DE4432588C2 - Bistabiles Magnetventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein bistabiles Magnetventil mit einem Elektromagnet, durch dessen Anker ein mit wenigstens einem Schließkörper versehenes Schalt­ element betätigbar ist.

Ein gattungsgemäßes Ventil ist beispielsweise aus der DE 36 19 818 A1 bekannt. Bei dem darin beschriebenen Magnetventil hat der Elektromagnet die Bauweise der Elektromagneten von Klappanker-Relais. Das die Antriebskraft des Elektromagneten auf den Ventilkörper übertragende Betätigungsglied ist durch wenigstens einen Teil des Klappankers gebildet.

Die DE 20 37 774 A zeigt ein Magnetventil mit einer Magnetspule und einem äußeren magnetischen Kreis. Ein Magnetanker enthält einen oder mehrere Dauermagneten, der oder die in der Ruhestellung die Verschlußkraft auf einen oder mehrere Ventilsitze übertragen und bei Erregung des Elektromagneten Kraft erzeugend auf die Wippe wirken.

Bei einem herkömmlichen bistabilen Magnetventil wird der eine der beiden Schaltzustände durch eine Feder und der andere durch einen Dauermagnet stabil­ gehalten. Zur Überführung in den jeweils anderen Schaltzustand fließt ein kurzer Stromimpuls durch eine von zwei zueinander entgegengesetzt wirkenden Spulen des Elektromagneten.

Im Zuge der Miniaturisierung von Magnetventilen ergibt sich ein verringertes Bauvolumen, das für den Permanentmagneten zur Verfügung steht. Wegen der geringeren verfügbaren Magnetkraft kann es zu Funktionsstörungen durch Verun­ reinigungen kommen, die den Luftspalt zwischen Magnet und Anker vergrößern und so die verfügbare Magnetkraft weiter reduzieren. Wenn das Magnetventil in einer Umgebung mit starken wechselnden Magnetfeldern betrieben wird, können in den Magnetspulen Spannungen induziert werden, die zu einem unbeab­ sichtigten Schaltvorgang führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein bistabiles Magnetventil zu schaffen, das ohne Permanentmagneten auskommt und auch in einer Umgebung mit starken wechselnden Magnetfeldern weitgehend vor Fehlfunktionen gesichert ist. Diese Aufgabe wird durch ein Magnetventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung ist ein bistabiles mechanisches Schaltwerk an das Schaltelement angekoppelt und hält dieses in jeweils einer von zwei verschie­ denen, stabilen Schaltstellungen, zwischen denen durch kurzzeitige Erregung des Elektromagneten umgeschaltet wird, und an dem Schaltelement ist ein Kurven­ folger angebracht, der entlang einer Relativbahn geführt wird, die in dem bistabilen mechanischen Schaltwerk zwischen zwei Bahnbegrenzungselementen gebildet ist, von denen wenigstens eines frei beweglich ist. Durch das mecha­ nische Schaltwerk wird das Schaltelement in jeder der beiden möglichen Stellun­ gen sicher verrastet. Zum Umschalten in den jeweils anderen Schaltzustand ist ein definierter mechanischer Schalthub erforderlich, der durch kurzzeitige Erregung des Elektromagneten bewirkt wird. Nach diesem Prinzip kann sowohl ein T-Flip- Flop-Schaltverhalten als auch ein RS-Flip-Flop-Schaltverhalten erreicht werden. Bekanntlich benötigt ein T-Flip-Flop stets gleiche Eingangssignale, um jeweils von einem in den anderen Schaltzustand umzuschalten, während ein RS-Flip-Flop entgegengesetzt gerichtete Eingangssignale zum Umschalten benötigt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform, die sich besonders für Kleinventile und miniaturisierte Ventile eignet, ist der Anker des Elektromagneten durch das Schaltelement gebildet, welches als Schaltwippe unmittelbar auf einer Seite des Magnetjochs schwenkbar gelagert ist. Diese Schaltwippe wird vorzugsweise durch eine Feder in eine der beiden stabilen Schaltstellungen vorbelastet.

Für das mechanische Schaltwerk kommen verschiedene Ausführungen in Betracht, wobei prinzipiell zwischen solchen mit einer räumlichen und solchen mit einer ebenen geschlossenen Relativbahn unterschieden wird. Die Ankopplung des Schaltelements an das mechanische Schaltwerk erfolgt in der einfachsten Form mittels eines Stiftes, dessen freies Ende in die Relativbahn des Schaltwerks hineinragt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt des Magnetventils;

Fig. 2 in vergrößerter Perspektivansicht einen Ausschnitt aus Fig. 1; und

Fig. 3a bis e verschiedene Schaltstellungen eines mecha­ nischen Schaltwerks.

