DE69919557T2

DE69919557T2 - Magnetantrieb

Info

Publication number: DE69919557T2
Application number: DE1999619557
Authority: DE
Inventors: Camcon
Original assignee: Camcon Ltd
Current assignee: Silverwell Technology Ltd
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2019-10-08
Also published as: GB9923744D0; DE69919557D1; JP2002527026A; ATE274162T1; EP1119723B1; GB2342782B; GB2342782A; JP4359395B2; US6598621B1; ES2228111T3; EP1119723A1; PT1119723E; WO2000020786A1; AU6215999A

Description

Diese Erfindung betrifft magnetische Antriebe, insbesondere, aber nicht ausschließlich für Ventile zum Steuern von Gas- oder Arbeitsmittelströmungen und zum Öffnen und Schließen von elektrischen Schaltkontakten.
Vorgeschichte der Erfindung
Die magnetische Anziehung und Abstoßung wird im allgemeinen als Antriebskraft zum Betätigen von Vorrichtungen, wie zum Beispiel Ventilschließgliedern, Kolben in Zylindern zum Erreichen einer Pumpwirkung und Kontaktgebern und Schaltern zum Öffnen und Schließen von elektrischen Kreisen, verwendet.
Solche Antriebe können eine bi- oder monostabile Charakteristik aufweisen und verwenden oft eine Federkraft zum Erzielen einer Rückstellkraft und Ausbilden einer monostabilen Betriebscharakteristik.
Magnetische Felder zum Durchführen der Betriebsvorgänge werden im allgemeinen durch einen elektrischen Strom erzeugt, der in einer einen ferromagnetischen Kern oder dergleichen umschließenden Windung fließt. Zum Abschalten des magnetischen Feldes wird auch der Strom abgeschaltet. Der Kern besteht im allgemeinen aus einem magnetisierbaren Material mit einer geringen magnetischen Permanenz.
Falls Ventile die Strömung von brennbaren oder giftigen Gasen oder Arbeitsmitteln steuern, wird der magnetische Antrieb für diese im allgemeinen monostabil ausgebildet und weist für den Fall eines Ausfalls der Energieversorgung eine sogenannte ausfallsichere Charakteristik auf. Unter ausfallsicher wird verstanden, daß das Ventil bei einem Ausfalls der elektrischen Energieversorgung in einen geschlossenen Zustand zurückkehrt.
Die Erfindung strebt die Vermeidung der Notwendigkeit einer ständigen Zufuhr von elektrischem Strom zum Aufrechterhalten des Betriebszustandes einer monostabilen Vorrichtung an.
Eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in dem Ausbilden eines bistabilen magnetischen Antriebs, der zum Verbleiben in einem seiner stabilen Zustände einen anhaltenden Stromfluß nicht erfordert.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in dem Ausbilden eines bistabilen magnetischen Antriebs, der ohne weiteres in einen mit monostabiler Charakteristik umgewandelt werden kann, so daß er bei einem Energieausfall in einen seiner beiden Zustände zurückkehrt oder in diesem verbleibt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in dem Ausbilden einer mechanischen Vorrichtung zum Ändern der Charakteristika einer bistabilen magnetischen Vorrichtung in die einer monostabilen Vorrichtung.
Eine noch andere Aufgabe der Erfindung liegt in dem Ausbilden eines digitalen Ventils zum Steuern der Strömung eines Arbeitsmittels, insbesondere zum Steuern einer Strömung von Gas oder Luft.
Eine noch andere Aufgabe der Erfindung liegt in dem Ausbilden eines digital steuerbaren Steuerventils für eine Gasströmung mit einer Sicherheitscharakteristik, die bei Versagen einer überwachten Energiequelle, wie zum Beispiel eines elektrischen Stromflusses, einer Wärme- oder einer Lichtquelle, in einen geschlossenen Zustand zurückkehrt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in dem Ausbilden von pneumatischen Vorrichtungen, bei denen sich eine Luft- oder Gasströmung unter der Steuerung von Ventilen, die mit solchen verbesserten magnetischen Antrieben gesteuert werden, befindet.
Stand der Technik
Aus den US-Patentschriften Nr. 4 554 610, Nr. 4 386 823 und Nr. 3 772 540 sind magnetische Antriebsvorrichtungen bekannt mit Permanentmagnetmitteln, einem zwischen Luftspalten bewegbaren Anker und einer elektromagnetischen Wicklung zum Antreiben des Ankers. In sämtlichen Fällen liegt die Achse der Wicklung parallel zur Bewegungsbahn des Ankers.
Zusammenfassende Beschreibung der Erfindung
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung umfaßt eine magnetische Antriebsvorrichtung ein Permanentmagnetmittel mit Erzeugen eines Magnetflusses, mit einem beweglich eingebauten Anker zum Ermöglichen des Einnehmens entweder eines ersten Luftspaltes, in dem der Fluß in einer Richtung stattfindet, oder eines zweiten Luftspaltes, in dem der Fluß in der entgegengesetzten Richtung stattfindet, mit einem Gebiet der Flußauslöschung zwischen den beiden Luftspalten, und mit mindestens einer elektromagnetischen Wicklung mit einer Achse im allgemeinen senkrecht zu der Bewegungsbahn des Ankers, an den der Strom angelegt werden kann zum Adaptieren mindestens dieser einen Wicklung bei Erregung zum Erzeugen eines Magnetflusses in der einen oder der anderen Richtung abhängig von der Richtung des Stromes, wobei der Fluß von der Wicklung die Flußdichte in einem der Luftspalte erhöht und die Flußdichte in dem anderen Luftspalt vermindert und damit das Gebiet der Flußauslöschung wirksam in Richtung auf einen oder in einen der beiden Luftspalte verschiebt zum Erzeugen eines von dem einem zu dem anderen Luftspalt verlaufenden Flußdichtegradienten, was eine Bewegung des Ankers in (oder Verbleiben in) dem Luftspalt mit der höheren Flußdichte bewirkt, in dem der Anker nach dem Beenden des Stromflusses weiter verbleibt.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung polarisiert die Wicklung im Betrieb den Anker und ändert auch den Magnetfluß in den Luftspalten.
Gemäß einem noch anderen Gesichtspunkt der Erfindung in einer magnetischen Antriebsvorrichtung der oben genannten Art enthält diese weiter ein eine geringe Reluktanz aufweisendes Flußkonzentrationsmittel außerhalb der magnetischen Wicklung, die einen Außenpfad mit geringer Reluktanz ausbildet zum Zurückführen des Flusses von deren einem zu deren anderem Ende bei Erregung der Wicklung, um damit den von der Wicklung erzeugten Fluß bei deren Erregung zu erhöhen, um damit den zum Bewirken der Bewegung des Ankers verfügbaren magnetischen Fluß zu verstärken.
Das externe Flußkonzentrationsmittel enthält zweckmäßig mindestens ein aus magnetisierbarem Material bestehendes langes Glied, das parallel zum Magnetfluß im Luftspalt und allgemein senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Ankers und jenseits von dessen Bewegungsbereich verläuft.
Eine magnetische Antriebsvorrichtung der oben genannten Art mit oder ohne das externe Flußkonzentrationsmittel kann vier ähnliche, lange, symmetrisch in Paaren angeordnete magnetisierbare Polstücke aufweisen, wobei jedes Paar eins der beiden magnetischen Felder einnimmt und der Luftspalt zwischen den Polstücken in jedem Paar die Luftspalte an jedem der beiden Endpunkte des Ankerweges definiert und die beiden Paare der Polstücke zum Konzentrieren des internen Magnetflusses in die beiden Luftspalte an entgegengesetzten Enden des Ankerweges dienen.
Die Kombination der internen und externen Flußkonzentrationsmittel unterstützt das Bestimmen der beiden stabilen Stellungen des Ankers und auch das Ausführen seiner Bewegung von einem zum anderen Ende.
An einem Ende der Bewegung des Ankers können zwei elektrische Kontakte vorgesehen werden, die durch Überbrücken durch den Anker oder durch leitende Mittel oder einen Überzug auf dem Anker, wenn sich letzterer an diesem Ende seiner Bewegung befindet, elektrisch verbunden werden.
Gleichermaßen können ebenso zwei elektrische Kontakte am anderen Ende der Bewegung vorgesehen sein. Bei Bedarf können zweite leitende Mittel oder ein Überzug auf dem Anker vorgesehen werden, um sicherzustellen, daß auch die anderen Kontakte überbrückt werden, wenn sich der Anker am anderen Ende seiner Bewegung befindet.
Durch Vorsehen elektrischer Kontakte an einem oder beiden Enden der Ankerbewegung wird der Antrieb in einen elektrischen Schalter umgewandelt, bei dem ein Kontaktpaar bei Lage des Ankers an einem Ende seiner Bewegung und das andere Kontaktpaar bei Lage des Ankers am anderen Ende seiner Bewegung überbrückt wird. Der umgewandelte Antrieb ist damit gleichwertig mit einem elektromagnetischen Relais oder Kontaktgeber.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung kann eine magnetische Antriebsvorrichtung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, in einer abgedichteten Kammer enthalten sein, und bei Verwendung von elektrischen Kontakten kann die Kammerwand mindestens teilweise aus elektrisch isolierendem Werkstoff bestehen zum Ausbilden eines Gebiets leitender Durchlässigkeit zu außerhalb der Kammer liegenden Anschlüssen zum Ermöglichen des Ausbildens elektrischer Anschlüsse an die in der Kammer befindlichen Kontakte, die bei sich in richtiger Stellung befindendem Anker dadurch überbrückt werden.
Die Kammer kann zum Beispiel aus Kunststoff, Glas oder Quarz bestehen.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung kann eine magnetische Antriebsvorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde, eine weitere gegenüber dem Antrieb verschiebbare Flußkonzentrationsvorrichtung enthalten zum Annehmen einer ersten verhältnismäßig dicht am Antrieb befindlichen ersten Stellung zum Herabsetzen der Flußdichte an einem Ende der Ankerbewegung, um damit zu bewirken, daß die Vorrichtung eine monostabile Charakteristik annimmt, wenn sich die weitere Konzentrationsvorrichtung in dieser Stellung befindet, und die aus der ersten in eine zweite Stellung verschiebbar ist, in der sie zum Wiederherstellen der bistabilen Charakteristik des Antriebs einen geringen oder keinen Einfluß auf die Flußdichte in dem Antrieb ausübt.
In einer alternativen Ausführungsform kann die weitere Flußkonzentrationsvorrichtung dauerhaft sehr dicht an dem einen Ende der Ankerbewegung angeordnet sein zum Ausbilden eines Antriebs mit einer dauerhaften monostabilen Charakteristik.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann ein einziger Permanentmagnet an einem Ende einer elektromagnetischen Spule verwendet werden, in der zwei Paare ausgerichteter auseinanderliegender Polstücke angeordnet sind, die an entgegengesetzten Enden der Ankerbewegung Luftspalte ausbilden, mit oder ohne äußere, den Fluß konzentrierende Elemente zum Erhöhen der Flußdichte, die einem in der elektromagnetischen Spule fließenden Strom zuzuordnen ist, und anstelle eines am entgegengesetzten Ende der Spule angeordneten zweiten Permanentmagneten ist ein langgestrecktes Glied aus magnetisierbarem Material aus einem Material ähnlich dem, aus dem die Polstücke ausgebildet sind, vorgesehen, so daß der aus einem der beiden näheren inneren Polstücke austretende Fluß in das magnetisierbare Material eintritt und durch es durchtritt zum Austreten aus seinem anderen Ende und zum Eintreten in das andere der beiden näheren inneren Polstücke.
