DE2739085A1 - MAGNETIC VALVE - Google Patents
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Description
Dipl. Ing. Hans-Jürgen Müller 2739085Dipl. Ing.Hans-Jürgen Müller 2739085
Dr. rer. nat. Thomas BerendtDr. rer. nat. Thomas Berendt
Dr. - Ing. Hans LeyhDr. - Ing.Hans Leyh
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TECHNOLOGIEFORSCHÜNG GmbH Schulze-Delitzsch-Str. 22TECHNOLOGIEFORSCHÜNG GmbH Schulze-Delitzsch-Str. 22nd
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Magnetventilmagnetic valve
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Die Erfindung betrifft ein Magnetventil für flüssige oder gasförmige Medien, mit einem Gehäuse mit Einlaßöffnung und Auslaßöffnung, einem Ventilsitz und einem mit diesem zusammenwirkenden Verschlußstück, und einem Elektromagneten mit einer Magnetspule und einem Magnetanker zur Betätigung des Verschlußstückes.The invention relates to a solenoid valve for liquid or gaseous media, with a housing with an inlet opening and outlet opening, a valve seat and a closure piece cooperating therewith, and an electromagnet with a magnet coil and a magnet armature for actuating the locking piece.
Zur Steuerung von Flüssigkeitsströmen oder Gasströmen werden in großem Umfang elektomagnetisch betätigte Ventile eingesetzt, z.B. auch bei Flüssigkeits-Raketentriebwerken, bei denen es auf eine hohe Schaltgeschwindigkeit ankommt.Electromagnetically operated valves are used to a large extent to control liquid or gas flows used, e.g. also in liquid rocket engines, where a high switching speed is important.
Nachteilig hierbei ist, daß dem Elektromagneten ständig elektrische Energie zugeführt werden muß, um das Ventil in der jeweiligen Schaltstellung, d.h. der Offenstellung oder der geschlossenen Stellung zu halten. Ferner ist bereits vorgeschlagen worden, das Ventil in der jeweiligen Schaltstellung mechanisch zu verriegeln, wozu jedoch entsprechende zusätzliche mechanische Elemente und ein entsprechender Platzbedarf erforderlich sind.The disadvantage here is that the electromagnet must be constantly supplied with electrical energy in order to operate the valve in the respective switch position, i.e. the open position or to hold the closed position. Furthermore, it has already been proposed that the valve in the respective To lock the switch position mechanically, but including corresponding additional mechanical elements and a corresponding space requirements are required.
Bei Lageregelungsantrieben für Satelliten z.B., ist eine solche mechanische Verriegelung daher auch kaum geeignet.Such a mechanical interlock is therefore hardly suitable for position control drives for satellites, for example.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es ohne mechanische Verriegelung und ohne ständigen Energieverbrauch möglich ist, das Verschlußstück des Ventiles in der jeweiligen Schaltstellung zu halten.The invention is based on the object of designing a valve of the type mentioned in such a way that it can be used without mechanical locking and without constant energy consumption is possible, the closing piece of the valve in the to hold the respective switch position.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Magnetanker ein Dauermagnet ist, dessen Magnetkraft durch die Magnetspule verstärkbar oder reduzierbar ist, um das Verschlußstück umzuschalten und in der Offenstellung zu halten.According to the invention this is achieved in that the armature is a permanent magnet, the magnetic force of which by the Magnetic coil can be increased or reduced in order to switch the locking piece and keep it in the open position.
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Zweckmäßigerweise ist das Verschlußstück an Federn, insbesondere Blattfedern, aufgehängt, die das Verschlußstück in der geschlossenen Stellung halten. An den Federn ist ferner vorteilhafterweise eine Ankerplatte aufgehängt, die mit dem Verschlußstück gekoppelt ist und die dazu dient, den magnetischen Fluß zwischen dem Magnetanker und der Magnetspule zu schließen bzw. zu unterbrechen.Appropriately, the locking piece is suspended from springs, in particular leaf springs, which the locking piece in hold in the closed position. On the springs, an anchor plate is also advantageously suspended with the Closure piece is coupled and which serves to control the magnetic flux between the armature and the magnet coil to close or interrupt.
