EP0373142A1 - Bistabiler Magnet - Google Patents

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EP0373142A1
EP0373142A1 EP89890201A EP89890201A EP0373142A1 EP 0373142 A1 EP0373142 A1 EP 0373142A1 EP 89890201 A EP89890201 A EP 89890201A EP 89890201 A EP89890201 A EP 89890201A EP 0373142 A1 EP0373142 A1 EP 0373142A1
Authority
EP
European Patent Office
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piston
magnet
bistable
magnetic flux
plate
Prior art date
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EP89890201A
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English (en)
French (fr)
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EP0373142B1 (de
Inventor
Erich Kleinhappl
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AVL Medical Instruments AG
Original Assignee
AVL Medical Instruments AG
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Publication date
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Publication of EP0373142A1 publication Critical patent/EP0373142A1/de
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Publication of EP0373142B1 publication Critical patent/EP0373142B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/16—Magnetic circuit arrangements
    • H01H50/163—Details concerning air-gaps, e.g. anti-remanence, damping, anti-corrosion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/088—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures provided with means for absorbing shocks

Definitions

  • the invention relates to a bistable magnet, in particular for actuating valves and. Like., With a movable piston having a pole face, which is held in one of its two stable positions by a permanent magnet, which piston has a stop surface provided with a damping plate, which determines an end position of the piston with a mating surface fixed to the housing.
  • bistable magnets are often used to actuate pinch valves, diaphragm valves, two-way or multi-way valves, interlocks, relays, etc.
  • Such a magnet can assume two positions, remaining in each of these two positions without external influence.
  • a current pulse which excites an electromagnetic coil is only necessary for switching from one position to the other. To hold the magnet, no current flow is necessary for either of the two positions.
  • bistable magnets have a displaceable piston which can assume two end positions. In one of these two positions, the piston is maximally approximated to a permanent magnet, so that it is held in this position by the latter. In the other end position, the piston is separated from the permanent magnet by an air gap which is so large that the magnetic forces have only a slight effect on the piston. The piston is held in this position by a spring. An electromagnetic coil is used to switch the bistable magnet.
  • the piston Since the magnetic forces depend very much on the distance, the piston becomes extreme during the switching process strongly accelerates and therefore hits the permanent magnet or a guide plate located between the permanent magnet and the piston at a relatively high speed. This causes vibrations and a relatively large noise, which is undesirable in many applications.
  • Other known bistable magnets try to avoid this problem by arranging a plate made of elastic material between the piston and the magnet or guide plate, which dampens the impact upon impact. In principle, this allows the problem of noise to be dealt with, but this solution has other disadvantages.
  • the plate made of elastic material creates a gap for the magnetic field lines, so that the holding forces are significantly reduced with this solution.
  • the object of the invention is to avoid these disadvantages and to create a bistable magnet which has strong holding forces with the smallest possible construction volume and the noise development during the switching operations is minimal.
  • a pole face is provided which interacts with a fixed pole face and in the area of these pole faces there is a device which bridges the air gap between these pole faces and guides the magnetic flux.
  • the dimensions of the individual components are chosen so that, taking into account all tolerances and with the damping plate pressed to a maximum, without the movement of the device that conducts the magnetic flux, there is always a small air gap between the pole faces. However, this air gap is bridged by the movement caused by the magnetic forces of this device, so that the magnetic field lines only in can run within the ferromagnetic components.
  • the device guiding the magnetic flux has a further function, namely the compensation of tolerances.
  • the damping plate is the cause of certain tolerances due to wear, which cause the end position of the piston at which the stop surface rests on the counter surface to be subjected to certain changes over time. This is compensated for by the more or less strong movement of the device guiding the magnetic flux.
  • the arrangement of the permanent magnet is arbitrary.
  • the permanent magnet will be fixed to the housing and the piston will only consist of ferromagnetic material.
  • An electromagnetic coil is preferably provided for switching the bistable magnet. Basically, the switching process can be triggered mechanically, pneumatically, hydraulically or in any other way. In most applications, however, electrical control will be the method of choice.
  • the piston is held in its engaged position by the permanent magnet and that a spring is provided which holds the piston in its disengaged position.
  • a particularly simple structure of the bistable magnet can be achieved.
  • the stop surfaces and the devices that conduct the magnetic flux are then to be designed twice.
  • the permanent magnet is fixedly connected to the housing and if a guide plate is provided on the side of the permanent magnet facing the piston, on which the device which conducts the magnetic flux bears. Because today's extremely strong permanent magnets are not too big me endure mechanical loads, a guide plate is provided to dampen any shocks that may occur. Another purpose of the guide plate is to make the magnetic field lines more even.
  • the device which conducts the magnetic flux is designed as a preferably annular short-circuit plate which tilts into an inclined position in the engaged position of the piston.
  • the short-circuit plate touches the permanent magnet or the guide plate connected to it at one point and the piston at another point. This creates a bridging of the air gap.
