DE2650810A1

DE2650810A1 - Magnetventil

Info

Publication number: DE2650810A1
Application number: DE19762650810
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Phys Heist
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1976-11-06
Filing date: 1976-11-06
Publication date: 1978-05-11

Description

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 3. November 1976

KERNFORSCHUNG MBH PLA 7629 Hä/lb

Magnetventil

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil mit einer Einrichtung zum permanentmagnetischen Arretieren in einer ersten Stellung und einer Anordnung zum elektromagnetischen Umsteuern von der ersten in eine andere Stellung.

Derartige Ventile werden benötigt in Schaltungsanordnungen, die ein elektromagnetisches Arretieren wegen der Strombelastung und/oder der damit verbundenen Wärmebelastung nicht zulassen.

Es ist ein Magnetventil bekannt (Prospekt der Firma Drumag GmbH, 7880 Säckingen), das im wesentlichen aus zwei Magnetjochen besteht, zwischen denen zwei Dauermagnete angeordnet sind, deren Magnet-

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felder sich unterstützen, so daß der gesamte Magnetfluß durch den äußeren aus den Magnetjochen und den Dauermagneten gebildeten Magnetkreis fließt. Mit einer den einen Dauermagneten umschließenden Spule kann dessen Magnetfeld durch einen Stromimpuls umgekehrt werden. Dabei entstehen zwei Magnetkreise mit einem starken Magnetfluß an dem Luftspalt zwischen einem Anker, der mit einem der Magnetjoche verbunden ist, und einem Ventilkolben, der in einer Bohrung des anderen Magnetjoches bewegbar ist und gegen die Kraft einer Feder von Anker angezogen auch nach Impulsende gehalten wird. Das Schließen des Ventils wird durch einen Stromimpuls entgegengesetzter Polarität bewirkt, der die Feldrichtung des Kippmagneten wieder umkehrt.

Die Nachteile dieser Anordnung bestehen insbesondere darin, daß einer der Permanentmagnete aus einem reversierbaren Magnetwerkstoff mit speziellen Eigenschaften in bezug auf Remanenz und Koerzitivkraft bestehen muß, daß zum Ablösen und Anziehen des Ventilkolbens eine zweite Spule notwendig ist, und daß der Ventilkolben ausschließlich durch Federkraft auf den Ventilsitz gedrückt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil zu schaffen, das sich durch einfachen konstruktiven Aufbau unter Verwendung üblicher Werkstoffe auszeichnet, bei dem ein den Ventilsitz verschließendes Bauelement in jeder seiner beiden Endstellungen permanentmagnetisch arretiert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei rotationssymmetrische, mit ihrer abgeschlossenen Unterseite gegeneinandergesetzte Topfmagnete mit kreisringförmigem Querschnitt dadurch gebildet sind, daß auf dem Mittelabschnitt eines Rohros aus Weicheisen (Magnetkernrohr)ein ringförmiger Dauermagnet mit radialer Magnetisierung (Ringmagnet) angeordnet ist und an der

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Pheripherie des Ringmagneten Schalen aus Weicheisen (Polschalen) von der Länge des Magnetkernrohres aufgesetzt sind, daß die von dem Magnetkernrohr und den Polschalen gebildete offene Stirnseite jedes der zwei Topfmagnete mit einer kreisringförmigen Ankerscheibe abgeschlossen ist, daß der axiale Abstand der Ankerscheiben durch Abstandshalter (Stößel) so eingestellt ist, daß die eine Ankerscheibe an der Stirnseite des einen Topfmagneten aufliegt und permanentmagnetisch gehalten ist und die andere Ankerscheibe von der Stirnseite des anderen Topfmagneten durch einen Luftspalt vorbestimmter Länge getrennt ist, und daß zum Auslösen einer Bewegung der zwei Ankerscheiben in einer der zwei möglichen axialen Richtungen in jeden der zwei Topfmagnete eine Magnetspule eingesetzt ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Bauelemente vorzugsweise steckbar sind und permanentmagnetisch justiert und in ihrer Betriebsstellung gehalten werden, und daß die Bauelemente im wesentlichen symmetrisch zu einer Rotationsachse und zu einer Symmetrieebene, auf der die Rotationsachse senkrecht steht, angeordnet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen: Figur 1 Schnitt eines Magnetventiles Figur 2 Schnitt einer Magnetspule

In Fig. 1 ist der Schnitt eines Magnetventiles nach der Erfindung dargestellt.