Die äußeren Enden der Blattfedern sind zweckmäßigerweise am Gehäuse eingespannt, während ihre inneren Enden, die mit dem Verschlußstück und der Ankerplatte verbunden sind, axial beweglich sind.The outer ends of the leaf springs are expediently clamped on the housing, while their inner ends, the are connected to the closure piece and the anchor plate, are axially movable.
Vorzugsweise ist die magnetische Remanenzkraft des Dauermagneten größer als die maximale Kraft der Blattfedern, so daß der Dauermagnet in der Lage ist, das Ventil auch unter hohen Vibrationsbelastungen geöffnet zu halten.The magnetic remanence force of the permanent magnet is preferably greater than the maximum force of the leaf springs, so that the permanent magnet is able to keep the valve open even under high vibration loads.
Die Magnetspule kann vorteilhafterweise aus zwei Teilspulen gebildet sein, so daß durch Einspeisen einer hochfrequenten Wechselspannung in die eine Teilspule und Entnahme eines entsprechenden Signales aus der anderen Teilspule die jeweilige Schaltstellung des Ventils ermittelt werden kann.The magnetic coil can advantageously be formed from two sub-coils, so that by feeding in a high-frequency AC voltage in one part of the coil and extraction of a corresponding signal from the other Sub-coil the respective switching position of the valve can be determined.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur der Zeichnung erläutert, die schematisch im Schnitt ein Magnetventil nach der Erfindung zeigt.An example embodiment of the invention is explained below with reference to the single figure of the drawing, which schematically shows a solenoid valve in section according to the invention shows.
Das Magnetventil 10 nach der Zeichnung besteht aus einem Gehäuse 12 mit einem Deckel 14, in welchem ein Auslaßkanal oder eine Auslaßöffnung 16 ausgebildet ist, deren inneres Ende einen Ventilsitz 18 bildet. Ein AnschlußstückThe solenoid valve 10 according to the drawing consists of a housing 12 with a cover 14 in which an outlet channel or an outlet opening 16 is formed, the inner end of which forms a valve seat 18. A connector
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ist geeignet mit dem Gehäuse verbunden und mit einem Einlaßkanal oder einer Einlaßöffnung 22 versehen.is suitably connected to the housing and provided with an inlet port or port 22.
Im Gehäuse 12 ist ein Verschlußstück 24 angeordnet, durch das der Ventilsitz 18 geöffnet und geschlossen werden kann. Das Verschlußstück 24 wird über ein Druckstück 26 durch eine Druckfeder 28 in Schließrichtung ständig beaufschlagt. Ein Ende der Druckfeder 28 stützt sich am Druckstück 26 ab, während sich das andere Ende der Druckfeder an einem Anschlagring 30 abstützt, der seinerseits in einer Führungsbüchse 32 gehalten ist, in der außerdem die Druckfeder 28, das Druckstück 26 und das Verschlußstück 24 aufgenommen sind. Im Bedarfsfalle können Druckstück 26 und Verschlußstück 24 auch einteilig ausgebildet sein.In the housing 12 a closure piece 24 is arranged through that the valve seat 18 can be opened and closed. The closure piece 24 is through a pressure piece 26 a compression spring 28 is constantly urged in the closing direction. One end of the compression spring 28 is supported on the pressure piece 26, while the other end of the compression spring is supported on a stop ring 30, which in turn is held in a guide bush 32 in which the compression spring 28, the pressure piece 26 and the closure piece 24 are added. If necessary, the pressure piece 26 and the locking piece can be used 24 can also be made in one piece.
Auf der linken Seite der Zeichnung ist das Ventil in geschlossener Stellung dargestellt, in welcher das Verschlußstück 24 auf dem Ventilsitz 18 aufsitzt. Auf der rechten Seite der Zeichnung ist das Ventil dagegen in geöffneter Stellung gezeigt, in welcher sich das Verschlußstück 24 an einer Schulter 70 der Führungsbüchse 32 abstützt, bzw. durch diese im Abstand vom Ventilsitz 18 gehalten ist.On the left side of the drawing the valve is in closed position Position shown in which the closure piece 24 is seated on the valve seat 18. On the On the other hand, the valve is shown in the open position on the right-hand side of the drawing, in which the closure piece is located 24 is supported on a shoulder 70 of the guide bushing 32 or is held at a distance from the valve seat 18 by this.
