EP2491565A1 - Monostable electromagnetic actuator device - Google Patents

Monostable electromagnetic actuator device

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EP2491565A1
EP2491565A1 EP10779222A EP10779222A EP2491565A1 EP 2491565 A1 EP2491565 A1 EP 2491565A1 EP 10779222 A EP10779222 A EP 10779222A EP 10779222 A EP10779222 A EP 10779222A EP 2491565 A1 EP2491565 A1 EP 2491565A1
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EP
European Patent Office
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armature
unit
housing
permanent magnet
tappet
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EP10779222A
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EP2491565B1 (en
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Thomas Schiepp
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ETO Magnetic GmbH
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Publication date
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    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/121—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position
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    • H01F2007/1692—Electromagnets or actuators with two coils

Definitions

  • the present invention relates to a monostable electromagnetic actuator device according to the preamble of the main claim.
  • Such devices are generally known for realizing various actuating and switching functions, wherein in particular a valve control or camshaft adjustment has been realized with such an actuator device.
  • CONFIRMATION COPY Characteristic drops sharply, so that a reliable sealing effect can not be guaranteed especially at high pressure tightness requirements.
  • Object of the present invention is therefore to provide a monostable electromagnetic actuator device, in particular Heidelbergaktuatorvoriques for use in connection with a valve, according to the preamble of the main claim in terms of achievable magnetic force, simplicity of construction, a sealing effect under pressure and insensitivity to Robinson- and Improve installation tolerances, in particular to make such a generic device suitable for contaminated environmental conditions such as pollution and deposition by soot or oil.
  • the armature unit is initially provided and designed such that it can be moved in response to the energization of the stationary coil device by means of magnetic repulsion from a first, normally-free stable stop position to a second, currentless unstable position.
  • the design of the armature unit by means of a (typically disc-shaped) permanent magnet unit, further education provided with at least one adjacent pole disc that the anchor unit so that it can adhere stably in the first stop position on a core section provided there, with very high forces (typically 80 N or higher ) are achievable. This advantageously leads to even an extreme pressure load of the armature ensures a secure closing (in this first stop position).
  • the armature tappet unit is formed in several parts in the axial direction, wherein a first anchor tappet portion (which is typically firmly attached to the permanent magnet portion of the armature unit) via a tension spring or the like on train loadable power storage is axially movably connected to the second armature tappet portion, and then the second one Kerstsammlungelabintroductory, end provided with a valve plate or the like sealing element, under tensile load and in the first stop position in a suitable manner makes the valve closure.
  • connection of the second Ankerst thoroughlyelabites (corresponding to a lower valve member) and the first anchor tappet advantageously causes a clearance compensation between the plungers can be made, especially in this way axial offset, play or the like installation or manufacturing tolerances elegant and easy balanced be because both Ankerst thoroughlyelabroughe not exactly axially aligned.
  • this configuration provides ideal conditions for use under wear conditions, as well as wear-related geometric changes, game or the like can be compensated or absorbed in this way simply by the energy storage as a connecting element between two plunger sections.
  • the actuator device is now designed such that in response to the energization of the stationary coil device this exerts a repulsive magnetic effect on the permanent magnet means, with the effect that the adhesive force of the permanent magnet means in the first stop position (more precisely: at a provided there stationary pole section ) is lifted and, advantageously additionally, another, located axially in the direction of movement coil section of the coil device attractively cooperates with the permanent magnet means, with the effect that then the anchor with the armature tappet unit can move from the first stop position.
  • connection between the armature tappet sections is advantageously designed for this operating state in such a way that the first armature tappet section exerts a (more preferably impulsive) axial thrust on the second armature tappet section, with the advantageous effect that such an impulse load of the second Ankerstsammlungelabsacrificings (or a valve end end sitting thereon or the like) even a bonded by soot or oil valve seat can be reliably opened.
  • the monostable device realized according to the invention then leads to the effect that, during energization and due to the thrust action described along the armature plunger unit, a valve disk seated at the end on the second arm plunger portion opens a valve and keeps it open during the energization.
  • the device according to the present invention (and also claimed independently) is designed to effectively prevent sticking of the permanent magnet means of the armature unit in this second (opening) position, such as permanent magnetic adhesion to a yoke portion opposite the pole portion or the like by suitable design the permanent magnetic flux guide is suppressed.
  • This then leads to a (purely permanent magnetic) adhesion in the second position is prevented after completion of the energization, but rather by permanent magnetic attraction effect relative to the pole portion a return to the first starting position and thus monostable movement behavior is achieved.
  • a housing involved in flux conduction of the magnetic flux guide is formed in several parts, in particular by means of a radially provided slot between the axially distributed single coil units, so that in the second position no permanent magnetic holding flux is established , Rather, the flux guide is formed in this position so that the permanent magnetic field via a permanent magnet circuit in the direction of the pole portion, ie in the direction of the first stop position is closed, so that after completion of energization then the permanent magnet means by attraction the anchor unit in return the first stop position.
  • the present invention is particularly suitable for the described application of, for example, a secondary air valve, in which a high closing or sealing force must be ensured with a high magnetic force over a longer portion of the force-displacement curve
  • the present invention is not on this use limited, but is suitable in principle for any (electromagnetic) Stellaufgabe, even outside a valve operation, in which high actuating and closing forces, especially in conjunction with favorable tolerance compensation, must be realized.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal sectional view of a monostable electromagnetic actuator device according to a first embodiment, in the first, normally-free stable stop position according to the invention for closing the valve;
  • Fig. 2 a view of the embodiment of Fig. 1, but with in the second
  • FIG. 3 shows a detailed view of the transition region between the pair of armature plunger sections of FIG. 1 and FIG. 2 with a tension spring provided in this transitional region for connecting these sections;
  • Fig. 4-8 a sequence of the various movements of the anchor unit or the
  • Valve disc in response to energization or non-energization with it clarified magnetic flux in the housing or in the armature unit with permanent magnet.