Das in Fig. 1 gezeigte bistabile Magnetventil besteht gene­ rell aus einer quaderförmigen Magneteinheit 10 und einem daran angesetzten, ebenfalls quaderförmigen Ventilgehäuse 12. Die Magneteinheit 10 enthält in eine Vergußmasse eingebettet ein U-förmiges Magnetjoch 14, auf dessen einen Schenkel eine Magnetspule 16 aufgebracht ist. Das Ventilgehäuse 12 enthält ein Schaltelement in Form einer Schaltwippe 18, die zugleich den Anker des Elektromagneten bildet und an ihrem Scheitel auf dem die Spule 16 tragenden Schenkel des Magnetjoches 14 schwenkbar gelagert ist. Diese Schaltwippe 18 trägt an jedem Ende einen Schließkörper 18a bzw. 18b, der mit einem entspre­ chenden Dichtsitz 20a bzw. 20b zusammenwirkt. Durch den Bo­ den des Ventilgehäuses 12 führen drei Medienanschlüsse, von denen zwei den Dichtsitzen 20a und 20b zugeordnet sind.

Die Schaltwippe 18 ist durch eine Druckfeder 22 in eine der beiden Schaltstellungen vorbelastet, in welcher der Schließ­ körper 18b auf dem Dichtsitz 20b abdichtet. Durch ein mecha­ nisches Schaltwerk, das in Fig. 1 innerhalb eines Kreises A dargestellt und in Fig. 2 gesondert in größerem Maßstab ge­ zeigt ist, wird die Schaltwippe 18 in jeweils einer von zwei stabilen Schaltstellungen gehalten.

Dieses mechanische Schaltwerk besteht aus drei Elementen: einem frei drehbaren inneren Bahnbegrenzungselement 26, einem dieses im radialen Abstand umgebenden, frei drehbaren äußeren Bahnbegrenzungselement 28 und einem Stift 30, der in die zwischen diesen beiden Bahnbegrenzungselementen 26, 28 gebildete geschlossene Relativbahn hineinragt und an einem Ende der Schaltwippe 18 befestigt ist.

Die Funktionsweise dieses mechanischen bistabilen Schalt­ werks ist in Fig. 3 veranschaulicht. Fig. 3a zeigt eine mögliche Ausgangsstellung. Diese entspricht einem der bei­ den stabilen Schaltzustände des Magnetventils. Der Stift 30 befindet sich am äußeren Ende einer in Umfangsrichtung pe­ riodischen Kurvenstruktur. Das Magnetventil befindet sich in der in Fig. 1 gezeigten Schaltstellung. Durch kurzzeitige Erregung des Elektromagneten wird die Schaltwippe 18 ver­ schwenkt, wobei der Stift 30 angehoben wird und nun auf eine Rampenfläche des inneren Bahnbegrenzungselements 26 trifft (Fig. 3b), welches sich dreht, bis der Stift 30 in einer Mulde sitzt. Bei der anschließenden, durch die Druckfeder 22 verursachten Rückbewegung trifft der Stift 30 auf eine Ram­ penfläche des äußeren Bahnbegrenzungselements 28, wodurch dieses verdreht wird, bis der Stift 30 in einer Mulde ange­ kommen ist, wodurch ein stabiler Schaltzustand erreicht ist (Fig. 3c). In diesem Schaltzustand dichtet der Schließkörper 18a auf dem Dichtsitz 20a ab. Durch erneute Erregung des Elektromagneten (Fig. 3d) wird der Stift 30 wieder angeho­ ben, trifft erneut auf eine Rampenfläche des inneren Bahn­ begrenzungselements 26, versetzt dieses geringfügig in Dre­ hung und kann dann durch die Druckfeder 22 in die ursprüng­ liche Schaltstellung zurückgeführt werden, wie in Fig. 3e gezeigt ist.

Claims (10)

1. Bistabiles Magnetventil mit einem Elektromagnet (14, 16), durch dessen Anker ein mit wenigstens einem Schließkörper (18a, 18b) versehenes Schalt­ element (18) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein bistabiles mecha­ nisches Schaltwerk (26, 28, 30) an das Schaltelement (18) angekoppelt ist und dieses in jeweils einer von zwei verschiedenen, stabilen Schaltstellungen hält, zwischen denen durch kurzzeitige Erregung des Elektromagneten (14, 16) umgeschaltet wird, und daß an dem Schaltelement (18) ein Kurvenfolger (30) angebracht ist, der entlang einer Relativbahn geführt wird, die in dem bistabilen mechanischen Schaltwerk zwischen zwei Bahnbegrenzungselementen gebildet ist, von denen wenigstens eines frei beweglich ist.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker des Elektromagneten durch das Schaltelement (18) gebildet ist.

3. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalt­ element durch eine Schaltwippe (18) gebildet ist, deren Schwenklager auf der Seite des Magnetjochs (14) angeordnet ist.

4. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (18) durch Federspannung (22) in eine der zwei stabilen Schalt­ stellungen vorbelastet ist.

5. Magnetventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende der Schaltwippe (18) ein Schließkörper (18a, 18b) für einen entspre­ chenden Ventilsitz (20a, 20b) angeordnet ist.

6. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kurvenfolger durch einen Stift (30) gebildet ist, dessen freies Ende in die Relativbahn hineinragt.

7. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens eines der Bahnbegrenzungselemente frei drehbar ist.

8. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Relativbahn in einer Ebene liegt.

9. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbahn räumlich ausgebildet ist.

10. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Relativbahn der Steuerkurve eines mechanischen T-Flip-Flops entspricht.