DE19636781A1 - Magnetventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil, mit einer be­ strombaren Spuleneinrichtung, mit einem mit einem Ventil­ glied zusammenwirkenden oder dieses bildenden, zumindest teilweise in der Spuleneinrichtung angeordneten und axial zwischen zwei Schaltstellungen bewegbaren Anker und mit einer den Anker an seinem ersten axialen Anker-Endbereich mit einer Stellkraft in Richtung einer ersten Schalt­ stellung beaufschlagenden Rückstelleinrichtung.

Ein Magnetventil dieser Art geht aus der DE 37 22 479 C2 hervor. Dieses hat einen als Ventilglied ausgebildeten Anker, der durch eine von einer mechanischen Federein­ richtung gebildeten Rückstelleinrichtung in eine erste Schaltstellung vorgespannt wird, die einer Schließstellung entspricht. Um das Magnetventil in eine Offenstellung umzuschalten, wird die Spuleneinrichtung bestromt, so daß der Anker eine der Stellkraft der Federeinrichtung ent­ gegengesetzte Magnetkraft erfährt, die ihn in eine zweite Schaltstellung umschaltet.

Bei dem bekannten Magnetventil ergibt sich das Problem, daß zum Umschalten des Ankers und zum Halten in seiner zweiten Schaltstellung große Kräfte benötigt werden. Um gleichwohl eine hohe Umschaltgeschwindigkeit zu erzielen, muß daher auf entsprechend groß dimensionierte Spulen­ einrichtungen zurückgegriffen werden. Dies hat jedoch den Nachteil eines insgesamt vergrößerten Bauvolumens und einer beträchtlichen Wärmeentwicklung.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Magnetventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei kleiner Baugröße hohe Schaltgeschwindigkeiten ermög­ licht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die Rück­ stelleinrichtung von einer Permanentmagneteinrichtung gebildet ist, deren Permanentmagnetfeld die den Anker in Richtung der ersten Schaltstellung beaufschlagende Stell­ kraft liefert, und daß die Spuleneinrichtung über wenig­ stens zwei Spuleneinheiten verfügt, wobei das von einer ersten Spuleneinheit erzeugbare erste Spulenmagnetfeld unter Überlagerung des Permanentmagnetfeldes der Per­ manentmagneteinrichtung auf den ersten Anker-Endbereich einwirkt und zum Umschalten des Ankers aus der ersten in die zweite Schaltstellung dem Permanentmagnetfeld ent­ gegengesetzt ist, und wobei das von einer zweiten Spulen­ einheit erzeugbare zweite Spulenmagnetfeld auf den axial entgegengesetzten zweiten Anker-Endbereich einwirkt.

