DE1550378B1 - Magnetventil mit einem Permanentmagneten - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetventil Flüssigkeitsverbraucher, z. B. einem hydraulischen mit einem in einem Gehäuse bewegbaren Anker, der Kolben, zu verbinden.

zwei Schaltstellungen einnehmen kann, einem Elek- Das Gehäuse 25 weist einen Hohlraum auf, in

tromagneten, der im eingeschalteten Zustand auf den welchem sich eine Stange 29 bewegt, die zwei Ventil-Anker eine Kraft in Richtung auf die erste Schalt- 5 teller 30 und 31 trägt, welche abwechslungsweise auf Stellung ausübt, und einer Feder, die auf den Anker die Ventilsitze 32 bzw. 33 zum Aufliegen kommen, eine Kraft in Richtung auf die zweite Schaltstellung Das untere Ende der Stange 29 wird in der Bohrung ausübt. 34 einer Verschlußschraube 35 geführt, während der

Ein solches Ventil ist durch die deutsche Auslege- obere Teil der Stange mit der Membran 36 fest verschrift 1122 336 bekanntgeworden. Bei diesem muß, ίο bunden ist.

wenn der Anker in der ersten Schaltstellung gehalten Die Unterseite der Membran36 steht in Berührung

werden soll, durch die Spule des Elektromagneten mit der unter Druck von der Öffnung 26 zugeführten Strom fließen. Flüssigkeit, während die Oberseite dieser Membran

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein die Druckkammer 37 absperrt. Die unter Druck Magnetventil der eingangs definierten Art derart aus- 15 stehende Flüssigkeit kann durch den im Gehäuse 25 zubilden, daß der Anker in der ersten Schaltstellung vorgesehenen Kanal 38 und durch die sich im Teil 40 leistungslos gehalten wird. befindlichen Kanäle 39 und 41 der Druckkammer 37

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- zugeführt werden, wenn der Magnetanker 13 die dem löst, daß sich im magnetischen Feld des Elektro- Kanal 39 zugeordnete Düse 18 nicht abdeckt, magneten ein Permanentmagnet mit veränderlicher 20 Der Teil 40 dient zur Befestigung der Membran 36 Remanenz befindet und daß der Permanentmagnet und wird gegen letztere durch eine Verschlußschraube durch mindestens zwei auf den Elektromagneten 42 festgeklemmt. Diese Verschlußschraube 42 trägt gegebene elektrische Impulse einer Richtung in einen eine Hülse 14, in welcher der Magnetanker 13 gleitet ersten magnetischen Zustand gebracht werden kann, und deren oberes Ende den festen Kern 11 und den in dem er den Anker in die erste Schaltstellung an- 25 Permanentmagneten 12 umgibt. Die auf einem Isozieht, und durch mindestens zwei auf den Elektro- lierkörper 43 sitzende Wicklung 20 umgibt die Hülse magneten gegebene elektrische Impulse in der anderen 14. Das magnetische Feld wird über zwei ferro-Richtung in einen zweiten magnetischen Zustand ge- magnetische Scheiben 44 und 45, die an den Flanbracht werden kann, in dem der Anker durch die sehen der Wicklung anliegen, und durch einen Schutz-Feder in die zweite Schaltstellung bewegt werden 30 mantel 46 aus Eisen geschlossen, kann. Bei der in Fig. 1 dargestellten Stellung des Ma-

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß jeweils gnetankers 13 wird der zur Oberseite der Membran dann, wenn sich der Anker in der ersten Schaltstel- 36 gelangende Zufluß der unter Druck stehenden lung befindet, keine Leistung verbraucht wird. Es ist Flüssigkeit durch Schließung der Düse 18 unternur noch Strom erforderlich, um den Permanent- 35 brachen. Somit steht die Druckkammer 37 über den magneten hinsichtlich seiner Remanenz zu ändern, Kanal 41 und den Spielraum zwischen dem Anker 13 d. h., um den Anker von einer Schaltstellung in die und der Hülse 14 sowie über den Kanal 47 mit der andere zu bringen. Dadurch, daß erfindungsgemäß Umgebung in Verbindung. Somit ist die Unterseite die Remanenz mit mindestens zwei Impulsen und der Membran dem Druck der Flüssigkeit ausgesetzt, nicht etwa nur mit einem Impuls verändert wird, 40 und demzufolge wird die Stange 29 aufwärts bewegt, wird ebenfalls Strom gespart. so daß sich der Ventilteller 30 öffnet und der Ventil-

