DE69007725T2 - Elektromagnetventil mit Dauermagnet. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Elektroventile mit einem Gehäuse, das einen Elektromagnet mit einer Wicklung für die Steuerung enthält und in dem ein Kanal ausgebildet ist, der durch einen Sitz zur Aufnahme eines Verschlußglieds begrenzt ist, und mit einem beweglichen Organ, bestehend aus dem Verschlußglied, einem Dauermagnet und einem Kern aus weichem ferromagnetischem Material, wobei das bewegliche Organ im Gehäuse zwischen zwei Stellungen verschiebbar ist, von denen die eine durch die Anlage des Verschlußglieds am Sitz definiert ist, wobei das bewegliche Organ durch den Dauermagnet in einer ersten oder Ruhestellung gehalten wird, wenn die Wicklung des Elektromagnets nicht gespeist wird und in eine zweite, aktive Stellung verschoben wird, wenn die Wicklung gespeist wird.
• Durch die DE-PS 1 267 924 ist ein Elektroventil dieser Art bekannt, in dem der Kern und der Dauermagnet durch ein Zwischenstück verbunden und in der Verschiebungsrichtung des beweglichen Organs im wesentlichen beiderseits des Elektromagnets angeordnet sind wobei der magnetische Kreis mit dem Dauermagnet und der magnetische Kreis mit dem Elektromagnet und dem Kern auch einen feststehenden ringförmigen Körper aufweisen, der im Gehäuse eingebaut ist und vom Zwischenstück durchquert wird, wobei die Anordnung derart betrieben wird, daß in der aktiven Stellung der Spalt zwischen dem Kern und dem Körper des magnetischen Kreises mit dem Elektromagnet und dem Kern ein Minimum ist, während der Spalt zwischen dem Dauermagnet und dem Körper des magnetischen Kreises mit dem Dauermagnet ein Maximum ist, und umgekehrt in der Ruhestellung.
• Das in dieser Druckschrift beschriebene Elektroventil ist jedoch eine bistabile Vorrichtung, in der das bewegliche Organ in jeder seiner beiden Endstellungen ausschließlich durch den Dauermagnet gehalten wird und sich durch eine kurze Erregung der Steuerwicklung des Elektromagnets von der einen seiner beiden Stellungen zur anderen hin- und herbewegt.
• Durch die DE-PS 2 826 212 ist ein Elektroventil bekannt, das ebenfalls als bistabile Vorrichtung ausgebildet ist, in der das bewegliche Organ in jeder seiner beiden Endstellungen ausschließlich durch Dauermagnete gehalten wird, wobei Elektromagnetwicklungen nur im Augenblick de Bewegung des beweglichen Organs von der einen zur anderen seiner beiden Stellungen gespeist werden, und in der ein Zwischenstück aus unmagnetischem Material sich zwischen einem Dauermagnet und dem einen und/oder anderen von zwei Kernen erstreckt.
• Überdies ist es bekannt, daß die Verwendung eines Magnets als Rückstellorgan die Herstellung eines Elektroventils mit sehr geringen Abmessungen gestattet, was in vielen Fällen einen Vorteil darstellt. Die Elektroventile dieser Bauart finden eine wichtige, wenn auch nicht ausschließliche Anwendung bei Anlagen zur Speisung von Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff.
• Bei den meisten bisher vorhandenen Elektroventilen der oben definierten zweiten Bauart ist die Stellung, in der das Verschlußglied den Sitz freigibt, durch die Anlage des Dauermagnets am Körper oder Weicheisenkern des Elektromagnets definiert.
• Wenn auch diese Anordnung einfach ist, so hat sie jedoch Nachteile. Insbesondere weil die vom Elektromagnet auf das bewegliche Organ ausgeübte Kraft bei Zunahme des Spalts schnell abnimmt, kann die Haltekraft des Verschlußglieds auf dem Sitz so gering sein, daß die Gefahr von Leckverlusten besteht.
• Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Elektroventils der durch die DE-PS 1 267 924 bekannten Bauart, das jedoch besser den Erfordernissen der Praxis ertspricht als die bisher bekannten Elektroventile der genannten zweiten Bauart, die als Rückstellorgan für eine der beiden Endstellungen des beweglichen Organs einen Magnet verwenden. Die Erfindung ermöglicht insbesondere eine Größe der auf das Verschlußglied wirkenden Kraft, die Leckverluste vollkommen sicher vermeidet und bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen die Änderung der Kräfte verringert, die in Abhängigkeit von der Stellung des Verschlußglieds auf das bewegliche Organ ausgeübt werden, verglichen mit den vorhandenen Elektroventilen mit magnetischer Rückstellung. Die Erfindung ermöglicht ebenfalls die Ausführung eines Elektroventils, in dem die Kräfte, die auf das bewegliche Organ ausgeübt werden, maximal sind, wenn letzteres die eine oder andere der Endstellungen einnimmt, die es bei normalem Betrieb einnehmen muß.
• Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung insbesondere ein Elektroventil der durch die DE-PS 1 267 924 bekannten und oben dargelegten Bauart vor, das sich dadurch auszeichnet, daß das Zwischenstück aus unmagnetischem Material zwischen dem Kern und dem Dauermagnet eine konstante Länge hat und derart gewählt ist, daß in Anbetracht des Abstands zwischen dem Sitz und einem das Gehäuse schließenden Deckel zur Begrenzung der Verschiebung der beweglichen Teile die Spalte zwischen dem Elektromagnet und dem entsprechenden Körper in Ruhestellung und zwischen dem Kern und dem entsprechenden Körper in aktiver Stellung minimale Spalte jedoch nicht gleich Null sind, und daß das bewegliche Organ in der aktiven Stellung gehalten wird, solang die Wicklung des Elektromagnets gespeist wird, und durch den Dauermagnet von der aktiven Stellung in die Ruhestellung zurückgestellt wird, sobald die wicklung nicht mehr gespeist wird.
• Das Zwischenstück kann am Kern und/oder am Dauermagnet befestigt sein oder einfach eine Anlageverbindung mit ihnen aufweisen, was die Konstruktion des Elektroventils erleichtert.
• Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 ein Elektroventil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung im Schnitt längs seiner Achse, wobei die Bauelemente in der Stellung dargestellt sind, die sie einnehmen, wenn der Elektromagnet nicht gespeist wird;
• Fig. 2 ähnlich Fig. 1 das bewegliche Organ des Elektroventiis in der Stellung, die es einnimmt, wenn der Elektromagnet gespeist wird;
• Fig. 3 eine Ansicht III-III des Elektroventils von Fig. 1;
• Fig. 4 ähnlich Fig. 1 eine Ausführungsvariante der Erfindung.
• Das in Fig. 1 bis 3 gezeigte Elektroventil ist von der in Ruhestellung geschlossenen Bauart, d. h. mit einem Verschlußglied, das an seinem Sitz anliegt, wenn das Elektroventil nicht mit elektrischem Strom gespeist wird.
• Dieses Elektroventil enthält ein im allgemeinen zylindrisches Gehäuse 10 aus unmagnetischem Material, dessen Vorderteil mit geringerem Durchmesser mit einem Gewinde versehen ist zur Befestigung des Gehäuses durch Verschrauben in einem Gußkörper 12. Eine zwischen einer Schulter des Gehäuses 10 und dem Gußkörper 12 angeordnete Dichtung 14 vermeidet Leckverluste. Im dargestellten Gußkörper 12 sind Kanäie 16 und 18 ausgebildet, die über einen durch einen Sitz 20 im Vorderteil des Gehäuses gebildeten Durchtritt in Verbindung stehen. Im Vorderteil ist eine Ringnut zur Aufnahme eines Dichtrings 22 ausgebildet, der andere Verbindungen zwischen den Kanälen 16 und 18 als durch den Durchtritt verhindern soll.
• Der im Gehäuse ausgebildete Raum enthält einen rohrförmigen Träger 23 aus Kunststoff, der die Wicklung 24 eines Elektromagnets trägt, der ebenfalls einen feststehenden ringförmigen Körper 26 aus Weicheisen aufweist. Die Enden der Wicklung sind an hinter dem Gehäuse 10 befindliche Stifte 28 und 30 angeschlossen zur Verbindung mit einem nicht dargestellten Gleichstromerregungskreis.
• Ein zum Sitz 20 hin und davon weg bewegliches Organ enthält ein Verschlußglied 32, das verschiebbar ist zwischen einer Ruhestellung, in der es am Sitz 20 anliegt (Fig. 1) und einer aktiven Stellung, in der es abgehoben ist (Fig. 2). Das Verschlußglied ist beispielsweise durch Schrumpfen auf einem Kern 34 aus Weicheisen befestigt, der bestrebt ist, unter der Wirkung von durch den Elektromagnet ausgeübten elektromagnetischen Kräften sich von der Ruhestellung (Schließstellung des Verschlußglieds) in die aktive Stellung (Öffnungsstellung des Verschlußglieds gemäß Fig. 2) zu bewegen, wenn die Wicklung 24 unabhängig von der Durchtrittsrichtung des Stroms gespeist wird. Ein Dauermagnet 36 mit axialer Magnetisierung befindet sich hinter dem Elektromagnet und ist durch eine ein Zwischenstück bildende Stange 38 mechanisch mit dem Kern 34 verbunden. Die Stange ist in einem zentralen Kanal des ringförmigen Körpers 26 aus Weicheisen verschiebbar. Sie besteht aus unmagnetischem Material, zum Beispiel Kunststoff. Bei der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform hat das Zwischenstück eine einfache Anlage am Kern 34 und am Magnet 36. Es könnte jedoch am einen und/oder am andren dieser Elemente befestigt sein.