Ein Rohr 1 aus Weicheisen (Magnetkernrohr) trägt auf seinem verstärktem Mittelabschnitt 2 einen ringförmigen Dauermagnet 3 (Ringmagnet) mit radialer Magnetisierung. An der Pheripherie des Ringmagneten 3 sind drei Polschalen 4 aus Weicheisen von der Länge des Magnetkernrohres 1 aufgesetzt. Die Polschalen 4 sind um 120 Grad gegeneinander versetzt und werden von dem Ringmagneten in einem gegenseitigen Abstand von ca. 8 mm gehalten.

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Das Magnetkernrohr 1, der Ringmagnet 3 und die drei Polschalen 4 bilden zwei in bezug auf die Achse 5 des Magnetkernrohres 1 rotationssymmetrische Topfmagnete, die im wesentlichen symmetrisch zu einer von der Achse 5 senkrecht durchdrungenen Symmetrieebene 6 angeordnet sind. In jedem der zwei Topfmagnete ist eine Magnetspule 7 eingesetzt, die im wesentlichen aus einem Spulenkörper 8 mit Seitenwänden 9 und einer Wicklung 10 besteht. Die Magnetspulen 7 sind in ihrem Aufbau völlig identisch. Die in Figur 1 nicht darstellbaren Details sind in Figur 2 gezeichnet. Eine der Seitenwände 9 besitzt drei um einen Winkel von 120 Grad gegeneinander versetzte Symmetriervorsprünge 11 von etwa

8 mm Breite zum radialsymmetrischen Anordnen der drei Polschalen 4. In der Mitte jedes Symmetrievorsprunges 11 ist ein Schlitz 12 von ca, 1 mm Breite und Tiefe angeordnet. Jedes Drahtende der Magnetspule 7 ist mit einer Kontaktfeder 13 zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit einer Polschale 4 verbunden. Am Umfang der Magnetspule 7 sind zwei Kontaktfedern 13 in um 120 Grad gegeneinander versetzten Aussparungen 14 der Seitenwände 9 angeordnet und liegen auf beiden Seitenwänden

9 auf. Die Magnetspulen 7 sind symmetrisch zu der Symmetriebenene so auf dem Magnetkernrohr 1 angeordnet, daß jeweils die Seitenwand 9 mit den Symmetriervorsprüngen 11 auf einer der beiden von dem Ringmagneten 3 abgewandten Außenseiten liegt. Die Spulen sind dabei so um die Achse 5 gedreht, daß die Kontaktfedern 13 ein Z bilden.

Die von dem Magnetkernrohr 1 und den. Polschalen 4 gebildete offene Stirnseite jedes der zwei Topfmagnete ist mit einer kreisförmigen Ankerscheibe 15 abgeschlossen. Der Abstand der Ankerscheiben 15 in Richtung der Achse 5 des Magnetkernrohrs 1 ist durch Abstandshalter (Stößel) 16 so eingestellt, daß die eine Ankerscheibe 15 an der Stirnseite des einen Topfmagneten aufliegt und permanentmagnetisch gehalten ist und die andere Ankerscheibe 15 von der Stirnseite des anderen Topfmagneten durch einen Luftspalt von

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ca. 1 nun Länge getrennt ist. Jeder der drei Stößel 16 besteht aus Stahldraht von 1 mm Durchmesser und ist an seinen Enden rechtwinklig abgebogen. Die Stößel 16 sind in die Schlitze 12 der Symmetriervorsprünge 11 eingelegt und werden dort durch den Ringmagneten 3 gehalten. Die Ankerscheiben 15 liegen auf den rechtwinklig abgebogenen Enden der Stößel 16 und werden dort in jeder Stellung permanentmagnetisch gehalten.

