DE4332960A1

DE4332960A1 - Bistable electromagnet, especially solenoid valve

Info

Publication number: DE4332960A1
Application number: DE4332960A
Authority: DE
Inventors: Michael Wiskirchen; Bernd Geser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-31
Filing date: 1993-09-28
Publication date: 1994-10-06

Description

Die Erfindung betrifft einen bistabilen Elektromagnet, insbesondere ein Magnetventil, das von einem Elektromagnet mit den Merkmalen des Gattungsbegriffs des Patentanspruchs 1 betätigt wird. Ein Elektromagnet dieser Art hat gewöhnlich eine zylindrische Spule und wird häufig als Tauchankermagnet bezeichnet. Das Joch kann einen die Spule umgebenden Hohlzylinder enthalten oder aus einem U-förmig gebogenen Flachmaterial bestehen.The invention relates to a bistable electromagnet, especially a solenoid valve that is operated by an electromagnet with the features of the generic term of claim 1 is operated. An electromagnet of this type usually has a cylindrical coil and is often used as a plunger magnet designated. The yoke can surround the coil Contain hollow cylinders or from a U-shaped bent Flat material exist.

Ein bekannter bistabiler Elektromagnet ist in der europäischen Patentanmeldung 0 219 572 beschrieben. Er betätigt ein Vakuumventil und zeichnet sich dadurch aus, daß der gesamte Spulenkern als Permanentmagnet ausgebildet und dem Anker feststehend zugeordnet ist. Durch einen positiven Gleichstromimpuls taucht der Anker in die Spule ein und wird vom Permanentmagneten entgegen der Federkraft in dieser angezogenen Betriebsstellung gehalten. Ein negativer Gleichstromimpuls schwächt die Haltekraft des Permanentmagneten so sehr, daß die Federkraft überwiegt und der Anker in die abgeworfene Betriebsstellung geht.A known bistable electromagnet is in the European patent application 0 219 572. He operates a vacuum valve and is characterized in that the entire coil core is designed as a permanent magnet and is permanently assigned to the anchor. By a positive DC armature dips into the coil and becomes from the permanent magnet against the spring force in this tightened operating position. A negative one DC pulse weakens the holding power of the Permanent magnets so much that the spring force predominates and the anchor goes into the dropped operating position.

Allerdings ist die Haltekraft des Permanentmagneten in der angezogenen Betriebsstellung sehr toleranzempfindlich, d. h. die unvermeidlichen Fertigungstoleranzen des Permanentmagneten und der anderen Bauteile machen in der Serienfertigung eine individuelle mechanische Justierung oder Justierung der Zeitdauer oder Amplitude des Steuerimpulses unumgänglich. Ein weiterer Nachteil des bekannten Magneten besteht darin, daß der Abwerfimpuls so lange andauern muß, bis sich der Anker nicht mehr im Einflußbereich des Permanentmagneten befindet. Daher ist die Steuerenergie trotz der prinzipiell sparsamen Betriebsweise unerwünscht hoch.However, the holding force of the permanent magnet is in the tightened operating position very sensitive to tolerance, d. H. the inevitable manufacturing tolerances of the Permanent magnets and other components make in the Series production an individual mechanical adjustment or Adjustment of the duration or amplitude of the control pulse inevitable. Another disadvantage of the known magnet consists in the fact that the dropping impulse must last so long until the anchor is no longer within the sphere of influence of the Permanent magnet is located. Therefore, the tax energy is despite the basically economical mode of operation is undesirably high.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bistabilen Elektromagnet der geschilderten Art so auszubilden, daß er ohne Toleranzabgleich gefertigt werden kann und weniger Steuerenergie erfordert.The invention has for its object a bistable Electromagnet of the type described so that he can be manufactured without tolerance adjustment and less Tax energy required.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs gelöst. Danach hat der Permanentmagnet bezüglich des feststehenden magnetischen Systems zwei Endstellungen, nämlich eine näher am Anker gelegene und eine vom Anker weiter entfernte. In der Betriebsstellung mit angezogenem Anker nimmt der Permanentmagnet die dem Anker angenäherte Endstellung ein und hält diesen entgegen der Federkraft fest. Beim Abwurfimpuls wird dagegen nicht nur die Haltekraft des Permanentmagneten geschwächt, sondern er wird gleichzeitig vom Anker weg in seine andere Endstellung bewegt. Dadurch wird sein Einfluß auf den Abwurfvorgang eliminiert und die Toleranzempfindlichkeit des Systems deutlich vermindert. Der Steuerimpuls kann schon enden, wenn der Permanentmagnet seine entfernte Endstellung erreicht hat. Durch diese Verkürzung der Bestromungszeit wird eine weitere Verringerung des Steuerenergieverbrauchs erreicht.This object is achieved by the features of characterizing part of the claim solved. After that the permanent magnet with respect to the fixed magnetic Systems two end positions, namely one closer to the anchor located and one further away from the anchor. In the The operating position with the anchor tightened Permanent magnet the end position approximated to the armature and holds it against the spring force. With the release impulse not only the holding force of the permanent magnet weakened, but he is at the same time away from the anchor in moved to its other end position. This will make his influence eliminated on the dropping process and the Tolerance sensitivity of the system significantly reduced. Of the Control pulse can end when the permanent magnet is has reached the far end position. By this shortening the current supply time will further reduce the Tax energy consumption reached.