• Die Länge des Zwischenstücks 38 ist so groß, daß bei Anlage des Verschlußlieds an seinem Sitz ein Spalt e zwischen den einander zugewandten Flächen des Körpers 26 und des Dauermagnets 36 besteht, um ein durch die Restmagnetisierung des Körpers bedingtes Haften zu vermeiden. Ein an der Rückseite des Gehäuses angeordneter Deckel 40 begrenzt den Rücklauf des Magnets 36 derart, daß zwischen dem Körper 26 und dem Kern 34, von denen beide aus Weicheisen bestehen, ein Spalt besteht, wenn die Wicklung 24 gespeist wird.
• Im Gehäuse sind Spiele für eine Luftzirkulation derart ausgebildet, daß die Verschiebungen des beweglichen Organs durch die Volumenänderung der durch feste und bewegliche Teile begrenzten Kammern nicht behindert werden.
• Im folgenden wird der Betrieb des Elektroventils beschrieben.
• Wenn die Wicklung 24 nicht gespeist wird, ist der Dauermagnet 36 bestrebt, gegen den Körper 26 aus Weicheisen zu drücken und hält das Verschlußglied 32 auf dessen Sitz 20, wobei die vom Magnet ausgeübte Kraft durch das Zwischenstück 38 und den Kern 34 übertragen wird.
• Wenn die Wicklung 24 von Gleichstrom von solcher Richtung gespeist wird, daß der Pol des Elektromagnets, der sich gegenüber dem Magnet 36 bildet, von gleicher Art ist, wie der ihm zugewandte Pol, findet gleichzeitig folgendes statt:
• - Ausübung einer Rückstoßkraft auf den Magnet 36, die bestrebt ist, ihn in die Anlagestellung gemäß Fig. 2 zu bringen,
• - Ausübung einer Anziehungskraft auf den Kern 34 zum Elektromagnet mit dem Bestreben, ihn zu verschieben und folglich den Magnet 36 mittels des Zwischenstücks 38 zu verschieben, bis der Magnet 36 am Deckel 40 anliegt.
• Die auf den Kern 34 ausgeübte elektromagnetische Kraft kann maximal sein, wenn sich das bewegliche Organ in der vollen Öffnungsstellung befindet, was die Gefahr des Abhebens des Kerns, zum Beispiel unter der Wirkung von Stößen oder Schwingungen, verringert.
• Wenn die Speisung der Wicklung 24 beendet wird, führt der Magnet 36 das gesamte bewegliche Organ in die Schließstellung zurück.
• Dank dieser Anordnung nimmt die Kraft, die vom Magnet 36 ausgeübt wird und bestrebt ist, das bewegliche Organ zur Schließstellung vorzuschieben, von der Stellung gemäß Fig. 2 bis zur Schließstellung von Fig. 1 ständig zu: Folglich ist die Gefahr von Leckverlusten zwischen dem Sitz 20 und dem Verschlußglied 32 verringert.
• Ein Elektroventil nach der Erfindung kann ebenfalls so ausgebildet sein, daß es in der Ruhestellung offen und nicht geschlossen ist.
• Fig. 4 zeigt ein Elektroventil mit derselben allgemeinen Konstruktion wie dasjenige von Fig. 1, wobei der Magnet 36a mit dem Verschlußglied 32 verbunden ist, während der Kern 34a aus Weicheisen an der Rückseite des Elektromagnets angeordnet ist. Die Länge des Kerns 34a und des Zwischenstücks 38 sind so bemessen daß ein Spalt e von einigen Zehntel Millimetern zwischen dem Dauermagnet 36a und dem Körper 26 aus Weicheisen besteht, wenn der Kern 34a am Deckel 40 anliegt.
• Die Gleichstromquelle für die Speisung der Wicklung 24 hat eine solche Polarität, daß sich an dem dem Dauermagnet 36a zugewandten Ende des Körpers 26 ein Pol derselben Art wie der gegenüberliegende bildet. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Fall, wo der Dauermagnet 36a einen dem Körper 26 gegenüberliegenden Südpol aufweist, muß beispielsweise die Stromrich- tung in der Wicklung 24 so sein, daß sich gegenüber dem Dauermagnet 36a ein Südpol bildet.
• Im Fall von Fig. 4 ist die durch den Kern 34a ausgeübte Kraft noch maximal, wenn das bewegliche Organ die Stellung erreicht, zu der es der Kern antreibt. Zu dieser Kraft kommt diejenige hinzu, die durch die Abstoßung zwischen den Polen gleicher Polarität des Körpers 26 und des Dauermagnets 36a bedingt ist. In gewissem Ausmaß kompensiert die fortschreitende Zunahme der vom Kern 34a entsprechend der Verringung des Spalts ausgeübten Kraft die fortschreitende Verringerung der auf den Dauermagnet 36a ausgeübten Rückstoßkraft.
• Wenn die Wicklung 24 nicht erregt wird, hält nur die Anziehungskraft des Elektromagnets 36a das bewegliche Organ in der vollen Öffnungsstellung. Diese Anziehungskraft ist dann maximal, weil dann der Spalt e einen minimalen Wert hat und beinahe gleich Null ist.
• Die Erfindung ist in zahlreichen Ausführungsvarianten möglich. Insbesondere können der Kern aus Weicheisen oder aus einem ferromagnetischen Material mit ähnlichen Eigenschaften und der Magnet von den dargestellten Formen abweichende Formen, insbesondere dieselbe Form, haben.

