EP3089177B1

EP3089177B1 - Schaltungsanordnung und verfahren zur ansteuerung eines bistabilen magnetventils für ein fluidsystem

Info

Publication number: EP3089177B1
Application number: EP16000656.5A
Authority: EP
Inventors: Andreas Teichmann
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2015-04-25
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2018-01-03
Anticipated expiration: 2036-03-17
Also published as: EP3089177A1; DE102015005333A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Ansteuerung eines bistabilen Magnetventils für ein Fluidsystem, insbesondere ein Druckluftsystem in einem Fahrzeug. Weiterhin ist eine Magnetventil-Einrichtung mit der Schaltungsanordnung und dem bistabilen Magnetventil vorgesehen.
Als bistabiles Magnetventil kann insbesondere ein 3/2-Wegeventil vorgesehen sein, das einen ersten Druckausgang in einer ersten Ankerstellung an einen zweiten Druckausgang legt, um eine Druckausgangsleitung zu entlüften bzw. mit Atmosphäre zu verbinden; hierbei ist ein Druckeingang gesperrt. In einer zweiten Ankerstellung wird der Druckeingang mit dem ersten Druckausgang verbunden, z. B. zur pneumatischen Versorgung einer Druckluft-Bremse. Der zweite Druckausgang ist hierbei gesperrt.
Somit sind durch das Magnetventil zwei Stellungen ausbildbar. Bei einem bistabilen Magnetventil werden beide Stellungen im stromlosen Zustand durch eine Permanentmagnet-Einrichtung sicher gehalten, wobei eine Elektromagneteinrichtung für die Schaltvorgänge vorgesehen ist.
Die DE 37 30 381 A1 zeigt ein derartiges bistabiles Magnetventil, das in beiden Stellungen eine Dauermagnet-Haltekraft ermöglicht. Hierbei ist ein Anker mit zwei zu seinen axialen Enden hin ausgebildeten Dichtmitteln axial verschiebbar und stößt in seinen beiden Stellungen an einen ersten Endkern oder zweiten Endkern, wobei er in jeder der Stellungen mit seinem jeweiligen Dichtmittel an dem jeweiligen Endkern einen Fluiddurchlass verschließt. Ein Dauermagnet ist vorgesehen, um ein magnetisches Feld über ein äußeres magnetisches Joch und die Endkerne zu dem Anker hin zu schließen. Je nach Ausbildung des Luftspaltes ist ein erstes Permanentmagnetfeld über den ersten Kern oder ein zweites Permanentmagnetfeld über den zweiten Kern stärker oder schwächer als das jeweils andere Permanentmagnetfeld. Zum Umschalten der stabilen Stellungen wird entweder eine erste Spule oder eine zweite Spule bestromt, die jeweils eines der beiden Permanentmagnetfelder soweit verstärkt, dass es trotz der Ausbildung des Luftspaltes die Magnethaltekraft des anderen Permanentmagnetfeldes übersteigt und somit ein Umschalten in die andere stabile Endstellung ermöglicht.
Zur Ausbildung der Elektromagnetfelder ist jedoch eine hohe Anzahl Amperewindungen erforderlich, so dass großdimensionierte Spulen mit erheblichen Herstellungskosten erforderlich sind und die Schaltgeschwindigkeit begrenzt ist.
Die US 7,483,254 B1 zeigt eine Steuerschaltung für eine bistabile Permanentmagneteinrichtung, bei der eine Ansteuerung über gepulste Signale, insbesondere mit RC-Gliedern erfolgt.
Die EP 0 328 194 A1 beschreibt einen bistabilen Ventil-Mechanismus mit einer Federvorspannung, die durch Bestromung überwunden werden kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Schalten bzw. zur Ansteuerung eines bistabilen Magnetventils zu schaffen, die bei geringem Aufwand eine sichere und schnelle Umschaltung zwischen den Stellungen ermöglichen.
[ DE 44 15 068 A1 offenbart ein bistabiles Magnetventil, das einen zwischen zwei Schaltstellungen beweglichen Anker aufweist. Eine jeweilige Schaltstellung wird durch Dauermagnetmittel stabilisiert. Zum Umschalten des Ventils werden elektrische Spulen bestromt, die den Anker umschließen. Zugunsten einer kompakten Bauweise und einer hohen Schaltleistung befinden sich die Dauermagnetmittel am Anker und sind von zwei beabstandeten Dauermagneteinrichtungen gebildet, deren Polarisierung axial ausgerichtet und derart angeordnet ist, daß gleichnamige Pole einander zugewandt sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Schalten des Magnetventils nach Anspruch 12 gelöst.
Weiterhin ist nach Anspruch 6 eine Magnetventil-Einrichtung mit der Schaltungsanordnung, einer Steuereinrichtung und dem Magnetventil vorgesehen. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.
Somit werden bei den Schaltvorgängen jeweils beide Elektromagneteinrichtungen bestromt.
Für einen Schaltvorgang wird somit die Elektromagneteinrichtung an der schaltenden Seite, an der der axiale Luftspalt zwischen dem Kern und dem Anker vorgesehen ist, mit einem schaltenden Strom bestromt, um das aufgrund des Luftspalts geringere Permanentmagnetfeld zu unterstützen. Die andere Elektromagneteinrichtung dient zur zumindest teilweisen Kompensierung des haltenden, stärkeren Permanentmagnetfeldes, das den Anker ohne Luftspalt an dem anderen Kern hält.
Die Ströme werden durch die Elektromagneteinrichtungen bei den Schaltvorgängen vorzugsweise umgekehrt; jede Elektromagneteinrichtung bzw. Spule kann in einem Schaltvorgang schaltend und in dem anderen Schaltvorgang kompensierend wirken. Somit ist vorzugsweise in jeder Spule der kompensierende Strom durch diese Spule dem (im anderen Schaltvorgang) schaltenden Strom von der Stromrichtung her entgegen gesetzt.
Erfindungsgemäß wird erkannt, dass durch die Bestromung beider Spulen der Schaltvorgang verbessert werden kann. Somit wird für den zweiten Schaltvorgang von der ersten Stellung in die zweite Stellung nicht nur die zweite Elektromagnet-Einrichtung zur Verstärkung des schwächeren zweiten Permanentmagnetfeldes bestromt, sondern auch die erste Elektromagneteinrichtung zur zumindest teilweisen Kompensation des ersten Permanentmagnetfeldes. Durch diese zumindest teilweise Kompensation wird somit die magnetische Haltekraft des haltenden ersten Permanentmagnetfeldes bereits verringert, und das schaltende zweite Elektromagnetfeld kann bezüglich seiner magnetischen Feldstärke bzw. der Ausbildung an Amperewindungen kleiner dimensioniert werden, um den Schaltvorgang durch Verstärkung des zweiten Permanentmagnetfeldes zu ermöglichen.
Hierbei wird insbesondere auch erkannt, dass die ergänzende Bestromung des kompensierenden Elektromagnetfeldes grundsätzlich keinen zusätzlichen Hardwareaufwand erfordert, da ohnehin eine Schalteinrichtung, z. B. Schalt-Transistoren, zu seiner Beschaltung vorgesehen sind.
Das erste Elektromagnetfeld und erste Permanentmagnetfeld bilden somit ein erstes Gesamt-Magnetfeld, entsprechend bilden das zweite Elektromagnetfeld und zweite Permanentmagnetfeld bilden somit ein zweites Gesamt-Magnetfeld.
Die beiden Elektromagneteinrichtungen, d.h. insbesondere eine erste und zweite Spule, können parallel oder in Reihe geschaltet sein und zusammen geschaltet werden. Die Stromrichtungen für die jeweiligen Schaltvorgänge werden entsprechend zusammen umgepolt, so dass jeweils ein Elektromagnetfeld als kompensierend, d.h. zur Kompensation des stärkeren Permanentmagnetfeldes und das andere Magnetfeld schaltend, d.h. für die aktive Schaltung dient.
