DE3018972A1 - Magnetventil - Google Patents

Description

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OV I O -3 / £ Dipl.-Chem. Dr. Brandes

Dr.-lng. Held Dipl.-Phys. Wolff

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10.4.1980

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Reg.-Nr. 126

Klaus HCGLER, 7060 Schorndorf (Baden-Württemberg)

Magnetventil

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil für flüssige und gasförmige Medien, dessen Ventilverschlußstück oder Ventilverschlußstücke mittels eines Ankers betätigbar sind, der im magnetischen Kreis sowohl wenigstens eines Elektromagneten als auch wenigstens eines Permanentmagneten liegt.

Die Einsatzmöglichkeiten der bekannten Zwei-Wegeventile und Drei-Wegeventile dieser Art sind durch den verhältnismäßig großen Raumbedarf und die erhebliche elektrische Leistungsaufnahme beschränkt. Zwar kann die elektrische Leistungsaufnähme durch Verwendung eines Servomechanismusses vermindert werden. Durch einen Servomechanismus werden aber der Raumbedarf und die Kosten wesentlich erhöht.

Telefonische Auskünfte und Auftröge sind nur nach schriftlicher 30048/0206 Bestätigung verbindlich

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil zu schaffen, das durch einen geringeren Raumbedarf und eine geringere elektrische Leistung eine vielfältigere Einsatzmöglichkeit erlaubt, das aber dennoch kostengünstig ist. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Magnetventil, das die Merkmale des Anspruches 1 aufweisen.

und über die Arbeitsluftspalt*=· gehende Da der vom Elektromagneten erzeugte/magnetische Flui- nicht durch den einen hohen magnetischen Widerstand bildenden Permanentmagneten hindurchgeführt ist, ist die im Magnetkreis des Elektromagneten erforderliche magnetische Durchflutung wesentlich geringer als bei den bekannten Magnetventilen, was eine deutliche Verminderung des Raumbedarfs für den Elektromagneten zur Folge hat. Ebenso wird hierdurch die "ur Ansteuerung des Elektromagneten notwendige elektrische Energie wesentlich vermindert. Weiterhin erreicht man eine Verminderung der elektrischen Leistungsaufnahme des Elektromagneten und auch seines Raumbedarfs dadurch, daß die beiden Arbeitsluftspalte für den magnetischen Fluß des Elektromaa·· neten i_n Reihe liegen, so daß die Induktivität des Elektromagneten vor und nach dem Umschaltvorgana des Ventils gleich oder zumindest nahezu gleich groR ist. Dennoch ist durch die günstige Gestaltung der magnetischen Kreise der Leistungskoeffizient des erfindungsgemäßen Magnetventils, also das Verhältnis von elektrischer Leistuna zu mechanischer Schaltleistung, sehr günstig.

Ein weiterer, wesentlicher Vorteil des erfindungsgemaßen Magnetventiles, der zu einer vielfältigen Einsatzmöglichkeit beiträgt, besteht darin, daß es sowohl mit Hilfe von Dauersignalen als auch von Impuls Signalen umgeschaltet wer-ien kann und daß ihm mittels einfacher konstruktiver Maßnahmen ein monostabiles , ein bistabiles oder ein tristabiles Verhalten gegeben werden kann. Ein monostabiles Verhalten kann beispielsweise ausschließlich mit Hilfe des Permanentmagneten oder aber auch beispielsweise mit Hilfe einer Feder erreicht werden. Selbst- ;rständlich sind auch Kombinationen mehrerer Maßnahmen möglich,

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Eine Bistabilität kann ebenfalls rein mechanisch, beispielsweise mittels eines kniehebelartig wirkenden Federmechanismusses, oder aber unter Zuhilfenahme magnetischer Mittel verwirklicht werden. Im letztgenannten Falle genügt es beispielsweise, die permanente Induktion im Magnetsystem so groß zu machen, daß der in beiden Endstellungen mittels einer Feder vorbelastete Anker gegen die Federkraft vom permanenten magnetischen Fluß/gehalten wird. Es kann auch mittels asymmetrischer Federkräfte wahlweise ein monostabiles oder bistabiles Verhalten eingestellt werden, v/eil hierzu nur eine Änderung der asymmetrischen Federkräfte notwendig ist, die im einen Falle größer und im anderen Falle kleiner als die magnetische Haltekraft sein müssen. Ein tristabiles Verhalten kann beispielsweise mittels einer Feder oder eines Federsystems erzielt werden, welche den zugeordneten Anker in einer Mittelstellung zu halten suchen.