Claims (7)

1. Elektroventil mit einem Gehäuse (10), das einen Elektromagnet mit einer Wicklung (24) für die Steuerung enthält und in dem ein Kanal ausgebildet ist, der durch einen Sitz (20) zur Aufnahme eines Verschlußglieds (32) begrenzt ist, und mit einem beweglichen Organ, bestehend aus dem Verschlußglied (32), einem Dauermagnet (36; 36a) und einem Kern (34; 34a) aus weichen ferromagnetischem Material, wobei der Kern (34, 34a) und der Dauermagnet (36; 36a) durch ein Zwischentück (38) verbunden und im wesentlichen beiderseits des Elektromagnets (24) in der Verschiebungsrichtung des beweglichen Organs angeordnet sind, das im Gehäuse (10) zwischen zwei Stellungen verschiebbar ist, von denen die eine durch die Anlage des Verschlußglieds (32) am Sitz (40) definiert ist, wobei das bewegliche Organ durch den Dauermagnet (36; 36a) in einer erten oder Ruhestellung gehalten wird, wenn die Wicklung (24) des Elektromagnets nicht gespeist wird, und in eine zweite, aktive Stellung verschoben wird, wenn die Wicklung (24) gespeist wird, wobei der magnetische Kreis mit dem Dauermagnet (36; 36a) und der magnetische Kreis mit dem Elektromagnet und dem Kern (34; 34a) auch einen feststehenden ringförmigen Körper (26) aufweisen, der im Gehäuse (10) eingebaut ist und vom Zwischenstück (38) durchquert wird, wobei die Anordnung derart betrieben wird, daß in der aktiven Stellung der Spalt zwischen dem Kern (34; 34a) und dem Körper (26) des magnetischen Kreises mit dem Elektromagnet und dem Kern (34; 34a) ein Minimum ist, während der Spalt zwischen dem Dauermagnet (36; 36a) und dem Körper (26) des magnetischen Kreises mit dem Dauermagnet (36; 36a) ein Maximum ist, und umgekehrt in der Ruhestellung, dadurch gekennzeichnet