Erfindungsgemäß wird insbesondere auch erkannt, dass die ergänzende Ausbildung eines kompensierenden Elektromagnetfeldes je nach Dynamik und Stellung des Ankers auch problematisch sein kann, da anfänglich das schaltende Gesamtmagnetfeld aufgrund des Luftspaltes noch klein ist, hingegen das zur Kompensation dienende "kompensierende" Elektromagnetfeld aufgrund des fehlenden Luftspaltes schnell groß werden kann. So kann z. B. bei zu schneller oder zu starker Bestromung das kompensierende erste Elektromagnetfeld ggf. so groß werden, das es das erste PermanentMagnetfeld nicht nur kompensiert, sondern so stark überkompensiert, dass sich ein erstes Gesamt-Magnetfeld ergibt, dass vom Betrag her größer ist als das zum aktiven Schalten vorgesehene zweite Gesamt-Magnetfeld, das durch den Luftspalt geschwächt ist.
Um eine derartige Überkompensation und somit einen fehlenden Schaltvorgang zu vermeiden, sind unterschiedliche Ausbildungen alternativ oder auch ergänzend vorgesehen. Nach der Erfindng werden die Ströme vom Betrag her geändert: das kompensierende Elektromagnetfeld wird mit einem schwächeren kompensierenden Strom und das schaltende Elektromagnetfeld wird mit einem größeren schaltenden Strom ausgebildet. Die unterschiedlichen Stromstärken können insbesondere durch gepulste Ansteuerung, insbesondere durch PWM, eingestellt werden.
Hierbei können die Elektromagneteinrichtungen über Hiside- Treiberschaltungen (Highside) an eine obere Versorgungsspannung und über Lowside-Treiberschaltung (Loside) gegenüber eine untere Versorgungsspannung, z. B. Masse, geschaltet werden. Es kann eine Schaltungsanordnung geschaffen werden, die mit geringem Hardware-Aufwand, z. B. nur mit einige Schaltern, z. B. sechs Transistoren, auskommt, die zur Ansteuerung der Elektromagneteinrichtungen bzw. Spulen dienen; eine komplexere zeitliche Steuerung ist grundsätzlich nicht erforderlich.
Die Hiside-Treiber können z. B. direkt ein- und ausgeschaltet werden, und die unterschiedlichen Stromstärken für das schaltenden und kompensierenden Magnetfeld durch PWM- Ansteuerung erfolgen. Die Elektromagneteinrichtungen können direkt, z. B. parallel, zwischen zwei als Hiside-Treiber dienende Transistoren, insbesondere MOSFETs geschaltet werden, wobei an jedem Anschluss jeder Elektromagneteinrichtung (Spule) dann zwei Transistoren als Loside-Treiber geschaltet sind, die selektiv angesteuert werden; es ist somit jeweils eine "kreuzweiser Betrieb" über einen Hiside-Treiber für beide Spulen und selektive Ansteuerung der "gegenüber liegenden" Loside-Treiber möglich.
Somit ist vorzugsweise das kompensierende Elektromagnetfeld schwächer, indem der kompensierende Strom vom Betrag her schwächer eingestellt wird als der haltende Strom. Somit ist bei jeder Elektromagneteinrichtung vorzugsweise der kompensierende Strom von der Richtung her dem haltenden Strom entgegen gesetzt und vom Betrag her kleiner.
Ergänzend oder alternativ kann auch eine zeitlich veränderliche Bestromung bzw. Ansteuerung der Spulen erfolgen, bei der der Strom nicht sofort auf seinen Maximalwert gefahren wird, sondern mit zeitlicher Verzögerung hochgefahren wird, z. B. mit stetigem Anstieg und/oder mit sprunghaftem Anstieg über mindestens einen mittleren Wert. So kann z. B. eine zeitliche Einschaltrampe hochgefahren werden und/oder eine diskrete Erhöhung über einen oder mehrere mittlere Werte erfolgen, die eine mechanische Verstellung des Ankers ermöglichen, d. h. z. B. in einem Zeitraum oberhalb von 10 ms, z. B. in einem Zeitraum von 100 ms. Somit kompensiert das ergänzende Elektromagnetfeld in der Einschaltrampe zunächst das Luftspalt-lose haltende Permanentmagnetfeld, während auf der anderen Seite das schaltende Elektromagnetfeld das Permanentmagnetfeld verstärkt, so dass in der Einschaltdauer eine Elektromagnet-Ausbildung erreicht wird, die den Anker in gewünschter Weise in die andere Schaltstellung zieht, bevor das erste Permanentmagnetfeld überkompensiert wird.
Die Bestromung beider Elektromagneteinrichtungen wirkt insbesondere synergistisch mit einer radial angeordnete Permanentmagneteinrichtung zusammen, durch die ein radiales Permanentmagnetfeld ausgebildet wird, das zwischen den Elektromagneteinrichtungen verläuft. Somit werden vorzugsweise ein radiales erstes und radiales zweites Permanentmagnetfeld ausgebildet, die jeweils haltend wirken können und gezielt durch das schaltende Elektromagnetfeld verstärkt bzw. durch das haltende Elektromagnetfeld ganz oder teilweise kompensiert werden können. Somit verläuft ein Permanentmagnetfeld in radialer Richtung von dem inneren Anker über den Permanentmagneten und ein äußeres magnetisches Joch, wobei sich zwei Permanentmagnetfelder ausbilden, die von dem Joch entweder an einem axialen Ende über den ersten Kern zu dem Anker, oder an dem anderen Ende über den zweiten Kern zu dem Anker verlaufen, wobei in jeder der beiden Stellungen jeweils ein axialer Luftspalt von dem Anker zu einem der beiden Kerne vorgesehen ist.
Die Permanentmagnet-Einrichtung kann zum einen ringförmig ausgebildet sein, d. h. als Ring oder Scheibe, die - anders als übliche Magnete - in radialer Richtung aufmagnetisiert ist. Alternativ zu einer Scheibe können auch mehrere z. B. stabförmige Permanentmagnete eingesetzt werden, die jeweils radial nach außen magnetisiert sind und vorzugsweise durch ihre symmetrische Ausbildung Kippmomente des Ankers senkrecht zu der Axialrichtung vermeiden.
Indem die Permanentmagnet-Einrichtung radial außerhalb des Ankers liegt, insbesondere in axialer Richtung zwischen den beiden Spulen der beiden Elektromagnet-Einrichtungen, steht ein größerer Bauraum zur Verfügung, so dass hier auch Materialien eingesetzt werden können, die eine größere axiale Erstreckung ermöglichen und somit kostengünstiger sind als z. B. Selten-Erd-Materialien.
Die Magnetventil-Einrichtung weist die Schaltungsanordnung und weiterhin das bistabile Magnetventil auf.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: ein bistabiles Magnetventil gemäß einer Ausführungsform in geschnittener Darstellung;
Fig. 2: ein Magnetventil gemäß einer weiteren Ausführungsform mit ergänzendem Polrohr;
Fig. 3: eine Darstellung des Verlaufs der Magnetfeldlinien;
Fig. 4a) und b): eine erste Ausbildungen der Permanentmagnet-Einrichtung;
Fig. 5: eine zweite Ausbildungen der Permanentmagnet-Einrichtung
Fig. 6: eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der Spulen gemäß einer ersten Ausführungsform mit a) Reihenschaltung und b) Parallelschaltung beider Spulen;
Fig. 7: eine schaltungstechnische Realisierung einer getrennten Spulenansteuerung gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 8: Zeitdiagramme des Spulenstroms gemäß Ausführungsformen mit Rampen-Ansteuerung;
Fig. 9: ein Schnittbild des bistabilen Magnetventils gemäß einer Ausführungsform in der ersten Ankerstellung; und
Fig. 10: ein Schnittbild des bistabilen Magnetventils aus Fig. 9 in der zweiten Ankerstellung.

