den wasserablaufseitigen Pilotwasser-Kanal öffnet, während in
einer zweiten Position der erste Verschlussteil den wasserzulaufseitigen
Pilotwasser-Kanal öffnet und
der zweite Verschlussteil den wasserablaufseitigen Pilotwasser-Kanal
schließt.
Bei diesem bekannten Ventil ist eine Feder vorgesehen, um das Ventil
geschlossen zu halten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Öffnung, durch die beispielsweise
ein Liquid fließt,
dauerhaft zu öffnen
und zu schließen,
ohne hierfür
die Kraft einer Feder zu benötigen.
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Diese
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die
Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Öffnung,
die einen magnetischen Körper
aufweist, der entlang einer Achse bewegbar ist. Mit Hilfe dieses
bewegbaren Körpers
wird ein Bypass zu einem Hauptwasser-Kanal geöffnet bzw. geschlossen, was
zur Öffnung
bzw. zur Abriegelung des Hauptwasser-Kanals führt. Die Vorrichtung stellt
somit ein Ventil dar, das einen Wasserfluss stoppen oder durchlassen
kann, ohne dass hierfür
Federkräfte
eingesetzt werden müssen.
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Der
mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass
durch die spezielle Anordnung eines Elektromagneten ein Ventil dauerhaft
geschlossen oder geöffnet
werden kann.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im
Folgenden näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßes Ventil
in geschnittener Darstellung;
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2 einen
Teil eines Ventils, der für
das Öffnen
und Schließen
einer Öffnung
wichtig ist;
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3 ein
Ventilteil, mit dem ein Elektromagnet durch einen Dauermagneten
ersetzbar ist;
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4 ein
Ventilteil, mit dem ein Ventil bistabil betrieben werden kann;
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5 ein
bistabiles Ventilteil, das auch bei Stromausfall mit mechanischem
Bypass bistabil betrieben werden kann.
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In
der 1 ist ein Schnitt durch ein Ventil 1 dargestellt.
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Dieses
Ventil 1 weist Hauptwasser-Kanalteile 2, 3 und
Pilotwasser-Kanalteile 4 bis 7 auf. Die Hauptwasser-Kanalteile 2, 3 liegen
in der gleichen Ebene und sind durch Hohlschrauben 8, 9 fortgeführt.
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Zwischen
diesen Hohlschrauben 8, 9 befindet sich ein Flansch 10 mit
einer Durchbohrung 11. Oberhalb dieser Durchbohrung ist
ein Hauptwasser-Kanalteil 12 vorgesehen, auf dem eine Versteifung 13 einer
elastischen Membran 14 ruht.
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Mit
Hilfe dieser Versteifung 13 können die Hauptwasser-Kanalteile 2, 3 unterbrochen
werden. Eine Unterbrechung des Wasserflusses durch die Hauptwasser-Kanalteile 2, 3 liegt
dann vor, wenn die Kraft, die das Wasser im Raum 15 auf
die Oberseite der Membran 14 ausübt, größer ist als die Kraft des Wassers
vom Hauptwasser-Kanalteil 12. Bei gleichem Wasserdruck
ist die Kraft auf die Oberseite der Membran 14 dann größer, wenn
die Fläche
der Oberseite der Membran 14 größer ist als die Fläche der Membran 14,
welche den Hauptwasser-Kanalteil 12 abschließt. Diese
Kraft entsteht dann, wenn das Wasser aus dem Hauptwasser-Kanalteil 2 in
die Pilotwasser-Kanalteile 4, 5 und von dort in
den Raum 15 fließt.
Hierfür
muss das Ende des Pilotwasser-Kanalteils 5 geöffnet und
der Pilotwasser-Kanalteil 6 geschlossen sein.
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Die
Pilotwasser-Kanalteile 4, 5, 6, 7 bilden zusammen
einen Bypass oder Nebenschluss, der über die Oberfläche der
Membran 14 geführt
ist. Entscheidend dafür,
ob das Ventil 1 geöffnet
oder geschlossen ist, ist der Umstand, ob das Ende des Pilotwasser-Kanalteils 5 geöffnet oder
geschlossen ist. Zum Öffnen
und Schließen
dieses Pilotwasser-Kanalteils dient eine Dichtung 16, die
in horizontaler Richtung hin- und herbewegt werden kann. Diese Dichtung 16 ist
mit einem horizontal bewegbaren Körper 17 verbunden,
der auf seiner anderen Seite noch eine weitere Dichtung 18 trägt. Mit
dieser weiteren Dichtung 18 kann der Pilotwasser-Kanalteil 6 geöffnet und
geschlossen werden.
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Bei
der Darstellung der 1 ist der Pilotwasser-Kanalteil 5 geöffnet und
der Pilotwasser-Kanalteil 6 geschlossen.
