DE68911004T2 - Zweistellungsventil. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Strömungsmittelventil der Bauart, das in alternativen Zuständen arbeitet, wobei in einem der Zustände eine Zumeßöffnung einen assoziierten Anschluß mit einem inneren Freiraum innerhalb des Ventils verbindet und wobei in dem anderen der Zustände diese Zumeßöffnung geschlossen ist, wobei die Zumeßöffnung durch elektromagnetisch angetriebene Schließmittel konditioniert ist.
• Solche Ventile sind bekannt, aber eine Vorspannung unabängig von der Elektrizitätsversorgung drängt die Schließlieder dazu, einen der zwei Zustände herbeizubringen. Wenn der andere Schließzustand gewünscht ist, wird die elektrische Erregung so lange benötigt, wie der andere Zustand beibehalten werden soll. Die Erregung muß die Vorspannung ausreichend übersteigen, um ein gutes Schließen sicherzustellen, und muß so lange beibehalten werden, wie dieser andere Schließzustand beibehalten werden soll. Der damit verbundene Aufwand und das Risiko des Überhitzens und automatisches Zurückfallen in den ersten Zustand, wenn die elektrische Versorgung ausfällt oder durchbrennt, kann oft unerwünscht oder gefährlich sein. Die Erfindung versucht solche nachteiligen Faktoren zu vermeiden und einen längeren Betrieb in einem der Schließzustände ohne längere elektrische Erregung zu ermöglichen.
• Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Ventil der oben genannten Bauart dadurch gekennzeichnet, daß separate elektromagnetische Treiber entsprechende magnetische Spalte im Inneren des Ventils besitzen, ein Permanentmagnet mit einer Achse definiert durch seine zwei Pole sich im allgemeinen axial über einen Abstand innerhalb der Spalte zwischen extremen Positionen bewegen kann, wobei die Schließmittel mit dem Magnet gekoppelt sind, so daß eine oder die andere Zumeßöffnung geschlossen ist abhängig davon, an welcher seiner extremen Axialpositionen sich der Magnet befindet, und daß die separaten Treiber den Magneten zu einer oder der anderen dieser Positionen treiben kann, und zwar durch magnetisches Abstoßen.
• Die Schließmittel können separate pilzförmige Körper sein, die zum Schließen ihrer Zumeßöffnungen vorgespannt sind, wobei die Schäfte oder Stange der Körper am Ende durch den Magneten an oder in der Nähe seiner Extrempositionen anschlagen. Die Stangen können geführt, aber mit einem Freiraum für einen Strömungsmitteldurchlaß durch Bohrungen in festen Ankerteilen hindurchgehen. Der Raum um den Magneten kann direkt mit einem dritten Anschluß in Verbindung stehen.
• Daher ist jeder der Extremen eine Stabilitätsposition für den Magneten, wobei diese gehalten wird als Teil eines magnetischen Kreises oder als Teil des anderen, zum Beispiel der benachbarten Seite der gebohrten Ankerteile. Die elektrischen Versorgungen müssen nur kräftig genug sein, um den Magneten in seine alternativen oder unterschiedlichen Stabilitätspositionen zu treiben, zum Beispiel mit einem kurzen Gleichstromimpuls. Darüber hinaus ist das Ventil bistabil, insofern daß es in jedem stabilen Zustand bleibt, sogar wenn die Versorgung plötzlich ausfällt.
• Aus der GB-A-1 490 033 ist es bekannt, ein Ein-Aus-Ventil durch magnetisches Abstoßen zu betätigen, wobei ein axial gleitender Permanentmagnet normalerweise durch Anziehung gegen ein Kernglied gehalten wird, um eine einzige Stabilitätsposition zu erhalten, während eine Vorspannfeder und Raum gespart wird. Dort gab es keine Überlegung mit alternativen Ventil-Offenzuständen und daher gibt es keine Lehre zu der Bistabilität; GB-A-1 490 033 offenbart den Oberbegriff des Anspruchs 1; wobei der Rest des Anspruchs die Definition der vorliegenden Erfindung vervollständigt.