Ein bistabiles Magnetventil 1 ist insbesondere zum Einsatz in einem Druckluftsystem, insbesondere als 3/2-Magnetventil mit drei Anschlüssen, vorzugsweise einem Druckeingang 2a, einem ersten Druckausgang 2b und einem zweiten Druckausgang 2c, der z. B. als Entlüftung dienen kann, ausgebildet. Somit kann das bistabile Magnetventil 1 in einem Pneumatik-System bzw. Druckluftsystem, z. B. dem Druckluftsystem eines Nutzfahrzeuges, dazu dienen, wahlweise gemäß der ersten Ankerstellung I der Fig. 1 an den ersten Druckausgang 2b den zweiten Druckausgang 2c und somit die Entlüftung anzuschließen um die Druckluft-Zuführleitung zu entlüften, oder die an den Druckeingang 2a angeschlossene Druckluft- Zuführleitung anzuschließen, wie weiter unten mit Bezug zu Fig. 9 und 10 erläutert wird.
Hierzu weist das bistabile Magnetventil 1 ein Ankerführungsrohr 6 und einen in dem Ankerführungsrohr 6 in Axialrichtung A längsverstellbar geführten Anker 7 auf. An dem Anker 7 ist eine erste Ventildichtung 8 ausgebildet, die an einem ersten Ventilsitz 9, z. B. zum Verschluss des Druckeingangs 2a, zur Anlage kommt, sowie weiterhin eine zweite Ventildichtung 10, die zur Anlage an einem zweiten Ventilsitz 11, z. B. zum Verschluss des zweiten Druckausgangs 2c, kommt.
Die Ventildichtungen 8 und 10 sind vorteilhafterweise durch eine Ankerfeder 13 federvorgespannt, zur dichtenden Anlage an ihrem jeweiligen Ventilsitz 9 bzw. 11.
Der Anker 7 ist magnetisch leitend, d. h. aus ferromagnetischem Material ausgebildet; in Axialrichtung A schließt sich zu einer ersten Seite ein erster Kern 12, in dem gemäß dieser Ausbildung der Druckeingang 2a und der erste Druckausgang 2b ausgebildet sind, sowie zu der anderen, zweiten Seite ein zweiter Kern 14 an, in dem der zweite Druckausgang 2c für die Entlüftung ausgebildet ist.
Radial außerhalb des Ankerführungsrohrs 6 ist eine Magnet-Einrichtung 15 angeordnet, die eine Permanentmagnet-Einrichtung 16 und eine Elektromagnet-Einrichtung 17 aufweist, wobei die Elektromagnet-Einrichtung 17 wiederum mit einer ersten Spule 18 und einer zweiten Spule 19 ausgebildet ist. Die gesamte Magnet-Einrichtung 15 in einem magnetischen Joch 20, 21 aufgenommen ist, das durch einen Jochtopf 20 mit Topfboden 20a und zylinderförmiger Topfwand 20b und eine den Jochtopf 20 zu einer axialen Seite hin verschließenden Jochscheibe 21 ausgebildet ist.
Die beiden Kerne 12 und 14 liegen vorteilhafterweise in radialer Richtung R direkt an der Jochscheibe 21 und dem Jochtopf 20 an, d.h. ohne radialen Luftspalt. Weiterhin liegt der Anker 7 in seinen beiden Ankerstellungen bzw. Stellungen direkt in axialer Richtung A bzw. -A an einem der beiden Kerne 12, 14 an und weist zu dem jeweils anderen Kern 14, 12 einen Luftspalt 22 auf. Somit liegt in der in Fig. 1 und 2 gezeigten ersten Stellung I der Anker 7 in axialer Richtung A direkt, d. h. ohne Luftspalt, an dem ersten Kern 12 an, wobei ein axialer Luftspalt 22 zwischen dem Anker 7 und dem zweiten Kern 14 ausgebildet ist; entsprechend liegt der Anker 7 in der hier nicht gezeigten zweiten Stellung II direkt an dem zweiten Kern 14 an, d. h. ebenfalls ohne Luftspalt an, wobei dann ein Luftspalt zwischen dem Anker 7 und dem ersten Kern 12 ausgebildet ist.
Die Permanentmagnet-Einrichtung 16 ist vorteilhafterweise axial zwischen der ersten Spule 18 und der zweiten Spule 19 angeordnet und radial magnetisiert, d. h. die Magnetisierung und somit die magnetischen Flusslinien des Permanentmagnetfeldes PM verlaufen in radialer Richtung R, z. B. radial nach außen, d. h. senkrecht zur Achse A. Hierbei sind gemäß Fig. 4, 5 unterschiedliche Ausbildungen der Permanentmagnet-Einrichtung 16 möglich.
Gemäß Fig. 4 sind z. B. vier einzelne Permanentmagnete 16a, 16b, 16c und 16d vorgesehen, die jeweils länglich ausgebildet sind und sich jeweils in einer radialen Richtung, d. h. senkrecht zur Achse A, erstrecken, mit jeweils gleicher Polarität, z. B. einem zu dem Ankerführungsrohr 6 hin weisenden Nordpol N und einem zu der radial äußeren Topfwand 20b des Jochtopfes 20 hin weisenden Südpol S, oder umgekehrt.
Gemäß der Ausführungsform der Fig. 5 ist eine Permanentmagnet-Scheibe 16e vorgesehen, die als Ring bzw. Scheibe ausgeführt und hierbei in radialer Richtung magnetisiert ausgebildet ist.
Grundsätzlich kann die Permanentmagnet-Einrichtung 16 z. B. auch weniger, z. B. lediglich zwei Permanentmagnete 16a, 16c entsprechend Fig. 4, oder auch eine andere Anzahl einzelner Permanentmagnete aufweisen, die vorteilhafterweise derartig symmetrisch angeordnet sind, dass Querkräfte und Kippmomente senkrecht zur Achse A vermieden werden.
Da die Permanentmagnet-Einrichtung 16 außerhalb des Ankerführungsrohrs 6 ausgebildet ist, kann sie auch mit breiterer axialer Erstreckung ausgebildet werden, so dass herkömmliche Materialien für Permanentmagnete, z. B. eine Eisenlegierung oder ein keramisches Material, eingesetzt werden; der Einsatz z. B. seltener Erden ist grundsätzlich nicht erforderlich.
Das gemeinsame Permanentmagnetfeld PM verläuft somit in radialer Richtung R durch die Permanentmagnet-Einrichtung 16 und nachfolgend durch das Joch 20, 21, wobei es axial in beide Richtungen, d.h. -A und A verläuft, d.h. entlang der Topfwand 20b als erstes Permanentmagnetfeld PM1 und zweites Permanentmagnetfeld PM2, wobei die Permanentmagnetfelder PM1, PM2 dann an den axialen Enden radial nach unten entlang des Topfbodens 20b sowie der Jochscheibe 21zu den Kernen 210, 21 verlaufen, und nachfolgend axial, d.h. in Richtung A oder -A, zu dem Anker 7 und wieder zu der Permanentmagnet-Einrichtung 16.
Die beiden Permanentmagnetfelder PM1, PM2 können somit jeweils z. B. etwa die Form eines Torus aufweisen; das gesamte Permanentmagnetfeld PM ist somit z. B. ein Doppel-Torus bzw. hantelförmig.
In der ersten Ankerstellung I bzw. Entlüftungsstellung der Fig. 1 liegt der magnetisch leitende Anker 7 an dem ersten Kern 12, so dass hier das erste Permanentmagnetfeld PM1 direkt vom ersten Kern 12 durch den Anker 7, und in dem Anker 7 axialer Richtung wiederum zu der Permanentmagnet-Einrichtung 16 verläuft. Ein Luftspalt ist allenfalls als radialer Luftspalt zwischen dem Anker 7 und der Permanentmagnet-Einrichtung 16 ausgebildet, jedoch nicht als Axialspalt, so dass das erste Permanentmagnetfeld PM1eine starke magnetische Haltekraft des Ankers 7 am ersten Kern 12 ausbildet. Das durch den zweiten Kern 14 verlaufende zweite Permanentmagnetfeld PM2 verläuft hingegen durch den Luftspalt 22 zu dem Anker 7 und wird durch den Luftspalt 22 deutlich geschwächt. Somit ist die magnetische Haltekraft des ersten Permanentmagnetfeldes PM1 deutlich größer als die anziehende Kraft des zweiten Permanentmagnetfeldes PM2; der Anker 7 wird in der rechten Position, d. h. der Ankerstellung I der Fig. 1, sicher gehalten.
Da das bistabile Magnetventil 1 grundsätzlich in Axialrichtung A symmetrisch bezüglich der Ausbildung der beiden Kerne 12 und 14 und der Spulen 18 und 19 ist, wird auch die in Fig. 1 nicht gezeigte zweite Ankerstellung II sicher gehalten, da hier ein Luftspalt entsprechend zwischen dem Anker 7 und dem ersten Kern 12 ausgebildet wird, der das erste Permanentmagnetfeld PM1 schwächt, hingegen liegt ein starkes zweites Permanentmagnetfeld PM2 vor.
Die erste Spule 18 erzeugt ein erstes Elektromagnetfeld EM1; entsprechend erzeugt die zweite Spule 19 ein zweites Elektromagnetfeld EM2, die mit den Permanentmagnetfeldern PM1, PM2 und miteinander überlagern.
Das erste Elektromagnetfeld EM1 der ersten Spule 18 ist ebenfalls Torusförmig ausgebildet und verläuft im Wesentlichen entsprechen dem ersten Permanentmagnetfeld PM1, insbesondere bei rotationssymmetrischer Ausbildung des Permanentmagnetfeldes PM1 nach Fig. 5:

