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Die
Erfindung betrifft ein Ventil zur Fluidleitung, insbesondere zur
Dosierung eines Fluids, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie
eine Dosiervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
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Aus
dem Stand der Technik ist beispielsweise durch die
DE 199 30 914 A1 ein Ventil
zur Abgabe eines flüssigen Spülmittels bekannt,
bei dem der Anker einen Permanentmagneten aufweist, und der Anker
somit durch äußere Magnetfelder verschiebbar ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Ventil zur Fluidleitung bzw. eine Dosiervorrichtung
vorzuschlagen, welche eine verbesserte Betätigung ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird, ausgehend von einem Ventil bzw. einer Dosiervorrichtung
der einleitend genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 12 gelöst.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen
sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der
Erfindung möglich.
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Dementsprechend
zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Ventil dadurch
aus, dass der Anker zwei Permanentmagnete aufweist, welche mit gleichnamigen
Polen zueinander weisend angeordnet und so angebracht sind, dass
sie sich zueinander in einem festen Abstand befinden.
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Das
erfindungsgemäße Ventil kann zur Fluidleitung,
insbesondere zur Dosierung eines Fluids durch eine Leitungsöffnung
hindurch verwendet werden. Fluide sind Flüssigkeiten oder
auch Gase. Das Ventil ermöglicht beispielsweise, die Leitung
eines derartigen Fluids zu unterbrechen oder fortsetzen zu lassen.
Mittels des Ventils kann auch gezielt eine bestimmte Fluidmenge
durch die entsprechende Leitungsöffnung, die das Ventil öffnen
oder verschließen kann, hindurchgeleitet werden. Dies kann
auch dadurch erzielt werden, dass das Ventil für eine bestimmte
Zeit geöffnet oder geschlossen wird. Dabei ist das erfindungsgemäße
Ventil bistabil ausgebildet. Das Ventil besitzt folglich zwei stabile
Zustände, welche jeweils einem Öffnungszustand
der Leitungsöffnung entsprechen, nämlich geöffnet
oder geschlossen. Das Öffnen und Verschließen
der Leitungsöffnung erfolgt beim erfindungsgemäßen
Ventil über einen bewegbaren Anker. ”Bistabil” im
Sinne der Erfindung bedeutet, dass sich das Ventil in einem der
beiden Zustände befinden kann, ohne dass es beschaltet
ist, oder dass von außen ein entsprechendes Steuersignal
an das Ventil gegeben wird.
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Ferner
ist bei dem Ventil ein Element vorhanden, welches ein Magnetfeld
erzeugen kann. Die Erzeugung des Magnetfeldes durch dieses Element dient
dazu, den Anker zu bewegen. Damit dies ermöglicht wird,
umfasst der Anker eine magnetisches Material umfassende Vorrichtung.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Ventil weist diese magnetisches
Material umfassende Vorrichtung zwei Permanentmagnete auf, welche
mit gleichnamigen Polen zueinander weisend angeordnet sind. Diese
Permanentmagnete sind dabei so angebracht, dass sie sich stets zueinander
in einem festen Abstand befinden. Die beiden Permanentmagnete erzeugen
so ein magnetisches Quadrupolfeld. Sind beispielsweise beide Permanentmagnete
gleich ausgebildet, so weisen die Feldlinien in ihrem Verlauf folgende
Symmetrien auf:
- – Zum einen kann eine
Spiegelsymmetrie bezüglich einer gedachten Linie bestehen,
auf der die beiden Permanentmagnete angeordnet sind und die durch
die Pole der Permanentmagnete verläuft.
- – Zum andern kann eine Spiegelsymmetrie bezüglich
einer gedachten Linie besten, welche zwischen den beiden Permanentmagneten
verläuft und bezüglich der die beiden Permanentmagnete spiegelsymmetrisch
angeordnet sind.
- – Ferner kann eine Punktsymmetrie bezüglich
des Schnittpunkts der beiden oben genannten gedachten Linien bestehen.