  • FIG. 1 to 3 illustrate the structural design of the present invention according to a first preferred embodiment:
  • An anchor unit consisting of an elongated first armature tappet portion 10, an attached disc sequence of permanent magnet disc 12 and this both sides associated pair of pole discs 14, 16 is axially continued with a second armature tappet portion 18, wherein the armature tappet portions 10, 18 along the axial direction (vertical direction of FIG. 1) relative to each other movable and connected to train connected by a tension spring 20 as an energy storage, which respective annular shoulders 22 and 24 of the anchor tappet portions 10 and 18 overlaps.
  • the armature unit sits by permanent magnetic attraction (see Fig. 4 with the armature descriptive arrow 30) in a first normally-free stable and upper stop position on a stationary yoke unit 26, which, with other flux-conducting and housing elements 28, 32, a stationary coil unit 34 enclosing housing forms.
  • FIG. 1 illustrates the permanent magnetic flux passing through the core section 26 or the housing sections 28, 32, FIG. 4 describing the currentless state of the coil unit 34.
  • FIG. 1 (or FIG. 4) describes a stable locking state, which in practice can absorb a force of up to 80 N.
  • FIG. 7 then illustrates, with respect to the open end position (second position) of FIG. 6, the beginning of the backward movement of the armature unit back into the starting situation (FIG. 4) with currentless coil units.
  • the armature unit in the de-energized state in turn closes the valve, the (strong) permanent magnet effect in conjunction with the tolerance-compensating action of the tension spring 20 causing a harmonious, safe closing of the valve.

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Abstract

The invention relates to a monostable electromagnetic actuator device, in particular a shift actuator device, comprising an armature unit, which has permanent magnet means (12) and an armature tappet (10, 18) in contact thereto and which can be driven to perform a control operation as a reaction to the supply of current to a stationary coil device (34, 42). According to the invention, the armature unit is provided and designed in such a way that the armature unit can be moved by means of magnetic repulsion from a first stop position that is stable without current to a second position that is unstable without current as a reaction to the supply of current, and the armature tappet unit has several parts in the axial direction, wherein a first armature tappet section (10) and a second armature tappet section (18) are coupled by means of a tensible force storage element (20), in particular a tension spring, in such a way that said first and second armature tappet sections can be moved relative to each other in the axial direction.

Description

Monostabile elektromagnetische Aktuatorvorrichtung  Monostable electromagnetic actuator device
Die vorliegende Erfindung betrifft eine monostabile elektromagnetische Aktuatorvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. The present invention relates to a monostable electromagnetic actuator device according to the preamble of the main claim.
Derartige Vorrichtungen sind zum Realisieren verschiedener Stell- und Schaltfunktionen allgemein bekannt, wobei insbesondere eine Ventilsteuerung oder Nockenwellenverstellung mit einer derartigen Aktuatorvorrichtung realisiert wurde. Such devices are generally known for realizing various actuating and switching functions, wherein in particular a valve control or camshaft adjustment has been realized with such an actuator device.
Für derartige Stell- bzw. Steueraufgaben besteht das generelle Problem eines Zusammenhangs zwischen einer jeweils vorhandenen Drucksituation und einem Querschnitt, welcher etwa zur Ventilsteuerung gesperrt oder geöffnet werden muss. Insbesondere wenn Querschnitte (aufgabenbedingt) groß werden, stellt dies beträchtliche Anforderungen an die Magnetkraft, die sich entsprechend vergrößern muss. Soll zudem in einem speziellen Anwendungsfall (etwa einem Sekundärluftventil eines Kraftfahrzeugs zum Einleiten zusätzlicher Frischluft in einen Abgastrakt, z. B. während eines Kaltstarts) diese Funktionalität in einem sehr kleinen Bauraum erfolgen, ist mit bekannten Lösungen über die gesamte Kraft-Weg-Kennlinie eine Magnetkraft von praktisch nicht mehr als 20 N zu realisieren. Allerdings bringt gerade der beschriebene Anwendungsfall das Erfordernis, eine höhere Verschlusskraft für das Ventil zu realisieren, typischerweise mindestens 30 N, gegen welche der Aktuator arbeiten muss. For such adjusting or control tasks, there is the general problem of a relationship between an existing pressure situation and a cross section, which must be locked or opened for valve control about. In particular, when cross sections (due to the task) become large, this places considerable demands on the magnetic force, which must increase accordingly. If, in addition, in a specific application (such as a secondary air valve of a motor vehicle for introducing additional fresh air into an exhaust gas tract, eg during a cold start), this functionality takes place in a very small installation space, with known solutions over the entire force-displacement characteristic curve Magnetic force of practically not more than 20 N to realize. However, it is precisely the described application that brings the need to realize a higher valve closure force, typically at least 30 N, against which the actuator must operate.
Weiter verkompliziert wird diese Aufgabe durch Einbau- bzw. Betriebsbedingungen vor Ort, da typischerweise im Betrieb das Ventil durch Ruß oder Öl verklebt wird. Diese Ablagerungen erfordern dann insbesondere in der Anfangsphase der Ventilbewegung eine weiter deutlich erhöhte Kraft, um die so vorhandene, unerwünschte Haftwirkung zu überwinden. To further complicate this task by installation or operating conditions on site, since typically in operation, the valve is bonded by soot or oil. These deposits then require a further significantly increased force, in particular in the initial phase of the valve movement, in order to overcome the unwanted adhesive effect which is thus present.