• DE-C-665 565 zeigt einen Permanentmagnetanker, der zwei stabile Positionen gegen alternative magnetisierbare Anschläge erreicht, wodurch auch eine einzige Zumeßöffnung als geöffnet oder geschlossen konditioniert wird. Die Umkehr des Zustands umfaßt auch eine Bewegung eines Magnetkreisgliedes und ist auch bistabil. Es zeigt kein Konditionieren einer Zumeßöffnung durch magnetisches Abstoßen oder eines drei Anschlüsse aufweisenden Ventils, und besitzt die Komplikation von zwei sich separat bewegenden bistabilen Ankern.
• Es wird nun ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand eines Beispiels mit Bezugnahme auf die diametrale Schnittzeichnung eines bistabilen Ventils beschrieben.
• Gemäß der Zeichnung steht ein erster Anschluß 1 mit einer ersten Zumeßöffnung 2 über eine Leitung 3 in Verbindung. Die Zumeßöffnung 2 ist das Ende einer Bohrung 4 in einem ersten festen magnetischen Anker oder Kern 5, der ein Glied eines ersten Magnetkreises ist. Ein erstes pilzförmiges Schließglied besitzt eine Stange oder einen Schaftteil 6 der mit einem Freiraum dazwischen direkt durch die Bohrung 4 geht und einen Membranteil 7, der gegen die Zumeßöffnung 2 sitzt, um diese zu schließen. Eine Schraubenfeder 8 spannt das Schließglied mit der Membran gegen die Zumeßöffnung vor, d. h. schließt den Anschluß 1 von einem inneren Raum 9 des Ventils ab. Der Raum 9 ist teilweise ausgefüllt durch einen sich bewegenden Magneten 10 und steht in Verbindung mit einem dritten Anschluß 11 durch eine Leitung 12.
• Die Bohrung 4 dient als eine Führung für die Stange 6 des Schließgliedes, um dadurch zu gleiten, während er noch einen Freiraum zum Ermöglichen eines Strömungsmitteldurchlasses entlang der Stange besitzt. Eine gute Führung mit einem solchen Freiraum kann dadurch vorgesehen werden, daß die Bohrung kreisförmig ist und die Stange nicht kreisförmig ist, zum Beispiel hexagonal oder längs ausgekehlt, gerippt oder mit Nuten versehen (nicht dargestellt); oder die Bohrung kann unregelmäßig und der Stangenabschnitt kreisförmig sein.
• Der Raum 9 umfaßt einen wirksamen Spalt in einem magnetisierbaren Kreis, der einen festen Kern 5 und andere feste magnetisierbare Glieder 13, 14 umfaßt, die teilweise eine Elektromagnetspule 15 mit einem Anschluß 16 umgeben. Während eine Spannung mit einer Polarität an die Spule 15 angelegt wird, wird ein Nordpol an der Oberseite 5A (wie gesehen) des Kerngliedes 5 induziert.
• Der Magnet 10 besitzt einen permanenten Nordpol an seiner unteren Seite 17 (wie gesehen) und einen Südpol an seiner oberen Seite oder Stirnfläche 18. Der Magnet besitzt somit eine vertikale Magnetachse und der Raum 9 ist so angeordnet, daß er entlang seiner Achse in einer geführten Art und Weise gleiten kann, und zwar mit genügend Spiel oder einer geeigneten Form, um nicht das sich in dem Raum 9 bewegende Strömungsmittel zu behindern, oder durch dieses behindert zu werden. Wenn die Spule 15 erregt wird, stoßen sich die zwei Nordpole an den Oberflächen 5A und 17 einander ab und der Magnet 10 bewegt sich nach oben in seine obere extreme Axialposition innerhalb des Raumes 9.
• Das obere Ende 19 der Schließkörperstange 6 ragt über die obere Seite oder Stirnfläche 5A, wenn sie durch die Feder 8 in ihre obere Position, in der sie die Zumeßöffnung 2 schließt, vorgespannt ist. Wenn der Magnet 10 sich in seinesr unteren extremen Axialposition befindet, wird die Stange 6 nach unten gegen die Feder 8 gedrückt, die Zumeßöffnung 2 wird geöffnet und die Anschlüsse 1 und 11 werden verbunden. Da der Magnet nicht an das Kernglied 5 anschlägt, kann die obere Stirnfläche 5A einen Schlitz oder eine andere Unregelmäßigkeit (nicht gezeigt) besitzen, um das Verhindern des Strömungsmitteldurchgangs zwischen den Anschlüssen 1 und 11 zu reduzieren.