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Gerade
im Hinblick auf die Ausbildung eines bistabilen Ventils kann die
Verwendung eines Quadrupolfeldes, insbesondere eines Quadrupolfeldes mit
entsprechenden Symmetrien, vorteilhaft sein, da z. B. hinsichtlich
der Symmetrie auf vergleichsweise einfache Art ähnliche
Kraftwirkungen zu beiden Seiten der Symmetrieachse hin erzeugt werden
können. Insbesondere ermöglicht das Quadrupolfeld,
dass in Bereichen zwischen den beiden Permanentmagneten an manchen
Stellen praktisch kein Feld vorliegt. Bei einem bistabilen Ventil
können diese Eigenschaften dahingehend ausgenutzt werden,
zwei stabile Zustände zu erreichen, während zwischen
beiden Zuständen ein z. B. instabiles Kräftegleichgewicht herrschen
kann. Ein bistabiles Ventil besitzt weiterhin den Vorteil, dass
hierdurch Energie eingespart werden kann, da zur Aufrechterhaltung
eines der stabilen Zustände das Ventil nicht mit einem
dauerhaften Steuersignal versorgt werden muss, wodurch die Energieeinsparung
ermöglicht wird.
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Grundsätzlich
kann die Verwendung von Permanentmagneten auch in vorteilhafter
Weise die mechanische Zuverlässigkeit des Ventils verbessern. Beispielsweise
kann die Verwendung von Federn zur Ausübung einer Federkraft
auf Bauteile des Ventils, wie beispielsweise den Anker, reduziert
bzw. ganz vermieden werden. Somit kann das Ventil insbesondere korrosionsbeständiger
ausgebildet werden. In der Regel können die Permanentmagnete
auch einfach gekapselt werden. Ferner ist die Verwendung von korrosionsbeständigen
Hartferriten für die Permanentmagnete möglich.
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Grundsätzlich
kann ein Element zur Erzeugung eines Magnetfeldes verschieden ausgebildet sein.
Neben der Verwendung eines Permanentmagneten kann es sich auch anbieten,
dieses bei einer Ausführungsform als Spule auszubilden.
Die Verwendung eines Permanentmagneten, der beispielsweise bewegt
wird und dessen Magnetfeld durch Annäherung an die Permanentmagnete
des Ankers eine von diesem Abstand abhängende Kraft bewirkt, ist
grundsätzlich möglich. Es kann aber insbesondere vorteilhaft
sein, zur Erzeugung eines solchen äußeren Magnetfeldes
eine Spule zu verwenden, welche also elektrisch beschaltbar ist.
Insbesondere kann die an der Spule angelegte Spannung umgepolt und somit
die Richtung der Feldlinien des Magnetfeldes umgedreht werden. Mittels
einer Spule ist es auch einfacher, die Feldstärke durch
Einstellung des Spulenstromes zu variieren, während z.
B. ein Permanentmagnet zur Erzeugung des Magnetfeldes mit einem
Motor angenähert und entfernt werden muss, um die Stärke
des Magnetfeldes zu variieren.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind
beide Permanentmagnete fest am Anker befestigt. Hierdurch wird beispielsweise
ermöglicht, dass eine Kraft, welche infolge des Magnetfeldes
auf die Permanentmagnete wirkt, gleichzeitig auch dabei auf den
Anker selbst übertragen wird.
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Um
unter anderem ein möglichst kompaktes Ventil bauen zu können,
kann es vorteilhaft sein, dass wenigstens einer der Permanentmagnete
sich im Innern der Spule befindet. Wird der Anker mit seinen Permanentmagneten
durch den Einfluss des Magnetfeldes, das durch die Spule erzeugt
wird, bewegt, so besitzt diese Anordnung des Weiteren den Vorteil,
dass die Feldlinien des Magnetfeldes der Spule in ihrem Inneren
weitgehend parallel verlaufen und zudem im Innern der Spule eine
hohe Kraftflussdichte vorliegt, d. h. eine vergleichsweise hohe
Anzahl an Feldlinien eine Flächeneinheit durchstoßen. Dadurch
ist es möglich, die Kraftwirkung auf den Anker zu verbessern
bzw. eine möglichst hohe Kraft auf den Anker wirken zu
lassen. Insbesondere kann die Anordnung bei einer Ausführungsvariante
der Erfindung so ausgestaltet sein, dass beide Permanentmagnete
sich im Innern der Spule befinden. Es kann auch wenigstens einer
der Permanentmagnete sich in jeder Stellung des Ankers zwischen
dem Öffnen und dem Verschließen der Leitungsöffnung
im Innern der Spule befinden. Die Spule kann ferner den Anker wenigstens
teilweise umgeben.