Es sei erwähnt, daß es bereits bekannt ist, Per- teller 31 schließt.

manentmagnete mit unveränderbarer Remanenz zum Wenn im umgekehrten Fall der Anker 13 sich in

Halten von Ankern elektromagnetischer Ventile zu der oberen Stellung befindet, so sperrt er den Kanal benutzen (s. die deutsche Patentschrift 665 565 und 45 47 ab und läßt die von der Öffnung 26 her strömende, die deutsche Auslegeschrift 1169 242). Diese Ventile * unter Druck stehende Flüssigkeit in die Kammer 37 haben gegenüber dem Gegenstand der Erfindung den einfließen. Die Membran stößt die Stange 29 nach Nachteil, daß bei mechanischen Erschütterungen der unten und drückt den Ventilteller 30 auf seinen Sitz. Anker aus seiner einen Schaltstellung herausbewegt Der Ventilteller 31 wird in seine Offenstellung bewerden kann und dann unter Umständen von dem 50 wegt.

Permanentmagneten in die andere Schaltstellung ge- Um eine hohe Betriebssicherheit und eine standzogen wird. feste Lage der in F i g. 1 dargestellten Stellung sowie

Es ist auch bereits-bekannt, die Magnetspule eines auch in der gegen den Permanentmagneten 12 anMagnetventils mit einem Gegenspannungsimpuls zu gezogenen Stellung des Magnetankers 13 zu erzielen, beaufschlagen (deutsche Auslegeschrift 047 560). 55 wird letzterer so gewählt, daß er eine Magnetisie-

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus rungskurve aufweist, bei welcher der remanente Maden Unteransprüchen. gnetismus durch den von der Wicklung 20 erzeugten

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher magnetischen Fluß verändert werden kann. Die erläutert. Fig. 2 veranschaulicht die Magnetisierungskurve

Fig. 1 veranschaulicht einen Axialschnitt durch 60 des Permanentmagneten 12 sowie die verschiedenen ein Elektroventil; Magnetisierungszustände dieses Magneten.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, aus dem sich die ma- Bei dieser Kurve sind die Amperewindungen AT

gnetischen Verhältnisse ergeben. der Wicklung 20 auf der Abszissenachse und das

Das in Fig. 1 dargestellte Ventil besitzt ein Ge- induzierte Feld B auf der Ordinatenachse aufgetragen. Muse 25, welches eine Einströmöffnung 26 für eine 65 Die Magnetisierungskurve ist in voll ausgezogenen unter Druck stehende Flüssigkeit, eine Ausströmöff- Strichen dargestellt und verläuft über die Punkte Bl, nung 27 sowie eine Öffnung28 aufweist. Letztere ist B2, S3, 54, 55, B6. Wenn angenommen wird, daß dazu bestimmt, die Öffnungen 26 oder 27 mit einem das Feld im Permanentmagneten 12 den Wert Bl