Aus dem Stand der Technik ist es dabei bekannt, insbesondere hohe Anfangskräfte durch den sogenannten Platteneffekt, zu realisieren, so dass insbesondere eine (unerwünschte) Haftwirkung überwunden werden kann. Derartige Vorgehensweisen besitzen jedoch den Nachteil, dass der Kraftverlauf entlang der weiteren Kraft-Weg-It is known from the prior art, in particular to realize high initial forces by the so-called disk effect, so that in particular an (undesirable) adhesive effect can be overcome. However, such approaches have the disadvantage that the force course along the further force-displacement
BESTÄTIGUNGSKOPIE Kennlinie stark abfällt, so dass insbesondere bei hohen Druckdichtigkeit- Erfordernissen eine zuverlässige Dichtwirkung nicht gewährleistet werden kann. CONFIRMATION COPY Characteristic drops sharply, so that a reliable sealing effect can not be guaranteed especially at high pressure tightness requirements.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine monostabile elektromagnetische Aktuatorvorrichtung, insbesondere Schaltaktuatorvorrichtung zur Verwendung im Zusammenhang mit einem Ventil, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs im Hinblick auf eine erreichbare magnetische Stellkraft, Einfachheit des Aufbaus, eine Dichtwirkung unter Druckbeaufschlagung sowie Unempfindlichkeit gegenüber Maß- und Einbautoleranzen zu verbessern, dabei insbesondere eine solche gattungsgemäße Vorrichtung auch für belastete Umgebungsbedingungen wie etwa eine Verschmutzung und Ablagerung durch Ruß oder Öl geeignet zu machen. Object of the present invention is therefore to provide a monostable electromagnetic actuator device, in particular Schaltaktuatorvorrichtung for use in connection with a valve, according to the preamble of the main claim in terms of achievable magnetic force, simplicity of construction, a sealing effect under pressure and insensitivity to Maß- and Improve installation tolerances, in particular to make such a generic device suitable for contaminated environmental conditions such as pollution and deposition by soot or oil.
Die Aufgabe wird durch die monostabile elektromagnetische Aktuatorvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs, des unabhängigen Anspruchs 9 sowie durch die Verwendung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 13 gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. The object is achieved by the monostable electromagnetic actuator device having the features of the main claim, the independent claim 9 and by the use of the features of the independent claim 13; advantageous developments of the invention are described in the subclaims.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist zunächst die Ankereinheit so vorgesehen und ausgebildet, dass sie als Reaktion auf die Bestromung der stationären Spulenvorrichtung mittels magnetischer Abstoßung aus einer ersten, stromlos stabilen Anschlagposition in eine zweite, stromlos instabile Position bewegt werden kann. Vorteilhaft ermöglicht es die Ausgestaltung der Ankereinheit mittels einer (typischerweise scheibenförmigen) Permanentmagneteinheit, weiterbildungsgemäß mit mindestens einer benachbarten Polscheibe vorgesehen, dass die Ankereinheit damit in der ersten Anschlagposition stabil an einem dort vorgesehenen Kernabschnitt haften kann, wobei sehr hohe Kräfte (typischerweise 80 N oder höher) erzielbar sind. Dies führt vorteilhaft dazu, dass selbst eine extreme Druckbelastung des Ankers ein sicheres Verschließen (in dieser ersten Anschlagposition) gewährleistet. In an advantageous manner according to the invention, the armature unit is initially provided and designed such that it can be moved in response to the energization of the stationary coil device by means of magnetic repulsion from a first, normally-free stable stop position to a second, currentless unstable position. Advantageously, the design of the armature unit by means of a (typically disc-shaped) permanent magnet unit, further education provided with at least one adjacent pole disc that the anchor unit so that it can adhere stably in the first stop position on a core section provided there, with very high forces (typically 80 N or higher ) are achievable. This advantageously leads to even an extreme pressure load of the armature ensures a secure closing (in this first stop position).
Zusätzlich erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Ankerstößeleinheit in axialer Richtung mehrteilig ausgebildet ist, wobei ein erster Ankerstößelabschnitt (welcher typischerweise fest am Permanentmagnetabschnitt der Ankereinheit ansitzt) über eine Zugfeder oder dergleichen auf Zug belastbaren Kraftspeicher axial beweglich mit dem zweiten Ankerstößelabschnitt verbunden ist, und wobei dann der zweite An- kerstößelabschnitt, endseitig mit einem Ventilteller oder dergleichen Dichtelement versehen, bei Zugbelastung und in der ersten Anschlagposition in geeigneter Weise den Ventilverschluss vornimmt. In addition, according to the invention it is provided that the armature tappet unit is formed in several parts in the axial direction, wherein a first anchor tappet portion (which is typically firmly attached to the permanent magnet portion of the armature unit) via a tension spring or the like on train loadable power storage is axially movably connected to the second armature tappet portion, and then the second one Kerstößelabschnitt, end provided with a valve plate or the like sealing element, under tensile load and in the first stop position in a suitable manner makes the valve closure.
Die erfindungsgemäß vorteilhafte Ausgestaltung der Verbindung des zweiten Ankerstößelabschnitts (entsprechend einem unteren Ventilteil) und dem ersten Ankerstößelabschnitt bewirkt vorteilhaft, dass ein Spielausgleich zwischen den Stößeln erfolgen kann, insbesondere auf diese Weise axialer Versatz, Spiel oder dergleichen Einbau- bzw. Fertigungstoleranzen elegant und einfach ausgeglichen werden, da beide Ankerstößelabschnitte nicht genau axial fluchten müssen. Auch bietet diese Konfiguration ideale Voraussetzungen für einen Einsatz unter Verschleißbedingungen, da auch verschleißbedingte geometrische Veränderungen, Spiel oder dergleichen auf diese Weise einfach durch den Kraftspeicher als Verbindungselement zwischen beiden Stößelabschnitten ausgeglichen bzw. aufgenommen werden können. The invention advantageous embodiment of the connection of the second Ankerstößelabschnitts (corresponding to a lower valve member) and the first anchor tappet advantageously causes a clearance compensation between the plungers can be made, especially in this way axial offset, play or the like installation or manufacturing tolerances elegant and easy balanced be because both Ankerstößelabschnitte not exactly axially aligned. Also, this configuration provides ideal conditions for use under wear conditions, as well as wear-related geometric changes, game or the like can be compensated or absorbed in this way simply by the energy storage as a connecting element between two plunger sections.