Das Ventil wird mittels eines Elektromagneten geschaltet, der aus einem Magnetanker 36 und einer Magnetspule 38 besteht. Die Magnetspule 38 sitzt auf einem Spulenkörper 40 und ist zusammen mit diesem in einem Spulengehäuse 42 angeordnet. Aus dem Spulengehäuse 42 führen entsprechende Anschlußleitungen 44 nach außen.The valve is switched by means of an electromagnet, which consists of a magnet armature 36 and a magnet coil 38. The magnetic coil 38 is seated on a coil former 40 and is arranged together with the latter in a coil housing 42. Corresponding connection lines 44 lead to the outside from the coil housing 42.
Der Magnetanker 36 ist auf einen zentralen Dorn 72 des Anschlußstückes 20 geschoben und an seinem in der Zeichnung unteren Ende ist ein scheibenförmiges Flußleitstück 46 angeordnet. Im Gehäuse 12 ist ferner ein ringförmiges Flußleit-The magnet armature 36 is on a central mandrel 72 of the connector 20 and at its lower end in the drawing, a disk-shaped flux guide 46 is arranged. In the housing 12 is also an annular Flußleit-
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stück 48 angeordnet, während radial zwischen dem Flußleitstück 46 und dem Flußleitstück 48, die beide aus magnetischem Material bestehen, ein Zwischenring 50 eingebaut ist, der aus einem nicht-magnetischen Material besteht.piece 48 arranged while radially between the Flußleitstück 46 and the Flußleitstück 48, both of which are made of magnetic Material consist, an intermediate ring 50 is installed, which consists of a non-magnetic material.
Die Spule 38 kann, wie dargestellt, aus zwei Teilspulen 37, 39 aufgebaut sein.As shown, the coil 38 can be constructed from two sub-coils 37, 39.
Im Gehäuse 12 ist ferner eine Ankerplatte 34 aus magnetischem Material angeordnet, die in der entsprechenden Schaltstellung die Flußleitstücke 46, 48 miteinander verbindet, um den Magnetfluß des Elektromagneten zu schließen. Die Ankerplatte 34 sitzt auf der Führungsbüchse 32 und ist mit dieser geeignet fest verbunden.In the housing 12, an armature plate 34 made of magnetic material is also arranged, which is in the corresponding switching position the flux guide pieces 46, 48 interconnect to close the magnetic flux of the electromagnet. the Anchor plate 34 sits on the guide bush 32 and is suitably firmly connected to it.
Die gesamte Baugruppe,bestehend aus der Ankerplatte 34, der Führungsbüchse 32, dem Anschlagring 30, der Feder 28, dem Druckstück 26 und dem Verschlußstück 24 ist vorzugsweise an Blattfedern 56, 58 aufgehängt. Die äußeren Enden der Blattfedern sind im Gehäuse 12 mit Hilfe von Distanzringen 52 eingespannt, während die inneren Enden der Blattfedern zwischen der Ankerplatte 34, der Führungsbüchse 32 und einem Distanzring 54 eingespannt sind. Die Blattfedern 56, 58 sind, wie dargestellt, in einem axialen Abstand voneinander angeordnet, der durch den Distanzring 54 und den mittleren Distanzring 52 bestimmt ist. Die beiden Blattfedern sind somit an ihrem Außenrand ortsfest gehalten, während ihr Innenrand zusammen mit der vorgenannten Baugruppe axial beweglich ist, so daß das Ventil in seine beiden Schaltstellungen, d.h. geöffnet oder geschlossen, geschaltet werden kann.The entire assembly, consisting of the anchor plate 34, the guide bush 32, the stop ring 30, the spring 28, the pressure piece 26 and the locking piece 24 is preferred suspended from leaf springs 56, 58. The outer ends of the leaf springs are in the housing 12 with the aid of Spacer rings 52 are clamped in, while the inner ends of the leaf springs are clamped between the anchor plate 34, the guide bushing 32 and a spacer ring 54. the Leaf springs 56, 58 are, as shown, arranged at an axial distance from one another, which is determined by the spacer ring 54 and the middle spacer ring 52 is determined. The two leaf springs are thus held stationary on their outer edge, while its inner edge is axially movable together with the aforementioned assembly, so that the valve in his can be switched in both switching positions, i.e. open or closed.