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Insbesondere
kann bei einer Weiterbildung der Erfindung der bewegliche Anker
so ausgebildet sein, dass seine Bewegung auf der Achse der Spule verläuft.
Beispielsweise ist dies besonders vorteilhaft, wenn der Anker wenigstens
teilweise von der Spule umgeben wird. Auch hier sind insbesondere Vorteile
in Bezug auf die kompakte Bauweise sowie in Bezug auf die erhöhte
Kraftwirkung auf den Anker möglich.
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Außerdem
können bei einer Ausführungsvariante der Erfindung
die beiden Permanentmagnete auf der und/oder um die Achse der Spule
angeordnet sein. Es ist insbesondere denkbar, dass die Achse der
Spule, die Achse des Ankers, die Linie, auf der die Permanentmagnete
angeordnet sind, sowie die Bewegungsachse des Ankers alle zusammenfallen.
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Grundsätzlich
bestehen bei einem bistabilen Ventil verschiedene Möglichkeiten,
einen der entsprechenden Zustände stabil zu gestalten,
insbesondere dann, wenn das Ventil nicht beschaltet wird, also aktiv
von außen versucht wird, einen Zustand herbeizuführen.
Eine Möglichkeit besteht beispielsweise darin, an den Anker
eine Feder anzubringen, welche den Anker in eine bestimmte Richtung
drückt. Ferner könnte auch prinzipiell das Gewicht
des Ankers so gewählt werden, dass dieser – ohne
Vorliegen einer magnetischen Anziehungskraft nach oben – durch die
Schwerkraft nach unten gezogen wird. Um beispielsweise jedoch die
magnetische Kraft der Permanentmagnete auch im unbeschalteten Zustand
des Ventils ausnutzen zu können, ist bei einer Weiterbildung
der Erfindung wenigstens ein Bauelement aus magnetisierbarem Material
oder aus magnetischem Material vorgesehen. Magnetisches Material,
etwa ein Permanentmagnet, erzeugt selbst ein Magnetfeld und ist
dazu in der Lage, dementsprechend einen anderen Permanentmagneten,
z. B. einen mit dem Anker verbundenen Permanentmagneten, anziehen oder
abstoßen. Ferner kann jedoch auch ein Bauelement aus magnetisierbarem
Material ausgebildet sein, so dass sich die Elementarmagnete des
Materials im Feld, beispielsweise eines Permanentmagneten, ausrichten
und somit auch eine Kraftwirkung zwischen dem Bauelement aus magnetisierbarem
Material und dem Permanentmagneten erzeugt wird. Auf diese Weise
kann der Anker in einer oder zwei stabilen Lagen gehalten werden;
das Ventil kann durch eine solche Maßnahme zu einem bistabilen
Ventil werden, wobei jeweils einer der Permanentmagnete gerade von
dem magnetischen oder magnetisierbaren Bauelement stärker
angezogen wird, das dem entsprechenden einzunehmenden Zustand der
beiden bistabilen Zustände entspricht.
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Zudem
kann der Anker bei einer Ausführungsvariante so ausgebildet
sein, dass er zu einem Großteil als Kunststoffspritzteil
hergestellt worden ist. Der Anker kann aber auch beispielsweise
aus einem Edelstahl, aus einem Leichtmetall, aus einem Verbundwerkstoff
usw. hergestellt sein. Daher kann es vorteilhaft sein, wenn der
Anker ein Verschließelement zum Verschließen der
Leitungsöffnung aufweist. Insbesondere ermöglicht
dies ein besonders dichtes Verschließen der Leitungsöffnung.