  • the short-circuit plate is not deformed in this variant.
  • the device that conducts the magnetic flux is designed as a preferably annular short-circuit plate, which deforms into a substantially conical position when the piston is in the engaged position. It is essential that the short-circuit plate is easily deformable. This can be achieved on the one hand by using a material with a low modulus of elasticity and on the other hand by appropriate shaping of this short-circuit plate. Through slots and. The like. The stiffness can always be reduced to the required level. It is also possible to construct the short-circuit plate from individual elements which are held together in the circumferential direction by a holding part, such as an O-ring.
  • a groove for receiving a damping ring is provided in the short-circuit plate.
  • this damping ring is designed as an O-ring.
  • the device that conducts the magnetic flux is designed as a package of ring-shaped short-circuit lamellae, which tilt into an essentially conical position in the engaged position of the piston. Due to the easy deformability of the fins, a particularly good magnetic contact between the guide plate and the piston. It is also possible that the device that conducts the magnetic flux is designed as a soft, ferromagnetic spiral spring. This solution is preferred in cases where extreme minimization of noise is required.
  • the device guiding the magnetic flight is designed in the form of at least one shorting pin which can be displaced parallel to the direction of movement of the piston. Reliable contact between the guide plate and the piston can also be produced in this way. In practice, three to twelve such shorting bolts are used.
  • the magnetic circuit from the permanent magnet via the front cover plate, the outer jacket, the rear cover plate, the guide bush, the piston, the short-circuit plate and the stop plate are closed off within components ferromagnetic materials.
  • a magnetic system always has a particularly high effectiveness if the magnetic field lines run along their entire length within magnetically conductive materials. The effect of the bistable magnet is therefore further increased if not only is a connection for the magnetic field favorable from the permanent magnet via the guide plate and the device guiding the magnetic flux to the piston ensured, but also the magnetic circuit is closed in the other direction.
  • the field lines run from the magnet over the front cover plate and the outer jacket to the rear cover plate and from there via the guide bush to the piston. It is essential that all the components mentioned are made of ferromagnetic material.
  • the structure is essentially cylindrical, the actuating rod being located in the region of the cylinder axis and being displaceable parallel to it, and the permanent magnet and piston being coaxial with the actuator supply rod are arranged. This enables a compact and robust design of the bistable magnet.
  • the housing is designed as a sheet metal bracket, which is preferably formed in one piece with the front cover plate. This enables the creation of a bistable magnet of particularly simple construction.
  • An essentially U-shaped sheet metal component represents the housing and the front cover plate.
  • the bistable magnet shown in Fig. 1 consists of a substantially cylindrical outer shell 1, which is connected to a plate 1a.
  • the bistable magnet is closed at both ends by a front cover plate 2 and a rear cover plate 2a.
  • An annular permanent magnet 3 is firmly connected to the front cover plate 2.
  • a guide plate 4 connects to the permanent magnet 3.
  • An actuating rod 9 is mounted centrally in the bistable magnet and can be displaced in the axial direction and serves to actuate a pinch valve 16.
  • a piston 6 is connected to the actuating rod 9.
  • the piston 6 has a stop surface 17a which interacts with a corresponding counter surface 17b on the rear cover plate 2a.
  • a damping plate 7 is applied to the stop surface 17a.
  • a pole face 18a is provided which interacts with the pole face 18b of the magnetic short-circuit plate 5.
  • the magnetic short-circuit plate 5 is vertical in the disengaged state of the piston 6 and lies over a recessed in a groove O-ring 5a on the guide plate 4.
  • the centering takes place via a sleeve 14 which slides on the actuating rod 9.
  • the piston 6 is mounted in the rear cover plate 2a via a guide bush 11a made of ferromagnetic material and connected to the actuating rod 9 via the guide bush 10.
  • the actuating rod 9 is also mounted in the front cover plate 2 by means of the guide bush 10a.
  • a compression spring 12 acts between the sleeve 14 and a collar 9a of the actuating rod 9 and presses the piston 6 into the disengaged position.
  • the actuating rod 9 is axially displaceable relative to the piston 6.
  • the fixation takes place on the one hand by placing the clamping bracket 19 on the outer surface 6a of the piston 6 and by a spring 13 which is supported on the collar 9a of the actuating rod 9. If the piston 6 moves into its engaged position and the pinch valve 16 reaches a stop before the piston 6 is completely in its engaged position and the magnetic forces have thus reached their maximum force, the piston 6 can also move with the actuating rod 9 held in place move on.
  • the spring 13 is then compressed and the clamping bracket 19 lifts somewhat from the outer surface 6a of the piston 6. This makes it possible to compensate for tolerances in the pinch valve 16.
  • an electromagnet 8 is provided, which is mounted on the housing and concentric with the actuating rod 9.
  • the function of the bistable magnet shown in FIG. 1 is explained in more detail below.