Die Polschalen 4 sind durch Längsschnitte eines Rohres aus einem magnetischen Werkstoff gebildet und durch die Symmetrievorsprünge 11 getrennt am Umfang der Magnetspulen 7 von dem Ringmagneten gehalten. Jede Polschale 4 hat an ihren Enden zum Magnetkernrohr 1 weisende Wülste 17, die über die äußeren Seitenwände 9 der Spulenkörper 8 greifen und diese in einem vorbestimmten Abstand zueinander und relativ zum Magnetkernrohr 1 halten. Jede Polschale 4 trägt an ihrer Außenseite ein Segment 18 eines Außengewindes. Die drei Polschalen 4 sind so angeordnet, daß ein schraubbares Gewinde gebildet ist.

An einem Ende der Polschale 4 ist eine kragenförmige Griffleiste 19 aus einem nichtmagnetischen Werkstoff angesetzt, die eine Bohrung 20 zum Aufnehmen eines SteckerStiftes besitzt, über den eine Spannung von ca. 12 Volt an die Polschale 4, die Kontaktfeder 13 und damit an die Magnetspule 7 gelegt wird.

Zum unverwechselbaren Ansetzen der Polschalen 4 sind auf deren konvexer Außenseite Markierungspunkte an der Stelle angebracht, die in Kontakt mit einer der Kontaktfedern 13 steht. Entsprechend der Anordnung der Kontaktfedern 13 in Form eines Z müssen auch die Markierungspunkte der Polschalen 4 in dieser Weise angeordnet sein. Die Bohrungen 20 in der Griffleiste 19 sind immer unter den Markierungspunkten angebracht, so daß sich zwei diametrale und ein dritter um 90 Grad versetzter Anschlußpunkt ergibt. Die diametralen Anschlußpunkte sind mit je einem Drahtende der Magnetspulen 7 verbunden, der dritte Anschlußpunkt führt zu den durch die Ankerschale elektrisch verbundenen freien Enden der Magnetspulen 7, stellt also eine Mittelanzapfung der in Reihe geschalteten zwei Magnetspulen dar.

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Die Ankerscheiben 4 sind auf ihrer der Symmetriebene 6 zugewandten Seite und an der Außenkante mit einem elektrisch isolierenden Werkstoff beschichtet, um die auf unterschiedlichen Potentialen betriebenen Polschalen gegeneinander elektrisch zu isolieren. Die Polschalen 4 sind von einem Mantelrohr 21 aus einem elektrisch und magnetisch nichtleitenden Werkstoff umschlossen und mit einem in der Bohrung des Mantelrohres 21 angebrachten, dem Außengewinde der Segmente 18 der Polschalen 4 entsprechenden Innengewinde verschraubt. Das Mantelrohr 21 besitzt an einer Stirnseite eine innenliegende ringförmige Verstärkung 22 (Klemmring), die über die Ankerscheibe 15 greift und diese in einer mit dem Gewinde einstellbaren vorbestimmten ersten Stellung des Mantelrohres 21 gegen den Topfmagneten 1,3,4 drückt (Arretierstellung) und in einer zweiten Stellung (Betriebsstellung) freigibt. Das Mantelrohr 21 ist an seinem in die Griffleiste 19 der Polschalen 4 hineinragenden Ende mit zwei diametral angeordneten Stegen 23 versehen, die bei eingeführten Steckern das Einstellen der Arretierstellung und der Betriebsstellung durch Endanschlag erleichtern. Das Mantelrohr 21 besitzt an seinem von der Griffleiste 19 abgewandten Ende drei um 120 Grad versetzte Stege 24 mit einer radialen Nut 25 zum Halten eines Deckels 26.

Das Magnetrohr 1 ist mit seinem Innengewinde mit dem Außengewinde eines das Maghetkernrohr 1 durchdringende Plastikrohres 27 verschraubt. Das Plastikrohr 27 besitzt im Bereich des Außengewindes Längsschlitze 28, so daß der Innendurchmesser des Plastikrohrs 27 beim Schrauben verengt und das an seinem oberen Ende durch die Dichtscheibe 38 verschließbar ist.