Das Wasser fließt
somit vom Hauptwasser-Kanalteil 2 über die Pilotwasser-Kanalteile 4, 5 auf
die Oberseite der Membran 14 und durch diese nach unten,
sodass das Wasser nicht vom Hauptwasser-Kanalteil 2 zum
Hauptwasser-Kanalteil 3 fließen kann.
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Werden
die beiden Dichtungen 16, 18 nach links bewegt,
wird der Pilotwasser-Kanalteil 5 geschlossen und der Pilotwasser-Kanalteil 6 geöffnet. Dadurch,
dass der Pilotwasser-Kanalteil 5 geschlossen
und der Pilotwasser-Kanalteil 6 geöffnet ist, lässt der
Druck und damit die Kraft auf die Membran 14 nach, sodass
diese angehoben wird und das über
ihr befindliche Wasser über
die Pilotwasser-Kanalteile 6 und 7 abgibt. Bei
angehobener Membran 14 kann das Wasser vom Hauptwasser-Kanalteil 2 über den Hauptwasser-Kanalteil 12 zum
Hauptwasser-Kanalteil 3 fließen.
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Wesentlich
für die
Erfindung sind die Bauteile, mit denen die Pilotwasser-Kanalteile 5 und 6 geöffnet bzw.
geschlossen werden. Zu diesen Bauteilen gehören die bereits erwähnten Dichtungen 16 und 18,
die mit dem horizontal bewegbaren Körper 17 verbunden
sind.
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Außer den
Dichtungen 16 und 18 gehören hierzu aber auch noch ein
Dauermagnet 19 und ein Elektromagnet 20, die hinter
den Pilotkanälen 5 und 6 angeordnet
sind.
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Der
horizontal bewegbare Körper 17,
der innerhalb eines Gehäuses 21 geführt ist,
besteht aus einem magnetischen Material, z. B. aus einem Dauermagneten
oder aus einem ferromagnetischen Material.
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Bei
der Darstellung der 1 zieht der Dauermagnet 19 den
Körper 17 an,
sodass der Pilotwasser-Kanalteil 6 mittels der Dichtung 18 geschlossen ist.
Der Pilotwasser-Kanalteil 5 ist hierbei offen und an dem
Elektromagneten 20 liegt keine Spannung. Soll jetzt das
Ventil 1 geöffnet
werden, wird an den Elektromagneten 20 eine Spannung angelegt,
und zwar mit einer solchen Polarität, dass das Magnetfeld der
Spule 22 des Elektromagneten 20 den Körper 17 anzieht,
und zwar mit einer größeren Kraft
als der Dauermagnet 19.
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Der
Körper 17 und
mit ihm die Dichtungen 16 und 18 bewegen sich
hierauf nach links, worauf der Pilotwasser-Kanalteil 5 geschlossen
und der Pilotwasser-Kanalteil 6 geöffnet werden.
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Wird
die Spannung an der Spule 22 abgeschaltet oder ihre Polarität umgekehrt,
wandert der Körper 17 mit
den beiden Dichtungen 16, 18 wider auf die rechte
Seite.
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In
der 2 ist das Prinzip einer Variante der 1 gezeigt,
bei welcher statt eines Elektromagneten 20 eine Spule 23 vorgesehen
ist, die um den Körper 17 gewickelt
ist.
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Wird
eine richtig gepolte Spannung an die Spule 23 gelegt, bewegt
sich der Körper 17 nach links,
und zwar entgegen der Kraft des Dauermagneten 19. Die Spule 23 ist
eine Alternative, welche den Elektromagneten 20 gemäß 1 ersetzt,
der die bei herkömmlichen
Magnetventilen vorhandene Feder ersetzt. Auf diesen Dauermagneten
kann man deshalb nicht verzichten.
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Die 3 zeigt
eine Variante der Anordnung gemäß 1,
wobei jedoch nur der obere Teil des Ventils dargestellt ist, und
zwar in einer Ansicht von oben. Der Elektromagnet 20 befindet
sich hierbei in einem Gehäuse 24,
in dem sich auch noch ein Dauermagnet 25 befindet.
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Das
Gehäuse 24 kann
in Richtung eines Pfeils 26 verschoben werden. Hierdurch
ist es möglich,
im Falle eines Stromausfalls den Dauermagneten 25 an die
Stelle des Elektromagneten 20 zu schieben. Mit dem zusätzlichen
Dauermagneten 25 ist es auch möglich, das Ventil bewusst mechanisch geöffnet zu
halten.
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Der
Dauermagnet 25 hat dabei dieselbe Kraft wie der Elektromagnet 20.
Der Dauermagnet 19 dient als Bypass, wenn der Elektromagnet 23, 17 nicht
funktioniert.