  • the piston 6 is in its disengaged position.
  • the hose 20 of the double-function hose pinch valve 16 is squeezed.
  • the hose 21 is free in this position.
  • the actuating rod 9 is held in its disengaged position by the force of the compression spring 12.
  • the coil 8 is magnetized by a short current pulse, so that the piston 6 is moved axially against the force of the spring 12.
  • the path of the piston 6 is limited by the abutment of the stop surfaces 17a and the counter surface 17b.
  • the damping plate 7 made of elastic material dampens the impact upon impact and effectively prevents noise.
  • the piston 6 In the engaged position, the piston 6 is held by the force of the permanent magnet 3, so that a current flow through the coil 8 is no longer required.
  • the pole faces 18a of the piston 6 and 18b of the magnetic short-circuit plate 5 come so close to one another that the magnetic short-circuit plate 5 is inclined under the action of the magnetic forces, as shown in FIG. 2. In this way it is ensured that the magnetic short-circuit plate 5 touches both the guide plate 4 and the piston 6.
  • the magnetic field lines can therefore reach the piston 6 from the permanent magnet 3 via the guide plate 4 and the magnetic short-circuit plate 5 without an air gap. This ensures a particularly great attraction.
  • the magnetic circuit is closed via the guide bush 11, the rear cover plate 2a, the outer jacket 1 and the front cover plate 2 to form the permanent magnet 3. It is important for the function that the outer jacket 1, the cover plates 2 and 2a, the guide plate 4, the magnetic short-circuit plate 5, the guide bushing 11 and the piston 6 are made of ferromagnetic material.
  • the magnetic short-circuit plate 5 travels only a very short distance when it is deformed, so that the noise development is negligibly small.
  • the magnetic short-circuit plate 15 deforms under the action of the magnetic forces, wherein it assumes a slightly conical position.
  • a number of radial slots are provided for easier deformation of the magnetic short-circuit plate.
  • Web 22 ensure the cohesion of the individual segments separated by the slots. It is also possible to omit the webs 22 so that the individual segments are held together only by the O-ring 5a.
  • the piston 6 is returned to its original disengaged position by magnetizing the coil 8 by an opposite current pulse.
  • the piston 6 then returns to its disengaged position under the force of the compression spring 12.
  • the magnetic forces of the permanent magnet 3 are in this position due to the relatively large
  • the gap between the pole faces 18a and 18b is so small that the piston 6 is held in its disengaged position by the spring 12 even after the current flow through the coil 8 has been switched off.
  • the magnetic short-circuit plate 15 returns to its flat position under the action of the elastic forces, the damping ring 5a effectively preventing noise when it strikes the guide plate 4.
  • the magnetic contact can be made via a package of short-circuit blades 5b, which are arranged between the guide plate 4 and the piston 6.
  • a soft coil spring 5c made of ferromagnetic material is provided as a device for guiding the magnetic flux.
  • the solenoid valve according to the invention achieves extremely high holding forces with small dimensions and is very quiet during the switching process.

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Abstract

Bistabiler Magnet, insbesondere zur Betätigung von Ventilen u. dgl., mit einem eine Polfläche aufweisenden beweglichen Kolben, der in einer seiner beiden stabilen Stellungen von einem Permanentmagneten gehalten wird, wobei dieser Kolben eine mit einer Dämpfungsplatte versehene Anschlagfläche aufweist, die mit einer gehäusefesten Gegenfläche eine Endlage des Kolbens bestimmt.Zur Vermeidung von Schaltgeräuschen ohne Verminderung der Haltekräfte ist vorgesehen, daß zusätzlich zur Anschlagfläche (17a) am Kolben (6) eine Polfläche (18a) vorgesehen ist, die mit einer festen Polfläche (18b) zusammenwirkt und daß im Bereich dieser Polflächen (18a,18b) eine den Luftspalt zwischen diesen Polflächen überbrückende, den magnetischen Fluß leitende Einrichtung vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen bistabilen Magnet, insbesondere zur Betätigung von Ventilen u. dgl., mit einem eine Polfläche aufweisenden beweglichen Kolben, der in einer seiner beiden stabilen Stellungen von einem Permanentmagneten gehalten wird, wobei dieser Kolben eine mit einer Dämpfungsplatte versehene Anschlagfläche aufweist, die mit einer gehäusefesten Gegenflä­che eine Endlage des Kolbens bestimmt.
  • Solche bistabile Magnete werden häufig zur Betätigung von Schlauchquetschventilen, Membranventilen, Zwei- oder Viel­wegeventilen, Verriegelungen, Relais, etc. verwendet. Ein sol­cher Magnet kann zwei Stellungen einnehmen, wobei er ohne äußere Einwirkung in jeder dieser beiden Stellungen verharrt. Lediglich zum Umschalten von einer Stellung auf die jeweils andere ist ein Stromimpuls, der eine elektromagnetische Spule anregt, notwendig. Zum Halten des Magneten ist für keine der beiden Stellungen ein Stromfluß notwendig.