Somit wird die den Anker normalerweise in seiner ersten Schaltstellung haltende Stellkraft von einer Permanent­ magneteinrichtung geliefert. Während bei einer mechani­ schen Federeinrichtung mit zunehmendem Schalthub die Stellkraft ansteigt, ergibt sich bei einer Permanent­ magneteinrichtung infolge des auftretenden Luftspaltes eine allmähliche Verringerung der Stellkraft, so daß die zum Festhalten des Ankers in der umgeschalteten zweiten Schaltstellung erforderlichen Haltekräfte verhältnismäßig gering sind. Die erfindungsgemäße Aufteilung der Spulen­ einrichtung in mehrere Spuleneinheiten hat darüber hinaus den Vorteil, daß beim Umschalten in die zweite Schalt­ stellung durch die eine Spuleneinheit ein Spulenmagnetfeld erzeugt werden kann, das dem Permanentmagnetfeld ent­ gegenwirkt und bei entsprechender Feldstärke die Kraft­ wirkung des Permanentmagneten sogar vollständig aufheben kann. Dadurch kann die hauptsächlich für den Umschalt­ vorgang verantwortliche zweite Spuleneinheit mit kleinem Bauvolumen ausgeführt werden. Noch während des Umschalt­ vorganges, spätestens aber nach Erreichen der zweiten Schaltstellung, kann die erste Spuleneinheit elektrisch abgeschaltet werden, weil aus den oben erwähnten Gründen die Haltekraft der zweiten Spuleneinheit ausreicht, um die zweite Schaltstellung zu fixieren. Auf diese Weise kann insgesamt ein sehr kleinbauendes Magnetventil realisiert werden, das bei geringer Stromaufnahme und entsprechend reduzierter Wärmeentwicklung eine hohe Schaltgeschwindig­ keit aufweist und als Schnellschaltventil bezeichnet werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Zweckmäßigerweise ist das Magnetventil derart ausgebildet, daß die erste Spuleneinheit bei von der zweiten Spulen­ einheit in der zweiten Schaltstellung gehaltenem Anker elektrisch abschaltbar ist. Da in der zweiten Schalt­ stellung die von der Permanentmagneteinrichtung ausgeübte Stellkraft stark reduziert ist, genügt die Magnetkraft der ersten Spuleneinheit, um den Anker energiesparend in der zweiten Schaltstellung zu halten.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn die beiden Spuleneinheiten über eine Freilaufdiode derart miteinander elektrisch verbunden sind, daß die beim Abschalten der zweiten Spuleneinheit entstehende Abschaltspannungsspitze zur Unterstützung des Rückschaltvorganges des Ankers in der abgeschalteten ersten Spuleneinheit ein mit dem Permanent­ magnetfeld der Permanentmagneteinrichtung gleich­ gerichtetes erstes Spulenmagnetfeld erzeugt. Durch eine einfache Diodenschaltung wird auf diese Weise die beim Abschalten der zweiten Spuleneinheit induzierte negative Abschaltspannungsspitze auf die erste Spuleneinheit ge­ leitet, so daß in dieser ein Spulenmagnetfeld erzeugt wird, dessen Polarisierung derjenigen Polarisierung ent­ gegengesetzt ist, die beim Umschalten des Ankers aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung vor­ liegt. Die erste Spuleneinheit unterstützt dadurch kurz­ zeitig die Permanentmagneteinrichtung und verstärkt die den Anker in Richtung der ersten Schaltstellung beauf­ schlagende Stellkraft. Auch der Rückschaltvorgang des Magnetventils in die Ausgangsstellung gestaltet sich somit äußerst schnell. Der hierzu erforderliche bauliche Aufwand ist minimal, da man bei konventionellen Spuleneinrich­ tungen ebenfalls standardmäßig eine Freilaufdiode zur Dämpfung vorsieht, deren Funktion nunmehr von der er­ findungsgemäß angeordneten Freilaufdiode übernommen werden kann.

Zugunsten einer besonders kompakten Ausführungsform sind die Spuleneinheiten vorzugsweise koaxial aufeinander­ folgend angeordnet. Der Anker ist insbesondere stets vollständig innerhalb der Spuleneinrichtung in der von dieser definierten Ankeraufnahme angeordnet.

Eine besonders gute Wirkung der Permanentmagneteinrichtung ergibt sich, wenn die Permanentmagneteinrichtung dem ersten Anker-Endbereich axial vorgelagert ist. Sie kann hierbei zugunsten kompakter axialer Abmessungen innerhalb der ersten Spuleneinheit angeordnet sein.

Es empfiehlt sich, das Permanentmagnetfeld symmetrisch in den beweglichen Anker einzuleiten. Daher ist es zweck­ mäßig, die Permanentmagneteinrichtung mit Bezug zum Quer­ schnitt der Ankeraufnahme mittig anzuordnen. Andererseits ist es von Vorteil, einen von dem Ventilglied zu steuern­ den Fluidkanal derart vorzusehen, daß er ebenfalls mittig zum Ventilglied bzw. Anker hin in die Ankeraufnahme ein­ mündet. Um hierbei auf eine Permanentmagneteinrichtung einfachen Aufbaues und ohne zentrale Bohrung zurückgreifen zu können, ist es zweckmäßig, den betreffenden ersten Fluidkanal an der Permanentmagneteinrichtung vorbei­ zuführen und in einer im Anschluß daran angeordneten Zwischenplatte so anzuordnen, daß ihre Öffnung die ge­ wünschte Lage hat. Die Zwischenplatte besteht zweck­ mäßigerweise aus ferromagnetischem Material, damit in der ersten Schaltstellung kein Luftspalt zwischen der Permanentmagneteinrichtung und dem Anker vorliegt, wobei die ferromagnetische Zwischenplatte infolge ihres größeren Querschnittes zudem in der Lage ist, das Permanentmagnet­ feld großflächig über den Querschnitt des Ankers zu verteilen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Bauform des erfindungsgemäßen Magnetventils im Längsschnitt, wobei der hier gleichzeitig das Ventilglied bildende Anker in der ersten Schaltstellung gezeigt ist und wobei eine bevorzugte Ansteuerschaltung zur Betätigung des Magnetventils angedeutet ist,

Fig. 2 das Magnetventil aus Fig. 1 bei in die zweite Schaltstellung umgeschaltetem Anker bzw. Ventil­ glied und

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Magnetventil im Bereich der Permanentmagneteinrichtung gemäß Schnittlinie III-III aus Fig. 1.