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unter dem Einfluß des durch die Wicklung 20 erzeug- Permanentmagneten 12 wird die Wicklung 20 durch ten Feldes im Augenblick des Stromunterbruches in Stromimpulse geeigneter Polarität erregt. Der erste dieser Wicklung erreicht hat, so würde das Feld auf Impuls, dessen Wirkung in Amperewindung durch dem TeilB2, B 3 abnehmen, wenn der magnetische Pl in Fig. 2 angedeutet ist, bringt die Magnetisie-Widerstand der Strecke, über welche die Kraftlinien 5 rung von B 9 auf SlO, die dann durch Remanenzdes Permanentmagneten 12 zurückgeschlossen wer- wirkung auf B11 fällt. Ein zweiter Impuls P 2 bringt den, praktisch Null wäre. In dem in Fig. 1 dar- die Magnetisierung vom WertB11 auf den Wert gestellten Falle wird dieser Idealzustand wegen des 512. Da dieser Wert größer ist als BKA, wird der Luftspaltes nicht erreicht, so daß das magnetische Magnetanker 13 gegen die Wirkung der Feder 19 anFeld des Permanentmagneten 12 durch den Punkt B 4 io gezogen. Nach Schluß des Impulses P 2 fällt die Masymbolisiert wird. Die Gerade, die den Punkt B 4, mit gnetisierung auf den Wert B13 zurück, welcher imdem Koordinatennullpunkt 0 verbindet, stellt den mer noch größer ist als BKA. Ein dritter Impuls geometrischen Ort der möglichen Magnetisierungs- würde die Magnetisierung des Permanentmagneten zustände beim Fehlen eines äußeren Feldes und bei 12 zum Wert B14 bringen, der gegenüber BKA geeinem schmalen Luftspalt im angezogenen Zustand 15 nügend groß ist, um ein sicheres Halten des Magnetdes Magnetankers 13 dar. Die F i g. 2 zeigt eine ankers 13 in angezogener Stellung zu gewährleisten, zweite Gerade B 5-0, die den geometrischen Ort der auch wenn das Ventil mechanischen Schwingungen möglichen Magnetisierungszustände darstellt für den ausgesetzt wird.

Fall, daß der Magnetanker 13 vom Permanentmagne- Die Koerzitivkraft des Permanentmagneten 12 ist

ten 12 entfernt ist bei sonst ähnlichen Bedingungen, 20 vorzugsweise größer als das durch einen Stromimpuls

wie oben beschrieben. in der Wicklung 20 erzeugte, zum Anzug des Kernes

Es ist zu bemerken, daß sich der Punkt B 4 ober- erforderliche Feld, jedoch kleiner als das Vierfache

halb der gestrichelten Linie BKR befindet, die das dieses Feldes.

kritische Feld darstellt, bei welchem die magnetische Der Vorteil der beschriebenen Anordnung, die Anziehungskraft in angezogener Stellung des Magnet- 25 durch aufeinanderfolgende Zustände eine Verändeankers 13 gleich der Rückzugskraft der Feder 19 ist. rung der remanenten Magnetisierung des Permanent-Wenn die magnetische Anziehungskraft und die magneten 12 zuläßt, liegt in der starken Herabsetzung Kraft der Feder 19 in der vom Permanentmagneten der Erregungsenergie, denn die verschiedenen erentfernten Stellung des Magnetankers 13 gleichwertig langten Magnetisierungspunkte BIO, B12, B14 werden, so ist das entsprechende kritische Feld etwas 30 stehen im Verhältnis zur maximalen momentanen kleiner als BKR und wird durch BKA dargestellt. Stromstärke der Impulse. Die vom Stromdurchfluß

Zur Verschiebung des Magnetankers 13 durch die durch die Wicklung 20 erzeugte Erwärmung ist durch

Wirkung der Feder 19 muß das magnetische rema- den Effektivwert des Stromes bestimmt. Falls die

nente Feld auf einen kleineren Wert als BKR ge- Steuerimpulse aus Polwechseln eines durch eine

bracht werden. Es sei angenommen, dies werde bei 35 Diode gleichgerichteten Wechselstromes bestehen, ist

der Kurve nach F i g. 2 durch zwei negative Strom- der wirksame Strom gleich dem halben maximalen

impulse JVl, N 2 erzielt. Der erste dieser Impulse Nl Strom. Die in der Wicklung entstehende Wärmelei-

bringt den Wert BA auf B 6. Anschließend steigt der stung ist, wenn die Steuerimpulse fortlaufend ergehen,

Feldwert durch Remanenzwirkung nach Bl. Der drei- bis viermal kleiner als bei Speisung der Wick-

PunktB7 befindet sich auf der Geraden B S-O, die 40 lung mit Gleichstrom, dessen Wert gleich dem Spit-

dem größeren Wert des Luftspaltes entspricht, weil zenstrom eines Impulses ist, wobei die Eisenverluste

die Felder Β 6 und #7 kleiner sind sis BKR und folg- berücksichtigt wurden. Der Gewinn ist in Wirklich-

lich der Magnetanker 13 unter Wirkung der Feder 19 keit bedeutend größer, denn, wie bereits dargelegt,

seine vom Permanentmagneten entfernte Stellung weisen die Impulse Pl, P 2 ... eine schwächere Am-

eingenommen hat. Der zweite Impuls N2 bringt den 45 plitude auf als diejenigen, die erforderlich wären, um