daß das Zwischenstück (38) aus unmagnetischem Material zwischen dem Kern (34; 34a) und dem Dauermagnet (36; 36a) eine konstante Länge hat und derart gewählt ist, daß in Anbetracht des Abstands zwischen dem Sitz (20) und einem das Gehäuse (10) schließenden Deckel (40) zur Begrenzung der Verschiebung des beweglichen Organs die Spalte (e) zwischen dem Dauermagnet (36; 36a) und dem entsprechenden Körper (26) in Ruhestellung und zwischen dem Kern (34; 34a) und dem entsprechenden Körper (26) in aktiver Stellung minimale Spalte, jedoch nicht gleich Null sind, und

daß das bewegliche Organ in der aktiven Stellung gehalten wird, solang die Wicklung (24) des Elektromagnets gespeist wird, und durch den Dauermagnet von der aktiven Stellung in die Ruhestellung zurückgestellt wird, sobald die Wicklung (24) nicht mehr gespeist wird.

2. Elektroventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (38) mit dem Dauermagnet (36; 36a) und mit dem Kern (34; 34a) eine einfache Anlageverbindung hat.

3. Elektroventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (38) am Dauermagnet (36; 36a) und/oder am Kern (34; 34a) befestigt ist.

4. Elektroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Körper (26) aus weichem ferromagnetischem Material besteht und in der Wicklung (24) um das Zwischenstück (38) herum angeordnet ist und gleichzeitig zu den magnetischen Kreisen gehört, von denen der eine den Elektromagnet und den Kern (34; 34a) und der andere den Dauermagnet (36; 36a) enthält.

5. Elektroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Speisung des Elektromagnets in der Wicklung (24) Gleichstrom in einer solchen Richtung fließt, daß der Pol, der an dem dem Dauermagnet (36;36a) benachbarten Ende des Körpers (26) erzeugt wird, von gleicher Art ist wie der Pol gegenüber dem axial magnetisierten Dauermagnet (36; 36a).

6. Elektroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied (32) unmittelbar am Dauermagnet (36a) befestigt ist.

7. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied (32) unmittelbar am Kern (34) befestigt ist.