Das erste Elektromagnetfeld EM1verläuft zunächst innerhalb der ersten Spule 18, d. h. in Axialrichtung A - je nach Bestromung - von dem ersten Kern 12 in axialer Richtung nach innen oder außen, d. h. z. B. von außen (in Fig. 1 rechts) nach innen zu dem Anker 7, und von dem Anker 7 radial nach außen, d. h. entlang der Permanentmagnet-Einrichtung 16 nach außen, und von dort entlang der Topfwand 20b und dem Topfboden 20a radial nach innen zurück zum ersten Kern 12. Entsprechend verläuft bei Bestromung der zweiten Spule 19 das zweite Elektromagnetfeld EM2 ähnlich dem zweiten Permanentmagnetfeldes PM2, d.h. - je nach Polung - von dem zweiten Kern 14 in axialer Richtung A zu dem Anker 7 hin, oder in Gegenrichtung von dem Anker 7 zu dem zweiten Kern 14 hin, und jeweils in radialer Richtung radial nach außen entlang der Permanentmagnet-Einrichtung 16, der Topfwand 20b in axialer Richtung, und entlang der Jochscheibe 21 radial nach innen.

In Fig. 1 wird somit das zweite Elektromagnetfeld EM2 wiederum durch den Luftspalt 22 geschwächt, das erste Elektromagnetfeld EM1 hingegen nicht.
Die Schaltvorgänge SV1 und SV2 des bistabilen Magnetventils 1 zwischen der ersten Ankerstellung I und der zweiten Ankerstellung II erfolgen durch Bestromung jeweils beider Spulen 18 und 19. Für den zweiten Schaltvorgang SV2 von der ersten Ankerstellung I der Fig. 1 ausgehend wird ein erstes Elektromagnetfeld EM1 der ersten Spule 18 aufgebaut, das dem ersten Permanentmagnetfeld PM1 entgegengesetzt ist und dieses insbesondere teilweise kompensiert, so dass die magnetische Haltekraft des Ankers 6 am ersten Kern 12 bereits zumindest verringert wird. Weiterhin wird die zweite Spule 19 derartig bestromt, dass das zweite Permanentmagnetfeld PM2 durch das zweite Elektromagnetfeld EM2 verstärkt wird, d. h. beide Felder PM2 und EM2 weisen in dieselbe Richtung, so dass trotz des Luftspaltes 22 die auf den Anker 7 wirkende, in Fig. 1 nach links zeigende magnetische Kraft größer wird und den Anker 7 in Fig. 1 nach links verstellt, wodurch der Luftspalt 22 verringert wird und ganz verschwindet, und ein Luftspalt zwischen dem Anker 7 und dem ersten Kern 12 entsteht.
Somit wirkt jeweils eines der elektromagnetischen Felder EM1 und EM2 kompensierend und das andere schaltend. Für den zweiten Schaltvorgang SV2 von der ersten Ankerstellung I bzw. Entlüftungsstellung der Fig.. 1 ausgehend wirkt somit ein durch die erste Spule 18 geleiteter erster Strom 11 kompensierend, d.h. als kompensierender erster Strom I1_k, und ein durch die zweite Spule 19 geleiteter zweiter Strom I2 schaltend, d.h. als schaltender zweiter Strom I2_s. Für den ersten Schaltvorgang SV1 zurück in die erste Ankerstellung I wird entsprechend durch die zweite Spule 19 ein kompensierender zweiter Strom I2_k und durch die erste Spule 18 ein schaltender erster Strom I1_s geleitet.
Die beiden Spulen 18 und 19 sind über Spulenanschlüsse 61a,b und 62a, b an jeweilige Schaltungsanordnungen 30, 35 angeschlossen.
Die beiden Spulen 18 und 19 können gemäß den in Fig. 6 a) und b) gezeigten Ausbildungen von einer Steuereinrichtung 40 gesteuert über eine Schaltungsanordnung 30, die insbesondere eine Endstufe darstellt, zusammen bestromt werden, als Parallelschaltung oder Reihenschaltung. Somit wird eine Magnetventil-Einrichtung 5 gebildet, die das bistabile Magnetventil 1, die Schaltungsanordnung 30 und die Steuereinrichtung 40 aufweist.
Vorteilhafterweise wird hierbei erkannt, dass ein sofortiges und vollständiges Hochfahren des jeweils kompensierenden Stroms, in Fig. 1 somit des ersten Stroms I1_k, dazu führen kann, dass das kompensierende, z. B. erste Elektromagnetfeld EM1 zu stark wird und die Differenz EM1 - PM1 vom Betrag her größer werden kann als das sich positiv überlagernde, jedoch durch den Luftspalt 22 geschwächte, schaltende zweite Gesamtfeld EM2 + PM2.