Das lange magnetisierbare Glied bildet damit einen Rückweg für den Fluß und hält die Flußrichtung an jedem Ende der Ankerbewegung in der gleichen Weise wie ein zweiter Permanentmagnet dies tun würde, und damit entfällt die Notwendigkeit eines zweiten Permanentmagneten.
Eine weitere Flußkonzentration läßt sich durch Anordnung von das Feld fokussierenden Polstücken an den entgegengesetzten Enden des Permanentmagneten und magnetisierbarer Elemente an dem entgegengesetzten Ende der Spule (oder an jedem Ende der beiden Permanentmagnete, wenn Permanentmagnete an den beiden Enden der Spule angeordnet sind) erreichen, wobei die Polstücke seitlich zu jedem Magneten oder der Länge des magnetisierbaren Materials verlaufen und in Richtung auf die Polstücke und extern von der Spule angeordneten, den Fluß konzentrierenden Elementen verlaufen, sofern solche vorgesehen sind.
Bei einer solchen Anordnung kann jede weitere Konzentrationseinrichtung, die zum Bewirken einer monostabilen Charakteristik in dem Antrieb verwendet wird, auch Polstücke enthalten zum Einpassen mit kleinen Luftspalten zwischen den das Feld fokussierenden Polstücken und sämtlichen internen Polstücken und/oder jeder externen Konzentrationseinrichtung (sämtlichen externen Konzentrationseinrichtungen) an den entgegengesetzten Enden der Spule.
Eine Energiespeichervorrichtung, wie ein Federmittel, kann an einem Ende der Ankerbewegung vorgesehen werden, die aus der Schlußbewegung des Ankers in seine Ruhestellung an diesem Ende seiner Bewegung abgeleitete Energie absorbiert.
Vorzugsweise wird eine Energiespeichervorrichtung an beiden Enden der Ankerbewegung angeordnet.
Die bei einer solchen Anordnung gespeicherte Energie dient zum Beschleunigen des Ankers aus seiner Ruhestellung bei Fließen eines Stroms in der elektromagnetischen Wicklung und bewirkt das Zusammenfallen des Flusses in dem vom Anker eingenommenen Luftspalt. Dies unterstützt bei der Zustandsänderung der Vorrichtung.
Die Erfindung liegt auch in einer magnetischen Antriebsvorrichtung, die ein erstes und ein zweites Magnetfeld erzeugende Magnetmittel aufweist, wobei die Polarität des ersten und des zweiten Feldes entgegengesetzt zueinander sind, und ein zur Bewegung zwischen diesen beiden Feldern befestigter magnetisierbarer Anker, der süd/nord- oder nord/südmagnetisiert ist, abhängig davon, welches der beiden Felder er einnimmt und zu seinem Verschieben aus dem Einfluß eines der beiden Felder, sobald er mit diesen ausgerichtet ist, eine beträchtliche, senkrecht zu den magnetischen Flußlinien wirkende Kraft erfordert, und ein magnetischer oder magnetisierbarer Shunt vorgesehen ist, der in eine Stellung verschiebbar ist, in der der magnetische Fluß des ersten oder des zweiten Feldes durch diesen abgelenkt wird, um zu bewirken, daß der Anker entweder in dem nichtbeeinflußten Feld verbleibt oder sich unter der Einwirkung des nichtbeeinflußten magnetischen Feldflusses sofort bewegt zwecks Einnahme des nichtbeeinflußten Feldes.
Das Verschieben des Ankers von einem zum anderen Ende der Vorrichtung läßt sich durch Erschöpfen des Magnetflusses an dem einen Ende und/oder der Verstärken des Flusses an dem anderen Ende erreichen. Dies läßt sieh durch Fließenlassen eines elektrischen Stroms in einer Erregerwicklung erreichen, die so angeordnet ist, daß sie den Fluß in dem einen oder in dem anderen Feld oder in beiden Feldern beeinflußt. Zwei solcher Wicklungen können vorgesehen werden oder durch Verschiebung in die Nachbarschaft der Vorrichtung eines magnetisierten Gliedes oder eines Gliedes aus magnetisierbarem Material.
Im allgemeinen besteht der Anker aus magnetisierbarem Material, im typischen Fall einen ferromagnetischem Material, und zum Herabsetzen seiner Masse kann eine Spaltform der Konstruktion verwendet werden, bei der ferromagnetische Pole an den einander gegenüberliegenden Enden des Antriebs mit einer verhältnismäßig schmalen Lücke zwischen den einander gegenüberliegenden Magnetpolseiten angeordnet sind, und der bewegliche Abschnitt des Ankers, der auch aus magnetisierbarem Material besteht, wird so konstruiert, daß er gerade in die schmalen Lücken zwischen den einander gegenüberliegenden Polseiten an den entgegengesetzt zueinander liegenden Enden des Antriebs paßt, und das verschiebbare Element selbst wird an einem Ende einer Verbindungsstange befestigt, die durch ein Ende des magnetischen Antriebs durchläuft und außerhalb des Antriebs in einem Ventilverschlußglied endet.
Durch Konstruieren des Ankers auf diese Weise läßt sich seine Masse auf wenig mehr als die Masse der Verbindungsstange herabsetzen, die selbst zum Herabsetzen ihrer Masse hohl ausgebildet werden kann, und das den verschiebbaren Teil des Ankers bildende massive Stück aus ferromagnetischem Material weist einfach einen geringen Querschnitt auf, ist aber eine massive Verlängerung der Verbindungsstange.
Die Verbindungsstange besteht vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material.
Durch Herabsetzung der Masse des Ankers auf diese Weise kann die Betriebsgeschwindigkeit der Vorrichtung und auch jedes mit ihr zusammenwirkenden Ventils gegenüber einer Anordnung, bei der ein massiverer Anker unter der Einwirkung des gleichen magnetischen Feldgradienten von einem Ende des Antriebs zu seinem anderen Ende bewegt werden muß, beträchtlich erhöhen.
Jede der vorgenannten magnetischen Vorrichtungen dient zum Betreiben eines Ventils zum Steuern des Gas- oder Luft- oder Flüssigkeitsstroms oder zum Ausbilden der zum Öffnen und Schließen elektrischer Kontakte eines elektrischen Schalters erforderlichen Verschiebung.
Bei Ausbildung eines sich für immer in seiner Stellung befindenden magnetischen Shunts kann eingerichtet werden, daß der sich durch das Erregen der Wicklung ergebende zusätzliche Fluß entweder zum Überwinden des nichtgeshunteten Feldes am anderen Ende der Vorrichtung ausreicht oder nicht. Falls der induzierte Fluß zum Verschieben des Ankers vom nichtgeshunteten Feld in das geshuntete Feld ausreicht, ergibt sich, daß der Anker zum Ende des nichtgeshunteten Feldes zurückkehrt, sobald der Erregerstrom weggenommen (oder beträchtlich herabgesetzt) wird.
Eine andere Anordnung ist eine, bei der eine zusätzliche elektromagnetische Vorrichtung am Ende des geshunteten Feldes der Vorrichtung vorgesehen wird, mit der der Anker bei Bewegung in das geshuntete Feld Kontakt macht. Vorzugsweise enthält die zusätzliche Vorrichtung einen magnetischen Kern und der Kontakt mit dem Anker bedeutet, daß es keinen Luftspalt zum Herabsetzen der Flußdichte nach der Kontaktgabe gibt. Durch Ausbilden eines vollständigen magnetischen Pfades ohne einen Luftspalt wird die Flußdichte viele Male erhöht. Diese Anordnung ermöglicht damit dem Anker ein Wegziehen aus dem nichtgeshunteten Feld durch einen in der zusätzlichen Vorrichtung fließenden hohen elektrischen Strom, der auf einen niedrigen Strom herabgesetzt werden kann, sobald der Anker und der Kern der Vorrichtung zum Halten des Ankers am Ende des geshunteten Feldes Kontakt machen.
Eine solche Anordnung weist eine ausfallsichere Charakteristik auf, da bei einem Ausfall des kleinen elektrischen Haltestroms der im Antrieb vorhandene restliche Flußgradient so ist, daß der Anker augenblicklich zum Besetzen des nichtgeshunteten Feldes, in dem der statische Fluß am höchsten ist, verschoben wird.
Die zusätzliche elektromagnetische Vorrichtung kann eine Magnetspule mit einer großen Zahl von Windungen auf einem magnetischen Kern sein – zum Beispiel einem Kern aus ferromagnetischem Material, so daß nur ein geringer Strom noch einen hohen magnetischen Fluß erzeugt.
Ein Ventil mit Verwendung eines magnetischen Antriebsvorrichtung, wie sie zuvor erläutert wurde, kann zum Beispiel zum Steuern des Stroms eines brennbaren Gases zu einem Brenner oder einer Düse verwendet werden, wobei ein Thermoelement am Brenner oder an der Düse angeordnet ist zwecks Erhitzung durch eine aus dem Brenner oder der Düse austretenden Flamme zum Erzeugen eines elektrischen Stroms, der dann in irgendeinem an das Thermoelement angeschlossenen Stromkreis fließt. Falls das Thermoelement damit entweder einen elektrischen Strom zum Halten der Magnetspule am Ende des geshunteten Feldes erzeugt oder die Erzeugung eines solchen Stroms steuert, erzeugt die Magnetspule einen magnetischen Fluß, der ausreicht, um den Anker am Ende des geshunteten Feldes damit in Kontakt zu halten, vorausgesetzt, daß das Thermoelement weiter durch die Flamme erhitzt wird. Für den Fall eines Ausfalls der Flamme aus irgendeinem Grund kühlt das Thermoelement ab, der Haltestrom fällt zusammen und damit der die haltende Magnetspule am Anker haltende magnetische Fluß. Damit wird der Anker zur Bewegung zu der höheren Flußkonzentration am anderen Ende seiner Bewegung freigegeben.
