Die
Erfindung betrifft ein bistabiles Ventil für gasförmige und flüssige Medien.The
The invention relates to a bistable valve for gaseous and liquid media.
Ventile,
die für
den axial verlagerbaren Anker einen Elektromagneten und einen Dauermagneten aufweisen,
sind allgemein bekannt.valves,
the for
the axially displaceable armature having an electromagnet and a permanent magnet,
are well known.
Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ventil der genannten Art
dahingehend weiterzubilden, dass mit einfachen Mitteln eine kompakte
Baueinheit und eine zuverlässige
Ventilfunktion bei reduziertem Energieverbrauch erzielt wird.The
The object of the invention is a valve of the type mentioned
to further develop that by simple means a compact
Assembly unit and a reliable
Valve function is achieved with reduced energy consumption.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Zweckmäßige Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.These
The object is achieved by the
Characteristics of claim 1 solved.
Advantageous embodiments
and further developments of the invention are characterized by the features of the subclaims.
Weitere
Vorteile und wesentliche Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden
Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die in einer einzigen
Figur in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform
als Beispiel zeigt.Further
Advantages and essential details of the invention are the following
Description and the drawing, which in a single
Figure in a schematic representation of a preferred embodiment
as an example shows.
Das
in der Zeichnung in geschnittener Ansicht vergrößert dargestellte erfindungsgemäße Ventil
ist für
gasförmige
und flüssige
Medien vorgesehen, und weist einen Ventilkörper 1 und einen Magnetkopf 2 auf,
die bezüglich
einer Mittenachse 3 vorzugsweise kreisrund ausgebildet
und koaxial angeordnet sind. Der etwa topfförmige Ventilkörper 1 besitzt
eine Grundwand 4 mit einem kreiszylindrischen koaxialen Fortsatz 5 und
eine sich in Richtung nach oben erstreckende Umfangswand 6.
Am Umfang der Grundwand 4 und des Fortsatzes 5 können O-Ringe 7, 8 vorgesehen
sein, die in nach außen
offenen Rechtecknuten gelagert sind. Im Fortsatz 5 kann
für das Medium
ein koaxialer Eingang 9 ausgebildet sein, der in einen
Ventilsitz 10 mündet,
welcher in eine Ventilkammer 11 hineinragt. Für die Herausführung des Mediums
aus der Ventilkammer 11 können in der Grundwand 4 Ausgänge 12, 13 vorgesehen
sein. Bei verschiedenen Anwendungen kann es zweckmäßig sein,
die Ein- und Ausgänge
zu vertauschen, so dass das Medium über die dargestellten Ausgänge 12, 13 zugeführt und
den dargestellten Eingang 9 abgeführt wird.The valve according to the invention shown enlarged in a sectional view in the drawing is provided for gaseous and liquid media, and has a valve body 1 and a magnetic head 2 on that with respect to a center axis 3 preferably circular in shape and arranged coaxially. The approximately cup-shaped valve body 1 has a base wall 4 with a circular cylindrical coaxial extension 5 and an upwardly extending peripheral wall 6 , At the circumference of the base wall 4 and the extension 5 can be O-rings 7 . 8th be provided, which are mounted in outwardly open Rechtecknuten. In the extension 5 can be a coaxial input for the medium 9 be formed in a valve seat 10 which opens into a valve chamber 11 protrudes. For the discharge of the medium from the valve chamber 11 can in the base wall 4 outputs 12 . 13 be provided. For various applications, it may be convenient to swap the inputs and outputs so that the medium passes through the outputs shown 12 . 13 supplied and the input shown 9 is dissipated.