Daher wird gemäß einer ersten Ausführungsform zumindest der kompensierend wirkende Strom I1_k oder I2_k zeitlich variabel, z. B. verzögert hochgefahren, vorteilhafterweise über eine Rampe und/oder mit diskreter Steigerung. Bei einer Reihenschaltung der beiden Ströme I1, I2 können somit beide Ströme zeitlich verzögert hochgefahren werden. Dies kann über die in Fig. 6 a) oder b) gezeigten Schaltungsanordnungen 30 erfolgen.
Die Spulen 18 und 19 sind gemäß der Schaltungsanordnung 30 der Fig. 6 a) in Reihe oder b) parallel geschaltet, wobei vier Transistoren, vorzugsweise Schaltungs-MOSFETS Tr1, Tr2, Tr3 und Tr4, als Endstufen-H-Brücke geschaltet sind. Hierbei erfolgt über Steuersignale S1, S2, S3, S4 eine Bestromung entweder mit Tr1 = ON, Tr4 = ON und Tr2 = OFF, Tr3 = OFF, um die Versorgungsspannung Uv von z. B. 24 V oder 12 V über Tr1, die Reihenschaltung der Spulen 19 und 18, sowie Tr4 auf Masse GND zu führen, oder entsprechend symmetrisch umgekehrt mit Tr1 = OFF, Tr4 = OFF, Tr2 = ON und Tr3 = ON, um die Versorgungsspannung Uv über Tr2 und die Reihenschaltung der Spulen 18 und 19 sowie Tr3 zur Masse GND zu führen.
Die H-Brücke der Fig. 6 ist hierbei insbesondere auch zur Ausbildung einer zeitlichen Rampe gemäß Fig. 8 geeignet, bei der der gemeinsame Spulenstrom I, d.h. I1= I2=1 und somit auch I = I_k (kompensierender Strom) = I_s (schaltender Strom) gemäß Fig. 8a) zum Zeitpunkt t1 eingeschaltet und auf einen maximalen Stromwert I_max hochgefahren wird, den er zu einem Zeitpunkt t2 erreicht. Zu einem nachfolgenden Zeitpunkt t3 kann der gemeinsame Strom I nachfolgend sofort abgeschaltet werden. Ergänzend sind die Amperewindungen AW eingezeichnet, die sich als Produkt des Stroms und der Wicklungszahl ergeben, Die Anfahr-Schaltdauer Δt1 zwischen t2 und t1 beträgt z. B. Δt2=50 bis 70 ms, die Gesamt-Schaltdauer Δt2 zwischen t3 und t1 beträgt z. B. Δt2 =100 ms. Das rein mechanische Schalten des Ventils erfolgt je nach Toleranzlage der einzelnen Bauteile im Ventil zwischen den Zeitpunkten t1 und t2.
Fig. 8b zeigt eine alternative Ansteuerung, bei der zum Zeitpunkt t1 der Strom sofort auf einen mittleren Stromwert I_mid, und nachfolgend mit linearer Rampe bis zum Zeitpunkt t2 auf den Maximalwert I_max gefahren wird, bis er zum Zeitpunkt t3 wieder ausgeschaltet wird. Die Schaltdauern Δt1 und Δt2 können ähnliche Werte wie in Fig. 8a annehmen.
Somit wird zwischen t1 und t2 zunächst ein in der ersten Stellung I der Fig. 1 schwaches erstes Elektromagnetfeld EM1 ausgebildet, das das haltende Permanentmagnetfeld, hier somit das erste Permanentmagnetfeld PM1 ganz oder teilweise kompensiert, jedoch erst zum Zeitpunkt t1 den maximalen Stromwert I_max erreicht. Die Anfahr-Schaltdauer Δt1 ist hinreichend, um eine mechanische Verstellung des Ankers 7 weg von der ersten Ankerstellung I zu erreichen; sobald sich ein Luftspalt zwischen dem Anker 7 und dem ersten Kern 12 bildet, ist die Gefahr eines unbeabsichtigten Haltens in der ersten Ankerstellung I bereits deutlich verringert.
Fig. 7 zeigt eine Schaltungsanordnung 35, die ohne zeitliche Rampe realisierbar ist, mit Ansteuerung der Transistoren, insbesondere MOSFETs T1, T2, T3, T4, T5, T6, die als Hiside-Transistoren T1 und T2 und Loside- Transistoren T3 bis T6 vorgesehen sind, über Hiside-Steuersignale Si1 und Si 2 sowie Loside- Steuersignale Si3, Si4, Si5, Si6.
Für beide Schaltvorgänge SV1, SV2 wird jeweils das kompensierende, schwächere Elektromagnetfeld, d. h. in Fig. 1 bzw. Fig. 3 das erste Elektromagnetfeld EM1, entsprechend nur teilweise angesteuert. Dies kann vorteilhafterweise über PWM erfolgen, wobei die Ansteuerung durch Schaltzustände ON, OFF sowie zum Ausbilden eines Leistungsstroms zwischen dem Minimal- und Maximalwert die Ansteuerung über PWM, d. h. zeitweiser Ansteuerung, erfolgt.
Fig. 7a) zeigt hierbei die Schaltung, Fig. 7b) ergänzend die nachfolgende Tabelle der Ansteuerphasen