Das beispielsgemäße Magnetventil 1 ist als 3/2-Wegeventil ausgebildet. Die Fig. 1 zeigt es in einem an einem Grund­ körper 2 montierten Zustand, wo zwei in ihm ausgebildete Fluidkanäle 3, 4 mit Kanälen 5, 6 des Grundkörpers 2 kommunizieren. Der eine Fluidkanal 3 ist ein Speisekanal und steht über den zugeordneten Kanal 5 des Grundkörpers 2 mit einer nicht näher dargestellten Druckmittelquelle in Verbindung. Der zweite Fluidkanal 4 ist beispielsgemäß ein Arbeitskanal, der über den zugeordneten Kanal 6 des Grund­ körpers 2 mit einem nicht näher dargestellten Verbraucher verbindbar ist. Ein weiterer, dritter Fluidkanal 7 des Magnetventils 1 ist als Entlüftungskanal ausgebildet. Er mündet wie die übrigen Fluidkanäle 3, 4 zur Außenfläche des Ventilgehäuses 8 des Magnetventils 1 aus. Bei Bedarf kann dort ein Schalldämpfer oder eine weiterführende Leitung zum Fassen der Abluft angeschlossen sein.

Im Ventilgehäuse 8 des elektrisch betätigbaren Magnet­ ventils 1 ist eine Spuleneinrichtung angeordnet, die beim Ausführungsbeispiel aus zwei separaten Spuleneinheiten 12, 13 besteht. Diese jeweils ringförmigen Spuleneinheiten 12, 13 sind koaxial zueinander angeordnet und haben beispiels­ gemäß die gleichen Abmessungen. Jede Spuleneinheit 12, 13 steht mit zwei Kontaktelementen 14, 15; 14′, 15′ in Ver­ bindung, über die zur Betätigung eine Bestromung bzw. eine Beaufschlagung mit einer Versorgungsspannung möglich ist, die von einer Versorgungs-Spannungsquelle 16 geliefert wird.

Die beiden Spuleneinheiten 12, 13 sind umfangsseitig im Bereich ihrer äußeren Mantelfläche von einem gemeinsamen, vorzugsweise aus ferromagnetischem Material bestehenden Hüllkörper 17 des Ventilgehäuses 8 umgeben. Die Spulen­ einheiten 12, 13 sind axial zueinander beabstandet, wobei in dem Zwischenraum ein ebenfalls vorzugsweise aus ferro­ magnetischem Material bestehender Zwischenring 18 koaxial angeordnet ist. Ferner ist jede Spuleneinheit 12, 13 an ihrer der jeweils anderen Spuleneinheit 13, 12 entgegen­ gesetzten Axialseite von einem wiederum zweckmäßigerweise aus ferromagnetischem Material bestehenden, insbesondere deckelartigen Abschlußelement 22, 23 flankiert. Diese Abschlußelemente 22, 23 stehen umfangsseitig mit dem Hüllkörper 17 in Verbindung, in den sie beispielsgemäß eingesteckt und insbesondere eingepreßt sind. Gemeinsam bilden die Abschlußelemente 22, 23, der Hüllkörper 17 und der Zwischenring 18 eine Jocheinrichtung 24.

Die beiden Spuleneinheiten 12, 13 bilden gemeinsam die umfangsseitige Begrenzung einer zylindrischen Anker­ aufnahme 25, die an ihren beiden Axialseiten durch die Abschlußelemente 22, 23 begrenzt ist. In dieser Anker­ aufnahme 25 ist ein aus ferromagnetischem Material be­ stehender bewegbarer Anker 26 gemäß Doppelpfeil 27 axial zwischen zwei Schaltstellungen verschiebbar angeordnet. Er bildet beim Ausführungsbeispiel gleichzeitig das beweg­ liche Ventilglied 28 des Magnetventils 1.

In Fig. 1 ist die erste Schaltstellung des bewegbaren Ankers 26 bzw. Ventilgliedes 28 illustriert. Der Anker liegt hierbei mit der Stirnseite seines in Fig. 1 nach unten weisenden ersten axialen Anker-Endbereiches 32 an einem gehäusefesten ersten Anschlagkörper 34 an. Gleich­ zeitig ist die Stirnseite des entgegengesetzten zweiten axialen Anker-Endbereiches 33 mit Abstand zu einem gegen­ überliegenden gehäusefesten zweiten Anschlagkörper 35 angeordnet, so daß ein Luftspalt 36 vorliegt. Diese erste Schaltstellung ist beim Ausführungsbeispiel die vom Anker 26 normalerweise eingenommene Ausgangsstellung.