In
der Ventilkammer 11 befindet sich ein axial verlagerbarer
plattenförmiger
Anker 14, der koaxial einen aus einem Elastomerwerkstoff
hergestellten Dichtkörper 15 trägt, der
in dem Anker 14 einvulkanisiert ist und den Ventilsitz 10 verschließt. Außerdem ist
in einer Ebene unter dem Anker 14 eine scheibenförmige Feder 16 koaxial
angeordnet, die im Bereich des Dichtkörpers 15 etwa in der
Mitte des Ankers 14 angreift und mit ihrem Außenrand
an einer Buchse 17 abgestützt ist, die an der Innenfläche der
Umfangswand 6 zum Beispiel mittels Presssitz gehalten ist. Die
Feder 16 drückt
den Dichtkörper 15 gegen
den Ventilsitz 10.In the valve chamber 11 there is an axially displaceable plate-shaped anchor 14 coaxial with a sealing body made of an elastomeric material 15 that carries in the anchor 14 is vulcanized and the valve seat 10 closes. Also, in a plane is under the anchor 14 a disc-shaped spring 16 coaxially arranged in the region of the sealing body 15 in the middle of the anchor 14 attacks and with its outer edge to a socket 17 is supported on the inner surface of the peripheral wall 6 is held for example by means of press fit. The feather 16 pushes the sealing body 15 against the valve seat 10 ,
Der
plattenförmige
Anker 14 ist im Durchmesser so ausgeführt, dass er bei seiner axialen
Verlagerung innerhalb der Buchse 17 weitgehend spielfrei
geführt
ist. Für
eine leichtgängige
axiale Ankerverlagerung im Medium der Ventilkammer 11 kann der
Anker 14 zudem vorzugsweise drei Durchgangsbohrungen 18 aufweisen,
die bezüglich
der Mittenachse 3 beispielsweise in Winkeln von 120° kreisförmig um
den Dichtkörper 15 herum
angeordnet sein können.The plate-shaped anchor 14 is designed in diameter so that it is in its axial displacement within the socket 17 is performed largely free of play. For smooth axial armature displacement in the medium of the valve chamber 11 can the anchor 14 also preferably three through holes 18 have, with respect to the center axis 3 for example, at angles of 120 ° in a circle around the sealing body 15 can be arranged around.
Der
Magnetkopf 2 weist eine zu der Mittenachse 3 koaxial
angeordnete Elektrospule 19 auf, die auf einem Spulenkern 20 gelagert
sein kann. An der dem Anker 14 abgewandten Seite der Elektrospule 19 können mit
dem Spulendraht verbundene Anschlussstifte 21 vorgesehen
sein, die in einer Leiterplatte 22 kontaktiert sind. An
dieser Leiterplatte 22 können die Enden von aus dem
Magnetkopf 2 herausragenden Elektroleitern 23, 24 kontaktiert
sein, wodurch eine verhältnismäßig flexible
Elektroverbindung hergestellt ist, die im Gegensatz zu relativ starren
Verbindungen insbesondere bei im Betrieb auftretenden Schwingungen
oder Erschütterungen
eine Stromkreisunterbrechung verhindert und eine dauerhafte Verbindung
für den
elektrischen Stromfluss gewährleistet.The magnetic head 2 has one to the center axis 3 coaxially arranged electric coil 19 on that on a spool core 20 can be stored. At the anchor 14 opposite side of the electric coil 19 can connect pins connected to the coil wire 21 be provided in a circuit board 22 are contacted. On this circuit board 22 Can the ends of the magnetic head 2 outstanding electric conductors 23 . 24 be contacted, whereby a relatively flexible electrical connection is made, which prevents, in contrast to relatively rigid connections, in particular occurring during operation vibrations or shocks a circuit interruption and ensures a permanent connection for the electrical current flow.
Außerdem weist
der Magnetkopf 2 eine segmentierte Magnetkreiseinheit 25 auf,
die aus verschiedenen einzelnen Segmenten zu einer Einheit zusammengefasst
sind. Die einzelnen Segmente sind ein Joch 26, ein Innenkern 27,
ein Dauermagnet 28, ein Außenkern 29 und eine
nicht magnetisierbare Scheibe 30, die aus Metall bestehen
kann. Das Joch 26, der Innenkern 27 und der Dauermagnet 28 sind kreiszylindrisch
gestaltet und koaxial zur Mittenachse 3 angeordnet. Das
im Querschnitt etwa T-förmige Joch 26 ist
beim dargestellten Ausführungsbeispiel materialeinheitlich
einstückig
ausgeführt.