Auf der linken Seite der Figur ist das Ventil in geschlossenem Zustand gezeichnet, in welchem das Druckmittel durchOn the left side of the figure, the valve is drawn in the closed state, in which the pressure medium is through
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die Einlaßöffnung 22 in die Kammer 60, d.h. den Innenraum des Gehäuses 12 einströmen kann, während der Austritt durch den Ventilsitz 18 durch das Verschlußstück 24 gesperrt ist. Die rechte Seite der Figur zeigt das Ventil in geöffnetem Zustand, in welchem das Druckmittel durch die Einlaßöffnung 22 zuströmt, dann vom inneren Ende der Einlaßöffnung 22 aus durch radiale Kanäle 68, die in der oberen Stirnfläche des Anschlagringes 30, der Führungsbüchse 32 und der Ankerplatte 34 ausgebildet sind, von dort aus in eine ringförmige Aussparung 62 in der oberen Stirnfläche der Ankerplatte 34, danach durch axiale Bohrungen 64 in der Ankerplatte 34 und durch axiale öffnungen 66 in den Blattfedern 56, 58 zur Kammer 60, aus welcher dann das Druckmittel durch den geöffneten Ventilsitz 18 zur Auslaßöffnung 16 strömt.the inlet port 22 into the chamber 60, i.e. the interior of the housing 12 can flow in, while the exit through the valve seat 18 is blocked by the closure piece 24. The right side of the figure shows the valve in the open state, in which the pressure medium flows through the inlet opening 22, then from the inner end of the inlet opening 22 through radial channels 68, which in the upper End face of the stop ring 30, the guide bushing 32 and the anchor plate 34 are formed, from there in an annular recess 62 in the upper face of the anchor plate 34, then through axial bores 64 in of the anchor plate 34 and through axial openings 66 in the leaf springs 56, 58 to the chamber 60, from which the Pressure medium flows through the open valve seat 18 to the outlet opening 16.
Der Magnetanker 36 ist gemäß der Erfindung in Form eines Dauermagneten ausgebildet, dessen Coerzitivkraft durch die Magnetspule 38 in jeder Richtung aufmagnetisiert werden kann.The armature 36 is designed according to the invention in the form of a permanent magnet, the coercive force by the solenoid 38 can be magnetized in any direction.
Im linken Teil der Zeichnung ist, wie bereits erwähnt, das Ventil in geschlossenem Zustand gezeigt, in welchem die Magnetspule 38 nicht erregt ist. Die beiden Blattfedern 56, 58 drücken die Baugruppe aus Ankerplatte, Führungsbüchse, Anschlagring, Feder, Druckstück und Verschlußstück 24 axial in der Zeichnung nach unten, wobei das Verschlußstück 24, das seinerseits noch durch die Druckfeder 28 und den Druck des Druckmediums in Schließrichtung beaufschlagt wird, gegen den Ventilsitz 18 angepreßt wird, so daß dieser geschlossen wird.In the left part of the drawing, as already mentioned, the valve is shown in the closed state, in which the solenoid 38 is not energized. The two leaf springs 56, 58 press the assembly of the anchor plate, Guide bushing, stop ring, spring, pressure piece and locking piece 24 axially downward in the drawing, wherein the closure piece 24, which in turn is acted upon by the compression spring 28 and the pressure of the pressure medium in the closing direction, is pressed against the valve seat 18 so that it is closed.