Aus Fig. 2 geht die umgeschaltete zweite Schaltstellung des bewegbaren Ankers 26 hervor. Diese ist dadurch de­ finiert, daß der bewegbare Anker 26 an dem zweiten Anschlagkörper 35 anliegt, so daß nunmehr ein Luftspalt 36′ zwischen dem bewegbaren Anker 26 und dem ersten Anschlagkörper 34 vorliegt.

Das beispielsgemäße Magnetventil 1 ist als Öffner aus­ gebildet. Die erste Schaltstellung ist eine Schließ­ stellung. Hier sitzt das Ventilglied 28 mit einem an der Stirnfläche seines ersten Anker-Endbereiches 32 vorge­ sehenen, insbesondere gummielastischen Verschlußkörper 37 auf einem Ventilsitz 38 auf, der an der zugewandten Seite des ersten Anschlagkörpers 34 vorgesehen ist und dort eine Öffnung 42 des Speisekanals 3 umschließt. Dieser Speise­ kanal 3 ist dadurch abgesperrt. Gleichzeitig ist hierbei ein an der entgegengesetzten Stirnseite des Ventilgliedes 28 vorgesehener zweiter Verschlußkörper 43 von einer an dem zweiten Anschlagkörper 35 vorgesehenen Öffnung 44 des Entlüftungskanals 7 abgehoben. Dadurch liegt eine Ver­ bindung des Entlüftungskanals 7 mit dem Arbeitskanal 4 vor. Hergestellt wird diese Verbindung über einen das Ventilglied 28 in Längsrichtung durchziehenden Durchgangs­ kanal 45, der an beiden Stirnflächen des Ventilgliedes 28 bzw. bewegbaren Ankers 26 ausmündet. Die entsprechenden Mündungen liegen jeweils neben dem zugeordneten Verschluß­ körper 37, 43, wobei der am ersten Anker-Endbereich 32 vorgesehenen Mündung eine Öffnung des Arbeitskanals 4 gegenüberliegt, die an dem ersten Anschlagkörper 34 vor­ gesehen ist. Auf diese Weise ist der Arbeitskanal 4 über den Durchgangskanal 45, den Luftspalt 36 und den Ent­ lüftungskanal 7 entlüftet, während gleichzeitig der Speisekanal 3 abgesperrt ist.

In der aus Fig. 2 hervorgehenden zweiten Schaltstellung liegt der zweite Verschlußkörper 43 an dem zweiten Anschlagkörper 35 an und verschließt die Öffnung 44 des Entlüftungskanals 7. Da der erste Verschlußkörper 37 hierbei von der Öffnung 42 des Speisekanals 3 abgehoben ist, steht letzterer über den Luftspalt 36′ und die weitere Öffnung 46 des ersten Anschlagkörpers 34 mit dem Arbeitskanal 4 in Verbindung, der somit mit Druckmedium, insbesondere Druckluft, versorgt wird.

Dem beispielsgemäß unabhängig von der eingenommenen Schaltstellung jeweils vollständig innerhalb der Spulen­ einrichtung 12, 13 aufgenommenen bewegbaren Anker 26 ist eine Rückstelleinrichtung zugeordnet, die ihn ständig in Richtung der ersten Schaltstellung gemäß Fig. 1 beauf­ schlagt. Diese Rückstelleinrichtung ist von einer Permanentmagneteinrichtung 47 gebildet, die so angeordnet ist, daß das von ihr erzeugte Permanentmagnetfeld 48 - so­ weit der bewegbare Anker 26 betroffen ist - überwiegend auf den ersten axialen Anker-Endbereich einwirkt. Dadurch erfährt der bewegbare Anker 26 ständig eine durch Pfeil 52 angedeutete magnetische Stellkraft 52, die in Richtung der Schließstellung wirkt und den bewegbaren Anker 26 bei elektrisch abgeschalteten Spuleneinheiten 12, 13 fest in die erste Schaltstellung drückt.

Beispielsgemäß ist die Permanentmagneteinrichtung 47 sehr einfach aufgebaut. Sie besteht hier aus einem einzigen permanentmagnetischen Magnetstück 53, das dem ersten Anker-Endbereich 32 mit Abstand axial vorgelagert ist. Es sitzt beim Ausführungsbeispiel axial zwischen dem Abschlußelement 22 und dem ersten Anschlagkörper 34. Wie der erste Anschlagkörper 34 befindet es sich zweckmäßiger­ weise innerhalb der ersten Spuleneinheit 12 und somit innerhalb der Ankeraufnahme 25. Es liegt mit Bezug zur Längsachse der Ankeraufnahme 25 eine insbesondere axiale Polarisierung der Permanentmagneteinrichtung 47 vor, die im übrigen durchaus mehrteilig ausgebildet sein könnte.