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist die Aktuatorvorrichtung nunmehr so ausgebildet, dass als Reaktion auf die Bestromung der stationären Spulenvorrichtung diese auf die Permanentmagnetmittel einen abstoßenden magnetischen Effekt ausübt, mit der Wirkung, dass die Haftkraft der Permanentmagnetmittel in der ersten Anschlagposition (genauer: an einem dort vorgesehenen stationären Polabschnitt) aufgehoben wird und, vorteilhaft zusätzlich, ein weiterer, axial in der Bewegungsrichtung gelegener Spulenabschnitt der Spulenvorrichtung anziehend mit den Permanentmagnetmitteln zusammenwirkt, mit dem Effekt, dass daraufhin der Anker mit der Ankerstößeleinheit sich aus der ersten Anschlagposition bewegen kann. Advantageously according to the invention, the actuator device is now designed such that in response to the energization of the stationary coil device this exerts a repulsive magnetic effect on the permanent magnet means, with the effect that the adhesive force of the permanent magnet means in the first stop position (more precisely: at a provided there stationary pole section ) is lifted and, advantageously additionally, another, located axially in the direction of movement coil section of the coil device attractively cooperates with the permanent magnet means, with the effect that then the anchor with the armature tappet unit can move from the first stop position.
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist für diesen Betriebszustand die Verbindung zwischen den Ankerstößelabschnitten (im Bereich des Kraftspeichers) so ausgebildet, dass der erste Ankerstößelabschnitt einen (weiter bevorzugt impulsförmigen) axialen Schub auf den zweiten Ankerstößelabschnitt ausübt, mit dem vorteilhaften Effekt, dass durch eine solche Impulsbelastung des zweiten Ankerstößelabschnitts (bzw. eines endseitig daran ansitzenden Ventiltellers oder dergleichen) selbst ein durch Ruß oder Öl verklebter Ventilsitz zuverlässig geöffnet werden kann. In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung ist es dabei sowohl möglich, durch geeignete, axial entlang der Stößeleinheit vorsehbare Puffereinheiten dieses Impulsverhalten geeignet zu beeinflussen bzw. zu dämpfen, genauso wie durch geeignete Ausbildung des Ventiltellers, etwa statisch, elastisch-umklappend oder dergleichen, ein geeignetes Verschluss- und Öffnungsverhalten, insbesondere als Reaktion auf die beschriebene Impulsbeaufschlagung des zweiten Ankerstößelabschnitts, erreicht werden kann. According to the invention, the connection between the armature tappet sections (in the region of the energy accumulator) is advantageously designed for this operating state in such a way that the first armature tappet section exerts a (more preferably impulsive) axial thrust on the second armature tappet section, with the advantageous effect that such an impulse load of the second Ankerstößelabschnitts (or a valve end end sitting thereon or the like) even a bonded by soot or oil valve seat can be reliably opened. In a development according to the invention, it is both possible to suitably influence or damp this impulse behavior by means of suitable buffer units which can be provided axially along the plunger unit, as well as by suitable design of the valve disk, such as static, elastic-overturning or the like, a suitable closure mechanism. and opening behavior, in particular in response to the described impulse loading of the second Ankerstößelabschnitts, can be achieved.
Die erfindungsgemäß realisierte monostabile Vorrichtung führt dann zu dem Effekt, dass während der Bestromung und durch die beschriebene Schubwirkung entlang der Ankerstößeleinheit etwa ein endseitig am zweiten Ankerstößelabschnitt sitzender Ventilteller ein Ventil öffnet und während der Bestromung geöffnet hält. The monostable device realized according to the invention then leads to the effect that, during energization and due to the thrust action described along the armature plunger unit, a valve disk seated at the end on the second arm plunger portion opens a valve and keeps it open during the energization.
Gleichzeitig ist die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterbildungsgemäß (und auch unabhängig beansprucht) so ausgestaltet, dass wirksam ein Haften der Permanentmagnetmittel der Ankereinheit in dieser zweiten (Öffnungs-) Position verhindert wird, also etwa ein permanentmagnetisches Haften an einem dem Polabschnitt gegenüberliegenden Jochabschnitt oder dergleichen durch geeignete Ausgestaltung der permanentmagnetischen Flussführung unterbunden wird. Dies führt dann dazu, dass nach Beenden der Bestromung ein (rein permanentmagnetisches) Haften in der zweiten Position verhindert wird, vielmehr durch permanentmagnetische Anziehungswirkung gegenüber dem Polabschnitt ein Zurückbewegen in die erste Ausgangsposition und somit monostabiles Bewegungsverhalten erreicht wird. At the same time, the device according to the present invention (and also claimed independently) is designed to effectively prevent sticking of the permanent magnet means of the armature unit in this second (opening) position, such as permanent magnetic adhesion to a yoke portion opposite the pole portion or the like by suitable design the permanent magnetic flux guide is suppressed. This then leads to a (purely permanent magnetic) adhesion in the second position is prevented after completion of the energization, but rather by permanent magnetic attraction effect relative to the pole portion a return to the first starting position and thus monostable movement behavior is achieved.