Gemäß einer
anderen, hier nicht dargestellten Ausführung kann das Joch 26 zweckmäßig zweiteilig
ausgebildet sein. Dabei kann es günstig sein, einen im Durchmesser
im Wesentlichen gleich bleibend gestalteten zylindrischen Bolzen
vorzusehen, der eine Ringscheibe durchsetzt, die auf den Bolzen
aufgeschoben ist. Der Dauermagnet 28 befindet sich zwischen dem
Joch 26 und dem Innenkern 27. Der Durchmesser
des dem Dauermagneten 28 zugewandten Zylinderteils 31 des
Jochs 26 und der Durchmesser des Innenkerns 27 sind
gleich und entsprechen annähernd
dem Innendurchmesser des Spulenkerns 20, während der
Durchmesser des Dauermagneten 28 etwas kleiner ausgeführt sein
kann. Die axiale Länge des
Innenkerns 27 und die axiale Länge des Zylinderteils 31 können zweckmäßig ungefähr gleich
sein. Dagegen ist die axiale Länge
des Dauermagneten 28, der in axialer Längsrichtung der Elektrospule 19 etwa
in deren Mitte angeordnet ist, bevorzugt kleiner und kann etwa ein
Drittel der Länge
des Innenkerns 27 oder des Zylinderteils 31 betragen.
Allerdings ist der Dauermagnet 28 keine dünne Scheibe,
sondern kann wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel immerhin so
stabil gestaltet sein, dass die axiale Länge des Dauermagneten 28 annähernd doppelt
so groß ist
wie die Dicke des Ankers 14 in axialer Richtung.In addition, the magnetic head 2 a segmented magnetic circuit unit 25 which are grouped together from different individual segments. The individual segments are a yoke 26 , an inner core 27 , a permanent magnet 28 , an outer core 29 and a non-magnetizable disk 30 that can be made of metal. The yoke 26 , the inner core 27 and the permanent magnet 28 are circular cylindrical and coaxial with the center axis 3 arranged. The cross-section approximately T-shaped yoke 26 is made of the same material in one piece in the illustrated embodiment. According to another embodiment, not shown here, the yoke 26 expedient be formed in two parts. It may be advantageous to provide a diameter substantially constant shaped cylindrical bolt passing through an annular disc which is pushed onto the bolt. The permanent magnet 28 is located between the yoke 26 and the inner core 27 , The diameter of the permanent magnet 28 facing cylinder part 31 of the yoke 26 and the diameter of the inner core 27 are equal and approximately equal to the inner diameter of the spool core 20 while the diameter of the permanent magnet 28 can be made a little smaller. The axial length of the inner core 27 and the axial length of the cylinder part 31 may conveniently be about the same. In contrast, the axial length of the permanent magnet 28 in the axial longitudinal direction of the electric coil 19 is arranged approximately in the middle, preferably smaller and can be about one third of the length of the inner core 27 or the cylinder part 31 be. However, the permanent magnet 28 no thin disk, but can be designed as stable as in the present embodiment, after all, so that the axial length of the permanent magnet 28 is approximately twice the thickness of the anchor 14 in the axial direction.
Der
kreiszylindrische Außenkern 29 der
Segment-Magnetkreiseinheit 25 umgibt die Elektrospule 19 und
ist für
die Magnetkreisbildung mit dem Joch 26 durch Reibschluss
eng verbunden. Der obere Bereich des Außenkerns 29 ist im
Durchmesser so gestaltet, dass er ungefähr gleich dem Durchmesser der
Umfangswand 6 des Ventilkörpers 1 ist. Ein gegenüber dem
oberen Bereich im Durchmesser etwas kleinerer Rohrteil 32 des
Außenkerns 29 ist
von der Umfangswand 6 des Ventilkörpers 1 eng umfasst, wobei
ein vorzugsweise etwa in der Ebene des Dauermagneten 28 am
Rohrteil 32 ausgebildetes Außengewinde 33 in ein
Innengewinde 34 eingreift, das am oberen Endbereich der
Umfangswand 6 des Ventilkörpers 1 vorgesehen
ist. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, auf das Außengewinde 33 und das
Innengewinde 34 zu verzichten, um das Rohrteil 32 mit
dem Endbereich der Umfangswand 6 zu verbinden. Am unteren
Ende des Rohrteils 32 ist ein rechtwinklig nach innen ragender
Kragen 35 ausgebildet, der den Spulenkern 20 der
Elektrospule 19 untergreift. Die Dicke des Kragens 35 in
axialer Richtung ist größer, vorzugsweise
etwa doppelt so groß, als
die Dicke der nicht magnetisierbaren Scheibe 30.The circular cylindrical outer core 29 the segment magnetic circuit unit 25 surrounds the electric coil 19 and is for the magnetic circuit formation with the yoke 26 tightly connected by friction. The upper area of the outer core 29 is dimensioned to be approximately equal to the diameter of the peripheral wall 6 of the valve body 1 is. A relative to the upper portion in diameter slightly smaller pipe part 32 of the outer core 29 is from the peripheral wall 6 of the valve body 1 eng, with one preferably approximately in the plane of the permanent magnet 28 on the pipe part 32 trained external thread 33 in an internal thread 34 engages that at the upper end of the peripheral wall 6 of the valve body 1 is provided. But it is also within the scope of the invention, on the external thread 33 and the internal thread 34 to dispense with the pipe part 32 with the end portion of the peripheral wall 6 connect to. At the lower end of the pipe part 32 is a right-angled collar 35 formed the coil core 20 the electric coil 19 engages below. The thickness of the collar 35 in the axial direction is larger, preferably about twice as large as the thickness of the non-magnetizable disc 30 ,
Die
Scheibe 30 ist in der Ebene des Kragens 35 angeordnet
und untergreift wie dieser ebenfalls den Spulenkern 20.