Das von der Permanentmagneteinrichtung 47 erzeugte Permanentmagnetfeld 48 verläuft in der ersten Schalt­ stellung durch den ersten Anschlagkörper 34, anschließend durch den zugeordneten ersten Anker-Endbereich 32 bis etwa in den Bereich des Zwischenringes 18, sodann über diesen Zwischenring 18, den Hüllkörper 17 und das erste Abschluß­ element 22 zurück zur Permanentmagneteinrichtung 47.

Der der Permanentmagneteinrichtung 47 zum bewegbaren Anker 26 hin axial vorgelagerte erste Anschlußkörper 34 besteht vorzugsweise aus ferromagnetischem Material und bildet eine Zwischenplatte 54, die zur Vermeidung von Luftspalten unmittelbar an der Permanentmagneteinrichtung 47 anliegt, die ihrerseits in unmittelbarem Kontakt mit dem Abschluß­ element 22 steht. Die Zwischenplatte 54 ist zweckmäßiger­ weise in die Ankeraufnahme 25 axial eingepreßt, so daß die Permanentmagneteinrichtung 47 zwischen ihr und dem Abschlußelement 22 gehalten ist.

Durch entsprechende Bestromung der ersten Spuleneinheit 12 läßt sich ein strichpunktiert angedeutetes erstes Spulen­ magnetfeld 55 erzeugen, welches das Permanentmagnetfeld 48 der Permanentmagneteinrichtung 47 überlagert und zugleich entgegengesetzt gerichtet bzw. polarisiert ist. Da auch dieses erste Spulenmagnetfeld 55 auf den ersten Anker-End­ bereich 32 einwirkt, erfährt der bewegbare Anker 26 eine der vom Permanentmagnetfeld 48 hervorgerufenen Stellkraft 52 entgegengesetzte, in Richtung der zweiten Schaltstellung wirkende Kraft. Als Folge wird die Stell­ kraft 52 der Permanentmagneteinrichtung 47 geschwächt und kann je nach Stärke des ersten Spulenmagnetfeldes 55 wirkungsmäßig sogar völlig gelöscht werden.

Diesen Effekt macht man sich beim Umschalten des Magnet­ ventils 1 zunutze. Um den Anker 26 bzw. das Ventilglied 28 in die zweite Schaltstellung umzuschalten, wird die zweite Spuleneinheit 13 elektrisch erregt, so daß sie ein strich­ punktiert angedeutetes zweites Spulenmagnetfeld 56 erzeugt, das auf den zweiten Anker-Endbereich 33 einwirkt. Dieses zweite Spulenmagnetfeld 56 verläuft durch den zweiten Anker-Endbereich 33, den sich anschließenden zweiten Anschlagkörper 35, das Abschlußelement 23, den Hüllkörper 17 und den Zwischenring 18 zurück zum Anker 26. Hierbei bildet der zweite Anschlagkörper 35 einen aus ferromagnetischem Material bestehenden feststehenden Anker, der vorzugsweise einstückig mit dem zugeordneten Abschlußelement 23 verbunden ist und ein Stückweit in die zweite Spuleneinheit 13 bzw. die Ankeraufnahme 25 hinein­ ragt.

Die Länge des bewegbaren Ankers 26 und seine Axialposition innerhalb der Ankeraufnahme 25 ist vorzugsweise so ge­ wählt, daß die beiden Anker-Endbereiche jeweils innerhalb einer der beiden Spuleneinheiten 12, 13 zu liegen kommen, und zwar zweckmäßigerweise etwa im mittleren Bereich der axialen Länge einer jeweiligen Spuleneinheit 12, 13.

Um den Anker 26 aus der ersten in die zweite Schalt­ stellung umzuschalten, werden zweckmäßigerweise beide Spuleneinheiten 12, 13 gleichzeitig bestromt. Hierzu werden beim Ausführungsbeispiel die beiden zwischen den einen Pol (+) und jeweils ein Kontaktelement 14, 14′ zwischengeschalteten Schalteinrichtungen 57, 57′ betätigt. Die beiden anderen Kontaktelemente 15, 15′ einer jeweiligen Spuleneinheit 13 stehen mit dem anderen Pol (-) der Versorgungs-Spannungsquelle 16 in Verbindung.