In konstruktiv besonders eleganter Weise wird dies dadurch bewirkt, dass ein flussleitend an der magnetischen Flussführung beteiligtes Gehäuse mehrteilig, insbesondere mittels eines radial vorgesehenen Schlitzes zwischen den axial verteilt vorgesehenen Einzel-Spuleneinheiten, so ausgebildet ist, dass in der zweiten Position kein permanentmagnetischer Haltefluss zustande kommt, vielmehr die Flussführung auch in dieser Position so ausgebildet ist, dass das permanentmagnetische Feld über einen Permanentmagnetkreis in Richtung auf den Polabschnitt, also in Richtung auf die erste Anschlagposition, geschlossen wird, so dass nach Beendigung der Bestromung dann die Permanentmagnetmittel durch Anziehungskraft die Ankereinheit in die erste Anschlagposition zurückführen. Weiter vorteilhaft während dieses Betriebs ist, dass die bevorzugt als Zugfeder ausgestalteten Kraftspeichermittel zwischen dem ersten und dem zweiten Ankerstößelabschnitt in federnd-elastischer Weise dann den zweiten Ankerstößelabschnitt toleranzausgleichend mitnehmen und für ein stabiles Wieder-Verschließen des Ventilsitzes sorgen. In a structurally particularly elegant manner, this is achieved in that a housing involved in flux conduction of the magnetic flux guide is formed in several parts, in particular by means of a radially provided slot between the axially distributed single coil units, so that in the second position no permanent magnetic holding flux is established , Rather, the flux guide is formed in this position so that the permanent magnetic field via a permanent magnet circuit in the direction of the pole portion, ie in the direction of the first stop position is closed, so that after completion of energization then the permanent magnet means by attraction the anchor unit in return the first stop position. Next advantageous during this operation is that preferably designed as a tension spring force storage means between the first and second anchor tappet portion in a spring-elastic manner then take the second anchor tappet portion tolerances compensating and ensure a stable re-closing of the valve seat.
Während sich die vorliegende Erfindung insbesondere für den beschriebenen Anwendungsfall etwa eines Sekundärluftventils eignet, bei welchem eine hohe Verschluss- bzw. Dichtkraft bei gleichzeitig hoher Magnetkraft über einen längeren Abschnitt der Kraft-Weg-Kennlinie gewährleistet sein muss, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Verwendung beschränkt, sondern eignet sich prinzipiell für jegliche (elektromagnetische) Stellaufgabe, auch außerhalb eines Ventilbetriebs, bei welcher hohe Stell- und Verschlusskräfte, insbesondere in Verbindung mit günstigem Toleranzausgleich, realisiert werden müssen. While the present invention is particularly suitable for the described application of, for example, a secondary air valve, in which a high closing or sealing force must be ensured with a high magnetic force over a longer portion of the force-displacement curve, the present invention is not on this use limited, but is suitable in principle for any (electromagnetic) Stellaufgabe, even outside a valve operation, in which high actuating and closing forces, especially in conjunction with favorable tolerance compensation, must be realized.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in: Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawings; these show in:
Fig. 1 : eine schematische Längsschnittansicht einer monostabilen elektromagnetischen Aktuatorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, in der erfindungsgemäßen ersten, stromlos stabilen Anschlagposition zum Verschluss des Ventils; 1 shows a schematic longitudinal sectional view of a monostable electromagnetic actuator device according to a first embodiment, in the first, normally-free stable stop position according to the invention for closing the valve;
Fig. 2: eine Ansicht des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 , jedoch mit in die zweite Fig. 2: a view of the embodiment of Fig. 1, but with in the second
Position bewegter Ankereinheit und dadurch geöffnetem Ventil;  Position of moving armature unit and thus open valve;
Fig. 3: eine Detailansicht des Übergangsbereichs zwischen dem Paar von Ankerstößelabschnitten von Fig. 1 bzw. Fig. 2 mit in diesem Übergangsbereich vorgesehener Zugfeder zum Verbinden dieser Abschnitte; 3 shows a detailed view of the transition region between the pair of armature plunger sections of FIG. 1 and FIG. 2 with a tension spring provided in this transitional region for connecting these sections;
Fig. 4 - 8: eine Abfolge der verschiedenen Bewegungen der Ankereinheit bzw. des Fig. 4-8: a sequence of the various movements of the anchor unit or the
Ventiltellers als Reaktion auf Bestromung bzw. Nicht-Bestromung mit darin verdeutlichtem Magnetfluss im Gehäuse bzw. in der Ankereinheit mit Permanentmagnetscheibe. Valve disc in response to energization or non-energization with it clarified magnetic flux in the housing or in the armature unit with permanent magnet.
Die Fig. 1 bis 3 verdeutlichen den konstruktiven Aufbau der vorliegenden Erfindung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform: Eine Ankereinheit bestehend aus einem langgestreckten ersten Ankerstößelabschnitt 10, einer daran befestigten Scheiben-Abfolge von Permanentmagnetscheibe 12 und dieser beidseits zugeordnetem Paar von Polscheiben 14, 16 wird axial fortgesetzt mit einem zweiten Ankerstößelabschnitt 18, wobei die Ankerstößelabschnitte 10, 18 entlang der axialen Richtung (Vertikalrichtung der Fig. 1) relativ zueinander bewegbar und auf Zug belastet verbunden sind durch eine Zugfeder 20 als Kraftspeicher, welche jeweilige Ringabsätze 22 und 24 der Ankerstößelabschnitte 10 bzw. 18 übergreift. 1 to 3 illustrate the structural design of the present invention according to a first preferred embodiment: An anchor unit consisting of an elongated first armature tappet portion 10, an attached disc sequence of permanent magnet disc 12 and this both sides associated pair of pole discs 14, 16 is axially continued with a second armature tappet portion 18, wherein the armature tappet portions 10, 18 along the axial direction (vertical direction of FIG. 1) relative to each other movable and connected to train connected by a tension spring 20 as an energy storage, which respective annular shoulders 22 and 24 of the anchor tappet portions 10 and 18 overlaps.
In der in Fig. 1 gezeigten Position sitzt dabei die Ankereinheit durch permanentmagnetische Anziehung (vergleiche Fig. 4 mit dem die Ankerkraft beschreibenden Pfeil 30) in einer ersten stromlos stabilen und oberen Anschlagposition an einer stationären Jocheinheit 26 an, welche, mit weiteren flussleitenden und Gehäuseelementen 28, 32, ein eine stationäre Spuleneinheit 34 umschließendes Gehäuse ausbildet. In the position shown in Fig. 1, the armature unit sits by permanent magnetic attraction (see Fig. 4 with the armature descriptive arrow 30) in a first normally-free stable and upper stop position on a stationary yoke unit 26, which, with other flux-conducting and housing elements 28, 32, a stationary coil unit 34 enclosing housing forms.