Dabei ist der Außendurchmesser der
Metallscheibe ungefähr
gleich dem Innendurchmesser des Kragens 35 ausgeführt und
der Innendurchmesser der Scheibe 30 entspricht im Wesentlichen
dem Außendurchmesser
des Innenkerns 27, der die Scheibe 30 durchsetzt
und in Richtung zum Anker 14 hin überragt. Mit Hilfe der genauen
Außen- und
Innendurchmesseranpassung der Scheibe 30 ist letztere zwischen
dem Innenkern 27 und dem Kragen 35 des Außenkerns 29 hermetisch
dicht angeordnet, so dass das Medium nicht in das Innere des Magnetkopfs 2 eindringen
kann.The disc 30 is in the plane of the collar 35 arranged and engages like this also the spool core 20 , In this case, the outer diameter of the metal disc is approximately equal to the inner diameter of the collar 35 executed and the inner diameter of the disc 30 corresponds substantially to the outer diameter of the inner core 27 , the disc 30 interspersed and towards the anchor 14 towers over. With the help of accurate outer and inner diameter adjustment of the disc 30 the latter is between the inner core 27 and the collar 35 of the outer core 29 hermetically sealed so that the medium does not enter the interior of the magnetic head 2 can penetrate.
Die
Lage der nicht magnetisierbaren Scheibe 30 ist so gewählt, dass
sie, in axialer Richtung gesehen, bezüglich der Stirnseite 36 des
Außenkerns 29,
die dem Anker 14 zugewandt ist, zurückgesetzt ist. Außerdem ist
in der Zeichnung zu erkennen, dass die dem Anker 14 zugewandte
Stirnfläche 37 des
Innenkerns 27 von der Stirnseite 36 des Außenkerns 29 axial
ebenfalls etwas entfernt ist, so dass ein Abstand gebildet ist.
Dabei ist ersichtlich, dass das Maß der axialen Zurücksetzung 38 der
Scheibe 30 gegenüber
der Stirnseite 36 des Außenkerns 29 bevorzugt etwa
doppelt so groß ist
wie der axiale Abstand zwischen der Stirnfläche 37 des Innenkerns 27 zur
Stirnseite 36 des Außenkerns 29.The location of the non-magnetizable disk 30 is chosen so that, viewed in the axial direction, with respect to the front side 36 of the outer core 29 that the anchor 14 facing, is reset. In addition, it can be seen in the drawing that the anchor 14 facing end face 37 of the inner core 27 from the front side 36 of the outer core 29 axially also slightly away, so that a distance is formed. It can be seen that the degree of axial reset 38 the disc 30 opposite the front 36 of the outer core 29 preferably about twice as large as the axial distance between the end face 37 of the inner core 27 to the front 36 of the outer core 29 ,
Um
die Elektrospule 19 mit ihrem Spulenkern 20 sowie
die Leiterplatte 22 und die elektrischen Anschlüsse sowohl
mechanisch als auch gegen Feuchtigkeit und Spritzwasser zu schützen, kann
der Magnetkopf 2 mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse 39 weitgehend
hohlraumfrei vergossen sein, so dass sämtliche Hohlräume innerhalb
des Außenkerns 29 ausgefüllt sind.
Die Vergussmasse 39, der obere Rand des Außenkerns 29 und
des Jochs 26 bilden eine gemeinsame Ebene.To the electric coil 19 with her spool core 20 as well as the circuit board 22 and to protect the electrical connections both mechanically and against moisture and spray, the magnetic head 2 with an electrically insulating potting compound 39 be largely free of voids, so that all cavities within the outer core 29 are filled. The potting compound 39 , the upper edge of the outer core 29 and the yoke 26 form a common plane.