Das Dichtungsmaterial kann je nach Anwendung auch entsprechend korrosionsbeständig,
säure- bzw. basenbeständig oder temperaturunempfindlich
sein. Gegebenenfalls kann das Verschließelement auch einen Teil
des Ankers, oder aber den ganzen Anker außen verkleiden,
um beispielsweise eine Wechselwirkung des Ankermaterials mit dem
entsprechenden Fluid zu vermeiden
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Je
nach Anwendungsbereich des Ventils kann der Anker aus verschiedenen
Materialien gefertigt sein. Beispielsweise kann ein relativ leichter
Anker gefertigt werden,
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Beispielsweise
dann, wenn die Spule wenigstens teilweise den Anker umgibt, kann
die Aufnahme der Spule, also der Teil, um welchen die Spule gewickelt
ist, auch gleichzeitig als Führungshülse zur Führung
des bewegbaren Ankers vorgesehen sein. Auch dies ist insbesondere
vorteilhaft im Hinblick auf eine möglichst kompakte Bauweise.
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Ferner
zeichnet sich eine Dosiervorrichtung zur Dosierung eines Fluids
dadurch aus, dass eine erfindungsgemäßes Ventil
bzw. eine Ausführungsform oder Weiterbildung dieses Ventils
vorgesehen ist. Das Ventil sorgt dann für die entsprechende
Dosierung. Insbesondere können dann für die Dosiervorrichtung
auch die bereits genannten Vorteile des entsprechenden Ventils genutzt
werden.
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Grundsätzlich
ist es möglich, das Ventil in einer entsprechenden Leitung
vorzusehen. Außerdem ist es möglich, dass die
Dosiervorrichtung bereits eine Vorratskammer zur Bevorratung des
Fluids umfasst.
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Zudem
kann die Dosiervorrichtung auch eine Vordosierkammer zum Portionieren
des zu dosierenden Fluidvolumens aufweisen. Eine derartige Vordosierkammer
kann eine Reihe von Vorteilen aufweisen: Beispielsweise ermöglicht
sie ein genaueres Dosieren des entsprechenden Fluidvolumens. Ferner
ermöglicht sie eine Trennung des Fluids von dem Raum, der
sich hinter der Leitungsöffnung befindet. Gerade bei einfachen
bzw. kostengünstigen Ausführungsformen kann es
möglich sein, dass ein Rückfluss durch die Leitungsöffnung
nicht gänzlich ausgeschlossen werden kann. Ist jedoch eine
Vordosierkammer zwischengeschaltet, so kann dies dazu führen,
dass die Verunreinigungen des Fluids durch Rückfluss geringer
gehalten werden. Insbesondere kann also bei einer Ausführungsvariante
der Erfindung die Vorratskammer eine Verbindung zur Vordosierkammer
aufweisen.
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Ausführungsbeispiel
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird nachfolgend anhand der Figur unter Angabe weiterer
Vorteile und Einzelheiten näher beschrieben.
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Im
Einzelnen zeigt
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1 einen
schematischen Schnitt durch eine Dosiervorrichtung gemäß der
Erfindung.
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1 zeigt
eine Dosiervorrichtung 1 mit einem Ventil 2 und
einer Vordosierkammer 3. Das Ventil 2 ist dabei
als bistabiles Ventil ausgebildet.
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Die
Vordosierkammer 3 umfasst dabei ein Vordosierbehältnis 4,
welches zylinderförmig ausgebildet ist. Das Vordosierbehältnis 4 ist über
einen Zugang 5 mit einem Vorratsbehälter V verbunden.
Der Vorratbehälter V ist in 1 am oberen
Rand abgeschnitten dargestellt. Ist dieser Vorratsbehälter
V beispielsweise als Austauschkartusche ausgebildet, so kann z.
B. die Dosiervorrichtung 1 an einer dafür vorgesehenen
Stelle mit Hilfe des Zugangs 5 dort eingesteckt werden.
Deshalb ist in 1 der Zugang 5 angeschrägt,
um beim Verbinden mit dem Vorratsbehälter V z. B. eine
dafür vorgesehene Folie an einer Öffnung des Vorratsbehälters
V durchstoßen zu können. Der Zugang 5 führt über
eine Öffnung 6 ins Vordosierbehältnis 4.