Eine alternative Anordnung mit einer ähnlichen ausfallsicheren Charakteristik schließt das Befestigen der den Fluß kurzschließenden Vorrichtung auf einem verschiebbaren Element ein, dessen Stellung gegenüber dem Antrieb durch den Durchgang eines elektrischen Stroms gesteuert wird oder abhängig ist von einer bestimmten angelegten Spannung oder dem Ausüben eines Gas- oder Strömungsmitteldrucks an dem verschiebbaren Element oder irgendeinem anderen physikalischen Parameter, der sich im Fall irgendeines Versagens, wie zum Bei spiel eines Erlöschens der Flamme an einem Gasbrenner, ändert. Dies führt dazu, daß das verschiebbare Element die den Fluß shuntende Vorrichtung aus einer Stellung, bei der zwischen ihr und dem Magnetfluß an einem Ende des Antriebs ein verhältnismäßig großer Luftspalt besteht, in eine Stellung verschiebt, in der das shuntende Element den größten Teil des Flusses oder den gesamten Fluß so ablenkt, daß die Flußdichte an diesem Ende der Ankerbewegung beträchtlich herabgesetzt und der Anker entweder zu einer Verschiebung zum anderen Ende des Antriebs, an dem der magnetische Fluß unbeeinflußt bleibt, oder zu einem Verbleiben an diesem anderen Ende veranlaßt wird.
Bevorzugte Formen des verschiebbaren Elementes sind ein Bimetallstreifen, eine Piezobiegevorrichtung, eine Feder, eine Membran oder eine andere Vorrichtung, die sich bei zu- oder abnehmenden Druck verschiebt.
Zusätzlich zu oder anstelle einer Verschiebung gegenüber einem Versagen der Flamme oder einem anderen physikalischen Ereignis kann der Mechanismus, der die augenblickliche Stellung des den Fluß überbrückenden Elementes ermittelt, so ausgebildet werden, daß er auf ein Ansteigen in einem überwachten Parameter, wie zum Beispiel Temperatur oder Druck, oder auch auf eine Abnahme anspricht. Die den Fluß überbrückende Vorrichtung kann damit in Stellung gebracht werden, um den Fluß an einem Ende des Antriebs entweder infolge eines Ausfalls der Flamme, wie bei einem Gasbrenner, oder im Fall einer übermäßigen Temperatur auszurichten.
Bei Vorhandensein einer Haltemagnetspule kann diese mit Vorteil im Antrieb an dem Ende angeordnet werden, das durch das den Fluß überbrückende Element beeinflußt wird.
Eine magnetische Vorrichtung der beschriebenen Art kann mit einer Kammer zusammengefaßt werden, in die oder aus der Strömungsmittel nach Maßgabe der Lage eines Ventilschließglieds gegenüber einem eine Öffnung umgebenden Ventilsitz strömen kann, wobei die Öffnung in einer Endstellung der Ankerbewegung durch das Ventilschließglied verschlossen wird und in der anderen Endstellung der Ankerbewegung durch das Ventilschließglied nicht versperrt wird.
Bei solchen Anordnungen mag es notwendig sein, sicherzustellen, daß es keine Gelegenheit für ein Durchlecken des Strömungsmittels, bei dem es sich um ein Gas oder eine Flüssigkeit handeln kann, in die Vorrichtung gibt. Dies ist besonders wichtig, wenn es sich um ein brennbares oder explosives Gas oder eine brennbare oder explosive Flüssigkeit handelt. Zu diesem Zweck kann die Öffnung, durch die die Verbindungsstange zwischen dem magnetischen Antrieb und dem Ventilschließglied verläuft, mit einer oder mehreren Dichtungen abgedichtet werden, um den Austritt von Strömungsmittel (Gas oder Flüssigkeit) aus der Kammer zu vermeiden.
Ganz vorzugsweise wird eine Membrandichtung anstelle von oder zusätzlich zu dem die Verbindungsstange umschließenden Abdichtmittel vorgesehen, und der Werkstoff für die Membran wird so ausgewählt, daß er gegenüber dem zu steuerden Strömungsmittel undurchlässig und ausreichend biegsam ist, um eine Linearbewegung der Verbindungsstange nach Maßgabe der Verschiebung des magnetischen Ankers zuzulassen.
In einer bevorzugten Anordnung ist die Membran in ihrer Gestalt im allgemeinen kreisförmig. Sie weist zum Erreichen einer Biegsamkeit und zum Ermöglichen einer Bewegung ihres zentralen Gebiets gegenüber ihrem Umfang ein gewelltes, ringförmiges Gebiet auf und ist in ihrer Mitte zum Ermöglichen eines Durchtritts der Verbindungsstange gelocht, ist aber um diese herum im typischen Fall an einem Hals an der Stange abgedichtet, und der Hals bildet ein integrales Teil der Stange oder ist abgedichtet mit dieser verbunden, und der Umfang der Membran ist gleichermaßen mit einem einen größeren Durchmesser aufweisenden Hals verbunden oder auf andere Weise abgedichtet an diesen angeschlossen, wobei der Hals abgedichtet mit einer Stirnwand der magnetischen Antriebsvorrichtung verbunden oder integral mit ihr ausgebildet ist. Die magnetische Antriebsvorrichtung bildet mindestens einen Teil einer Wand der Strömungsmittelkammer, in die die Verbindungsstange und das Ventilschließglied eintreten.
Bei Zusammenbau mit einer Strömungsmittel enthaltenden Kammer, wie sie vorstehend erläutert wurde, und bei Vorhandensein eines den Fluß überbrückenden Elements an einem Ende der Antriebsvorrichtung, im typischen Fall dem von der Strömungsmittelkammer abgelegenen Ende, kann eine mit einem Knopf betätigte Stell/Rückstellvorrichtung in der Mähe des den Fluß überbrückenden Elementes angeordnet werden zum Halten des letzteren in einem Abstand von der Magnetanordnung, während der Bimetallstreifen, die piezoelektrische Biegevorrichtung oder ein anderer Mechanismus, der das den Fluß überbrückende Element normalerweise vom magnetischen Feld fernhält, eine ausreichende Kraft ausbildet, um das den Fluß überbrückende Element nach der Freigabe des Knopfs in einem Abstand zu halten.
Zusätzlich oder alternativ kann ein Notknopf vorgesehen werden, um das den Fluß überbrückende Element mit den Magnetbauteilen der Vorrichtung in Kontakt zu halten, damit das Ventil als Folge des Zusammenbrechens des magnetischen Flusses in einem der Felder in seinen Schließzustand fällt.
Im typischen Fall erfolgt der Zusammenbruch in dem von der die Ventilschließvorrichtung enthaltenden Strömungsmittelkammer abgelegenen Feld.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Anordnung aus mehreren bistabilen Strömungsregelventilen vorgesehen in Zusammenwirkung mit Öffnungen, die sich in ihrer Größe unterscheiden, und Strömungsmittel wählen unterschiedliche Öffnungen aus, offen zu sein, entweder allein oder in Zusammenwirkung mit anderen, so daß ein Bereich von unterschiedlich bemessenen, durch die Anordnung durchtretenden Öffnungen erzielt werden kann, um damit die Strömung des Strömungsmittels zu steuern, und die Öffnungsgröße läßt sich mit den jeweiligen Öffnungen, die offen sind, bestimmen, und dies bestimmt wiederum die bei einem gegebenen Druckunterschied durchtretende Strömungsmenge, wobei jedes Ventilschließglied durch eine magnetische Antriebsvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art gesteuert wird.
Vorzugsweise stellen die verschiedenen Flächen der Öffnungsgrößen, die erreicht werden können, jeweils eine Aufeinanderfolge von Öffnungsflächen dar, so daß ein Fortschreiten der Flächen von Null bis zu einem maximalen Flächenwert, wenn sämtliche Ventile offen sind, in einer Reihe von einzelnen Stufen erreicht werden kann.
Gemäß einem anderem Gesichtspunkt der Erfindung kann eine Vielzahl von magnetischen Antriebsvorrichtungen der vorstehend beschriebenen Art zum Öffnen und Schließen jedes aus einer entsprechenden Vielzahl von Ventilschließgliedern zum Steuern des Austritts von unter Druck stehendem Strömungsmittel aus einer einen Vorratsbehälter darstellenden Sammelleitung verwendet werden, und die elektromagnetische Wicklung jedes Antriebs ist wahlweise an eine elektrische Stromquelle anschließbar, und programmierbare Steuermittel können zum Aufbauen von Verbindungen zu der Stromquelle und der Richtung des Stromflusses in den Wicklungen vorgesehen werden. Die Strömungsmittel können unter der Einwirkung eines Rechners stehen, der zum Öffnen und Schließen der Ventile in einer Aufeinanderfolge oder einem Schema oder mehreren Schemata oder in einer Aufeinanderfolge von Schemata programmierbar ist.
Jedes Ventil kann mit einer Öffnung zusammenwirken, durch die bei offenem Ventil ein Strömungsmittel wie Gas oder Luft durchtreten kann.
Die Öffnungen können in einer einzigen Reihe oder in einer Vielzahl von Reihen oder in einem regelmäßigen Muster oder einer Serie von Mustern oder pseudowillkürlich in gleichen Abständen auseinanderliegen. Die Abstände zwischen den Öffnungen in den Reihen und zwischen den Reihen können gleich sein, die Reihen können parallel sein und die Lage der Öffnungen entlang der Reihen kann so sein, daß sie in Richtungen senkrecht zu den parallelen Reihen ausgerichtet sind, um damit eine Matrix aus Reihen und Säulen aus in gleichen Abständen auseinanderliegenden Öffnungen auszubilden.
Die Öffnungen können in einer ebenen Fläche, wie zum Beispiel in einer großen ebenen, eine Wand einer ein Strömungsmittel enthaltenden Sammelleitung bildenden Platte, enthalten sein.
Das Strömungsmittel ist vorzugsweise unter Druck stehende Luft.
Der Winkel der Ebene gegenüber der Horizontalen ist derart, daß eine Stützfläche für auf ihr befindliche Gegenstände gebildet wird.
Die programmierbaren Steuermittel können so programmiert werden, daß sie den Austritt von Luft durch Öffnungen unter einem auf diesen befindlichen Gegenstand bewirken, so daß der Gegenstand auf einem Luftkissen angehoben wird. Im angehobenen Zustand kann der Gegenstand unter Umständen ohne Reibung über der Fläche bewegt werden.
Durch Anordnung von Sensoren zum Detektieren, welche der Öffnungen sich mit dem Gegenstand in Deckung befindet, und zum Steuern der elektrischen Anschlüsse zu den elektromagnetischen Wicklungen der Ventilantriebe, um damit stetig sich nicht mit dem Gegenstand in Deckung befindliche Ventile zu schließen und sich mit ihm in Deckung befindliche zu öffnen, so daß das die Last tragende Luftkissen mit einem Gegenstand während dessen Bewegung gegenüber der Öffnung wandern kann. Durch eine solche Steuerung der Ventile kann die Luft nur durch die zum Erzeugen des die Last tragenden Luftkissens erforderlichen Öffnungen austreten, und der durch die Öffnungsanordnung durchtretende Luftstrom wird gegenüber den Luftkissenstützplatten, bei denen Luft ständig aus allen Öffnungen austritt, beträchtlich herabgesetzt.
Eine für die Zwecke des vorstehend beschriebenen Betriebs konstruierte, ein Luftkissen erzeugende Platte erzeugt auch weniger Lärm als eine, bei der Luft ständig aus sämtlichen Öffnungen austritt.