SchaltVorgang Si1 Si2 Si3 Si4 Si5 Si6

SV1 (II→I) ON OFF OFF 100% OFF 25%

SV2 (I→II) OFF ON 25% OFF 100% OFF
Hierbei beziehen sich die Prozent-Angaben auf die PWM-Ansteuerung, d.h. den Anteil an "ON" bzw. Transistor-Aussteuerung; der Wert 25% steht somit insbesondere für eine PWM-Ansteuerung, bei der 25% der Taktperiode "ON" vorliegt. SV1 ist der erste Schaltvorgang zum Einstellen der ersten Ankerstellung I, SV2 entsprechend der zweite Schaltvorgang zum Einstellen der zweiten Ankerstellung II.
Fig. 7c) und Fig. 7d) zeigen grafisch veranschaulicht die Strompfade in den beiden Schaltvorgängen SV1 und SV2, mit den schaltenden Strömen I1_s und I2_s und kompensierenden Strömen I1_k und I2_k, wobei sich ergänzend noch z. B. Freilaufströme FP ausbilden.
Die Dioden D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 dienen in der Schaltungsanordnung 35 der Fig. 7 der Vermeidung von Sperrströmen und der Ermöglichung von Freilaufströmen der Spulen 18 und 19.
Fig. 2 zeigt eine Weiterentwicklung der Fig. 1, bei der ergänzend ein Polrohr 28 radial zwischen der Permanentmagnet-Einrichtung 16 und dem Anker 7, bzw. dem Ankerführungsrohr 6 vorgesehen ist, um einen besseren Übergang der Feldlinien bzw. des Permanentmagnetfeldes in den Anker 7 zu ermöglichen.
Fig. 9 und Fig. 10 zeigen eine detaillierte Ausbildung eines Magnetventils 1 entsprechend Fig. 1 oder 2. Die Permanent-Magneteinrichtung 16 ist hier zur Veranschaulichung in gegenüber Fig. 1 und 2 umgekehrter Polung eingesetzt. Druckluft 25a wird von einer Druckluftversorgung 25, z. B. einem Druckluftspeicher, über eine Druckluft-Zuleitung 23 dem Druckeingang 2a zugeführt, und über den ersten Druckausgang 2b und eine Druck- Ausgangsleitung 26 zu einem Verbraucher 24 geführt. An den zweiten Druckausgang 2c, der als Entlüftung dient, ist ein Druckauslass 27 direkt oder über indirekt eine Leitung angebracht.
In der ersten Ankerstellung I, d.h. der Entlüftungsstellung der Fig. 9, wird die an dem Druckeingang 2a und der inneren Bohrung 42 des ersten Kerns 12 anliegende Druckluft an dem geschlossenen ersten Ventil, d.h. zwischen dem ersten Ventilsitz 9 und der ersten Ventildichtung 8, blockiert. Druckluft 25a kann von dem Verbraucher 24 über die Druck-Ausgangsleitung 26, den ersten Druckausgang 2b, dann über eine äußere axiale Bohrung 43 des Kerns 12, einen Innenraum 29 des Ankers 7, in dem vorzugsweise auch z. B. die innere Ankerfeder 13 vorgesehen ist, und über den Axialspalt 22 des offenen zweiten Ventils 10,11 sowie die Bohrung 14a des zweiten Kerns 14 zum zweiten Druckausgang 2c und somit zu dem Druckauslass 27 zur Entlüftung geführt werden. Das zweite Ventil 10, 11 ist somit offen, da der zweite Ventilsitz 11 von der zweiten Ventildichtung 10 durch den Axialspalt 22 getrennt ist.
In der zweiten Ankerstellung II, d.h. der Belüftungsstellung der Fig. 10, ist das erste Ventil 8, 9 offen, d.h. der Axialspalt 22 ist zwischen dem ersten Ventilsitz 9 und der ersten Ventildichtung 8 ausgebildet. Entsprechend ist das zweite Ventil 10, 11 geschlossenen, indem der zweite Ventilsitz 11 auf der zweiten Ventildichtung 10 aufliegt. Druckluft 25a wird somit von der Druckluftversorgung 25 über die Druckluft-Zuleitung 23, den Druckeingang 2a, die innere Bohrung 42, das offene erste Ventil 8, 9, den Axialspalt 22, die radial äußere Bohrung 43 zu dem ersten Druckausgang 2b und somit zu dem Verbraucher 24 geführt.
Die Bohrungen 42, 43 im ersten Kern 12 sind vorteilhafterweise ausgebildet, indem der erste Kern 12 mit einem inneren Rohr 12a und einem äußeren Rohr 12b ausgebildet ist, zwischen denen zumindest in einigen Bereichen des Umfangs die äußere axiale Bohrung 43 ausgebildet ist; die innere Bohrung 42 wird durch die zentrale Bohrung des inneren Rohrs 12a gebildet.
Der Anker 7 wird gemäß der hier gezeigten Ausbildung durch einen ersten Ankerteil 7a und einen zweiten Ankerteil 7b gebildet, die z. B. durch Presspassung zusammen gefügt werden; die Ankerfeder 13 drückt die Ventildichtungen 8 und 10 axial auseinander. Der Anker 7 kann somit mit einem Anker-Innenraum 29 gefügt werden, der wie oben beschrieben als Luftkanal für die Entlüftung dient.

Bezugszeichenliste (Bestandteil der Beschreibung)

1: bistabiles Magnetventil
2a: Druckeingang
2b: erster Druckausgang zu Druckanschlussleitung/-ausgangsleitung
2c: zweiter Druckausgang zu Entlüftung
3, 4: Druckluft-Zuführleitung und Druckluft-Ausgangsleitung
5: bistabile Magnetventil-Einrichtung
6: Ankerführungsrohr
7: Anker
7a: erstes Ankerteil
7b: zweites Ankerteil
8: erste Ventildichtung an Anker 7
9: erster Ventilsitz
10: zweite Ventildichtung an Anker 7
11: zweiter Ventilsitz
12: erster Kern
12a: inneres Rohr des ersten Kerns 12
12b: äußeres Rohr des ersten Kerns 12
13: innere Ankerfeder in Anker 7 zwischen den Ventildichtungen 8 und 10
14: zweiter Kern
15: Magnet-Einrichtung
16: Permanentmagnet-Einrichtung
16a, b, c, d: stabförmige Permanentmagnete
16e: Permanentmagnet-Ring
17: Elektromagneteinrichtung
18: erste Spule
19: zweite Spule
20: Jochtopf
20a: Topfboden
20b: Topfwand
21: Jochscheibe
22: Luftspalt
23: Druckluft-Zuleitung
24: Verbraucher
25: Druckluftversorgung
25a: Druckluft
26: Druck-Ausgangsleitung
27: Druckauslass
28: Polrohr für radialen Feldlinien-Übergang
29: Anker-Innenraum
30: Schaltungsanordnung der Fig. 6 für Rampensteuerung
35: Schaltungsanordnung der Fig. 7 für separate Spulenansteuerung
40: Steuereinrichtung
42: zentrale Bohrung im ersten Kern 12
43: äußere Bohrung im ersten Kern 12, zwischen den Rohren 12a, 12b
50: Fluidsystem