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Am
anderen Ende des zylindrischen Vordosierbehältnisses 4 ist
eine weitere Öffnung 7 vorgesehen. In 1 wird
diese Öffnung 7 gerade von einem als Kugel ausgebildeten
Trennelement 8 verschlossen, welche z. B. aus Kunststoff
hergestellt ist. Das Material, aus dem die Kugel 8 hergestellt
ist, ist so gewählt, dass es in dem entsprechenden, zu
dosierenden Fluid schwimmfähig ist. Es besteht allerdings
grundsätzlich auch die Möglichkeit, das Trennelement
durch den Auftrieb eines separat ausgebildeten Schwimmkörpers
schwimmfähig zu gestalten.
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Eine
Anwendungsmöglichkeit einer derartigen Dosiervorrichtung 1,
eines derartigen Ventils 2 bzw. einer derartigen Vordosierkammer 3 ist
beispielsweise eine Ausbildung als Dosiervorrichtung für
Reinigungssubstanzen in Haushaltsmaschinen, wie z. B. Waschmaschinen,
Geschirrspülmaschinen oder Ähnlichem.
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Dementsprechend
ist die Kugel 8 in dieser Ausführungsvariante der
Erfindung so ausgebildet, dass das Material, aus dem sie besteht,
eine ausreichend geringe Dichte und das schwimmfähige Trennelement
genug Auftrieb aufweist, um in der entsprechend zu dosierenden Flüssigkeit,
etwa einem flüssigen Reinigungsmittel, einer wässrigen
Lösung der zu dosierenden Substanz oder gegebenenfalls
in Wasser schwimmfähig zu sein.
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Ferner
ist der Durchmesser des Trennelementes 8 so gewählt,
dass der Querschnitt durch die Mitte der Kugel 8 dem Querschnitt
des zylindrischen Vordosierbehältnisses 4 fast
entspricht. Dabei wird der Durchmesser der Kugel 8 jedoch
so gewählt, dass dieser etwas kleiner ist als der Durchmesser des
zylindrischen Behältnisses 4, so dass sich die Kugel 8 entlang
der Achse des zylindrischen Behälters 4 bewegen
kann, ohne dabei stecken zu bleiben. Im Anschluss an die Öffnung 7 befindet
sich ein Überleitungsbereich bzw. eine Ventilkammer 9,
die zum Ventil 2 hinführt. Das Ventil 2 selbst
umfasst einen Anker 10, der wiederum einen Dichtkörper 11 umfasst,
mit dem eine Auslassöffnung 12 verschlossen werden
kann.
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Folglich
ist die Fluidleitung insgesamt so geführt, dass das zu
dosierende Fluid aus dem Vorratsbehälter V über
den Zugang 5 in die Vordosierkammer 3, insbesondere
in das Vordosierbehältnis 4 gelangt, und dabei
die Kunststoffkugel 8 innerhalb des zylindrischen Bereichs 4 durch
den Auftrieb im Fluidmedium aufsteigen kann, so dass diese Kugel 8 schließlich
bis zur Öffnung 6 gelangt und diese auch je nach
Ausführungsvariante verschließen kann. Demnach
kann das Fluid über die Öffnung 7 auch
in die Ventilkammer 9 gelangen. Schließlich wird über das
Ventil 2 die zu dosierende Fluidmenge durch die Ventilkammer 9 hindurch über
die Auslassöffnung 12 abgegeben und gelangt so
nach außen, beispielsweise in den Innenraum einer Haushaltsmaschine. Wird
dann die zu dosierende Flüssigkeit über den Auslass 12 nach
außen geleitet, sinkt mit dem Fluidstrom auch die Kugel 8 nach
unten und gelangt wieder bis zur Öffnung 7, die
sie je nach Ausführungsform auch verschließen
kann. Das Trennelement 8 wird im Fluidstrom deshalb nach
unten mit gesogen, da zwischen dem Trennelement 8 und den
Wänden des Vordosierbehältnisses 4 nicht
genug Platz ist, dass eine Menge an Fluid vorbeiströmen
kann, die ausreichend wäre, dass die Kugel 8 nicht
nach unten gezogen würde.