  • Solche bekannte, bistabile Magnete weisen einen verschiebbaren Kolben auf, der zwei Endstellungen einnehmen kann. In einer dieser beiden Stellungen ist der Kolben einem Permanentmagnet maximal angenähert, sodaß er von diesem in dieser Stellung festgehalten wird. In der anderen Endstellung ist der Kolben vom Permanentmagnet durch einen Luftspalt getrennt, der so groß ist, daß die magnetischen Kräfte nur eine geringe Wirkung auf den Kolben ausüben. In dieser Stellung wird der Kolben von einer Feder gehalten. Zum Schalten des bistabilen Magneten dient eine elektromagnetische Spule.
  • Da die magnetischen Kräfte sehr stark von der Entfernung ab­hängen, wird der Kolben während des Schaltvorganges äußerst stark beschleunigt und prallt daher mit einer relativ großen Geschwindigkeit auf den Permanentmagneten oder eine zwischen Permanentmagnet und Kolben befindliche Leitplatte auf. Dies verursacht Erschütterungen und eine relativ große Geräuschent­wicklung, die in vielen Anwendungsfällen unerwünscht ist. An­dere bekannte bistabile Magnete versuchen dieses Problem da­durch zu vermeiden, daß zwischen Kolben und Magnet bzw. Leit­platte eine Platte aus elastischem Material angeordnet ist, die den Stoß beim Aufschlagen dämpft. Dadurch ist im Prinzip zwar das Problem der Geräuschentwicklung in den Griff zu be­kommen, jedoch hat diese Lösung andere Nachteile. Durch die Platte aus elastischem Material entsteht für die magnetischen ­Feldlinien ein Spalt, sodaß die Haltekräfte bei dieser Lösung deutlich verringert sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden, und einen bistabilen Magnet zu schaffen, der bei möglichst kleinem Bauvolumen starke Haltekräfte aufweist und dessen Ge­räuschentwicklung bei den Schaltvorgängen minimal ist.
  • Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zusätzlich zur Anschlagfläche am Kolben eine Polfläche vorgesehen ist, die mit einer festen Polfläche zusammenwirkt und daß im Bereich dieser Polflächen eine den Luftspalt zwischen diesen Polflä­chen überbrückende, den magnetischen Fluß leitende Einrichtung vorgesehen ist. Durch die Trennung der Anschlagflächen von den Polflächen des Kolbens können diese konstruktiv jeweils opti­mal gestaltet werden. Insbesonders ist es auf diese Art und Weise möglich, die Anschlagflächen sehr groß zu gestalten, wo­durch erst die Verwendung eines besonders weichen Materials für die Dämpfungsplatte ermöglicht wird. Im Gegensatz zu den bekannten Lösungen tritt infolge der geringen Flächenpressung dabei kein Verschleißproblem auf. Die Abmessungen der einzel­nen Bauteile werden so gewählt, daß unter Berücksichtigung al­ler Toleranzen und bei maximal gepreßter Dämpfungsplatte, ohne die Bewegung der den magnetischen Fluß leitenden Einrichtung, stets ein geringer Luftspalt zwischen den Polflächen ver­bliebe. Dieser Luftspalt wird jedoch durch die von den Magnet­kräften verursachte Bewegung eben dieser Einrichtung über­brückt, sodaß die magnetischen Feldlinien ausschließlich in­ nerhalb der ferromagnetischen Bauteile verlaufen können. Die den magnetischen Fluß leitende Einrichtung hat dabei eine wei­tere Funktion, nämlich den Ausgleich von Toleranzen. Insbeson­dere die Dämpfungsplatte ist verschleißbedingt Ursache von ge­wissen Toleranzen, die bewirken, daß diejenige Endlage des Kolbens, bei der die Anschlagfläche auf der Gegenfläche auf­liegt, mit der Zeit gewissen Veränderungen unterworfen ist. Dies wird durch die mehr oder weniger starke Bewegung der den magnetischen Fluß leitenden Einrichtung ausgeglichen. Die An­ordnung des Permanentmagneten ist prinzipiell beliebig. Im allgemeinen wird der Permanentmagnet gehäusefest sein und der Kolben lediglich aus ferromagnetischem Material bestehen. Es ist jedoch auch durchaus möglich und in gewissen Anwen­dungsfällen sinnvoll, den Kolben als Permanentmagnet auszu­bilden, wobei auf den gehäusefesten Permanentmagnet verzichtet werden kann, aber nicht muß.
  • Vorzugsweise ist zum Schalten des bistabilen Magneten eine elektromagnetische Spule vorgesehen. Grundsätzlich kann der Schaltvorgang mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder auf beliebige sonstige Weise ausgelöst werden. In den meisten An­wendungsfällen wird jedoch eine elektrische Ansteuerung die Methode der Wahl sein.