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Wird nun die Magnetspule 38 In einer gegebenen Stromrichtung erregt, so baut sie ein hohes magnetisches Feld auf, das den Dauermagneten 36 bis nahe zur Sättigung aufmagnetisiert, wodurch die Ankerplatte 34 angezogen wird, so daß sie die im rechten Teil der Figur gezeigte Stellung einnimmt, in welcher sie an den Flußleitstücken 46, 48 anliegt und diese beiden Teile magnetisch verbindet. Der magnetische Fluß verläuft nun durch den Dauermagneten 36, das Spulengehäuse 42, das Flußleitstück 48, die Ankerplatte 34 und das Flußleitstück 46. Das Ventil ist nun geöffnet und das Druckmittel strömt in der oben beschriebenen Weise zum und durch den Ventilsitz 38 zur Auslaßöffnung 16.If the solenoid 38 is now in a given current direction excited, it builds up a high magnetic field that magnetizes the permanent magnet 36 to near saturation, whereby the anchor plate 34 is tightened so that it assumes the position shown in the right part of the figure, in which it rests against the flux guide pieces 46, 48 and magnetically connects these two parts. The magnetic flux runs now through the permanent magnet 36, the coil housing 42, the flux guide piece 48, the anchor plate 34 and the flux guide piece 46. The valve is now open and the pressure medium flows to and through the in the manner described above Valve seat 38 to outlet opening 16.
Zum Aufmagnetisieren des Dauermagneten 36 und damit zum Anziehen der Ankerplatte 34 und zum öffnen des Ventils genügt ein kurzer elektrischer Impuls mit einer Dauer von z.B. 10 Millisekunden. Danach wird die Energiezufuhr abgeschaltet. Das remanente Magnetfeld des Dauermagneten 36 hält jedoch die Ankerplatte 34 auch nach dem Abschalten der Energiezufuhr in dieser im rechten Teil der Figur gezeichneten Stellung, in der das Ventil geöffnet ist. Das Ventil kann somit ohne Energiezufuhr über eine lange Zeit geöffnet bleiben. Soll das Ventil geschlossen werden, so wird an die Magnetspule 38 ein elektrischer Impuls in Gegenrichtung zu der Richtung des oben genannten öffnungsimpulses gelegt, so daß in der Magnetspule ein Magnetfeld erzeugt wird, welches das Feld des Dauermagneten 36 abbaut, wodurch die magnetische Kraft des Dauermagneten verringert wird. Die Impulslänge zum Schließen des Ventiles kann wesentlich kürzer sein als die zum öffnen erforderliche, und sie kann z.B. 1 Millisekunde betragen. Andererseits kann aber auch die Impulslänge gleich gehalten werden und die Magnetspule zum Schließen mit einer entsprechend geringeren elektrischen Leistung angesteuert werden.To magnetize the permanent magnet 36 and thus to attract it the armature plate 34 and to open the valve a short electrical impulse with a duration of e.g. 10 milliseconds. The energy supply is then switched off. However, the remanent magnetic field of the permanent magnet 36 holds the anchor plate 34 also after switching off the energy supply in this drawn in the right part of the figure Position in which the valve is open. The valve can thus be opened for a long time without supplying energy stay. If the valve is to be closed, an electrical pulse is sent to the solenoid 38 in the opposite direction placed in the direction of the opening impulse mentioned above, so that a magnetic field is generated in the magnetic coil, which reduces the field of the permanent magnet 36, whereby the magnetic Force of the permanent magnet is reduced. The pulse length for closing the valve can be much shorter than that required to open, and it can be, for example, 1 millisecond. On the other hand, the pulse length can also be the same are held and the solenoid is controlled to close with a correspondingly lower electrical power will.
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Nach Abbau bzw. Reduzierung des Magnetfeldes des Dauermagneten 36 übersteigt die Kraft der Blattfedern 54, 56 die Magnetkraft des Dauermagneten 36, so daß das Ventil geschlossen wird, d.h. die Ankerplatte 34 wird zusammen mit der Führungsbüchse 32 und dem Verschlußstück 24 in Schließrichtung auf den Ventilsitz 18 zu bewegt bis in die im linken Teil der Figur gezeigte Position, in der das Ventil geschlossen ist und zwischen der Ankerplatte 34 und den Flußleitstücken 46, 48 ein Luftspalt vorhanden ist.After the magnetic field of the permanent magnet 36 has been broken down or reduced, the force of the leaf springs 54, 56 exceeds the magnetic force of the permanent magnet 36, so that the valve is closed, i.e. the armature plate 34 together with the guide bushing 32 and the closure piece 24 is moved in the closing direction towards the valve seat 18 up to that shown in the left part of the figure Position in which the valve is closed and between the armature plate 34 and the flux guide pieces 46, 48 an air gap is available.