Um den erforderlichen Hohlraum im Spulenkern zu schaffen, wird dieser vorzugsweise als Topf ausgebildet, an dessen Boden sich der Permanentmagnet in der entfernten Endstellung magnetisch festhält, während der Permanentmagnet in der anderen Endstellung durch einen Anschlag so gehalten wird, daß seine dem Anker zugewendete Seite mit dem Rand des Topfes etwa bündig ist. Der Anschlag kann eine magnetisch nicht leitende Querwand im Spuleninnenraum sein, die zwischen dem Permanentmagnet und dem Anker verläuft. Bei einer bevorzugten Anwendung des Elektromagneten als Magnetventil ist diese Querwand die Stirnwand einer Führungsbuchse, in welcher sich der Anker bewegt und die ein beispielsweise flüssiges Medium, welches durch das Ventil gesperrt werden soll, dicht einschließt.To create the necessary cavity in the coil core, this is preferably designed as a pot, on the Ground the permanent magnet in the distant end position holds magnetically, while the permanent magnet in the other end position is held by a stop that its side facing the anchor with the edge of the pot is about flush. The stop cannot be magnetic conductive transverse wall in the coil interior, which between the Permanent magnet and the armature runs. In a preferred one This is the application of the electromagnet as a solenoid valve Transverse wall the end wall of a guide bush, in which the anchor moves and which is, for example, a liquid medium, which is to be blocked by the valve, tight includes.

Um eine leichte Beweglichkeit des Permanentmagneten zu gewährleisten, wird weiter vorgeschlagen, daß ein den Permanentmagneten umfassender magnetisch nicht leitender Führungskäfig vorgesehen ist, der an seiner Mantelfläche mit Längsrillen versehen ist und in dem topfförmigen Spulenkern oder am Permanentmagnet befestigt ist. Beispielsweise könnte dieser Führungskäfig eine aus Kunststoff bestehende Auskleidung des Hohlraums des Spulenkerns sein. Als besonders zweckmäßig hat sich ein Topf aus Edelstahl erwiesen, in welchem der Permanentmagnet eingebettet, insbesondere mittels eines Klebers fest verbunden ist.To make the permanent magnet easy to move ensure, it is further proposed that a Permanent magnet encompassing magnetically non-conductive Guide cage is provided, which on its outer surface Longitudinal grooves are provided and in the pot-shaped coil core or is attached to the permanent magnet. For example this guide cage is made of plastic Lining the cavity of the coil core. As special A pot made of stainless steel has proven useful in which the permanent magnet is embedded, in particular by means of an adhesive is firmly connected.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigtAn embodiment of the invention is based on the Drawing explained. In detail shows