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Die
Anordnung der 3 kann mit der Anordnung gemäß 2 kombiniert
werden. Es entfällt dann
der Dauermagnet 20 und an seine Stelle tritt die Spule 29.
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In
der 4 ist eine weitere Anordnung zum Öffnen und
Schließen
des Nebenschlusses mit den Pilotwasser-Kanalteilen dargestellt.
Mit dieser Anordnung kann ein bistabiles Ventil realisiert werden.
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Diese
Anordnung besitzt auf einer Seite des Körpers 17 sowohl einen
Dauermagneten 27 als auch einen Elektromagneten 28,
der aus einem von einer Spule 29 umgebenen Kern 30 besteht.
Der Elektromagnet 28 hat dieselben Funktionen wie der zuvor
beschriebene Elektromagnet 20.
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In
der 4 dichtet die Dichtung 18 den Pilotwasser-Kanalteil 6 ab,
weil der Dauermagnet 19 den Körper 17 anzieht. Mittels
einer elektrischen Spannung an der Spule 29 wird der Körper 17 gegen die
Kraft des Dauermagneten 19 bewegt, bis die Dichtung 16 das
Ende des Pilotwasser-Kanalteils 5 erreicht und diesen verschließt. Danach
wird die Spule 29 deaktiviert. Wegen des Dauermagneten 27 bleibt
der Körper 17 in
der linken Position. Eine entgegengesetzte Spannung an der Spule 29 bewirkt, dass
die Kraft des Dauermagneten 27 kompensiert bzw. übertroffen
wird, sodass der Körper 17 wieder
in seine Ausgangsstellung geht. Die Spule 29 wird hierauf
wieder deaktiviert, und der Körper 17 bleibt
wegen des Dauermagneten 19 in der Ausgangsstellung.
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Die 5 zeigt
eine Anordnung, die ein bistabiles Magnetventil realisiert, das
auch dann noch funktionsfähig
bleibt, wenn die Spule wegen einer Störung nicht mehr mit Spannung versorgt
wird. Außerdem
dient diese Anordnung dazu, das Ventil bewusst mechanisch zu öffnen, wenn
es geschlossen ist, oder mechanisch zu schließen, wenn es geöffnet ist.
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Bei
den in der 5 gezeigten Position ist der
Pilotwasser-Kanalteil 6 geschlossen, weil der Dauermagnet 19 den
Körper
nach rechts gezogen hat. Wird jetzt der Elektromagnet 20 aktiviert,
bewegt sich der Körper 17 nach
links, bis die Dichtung den Pilotwasser-Kanalteil 5 verschließt. Der
Elektromagnet 20 wird hierauf deaktiviert. Der Körper 17 bleibt aber
dennoch in seiner linken Position, weil er vom Dauermagneten 27 gehalten
wird.
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Durch
Polaritätsumkehr
an der Spule 22 des Elektromagneten 20 kann der
Körper 17 wieder
in seine rechte Ausgangslage gebracht werden. Damit ist ein bistabiler
Betrieb des Ventils möglich.
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Wird
die Spule aus irgendwelchen Gründen nicht
mit Spannung versorgt, kann das Ventil dennoch bistabil betrieben
werden. Hierfür
sind zwei Dauermagnete 30, 31 vorgesehen, die
sich in dem gleichen Gehäuse 32 wie
der Elektromagnet 20 befinden.
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Fällt der
Strom aus, wird der Dauermagnet 30 in Richtung des Pfeils 33 an
die Stelle geschoben, wo sich der Elektromagnet 20 befand.
Da die von diesem Dauermagneten aufgebrachte Kraft gleich der vom
Elektromagneten 20 aufgebrachten Kraft ist, wird der Körper 17 angezogen,
bis die Dichtung 16 das Ende des Pilotwasser-Kanalteils 5 verschließt. Das
Magnetventil ist nun geöffnet.
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Die
Anordnung der 5 zeigt somit ein bistabiles
Ventilteil, das bei Stromausfall mit mechanischem Bypass betrieben
werden kann. Bypass bedeutet hierbei so viel wie eine Alternative,
die bei Stromausfall aktiviert wird.
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Soll
das Magnetventil nun ohne den Einsatz des Elektromagneten 20 wieder
geschlossen werden, wird der Dauermagnet 31 in Richtung
des Pfeils 34 bewegt, bis er die Position des Elektromagneten 20 einnimmt.
Da die Kraft des Dauermagneten 31, die eine umgekehrte
Polarität
im Vergleich zum Dauermagneten 30 besitzt, gleich der Kraft
des Elektromagneten 20 ist, wird der Körper 17 in Richtung
auf den Dauermagneten 19 bewegt. Das bistabile Magnetventil
ist nun wieder geschlossen.