Zum Herabsetzen von Luftverlusten bei herkömmlichen, ein Luftkissen erzeugenden Platten wurde vorgeschlagen, jede Öffnung mit einem normalerweise verschlossenen Luftrückschlagventil zu versehen. Jedes dieser Ventile kann durch das Gewicht eines über ihm befindlichen Gegenstandes in einen Offenzustand verbracht werden aufgrund des nach abwärts gerichteten Drucks des Gewichts, das auf senkrecht nach oben vorspringende und mit den Ventilen verbundene Fühler einwirkt.
Eine für einen erfindungsgemäßen Betrieb konstruierte, ein Luftkissen haltende Platte weist den Vorteil auf, daß die Ventile durch Programmierung einzeln steuerbar sind, daß es keine von der Oberfläche der Platte hochstehenden Fühler gibt und daß kein Bedarf an irgendeinem körperlichen Kontakt zwischen der Unterseite des angehobenen Gegenstandes und irgendeinem Teil der Platte besteht, sobald unter dieser ein Luftkissen erzeugt wurde.
Die Matrix der Öffnungen kann in zwei oder mehr miteinander rechte Winkel einschließenden Ebenen angeordnet werden.
Ein Luftkissenförderer kann unter Verwendung einer Platte der eben beschriebenen Art konstruiert werden, die in der Förderrichtung der Gegenstände verläuft, und über der Oberfläche der Platte angeordnete Führungen bestimmen entlang dieser einen Weg für die Gegenstände, die bei Erkennung durch die unter ihnen freigegebene Luft angehoben werden.
Die Führungen können auch mit der Sammelleitung verbunden sein und Öffnungen aufweisen.
In einer alternativen Anordnung können die Öffnungen in einer gebogenen Fläche und insbesondere in der Wand eines Durchgangs in einer Sammelleitung, in die Strömungsmittel unter Druck eingeleitet wird, angeordnet sein, und zur Freigabe von Luft aus den verschiedenen Öffnungen zum Erzeugen einer Schallwelle in dem Durchgang wird ein Programm an den rechnergesteuerten Strömungsmitteln zum Öffnen und Schließen des Ventils angelegt.
Im Querschnitt kann der Durchgang zylinder- oder rechteckförmig sein.
Die Sammelleitung kann ringförmig sein und in der die Durchtrittsöffnung ausbildenden Innenwand eine Anordnung von Düsenöffnungen aufweisen. Jede Düse wird durch ein durch einen magnetischen Antrieb gesteuertes Ventil der beschriebenen Art gesteuert.
Die Sammelleitung kann einen Teil der Wand eines Durchgangs bilden, durch den Gase oder Luft durchtreten, und durch Steuern der Ventile können Strömungsmittelstöße in den Luft- oder Gasstrom eingeblasen werden, so daß in dem Strom Turbulenzen nach Wunsch erzeugt oder vermindert werden können. Bei dem Strömungsmittel handelt es sich im typischen Fall um unter Druck stehende Luft oder um unter Druck stehendes Gas.
Eine solche ringförmige Sammelleitung kann einen Teil der Wand des Ein- oder Auslasses einer Turbine oder des Auspuffs oder Einlasses eines Düsenmotors oder der Wand einer ein unter Turbulenz stehendes Gas oder unter Turbulenz stehende Luft führenden Rohrleitung bilden.
An einem Beispiel wird die Erfindung nun unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Dabei ist:
1 ein Querschnitt durch einen magnetischen Antrieb, der abhängig davon, ob sich ein den Fluß kurzschließendes Element in Stellung befindet oder nicht, bi- oder monostabil ist,
2 die Darstellung einer der Anordnung nach 1 ähnlichen Anordnung, wobei aber der Anker in eine Anzahl von Teilen zerfällt, von denen die meisten zum Herabsetzen der Masse des sich bewegenden Teils des Ankers ortsfest sind,
3 ein weiterer Querschnitt durch eine Vorrichtung ähnlich der nach 1, bei der ein elektromagnetisches Mittel zum Halten des verschiebbaren Ankers in einer Stellung vorgesehen ist, aus der er sich normalerweise als Ergebnis des Herabsetzens des magnetischen Flusses durch Verschiebung der den Fluß kurzschließenden Vorrichtung herausbewegen würde,
4 die Darstellung der Anordnung nach 3, bei der die elektromagnetische Haltevorrichtung zum Ermöglichen eines Verschiebens des Ankers an das andere Ende des Antriebs ausgeschaltet wurde,
5 die Darstellung des Musters des magnetischen Flusses der beiden Magnete ohne eine ein Ende der Magnete überbrückende, den Fluß kurzschließende Vorrichtung,
6 die Darstellung der Auswirkungen des Kurzschließens des Flusses an einem Ende der Magnetanordnung, wobei für einen zwischen den beiden Magneten angeordneten magnetisierbaren Anker nur eine stabile Stellung ausgebildet wird,
7 eine schematische Darstellung eines Antriebs für ein Strömungsmittelsteuerventil, bei dem die Vorrichtung ein ausgeglichener magnetischer Antrieb mit zwei stabilen Gleichgewichtsstellungen ist,
8 eine Darstellung dazu, wie eine Anzahl solcher Ventile zum Ausbilden einer digitalen Steuerung des Gasstroms in Reihe mit einem monostabilen, ausfallsicheren Ventil angeordnet werden kann,
9 eine schematische Darstellung eines bistabilen magnetischen Antriebs, der zwei Magnete enthält und der eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellt,
10 eine ähnliche Darstellung eines als weitere erfindungsgemäße Ausführungsform konstruierten, zwei Magnete aufweisenden, bistabilen magnetischen Antriebs,
11 und 12 ähnliche Ansichten der in 10 gezeigten Ausführungsform mit Darstellung des Ankers in seinen beiden bistabilen Stellungen, in denen er zwei elektrische Kontakte an entgegengesetzten Enden seiner Bewegung kurzschließt und den Antrieb in ein Relais umwandelt,
13 eine ähnliche Ansicht einer anderen bistabilen erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der nur ein aus einem einzigen Element bestehender Magnet erforderlich ist und wobei der Anker wieder in seinem Zusammenwirken mit zwei Kontakten zum Ermöglichen einer Relaisfunktion gezeigt wird,
14 die Darstellung einer weiteren bistabilen erfindungsgemäßen Ausführungsform, die so konstruiert ist, daß sich der von den Permenentmagneten erzielbare magnetische Fluß genauer lenken läßt,
15 die Darstellung einer Abwandlung der Anordnung nach 14 insofern, als ein Flußkonzentrator vorgesehen ist, der bei ausreichender Annäherung an die abgeglichene magnetische Schaltung in das Flußmuster ein Ungleichgewicht einführt, um wahlweise (zum Beispiel im Leistungsausfallbetrieb) eine Monostabilität in die Betriebscharakteristika der Vorrichtung einzuführen,
16 die Darstellung einer weiteren Abwandlung der Anordnung nach 14, bei der der Flußkonzentrator zum Ausbilden einer monostabilen Antriebsvorrichtung für immer in einer den Fluß in ein Ungleichgewicht bringenden Stellung angeordnet ist,
17 ein Schnitt durch eine Matrixanordnung von Öffnungen, die von durch erfindungsgemäß konstruierte magnetische Antriebe geöffneten und geschlossenen Ventilen gesteuert werden,
18 eine Aufsicht auf einen Teil der Anordnung von 17,
19 die Darstellung einer Steueranordnung für eine durch ein Ventil gesteuerte Matrixanordnung aus Öffnungen mit erfindungsgemäßen magnetischen Antrieben und
20 die Darstellung eines magnetischen Antriebs und eines Ventils, das an den beiden auseinanderliegenden Enden der Ankerbewegung Federn aufweist.
Nach 1 ist ein Anker zwischen den Polen von zwei Magneten 12 und 14 verschiebbar, die so angeordnet sind, daß sie zwei entgegengesetzte Felder an den auseinanderliegenden Enden der Ankerbewegung erzeugen. Der letztere ist an einem Stab 16 befestigt, an dessen oberem Ende ein Ventilschließglied 18 befe stigt ist. Eine Membrandichtung 20 verläuft zwischen einer den Stab 16 umschließenden Manschette 22 und einer an einer Wand 26 zwischen der Kammer 28 befestigten zweiten Manschette 24. Der Kammer 28 kann Gas oder Flüssigkeit über eine Einlaßöffnung 30 zugeführt werden. Gas oder Flüssigkeit kann bei sich in der gezeigten, von einem Ventilsitz 32 abgehobenen Stellung befindendem Ventilschließglied 18 durch Entweichen durch den Auslaß 34 austreten.
Der Anker 10 wird ein Ausrichten mit dem einen oder dem anderen der beiden Querfelder am oberen oder unteren Ende seiner Bewegung versuchen und kann durch Durchleiten eines Stroms durch die Wicklungen 36 und 38 in der einen oder der anderen Richtung zu einer Bewegung vom einen zum anderen Ende gebracht werden, um den Fluß entweder am einen oder am anderen Ende zu verstärken.
Da die Verstärkung des magnetischen Flusses in einem der Querfelder automatisch den Fluß in dem anderen Feld herabsetzt, wird die Auswirkung des Stroms in den Wicklungen 36 und 38 darin liegen, daß er vom einen zum anderen Ende der Ankerbewegung einen Flußgradienten erzeugt und der Anker zu einer Verschiebung in Richtung auf die Stelle maximaler Flußdichte neigt.
Da die Vorrichtung eine bistabile Charakteristik aufweist, muß zum Bewirken des Flußgradienten nur ein Energiepuls den Spulen 36 und 38 zugeführt werden und damit der Übergang des Ankers vom einen zum anderen Ende. Sobald sich der Anker in die Stellung maximaler Flußdichte bewegt hat, wird er in dieser verbleiben, selbst wenn der Strom seinen Fluß in den Wicklungen 36 und 38 beendet, was die beiden Querfelder wieder so herstellt, wie sie waren. Der Grund hierfür liegt darin, daß es keine Neigung für den Anker zu einer Bewegung über dem Gebiet niedrigerer Flußdichte zwischen den beiden Querfeldern gibt und er zum Verbleib in der einen oder der anderen der beiden Außenstellungen am oberen oder unteren Ende seiner Bewegung neigt.
Gemäß der Darstellung in 1 befindet sich der Anker in Wirklichkeit in der Mitte zwischen seinen beiden Außenstellungen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Flußkonzentrator und damit eine Kurzschlußvorrichtung 40 auf einem Piezobieger 42 oder einem Bimetallstreifen so befestigt, daß die Zufuhr geeigneter elektrischer Energie (Potential oder Strom) zu der Vorrichtung 42 die letztere zu einem Biegen in der in 1 gezeigten Art bringt und damit die Vorrichtung 40 weg vom Ende des Magneten 12 und 14 hält.
Im Fall eines Ausfalls von Spannung oder Strom wird der Piezobieger oder der Bimetallstreifen 42 zu einem Geradewerden neigen und damit die Vorrichtung 40 näher an die beiden entgegengesetzten Pole der Magnete 12 und 14 bringen, und der Magnetfluß wird zu den beiden Polen 44 und 44' gezogen und in die Struktur der Vorrichtung 40 konzentriert, falls die letztere aus einem magnetisierbaren Material besteht. Im typischen Fall besteht sie aus einem ferromagnetischen Material oder einem anderen geeigneten magnetisierbaren Material.