Fig. 1 einen Längsschnitt eines als Servoventil ausgebildeten bistabilen Elektromagneten in der abgeworfenen Betriebsstellung bei geschlossenem Ventil und Fig. 1 shows a longitudinal section of a bistable electromagnet designed as a servo valve in the dropped operating position with the valve closed and

Fig. 2 einen Ausschnitt der Fig. 1, in kleinerem Maßstab, wobei sich der Anker in der angezogenen Betriebsstellung befindet und das Ventil geöffnet ist. Fig. 2 shows a detail of Fig. 1, on a smaller scale, with the armature in the tightened operating position and the valve is open.

Das Ventil gemäß Fig. 1 hat eine nur ausschnittsweise gezeigte Gehäusestruktur 1 und einen Deckel 2, jeweils aus Kunststoff. Der Deckel hat eine nach oben stehende Führungsbuchse 3, die oben durch eine Stirnwand 4 abgeschlossen ist. In der Führungsbuchse bewegt sich ein zylindrischer Anker 5, der am unteren Ende einen Dichtkörper 6 aufweist. Zwischen einem nicht gezeigten, in einen Ringraum 7 mündenden Einlaßkanal und einem Auslaßkanal 8 befindet sich der Hauptventilsitz. Er wird mittels eines Ventiltellers 9 vom mittleren Teil einer Membrandichtung 10 verschlossen. Der Ventilteller 9 hat eine zentrale Bohrung 11, deren oberes Ende einen Servoventilsitz bildet und mit dem Dichtkörper 6 des Ankers zusammenwirkt. Die Membrandichtung 10 hat eine kleine Durchlaßöffnung 12, welche einen Druckausgleich zwischen dem Ringraum 7 und der durch die Membrandichtung 10 abgeschlossenen Steuerdruckkammer 13 zuläßt.The valve according to FIG. 1 has a housing structure 1 shown only in sections and a cover 2 , each made of plastic. The cover has an upstanding guide bush 3 , which is closed at the top by an end wall 4 . A cylindrical armature 5 , which has a sealing body 6 at the lower end, moves in the guide bushing. The main valve seat is located between an inlet channel (not shown) opening into an annular space 7 and an outlet channel 8 . It is closed by means of a valve plate 9 from the middle part of a membrane seal 10 . The valve disk 9 has a central bore 11 , the upper end of which forms a servo valve seat and interacts with the sealing body 6 of the armature. The membrane seal 10 has a small passage opening 12 , which allows pressure equalization between the annular space 7 and the control pressure chamber 13 closed off by the membrane seal 10 .

Der Anker 5 steht unter der Wirkung einer Druckfeder 14, die sich einerseits an einer Schulter des Ankers und andererseits an der Stirnwand 4 abstützt und den Dichtkörper 6 in der Stellung nach Fig. 1 auf den Servoventilsitz des Ventiltellers 9 drückt.The armature 5 is under the action of a compression spring 14 , which is supported on the one hand on a shoulder of the armature and on the other hand on the end wall 4 and presses the sealing body 6 in the position according to FIG. 1 onto the servo valve seat of the valve plate 9 .

Auf das beschriebene Ventil ist ein Elektromagnet aufgesetzt, der ein Joch 15 aus einem U-förmig gebogenen Flachmaterial aus Weicheisen aufweist. Es hat einen oberen Schenkel 16 und einen unteren Schenkel 17, der gleichzeitig der Befestigung an der Gehäusestruktur des Ventils dient. In dem unteren Schenkel 17 ist ein Polrohr 18 und in den oberen Schenkel 16 ein Kern 19 eingesetzt. Beide haben den gleichen Außendurchmesser und sind von einer schematisch dargestellten Spule 20 umgeben. Das Polrohr 18 legt sich eng um die Führungsbuchse 3 des Ventilgehäuse-Deckels.On the valve described, an electromagnet is placed, which has a yoke 15 made of a U-shaped flat material made of soft iron. It has an upper leg 16 and a lower leg 17 , which is also used for attachment to the housing structure of the valve. A pole tube 18 is inserted in the lower leg 17 and a core 19 is inserted in the upper leg 16 . Both have the same outside diameter and are surrounded by a schematically illustrated coil 20 . The pole tube 18 fits tightly around the guide bush 3 of the valve housing cover.