Durch die gleichzeitige Betätigung der bei den Spulen­ einheiten 12, 13 wird das Permanentmagnetfeld 48 durch das erzeugte Gegenfeld geschwächt bzw. aufgehoben, und gleich­ zeitig bewirkt das zweite Spulenmagnetfeld 56 ein axiales Verlagern des bewegbaren Ankers 26 zum Schließen des Luftspaltes 36 bis zum Erreichen der zweiten Schalt­ stellung gemäß Fig. 2. Da die Stellkraft 52 der Permanent­ magneteinrichtung 47 hierbei keine oder nurmehr eine untergeordnete Rolle spielt, kann der Umschaltvorgang mit sehr geringer Magnetkraft hervorgerufen werden, so daß Spuleneinheiten mit kleiner Baugröße verwendbar sind und sich dennoch hohe Schaltgeschwindigkeiten verwirklichen lassen.

Ist die zweite Schaltstellung gemäß Fig. 2 erreicht, wird zweckmäßigerweise die erste Spuleneinheit 12 durch Öffnen des ihr zugeordneten Schalters 57′ elektrisch abgeschal­ tet. Da zwischen dem ersten Anker-Endbereich 32 und der ebenfalls nach Art eines feststehenden Ankers wirkenden Zwischenplatte 54 ein Luftspalt 36′ vorliegt, ist die magnetische Anzugskraft reduziert, so daß auch ohne ent­ gegegengesetzt wirkendes erstes Spulenmagnetfeld 55 eine geringe Magnetkraft der zweiten Spuleneinheit 13 aus­ reicht, um den Anker 26 in der zweiten Schaltstellung zu halten. Dadurch wird insgesamt ein nur geringer Haltestrom benötigt, was einen energiesparenden Betrieb erlaubt und übermäßige Wärmeentwicklung verhindert.

Um den Rückschaltvorgang aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung zu initiieren, würde es prinzi­ piell genügen, auch die zweite Spuleneinheit 13 elektrisch abzuschalten. Das ständig anliegende Permanentmagnetfeld 48 zieht den bewegbaren Anker 26 - obwohl durch den anfänglich größeren Luftspalt 36′ geschwächt - in die Ausgangsstellung zurück. Um diesen Rückschaltvorgang zu unterstützen und auch bei dieser Schaltrichtung eine äußerst hohe Schaltgeschwindigkeit zu erhalten, ist beispielsgemäß eine weitere Besonderheit vorgesehen. So sind die bei den Spuleneinheiten 12, 13 durch eine einfache Diodenschaltung 58 derart elektrisch miteinander ver­ bunden, daß die beim Abschalten der zweiten Spuleneinheit 13 durch Induktion entstehende negative Abschaltspannungs­ spitze in der bereits abgeschalteten ersten Spuleneinheit 12 ein dem Permanentmagnetfeld 48 überlagertes, diesem gleichgerichtetes erstes Spulenmagnetfeld 56 erzeugt.

Erreicht wird dies beispielsgemäß dadurch, daß eine Freilaufdiode 62 zwischen zwei Anschlüsse 14, 14′ der beiden Spuleneinheiten 12, 13 geschaltet ist, die mit dem gleichen Pol (+) der Versorgungs-Spannungsquelle 16 verbunden sind. Es handelt sich beispielsgemäß um die Kontaktelemente 14, 14′, in deren Verbindung zum gleich­ namigen Pol - hier: dem Pluspol - jeweils eine Schalt­ einrichtung 57, 57′ eingeschaltet ist. Bei üblicher Betätigung sperrt die Freilaufdiode 62. Die infolge des Öffnens der zugeordneten Schaltereinrichtung 57 induzierte negative Abschaltspannungsspitze führt jedoch kurzzeitig zu einem Stromfluß durch die Freilaufdiode 62 und durch die zweite Spuleneinheit 13, wobei wegen der nun umge­ kehrten Stromflußrichtung in der zweiten Spuleneinheit 13 das von ihr erzeugte erste Spulenmagnetfeld 55 entgegen­ gesetzt polarisiert ist, verglichen mit dem zum Umschalten zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung her­ vorgerufenen und zur Schwächung des Permanentmagnetfeldes 48 eingesetzten ersten Spulenmagnetfeld 55. Somit erfährt der bewegliche Anker 26 eine Kraftverstärkung und eine hohe Beschleunigung, was kurze Schaltzeiten ermöglicht.