  • Nach einer besonderen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß der Kolben in seiner eingerückten Stellung von dem Permanentmagnet gehalten ist, und daß eine Feder vorgese­hen ist, die den Kolben in seiner ausgerückten Stellung hält. Auf diese Weise kann ein besonders einfacher Aufbau des bista­bilen Magnetes erzielt werden. Gleichwohl ist es durchaus mög­lich, den Kolben so auszubilden, daß er in beiden Endlagen von einem Permanentmagnet gehalten wird. Es sind dann die An­schlagflächen, sowie die den magnetischen Fluß leitenden Ein­richtungen doppelt auszubilden.
  • Es ist günstig, wenn der Permanentmagnet fest mit dem Gehäuse verbunden ist und wenn auf der dem Kolben zugewandten Seite des Permanentmagnetes eine Leitplatte vorgesehen ist, an der die den magnetischen Fluß leitende Einrichtung anliegt. Da die heutigen extrem starken Permanentmagnete keine allzugroßen me­ chanischen Belastungen ertragen, ist eine Leitplatte vorge­sehen, die allfällig auftretende Stöße dämpfen soll. Ein wei­terer Zweck der Leitplatte ist eine gewisse Vergleichmäßigung der magnetischen Feldlinien.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die den magnetischen Fluß leitende Einrichtung als vorzugsweise ringförmige Kurz­schlußplatte ausgebildet ist, die in der eingerückten Stellung des Kolbens in eine schräge Stellung kippt. Die Kurzschluß­platte berührt dabei an einer Stelle den Permanentmagnet oder die mit ihm in Verbindung stehende Leitplatte und an einer an­deren Stelle den Kolben. Dadurch wird eine Überbrückung des Luftspaltes geschaffen. Eine Verformung der Kurzschlußplatte findet bei dieser Variante nicht statt.
  • Es ist besonders vorteilhaft, wenn die den magnetischen Fluß leitende Einrichtung als vorzugsweise ringförmige Kurzschluß­platte ausgebildet ist, die sich in der eingerückten Stellung des Kolbens in eine im wesentlichen kegelförmige Stellung ver­formt. Wesentlich dabei ist, daß die Kurzschlußplatte leicht verformbar ist. Dies kann einerseits durch die Verwendung ei­nes Materials mit niedrigem Elastizitätsmodul erreicht werden und andererseits durch entsprechende Formgebung dieser Kurz­schlußplatte. Durch Schlitze u. dgl. kann die Steifigkeit stets auf das erforderliche Maß herabgesetzt werden. Es ist auch möglich, die Kurzschlußplatte aus einzelnen Elementen aufzubauen, die in Umfangsrichtung von einem Halteteil, wie einem O-Ring, zusammengehalten werden.
  • Um bei der Rückkehr in die ebene Stellung ein Aufschlagen der Kurzschlußplatte auf die Leitplatte und eine damit verbundene Geräuschentwicklung zu verhindern, ist in der Kurzschlußplatte eine Nut zur Aufnahme eines Dämpfungsringes vorgesehen. Dieser Dämpfungsring ist im einfachsten Fall als O-Ring ausgebildet.
  • Weiters kann vorgesehen sein, daß die den magnetischen Fluß leitende Einrichtung als Paket von ringförmigen Kurzschlußla­mellen ausgebildet ist, welche in der eingerückten Stellung des Kolbens in eine im wesentlichen kegelförmige Stellung kip­pen. Durch die leichte Verformbarkeit der Lamellen kann ein besonders guter magnetischer Kontakt zwischen der Leitplatte und dem Kolben hergestellt werden. Es ist auch möglich, daß die den magnetischen Fluß leitende Einrichtung als weiche, ferromagnetische Spiralfeder ausgebildet ist. Diese Lösung wird in Fällen, in denen eine extreme Minimierung der Ge­räuschentwicklung gefordert ist, vorgezogen.
  • Es ist weiters möglich, daß die den magnetischen Flug leitende Einrichtung in Form von mindestens einem Kurzschlußbolzen aus­gebildet ist, der parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens verschiebbar ist. Auch auf diese Weise kann ein zuverlässiger Kontakt zwischen Leitplatte und Kolben hergestellt werden. In der Praxis werden drei bis zwölf solcher Kurzschlußbolzen ein­gesetzt.
  • Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Er­findung ist vorgesehen, daß in der eingerückten Stellung des Kolbens der magnetische Kreis vom Permanentmagnet über die vordere Deckplatte, den Außenmantel, die hintere Deckplatte, die Führungsbuchse, den Kolben, die Kurzschlußplatte und die Anschlagplatte geschlossen innerhalb von Bauteilen aus ferro­magnetischen Materialien verläuft. Es ergibt sich stets dann eine besonders große Wirksamkeit eines magnetischen Systems, wenn die magnetischen Feldlinien auf ihrer gesamten Länge in­nerhalb magnetisch leitender Materialien verlaufen. Die Wir­kung des bistabilen Magnets wird daher noch weiter gesteigert, wenn nicht nur eine für das magnetische Feld günstige Verbin­dung vom Permanentmagnet über die Leitplatte und die den ma­gnetischen Fluß leitende Einrichtung zum Kolben gewährleistet ist, sondern auch der magnetische Kreis in der anderen Rich­tung geschlossen ist. Die Feldlinien verlaufen dabei vom Ma­gnet über die vordere Deckplatte und den Außenmantel zur hin­teren Deckplatte und von dort über die Führungsbuchse wiederum zum Kolben. Wesentlich ist, daß alle genannten Bauteile aus ferromagnetischem Material gefertigt sind.
  • Es ist vorteilhaft, wenn der Aufbau im wesentlichen zylin­drisch ist, wobei die Betätigungsstange im Bereich der Zylin­derachse gelegen ist und parallel zu dieser verschiebbar ist und wobei Permanentmagnet und Kolben koaxial zur Betäti­ gungsstange angeordnet sind. Dies ermöglicht eine kompakte und robuste Ausführung des bistabilen Magnetes.
  • Es ist auch möglich, daß das Gehäuse als Blechbügel ausgebil­det ist, der vorzugsweise einstückig mit der vorderen Deck­platte ausgebildet ist. Dies ermöglicht die Schaffung eines bistabilen Magnets von besonders einfachem Aufbau. Ein im we­sentlichen U-förmig gebogener Bauteil aus Blech stellt dabei das Gehäuse sowie die vordere Deckplatte dar.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dar­gestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
    • Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen bistabilen Magnet im Längsschnitt,
    • Fig. 2 ein Detail der Ausführungsvariante von Fig. 1 mit ein­gerücktem Kolben, die
    • Fig. 2a und 3 bis 5 zeigen weitere Details verschiedener Aus­führungsvarianten der Erfindung in vergrößertem Maßstab.
  • Der in Fig. 1 dargestellte bistabile Magnet besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Außenmantel 1, der mit einer Platte 1a verbunden ist. An seinen beiden Enden ist der bista­bile Magnet durch eine vordere Deckplatte 2 und eine hintere Deckplatte 2a abgeschlossen. Ein ringförmiger Permanent­magnet 3 ist mit der vorderen Deckplatte 2 fest verbunden. An dem Permanentmagnet 3 schließt eine Leitplatte 4 an. Zentral im bistabilen Magnet ist eine Betätigungsstange 9 gelagert, die in axialer Richtung verschiebbar ist und zur Betätigung eines Schlauchquetschventils 16 dient. Ein Kolben 6 ist mit der Betätigungsstange 9 verbunden. Der Kolben 6 weist eine An­schlagfläche 17a auf, die mit einer entsprechenden Ge­genfläche 17b auf der hinteren Deckplatte 2a zusammenwirkt. Auf der Anschlagfläche 17a ist eine Dämpfungsplatte 7 aufge­bracht. Am vorderen Ende des zylindrischen Körpers des Kol­bens 6 ist eine Polfläche 18a vorgesehen, die mit der Polflä­che 18b der Magnetkurzschlußplatte 5 zusammenwirkt. Die Ma­gnetkurzschlußplatte 5 steht im ausgerückten Zustand des Kol­bens 6 senkrecht und liegt über einen in einer Nut versenkten O-Ring 5a an der Leitplatte 4 an. Die Zentrierung erfolgt über eine Hülse 14, die auf der Betätigungsstange 9 gleitet. Der Kolben 6 ist über eine Führungsbuchse 11a aus ferromagneti­schem Material in der hinteren Deckplatte 2a gelagert und über die Führungsbuchse 10 mit der Betätigungsstange 9 verbunden. Die Betätigungsstange 9 ist weiters mittels der Führungs­buchse 10a in der vorderen Deckplatte 2 gelagert. Eine Druck­feder 12 wirkt zwischen der Hülse 14 und einem Bund 9a der Be­tätigungsstange 9 und drückt den Kolben 6 in die ausgerückte Stellung. Die Betätigungsstange 9 ist gegenüber dem Kolben 6 axial verschiebbar. Die Fixierung erfolgt einerseits durch das Aufsetzen des Klemmbügels 19 auf der Außenfläche 6a des Kol­bens 6 und durch eine Feder 13, die sich auf dem Bund 9a der Betätigungsstange 9 abstützt. Wenn sich der Kolben 6 in seine eingerückte Stellung bewegt und das Schlauchquetschventil 16 einen Anschlag erreicht, bevor sich der Kolben 6 vollständig in seiner eingerückten Stellung befindet und damit die Magnet­kräfte ihre maximale Kraft erreicht haben, dann kann sich der Kolben 6 auch bei festgehaltener Betätigungsstange 9 weiter bewegen. Die Feder 13 wird dann zusammengedrückt und der Klemmbügel 19 hebt etwas von der Außenfläche 6a des Kolbens 6 ab. Dadurch ist es möglich, Toleranzen im Schlauchquetschven­til 16 auszugleichen.