Der Kern 19 hat die Form einer Kappe oder eines Topfes mit einem Boden 21 und einer zylindrischen Wand 22, die innen glatt und außen mit einer Schulter versehen ist. Mit dem oberen Teil geringeren Außendurchmessers ist der Kern 19 in den oberen Jochschenkel 16 eingefügt, wobei der Boden 21 etwa in der Ebene dieses Schenkels liegt, während der Rand der Wand 22, d. h. das untere Stirnende des Topfes auf der Querwand 4 der Führungsbuchse aufliegt.The core 19 has the shape of a cap or a pot with a base 21 and a cylindrical wall 22 which is smooth on the inside and provided with a shoulder on the outside. With the upper part of smaller outer diameter, the core 19 is inserted into the upper yoke leg 16 , the bottom 21 lying approximately in the plane of this leg, while the edge of the wall 22 , ie the lower end of the pot, rests on the transverse wall 4 of the guide bushing.

In dem so gebildeten Hohlraum befindet sich ein zylindrischer Permanentmagnet 23, der in einen Edelstahltopf 24 eingeklebt ist. Die Öffnung auch dieses Topfes weist nach unten zum Anker 5. Die Mantelwand des Edelstahltopfs 24 ist mit Längsrillen versehen, um einen ungehinderten Luftausgleich beim schnellen Bewegen des Permanentmagneten zu ermöglichen. Der Edelstahltopf hat ausreichendes Spiel im Kern 19, so daß er sich mit dem Permanentmagnet ungehindert auf und ab bewegen kann zwischen einer vom Anker entfernten Endstellung, in welcher der Boden des Edelstahltopfs am Boden 21 des Kerns anliegt und einer ankernahen Endstellung, in welcher der Permanentmagnet 23 und sein randbündiger Edelstahltopf auf der Querwand 4 aufliegen.In the cavity formed in this way there is a cylindrical permanent magnet 23 which is glued into a stainless steel pot 24 . The opening of this pot also points down to the anchor 5 . The outer wall of the stainless steel pot 24 is provided with longitudinal grooves in order to enable unimpeded air compensation when the permanent magnet is moved quickly. The stainless steel pot has sufficient play in the core 19 so that it can move up and down with the permanent magnet unhindered between an end position remote from the anchor, in which the bottom of the stainless steel pot lies against the bottom 21 of the core, and an end position close to the anchor, in which the permanent magnet 23 and its flush stainless steel pot rest on the transverse wall 4 .

In der in Fig. 1 dargestellten Abwurfstellung des Ankers 5 nimmt der Permanentmagnet 23 seine obere Endstellung ein, in welcher er sich durch seine magnetischen Kräfte am Boden 21 des Kerns festhält. Wird nun ein Gleichstromimpuls auf die Spule 20 aufgebracht, der so gepolt ist, daß der entstehende magnetische Fluß das Feld des Permanentmagneten schwächt, so wird der Permanentmagnet von seiner Anlagefläche am Boden 21 abgestoßen. Gleichzeitig wird der Anker 5 in Richtung des Kernes angezogen. Durch den Permanentmagneten 23 bleibt der Anker 5 in dieser in Fig. 2 dargestellten angezogenen Betriebsstellung. Der Dichtkörper 6 ist dabei von seinem Servoventil abgehoben, so daß das Ventil öffnen kann.In the ejection position of the armature 5 shown in FIG. 1, the permanent magnet 23 assumes its upper end position, in which it holds onto the base 21 of the core due to its magnetic forces. If a direct current pulse is now applied to the coil 20 , which is polarized in such a way that the resulting magnetic flux weakens the field of the permanent magnet, the permanent magnet is repelled from its contact surface on the bottom 21 . At the same time, the anchor 5 is attracted towards the core. The armature 5 remains in the tightened operating position shown in FIG. 2 by the permanent magnet 23 . The sealing body 6 is lifted from its servo valve so that the valve can open.