Um ein Magnetstück 53 einfachen Aufbaues verwenden zu können, das insbesondere keine Bohrungen besitzt und das wie beim Ausführungsbeispiel klotzähnlich gestaltet ist, ist zweckmäßigerweise eine Permanentmagneteinrichtung 47 vorgesehen, deren Querschnittsabmessungen geringer sind als diejenigen der Ankeraufnahme 25. Die entsprechend ausgestaltete Permanentmagneteinrichtung 47 ist mit Bezug zum Querschnitt der Ankeraufnahme 25 zentral bzw. mittig angeordnet (Fig. 3), wobei im Falle des Ausführungs­ beispieles radial zwischen der Umfangsfläche der Anker­ aufnahme 25 und der Umfangsfläche der Permanentmagnetein­ richtung 47 ein Ringraum 63 verbleibt, in den ein aus un­ magnetisierbarem Material bestehender Ringkörper 64 ein­ gesetzt ist. Dieser Ringkörper 64 sitzt somit axial zwischen dem mit einem kurzen Fortsatz axial in die Ankeraufnahme 25 hineinragenden ersten Abschlußelement 22 und der an der Permanentmagneteinrichtung 47 anliegenden Zwischenplatte 54. Hierbei hat die Zwischenplatte 54 im Vergleich zur Permanentmagneteinrichtung 47 einen größeren Querschnitt und füllt den Querschnitt der Ankeraufnahme 25 insbesondere vollständig aus. Dadurch wird das von der Permanentmagneteinrichtung 47 erzeugte Permanentmagnetfeld 48 gleichmäßig über den Querschnitt verteilt und kann somit über einen großen Querschnitt auf den Anker 26 ein­ wirken.

Der Ringkörper 64 ist axial von zwei Ringkörperkanälen 65, 65′ durchsetzt, die Bestandteile der beiden Fluidkanäle 3, 4 darstellen. Sie sind jeweils zwischen einem das Abschlußelement 22 durchsetzenden äußeren Kanalabschnitt 66, 66′ und einem die Zwischenplatte 54 durchsetzenden inneren Kanalabschnitt 67, 67′ angeordnet. Die äußeren Kanalabschnitte 66, 66′ münden an der Außenseite des Abschlußelements 22 aus, die inneren Kanalabschnitte 67, 67′ münden über die oben erwähnten Öffnungen 42, 44 in den den Anker 26 enthaltenden Abschnitt der Ankeraufnahme 25. Während der zum Arbeitskanal 4 gehörende innere Kanal­ abschnitt 67 die Zwischenplatte 54 geradlinig axial durchsetzt, hat der zum Speisekanal 3 gehörende innere Kanalabschnitt 67 im Innern der Zwischenplatte 54 einen abgewinkelten Verlauf, da die dem Ventilsitz 38 zugeord­ nete Öffnung 32 mittig angeordnet ist, während der mit diesem inneren Kanalabschnitt 67′ kommunizierende Ring­ körperkanal 65 radial weiter außen in der Nähe des Randes der Ankeraufnahme verläuft. Auf diese Weise wird die Permanentmagneteinrichtung 47 durch den Kanalverlauf um­ gangen, und man erreicht eine zentrale Anordnung des Ventilsitzes 38 bei gleichzeitig zentraler Anordnung der Permanentmagneteinrichtung 47.

Die Übergangsbereiche zwischen den Ringkörperkanälen 65, 65′ und den zugeordneten inneren und äußeren Kanal­ abschnitten 66, 66′; 67, 67′ sind zweckmäßigerweise ab­ gedichtet. Entsprechende Dichtungen sind bei 68 ange­ deutet. Sie können von einer aus Dichtmaterial bestehenden Beschichtung der bei den Axialseiten des Ringkörpers 64 gebildet sein.

Das beispielsgemäße Magnetventil benötigt keine mechani­ sche Federeinrichtung zur Vorgabe der die Ausgangsstellung darstellenden ersten Schaltstellung. Die Vorspannung übernimmt das Permanentmagnetfeld 48, wobei vorteilhaft ist, daß sich die von diesem Permanentmagnetfeld 48 erzeugte Stellkraft mit zunehmender Entfernung des beweg­ baren Ankers 26 von der ersten Schaltstellung verringert. Bei konventionellen Magnetventilen mit mechanischen Feder­ einrichtungen tritt im Gegensatz dazu während des Umschaltvorganges eine Erhöhung der Rückstellkraft auf.

Bei 69 sind noch Dichtringe zu erkennen, die im Bereich der äußeren Mündungen der Fluidkanäle 3, 4 zwischen dem Ventilgehäuse 8 und dem Grundkörper 2 zur Abdichtung des Fluidüberganges zu den Grundkörperkanälen 5, 6 zwischen­ gefügt sind.