Die an dem von der GriffIeistel9 der Polschalen 4 abgewandten Ende angeordnete Ankerscheibe 15 ist an eine Platte 32 mit mehreren Schrauben 33 angeschlossen, die an einem Ende einen Teller 34 und am anderen Ende einen Schlitz 35 haben. Zwischen der Ankerplatte

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15 und der Platte 32 ist koaxial zu jeder Schraube 33 eine Schraubenfeder 36 angeordnet. Diese Anordnung aus den Bauteilen 15,32,33,3^,35,36 ermöglicht das Einstellen der Dichtscheibe 38. An der dem Topfmagneten zugewandten Seite der Platte 32 ist in einer Hinterdrehung 37 eine Dichtscheibe 38 festgeklemmt, die bei angezogenem Anker 15 gegen das obere Ende des Rohres 29 gedrückt wird.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht beschränkt auf das Ausführungsbeispiel, sondern erlaubt auch andere Ausführungsformen des Ventilsitzes und des Ventilkolbens.

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Claims

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GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe,den 3. November 1976

KERNFORSCHUNG MBH PLA 7629 Hä/lb

Patentansprüche:

Λ Magnetventil mit einer Einrichtung zum permanentmagnetischen ^"^^ Arretieren in einer ersten Stellung und einer Anordnung zum elektromagnetischen Umsteuern von der ersten in eine andere Stellung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei rotationssymmetrische mit ihrer abgeschlossenen Unterseite gegeneinandergesetzte Topfmagnete mit kreisringförmigem Querschnitt dadurch gebildet sind, daß auf dem Mittelabschnitt (2) eines Rohres (1) aus Weicheisen (Magnetkernrohr) ein ringförmiger Dauermagnet (3) mit radialer Magnetisierung (Ringmagnet) angeordnet ist und an der Pheripherie des Ringmagneten (3) Schalen (4) aus Weicheisen (Polschalen) von der Länge des Magnetkernrohres (1) aufgesetzt sind, daß die von dem Magnetkernrohr (1) und den Polschalen (4) gebildete offene Stirnseite jedes der zwei Topfmagnete mit einer kreisringförmigen Ankerscheibe (15) abgeschlossen ist, daß der axiale Abstand der Ankerscheiben (15) durch Abstandshalter (16) (Stößel) so eingestellt ist, daß die eine Ankerscheibe (15) an der Stirnseite des einen Topfmagneten aufliegt und permanentmagnetisch gehalten ist und die andere Ankerscheibe (15) von der Stirnseite des anderen Topfmagneten durch einen Luftspalt vorbestimmter Länge getrennt ist, und daß zum Auslösen einer Bewegung der zwei Ankerscheiben (15)in einer der zwei möglichen axialen Richtungen in jeden der zwei Topfmagnete eine Magnetspule (7) eingesetzt ist.
2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der zwei Ankerscheiben .(15) mit einem Ventilkolben mechanisch verbunden ist, der in einer ersten Stellung der Ankerscheibe (15) auf einen Ventilsitz gedrückt und in einer zweiten Stellung der Ankerscheibe (15) von dem Ventilsitz abgehoben ist.

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3. Magnetventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Magnetkernrohres (1) in einem vorbestimmten Bereich (2) vorzugsweise symmetrisch zu einer von der Achse (5) des Magnetkernrohres (1) senkrecht durchdrungenen Symmetrieebene (6), größer ist als der Außendurchmesser an den beiden Enden des Magnetkernrohres (1), so daß wegen des dort kleineren magnetischen Luftspaltes der Ringmagnet (3) in einer vorbestimmten Stellung gehalten ist.
¹I. Magnetventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Aufbau und die elektrischen Daten der zwei Magnetspulen (7) identisch sind, daß eine Seitenwand (9) des Spulenkörpers (8) drei um einen Winkel von 120 Grad gegeneinander versetzte Symmetriervorsprünge (11) zum radialsymmetrischen Anordnen von drei gleichdimensionierten Polschalen (¹J) besitzt, und daß in der Mitte jedes Symmitriervorsprunges (11) ein Schlitz (12) zum Aufnehmen und Führen eines der Stößel (16) zum distanzieren der Ankerscheiben (15) angeordnet ist.
5. Magnetventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis ¹I, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Drahtende der Magnetspule (7) mit einer Kontaktfeder (13) zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit einer Polschale (¹J) verbunden ist, daß zwei Kontaktfedern (13) am Umfang der Magnetspule (7) in um 120 Grad gegeneinander versetzten Aussparungen (I¹I) angeordnet sind, und daß jede Kontaktfeder (13) zwischen zwei Symmetriervorsprüngen (11) auf den Seitenwänden (9) des Spulenkörpers (8) aufliegt.
6. Magnetventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspulen (7) in bezug auf den Ringmagneten (3) symmetrisch auf das Magnetkernrohr (1) gesteckt sind, daß die Seitenwand (9) mit den Symmetrievorsprflngen (11) an der vom Ringmagneten (3) abgewendeten Außenseite liegt, und daß die Kontaktfedern (13) beider Magnetspulen (7) in Form eines Z angeordnet sind.