Ein anderer, wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen netventils besteht darin, daß es wegen der geringen elektrischen Leistungsaufnahme in einfacher Weise mit Hilfe von elektrischen oder elektronischen Bauelementen angesteuert werden kann. Daher kann es auch ohne Schwierigkeiten programmiert werden. Beispielsweise können hierdurch das Zeifcverhalten oder die Umschaltbedingungen oder die Leistungsaufnahme verändert werden.

Die für einen ümschaltvprgang des Ventils erforderliche elektrische Leistung kann noch weiter vermindert werden, wenn der Anker aus wenigstens zwei in Längsrichtung seiner Drehachse nebeneinander angeordneten Teilen besteht, die um einen Winkel, der kleiner ist als der Schwenkwinkel zwischen der SchlieP-stellung und der Öffnungsstellung, relativ zueinander um die Drehachse verschwenkbar sind. Die Verminderung der Leistungsaufnahme ist bei einem derartigen, mit einem lamellierten Paket vergleichbaren Anker darauf zurückzuführen, daß zunächst eiaer oder mehrere der Teile des Ankers, jedoch nicht alle Teile, eine Schwenkbewegung gegen den zu erreichenden Polschuh hin ausführen, ohne das '/eatilverschlußstück oder die Ventil-

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verschlußstücke zu bewegen. Erst nach dieser Leerbewegung eines oder mehrerer Teile des Ankers beainnt die Bewegung des Ventilverschlußstückes oder der Ventilverschlußstücke. Die Betätigungskraft des Ankers ist nun aber wegen der durch die Leerbewegung bewirkten Verkleinerung des Arbeitsluftspaltes erheblich vergrößert, so daß insgesamt eine geringere Kraft des Elektromagneten und damit eine gerinaere Leistuna genügt, um den Umschaltvorgang des Magnetventils zu bewirken.

Sofern der Anker in relativ zueinander verschwenkbare Teile unterteilt ist, ist es vorteilhaft, wenn zumindest in der einen der beiden Endstellungen des Ankers, die je durch die Anlage des Ankers an einem Polschuh definiert sind, nicht an allen Teilen eine den Anker aus der Endstelluna heraus zu bewegen suchende, durch eine Feder oder ein ^edersystem erzeugte Rückstellkraft anareift. Hierdurch wird nämlich ohne eine Vergrößerung der Rückstellkraft das ^Trerhältnis zwischen dieser und der Haltekraft des permanentmagnetischen Svstems durch eine Verminderuna dieser Haltekraft vergrößert. Je gerinaer diese Haltekraft ist, desto geringer ist auch die Leistung, welche dem elektromaanetischen System zugeführt werden muß, um eine Umschaltbeweguncr des Ankers unter Überwindung der Haltekraft zu bewirker.

Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung des Permanentmagneten oder der Permanentmagnete in magnetischen Kreisen, die über wenigstens ein abzweigendes Flußleitstück mit dem magnetischen Kreis des Elektromagneten vermascht sind und sich in den beiden Arbeitsluftspalten überlagern. Man kann hierdurch nicht nur in einfacher Weise erreichen, daß der Fluß des elektromagnetischen Svstems, der sich über die beiden Arbeitsluftspalte und den Anker, nicht aber über den Permanentmagneten oder die Permanentmagnete schließt, vom permanentmagnetischen Fluß im einen Arbeitsluftsoalt verstärkt und im anderen geschwächt wird. Vielmehr ist es hierbei auch in einfacher Weise möglich, den permanentmaanetischen Fluß zu beeinflussen, ohne daß sich diese Be-

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einflussung auch auf den elektromagnetisch erzeugten Fluß auswirkt. Beispielsweise kann mittels des Flußleitstückes der permanentmagnetische Fluß auf einen bestimmten Wert begrenzt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist zumindest der eine der beiden Jochschenkel einen abzweiqenden, sich gegen den anderen Jochschenkel hin erstreckenden und zu dem Permanentmagneten führenden Arm als Flußleitstück auf. Dies

ergibt eine sehr raumsparende Bauweise, die außerdem kostendes günstig ist, da die Jochschenkel und das Flußleitstück,/ein separates oder mit dem Jochschenkel einstückia ausgebildetes Teil sein kann, Abschnitte von Profilstäben sein können. Letzteres gilt auch für den Anker. Selbstverständlich ist aber auch eine geblechte Ausführung einzelner oder aller die magnetischen Flüsse führenden Teile möglich. Weisen beide Jochschenkel einen sich creaen den anderen Jochschenkel hin erstreckenden und als Flußleitstück dienenden Arm auf, dann ist es besonders einfach, zwei Permanentmagnete vorzusehen. Zwei Permanentmagnete oder Permanentmagnetsvsteme haben den Vorteil, daß die permanentmagnetischen Teilflüsse, beispielsweise durch die Wahl unterschiedlich starker Permanentmagnete oder mittels.unterschiedlicher Fluß leitstücke_f nahezu unabhängig voneinander auf besti-nmte, z.B. optimale Werte eingestellt werden können. Eine Lage des Permanentmagneten oder der Permanentmagnete zwischen den beiden Jochschenkeln ist auch für eine verschiebbare Anordnung besonders vorteilhaft, die eine Justierung, beispielsweise zur Einstellung von Asymmetrien oder zur Kompensation von Fertigungsungenauigkeiten, ermöglicht. Die Justierung kann dann beispielsweise mit Hilfe von Stellschrauben erfolgen, die am Flußleitstück und/oder Permanentmagneten angreifen und in Bohrungen der Jochschenkel geführt sind.

Sofern in den beiden Arbeitsluftspalten unterschiedliche magnetische Verhältnisse herrschen sollen, kann dies auch durch unterschiedliche Formen der Polschuhe oder der ihnen

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zugekehrten Ankerabschnitte erreicht werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform greift in der Ankermitte eine Feder an, die eine eine Rückstellkraft bei einer Auslenkung des Ankers aus einer Mittelstellung erzeugende Form hat. Da diese Feder allein oder zusammen mit weiteren Federn die Schließkraft auf die Ventilverschlußstücke ausübt, hat eine Erhöhung der Schließkraft auch zur Folge, daß vJ.e Rückstellkraft zunimmt, welche der Haltekraft des permanentmagnetischen Systems entgegenwirkt. ^Mit Hilfe dieser Feder kann deshalb ein Teil der Haltekraft des permanentmagnetischen Systems kompensiert v/erden, was gleichbedeutend ist mit einer Verminderung der Leistungsaufnahme des Elektromagneten beim Schaltvorgang, weil durch die Kompensation eines Teils der Haltekraft die zum Lösen des Ankers vom Elektromagneten zu erzeugende Kraft vermindert wird. Durch Verändern der Federvorspannung mit Hilfe einer Justierschraube können die Schaltpunkte des Ventils zusätzlich angepaßt werden.

Eine noch weitergehende Verminderung des Leistungsbedarfs des Elektromagneten für einen Schaltvorgang kann man dann erreichen, wenn das am Anker angreifende Federsystem asymmetrisch ist, d.h., der Schließdruck in der einen Schaltstellung kleiner ist als derjenige in der anderen Schaltstellung. Dies kann durch eine außerhalb der Ankermitte am Anker angreifende Feder oder aber auch durch mehrere Federn erreicht werden. Sind mehrere Federn vorgesehen, so kann mittels einer ersten Feder oder eines ersten Federsystems/fein Ruckstellmoment auf den Anker ausgeübt werden, wenn dieser aus seiner Mittelstellung heraus in die eine Endstellung geschwenkt ist. Eine zweite Feder oder ein zweites Federsystem können dabei auf den Anker ein entgegengesetzt

vorzugsweise gerichtetes Drehmoment ausüben, das/in jeder Stellung des Ankers zwischen der einen und der änderen Endlage wirksam ist. Unterschiedlich hohe Schließdrucke in den beiden Schaltstellungen sind in der Regel nicht nachteilig, weil in der einen Stellung normalerweise die Entsorgungsleitung geschlossen gehalten wird und hierzu kein nennenswerter Schließdruck erforderlich ist.

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Um einerseits in möglichst einfacher Weise die Signal- oder Steuerleitungen anschließen und die gegebenenfalls vorhandenen mehreren Spulen des Elektromagneten ohne weiteres umschalten zu können, weist der Magnetkopf vorzugsweise wenigstens eine Kontaktträgerplatte auf, die Steckverbindungselemente und/oder elektrische und/oder elektronische Bauelemente trägt<. Reichen diese Bauelemente für die gewünschte Programmierung nicht aus oder soll eine Programmierung dadurch möglich sein, daß wählbare Programmschaltungen angeschlossen werden können, dann können entsprechende Steckverbindunaselemente an dieser Kontaktträgerplatte oder an einer zusätzlichen Kontaktträgerplatte vorgesehen sein. Derartige Kontaktträgerplatten ermöglichen es auch in einfacher Weise, zwei oder noch mehr Magnetköpfe beispielsweise durch Zusammenstecken einer Magnetkopfbatterie zu vereinigen und elektrisch zusammenzuschalten, z.B. wenn eine Kontaktträgerplatte Kontaktzungen und die andere Kontaktträgerplatte Kontaktklemmen trägt.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt und unvollständio dargestellte Seitenansicht von zwei gleich ausgebildeten, zu einer Batterie vereinigten Magnetventile,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II - II der Fig.l,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Joch und die beiden Polschenkel des elektromagnetischen Systems,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Schlauchanschlußseite des Ausführungsbeispiels.

Wie die Fig. 2 zeigt, sitzt auf dem Mittelabschnitt eines im Querschnitt rechteckförmigen Joches 1, das aus Weicheisen besteht, ein Spulenträger 2, welcher seinerseits eine oder mehrere Wicklungen 3 trägt. Die über den Spulenträger 2

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überstehenden Enden des Joches 1 greifen in entsprechend geformte Durchbrüche von zwei gleich ausgebildeten Jochschenkeln 4 ein, die ebenfalls aus einem gut magnetisierbaren Material bestehen. Wie insbesondere Fig. 3 zeigt, weisen die beiden Jochschenkel 4, die im Ausführungsbeispiel die Abschnitte eines Profilstabes sind, eine rechteckige Grundplatte 5 auf. Diese beiden Grundplatten liegen parallel im Abstand voneinander in einer gemeinsamen, zum Joch 1 parallelen Ebene. Von der der anderen Grundplatte 5 zugekehrten Randzone aus erstreckt sich zum Joch hin eine einstückia mit der Grundplatte 5 ausgebildete Wange 6, deren Breite zum Joch hin in Stufen abnimmt, wie Fig. 1 zeigt. Von der einen Wange 6 aus erstreckt sich etwas oberhalb der Grundplatte ein plattenförmiger Arm 7 gegen die andere Wanoe hin, der im Abstand von dieser Wange endet.

An der dem Joch abgekehrten Seite des plattenförmigen Armes 7 ist ein quaderförraiger Permanentmagnet 8 festgelegt, dessen Unterseite in der von der Unterseite, also der dem Joch 1 abgekehrten Seite, der beiden Grundplatten 5 definier-

2_ ten Ebene liegt.

Der Abstand zwischen dem Permanentmagneten und den beiden Grundplatten ist so groß gewählt, daß über diesen Luftspalt kein magnetischer Fluß geht. Die beiden Zwischenräume zwischen dem Permanentmagneten und den Grundplatten sowie die Zwischenräume zwischen dem Arm und der anderen Wange sind mit einem Gießharz oder dgl. ausgegossen. Auch die übrigen Teile der Wangen sowie der Spulenträger 2 und die Wicklung

3 sind in Gießharz oder dgl. eingebettet. Der als Ganzes mit Io bezeichnete Magnetkopf, welcher den aus dem Spulenträger 2, der Wicklung 3, dem Joch 1 sowie den Jochschenkeln

4 bestehenden Elektromagneten sowie den Permanentmagnet 8 und den ihm zugeordneten Arm 7 enthält, hat die Form eines Blockes mit lotrecht auf der von den Grundplatten 5 definierten Ebene stehenden Seitenflächen und einer parallel zu dieser Ebene liegenden Kopffläche.

In zwei gegenüberliegenden, in Fig. 2 nach links bzw. nach

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rechts weisenden Seitenflächen des Magnetkopfes Io ist versenkt je eine elektrisch isolierende Kontaktträgerplatte 11 bzw. 12 angeordnet, die im Ausführungsbeispiel beide als Leiterplatten ausgebildet sind, jedoch auch ausschließlich aus Isoliermaterial bestehen könnten. Das Gießharz oder dgl., in das die Einzelteile des Magnetkopfes eingebettet sind, übergreift den Rand dieser Kontaktträgerplatten und fixiert diese daher im Magnetkopf, und zwar im Ausführungsbeispiel in Anlage an der einen bzw. anderen Stirnfläche des Joches Das Zentrum jeder Kontaktträgerplatte wird von einem in das Joch eingeschraubten Verbindungskörper 13 durchdrungen, der ein Innengewinde für eine Steckdose oder einen Steckmodul aufweist. Die in Fig. 2 links dargestellte Kontaktträgerplatte 11 trägt vier Flachstecker 14, mit denen die Enden der Wicklung 3 verbunden sind, die im Ausführungsbeispiel aus zwei Spulen unterschiedlicher Windungszahl besteht. Die Verbindung erfolgt über Stifte 15 (Fig.l), die vom einen Flansch des Spulenträgers 2 abstehen. In ihren vier Eckzonen sind die Kontaktträgerplatten 11 und 12 mit je einem elektrisch gut leitenden Verbindungsstab 16 verbunden. Diese Verbindungsstäbe tragen ebenfalls dazu bei, die Kontaktträgerplatten 11 und 12 festzulegen. Außerdem bilden sie vier Verbindungsleitungen zwischen den beiden Kontaktträgerplatten. Selbstverständlich könntei statt der im Ausführungsbeispiel massiven Verbindungsstäbe 16 auch Rohre vorgesehen sein, durch die hindurch eine größere Anzahl von Verbindungsleitungen von der einen zur anderen Kontaktträgerplatte geführt werden könnten.

Die in den Zuleitungen zur Wicklung 3 liegenden Gleichrichter sind im Ausführungsbeispiel auf der die Flachstecker 14 tragenden Kontaktträgerplatte 11 angeordnet, aber nicht dargestellt. Sie könnten aber auch, gegebenenfalls zusammen mit weiteren Bauelementen, auf der anderen Kontaktträgerplatte 12 vorgesehen «sein. Letztere kann außerdem Steckverbindungselemente aufweisen, um Steckmodule, die beispielsweise Programmschaltungen enthalten, in einfacher Weise anschließen zu können oder eine Verbindung

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zu anderen Magnetventilen herstellen zu können.

Damit das Medium, das durch das Magnetventil hindurchfließt, nicht in den Magnetkopf Io eindringen kann, ist dieser auf der an das Ventilgehäuse 17 angrenzenden Fläche mittels einer dicht anliegenden Trennfolie 18 abgedeckt. Diese Trennfolie besteht aus einem gegen aggressive Medien unempfindlichen Werkstoff, beispielsweise Metall oder Kunststoff. Sie kann gleichzeitig als Trennschicht wirken, um den steilen Anstieg der Magnetkennlinie in Polschuhnähe zu reduzieren. j_o Sofern als Medium nur Luft in Frage kommt, genügt auch eine im Siebdruckverfahren aufgebrachte Dichtungsschicht, um den Magnetkopf zu versiegeln.

An der dem Ventilgehäuse 17 zugekehrten Seite des Permanentmagneten 8 ist unter Zwischenlage der Trennfolie 18 je eine aus magnetisierbarem Material bestehende Lagerplatte 19 festgelegt, die im Ausführungsbeispiel seitlich nicht über den zugeordneten Permanentmagneten übersteht. Diese Lagerplatte 19 hat mittig eine quer zur Längsrichtung des Joches 1 verlaufende, in das Ventilgehäuse hinein vorspringende Leiste, die in eine mittig angeordnete Quernut 2o des zugeordneten Ankers 2o eingreift und ein Wipplager für diesen bildet. Der Anker 21 könnte aus einem einzigen Abschnitt eines Profilstabes oder aus mehreren ein Paket bildenden Blechen bestehen. Im Ausführungsbeispiel ist der Anker jedoch aus drei in Längsrichtung seiner Drehachse nebeneinander angeordneten Teilen 21· und 21" zusammengesetzt, die relativ zueinander um die Drechachse begrenzt verschwenkbar sind. Die dem Maonetkopf zugekehrte, ebene Fläche der beiden Arme des Ankers schließen einen stumpfen Winkel miteinander ein, damit sie in der einen bzw. anderen Kipplage des Ankers ohne Luftspalt an dem ihnen zugeordneten Polschuh 22 bzw. 23 anliegen können. Alle Polschuhe sind an der gegen das Ventilgehäuse 17 weisenden Seite der Grundplatten 5 festgelegt. Der in Fig.2 links dargestellte Polschuh 22 bildet gegen den Anker 21 hin eine Stufe, welche in eine entsprechende Aussparung des

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Ankers eingreift. Hierdurch wird ein Kippen des Ankers 21 in diejenige Kipplage, in der er am Polschuh 22 anliegt, begünstigt. Das Magnetsystem gibt daher dem Anker 21 ein monostabiles Verhalten, so daß auch das Magnetventil ein monostabiles Verhalten zeigen kann.

Auf der der Lagerplatte 19 abgekehrten Seite ist der Anker 21 mit einer Quernut versehen, deren Breite sich nahezu über die gesamte Länge des Ankers erstreckt. In diese Ouernut greift ein Dichtungsträger 26 ein, der, wie Fig. 2 zeiat, ein U-förmiges Mittelteil hat, an das sich zu beiden Seiten je ein plattenförmiger Seitenteil anschließt. Die beiden Seitenteile liegen in einer gemeinsamen, senkrecht zu den Schenkeln des Mittelteils verlaufenden Ebene, und ihre freien Randzonen werden von den Flanken der Quernut 2o übergriffen. Eine vorgespannte Schraubendruckfeder 27 stützt sich einerseits am Anker 21 und andererseits am Jochabschnitt des Mittelteils des Dichtungsträgers 26 ab und sucht die Seitenteile in Anlage an den sie übergreifenden Werkstoffpartien der beiden außen liegenden Teile 21' des Ankers zu halten. Die beiden den Dichtungsträger übergreifenden Werkstoffpartien des mittleren Teils 21" des Ankers liegen hingegen in der Mittelstellung des Ankers in einem so großen Abstand vom Dichtungsträger, daß dieser Ankerteil 21" bei einer Erregung des Elektromagneten zunächst allein ein Stück weit gegen den einen Polschuh schwenken kann, ohne dabei den Polschuh zu erreichen. Erst nach dieser Schwenkbewegung des Teils 21", die durch die Verkleinerung der wirksamen Breite des Arbeitsluftspaltes zu einem erhöhten Drehmoment des Ankers führt, beginnt der Anker den Dichtungsträger 26 entgegen der Kraft der Schraubendruckfeder 27 in seine Endstellung zu kippen. Auf der dem Anker 21 abgekehrten Seite tragen die beiden Seitenteile des Dichtungsträgers 26 je ein Ventilverschlußstück 28 ,das im Ausführungsbeispiel als aufvulkanisierte, gummielastisehe Dichtplatte ausgebildet ist. Es kann aber auch z.B. eine gehärtete Stahlplatte sein. In der einen Kippstellung

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des Ankers 21 wird das vom einen Seitenteil des Dichtungsträgers 26 getragene Ventilverschlußstück 28 an den zugeordneten Ventilsitz 29 in dem als Kunststoffspritzgußteil ausgebildeten Ventilgehäuse mit hoher Kraft angepreßt, in der anderen Kippstellung das andere Ventilverschlußstück an den ihm zugeordneten Ventilsitz.

In jeder der beiden Endstellungen des Ankers liegen alle drei Teile 21' und 21" am Polschuh.an. In seiner End- oder Kippstellung wird der Dichtungsträger 26 aber nur von den beiden äußeren Teilen 21* gehalten, auf die allein die Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 27 wirkt, was zu einer wesentlich kleineren Losreißkraft führt, als wenn der Anker einstückig wäre oder seine Teile nicht relativ zueinander geschwenkt werden könnten. Zu Beginn eines Umschal tvor gangs reißen deshalb die äußeren Teile 21' des Ankers im Sinne eines Vorhubes zuerst vom Polschuh ab.

Die Ventilsitze 29 sind am innenliegenden Ende je einer Bohrung 3o vorgesehen, die andererseits in den einen oder anderen von zwei quer verlaufenden Sammelkanälen 38 münden. Die beiden Sammelkanäle stehen mit je einem Stecknippel 39 an der dem Magnetkopf Io abgekehrten Seite des Ventilaehäuses in Verbindung. Dies gilt auch für je eine dritte Bohrung 31, welche in den Zwischenraum zwischen den beiden Ventilverschlußstücken 28 mündet, in dem auch der U-förmioe Mittelteil des DichtungstrMgers 29 liegt. Alle Schlauchan-Schlüsse liegen daher auf der dem Magnetkopf Io abgekehrten Seite des Ventilgehäuses 17.

Eine weitere Bohrung 32 im Ventilgehäuse 17, die parallel zu den anderen Bohrungen liegt, ist auf das dem Polschuh 22 zugeordnete Ende des Ankers 22 ausgerichtet. Sie enthält eine Ausgleichsfeder 33 und einen von ihr belasteten, längsverschiebbaren Druckstift 34, der am Anker 21 anliegt und zu dessen monostabilem Verhalten beiträgt. Die Vorspannuna der Ausgleichsfeder 33 ist veränderbar, um auch ein bistabiles Verhalten des Ankers einstellen zu können.

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Gegen das andere Ende des Ankers 21 ist eine Bohrung gerichtet, in der längsverschiebbar ein Betätigungsstift 35 geführt ist, mittels dessen der Anker manuell betätigt werden kann.

Schrauben 36 (vgl. Fig. 4) in den Eckbereichen des Magnetkopfes 1o und des Ventilgehäuses 17 spannen beide zusammen. Eine Gehäusedichtung 37 zwischen dem Magnetkopf und dem Ventilgehäuse dichtet den Innenraum des Ventilgehäuses, in dem der Anker 21 liegt, nach außen hin ab.

Da der größere Teil des von dem Permanentmagneten 8 erzeugten Flusses sich über den Arm 7, den Polschuh 22, die eine Hälfte des Ankers 21 und die Lagerplatte 19 schließt, wird der Anker 21 in Anlage am Polschuh 22 gehalten, solange der Elektromagnet nicht erregt ist. In dieser Kipplage ist die in Fig. 2 rechts dargestellte Bohrung 3o am Ventilsitz 29 dicht verschlossen und die linke Bohrung 3o steht mit der dritten Bohrung 31 in Verbindung.

Soll das Magnetventil umgeschaltet werden, also der Anker 21 in seine andere Kipplage überführt werden, dann wird durch eine impulsartige oder dauernde Erregung des Elektromagneten ein magnetischer Fluß erzeugt, und zwar mit einer solchen Richtung,daß er im Arbeitsluftspalt 24, der in der bisherigen Schaltstellung praktisch gleich null war, dem vom Permanentmagneten erzeugten Fluß entgegengerichtet ist.

Nimmt man an, daß bei dem in Fig. 2 dargestellten Permanentmagneten 8 der Nordpol am Arm 7 anliegt und deshalb der magnetische Fluß des Permanentmagneten vom Polschuh 22 aus über

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den Arbeitsluftspalt 24 zum Anker 21 übertritt, dann muß der Nordpol des Elektromagneten an dem in Fig. 2 rechts dargestellten Ende liegen, damit der von ihm erzeugte magnetische Fluß sich über die rechts dargestellte Wange, den Polschuh 23, den Arbeitsluftspalt 25, den Anker 21, den Arbeitsluftspalt 24, den Polschuh 22 und die links dargestellte Wange 6 sowie das Joch 1 schließt. Derjenige Teil des vom Permanentmagneten 8 erzeugten magnetischen Flusses, der sich über den oberen Teil der linken Wange 6, das Joch 1, die rechte Wange 6, den Polschuh 23, den Arbeitsluftspalt 25 und den rechten Teil des Ankers 22 schließt, verstärkt den elektromagnetisch erzeugten Fluß im Arbeitsluftspalt 25 und unterstützt damit die Umschaltbewegung des Ankers 21, welche entgegen der Kraftausgleichsfeder 33 erfolgt.

Am Anfang und am Ende der Umschaltbewegung des Ankers ist die die wirksame Größe des Luftspaltes konstant, da sich der Arbeitsluftspalt 25 im gleichen Maße verringert, wie sich der Arbeitsluftspalt 24 Vergrößert. Die Induktivität des Elektromagneten ist deshalb in beiden Endstellungen des Ankers gleich groß.

Ob die beiden Anker 21 nur solange in der nun erreichten Kippstellung bleiben, wie der Elektromagnet erregt ist, hängt von der permanenten Induktion des Permanentmagneten und der eingestellten Kraft der Federn 27 und 33 ab. Ist die Rückstellkraft der Federn 27 und 3 3 größer als die Haltekraft, welche aufgrund der permanenten Magnetflüsse in den Arbeitsluf tspalten erzielt wird, dann hat das Ventil ein monostabiles Verhalten, d. h. der Anker 21 kehrt wieder in die Ausgangslage zurück, sobald der Elektromagnet nicht mehr erregt ist. Wird jedoch der Anker 21 in der zweiten Kippstellung von den permanenten Flüssen gehalten, dann hat das

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Magnetventil ein bistabiles Verhalten. Zu einer Umschaltuna in die erste Kippstellung der Anker ist dann eine impulsartige oder länger andauernde Erregung des Elektromagneten notwendig, und zwar in einem Sinne, daß der permanente Fluß im Arbeitsluftspalt 25 geschwächt oder kompensiert und im Arbeitsluftspalt 24 verstärkt wird.

Da die Schraubendruckfeder 27 den Anker in seiner Mittelstellung zu halten sucht, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann durch eine entsprechende Dimensionierung dieser Schraubendruckfeder 27 dem Ventil auch ein tristabildes Verhalten gegeben werden.

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Claims (15)

1. Patentansprüche

   C 1J Magnetventil für flüssige und gasförmige Medien, dessen Ventilverschlußstück oder -verschlußstücke mittels eines Ankers betätigbar sind, der im magnetischen Kreis sowohl wenigstens eines Elektromagneten als auch wenigstens eines Permanentmagneten liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der als Wipp- oder Drehanker ausgebildete Anker (21) zwei sich bei einer Ankerbewegung gegensinnig ändernde Arbeitsluftspalte (24,25) bildet, die für den magnetischen Fluß des Elektromagneten (1 bis 6) in Reihe liegen ,und daß jeder vorgesehene Permanentmagnet (8) außerhalb des sich über den Anker (21) schließenden magnetischen Kreises des Elektromagneten (1 bis 6) liegt.
2. 2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Breitender beiden Arbeitsluftspalte (24,

   25) in den beiden Endlagen des Ankers (21) konstant ist.
3. 3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (21) aus wenigstens zwei in Längsrichtung seiner Drehachse nebeneinander angeordneten Teilen (21*,21") besteht, die um einen begrenzten Winkel relativ zueinander um die Drehachse verschwenkbar sind.
4. 4. Magnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in der einen der beiden Endstellungen des Ankers (21),die je durch die Anlage des Ankers (21) an einem Polschuh (22,23) definiert sind, nicht an allen seinen Teilen (21',21") eine ihn aus der Endstellung herauszubewegen suchende, durch eine Feder (27) oder ein Federsystem erzeugte Rückstellkraft angreift.
5. 5. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Permanentmagnet (8) in mag-

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   netischen Kreisen liegt, die über wenigstens ein abzweigendes Flußleitstück (7) mit dem magnetischen Kreis des Elektromagneten (1 bis 6) vermascht sind und sich diesem in den beiden Arbeitsluftspalten (24,25) überlagern.
6. 6. Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der eine der beiden Jochschenkel (4) einen abzweigenden, sich gegen den anderen Jochschenkel hin erstrekkenden und zum Permanentmagneten (8) führenden Arm (7) als Flußleitstück aufweist.
7. 7. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (8) in dem durch das Ankerlager (19) gehenden magnetischen Pfad im Bereich zwischen den beiden Jochschenkeln (4) liegt.
8. 8. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Polschuhe (22,23) und/ oder die Ankerenden eine unterschiedliche magnetische Verhältnisse ergebende Form haben.
9. 9. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Anker (21) wenigstens eine ihn in einer stabilen Lage zu halten suchende Feder (27;33) angreift.
10. 10. Magnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (27) in Ankermitte angreift, eine eine Rückstellkraft bei einer Auslenkung des Ankers (21) aus seiner Mittelstellung erzeugende Form hat und eine Schließkraft oder •inen Teil 4mc Sckließkeaft auf wenigstens eines der Ventilverschlußstücke (28) ausübt.
11. 11. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis Io, dadurch gekennzeichnet, daß die in beiden Endstellungen des Ankers (21) mittels einer oder mehrerer Federn (27,33) erzeugten Schließkräfte, mittels deren die Ventilverschlußstücke (28) gegen den zugeordneten Ventilsitz gedrückt werden eine unterschiedliche Größe haben.

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12. 12. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Teile des magnetischen Pfades des Elektromagneten (1 bis 6) aus einem Werkstoff mit permanenter Induktion besteht.
13. 13. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der den Elektromagneten (1 bis 6) und den Permanentmagneten (8) enthaltende Magnetkopf (lo) wenigstens eine als Leiterplatte ausgebildete Kontaktträgerplatte (11,12) aufweist, die Steckverbindungselemente (14) und/oder elektrische und/oder elektronische Bauelemente trägt.
14. 14. Magnetventil nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine elektrische und/oder elektronische Bauelemente tragende Platine, die über Steckverbindungen lösbar mit der Kontaktträgerplatte (11,12) mechanisch und elektrisch verbunden ist,
15. 15. Magnetventil nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktträgerplatte (11,12) oder eine zusätzliche Kontaktträgerplatte des Magnetkopfes (lo) Steckverbindungselemente für eine elektrische Verbindung mit einem zur Bildung einer Magnetkopfbatterie angefügten, weiteren Magnetventil aufweist.

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