Die dünnen Pfeile der Fig. 1 verdeutlichen insoweit den durch den Kernabschnitt 26 bzw. die Gehäuseabschnitte 28, 32 verlaufenden permanentmagnetischen Fluss, wobei die Fig. 4 den unbestromten Zustand der Spuleneinheit 34 beschreibt. Insofar, the thin arrows of FIG. 1 illustrate the permanent magnetic flux passing through the core section 26 or the housing sections 28, 32, FIG. 4 describing the currentless state of the coil unit 34.
In diesem Betriebszustand übt die Zugfeder 20 eine aufwärts gerichtete Zugkraft auf den zweiten Ankerstößelabschnitt 18 sowie einen endseitig daran ansitzenden Ventilteller 36 aus, so dass der Ventilteller 36 dichtend an einem schematisch gezeigten Ventilsitz 38 anliegt. Damit beschreibt die Fig. 1 (bzw. die Fig. 4) einen stabilen Ver- schlusszustand, welcher in der praktischen Realisierung eine Kraft von bis zu 80 N aufnehmen kann. In this operating state, the tension spring 20 exerts an upward pulling force on the second armature tappet portion 18 as well as a valve disk 36 seated on the end side thereof so that the valve disk 36 seals against a valve seat 38 shown schematically. Thus, FIG. 1 (or FIG. 4) describes a stable locking state, which in practice can absorb a force of up to 80 N.
Als Reaktion auf eine Bestromung der Ankereinheit 34 (Fig. 5) wird nunmehr, vergleiche den Feldlinienverlauf der Fig. 5, die permanentmagnetische Anziehungskraft der Permanentmagnetscheibe 12 auf die Kerneinheit 26 neutralisiert, und es entsteht eine in der Fig. 5 abwärts gerichtete Kraft (Pfeil 40) auf die Ankereinheit. Verstärkt wird dieser Effekt dadurch, dass durch Bestromung einer gegenüberliegend der Spuleneinheit 34 vorgesehenen zusätzlichen Spuleneinheit 42 (insoweit schließen die Spuleneinheiten 34 bzw. 42 in axialer Richtung den Permanentmagnetabschnitt 12 zwischen sich ein) eine Anziehungskraft auf die Ankereinheit, insbesondere den Permanentmagnetabschnitt 12, ausgeübt wird. Dies führt dazu, dass, wie die Fig. 5 zeigt, aus der (nach wie vor) ersten Anschlagposition sich die Ankereinheit abwärts in Richtung des Pfeils 40 in Bewegung setzt. In response to an energization of the armature unit 34 (FIG. 5), the permanent magnetic attraction force of the permanent magnet disk 12 is now neutralized to the core unit 26, compare with the field line graph of FIG. 5, and a downward force is produced in FIG 40) on the anchor unit. reinforced This effect is characterized by the fact that by energizing an opposite of the coil unit 34 provided additional coil unit 42 (insofar include the coil units 34 and 42 in the axial direction of the permanent magnet section 12 between them) an attraction force on the armature unit, in particular the permanent magnet section 12, is exercised. As a result, as shown in FIG. 5, from the (still) first stop position, the armature unit moves downwards in the direction of the arrow 40.
Im weiteren Verlauf dieser Bewegung erreicht dann, vergleiche die Fig. 6 bzw. die Variante der Fig. 8 mit einem nicht-magnetischen Anschlagring 5 zwischen Gehäuseabschnitten 32 und 46, die Ankereinheit eine untere Anschlagposition, begrenzt von einem Jochabschnitt 44, welcher zusammen mit einem Gehäuseschalenabschnitt 46 die Spuleneinheit 42 mantelseitig umschließt. Während dieses Betriebs, vergleiche insbesondere die Fig. 2, kommt es bevorzugt zu einem Aneinanderstoßen der Ankerstößelabschnitte 10 und 18, in der Art, dass der Ankerstößelabschnitt 10 stirnseitig einen Impuls auf den zweiten Ankerstößelabschnitt 18 ausübt. Dies hat die vorteilhafte Wirkung, dass etwa eine durch Öl, Ruß oder dergleichen Verschmutzung bewirkte unerwünschte und krafterhöhende Haftung des Ventiltellers 36 am Sitz 38 aufgebrochen wird und so der Öffnungszustand der Fig. 2 erreicht wird. In dieser Rolle hält dann die Zugfeder beide Abschnitte 10, 18 in der gezeigten Weise aneinander, wobei weiterbildungsgemäß an dieser stirnseitigen Übergangsstelle geeignete Puffer- oder dergleichen Dämpfungsmittel vorgesehen sein können, um etwa unerwünschte Schläge zu mindern. In the further course of this movement then achieved, compare the Fig. 6 and the variant of FIG. 8 with a non-magnetic stop ring 5 between housing sections 32 and 46, the anchor unit a lower stop position, bounded by a yoke portion 44, which together with a Housing shell portion 46 encloses the coil unit 42 shell side. During this operation, see in particular FIG. 2, it is preferable to abut the armature tappet sections 10 and 18, in such a way that the armature tappet section 10 exerts a frontal impulse on the second armature tappet section 18. This has the advantageous effect that, for example, caused by oil, soot or the like pollution unwanted and increased power adhesion of the valve disc 36 on the seat 38 is broken and thus the opening state of Fig. 2 is achieved. In this role then holds the tension spring both sections 10, 18 in the manner shown to each other, further education according to this frontal transition point suitable buffer or the like damping means may be provided to reduce such as unwanted shocks.