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Der
Anker 10 des bistabilen Ventils 2 umfasst des
Weiteren zwei Permanentmagnete 13 und 14, welche
gegenpolig zueinander angeordnet sind. Beide Permanentmagnete 13, 14 sind
fest am Anker befestigt, können also insbesondere auch
ihren Relativabstand zueinander nicht ändern. Der Anker 10 ist in
einer Führungshülse 15 beweglich gelagert.
Die Führungshülse 15 ist aus einem unmagnetischen Kunststoff
gefertigt. Der Ankerstößel 16 ist, abgesehen
von den Permanentmagneten 13, 14 bzw. dem Dichtungsmaterial 11,
aus dem gleichen Kunststoff, wie die Führungshülse 15 gefertigt.
Die Führungshülse 15 ist teilweise von
einer Spule 17 umwickelt. Dabei fällt die Achse
der Spule 17 mit der Bewegungsachse des Ankers 10,
die im Übrigen durch einen Doppelpfeil A gekennzeichnet
ist, zusammen.
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Das
Ventil 2 ist, wie bereits erläutert, als bistabiles
Ventil ausgebildet: Es besitzt demnach zwei stabile Zustände,
bei denen der Auslass 12 geöffnet oder geschlossen
ist. In 1 befindet sich der Anker 10 gerade
in seiner oberen Stellung, d. h. der Auslass 12 ist geöffnet
und der Anker 10 befindet sich am oberen Anschlag 18 der
Führungshülse 15. Ferner ist in die Führungshülse 15 ein
Ring 19 aus magnetisierbarem Material (z. B. Eisen oder
magnetisierbarer, rostfreier Stahl) eingebracht. Die Mittenachse
dieses magnetisierbaren Rings 19 fällt ebenso mit
der Bewegungsachse A des Ankers 10 zusammen.
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Über
dem Anschlagbereich 18 befindet sich eine Metallkugel 20 aus
magnetisierbarem Eisen/Stahl in einem Aufenthaltsvolumen 21.
Dieses Aufenthaltsvolumen 21 ist ebenfalls annähernd
zylinderförmig ausgebildet. Die Metallkugel 20 kann
sich darin im Wesentlichen frei bewegen (abgesehen von magnetischen
Anziehungskräften). Das Aufenthaltsvolumen 21 wird
durch eine angeformte Kunststoffwanne gebildet. Wird die gesamte
Dosiervorrichtung 1 beispielsweise geschüttelt
oder auf sonstige Weise erschüttert, so bewegt sich die
Metallkugel 20 dementsprechend frei innerhalb des Aufenthaltsvolumens 21.
Insbesondere sind die Zwangsbedingungen durch das Aufenthaltsvolumen 21 so
gewählt, dass die Metallkugel 20 sich vertikal,
d. h. auf und ab in Richtung A bewegen kann.
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Die
Funktionsweise des Ventils kann dabei folgendermaßen veranschaulicht
werden:
Zunächst einmal geht man davon aus, dass die
Spule 17 nicht von einem Strom durchflossen wird, selbst also
kein Magnetfeld erzeugt. Durch die beiden entlang der Achse A gegenpolig
zueinander gerichteten Permanentmagnete 13, 14 wird
ein Quadrupolfeld erzeugt, welches ebenfalls hinsichtlich der Achse
A vertikal durch die Mitte der Permanentmagnete (im Wesentlichen)
symmetrisch verläuft. Geht man davon aus, dass der Anker 10 zunächst
einmal sich in der unteren Stellung befindet, d. h. den Auslass 12 verschließt,
so ist dies ein stabiler Zustand, da hierbei der Permanentmagnet 14 und
das durch ihn erzeugte Feld das Eisen des Ringes 19 magnetisiert
und die hieraus entstehende Kraftwirkung den Anker 10 in dieser
Position festhält, wobei die Spule 17 für
diese Betrachtung noch nicht von einem Strom durchflossen werden
soll. Das Ventil 2 ist dabei hinsichtlich der Eisenmassen
des Ringes 19, der Kugel 20, der Stärke
der Permanentmagnete 13, 14 sowie hinsichtlich der
Größen- und Abstandsverhältnisse des
gesamten Ventils 2 so ausgebildet, dass dieser Zustand
zunächst stabil bleibt, sofern die Spule nicht von einem Strom
durchflossen wird und ein Magnetfeld erzeugt und ferner auch unabhängig
von der aktuellen Position der Eisenkugel 20.