  • Weiters ist ein Elektromagnet 8 vorgesehen, der gehäusefest und konzentrisch zur Betätigungsstange 9 gelagert ist.
  • Im folgenden wird die Funktion des in Fig. 1 dargestellten bistabilen Magnetes näher erläutert. In dieser Fig. befindet sich der Kolben 6 in seiner ausgerückten Stellung. Es ist da­bei der Schlauch 20 des Doppelfunktionsschlauchquetschven­tils 16 gequetscht. Der Schlauch 21 ist in dieser Stellung frei. Die Betätigungsstange 9 wird durch die Kraft der Druck­feder 12 in ihrer ausgerückten Stellung gehalten. Durch einen kurzen Stromimpuls wird die Spule 8 magnetisiert, sodaß der Kolben 6 gegen die Kraft der Feder 12 axial bewegt wird. Der Weg des Kolbens 6 ist durch das Aufeinandertreffen der An­schlagflächen 17a und der Gegenfläche 17b begrenzt. Die Dämp­fungsplatte 7 aus elastischem Material dämpft den Stoß beim Auftreffen und verhindert wirksam eine Geräuschentwicklung. In der eingerückten Stellung wird der Kolben 6 durch die Kraft des Permanentmagnetes 3 gehalten, sodaß ein Stromfluß durch die Spule 8 nicht mehr erforderlich ist. Die Polflächen 18a des Kolbens 6 und 18b der Magnetkurzschlußplatte 5 kommen ein­ander dabei so nahe, daß sich die Magnetkurzschlußplatte 5 un­ter der Wirkung der magnetischen Kräfte schräg stellt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Auf diese Weise wird sicherge­stellt, daß die Magnetkurzschlußplatte 5 sowohl die Leit­platte 4 als auch den Kolben 6 berührt. Die magnetischen Feld­linien können daher vom Permanentmagnet 3 über die Leit­platte 4 und die Magnetkurzschlußplatte 5 luftspaltfrei zum Kolben 6 gelangen. Auf diese Weise wird eine besonders große Anziehungskraft sichergestellt. Der magnetische Kreis wird über die Führungsbuchse 11, die hintere Deckplatte 2a, den Außenmantel 1 und die vordere Deckplatte 2 zum Permanentma­gnet 3 geschlossen. Für die Funktion ist es dabei wichtig, daß der Außenmantel 1, die Deckplatten 2 und 2a die Leitplatte 4, die Magnetkurzschlußplatte 5, die Führungsbuchse 11 und der Kolben 6 aus ferromagnetischem Material bestehen.
  • Die Magnetkurzschlußplatte 5 legt bei ihrer Verformung nur einen sehr geringen Weg zurück, sodaß die Geräuschentwicklung vernachlässigbar klein ist.
  • Bei der in Fig. 2a dargestellten Ausführungsvariante ist vor­gesehen, daß sich die Magnetkurzschlußplatte 15 unter der Wir­kung der magnetischen Kräfte verformt, wobei sie eine leicht kegelförmige Stellung einnimmt. Zur leichteren Verformung der Magnetkurzschlußplatte ist eine Anzahl von radialen Schlitzen vorgesehen. Stege 22 gewährleisten den Zusammenhalt der ein­zelnen durch die Schlitze getrennten Segmente. Es ist auch möglich, die Stege 22 wegzulassen, sodaß die einzelnen Seg­mente nur durch den O-Ring 5a zusammengehalten werden.
  • Der Kolben 6 wird wieder in seine ursprüngliche ausgerückte Stellung zurückgebracht, indem die Spule 8 durch einen entge­gengesetzten Stromimpuls magnetisiert wird. Der Kolben 6 kehrt dann unter der Kraftwirkung der Druckfeder 12 in seine ausge­rückte Stellung zurück. Die Magnetkräfte des Permanentma­gnets 3 sind in dieser Stellung durch die relativ großen Spalte zwischen den Polflächen 18a und 18b so gering, daß der Kolben 6 auch nach dem Abschalten des Stromflusses durch die Spule 8 von der Feder 12 in seiner ausgerückten Lage gehalten wird. Die Magnetkurzschlußplatte 15 kehrt unter Wirkung der elastischen Kräfte wieder in ihre ebene Lage zurück, wobei der Dämpfungsring 5a eine Geräuschentwicklung beim Aufschlagen auf die Leitplatte 4 wirksam verhindert.
  • Wie in Fig. 3 dargestellt, kann der magnetische Kontakt über ein Paket von Kurzschlußlamellen 5b hergestellt werden, die zwischen der Leitplatte 4 und dem Kolben 6 angeordnet sind.