Die Fig. 7 verdeutlicht dann, gegenüber der geöffneten Endlage (zweite Position) der Fig. 6, den Beginn der Rückwärtsbewegung der Ankereinheit zurück in die Ausgangssituation (Fig. 4) bei unbestromten Spuleneinheiten. Es wird deutlich, dass in diesem Zustand der (ausschließlich durch Permanentmagnetscheibe 12 bewirkte) magnetische Flussverlauf durch den Gehäuseabschnitt 12 bzw. den Kernabschnitt 26 fließt, mithin also eine die Ankereinheit aufwärts bewegende permanentmagnetische Anziehungskraft, entlang der Pfeilrichtung 50 aufwärts gerichtet, ausübt. FIG. 7 then illustrates, with respect to the open end position (second position) of FIG. 6, the beginning of the backward movement of the armature unit back into the starting situation (FIG. 4) with currentless coil units. It becomes clear that in this state the magnetic flux profile (effected exclusively by permanent magnet disk 12) flows through the housing section 12 or the core section 26, and therefore exerts a permanent magnetic attraction force moving upward along the arrow direction 50, moving the armature unit upward.
Dies führt zunächst vorteilhaft dazu, dass sich in der gewünschten monostabilen Weise die Ankereinheit im in der Fig. 7 gezeigten stromlosen Zustand zurück in die Aufwärtsposition bewegt und nicht etwa in der Öffnungsposition (Fig. 2 bzw. Fig. 6) haftet. Der Vergleich der Flussverläufe von Fig. 6 bzw. Fig. 7 verdeutlicht, wie diese vorteilhafte Wirkung entsteht: Durch Vorsehen nämlich eines radial umlaufenden Schlitzes 52 zwischen einem oberen Gehäusemantelabschnitt 32 und einem unteren Gehäusemantelabschnitt 46 ist die Geometrie des Gehäuses so gestaltet, dass zu keinem Zustand ein (permanent-) magnetischer Flussverlauf durch den Gehäuseabschnitt 46 (bzw. einen inneren Jochabschnitt 44) laufen kann, mit anderen Worten, die Ankereinheit mit ihrer Permanentmagnetscheibe 12 nicht nach abwärts gezogen wird bzw. dort haftet. Vielmehr sorgt die mantelseitige Gehäuseschale 32, die auch in der zweiten Position mantelseitig die Scheibenanordnung 12, 14 16 unter Ausbildung eines Luftspalts umgibt, dafür, dass stets eine permanentmagnetische Anziehungskraft aufwärts, d.h. in Richtung auf die Kerneinheit 26, gerichtet ist. This initially leads advantageously to the fact that in the desired monostable manner, the armature unit in the currentless state shown in FIG. 7 back into the Moves upward position and not in the open position (Fig. 2 or Fig. 6) adheres. The comparison of the flow characteristics of Fig. 6 and Fig. 7 illustrates how this advantageous effect arises: By providing namely a radially circumferential slot 52 between an upper housing shell portion 32 and a lower housing shell portion 46, the geometry of the housing is designed so that none State, a (permanent) magnetic flux can pass through the housing portion 46 (or an inner yoke portion 44), in other words, the armature unit with its permanent magnet 12 is not pulled down or adhered there. Rather, the shell-side housing shell 32, which surrounds the disk arrangement 12, 14 16 forming an air gap even in the second position on the shell side, ensures that a permanently magnetic attraction force is always directed upward, ie in the direction of the core unit 26.
Entsprechend schließt gemäß Pfeilbewegung 50 die Ankereinheit in unbestromtem Zustand wiederum das Ventil, wobei die (starke) Permanentmagnetwirkung in Verbindung mit der toleranzausgleichenden Wirkung der Zugfeder 20 ein harmonisches, sicheres Schließen des Ventils bewirkt. Accordingly, according to arrow movement 50, the armature unit in the de-energized state in turn closes the valve, the (strong) permanent magnet effect in conjunction with the tolerance-compensating action of the tension spring 20 causing a harmonious, safe closing of the valve.

Claims

Ansprüche claims
1. Monostabile elektromagnetische Aktuatorvorrichtung, insbesondere Schaltaktu- atorvorrichtung, mit 1. Monostable electromagnetic actuator device, in particular switching actuator device, with
einer zum Durchführen eines Stellvorgangs als Reaktion auf eine Bestromung einer stationären Spulenvorrichtung (34, 42) antreibbaren, Permanentmagnetmittel (12) aufweisenden Ankereinheit mit einer ansitzenden Ankerstößeleinheit (10, 18),  an armature unit having a seated armature tappet unit (10, 18) for carrying out an actuating operation in response to an energizing of a stationary coil device (34, 42), having permanent magnet means (12),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Ankereinheit so vorgesehen und ausgebildet ist, dass sie als Reaktion auf die Bestromung mittels magnetischer Abstoßung aus einer ersten stromlos stabilen Anschlagposition in eine zweite, stromlos instabile Position bewegt werden kann,  the armature unit is provided and designed so that it can be moved in response to the energization by means of magnetic repulsion from a first normally non-stop position to a second, normally unstable position,
und die Ankerstößeleinheit axial mehrteilig ausgebildet ist, wobei ein erster Ankerstößelabschnitt (10) und ein zweiter Ankerstößelabschnitt (18) mittels eines auf Zug belastbaren Kraftspeichers (20), insbesondere Zugfeder, axial zueinander beweglich gekoppelt sind.  and the armature plunger unit is formed axially in several parts, wherein a first armature tappet portion (10) and a second armature tappet portion (18) are coupled to each other by means of a loadable on train force accumulator (20), in particular tension spring, axially to each other.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ankerstößelabschnitt an den Permanentmagnetmitteln ansitzt, insbesondere unlösbar mit diesen verbunden ist, und der zweite Ankerstößelabschnitt zum Zusammenwirken mit einem Stellpartner (36), insbesondere Ventilelement, ausgebildet ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the first armature tappet section abuts on the permanent magnet means, in particular inextricably connected thereto, and the second armature tappet section is designed to cooperate with a positioning partner (36), in particular a valve element.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Ankerstößelabschnitt so relativ zueinander geführt sind, dass als Reaktion auf die Bestromung und die Bewegung in die zweite Position die Ankerstößelabschnitte stirnseitig aneinander stoßen, insbesondere der erste Ankerstößelabschnitt einen Impuls auf den zweiten Ankerstößelabschnitt überträgt. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the first and the second armature tappet portion are guided relative to each other, that in response to the energization and the movement in the second position, the armature tappet portions abut each other frontally, in particular the first armature tappet portion a pulse transmits to the second armature tappet portion.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Puffer- und/oder Dämpfungsmittel im Stoßbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Ankerstößelabschnitt. 