Beim Anlegen eines entgegengesetzt gepolten Gleichspannungsimpulses wird der Permanentmagnet an seine ursprüngliche Anlagefläche angezogen. Dadurch kann sich der Anker 5, unterstützt durch seine Druckfeder 14, nicht mehr in dieser Lage halten und bewegt sich vom Kern 19 weg in die Betriebsstellung nach Fig. 1 zurück.When an oppositely polarized DC voltage pulse is applied, the permanent magnet is attracted to its original contact surface. As a result, the armature 5 , supported by its compression spring 14 , can no longer hold itself in this position and moves back away from the core 19 into the operating position according to FIG. 1.

Durch die Erfindung wird die Toleranzempfindlichkeit des magnetischen Systems deutlich und so weit vermindert, daß eine Massenproduktion derartiger Magnete bzw. Ventile ohne Einzeljustierung in einer rationellen Weise durchgeführt werden kann. Die erreichte weitere Energieeinsparung ist von größter Bedeutung, wenn es beispielsweise darum geht, in Sanitärarmaturen eingebaute Ventile ohne Netzanschluß aus kleinen Batterien zu betreiben.The tolerance sensitivity of the magnetic system significantly and so far reduced that mass production of such magnets or valves without Individual adjustment carried out in a rational manner can be. The further energy saving achieved is of of paramount importance when it comes, for example, to Sanitary fittings built-in valves without mains connection to operate small batteries.

BezugszeichenlisteReference list

1 Gehäusestruktur
2 Deckel
3 Führungsbuchse
4 Stirnwand
5 Anker
6 Dichtkörper
7 Ringraum
8 Auslaßkanal
9 Ventilteller
10 Membrandichtung
11 Bohrung
12 Durchlaßöffnung
13 Steuerdruckkammer
14 Druckfeder
15 Joch
16 Schenkel, oben
17 Schenkel, unten
18 Polrohr
19 Kern
20 Spule
21 Boden
22 Wand
23 Permanentmagnet
24 Edelstahltopf 1 housing structure
2 lids
3 guide bush
4 end wall
5 anchors
6 sealing bodies
7 annulus
8 outlet duct
9 valve plates
10 membrane seal
11 hole
12 passage opening
13 control pressure chamber
14 compression spring
15 yokes
16 legs, above
17 legs, below
18 pole tube
19 core
20 spool
21 floor
22 wall
23 permanent magnet
24 stainless steel pot

Claims

1.Bistable electromagnet, in particular a solenoid valve, with a coil, a yoke, a coil core, an armature with two operating positions, a spring acting on the armature and with a permanent magnet arranged in the core area, which holds the armature in one operating position against the spring force, characterized in that the permanent magnet ( 23 ) is guided in a cavity of the coil core ( 19 ) between two end positions in the armature movement direction freely movable.

2. Electromagnet according to claim 1, characterized in that the coil core ( 19 ) is designed as a pot, on the bottom ( 21 ) of which the permanent magnet ( 23 ) holds magnetically in one end position, while the permanent magnet in the other end position by a stop is held so that its side facing the anchor ( 5 ) is approximately flush with the edge of the pot.

3. Electromagnet according to claim 2, characterized in that a permanent magnet ( 23 ) comprising magnetically non-conductive guide cage, which is provided on its lateral surface with longitudinal grooves, is fastened in the pot-shaped coil core ( 19 ) or on the permanent magnet ( 23 ).

4. Electromagnet according to claim 3, characterized in that the guide cage is a stainless steel pot ( 24 ).

5. Electromagnet according to claim 3, characterized in that the permanent magnet ( 23 ) is glued into the guide cage.