61a,b: Spulenanschlüsse der ersten Spule 18 an die Schaltungsanordnung
62a, b: Spulenanschlüsse der zweiten Spule 19 an die Schaltungsanordnung

Tr1, Tr2, Tr3, Tr4: Transistoren der Schaltungsanordnung 30
T1, T2, T3, T4, T5, T6: Transistoren der Schaltungsanordnung 35
Uv: Versorgungsspannung
GND: Masse
D1 bis D6: Dioden

A: Achse, Axialrichtung
R: Radialrichtung
PM: Gesamt-Magnetfeld
PM1: erstes Permanentmagnetfeld
PM2: zweites Permanentmagnetfeld
EM1: erstes Elektromagnetfeld
EM2: zweites Elektromagnetfeld

N, S: Nordpol, Südpol
I: Strom bei Reihenschaltung
I1: erster Strom durch die erste Spule 18
I1_s: schaltender erster Strom
I1_k: kompensierender erster Strom

I2: zweiter Strom durch die zweite Spule 19
I2_s: schaltender zweiter Strom
I2_k: kompensierender zweiter Strom

S1: erstes Ansteuersignal der Rampensteuerung
S2: zweites Ansteuersignal der Rampensteuerung
S3: drittes Ansteuersignal der Rampensteuerung
S4: viertes Ansteuersignal der Rampensteuerung

Si1: erstes Hiside-Steuersignal
Si2: zweites Hiside-Steuersignal
Si3: drittes Loside-Steuersignal
Si4: viertes Loside-Steuersignal
Si5: fünftes Loside-Steuersignal
Si6: sechstes Loside-Steuersignal

SV1: Rückstell- Schaltvorgang, erster Schaltvorgang
SV2: Anker- Schaltvorgang, zweiter Schaltvorgang

Claims

Schaltungsanordnung (30, 35) zur Ansteuerung eines bistabilen Magnetventils (1) für ein Fluidsystem (50) mit einer Permanentmagnet-Einrichtung (16),
wobei die Schaltungsanordnung (30, 35) Schalteinrichtungen (T1, T2, T3, T4, T5, T6; Tr1, Tr2, Tr3, Tr4) und eine Steuereinrichtung (40) zur Ansteuerung der Schalteinrichtungen (T1, T2, T3, T4, T5, T6; Tr1, Tr2, Tr3, Tr4) für einen ersten Schaltvorgang (SV1) und einen zweiten Schaltvorgang (SV2) aufweist,
wobei die Steuereinrichtung (40) die Schalteinrichtungen (T1, T2, T3, T4, T5, T6; Tr1, Tr2, Tr3, Tr4) derartig ansteuert, dass
in einem ersten Schaltvorgang (SV1) eine erste Elektromagneteinrichtung (18) des bistabilen Magnetventils mit einem schaltenden ersten Strom (I1_s) bestromt ist zur Ausbildung eines den Anker (7) von einer zweiten Ankerstellung (II) in eine erste Ankerstellung (I) verstellenden ersten Elektromagnetfeldes (EM1),
in einem zweiten Schaltvorgang (SV2) eine zweite Elektromagneteinrichtung (19) des bistabilen Magetventils (1) mit einem schaltenden zweiten Strom (12_s) bestromt ist zur Ausbildung eines den Anker (7) von der ersten Ankerstellung (I) in die zweite Ankerstellung (II) verstellenden zweiten Elektromagnetfeldes (EM2),
wobei
die Steuereinrichtung (40) derartig zur Ansteuerung der Schalteinrichtungen (T1, T2, T3, T4, T5, T6; Tr1, Tr2, Tr3, Tr4) ausgebildet ist, dass die beiden Elektromagneteinrichtungen (18, 19) jeweils sowohl in dem ersten Schaltvorgang (SV1) als auch in dem zweiten Schaltvorgang (SV2) bestromt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (40) derartig zur Ansteuerung der Schalteinrichtungen (T1, T2, T3, T4, T5, T6) ausgebildet ist, dass in dem zweiten Schaltvorgang (SV2) die erste Elektromagneteinrichtung (18) zur zumindest teilweisen Kompensation eines ersten Permanentmagnetfeldes (PM1) der Permanentmagnet-Einrichtung (16) mit einem geringeren kompensierenden ersten Strom (I1_k) und die zweite Elektromagneteinrichtung (19) zur Verstärkung eines zweiten Permanentmagnetfeldes (PM2) der Permanentmagnet-Einrichtung (16) mit einem größeren schaltenden zweiten Strom (I2_s) bestromt ist,
und in dem ersten Schaltvorgang (SV1) die zweite Elektromagneteinrichtung (19) zur zumindest teilweisen Kompensation des zweiten Permanentmagnetfeldes (PM1) mit einem geringeren kompensierenden zweiten Strom (I2_k) und die erste Elektromagneteinrichtung (18) zur Verstärkung des ersten Permanentmagnetfeldes (PM2) mit einem größeren schaltenden ersten Strom (I1_s) bestromt ist.
Schaltungsanordnung (30, 35) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektromagneteinrichtungen (18, 19) parallel oder in Reihe geschaltet sind und durch die Steuereinrichtung (40) für den ersten Schaltvorgang (SV1) in einer ersten Richtung und für den zweiten Schaltvorgang (SV2) in einer der ersten Richtung entgegen gesetzten zweiten Richtung bestrombar sind.
Schaltungsanordnung (30, 35) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtungen (T1, T2, T3, T4, T5, T6; TR1, Tr2, Tr3, Tr4) als zwischen einer oberen Versorgungsspannung (Uv) und den Elektromagneteinrichtungen (18, 19) geschaltete Highside-Treiber (T1, T2; Tr1, Tr2), und zwischen den Elektromagneteinrichtungen (18, 19) und einer unteren Versorgungsspannung, z. B. Masse (GND), geschaltete Lowside-Treiber (T3, T4, T5, T6; Tr3, Tr4) vorgesehen sind.
Schaltungsanordnung (30, 35) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) gepulste Signale (Si3, Si4, Si5, Si6), insbesondere Pulsweitenmodulations-Signale, zur Einstellung der kompensierenden geringeren Ströme (I1_k, I2_k) und der schaltenden größeren Ströme (I1_s, I2_s) ausgibt, insbesondere an die Lowside-Treiber (Tr3, Tr4).
Schaltungsanordnung (35) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) die Schalteinrichtungen (T1, T2, T3, T4, T5, T6; TR1, Tr2, Tr3, Tr4) derartig ansteuert, dass der kompensierende erste Strom (I1_k) des zweiten Schaltvorgangs (SV2) dem schaltenden ersten Strom (I1_s) des ersten Schaltvorgangs (SV1) entgegen gesetzt und vom Betrag her kleiner ist, und der kompensierende zweite Strom (I2_k) des ersten Schaltvorgangs (SV1) dem schaltenden zweiten Strom (I2_s) des zweiten Schaltvorgangs (SV2) entgegen gesetzt und vom Betrag her kleiner ist.
Magnetventil-Einrichtung (5), die eine Schaltungsanordnung (30, 35) nach einem der vorherigen Ansprüche und ein bistabiles Magnetventil (1) aufweist, wobei das Magnetventil (1) aufweist:
einen zwischen der ersten Ankerstellung (I) und zweiten Ankerstellung (II) verstellbaren Anker (7),