Die Auswirkung des Anziehens des Flusses liegt in dem Induzieren entgegengesetzter magnetischer Pole in den Polen 44 und 44' von den an sie angrenzenden, in den Magneten 12 und 14 und bewirkt damit ein Anziehen und Schließen jedes Spalts zwischen der Vorrichtung 40 und den Magneten 12 und 14. Die Vorrichtung 40 wird damit dazu neigen, sich selbst auf das untere Ende der beiden Magnete 12 und 14 zu klemmen, und der größte feil des Flusses, der normalerweise zwischen den beiden unteren Polen der Magnete 12 und 14 verlaufen würde, wird in die Vorrichtung 40 konzentriert und tritt durch sie durch.
Die Nettoauswirkung liegt darin, daß die magnetische Flußdichte in dem Querfeld am unteren Ende der Anordnung von 1 auf einen sehr niedrigen Wert zusammenbricht und ein Flußgradient zwischen dem unteren Ende der Anordnung und dem oberen Ende bestehen wird.
Bei einem sich bereits am oberen Enden befindenden Anker 10 besteht für ihn keine Neigung zu einer Bewegung.
Falls sich der Anker jedoch am unteren Ende befinden sollte, wird er zu einer Bewegung am Gradienten nach oben zum oberen Ende der Anordnung, wo die Flußdichte am höchsten ist, neigen und in dieser Stellung verbleiben.
2 zeigt die gleiche Anordnung, wie sie in 1 gezeigt wird. Hier ist der Anker jedoch in vier ortsfeste Teile 46 und 48 am oberen Ende und 50 und 52 am unteren Ende der Ankerbewegung aufgeteilt, und die letztere ist auf ein kleines Element magnetisierbaren Materials 54 herabgesetzt, die gerade mit einem kleinen Spalt zwischen die Elemente 56 und 58 paßt, wenn sich der Anker am oberen Ende befindet, und zwischen 50 und 52 paßt, wenn er sich am unteren Ende seiner Bewegung befindet.
Die Elemente 46 bis 52 bestehen im wesentlichen aus Polstückverlängerungen der Magnete 12 und 14.
Die verbleibenden Teile der Vorrichtung sind so, wie sie in Bezug auf 1 beschrieben wurden.
Die 3 und 4 zeigen eine Abwandlung der Anordnung von 1, wobei der Elektromagnet 56 mit einer Wicklung 58 am unteren Ende der Ankerbewegung angeordnet ist und am Anker anliegt und bei sich in seiner untersten, in 3 gezeigten Stellung befindendem Anker 10 einen Haltemagnetfluß ausbildet.
Der Haltefluß besteht nur bei in der Wicklung 58 fließendem Strom, und zu diesem Zweck besteht eine Stromquelle zum Zuleiten des geeigneten Stroms in die Wicklung 58. Falls die letztere aus einer großen Zahl Windungen aus dünnem Draht besteht, wird nur ein sehr geringer Strom zum Erzeugen eines ausreichenden Flusses zum Halten des Ankers 10 an den Polstücken der Magnetspule 56 benötigt, und zwischen den Polstücken und dem Anker 10 besteht kein Luftspalt, und der für den magnetischen Fluß ausgebildete geschlossene Weg hält den Anker in der in 3 gezeigten unteren Stellung.
Für den Fall, daß der durch die Wicklung 58 fließende Strom auf einen niedrigen Wert abfällt oder vollständig zusammenbricht, wird auch der haltende Fluß zusammenbrechen, und falls ein Flußgradient in dem Gebiet zwischen den beiden Magneten 12 und 14 vorliegt, wird sich der Anker in die Stellung maximaler Flußdichte bewegen.
Diese Bewegung wird in 4 gezeigt, in der der Strom in der Magnetwicklung 58 auf Null herabgesetzt wurde und damit dem Anker eine Bewegung zum oberen Ende des Gebiets seiner Verschiebung ermöglicht, in dem die Flußdichte zwischen den beiden Magneten 12 und 14 ein Maximum beträgt.
Der Flußgradient besteht nur in dem Fall, in dem der Flußkonzentrator oder die Kurzschlußvorrichtung 40 mit den unteren Enden der Magnete 12 und 14 in Kontakt steht, wie es in den 3 und 4 gezeigt wird. Das Ausbilden dieser den Fluß konzentrierenden/kurzschließenden Vorrichtung als Permanent- oder Halbpermanentteil der Anordnung ist ein wesentlicher Bestandteil, falls die Vorrichtung eine monostabile Vorrichtung mit einer Heimstellung sein soll, in der sich der Anker am oberen Ende seiner Bewegung und in einer verriegelten Stellung befindet, in der der Anker aufgrund eines in der Spule 58 fließenden kleinen Stroms am unteren Ende gehalten wird.
Der Übergang zwischen der Heim- und der verriegelten Stellung wird in der in bezug auf 1 beschriebenen Weise mittels eines in den Wicklungen 36 und 38 fließenden Stromimpulses geeigneter Polarität bewirkt zum Verstärken des Feldes, das sonst durch die Auswirkung der kurzschließenden Vorrichtung 40 zum Auslösen einer Ankerverschiebung in Richtung auf die Magnetspule 58 herabgesetzt wird. Bei Kontakt mit dieser hält der in der Magnetspule 58 fließende geringe Strom den Anker in seiner unteren Stellung, und die Vorrichtung ist ausfallsicher insofern, als bei einem Zusammenbrechen des Stroms in der Wicklung 58 oder bei einem einfachen beträchtlichen Herabsetzen des Stroms der Anker für eine Rückbewegung am Flußgradienten hinauf in die stabile Heimstellung frei wird.
In jedem Fall entspricht die stabile Heimstellung einer festen Lage des Ventilverschlußgliedes 18 am Ventilsitz 32. Damit wird der Auslaß von der Kammer 28 abgeschlossen.
Die 5 und 6 zeigen die Flußlinien zwischen den Magneten 12 und 14 mit dem kurzschließenden magnetisierbaren Konzentrat 40 versetzt von der Anord nung in 5 und dicht bei dieser, falls sie sich nicht mit der Anordnung in Kontakt befinden, wie in 6 gezeigt.
7 zeigt die wesentlichen Teile eines im wesentlichen gemäß der Darstellung in 1 konstruierten bistabilen Ventils mit Dichtungen 60 und 62 zwischen der hohlen Stange 64, die im oberen Ende mit einer Ventilverschlußvorrichtung 66 endet. Ein Konzentrator 40 kann auf Wunsch in der Kammer 68 angeordnet werden zum Konzentrieren des Flusses in die Kammer selbst zwischen den Polstücken der beiden vorstehend beschriebenen Magnete 12 und 14 zum Umwandeln der Vorrichtung in ein monostabiles Ventil. Man sieht, daß der Konzentrator 40 umgekehrt und in der anderen Kammer 70 am oberen Ende der Anordnung angeordnet werden könnte zum Umkehren des Flußgradienten. In diesem Fall würde sich die Vorrichtung aber im Fall eines Leistungsausfalls nicht schließen.
Für einen erfolgreichen monostabilen Betrieb wird eine zusätzliche elektromagnetische Vorrichtung, wie sie unter Bezug auf die 3 und 4 beschrieben wurde, zum Halten des Ankers am unstabilen Ende seiner Bewegung erforderlich.
8 zeigt, wie drei Ventile mit jeweils einer anders bemessenen Öffnung parallel zum Ausbilden einer digitalen Steuerung mit acht verschiedenen Fließgeschwindigkeiten abhängig davon, welches Ventil zwischen der ersten Kammer 72 und einer zweiten Kammer 74 offen ist, angeordnet werden können. Jedes Ventil wird mit einem Antrieb ähnlich dem in 7 gezeigten betrieben, und Strömungsmittel wird der Kammer 72 über ein monostabiles, ausfallsicheres Ventil, wie es in bezug auf die 3 und 4 beschrieben wurde, zugeführt.
Dieses Ventil ist mit dem Bezugszeichen 76 bezeichnet.
Der Einlaß zum Ventil 76 kann eine Gasleitung 78 zum zuführen von Gas mit einem mäßigen Druck zum Verbrennen in einer Gasbrenndüse 80 sein, die mit Gas aus der zweiten Kammer 74 versorgt wird. Abhängig davon, welches der Ventile A, B und C geöffnet ist, wird der Gasstrom zum Brenner 80 Null sein oder auf einem Maximum oder auf irgendeinem von sechs verschiedenen Werten dazwischen liegen.
Eine kleine Steuerleitung 82 speist eine von der Kammer 72 ausgehende Vordüse 84, und ein Bimetallstreifen oder eine andere temperaturempfindliche Vorrichtung ist in der Pilotflamme angeordnet zum Ausbilden eines Haltestroms für die Haltemagnetspule wie 56, 58 der 3 und 4 mit Verwendung im Ventil 76.
Im Fall eines Flammenausfalls am Pilotlicht bricht der Strom in der Haltevorrichtung zusammen, und das Ventil 76 schließt.
Als Sicherheitsmaßnahme kann ein Schaltungsmittel zum Messen des Stroms in der Haltevorrichtung für das Ventil 76 so vorgesehen werden, daß ein Stromimpuls bei Stromausfall jedem der Ventile A, B und C zum Abschalten jedes dieser Ventile zugeführt wird.
Die Merkmale der Vorrichtung werden in der folgenden Liste aufgeführt:
MERKMALE

– bistabile Ventile – gerade zwei feste diskrete Stellungen für jedes Ventil
– Druckausgleich
– ortsfeste Antriebsspule
– leichtes Verschiebungselement
– schnelles Ansprechen
– niedriger Energieverbrauch
– gespeicherte Stellung
– An/Ausdichtung gehalten (abgestützt) durch magnetischen Gradienten
– kein Bedarf an irgendeiner mechanischen Feder
– langer Lebenszyklus
– kein magnetisches Gleitrohr (könnte rostfreier Stahl oder Keramik sein)
– keine sich bewegenden elektrischen Teile
– abgedichtete Antriebsspule
– sicher zur Verwendung mit explosiven oder brennbaren Gasen oder Flüssigkeiten

Gemäß der Darstellung in den Zeichnungen kann jede Zahl von Ventilen wie A, B C verwendet werden. Je mehr verwendet werden, um so größer ist die Zahl der möglichen Zwischenstufen, die zwischen dem Betriebszustand der Ventile „Voll geöffnete Gasströmung" und „Voll geschlossene Gasströmung" vorgesehen werden können.
Die Erfindung sieht eine einfache Ventilanordnung mit digitaler Gasstromsteuerung ohne sich bewegende Teile vor, die für den Fall eines Energieausfalls ausfallsicher aufgebaut werden kann.