  • In Fig. 4 ist eine weiche Spiralfeder 5c aus ferromagnetischem Material als Einrichtung zur Leitung des magnetischen Flusses vorgesehen.
  • In Fig. 5 wird die Übertragung der magnetischen Feldlinien durch Kurzschlußbolzen 5d erreicht, die axial verschieblich sind.
  • Das erfindungsgemäße Magnetventil erreicht bei kleinen Abmes­sungen äußerst hohe Haltekräfte und ist beim Schaltvorgang sehr geräuscharm.

Claims (13)

1. Bistabiler Magnet, insbesondere zur Betätigung von Venti­len u. dgl., mit einem eine Polfläche aufweisenden beweg­lichen Kolben, der in einer seiner beiden stabilen Stel­lungen von einem Permanentmagneten gehalten wird, wobei dieser Kolben eine mit einer Dämpfungsplatte versehene An­schlagfläche aufweist, die mit einer gehäusefesten Ge­genfläche eine Endlage des Kolbens bestimmt, dadurch ge­kennzeichnet , daß zusätzlich zur Anschlagfläche (17a) am Kolben (6) eine Polfläche (18a) vorgesehen ist, die mit einer festen Polfläche (18b) zusammenwirkt und daß im Be­reich dieser Polflächen (18a,18b) eine den Luftspalt zwi­schen diesen Polflächen (18a,18b) überbrückende, den ma­gnetischen Fluß leitende Einrichtung vorgesehen ist.
2. Bistabiler Magnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schalten desselben eine elektromagnetische Spule (8) vorgesehen ist.
3. Bistabiler Magnet, nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­durch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) in.seiner einge­rückten Stellung von dem Permanentmagnet (3) gehalten ist, und daß eine Feder (12) vorgesehen ist, die den Kolben (6) in seiner ausgerückten Stellung hält.
4. Bistabiler Magnet, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­durch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (3) fest mit dem Gehäuse (1) verbunden ist und daß auf der dem Kol­ben (6) zugewandten Seite des Permanentmagnetes (3) eine Leitplatte (4) vorgesehen ist, an der die den magnetischen Fluß leitende Einrichtung anliegt.
5. Bistabiler Magnet nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, daß die den magnetischen Fluß lei­tende Einrichtung als vorzugsweise ringförmige Kurz­ schlußplatte (5) ausgebildet ist, die in der eingerückten Stellung des Kolbens (6) in eine schräge Stellung kippt.
6. Bistabiler Magnet nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, daß die den magnetischen Fluß lei­tende Einrichtung als vorzugsweise ringförmige Kurz­schlußplatte (15) ausgebildet ist, die sich in der einge­rückten Stellung des Kolbens (6) in eine im wesentlichen kegelförmige Stellung verformt.
7. Bistabiler Magnet, nach einem der Ansprüche 5 oder 6,, da­durch gekennzeichnet, daß in der Kurzschlußplatte (5;15) eine Nut zur Aufnahme eines Dämpfungsringes (5a) vorgese­hen ist.
8. Bistabiler Magnet, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, daß die den magnetischen Fluß lei­tende Einrichtung als Paket von ringförmigen Kurz­schlußlamellen (5b) ausgebildet ist, welche in der einge­rückten Stellung des Kolbens (6) in eine im wesentlichen kegelförmige Stellung kippen.
9. Bistabiler Magnet, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, daß die den magnetischen Fluß lei­tende Einrichtung als weiche ferromagnetische Spi­ralfeder (5c) ausgebildet ist.
10. Bistabiler Magnet, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, daß die den magnetischen Fluß lei­tende Einrichtung in Form von mindestens einem Kurz­schlußbolzen (5d) ausgebildet ist, der parallel zur Bewe­gungsrichtung des Kolbens verschiebbar ist.
11. Bistabiler Magnet, nach einem der Ansprüche 5 bis 10, da­durch gekennzeichnet, daß in der eingerückten Stellung des Kolbens (6) der magnetische Kreis vom Permanentmagnet (3) über die vordere Deckplatte (2), den Außenmantel (1), die hintere Deckplatte (2a), die Führungsbuchse (11), den Kol­ben (6), die Kurzschlußplatte (5) und die Leitplatte (4) geschlossen innerhalb von Bauteilen aus ferromagnetischen Materialien verläuft.
12. Bistabiler Magnet, nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­durch gekennzeichnet, daß der Aufbau im wesentlichen zy­lindrisch ist, wobei die Betätigungsstange (9) im Bereich der Zylinderachse gelegen ist und parallel zu dieser ver­schiebbar ist und wobei Permanentmagnet (3) und Kolben (6) koaxial zur Betätigungsstange angeordnet sind.
13. Bistabiler Magnet, nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse als Blechbügel aus­gebildet ist, der vorzugsweise einstückig mit der vorderen Deckplatte (2) ausgebildet ist.
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