Durch geeignete Wahl des Dauermagneten 36 und geeignete Abstimmung der radial, gteifen Blattfedern 56, 58 ist das remanente Magnetfeld des Dauermagneten 36 in der Lage, auch unter hohen Vibrationsbelastungen das Ventil geöffnet zu halten, während die Federn das Ventil auch bei hohen Vibrationsbelastungen sicher geschlossen halten.By suitable choice of the permanent magnet 36 and suitable matching of the radia l, g Teifen leaf springs 56, 58 is the remanent magnetic field of the permanent magnet 36 in a position to keep the valve open even under high vibration loads, while the springs, the valve even under high vibration loads safely keep closed.
Der Dauermagnet 36 und der Federsatz 56, 58 werden hierbei zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß die Remanenzenergie des Magneten etwa zehn_mal so hoch ist wie die maximal in dem Federsatz speicherbare Energie.The permanent magnet 36 and the set of springs 56, 58 are expediently designed so that the remanence energy of the magnet is about ten times as high as the maximum energy that can be stored in the set of springs.
Wenn somit die Magnetspule 38 in Öffnungsrichtung erregt wird, wird die Ankerplatte 34 gegen die Kraft der Federn 56, 58 angezogen und danach nach dem Abschalten der Energiezufuhr durch die Remanenzkraft des Magneten in der angezogenen Stellung gehalten, d.h. die Remanenzkraft des Magneten ist größer als die von der Feder ausgeübte Kraft. Wird die Spule in Gegenrichtung erregt, so fällt die Kraft des Dauermagneten 36, wie bereits ausgeführt, unter die Kraft der Federn 56, 58, so daß das Ventil wieder in die geschlossene Schaltstellung geschaltet wird.Thus, when the solenoid 38 is excited in the opening direction, the armature plate 34 is against the force of the springs 56, 58 attracted and then after switching off the energy supply by the remanent force of the magnet in the attracted Position held, i.e. the remanent force of the magnet is greater than the force exerted by the spring. Will the When the coil is excited in the opposite direction, the force of the permanent magnet 36, as already stated, falls below the force of the Springs 56, 58 so that the valve is switched back to the closed switching position.
Der erfindungsgemäße Aufbau ermöglicht somit lange öffnungs-The structure according to the invention thus enables long opening
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zeiten und lange Schließzeiten bei nur minimalem Energieverbrauch, da zum jeweiligen Umschalten des Ventiles nur sehr kurze elektrische Impulse erforderlich sind.times and long closing times with only minimal energy consumption, since only very short electrical impulses are required to switch the valve.
Die einzelnen Teile des Ventiles und des Elektromagneten können zweckmäßigerweise in nicht-rostendem Material ausgeführt sein, so daß das Ventil auch für aggressive Medien verwendbar ist.The individual parts of the valve and the electromagnet can expediently be made of stainless material so that the valve can also be used for aggressive media.
Die Magnetspule 38 ist nach einer bevorzugten Weiterbildung aus zwei Teilspulen 37, 39 aufgebaut, so daß durch Einspeisen einer hochfrequenten Wechselspannung in die eine Teilspule und Entnahme eines Signals aus der anderen Teilspule die Ventilstellung ermittelt werden kann, da der übertragungsfaktor von einer Teilspule zur anderen Teilspule durch die Stellung der Ankerplatte beeinflußt wird. According to a preferred development, the magnetic coil 38 is made up of two sub-coils 37, 39, so that the valve position can be determined by feeding a high-frequency alternating voltage into one sub-coil and taking a signal from the other sub-coil, since the transmission factor from one sub-coil to the other sub-coil is influenced by the position of the anchor plate .
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zwei Biegefedern dargestellt, gegebenenfalls können aber auch nur eine oder mehr als zwei solcher Biegefedern vorgesehen werden. In the exemplary embodiment described, two spiral springs are shown, but if necessary only one or more than two such spiral springs can be provided .
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |