DE4124087A1

DE4124087A1 - Operating magnet for automatic sanitary tap - with finely-tuned magnetic circuit for reducing battery energy requirement

Info

Publication number: DE4124087A1
Application number: DE19914124087
Authority: DE
Inventors: Ralf Schrank; Roland Duerig
Original assignee: RALF SCHRANK MAGNETFELDTECHNIK
Current assignee: RALF SCHRANK MAGNETFELDTECHNIK
Priority date: 1991-07-20
Filing date: 1991-07-20
Publication date: 1993-01-21
Also published as: DE9116498U1

Abstract

The operating magnet comprises a spring-loaded armature (2) and an energising winding (11) used to displace the armature. The latter is connected in series to a pole core (3), an iron strap (4), premanent magnets (5, 6) and a yoke (7) for forming a tuned magnetic circuit. Pref. a coil spring (8) acts between the pole core (3) attached to the iron strap (4) and the end of the armature (2). The latter is displaced between its two end positions by supplying a pulsed current for a duration of less than 20 milli-seconds for extending the life of the supply battery. USE - For automatically controlling flow from sanitary tap esp. Powered by battery.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magneten mit stabilen Ankerstellungen, insbesondere zur Verwendung in einer Sanitärarmatur, mit einem federbelasteten Anker und einer Wicklung.The invention relates to a magnet with stable Anchor positions, especially for use in a Sanitary fitting, with a spring-loaded anchor and one Winding.

Eine berührungslos gesteuerte Sanitärarmatur, die aus einer Batterie oder einem Akkumulator, der eventuell durch Solarzellen unterstützt wird, betrieben werden soll, darf nur einen minimalen Energiebedarf haben, damit die netzfrei betriebene Stromversorgung möglichst lange und störungsfrei aufrechterhalten werden kann.A non-contact controlled sanitary fitting that consists of one Battery or an accumulator that may be due Solar cells supported, should be operated, may only have a minimal energy requirement so that the network-free operated power supply for as long and trouble-free can be maintained.

Aus der DE-PS 38 18 342 ist eine berührungslos gesteuerte Sanitärarmatur zur kontinuierlichen Veränderung der Menge des durchfließenden Wassers bekannt, bei der ein elektrischer Gleichstrommotor sowie eine Einrichtung, die die Drehbewegung des Gleichstrommotors in eine Linearbewegung eines Stößels zur Steuerung der Membranstellung umsetzt, verwendet wird. Diese bekannte Sanitärarmatur ist komfortabel, wegen ihrer aufwendigen Bauweise jedoch zu teuer in ihrer Herstellung.From DE-PS 38 18 342 is a non-contact controlled Sanitary fitting for continuously changing the amount of flowing water known in which an electric DC motor as well as a device that allows the rotary motion of the DC motor in a linear movement of a plunger implemented to control the membrane position is used. This well-known sanitary fitting is comfortable because of it complex construction but too expensive to manufacture.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil mit stabilen Ankerstellungen zu schaffen, das einfach und kostengünstig herstellbar ist und minimalen Energiebedarf hat, so daß es über einen längeren Zeitraum mit Batterie oder Akkumulator betrieben werden kann.The invention has for its object a solenoid valve with stable anchor positions to create that simple and is inexpensive to manufacture and requires minimal energy has so that it can last for a long time with battery or Accumulator can be operated.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.According to the invention the object is achieved by the in claim 1 listed features solved.

Die Erfindung weist gegenüber dem Bekannten die Vorteile auf, daß der Anker des Magnetventils zwei stabile Endlagen einnehmen kann und der Magnet zu seiner Betätigung deshalb nur Stromimpulse braucht. Aus diesem Grund kommt der Magnet mit sehr kleinem Energieaufwand aus. Dementsprechend kann der Magnet im Batterie- bzw. Akkumulatorbetrieb störungsfrei über einen längeren Zeitraum betrieben werden. Das Magnetventil ist mit an sich bekannten Elementen aufgebaut und daher kostengünstig herstellbar.The invention has the advantages over the known that that the armature of the solenoid valve has two stable end positions can take and therefore the magnet for its actuation only needs current pulses. That is why the magnet comes with very little energy consumption. Accordingly, the Magnet in battery or accumulator operation without interference operated for a longer period of time. The solenoid valve is built with elements known per se and therefore inexpensive to manufacture.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung hervor.Further advantageous embodiments of the invention are based the subclaims and the description below forth.

Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigenThe invention is based on exemplary embodiments with reference to Drawings explained. Show it

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Magneten mit als Anwendung angedeutetem Ventilkörper, Fig. 1 shows a longitudinal section through the inventive magnet with indicated as an application valve body,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Magneten entlang einer Linie II-II in Fig. 1, jedoch ohne Wickelkörper des Magneten, Fig. 2 is a plan view of the magnet along a line II-II in Fig. 1, but without winding body of the magnet,

Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch den Magneten nach Fig. 1, jedoch mit konzentrisch auf dem Anker vorgesehener Feder, Fig. 3 is a partial longitudinal sectional view of the magnet of FIG. 1, but with concentrically provided on the armature spring,

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines mit seitlichen Längsschlitzen versehenen Ankers, Fig. 4 shows a cross section through an embodiment of an anchor provided with lateral longitudinal slits,

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein mit seitlichen Längsschlitzen versehenes Ankerführungsrohr, in dem der Anker des Magneten läuft, Fig. 5 shows a cross section through a provided with lateral longitudinal slits armature guide tube, in which the armature of the magnet runs,

Fig. 6 eine Draufsicht auf den Magneten, ähnlich der Darstellung in Fig. 2, jedoch mit einem ringförmigen Permanentmagneten sowie einem ringförmigen Joch. Fig. 6 is a plan view of the magnet, similar to the illustration in Fig. 2, but with an annular permanent magnet and an annular yoke.

Ein Anker 2 (Fig. 1) des Magneten 1, der insbesondere bei Anwendung auf eine Sanitärarmatur als Naßankermagnet aufgebaut ist, kann zwei stabile Endlagen einnehmen. Der magnetische Kreis des Magneten 1 ist durch magnetische Reihenschaltung, bestehend aus dem Anker 2, einem Polkern 3, einem Eisenbügel 4 (Fig. 1, 2), zwei Permanentmagneten 5, 6 und einem Joch 7 des Magneten 1 gebildet. Anstatt der beiden Permanentmagnete 5, 6 würde auch ein Permanentmagnet ausreichen. Beim Ausführungsbeispiel ist der Anker 2 als Stößel ausgebildet, an dessen aus dem Magneten 1 herausragenden Ende in an sich bekannter Weise ein Schließkörper 14 zum Verschließen eines Ventilsitzes 15 in einem Ventilkörper 16 eines Ventils 9, beispielsweise als Teil einer Sanitärarmatur, angebracht ist.An armature 2 ( FIG. 1) of the magnet 1 , which is constructed as a wet armature magnet in particular when used on a sanitary fitting, can assume two stable end positions. The magnetic circuit of the magnet 1 is formed by a magnetic series connection consisting of the armature 2 , a pole core 3 , an iron bracket 4 ( FIGS. 1, 2), two permanent magnets 5 , 6 and a yoke 7 of the magnet 1 . Instead of the two permanent magnets 5 , 6 , a permanent magnet would also be sufficient. In the exemplary embodiment, the armature 2 is designed as a plunger, on the end of which protrudes from the magnet 1, a closing body 14 for closing a valve seat 15 in a valve body 16 of a valve 9 , for example as part of a sanitary fitting, is attached in a manner known per se.

Die Wicklung 11 des Magneten 1 wird mit Gleichstrom beaufschlagt. Zur Erreichung der einen Stellung des Ankers 2 muß der Gleichstrom in einer Richtung durch die Wicklung 11 fließen, zur Erreichung der anderen Stellung des Ankers 2 muß der Gleichstrom in der Gegenrichtung durch die Wicklung 11 fließen. In jeder der beiden Endlagen des Ankers 2 verbleibt dieser stabil in der betreffenden Endlage.The winding 11 of the magnet 1 is supplied with direct current. To reach the one position of the armature 2 , the direct current must flow through the winding 11 in one direction; to reach the other position of the armature 2 , the direct current must flow through the winding 11 in the opposite direction. In each of the two end positions of the armature 2, it remains stable in the relevant end position.

functionality

Ist der Anker ausgefahren (in der Zeichnung nicht dargestellt) wird er durch eine axial in ihm gelagerte Druckfeder 8 (Fig. 1), die sich am Polkern 3 des Magneten 1 abstützt, in dieser Lage gehalten, wobei er mit seinem Schließkörper 14 an einem Anschlag anschlägt, beispielsweise am Ventilsitz 15 des Ventilkörpers 16. Ein weiter unten im einzelnen beschriebener magnetischer Kreis ist hierbei aufgrund eines Luftspalts zwischen dem Anker 2 und dem Polkern 3 des Magneten 1 unterbrochen.If the armature is extended (not shown in the drawing), it is held in this position by an axially mounted compression spring 8 ( FIG. 1), which is supported on the pole core 3 of the magnet 1 , with its closing body 14 on one Stop strikes, for example on the valve seat 15 of the valve body 16 . A magnetic circuit described in detail below is interrupted due to an air gap between the armature 2 and the pole core 3 of the magnet 1 .

Soll der Anker 2 in die Wicklung 11 des Magneten 1 hineingezogen werden, wird Gleichstrom durch die Wicklung 11 des Magneten 1 geleitet. Die Richtung des Gleichstroms muß derart erfolgen, daß die Richtung des magnetischen Flusses im Eisenbügel 4 einerseits und im Joch 7 andererseits gleich ist mit der Richtung des magnetischen Flusses in den Permanentmagneten 5, 6. Für das Hineinziehen des Ankers 2 in den Magneten 1 genügt kurzzeitige, also impulsmäßige Beaufschlagung der Wicklung 11 mit Gleichstrom. Hierbei verstärkt der magnetische Fluß im Eisenbügel 4 einerseits und im Joch 7 andererseits den magnetischen Fluß der Permanentmagneten 5, 6 und damit im gesamten magnetischen Kreis, so daß der Anker 2 in den Magneten 1 hineingezogen wird. Ist der Anker 2 in den Magneten 1 hineingezogen wie dies in Fig. 1 dargestellt ist - wird auch nach Beendigung des Gleichstroms durch die Wicklung 11 des Magneten 1 von den Permanentmagneten 5, 6 ein magnetischer Fluß im magnetischen Kreis (Permanentmagnete, Joch, Anker, Polkern, Eisenbügel) aufrechterhalten, der so groß ist, daß der Anker 2 unter Zusammendrückung der Druckfeder 8 weiter am Polkern 3 anliegt bzw. im angezogenen Zustand verbleibt. Die Druckfeder 8 liegt in einer Bohrung im Anker 2, stützt sich einerseits am Anker 2 und andererseits am Polkern 3 ab.If the armature 2 is to be drawn into the winding 11 of the magnet 1 , direct current is passed through the winding 11 of the magnet 1 . The direction of the direct current must be such that the direction of the magnetic flux in the iron bracket 4 on the one hand and in the yoke 7 on the other hand is the same as the direction of the magnetic flux in the permanent magnets 5 , 6 . For pulling the armature 2 into the magnet 1, it is sufficient to apply a direct current to the winding 11 , that is to say in terms of pulses. Here, the magnetic flux in the iron bracket 4 on the one hand and in the yoke 7 on the other hand increases the magnetic flux of the permanent magnets 5 , 6 and thus in the entire magnetic circuit, so that the armature 2 is drawn into the magnet 1 . If the armature 2 is drawn into the magnet 1 as shown in FIG. 1, even after the direct current has ended, the winding 11 of the magnet 1 causes the permanent magnets 5 , 6 to generate a magnetic flux in the magnetic circuit (permanent magnets, yoke, armature, Pole core, iron bracket) is maintained, which is so large that the armature 2 continues to press the compression spring 8 against the pole core 3 or remains in the tightened state. The compression spring 8 lies in a bore in the armature 2 , is supported on the one hand on the armature 2 and on the other hand on the pole core 3 .

Soll der Anker 2 wieder ausgefahren werden, wird erneut ein Gleichstrom durch die Wicklung 11 des Magneten 1 geleitet, dessen Richtung aber umgekehrt derjenigen ist, die dem Anzug des Ankers 2 diente. Der magnetische Fluß im Eisenbügel 4 einerseits und im Joch 7 andererseits ist demjenigen in den Permanentmagneten 5, 6 entgegengerichtet, so daß sie keinen oder zumindest nur noch einen geringen magnetischen Fluß im Anker 2 gestatten. Auch hierfür reicht kurzzeitige, also impulsmäßige Beaufschlagung der Wicklung 11 mit Gleichstrom aus. Die Druckfeder 8 schiebt den Anker 2 von dem Polkern 3 weg, also aus dem Magneten 1 heraus.If the armature 2 is to be extended again, a direct current is again passed through the winding 11 of the magnet 1 , the direction of which, however, is the reverse of that used to attract the armature 2 . The magnetic flux in the iron bracket 4, on the one hand, and in the yoke 7, on the other hand, is opposite to that in the permanent magnets 5 , 6 , so that they do not allow any magnetic flux in the armature 2 , or at least only a small one. Short-term, ie impulsive, application of winding 11 to direct current is also sufficient for this. The compression spring 8 pushes the armature 2 away from the pole core 3 , that is, out of the magnet 1 .

Anstatt einer einzigen Wicklung 11 (Fig. 1) können bei einem Ausführungsbeispiel auch zwei Wicklungen 17, 18 (Fig. 3) aufeinandergewickelt sein, wobei zweckmäßigerweise das äußere Ende der inneren Wicklung 17 mit dem inneren Ende der äußeren Wicklung 18 elektrisch verbunden ist, so daß sich eine günstige Möglichkeit der Umpolung zum Zweck der Betätigung des Ankers 2 des Magneten 1 ergibt. Zu diesem Zweck ist die elektrische Verbindung zwischen den beiden Wicklungen 17, 18, nämlich ein Mittenanschluß 29 - wie auch die beiden freien Enden der Wicklungen 17, 18 - aus dem Magneten 1 herausgeführt.Instead of a single winding 11 ( FIG. 1), two windings 17 , 18 ( FIG. 3) can also be wound on one another in one exemplary embodiment, the outer end of the inner winding 17 advantageously being electrically connected to the inner end of the outer winding 18 , so that there is a favorable possibility of polarity reversal for the purpose of actuating the armature 2 of the magnet 1 . For this purpose, the electrical connection between the two windings 17 , 18 , namely a center connection 29 - and the two free ends of the windings 17 , 18 - are led out of the magnet 1 .

Anstatt der im Anker 2 gelagerten Druckfeder 8 (Fig. 1) kann gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel eine Druckfeder 10 (Fig. 3) vorgesehen sein, die sich einerseits an einem gehäusefesten Widerlager 19 und andererseits am Anker 2 abstützt. Beim Ausführungsbeispiel ist die Druckfeder 10 konzentrisch auf dem Anker 2 angeordnet.Instead of the compression spring 8 ( FIG. 1) mounted in the armature 2 , a compression spring 10 ( FIG. 3) can be provided according to another exemplary embodiment, which is supported on the one hand on an abutment 19 fixed to the housing and on the other hand on the armature 2 . In the embodiment, the compression spring 10 is arranged concentrically on the armature 2 .

Der Anker des Magneten 1 ist von dem Medium, das das Ventil 9 passiert, also vor allem Wasser, umspült. Zieht der Anker an, bremst ihn das Wasser in dem Raum, in den er hineingleiten will. Insbesondere trifft dies für den Raum zwischen dem Anker und dem Polkern 3 zu.The armature of the magnet 1 is surrounded by the medium that passes through the valve 9 , that is, especially water. If the anchor pulls, the water slows it down in the room into which it wants to slide. In particular, this applies to the space between the armature and the pole core 3 .

Anstatt eines Ankers 2 mit rundem Querschnitt (Fig. 2) kann gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Anker 20 (Fig. 4) mit längs des Ankers 20 verlaufenden Schlitzen 21, 22 verwendet werden. Über diese Schlitze 21, 22 des Ankers 20 fließt Wasser insbesondere aus dem Raum zwischen dem Anker 20 und dem Polkern 3 ab, wenn der Anker 20 angezogen wird. Durch den Druckausgleich über die Schlitze 21, 22 wird die Bewegung des Ankers 20 nur noch in einem vernachlässigbaren Maße durch das Wasser gebremst.Instead of an armature 2 with a round cross section ( FIG. 2), an armature 20 ( FIG. 4) with slots 21 , 22 running along the armature 20 can be used according to one exemplary embodiment. Through these slots 21 , 22 of the armature 20 , water in particular flows out of the space between the armature 20 and the pole core 3 when the armature 20 is attracted. Due to the pressure compensation via the slots 21 , 22 , the movement of the armature 20 is only slowed to a negligible extent by the water.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel hat ein Anker 23 (Fig. 5) einen runden Querschnitt, und ein Ankerführungsrohr 24 ist mit längs des Ankerführungsrohrs 24 verlaufenden Schlitzen 25, 26 versehen. Zieht der Anker 23 an, fließt Wasser insbesondere aus dem Raum zwischen dem Anker 23 und dem Polkern 3 über die Schlitze 25, 26 des Ankerführungsrohrs 24 ab. Durch den Druckausgleich über die Schlitze 25, 26 wird die Bewegung des Ankers 23 nur noch in einem vernachlässigbaren Maße durch das Wasser gebremst.According to another exemplary embodiment, an anchor 23 ( FIG. 5) has a round cross section, and an anchor guide tube 24 is provided with slots 25 , 26 running along the anchor guide tube 24 . If the armature 23 picks up, water in particular flows out of the space between the armature 23 and the pole core 3 via the slots 25 , 26 of the armature guide tube 24 . Due to the pressure compensation via the slots 25 , 26 , the movement of the armature 23 is only slowed down by the water to a negligible extent.

Anstatt stabförmiger Permanentmagneten 5, 6 (Fig. 1, 2, 3) kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel als Permanentmagnet 27 (Fig. 6) ein ringförmiger Permanentmagnet vorgesehen sein. In diesem Fall wird ein ringförmiges Joch 28 verwendet.Instead of rod-shaped permanent magnets 5 , 6 ( FIGS. 1, 2, 3), according to a further exemplary embodiment, an annular permanent magnet can be provided as permanent magnet 27 ( FIG. 6). In this case, an annular yoke 28 is used.

Gemäß weiterer Ausführungsbeispiele kann der für den magnetischen Kreis notwendige Permanentmagnet auch dem Polkern oder dem Anker zugeordnet sein, also mit dem Polkern oder dem Anker verbunden oder Teil von ihm sein.According to further embodiments, the for necessary permanent magnet also the magnetic circuit Pole core or the anchor to be assigned, that is, with the pole core or connected to or part of the anchor.

Der magnetische Kreis, also dessen mechanische Abmessungen und magnetischen Werte, der Permanentmagnet bzw. die Permanentmagnete, die Wicklung(en) und die Druckfeder für den Anker müssen insgesamt so bemessen bzw. justiert sein, daß der Übergang von der einen zu der anderen stabilen Endlage des Ankers innerhalb von weniger als 20 ms vonstatten geht. Ist diese Bedingung erfüllt, ist der Magnet 1 mit Impuls steuerung bei minimalem Energieeinsatz betreibbar.The magnetic circuit, i.e. its mechanical dimensions and magnetic values, the permanent magnet or magnets, the winding (s) and the compression spring for the armature must be dimensioned or adjusted overall so that the transition from one to the other stable end position of the armature takes place within less than 20 ms. If this condition is met, the magnet 1 can be operated with pulse control with minimal energy consumption.

Claims

1. magnet with stable armature positions, in particular for use in a sanitary fitting, with a spring-loaded armature and a winding, characterized in that the magnetic circuit of the magnet ( 1 ) by magnetic series connection of the armature ( 2 ; 20 ; 23 ), a pole core ( 3 ), an iron bracket ( 4 ), permanent magnets ( 5 , 6 ) and the yoke ( 7 ) of the magnet ( 1 ) is formed.

2. Magnet according to claim 1, characterized in that a compression spring ( 8 ) between the armature ( 2 ; 20 ; 23 ) and the pole core ( 3 ) is supported.

3. Magnet according to claim 1, characterized in that a compression spring ( 10 ) on the one hand fixed to the housing and on the other hand on the armature ( 2 ; 20 ; 23 ) is supported.

4. Magnet according to one of claims 1 to 3, characterized in that the armature ( 20 ) is provided with slots ( 21 , 22 ) extending along the armature.

5. Magnet according to one of claims 1 to 3, characterized in that the armature ( 2 ; 23 ) runs in an armature guide tube ( 24 ) which is provided with slots ( 25 , 26 ) extending along the armature guide tube ( 24 ).

6. Magnet according to claim 3, characterized in that an abutment ( 19 ) for supporting the compression spring ( 10 ) is provided on the magnet ( 1 ), which acts laterally on the armature ( 2 ; 20 ; 23 ).

7. Magnet according to one of claims 1 to 6, characterized in that instead of one winding ( 11 ) two windings ( 17 , 18 ) lie one above the other.

8. Magnet according to claim 7, characterized in that the outer end of the inner winding ( 17 ) with the inner end of the outer winding ( 18 ) is electrically connected.

9. Magnet according to claim 8, characterized in that the electrical connection, namely the center connection ( 29 ) of the two windings ( 17 , 18 ) from the magnet ( 1 ) is led out.

10. Magnet according to one of claims 1 to 9, characterized in that the permanent magnet ( 27 ) has an annular shape.

11. Magnet according to claim 10, characterized in that the yoke ( 28 ) is annular.

12. Magnet according to one of claims 1 to 11, characterized in that the permanent magnet is assigned to the pole core ( 3 ).

13. Magnet according to one of claims 1 to 11, characterized in that the permanent magnet is assigned to the armature ( 2 ; 20 ; 23 ).