einen ersten Kern (12) zur Anlage des Ankers (7) in der ersten Ankerstellung (I) und einen zweiten Kern (14) zur Anlage des Ankers (7) in der zweiten Ankerstellung (II), wobei der Anker (7) zur Anlage an jeweils einem der Kerne (12, 14) unter Ausbildung eines Luftspaltes (22) zu dem anderen Kern (14, 12) gebildet ist,

eine Permanentmagneteinrichtung (16) zur Ausbildung eines erstes Permanentmagnetfeld (PM1), das über ein magnetisches Joch (20, 21), den ersten Kern (12) und den Anker (7) verläuft, und eines zweiten Permanentmagnetfeldes (PM2), das über das magnetische Joch (20, 21), den zweiten Kern (14) und den Anker (7) verläuft,

eine in der ersten Ankerstellung (I) geschlossene erste Ventileinrichtung (8, 9) und eine in der zweiten Ankerstellung (II) geschlossene zweite Ventileinrichtung (10, 11),

eine erste Elektromagneteinrichtung (18) zur Ausbildung eines den Anker (7) in dem ersten Schaltvorgang (SV1) in die erste Ankerstellung (I) verstellenden ersten Elektromagnetfeldes (EM1) und eine zweite Elektromagneteinrichtung (19) zur Ausbildung eines den Anker (7) in dem zweiten Schaltvorgang (SV2) in die zweite Ankerstellung (II) verstellenden zweiten Elektromagnetfeldes (EM2),

wobei die Schaltungsanordnung (30, 35) zur Ansteuerung der ersten Elektromagneteinrichtung (18) und der zweiten Elektromagneteinrichtung (19) gebildet ist.
Magnetventil-Einrichtung (5) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektromagnetfelder (EM1, EM2) jeweils zwischen dem radial äußeren Joch (20, 21) und dem radial innenliegenden Anker (7) in radialer Richtung (R) durch die Permanentmagneteinrichtung (16) verlaufen.
Magnetventil-Einrichtung (5) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneteinrichtung (16) in radialer Richtung relativ zu einer Axialrichtung (A) magnetisiert ist.
Magnetventil-Einrichtung (5) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneteinrichtung (16) radial außerhalb des Ankers (7) und zwischen der ersten Spule (18) und der zweiten Spule (19) positioniert ist.
Magnetventil-Einrichtung (5) nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Magnetventil (1) als 3/2-Wegeventil mit einem Druckeingang (2a), einem ersten Druckausgang (2b) und einem zweiten Druckausgang (2c) ausgebildet ist,
wobei der erste Druckausgang (2b) in den beiden Ankerstellungen (I, II) jeweils mit entweder dem Druckeingang (2a) oder dem zweiten Druckausgang (2c) verbunden ist und der jeweils andere Anschluss (2c, 2a) gesperrt ist.
Magnetventil-Einrichtung (5) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Anker (7) ein Anker-Innenraum (29) ausgebildet ist, der in genau einer der Ankerstellungen (I) im Luftpfad zwischen den offenen Anschlüssen (2b, 2c) vorgesehen und/oder luftdurchströmt ist.
Verfahren zum Schalten eines bistabilen Magnetventils (1) für ein Fluidsystem (50) nach einem der Ansprüche 6 - 11 mit einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 5, bei dem in einem ersten Schaltvorgang (SV1) ein Anker (7) von einer zweiten Ankerstellung (II) in die erste Ankerstellung (I) verstellt wird, indem eine erste Elektromagneteinrichtung (18) mit einem schaltenden ersten Strom (I1_s) bestromt wird zur Ausbildung eines den Anker (7) verstellenden ersten Elektromagnetfeldes (EM1),
in einem zweiten Schaltvorgang (SV2) der Anker (7) in die zweite Ankerstellung (II) verstellt wird, indem eine zweite Elektromagneteinrichtung (19) mit einem schaltenden zweiten Strom (I2_s) bestromt wird zur Ausbildung eines den Anker (7) verstellenden zweiten Elektromagnetfeldes (EM1), wobei der Anker in der ersten Ankerstellung (I) durch ein erstes Permanentmagnetfeld (PM1) und in der zweiten Ankerstellung (II) durch ein zweites Permanentmagnetfeld (PM2) gehalten ist,
wobei
die beiden Elektromagneteinrichtungen (18, 19) jeweils sowohl in dem ersten Schaltvorgang (SV1) als auch in dem zweiten Schaltvorgang (SV2) bestromt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Schaltvorgang (SV1) die zweite Elektromagneteinrichtung (19) mit einem kompensierenden zweiten Strom (I2_k) bestromt wird zur Ausbildung eines das sierenden zweiten Strom (I2_k) bestromt wird zur Ausbildung eines das haltende zweite Permanentmagnetfeld (PM2) zumindest teilweise kompensierenden zweiten Elektromagnetfeldes (EM2),
in dem zweiten Schaltvorgang (SV2) die erste Elektromagneteinrichtung (18) mit einem kompensierenden ersten Strom (I1_k) bestromt wird zur Ausbildung eines das haltende erste Permanentmagnetfeld (PM1) zumindest teilweise kompensierenden ersten Elektromagnetfeldes (EM1
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
der kompensierende erste Strom (I1_k) des zweiten Schaltvorgangs (SV2) dem schaltenden ersten Strom (I1_s) des ersten Schaltvorgangs (SV1) entgegen gesetzt und vom Betrag her kleiner ist, und
der kompensierende zweite Strom (I2_k) des ersten Schaltvorgangs (SV1) dem schaltenden zweiten Strom (I2_s) des zweiten Schaltvorgangs (SV2) entgegen gesetzt und vom Betrag her kleiner ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Strom (I1, I2) durch Pulsmodulation, z. B. mittels PWM-Taktung, eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der kompensierende Strom (I_K, I_k1, I_k2) zeitlich veränderlich und/oder zeitlich ansteigend in die schaltende Elektromagneteinrichtung (18, 19) eingesteuert wird und erst nach einer Anfahr-Zeitspanne (Δ_t1) einen maximalen Stromwert (I_max) erreicht.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (7) in der jeweiligen Ankerstellung (II) an dem haltenden Kern (12, 14) anliegt, durch den das haltende Permanentmagnetfeld (PM1, PM2) verläuft, und der Anker (7) in jedem Schaltvorgang (SV1, SV2) noch vor Erreichen des maximalen Stromwertes (I_max) des kompensierenden Stroms (I_k) von dem haltenden Kern (12, 14) weg bewegt ist unter Ausbildung eines Luftspaltes (22) zwischen dem Anker (7) und dem haltenden Kern (12, 14) zur Abschwächung des haltenden Permanent-Magnetfeldes (PM1, PM2) und des kompensierenden Elektromagnetfeldes.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rückstell-Schaltvorgängen (SV1, SV2) der Kompensations- Strom (I_k) jeweils mit einem zeitlich verzögerten, stetigen und/oder sprunghaften Anstieg auf den maximalen Stromwert (I_max) hochgefahren wird.