4. Apparatus according to claim 3, characterized by buffering and / or damping means in the joint area between the first and the second armature tappet portion.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Ankerstößelabschnitt so relativ zueinander geführt sind, dass in der erste stromlos stabilen Anschlagposition und/oder als Reaktion auf eine Rückwärtsbewegung der Ankereinheit nach einem Beenden der Bestromung der Kraftspeicher eine federnde Zugkraft auf den zweiten Ankerstößelabschnitt ausübt. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first and the second armature tappet portion are guided relative to each other, that in the first normally non-stop stop position and / or in response to a backward movement of the armature unit after stopping the energization of Power storage exerts a resilient tensile force on the second armature tappet portion.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenvorrichtung entlang der axialen Richtung mehrteilig realisiert und so geschaltet ist, dass die Ankereinheit, entlang der Richtung der Abstoßung, durch die Bestromung von einem Spulenabschnitt (42) der Spulenvorrichtung zusätzlich magnetisch angezogen wird. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the coil device is realized in several parts along the axial direction and connected so that the armature unit, along the direction of the repulsion, by the energization of a coil section (42) of the coil device in addition magnetically attracted.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrteilig ausgebildete Spulenvorrichtung in einem sich axial erstreckenden, magnetisch flussleitenden Gehäuse (32, 46) so vorgesehen ist, dass die Permanentmagnetmittel (12) der Ankereinheit axial zwischen jeweiligen Spulenabschnitten (34, 42) bewegbar sind. 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the multipart coil device in an axially extending, magnetic flux-conducting housing (32, 46) is provided so that the permanent magnet means (12) of the armature unit axially between respective coil sections ( 34, 42) are movable.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse zur magnetischen Flussführung so ausgestaltet ist, dass in der zweiten, stromlos instabilen Position der Ankereinheit bei unbestromter Spulenvorrichtung kein eine Haftwirkung der Permanentmittel in der zweiten Position bewirkender magnetischer Fluss durch das Gehäuse fließt. 8. The device according to claim 7, characterized in that the housing for magnetic flux guidance is configured so that in the second, currentless unstable position of the armature unit in de-energized coil device no adhesive effect of the permanent means in the second position causing magnetic flux flows through the housing.
9. Monostabile elektromagnetische Aktuatorvorrichtung, insbesondere Schaltaktu- atorvorrichtung, mit 9. Monostable electromagnetic actuator device, in particular Schaltaktu- atorvorrichtung, with
einer zum Durchführen eines Stellvorgangs als Reaktion auf eine Bestromung einer stationären Spulenvorrichtung (34, 42) antreibbaren, Permanentmagnetmittel (12) aufweisenden Ankereinheit mit einer ansitzenden Ankerstößeleinheit (10, 18),  an armature unit having a seated armature tappet unit (10, 18) for carrying out an actuating operation in response to an energizing of a stationary coil device (34, 42), having permanent magnet means (12),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Ankereinheit so vorgesehen und ausgebildet ist, dass sie als Reaktion auf die Bestromung mittels magnetischer Abstoßung aus einer ersten stromlos sta- bilen Anschlagposition in eine zweite, stromlos instabile Position bewegt werden kann, the armature unit is provided and designed in such a way that, in response to the energization by means of magnetic repulsion, it is formed from a first currentless state. bilen stop position can be moved to a second, currentless unstable position,
wobei die mehrteilig ausgebildete Spulenvorrichtung in einem sich axial erstreckenden, magnetisch flussleitenden Gehäuse so vorgesehen ist, dass die Permanentmagnetmittel der Ankereinheit axial zwischen jeweiligen Spulenabschnitten bewegbar sind und das Gehäuse zur magnetischen Flussführung so ausgestaltet ist, dass in der zweiten, stromlos instabilen Position der Ankereinheit bei unbestromter Spulenvorrichtung kein eine Haftwirkung der Permanentmittel in der zweiten Position bewirkender magnetischer Fluss durch das Gehäuse fließt.  wherein the multi-part coil device is provided in an axially extending, magnetic flux-conducting housing so that the permanent magnet means of the armature unit are axially movable between respective coil sections and the housing for magnetic flux guide is configured so that in the second, electrolessly unstable position of the armature unit at energized coil device does not cause an adhesion of the permanent means in the second position causing magnetic flux through the housing.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse so ausgestaltet ist, dass in der zweiten Position bei unbestromter Spulenvorrichtung eine magnetische Rückstellkraft in die erste Anschlagposition durch eine Flussführung über die Permanentmagnetmittel (12) und den Permanentmagnetmitteln benachbarte Gehäuseabschnitte (32) entsteht. 10. The device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the housing is configured such that in the second position with de-energized coil device, a magnetic restoring force in the first stop position by a flux guide on the permanent magnet means (12) and the permanent magnet means adjacent housing sections (32) arises.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen insbesondere radial umlaufenden, eine magnetische Flussführung unterbrechenden Schlitz (52) zwischen den Spulenabschnitten aufweist. 11. Device according to one of claims 7 to 10, characterized in that the housing has a particular radially encircling, a magnetic flux guide interrupting slot (52) between the coil sections.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Realisierung eines stromlos geschlossenen Ventils so ausgestaltet ist, dass in der ersten Anschlagposition ein an der Ankerstößeleinheit sitzender Ventilteller (36) oder dergleichen Dichtelement eine Verschlussposition einnimmt. 12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the device for realizing a normally closed valve is designed so that in the first stop position, a seated on the armature plunger unit valve plate (36) or the like sealing element assumes a closed position.
13. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Realisierung eines Sekundärluftventils, insbesondere für den Kraftfahrzeugbau. 13. Use of the device according to one of claims 1 to 11 for the realization of a secondary air valve, in particular for motor vehicle construction.
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