9 zeigt einen magnetischen Antrieb aus zwei Permanentmagneten 86 und 88 und einem langen Anker 90, der entweder in der gezeigten oberen Stellung oder in der bei 92 in gestrichelten Linien gezeigten unteren Stellung ruhen kann. Die beiden Ankerstellungen fallen mit den Gebieten maximaler Flußdichte in dem komplexen Feld zwischen den beiden Magneten zusammen.
Es leuchtet ein, daß die Flußdichte etwa auf halbem Weg zwischen den beiden Stellungen 90 und 92 wirksam Null ist und in Richtung der Pfeile 94 und 96 schart ansteigen wird. Jenseits der Stellungen 90 und 92 wird die Flußdichte zu einem Wegfall neigen.
Die beiden Stellungen 90 und 92 sind deshalb Gleichgewichtsstellungen, obgleich ein verhältnismäßig instabiles Gleichgewicht vorliegt, da, falls sich der Anker in einer Stellung befindet und durch äußere Mittel in Richtung auf die andere Stellung verschoben wird, ein Zeitpunkt erreicht wird, bei dem der Einfluß des mit der anderen Stellung verbundenen magnetischen Flusses den des Feldes überragt, aus dem sich der Anker bewegt, und der letztere wird in die andere Stellung gezogen.
Die Bewegung des Ankers läßt sich magnetisch durch Anordnen einer elektromagnetischen Wicklung 98 zwischen den beiden Magneten 86 und 88 bewirken. Leiten eines Stroms durch die Wicklung in einer Richtung wird die magnetische Flußdichte in dem oberen Feld erhöhen und die Flußdichte in dem unteren Feld herabsetzen und damit die Stellung einer Flußdichte Null in Richtung auf das untere Feld verschieben, wenn nicht sogar in das untere Feld und jenseits des unteren Feldes, abhängig von der durch den Elektromagneten erzeugten Flußdichte.
Eine Umkehr der Stromflußrichtung kehrt die Auswirkung auf den Fluß in dem oberen und dem unteren Feld um und verschiebt die Stellung eines Flusses Null in das Gebiet des oberen Feldes, wenn nicht sogar über dieses hinaus.
Die Nettoauswirkung liegt in dem Ausbilden eines von der einen zu der anderen Ankerstellung verlaufenden Flußgradienten, abhängig von der Richtung des Stromflusses in dem Elektromagneten 98, und der Anker wird immer zu einer Bewegung in Richtung auf das Gebiet mit der höheren Flußdichte neigen.
Sobald sich der Anker aus der einen in die andere Feldstellung bewegt hat, wird zu seinem Halten in der neuen Stellung ein Stromfluß im Elektromagneten sieht mehr verlangt, da bei einem Zusammenbrechen des Stroms das Flußschema zwischen den beiden Magneten wiederhergestellt wird und die Stellung des Flusses Null wieder annähernd auf halber Strecke zwischen den Ankerstellungen liegt und der Anker damit in der Stellung, in die er verschoben wurde, verbleibt.
Gemäß der Erfindung läßt sich der von dem Elektromagneten 98 erzeugte Fluß durch Anordnen der magnetischen Konzentratoren 100 und 102 außerhalb der elektromagnetischen Spule 98 beträchtlich erhöhen zum Ausbilden eines Pfades geringen magnetischen Widerstands zum wirksamen Anpassen des Pfades geringen Widerstands in der Spule (verursacht durch die Gegenwart des Ankers) und damit Erhöhen des in dem Elektromagneten verfügbaren Flusses zum Beeinflussen der magnetischen Felder zwischen den beiden Magneten 86 und 88.
Die außenliegenden Konzentratoren 100 und 102 ziehen auch Fluß von den beiden Permanentmagneten 86 und 88 an, und infolge der Magnetisierung des Ankers und der Konzentratoren 100 und 102 durch die Permanentmagnetfelder und den durch den Stromfluß in dem Elektromagneten 98 erzeugten Fluß wird der Flußgradient zwischen dem einen und dem anderen Ende der Ankerbewegung beträchtlich erhöht und damit die Wechselcharakteristik des Antriebs für einen gegebenen Stromfluß in dem Elektromagneten 98 verbessert.
10 zeigt eine weitere Verfeinerung der in 9 gezeigten Anordnung, in der der Anker 90 nun durch ein kürzeres Element 104 ersetzt wird, das gemäß der Darstellung in seiner Mittelstellung zwischen den beiden Enden seiner Bewegung durch die rechteckförmigen, gestrichelten Umrißlinien 106 und 108 gezeigt wird. Der Magnetfluß von den Magneten 86 und 88 konzentriert sich im oberen und unteren Luftspalt an den entgegengesetzten Enden der Ankerbewegung aufgrund der beiden Paare von Polstücken 110 und 112 und 114 und 116. Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden lange Konzentratoren 100 und 102 auch außerhalb der Schaltspule des Elektromagneten 98 angeordnet.
Die Vorrichtung arbeitet in genau der gleichen Weise, wie sie in bezug auf 9 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß der Anker nun weniger massiv ist und effektiv weniger Energie zu seinem Verschieben aus der Stellung 106 in 108 und umgekehrt benötigt. Dies bedeutet, daß der Fluß, der vom Elektromagneten 98 erzeugt werden muß, herabgesetzt werden kann oder die auf den Anker einwirkende Kraft bei einem vorgegebenen Elektromagnet oder einem vorgegebenen Strom beträchtlich größer ist, als es sonst der Fall sein würde, was zu einem zuverlässigeren Betrieb des Antriebs führt oder das Ausüben einer größeren Kraft vom Anker auf ein durch diesen angetriebenes außerliegendes Element ermöglicht.
Die Polstücke 110 bis 116 dienen zum Konzentrieren des Flusses in den beiden Feldern zwischen den beiden Permanentmagneten in den oberen und den unteren zentralen Luftspalt und dienen zum besseren Bestimmen der Lage eines Flusses Null in der Mitte zwischen diesen beiden Luftspalten im nichterregten Zustand der Spule 98.
Die außenliegenden Flußkonzentratoren 100 und 102 dienen zum Vergrößern des bei Erregung der Elektromagnetspule 98 verfügbaren Flusses, wie dies vorher beschrieben wurde.
Jede der in den 9 und 10 gezeigten Anordnungen kann sich zum Ausbilden eines elektrischen Schalters eignen durch Ausbilden eines elektrischen Kontaktes an einer oder beiden Stellungen des Ankers und durch Ausbilden des Ankers aus einem elektrisch leitenden Werkstoff oder Anordnen des Ankers auf oder Überziehen des Ankers mit einem elektrisch leitenden Werkstoff, der bei sich in der Stellung an den Kontakten befindendem Anker einen elektrischen Kreis zwischen den Kontakten schließt.
Kontakte können an den beiden Enden der Ankerbewegung vorgesehen werden, so daß zwei verschiedene elektrische Kreise abhängig davon, ob sich der Anker an dem einen oder dem anderen Ende seiner Bewegung befindet, geschlossen werden.
Die 11 und 12 zeigen die Anordnung nach 10, bei der der Anker 104 an entgegengesetzten Seiten angeordnete leitende Elemente 118 und 120 zum Ausbilden eines Kontaktes mit dem ersten Paar von Kontakten 122, 124 am unteren Ende seiner Bewegung und mit einem zweiten Paar von Kontakten 126, 128 am oberen Ende seiner Bewegung aufweist.
In 11 wird der Anker 104 in seiner oberen und in 12 in seiner unteren Stellung gezeigt.
Es leuchtet ein, daß die beiden Permanentmagnete wie 86 und 88 nicht erforderlich sind und daß ein Antrieb aus einem einzigen Magneten wie 86 und einem Flußrückflußglied 130, wie es in 13 gezeigt wird, konstruiert werden kann. Dies bildet die Anordnung nach 12, bei der der Magnet 88 durch das Flußrückflußglied 130 ersetzt wurde. Ohne einen in der Spule 98 fließenden Strom wird der Fluß aus dem Permanentmagneten 86 Nord- und Südpole bewirken, wie dies in den verschiedenen, die Schaltung ausmachenden magnetisierbaren Elementen gezeigt wird, und der Anker 120 wird gemäß der Darstellung in der unteren Stellung verbleiben.
Das Einleiten eines Stroms ausreichender Größe in die Spule 98 wird die Flußdichte zwischen den oberen Polstücken 110 und 112 erhöhen und den Fluß zwischen den Polstücken 114 und 116 herabsetzen, vielleicht sogar ausschalten. Dies bewirkt ein Verschieben des Ankers 120 aus der unteren gezeigten Stellung in die obere Stellung, wie sie in 11 dargestellt ist.
Man sieht, daß der zweite Magnet 88 keinem anderen Zweck dient als der Verstärkung der Flußdichte in den Luftspalten zwischen den Polstücken an den auseinanderliegenden Enden der Ankerbewegung, und durch Ausbilden eines Pfades mit niedrigem magnetischen Widerstand durch ein langes magnetisierbares Glied 130 anstelle des zweiten Magneten 88 bleiben der Flußverlauf und der Betrieb des Antriebs unverändert.
Obgleich eine Anordnung mit einem einzigen Magnet in Verbindung mit einem Anker mit leitenden Überzügen 118 und 120 zum Zusammenwirken mit den Kontakten in der unter Bezug auf die 11 und 12 beschriebenen Weise gezeigt wird, leuchtet es ein, daß der einen Magneten aufweisende Antrieb bei jeder Anordnung mit monostabilen Anordnungen, wie sie hier beschrieben werden, anwendbar ist.
Da der aus den Magneten 86 und 88 austretende Fluß zu einem Ausströmen aus den Stirnseiten der Magnete neigt, enthält eine praktische Anordnung vorzugsweise Polstücke an den Enden der Magnete (oder im Fall einer Anordnung mit einem einzigen Magneten am Ende des Magneten 86 und am Ende der den Fluß zurückführenden Vorrichtung 130), die seitlich in Richtung auf die Anordnung mit dem Anker und dem Polstück in dem Elektromagneten verlaufen, wie dies in den 14, 15 und 16 gezeigt wird.
Aus Gründen der Einfachheit wird ein Antrieb mit zwei Magneten auf der Grundlage der Anordnung nach 11 gezeigt, und der Anker wird bei 114 in seiner oberen Ruhestellung an einem Ende seiner Bewegung gezeigt. Eine eingezeichnete Stellung bei 105 bezeichnet die andere stabile Position für den Anker. Ähnliche Bezugszeichen wie in den 10, 11 und 12 werden zum Bezeichnen der gleichen Gegenstände verwendet.
Gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung sind seitlich verlaufende Polstücke 132 und 134 an den auseinanderliegenden Enden des Magneten 86 vorgesehen, und ähnliche Polstücke 136 und 138 sind an den auseinanderliegenden Enden des anderen Magneten 88 vorgesehen. Die Polstücke bilden einen Pfad mit nied rigem magnetischen Widerstand für den die Magnete 86 und 88 mit den anderen magnetisierbaren Gliedern des magnetischen Antriebs verbindenden Fluß, und dies erhöht die für den Antrieb von jedem gegebenen Paar der Magnete 86 und 88 (oder von einem einzigen Magneten 86) erhältliche Flußdichte.