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Nun
ist es möglich, die Spule 17 so von einem Strom
durchfließen zu lassen, dass dadurch ein derart starkes
und so gerichtetes Magnetfeld erzeugt wird, welches im Inneren der
Spule praktisch parallel zur Bewegungsachse A verläuft,
dass der Anker 10 aus seiner vorherigen Position gerissen
und nach oben in Richtung des Anschlags 18 bewegt werden kann.
Liegt die Metallkugel 20, wie in 1 dargestellt,
unten, d. h. in Richtung des Anschlags 18, so wird ihr
Material ebenfalls durch das Feld der Ankermagnete magnetisiert.
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Wird
nun keine Spannung mehr an die Spule 17 angelegt und diese
demnach auch nicht mehr von einem Strom durchflossen, so hört
diese auf, ein Magnetfeld zu erzeugen. Das Ventil 2 ist
jedoch hinsichtlich der Eisenmassen 19, 20 sowie
seiner Abstände und der Stärke der Permanentmagnete 13, 14 so ausgebildet,
dass die Anziehungskraft zwischen dem Anker und der magnetisierten
Eisenkugel 20 ausreicht, um den Anker 10 in seiner
zweiten stabilen, geöffneten Position am Anschlag 18oben
zu halten. Dieser Zustand (Position des Ankers im geöffneten Zustand)
ist jedoch nur so lange stabil, wie die Kugel 20 am unteren
Anschlag 22 des Aufenthaltsraums liegt.
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Wird
die Dosiervorrichtung 1 beispielsweise durch einen heftigen
Schlag, durch eine entsprechende Beschleunigung oder Ähnliches
erschüttert (z. B. während des Transports der
Dosiervorrichtung), so dass die Kugel 20 ihren Kontakt
zur Aufliegefläche 22 verliert und sich somit
vom Permanentmagneten 13 des Ankers weiter entfernt, so
reicht die Kraft zwischen der Kugel 20 und dem Feld des
Permanentmagneten 13 des Ankers nicht mehr aus, um den
Anker am oberen Anschlag 18 zu halten, so dass dieser,
angezogen von der Schwerkraft bzw. durch die Anziehungskraft zwischen
dem Permanentmagneten 14 und dem magnetisierbaren Ring 19 entlang der
Bewegungsrichtung nach unten gezogen wird und somit den Auslass 12 wieder
verschließt.
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Befindet
sich die Kugel 20 in ihrer Position an der Auflagefläche 22 und
befindet sich weiterhin der Anker 10 in oberer, geöffneter
Position, also am Anschlag 18, so kann das Ventil aber
auch dadurch wieder geschlossen werden, indem eine Spannung in umgekehrter
Richtung bezüglich der oben genannten Spannung an die Spule 17 angelegt
wird und die somit ein Magnetfeld erzeugt, das den Anker aus seiner bisherigen
Position wieder herauslöst und nach unten befördert,
so dass dieser den Auslass 12 wieder verschließt.
Im Betrieb der Dosiervorrichtung bzw. des Ventils ist dies die betriebsgemäße
Schließung der Leitungsöffnung 12, da
hier im Allgemeinen von derartigen Erschütterungen nicht
oder nur in speziellen Anwendungen ausgegangen werden kann. Wird die
Spannung, die an der Spule 17 anliegt, daraufhin gleich
wieder abgeschaltet, so reicht die Anziehung zwischen dem Permanentmagneten 14 und
dem Ring 19 wieder aus, um den Anker weiterhin in einer geschlossenen
Position des Auslasses 12 in einer stabilen Lage zu halten.