Bei
einem den Elektromagneten des Magnetkopfs 2 aktivierenden
elektrischen Einschaltimpils wird eine Verstärkung der Magnetkraft erzielt,
wobei der Anker 14 mit Unterstützung des Dauermagneten 28 gegen
die Kraft der Feder 16 in Richtung gegen den Innenkern 27 gezogen
wird, bis er an der Stirnseite 36 des Außenkerns 29 zur
Anlage kommt. Dabei hebt der Dichtkörper 15 vom Ventilsitz 10 ab,
so dass das Ventil geöffnet
ist und das Medium vom Eingang 9 in die Ventilkammer 11 und
von dort zu den Ausgängen 12, 13 gelangen
kann. Ist der Einschaltimpuls beendet, bleibt das Ventil dennoch
geöffnet, denn
die Kraft des Dauermagneten ist so bemessen, dass sie ausreicht,
den in Richtung gegen den Innenkern 27 verlagerten Anker 14 in
dieser Öffnungsposition
selbsttätig
zu halten.At a the electromagnet of the magnetic head 2 activating electrical Einschaltimpils an increase in the magnetic force is achieved, wherein the armature 14 with the support of the permanent magnet 28 against the force of the spring 16 in the direction of the inner core 27 is pulled until he is at the front 36 of the outer core 29 comes to the plant. This raises the sealing body 15 from the valve seat 10 off so that the valve is open and the medium from the inlet 9 in the valve chamber 11 and from there to the exits 12 . 13 can get. When the switch-on pulse is over, the valve remains open, because the force of the permanent magnet is sufficient to be sufficient in the direction towards the inner core 27 relocated anchor 14 to keep in this opening position automatically.
Zum
Schließen
des Ventils wird der Elektromagnet des Magnetkopfs 2 ebenfalls
durch einen elektrischen Einschaltimpuls aktiviert, allerdings wurde
dafür zuvor
die elektrische Polarität
vertauscht, so dass der elektrische Strom gegenüber dem zuvor beschriebenen
Einschaltvorgang in entgegengesetzter Richtung durch die Elektrospule 19 fließt. Dadurch wird
ein Magnetfeld aufgebaut, das der Kraft des Dauermagneten 28 entgegenwirkt.
Es wird also eine Schwächung
des Magnetfeldes erreicht, derart, dass die Kraft der Feder 16 überwiegt.
Somit wird der Anker 14 axial vom Innenkern 27 und
Joch 26 fortbewegt, so dass der Dichtkörper 15 gegen den
Ventilsitz 10 gedrückt
wird und diesen verschließt,
wodurch der Fluss des Mediums unterbrochen ist.To close the valve, the electromagnet of the magnetic head 2 also activated by an electrical switch-on pulse, but previously the electrical polarity was reversed, so that the electric current over the previously described switch-on in the opposite direction through the electric coil 19 flows. This creates a magnetic field that is the force of the permanent magnet 28 counteracts. It is thus achieved a weakening of the magnetic field, such that the force of the spring 16 predominates. Thus, the anchor becomes 14 axially from the inner core 27 and yoke 26 moved so that the sealing body 15 against the valve seat 10 is pressed and closes it, whereby the flow of the medium is interrupted.
Durch
diese Maßnahmen
kann das Ventil sowohl in der Öffnungsstellung
als auch in der Schließstellung äußerst stromsparend
betrieben werden, denn die Elektrospule 19 wird beim Einschalten
und beim Ausschalten jeweils nur verhältnismäßig kurz mit Spannung versorgt.
Und zwar nur so lange, bis der Anker 14 seine jeweilige
Endstellung erreicht hat. In den erreichten Endstellungen wird der
Anker 14 allein durch die Kraft des Dauermagneten 28 gehalten, so
dass dafür
keine anderweitige Energieversorgung benötigt wird.By these measures, the valve can be operated both in the open position and in the closed position extremely energy efficient, because the electric coil 19 is supplied with only a relatively short voltage when switching on and off. And only until the anchor 14 has reached its respective end position. In the reached end positions becomes the anchor 14 solely by the force of the permanent magnet 28 held, so that no other energy supply is needed.