Die in 14 gezeigte Anordnung ist eine bistabile Anordnung, da sie vollständig symmetrisch ist und der Anker entweder in der oberen Stellung bei 106 oder in der oberen Stellung 108 verbleibt, wie dies in Verbindung mit 10 beschrieben wurde, bis er zur Bewegung von der einen in die andere Stellung durch einen geeigneten Stromfluß in der elektromagnetischen Spule 98 angeregt wird.
Die in 15 gezeigte Anordnung ist ein bistabiler Antrieb, der in einem Notfall zur Annahme einer monostabilen Charakteristik durch Einführen eines externen, den Fluß konzentrierenden Elementes 140 mit Polstücken 142 und 144 abgewandelt werden kann, die zwischen den Polstücken 134 und 138 und dem externen, den Fluß konzentrierenden Element 102 eingeführt werden können zum beträchtlichen Konzentrieren des größten Teils des Flusses, der sonst den Anker, falls er sich in der gezeigten Stellung 108 befindet, und die unteren Polstücke 114 und 116 verbindet, während er den die anderen Polstücke 110 und 112 tatsächlich unverändert läßt. Der auf diese Weise gebildete Flußgradient beschleunigt den Anker 104 in die in 14 gezeigte obere Stellung 106, und der Anker neigt zu einem Verbleiben in dieser Stellung während der gesamten Zeit, während der sich das Element 140 mit seinen Polstücken 142 und 144 zwischen den beiden Magneten befindet.
Das Durchleiten eines angemessenen Stroms durch die elektromagnetische Spule 98 kann die den Fluß kurzschließende Wirkung des Elementes 140 überwinden zum Ermöglichen eines Verschiebens des Ankers 108 während des Stromflusses in die untere Stellung, aber man erkennt, daß der Anker 108 sofort bei einem Ausfall des Stroms aus den oben genannten Gründen in die obere Stellung zurückkehrt.
16 zeigt die Anordnung des Elementes 140 in seiner naheliegenden Stellung zwischen den Polen 134 und 138 und demonstriert, wie der Anker bei sich in die ser Stellung befindendem Element 140 normalerweise die obere Stellung 106 einnimmt.
17 zeigt eine Sammelleitung 150 mit einem Lufteinlaß 152, einer oberen ebenen Wand 154 und einer unteren parallelen Wand 156 und einer Vielzahl von Öffnungen 158, 160, 162, durch die die Luft bei Offenheit entweichen kann, aber die durch Verschlußglieder 164, 166 bzw. 168 geschlossen werden können, falls die letzteren in ihre bei 158 bzw. 162 gezeigte obere Stellung verschoben werden. Eine nichtgezeigte Abdichtung ist zwischen den Verschlußgliedern und den entsprechenden Öffnungen 170, 172 und 174 vorgesehen, durch die die unteren Enden der Verschlußglieder 164, 166, 168, wenn sie sich in ihrer abgesenkten Stellung befinden, durchtreten können. Für 166 trifft dies zu.
Eine ähnliche, nichtgezeigte Dichtung ist zwischen den oberen Enden der Verschlüsse 164, 166 usw. und den Öffnungen 158, 160 usw. vorgesehen.
Jeder Verschluß 164, 166 usw. enthält einen integralen magnetischen Anker 176, 178 bzw. 180, und der übrige Teil des Verschlusses weist ein ein geringeres Gewicht aufweisendes hohles Rohr aus einem Kunststoff oder dergleichen auf.
Jeder Verschluß ist in die eine oder die andere seiner beiden stabilen Stellungen verschiebbar durch Auslösen des Flusses eines kurzen Impulses elektrischen Stroms richtiger Polarität in Windungen, wie zum Beispiel 182, 184, um Magnetpole wie 186, 188 und 190, 192, die eine magnetische Antriebsvorrichtung bilden, und eine solche Vorrichtung ist für jeden der Verschlüsse vorgesehen.
Eine Aufsicht der Anordnung nach 17 mit abgenommener Oberwand 154 wird in 18 gezeigt, und die Linie A – A zeigt die zum Ausbilden der 17 gezeigte Schnittlinie.
Eine perspektivische Ansicht der Anordnung wird in 19 gezeigt, in der die Anordnung der Öffnungen 158, 160, 162 in der Oberseite 154 mit dem Bezugszeichen 194 bezeichnet ist, und ein geradliniger Materialblock 196 wird in seiner Lage auf der Fläche 154 gezeigt.
Aus den Öffnungen in der Anordnung 194 unter dem Gegenstand 196 austretende Luft erzeugt ein diesen anhebendes Luftkissen und bildet ein Luftlager, das ein freies Verschieben des Blocks 196 ohne wesentliche Reibungskräfte oder Berührung mit der Fläche 154 ermöglicht.
Das Öffnen und Schließen der Öffnungen 154 wird durch Signale aus Lichtsensoren, wie zum Beispiel Fotodioden, gesteuert. Die Lichtsensoren sind in einer ähnlichen Matrixanordnung zwischen den Öffnungen 194 angeordnet. Einer dieser Sensoren wird mit dem Bezugszeichen 198 und ein anderer mit 200 identifiziert. Eine Lichtquelle 202 oberhalb der Fläche 154 beleuchtet normalerweise sämtliche Sensoren, und das von diesen in diesem Fall erzeugte Signal bewirkt ein Verschieben sämtliche Verschlüsse, wie zum Beispiel 164, zum Verschließen ihrer jeweiligen Öffnungen 158, 160 usw. in ihre oberen Stellungen.
Falls ein Gegenstand wie der Block 196 gemäß der Darstellung über einigen dieser Sensoren angeordnet ist, wird das Licht an einem Erreichen dieser Sensoren gehindert, und die Signale von diesen Sensoren werden entschlüsselt und zum Verschieben der Verschlüsse der mit diesen Sensoren in der Gruppe zusammenwirkenden Öffnungen in ihre unteren Stellungen verwendet. Dies öffnet die zugehörigen Öffnungen und ermöglicht ein Austreten der Luft unter dem Block und das Erzeugen eines Luftkissens zum Anheben des Blocks heraus aus dem Kontakt mit der Fläche 154.
Durch ständiges oder sich mit hoher Geschwindigkeit wiederholendes Abfragen der Sensorausgangssignale kann jede seitliche Verschiebung des Blocks schnell erkannt und die zugehörigen Verschlüsse zum Verschließen der freiliegenden Öffnungen und zum Öffnen irgendeiner unter dem Block befindlichen Öffnung verschoben werden.
Eine rechnergestützte Steuervorrichtung 204 empfängt Signale von jedem der Sensoren 198, 200 usw. entlang getrennter Datenwege 206, 207 usw. Betriebsströmefür die (oder Signale zum Bewirken eines Stromflusses in den) Spulen (wie 182, 184) an die Öffnungsverschlüsse (164) usw. angeschlossener ausge wählten magnetischer Antriebe werden den Antrieben entlang der Stromwege/Datenwege 208, 209 usw. zugeleitet.
19(b) ist ein Teilschnitt Bruch die Sammelleitung 150 und zeigt die Sensoren (198, 200 usw.), Öffnungen (158, 160 usw.) und Verschlüsse (158, 160 usw.).
Strom/Datenwege (206, 207 und 208, 209 werden mit ähnlichen Bezugszeichen, wie sie in 19(a) verwendet wurden, bezeichnet. Einer der Magnetantriebe wird mit dem Bezugszeichen 210 beschrieben.
20 ist ein Schnitt durch eine mit einer erfindungsgemäßen magnetischen Vorrichtung angetriebene pneumatische Ventilanordnung. Diese enthält zwei Permanentmagnete 212, 214, einen Anker 216 und im Anschluß an diesen hohle, leichtgewichtige, ausgerichtete Rohrverlängerungen 218, 220, die in Hülsendichtungen 222, 224 geführt werden. Außen angeordnete magnetische Shunts sind bei 226, 228 vorgesehen. Diese sind bei 227 und 229 gelocht und ermöglichen den Durchtritt der Verlängerungen 218, 220. Vier innere Polstücke sind bei 230, 232, 234 und 236 vorgesehen. Vier Magnetverlängerungen sind bei 238, 240, 242 und 244 vorgesehen, und zwei elektromagnetische Wicklungen sind, wie bei 246, 248 gezeichnet, um die internen Polstücke herum angeordnet.
Eine teilweise in einer nichtgezeigten Ringnut in der Außenseite des Rohrs 220 liegende Ringdichtung 250 dient zum vollständigen Abschließen der Öffnung 252 bei sich in seiner oberen, nichtgezeigten Stellung befindendem Anker durch Anlage an dem unteren Rand der Öffnung 252.
Die Ankerverlängerungen 218, 220 tragen bei 254, 256 Radiailflansche, die an vertieften ringförmigen Federn 258 bzw. 260 anliegen. Die Stellungen der Flansche 254, 256 gegenüber der Ankerbewegung und den Federn 258, 260 werden so ausgewählt, daß die letzteren gerade erfaßt und zusammengedrückt werden, wenn der Anker seine durch die Magnetpolstücke 232, 234 und 230, 236 bestimmten oberen bzw. unteren Ruhestellungen erreicht.
Eine Kammer 262 wird am oberen Ende der Anordnung mit oberen und unteren Wänden 264, 260 und einer einschließenden Seitenwand 268 gezeigt, die koaxial um das Rohr 220 verläuft. Diese Wand enthält eine Einlaßöffnung, durch die eine Gaszuführungsleitung 270 zur Zufuhr von Gas (zum Beispiel Luft) unter Druck in die Kammer 262 durchtritt.
Die Anordnung wird durch eine Basisplatte 272 vervollständigt, die die untere Feder 260 und die Hülsendichtung 224 trägt.
Leiter zum Zuführen von Erregerstrom zu den Wicklungen 246, 248 usw. werden nicht gezeigt.

Claims

Eine magnetische Antriebsvorrichtung ausgebildet aus einem Permanentmagnetmittel (12, 14; 86, 88; 212, 214) mit Erzeugen eines Magnetflusses, mit einem beweglich eingebauten Anker (10, 54, 90, 104) zum Ermöglichen des Einnehmens entweder eines ersten Luftspaltes, in dem der Fluß in einer Richtung stattfindet, oder eines zweiten Luftspaltes, in dem der Fluß in der entgegengesetzten Richtung stattfindet, mit einem Gebiet der Flußauslöschung zwischen den beiden Luftspalten, und mit mindestens einer elektromagnetischen Wicklung (36, 38; 98) mit einer Achse im allgemeinen senkrecht zu der Bewegungsbahn des Ankers, an den der Strom angelegt werden kann zum Adaptieren mindestens dieser einen Wicklung bei Erregung zum Erzeugen eines Magnetflusses in der einen oder der anderen Richtung abhängig von der Richtung des Stromes, wobei der Fluß von der Wicklung die Flußdichte in einem der Luftspalte erhöht und die Flußdichte in dem anderen Luftspalt vermindert und damit das Gebiet der Flußauslöschung wirksam in Richtung auf einen oder in einen der beiden Luftspalte verschiebt zum Erzeugen eines von dem einem zu dem anderen Luftspalt verlaufenden Flußdichtegradienten, was eine Bewegung des Ankers in (oder Verbleiben in) dem Luftspalt mit der höheren Flußdichte bewirkt, in dem der Anker nach dem Beenden des Stromflusses weiter verbleibt.