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Würde
man beispielsweise von einem den Dosierausgang 12 verschließenden
Zustand des Ankers ausgehen (also in unterer Position), so würde dieser
zunächst stabil durch die Wechselwirkung zwischen dem Permanentmagneten 14 und
dem Ring 19 gehalten. Weiter gehe man davon aus, dass in dieser Situation
sich die Metallkugel 20 auf der Auflagefläche 22 liegend
befindet. Würde man nun rein mechanisch, ohne an die Spule 17 eine
Spannung anzulegen, den Anker 10 entgegen der Kraft, die
zwischen dem Permanentmagneten 14 und dem Ring 19 wirkt,
den Anker 10 nach oben gegen den Anschlag 18 drücken,
so würde die Anziehungskraft zwischen der Metallkugel 20 und
dem Permanentmagneten 13 ausreichen, um diesen in einer
stabilen Position zu halten.
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Vorteilhaft
ist an dieser Ausführung, dass die Dosiervorrichtung insbesondere
beim Transport in der Regel immer geschlossen ist. Wird die Dosiervorrichtung
erschüttert, so hat dies zur Folge, dass sich die Metallkugel 20 innerhalb
des Aufenthaltsraums 21 bewegt. Erzeugt die Spule 17 in
diesem Moment kein Magnetfeld, so ist der einzig stabile Zustand
derjenige, in dem der Anker 10 den Auslass 12 verschließt,
zumindest dann, wenn die Erschütterungen nicht so groß sind,
dass gegebenenfalls die ganze Dosiervorrichtung zerstört
werden kann.
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Würde
man also beispielsweise in einem Zustand, bei dem die Spule 17 nicht
von einem Strom durchflossen wird und ein Magnetfeld erzeugt, und bei
dem das Ventil 2 geöffnet wäre, so würde
eine ausreichende Erschütterung, beispielsweise durch Herausnehmen
der Dosiervorrichtung 1 aus ihrem Betriebsbereich, die
Kugel 20 innerhalb des Aufenthaltsraums 21 bewegt
und somit das Ventil geschlossen werden. Dies führt zu
einer deutlichen Erhöhung der Sicherheit, die mit der Dosiervorrichtung 1 verbunden
ist, da bei geschlossenem Ventil kein Fluid über den Auslass 12 nach
außen gelangen kann.
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Da
zum Schalten des Ventils 2 zwischen geöffnetem
und geschlossenem Zustand es nur zwei stabile Zustände
gibt (bistabil), die auch in stromlosem Zustand der Spule 17 gehalten
werden können, sind zum Schalten des Ventils 2 also
lediglich Strompulse nötig, welche die Spule 17 durchfließen
und somit kurzzeitig ein Magnetfeld, das zum Schalten des Ventils
ausreichend ist, benötigt werden.
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Die
Dosiervorrichtung 1 ist dabei in Betriebsstellung so orientiert,
dass der Auslass in Schwerkraftrichtung unten bzw. der Zugang 5 zum
Vorratsbehälter in Schwerkraftrichtung oben liegt.
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Im Übrigen
bildet nicht nur die Gesamtheit der Merkmale des in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels eine Erfindung, sondern
auch einzelne Merkmale bzw. Kombinationen einzelner Merkmale können
für sich eigene Erfindungen ausbilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dosiervorrichtung
- 2
- Ventil
- 3
- Vordosierkammer
- 4
- Vordosierbehältnis
- 5
- Zugang
- 6
- Öffnung
- 7
- Öffnung
- 8
- Trennelement
- 9
- Ventilkammer
- 10
- Anker
- 11
- Dichtkörper
- 12
- Dosierausguss
- 13
- Permanentmagnet
- 14
- Permanentmagnet
- 15
- Führungshülse
- 16
- Ankerstößel
- 17
- Spule
- 18
- oberer
Anschlag
- 19
- magnetisierbarer
Ring
- 20
- magnetisierbare
Metallkugel
- 21
- Aufenthaltsraum
- 22
- unterer
Anschlag/Auflagefläche
- A
- Bewegungsachse
- V
- Vorratsbehälter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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