• Der Magnet 10 wird in seine untere Position durch Erregen einer zweiten Spule 20 mit einem identischen zweiten elektromagnetischen Treiber angetrieben, der einen Südpol an der unteren Stirnfläche 21A eines zweiten Kernteils 21 erzeugt (im Gegensatz zu dem Nordpol an der Stirnseite 5A, wenn die erste Spule erregt wird). Ein zweiter Ventilschließkörper 22 arbeitet in einer exakt analogen Art und Weise zum Steuern des Blockierens einer zweiten Zumeßöffnung 23 und somit eines anderen Anschlusses 24 von der Verbindung mit dem Raum 9. Die Stirnfläche 21A kann in ähnlicher Art und Weise ein Ausformen oder Formen benötigen, um darüber eine freie Strömungsmittelströmung zu ermöglichen.
• In der gezeigten Position befindet sich der Magnet 10 in seiner oberen extremen Axialposition, in der er gegen das Ende 25 der Stange 22 anschlägt, dieses also gegen seine Federvorspannung 26 anhebt. Die Zumeßöffnung 23 wird geöffnet. Das Ende 19 der unteren Stange 6 wird nicht berührt oder angeschlagen, so daß die Zumeßöffnung 2 blockiert ist.
• Wenn wir nun keine der Spulen erregen, bleibt der Magnet oben, so wie gezeigt, wobei dies eine stabile Position ist, da ein Nordpol an der Stirnseite 18 durch die Nähe oder Proximität des Magneten gebildet ist. Wenn wir nun einen Impuls einer geeigneten Polarität nur auf die Spule 20 anlegen, wird ein Südpol an der Stirnfläche 18 induziert, der Magnet wird abgestoßen (unterstützt nicht nur durch die zweite Feder 26, sondern auch etwas durch den Südpol induziert durch den Magneten an der weiter entfernten Stirnfläche 5A). Der Magnet trifft bald auf das vorspringende Ende 19 der unteren Stange 6 auf, so daß die untere Zumeßöffnung 2 geöffnet wird und die obere Zumeßöffnung 23 wird nun geschlossen. Dies ist der andere stabile Zustand. Der Anschluß 1, nicht der Anschluß 24, ist nun mit dem Raum 9 und Anschluß 11 verbunden.
• Wenn nun die untere Spule 15 getaktet wird, wird die Stirnfläche 5A ein Nordpol für die Zeitdauer des Pulses und der Magnet bewegt sich nach oben, um wieder die gezeigte obere stabile Position einzunehmen.
• Wenn die Spulen nicht erregt sind, ist der Magnet differentiell mehr zu der Stirnfläche 21A oder 5A angezogen, welche eben am nächsten ist, wodurch beide Positionen stabil sind. Das Differential bzw. die Differenz muß groß genug sein, um die Federvorspannung des geöffneten Ventils zu übersteigen. Der Umkehrimpuls muß ein gerade ausreichendes magnetisches Feld erzeugen, um (1) diese differentiale magnetische Kraft, (2) irgendwelche Reibung oder Widerstand oder Strömungswiderstand insbesondere mit dem umgebenden Strömungsmittel, und (3) die andere Federvorspannung zu überwinden.
• Diese Erfindung besteht somit allgemein ausgedrückt in der Verwendung von alternativen magnetischen abstoßenden Kräften für kurze Perioden, um eine magnetische Polarität umzukehren und somit einen alternativen der zwei bistabilen Zustände zu erreichen.
• Die Schließglieder könnten in einem alternativen Ausführungsbeispiel so angeordnet sein, daß jedes gegen die Federvorspannung schließt im Gegensatz, wie oben beschrieben, wo sie sich gegen die Federvorspannung öffnen. Weiterhin könnte sich die Form des Magneten vom dem dargestellten Magneten verändern, um zum Beispiel die Reibung zu verringern, aber die Fähigkeit in den zwei magnetischen Spalten der zwei separaten Kreise teilzunehmen, muß beibehalten werden.
• Das Strömungsmittel kann eine Flüssigkeit, ein Gas oder Vakuum aufweisen, d. h. alles das was fließt.