Eine magnetische Vorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht, die weiter ein eine geringe Reluktanz aufweisendes Flußkonzentrationsmittel (100, 102) außerhalb der magnetischen Wicklung (98) aufweist, die einen Außenpfad mit geringer Reluktanz ausbildet zum Zurückführen des Flusses von dessen einem zu dessen anderen Ende bei Erregung des Wicklung, um damit den von der Wicklung erzeugten Fluß bei deren Erregung zu erhöhen, um damit den zum Bewirken der Bewegung des Ankers verfügbaren magnetischen Fluß zu verstärken.
Eine magnetische Vorrichtung wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, in der vier ähnliche lange magnetisierbare Polstücke (46, 50, 48, 52; 110, 112, 114, 116) symmetrisch in Paaren angeordnet sind, wobei jedes Paar eins der beiden magnetischen Felder einnimmt und der Luftspalt zwischen den Polstücken in jedem Paar den Luftspalt an jedem der beiden Endpunkte des Ankerweges definiert und die beiden Teile der Polstücke zum Konzentrieren des internen Magnetflusses in die beiden Luftspalte dient.
Eine magnetische Vorrichtung wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 beansprucht. wobei ein Flußkonzentrator (40, 140) gegenüber der Vorrichtung verschiebbar ist zum Annehmen einer ersten Stellung verhältnismäßig dicht an der Vorrichtung zum Herabsetzen der Flußdichte an einem Ende der Ankerbewegung, wodurch die Vorrichtung zur Annahme einer monostabilen Charakteristik veranlasst wird, und verschiebbar ist aus der ersten Stellung in eine zweite Stellung, wo er wenig oder keinen Einfluß auf die Flußdichte in der Vorrichtung hat, um deren bistabile Charakteristik wieder einzuführen.
Eine magnetische Vorrichtung wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht, wobei ein einziger Permanentmagnet (98) verwendet wird an einem Ende einer elektromagnetischen Spule (98) mit einer Anordnung in ihr von zwei Paaren ausgerichteter auseinanderliegender Polstücke (110, 112, 114, 116), die an entgegengesetzten Enden der Ankerbewegung Luftspalte definieren, ein langes Glied (130) aus magnetisierbaren Material vorgesehen ist am entgegengesetzten Ende der Spule ausgebildet aus einem Material ähnlich dem, aus dem die Polstücke geformt sind derart, daß der aus einem der beiden näheren internen Polstücken (112, 116) austretende Fluß in das magnetisierbare Material (130) eintritt und durch dieses durchtritt zum Austreten aus dessen anderem Ende und Eintreten in das andere der beiden näheren internen Polstücke, wobei das lange Glied (130) aus magnetisierbaren Material damit einen Rückweg für den Fluß bildet zum Aufrechterhalten der Flußrichtung an jedem Ende der Ankerbewegung in der gleichen Weise wie der zweite Permanentmagnet anstelle des langen Gliedes machen würde.
Eine magnetische Vorrichtung wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5 beansprucht mit zwei elektrischen Kontakten (122, 124; 126, 128) an einem Ende der Ankerbewegung, die elektrisch verbunden sind durch Überbrückung durch durch die Ankerbewegung in Kontakt mit ihnen bewegte leitende Mittel zum Ausbilden eines Schalters, wobei der Anker (104) das leitende Mittel umfasst oder das leitende Mittel eine leitende Schicht oder ein vom dem Anker getragenes leitendes Glied (118, 120) ist.
Eine magnetische Vorrichtung wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5 beansprucht mit zwei elektrischen Kontakten an einem Ende der Ankerbewegung, die elektrisch verbunden sind durch Überbrückung durch durch die Ankerbewegung in Kontakt mit ihnen bewegte leitende Mittel zum Ausbilden eines Schalter, wobei die Kontakte, die durch die Bewegung des Ankers geschlossen werden, am gleichen Ende der Ankerbewegung angeordnet sind, an die sie sich zu deren Schließen bewegt hat.
Eine magnetische Vorrichtung wie in irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, bei der ein Energiespeichermittel (258, 260) an einem Ende der Ankerbewegung vorgesehen ist, das aus der Endbewegung des Ankers in dessen Ruhestellung am Ende von dessen Bewegung abgeleitete Energie absorbiert.
Eine magnetische Vorrichtung mit Magnetmitteln (12, 14; 86, 88), die ein erstes und ein zweites magnetisches Feld erzeugen, deren Polarität entgegengesetzt ist, und mit einem magnetisierbaren Anker (10, 54, 104), der zur Bewegung zwischen diesen beiden Feldern befestigt ist, wobei der Anker abhängig von welchen der beiden Felder, das er einnimmt, Süd/Nord oder Nord/Süd polarisiert ist, und er eine beträchtliche senkrecht auf den magnetischen Fluß einwirkende Kraft erfordert zum Verschieben des Ankers aus der Einwirkung eines der beiden Felder, sobald er mit diesen ausgerichtet ist, wobei ein magnetischer oder magnetisierbarer Shunt (40, 140) vorgesehen ist, der in eine Stellung verschiebbar ist, in der der magnetische Fluß vom ersten oder zweiten Feld durch diesen abgelenkt wirkt, so daß der Anker (10, 54, 104) veranlasst wird, entweder in dem nicht beeinflussten Feld zu verbleiben oder sich sofort unter der Einwirkung des nicht beeinflussten magnetischen Feld zu bewegen, um das nicht beeinflusste Feld einzunehmen.
Eine magnetische Vorrichtung, wie in Anspruch 9 beansprucht, die eine elektromagnetische Wicklung (36, 38, 98) enthält, die bei Anlegen von Strom an sie einen magnetischen Fluß in der einen oder der anderen Richtung erzeugt abhängig von der Richtung des Stromflusses, wobei der Fluß aus der Wicklung die Flußdichte in einem der Luftspalte erhöht und in dem anderen herabsetzt.
Eine magnetische Vorrichtung, wie in irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, geeignet zum Steuern der Stellung eines Verschlußgliedes eines pneumatischen oder hydraulischen Ventiles (150) oder des beweglichen Gliedes eines elektrischen Schalters bewirkend ein Schließen oder Öffnen von dessen Kontakten.
Eine magnetische Vorrichtung, wie in Anspruch 11 beansprucht, in Kombination mit einem Ventil geeignet zum Steuern der Strömung eines entflammbaren Gases zu einem Brenner oder einer Düse, wobei die Vorrichtung weiter ein am Brenner oder an der Düse angeordnetes Thermoelement aufweist, um von einer aus diesen austretenden Flamme erwärmt zu werden, damit in jedem an das Thermoelement angeschlossenen Kreis ein elektrischer Strom fließt und das letztere entweder erzeugt oder steuert die Erzeugung des Haltestromes für die Magnetspule an dem geshuntetem Feldende und dergestalt ist, daß ein magnetischer Fluß erzeugt wird ausreichend zum Halten des Ankers in Kontakt damit am geshuntetem Feldende unter der Voraussetzung, daß das Thermoelement weiter von der Flamme erwärmt wird, wodurch im Falle eine Ausfalls der Flamme das Thermoelement abkühlt, der Haltestrom zusammenfällt und mit ihm der die Haltemag-netspule mit dem Anker verbindende magnetische Fluß, wodurch der Anker freigegeben wird und er sich zu der höheren Magnetflußkonzentration am anderen Ende seiner Bahn bewegen kann.
Eine magnetische Vorrichtung wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12 beansprucht, wobei der Anker (54) aus magnetisierbaren Material geformt ist und zum Herabsetzen seiner Masse Magnetpole (46, 46, 50, 52) an einander entgegengesetzen Enden des Antriebes mit einem verhältnismäßig kleinen Spalt zwischen den beiden Paaren der sich gegenüberliegenden Polflächen angeordnet sind, und der magnetisierbare Teil des Ankers (54) in der Größe herabgesetzt ist, um gerade in den schmalen Spalt zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Polflächen an den einander entgegengesetzten Enden des Antriebs zu passen, wobei der magnetisierbare Teil des Ankers an einem Ende einer eine geringe Masse aufweisenden Verbindungsstange (16), die durch ein Ende oder beide Enden des magnetischen Antriebes zwecks Enden außerhalb von diesen durchtritt, befestigt ist.
Eine magnetische Vorrichtung wie in Anspruch 13 beansprucht, in Kombination mit einer Kammer, in die oder aus der ein Arbeitsmittel strömen kann abhängig von der Stellung eines Ventilverschlußgliedes gegenüber einem eine Öffnung in der Kammerwand umschließenden Ventilsitz, in dem die Stellung des Ankers die Stellung des Verschlußgliedes bestimmt und in einer Endstellung des Ankers das Verschlußglied das Ventil schließt, und in der anderen Endstellung des Ankers das Verschlußglied frei vom Ventilsitz ist.
Eine Kombination aus magnetischer Vorrichtung und Kammer wie in Anspruch 14 beansprucht in Kombination mit einer Vielzahl von ähnlichen solchen Kombinationen, wobei die Kammern verschiedene Gebiete eines gemeinsamen Verteilerrohres umfassen und die Öffnungen in der Größe verschieden sind, und die Antriebe in solcher Weise ausgewählt werden, daß durch Öffnen verschiedener der Öffnungen entweder allein oder in Kombination mit anderen Öffnungen verschieden wirksame Gesamtöffnungsgrößen erreicht werden können, um die Srömung des Arbeitsmittels durch die Ventile vom Verteilerrohr zu regulierenn, wobei die gesamte Offenfläche der Öffnung die Größe der Strömung vom Verteilerrohr bei einen gegebenen Druckunterschied bestimmt.
Eine magnetische Vorrichtung wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8 beansprucht in Kombination mit einer Vielzahl von ähnlichen solchen Vorrichtungen geeignet zum Öffnen und Schließen jedes aus einer entsprechenden Vielzahl von Ventilen zum Steuern des Austritts von Arbeitsmittel aus einem ein Reservoir für das Arbeitsmittel bildenden Verteilerrohr, wobei die Elektromagnetwicklung jedes Antriebes an eine Quelle elektrischen Stromes anschließbar ist und ein Steuermittel (204) vorgesehen ist zum Einrichten von Anschlüssen an die Stromquelle und der Richtung des Stromflusses in jeder Wicklung.
Eine Kombination aus Verteilerrohr und Ventil wie in Anspruch 16 beansprucht, wobei das Steuermittel unter der Steuerung eines Computers steht und der letztere zum Öffnen und Schließen der Ventile in einer Sequenz, oder einem oder mehrerem Verläufen oder in einer Sequenz von Verläufen programmierbar ist, und jedes Ventil eine Öffnung (158, 160, ...) aufweist, durch die Arbeitsmittel, wie Gas oder Luft, bei offenen Ventil durchtreten kann.