Claims (11)

1. Magnetventil, mit einer bestrombaren Spulen­ einrichtung, mit einem mit einem Ventilglied (28) zusammenwirkenden oder dieses bildenden, zumindest teilweise in der Spuleneinrichtung angeordneten und axial zwischen zwei Schaltstellungen bewegbaren Anker (26) und mit einer den Anker an seinem ersten axialen Anker-End­ bereich (32) mit einer Stellkraft (52) in Richtung einer ersten Schaltstellung beaufschlagenden Rückstell­ einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Rück­ stelleinrichtung von einer Permanentmagneteinrichtung (47) gebildet ist, deren Permanentmagnetfeld (48) die den Anker (26) in Richtung der ersten Schaltstellung beaufschlagende Stellkraft (52) liefert, und daß die Spuleneinrichtung über wenigstens zwei Spuleneinheiten (12, 13) verfügt, wobei das von einer ersten Spuleneinheit erzeugbare erste Spulenmagnetfeld (55) unter Überlagerung des Permanent­ magnetfeldes (48) der Permanentmagneteinrichtung (47) auf den ersten Anker-Endbereich (32) einwirkt und zum Umschalten des Ankers (26) aus der ersten in die zweite Schaltstellung dem Permanentmagnetfeld (48) entgegen­ gesetzt ist, und wobei das von einer zweiten Spuleneinheit (13) erzeugbare zweite Spulenmagnetfeld (56) auf den axial entgegengesetzten zweiten Anker-Endbereich (33) einwirkt.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Spuleneinheit (12) bei von der zweiten Spuleneinheit (13) in der zweiten Schaltstellung gehaltenem Anker (26) elektrisch abschaltbar ist.

3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Spuleneinheiten (12, 13) über eine Freilaufdiode (62) derart miteinander elektrisch verbunden sind, daß die beim Abschalten der zweiten Spuleneinheit (13) entstehende Abschaltspannungsspitze zur Unterstützung des Rückschaltvorganges des Ankers (26) in der abgeschalteten ersten Spuleneinheit (12) ein mit dem Permanentmagnetfeld (48) der Permanentmagneteinrichtung (47) gleichgerichtetes erstes Spulenmagnetfeld (55) erzeugt.

4. Magnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Freilaufdiode (62) zwischen zwei Anschlüsse (14, 14′) der beiden Spuleneinheiten (12, 13) geschaltet ist, die mit dem gleichen Pol der Versorgungs-Spannungs­ quelle (16) verbunden oder verbindbar sind.

5. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuleneinheiten (12, 13) koaxial aufeinanderfolgend angeordnet sind.

6. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Anker (26) stets vollständig innerhalb der Spuleneinrichtung (12, 13) angeordnet ist.

7. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagneteinrichtung (47) dem ersten Anker-Endbereich (32) axial vorgelagert angeordnet ist.

8. Magnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Permanentmagneteinrichtung (47) innerhalb der ersten Spuleneinheit (12) angeordnet ist.

9. Magnetventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Permanentmagneteinrichtung (47) mit Bezug zum Querschnitt der von der Spuleneinrichtung (12, 13) umschlossenen Ankeraufnahme mittig angeordnet ist, wobei an der dem Anker (26) zugewandten Seite der Permanentmagneteinrichtung (47) eine einen größeren Querschnitt als die Permanentmagneteinrichtung (47) auf­ weisende ferromagnetische Zwischenplatte (54) anliegt, und wobei ein erster Fluidkanal (3) an der Permanentmagnet­ einrichtung (47) vorbeigeführt ist, der die Zwischenplatte (54) durchsetzt und über eine zentrale Öffnung (42) zu dem den bewegbaren Anker (26) enthaltenden Abschnitt der Ankeraufnahme (25) ausmündet, wo ihr eine mit dem Anker (26) verbundene Verschlußpartie (37) des Ventilgliedes (28) gegenüberliegt.

10. Magnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß ein weiterer, an der Permanentmagneteinrichtung (47) vorbeigeführter Fluidkanal (4) durch die Zwischen­ platte (54) hindurch zu dem den bewegbaren Anker (26) aufnehmenden Abschnitt der Ankeraufnahme (25) ausmündet, wobei seiner Öffnung (46) die Mündung eines den Anker (26) durchsetzenden Durchgangskanales (45) gegenüberliegt, über den die Verbindung zu einem dem entgegengesetzten anderen Anker-Endbereich (33) zugeordneten weiteren Fluidkanal (7) herstellbar ist.

11. Magnetventil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein jeweiliger, an der Permanentmagnet­ einrichtung (47) vorbeigeführter Fluidkanal (3, 4) in einem die Permanentmagneteinrichtung (47) umschließenden, aus nichtmagnetisierbarem Material bestehenden Ringkörper (64) ausgebildet ist.