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7. Magnetventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Polschale (4) an ihren Enden zum Magnetkernrohr (1) weisende Wülste (17) hat, die über

- die äußeren Seitenwände (9) der Spulenkörper (8) greifen, daß jede Polschale (4) im Bereich des Ringmagneten (3) an ihrer Außenseite ein Segment (18) eines Gewindes trägt, und daß die Polschalen (4) so auf den Ringmagneten (3) gesetzt sind, daß die Segmente (18) ein schraubbares Gewinde ergeben.
8. Magnetventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mantelrohr (21) aus einem elektrisch und magnetisch nichtleitenden Werkstoff die Polschalen (4) umschließt, und daß die Polschalen (4) und das Mantelrohr (21) durch ein in der Bohrung des Mantelrohres (21) angebrachtes, dem Gewinde der Segmente (18) der Polschalen (4) entsprechendes Innengewinde verschraubbar sind.
9. Magnetventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (21) an einer Stirnseite eine innenliegende ringförmige Verstärkung (22) (Klemmring) besitzt, daß der Klemmring (22) über die eine Ankerscheibe (15) greift und diese in einer mit dem Innengewinde einstellbaren vorbestimmten ersten Stellung des Mantelrohres (21) gegen den Topfmagneten (1, 3, 4) drückt (Arretierstellung), und daß in einer durch linksdrehen des Mantelrohres (21) um 180 Grad gegen die Arretierstellung einstellbaren zweiten Stellung (Betriebsstellung) die Ankerscheibe (15) bewegbar ist.
10. Magnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Polschale (4) an einem Ende eine kragenförmig nach außen über das Mantelrohr greifende Griffleiste (19) mit einer Bohrung (20 ) zum Aufnehmen eines Steckerstiftes für die Stromzuführung besitzt.

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11. Magnetventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (21) an seinem in die Griffleiste (19) der Polschalen (4) hineinragenden Ende zwei diametral angeordnete Stege 23 besitzt, die bei eingeführten Steckern das Einstellen der Arretierstellung und der Betriebsstellung durch Endanschlag erleichtern.
12. Magnetventil nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (21) an seinem von der Griffleiste (19) abgewandten Ende drei um 120 Grad versetzte Stege (24) mit einer radialen Nut (25) zum Halten eines Deckels (26) besitzt.
13. Magnetventil nach einem oder mehren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetkernrohr (1) ein Innengewinde zum Verschrauben mit dem Außengewinde eines das Magnetkernrohr (1) durchdringenden Plastikrohres (Träger) besitzt, daß der Träger (27) im Bereich des Außengewindes Längsschlitze (28) besitzt.
14. Magnetventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem von der Griffleiste (19) der Polschalen (4) abgewandten Ende angeordnete Ankerscheibe (15) an eine Platte (32) angeschlossen ist.
15. Magnetventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerscheibe (15) an die Platte (32) mit mehreren Schrauben

(33) angeschlossen ist, daß die Schrauben (33) an einem Ende einen Teller (34) und am anderen Ende einen Schlitz (35) haben, daß zwischen der Ankerplatte (15) und der Platte (32) koaxial zu jeder Schraube (33) eine Schraubenfeder (36) angeordnet ist.
16. Magnetventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Topfmagneten zugewandten Seite der Platte (32) in einer Hinterdrehung (37) eine Dichtscheibe (38) festgeklemmt ist.

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