Claims (4)

1. Ein Ventil mit einen Innenraum (9), der in Strömungsmittelverbindung mit einem Anschluß (11) steht, eine erste schließbare Zumeßöffnung (2), die zustand- oder bedingungsabhängigen (d. h. konditionellen) Zugriff auf den Raum von einem entsprechenden Anschluß (1) gibt, Schließmittel (6, 7, 4, 22) zum Öffnen oder Schließen der Zumeßöffnung (2) und gekoppelt mit einem beweglichen Permanentmagneten (10), wobei der Magnet entlang seiner magnetischen Achse und in Kontakt mit dem Innenraum (9) angetrieben werden kann, durch ein magnetisches Abstoßen, das durch einen elektromagnetischen Treiber (15) erzeugbar ist, wobei der Magnet ansonsten an einer Stirnfläche (21A) eines magnetisierbaren Gliedes (21) durch Anziehungskraft gehalten wird; dadurch gekennzeichnet, daß:

in der Position des Magneten, wenn er so durch Abstoßen angetrieben wird, die Schließmittel eine zweite schließbare Zumeßöffnung (23), die auch mit einem entsprechenden Anschluß (24) assoziiert ist, konditionieren, und der Magnet dort durch ein anderes magnetisierbares Glied (5, 5A) durch magnetisches Anziehen gehalten wird, womit bistabiles Positionieren des Magneten ermöglicht wird; und der Magnet von seiner getriebenen Position, in der die gekoppelten Schließmittel die zweite Zumeßöffnung (23) konditionieren, auch durch Abstoßen angetrieben werden kann, und zwar mittels eines weiteren elektromagnetischen Treibers (20) in einer im allgemeinen symmetrischen Anordnung, so daß nur eine (2 oder 23) der zwei Zumeßöffnungen geschlossen ist, und zwar zurück zu seiner ersten in Bezug genommenen Position, wo er an dem ersten magnetisierbaren Glied (21, 21A) gehalten wird; und

ferner dadurch gekennzeichnet, daß geeignetes Spiel oder Formen innerhalb des Raums vorgesehen ist, um eine relative Bewegung des Magneten und des Strömungsmittels innerhalb des Raums zu ermöglichen, wobei die Zumeßöffnungen (2, 23) somit ein zustandsmäßiges bzw. bedingtes Koppeln, und zwar eines zu einer Zeit, der assoziierten Anschlüsse (1, 24) mit dem Innenraum (9) vorsehen und somit auch des assoziierten Anschlußes (11) des Raums (9).

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließmittel mindestens ein Schließglied aufweisen, wobei das Schließglied (7) ein Ende (19) besitzt, das durch den Magneten berührt oder in Angeschlag gebracht wird, wenn er abstoßend angetrieben wird, zum Beispiel zum Öffnen der Zumeßöffnung (2).

3. Ventil nach Anspruch 2, wobei die Schließmittel entsprechende Schließglieder (7, 22) aufweisen, die durch Bohrungen (4) in festen Kerngliedern (5, 21) geführt sind, wobei ein Ende jeder Bohrung die Schließzumeßöffnungen (2, 23) definieren und das andere Ende jeder Bohrung die Schließgliedenden (19, 25) besitzen, die von dort hervorspringen, um einen Anschlag, und zwar einen zu einer Zeit, durch den Magneten (10) zu empfangen, woraufhin die Schließglieder antreibbar sind, und zwar eines zu einer gegebenen Zeit, in die entsprechenden Positionen zum Öffnen der Zumeßöffnungen.

4. Ventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die zustandsabhängig oder konditionell geschlossenen Anschlüsse Leitungen aufweisen, die sich axial von dem Magneten an gegenüberliegenden Enden des Ventilgehäuses erstrecken, wobei sich der dritte Anschluß lateral von einem Zwischenpunkt des Gehäuses benachbart zu dem Magneten erstreckt, und wobei Elastizität (8, 26) für die Schließglieder vorgesehen wird, die beim Schließen durch die elektromagnetischen Treiber (15, 20) zusammengedrückt werden.