Wert entlang der gestrichelten Linie von B 7 auf B 8, durch einen Gleichstrom eine Erhöhung der Magne-

also bis nahe auf den Nullwert. Der Remanenz wegen tisierung von B 9 auf B14 auf einmal zu erlangen. So-

steigt dann das Feld entlang der gestrichelten Linie mit erübrigt sich eine Überbemessung der Wick-

zum Wert B 9 und bleibt in diesem Zustand so lange, lung 20, um eine bessere Wärmeabfuhr zu gewähr-

bis ein neuer Impuls die Wicklung 20 erregt. 50 leisten.

Wenn die Wicklung 20 mit weiteren negativen Im- Zur Erzielung einer etwa gleichen Zeit für die Be-

pulsen beaufschlagt würde, so würde sich der Ma- wegung des Ankers 13 in der einen wie in der ande-

gnetisierungszustand des Permanentmagneten 12 noch ren Richtung ist eine Differenz der Amplituden der

leicht verändern; da aber die negativen Impulse rela- Impulse Pl, P 2, P 3... und der Impulse JVl,

tiv schwach sind, wird die durchschnittliche Magneti- 55 N2 ... vorgesehen, wobei letztere kleiner sind als

sierung des Permanentmagneten 12 relativ kleine die ersten.

Werte beibehalten, die bedeutend kleiner sind als die Das in Fig. 1 dargestellte Ventil weist Mittel zur

zu einem neuen Anzug des Magnetankers 13 erfor- Erzeugung von Steuerimpulsen auf, die von einer

derliche magnetische Induktion. Es ist zu bemerken, üblichen Wechselstromquelle herrühren. Zu diesem

daß die Senkung des remanenten Feldes des Per- 60 Zweck wird das eine Ende 50 der Wicklung 20 un-

manentmagneten 12 bekanntlich ebensogut durch mittelbar an die Klemme 51 angeschlossen, während

Anwendung eines schwachen Wechselstromes erzielt das andere Ende 52 dieser Wicklung über eine Diode

werden kann. Somit würde nach einer bestimmten 54 der Klemme 53 und über eine Diode 56 und

Anzahl von Polwechseln die mittlere magnetische In- einen Widerstand 57 der Klemme 55 zugeführt wird,

duktion des Permanentmagneten 12 eine Hysteresis- 65 Beide Dioden 54 und 56 sind so verbunden, daß ihre

schleife kleiner Amplitude um den Koordinatennull- Polaritäten einander entgegengesetzt sind,

punkt in F i g. 2 ausführen. Um die Anziehung des beweglichen Magnetankers

Zur Verstellung des Magnetankers 13 gegen den 13 zu bewerkstelligen, werden die Klemmen 51 und

53 an eine Wechselstromquelle angeschlossen, wobei die Diode 54 die Ströme nur einer Polarität durch die Wicklung 20 läßt. Somit werden die Impulse P1, Pl, P 3 zur Anziehung des Ankers 13 erzeugt.

Um den Rückweg des Magnetankers 13 in die in Fig. 1 dargestellte Stellung zu erzielen, wird die gleiche Wechselstromquelle an die Klemmen 51 und 55 angeschlossen. Die Diode 56 läßt nur die entgegengesetzten Ströme durch, welche die Impulse Nl, Nl erzeugen. Die Größe dieser Impulse N ist wegen des Vorhandenseins des Widerstandes 57 im Stromkreis geringer als diejenige der Impulse P.

Bei einer Abart der veranschaulichten Ausführungsform könnte die Diode 56 wegfallen, dies dann, wenn die Entmagnetisierung des Permanentmagneten 12 allein durch einen verhältnismäßig schwachen Wechselstrom gewährleistet wird, wobei der Widerstand 57 zur Bildung des Entmagnetisierungsstromes beibehalten wird. Selbstverständlich könnte der Entmagnetisierungsstrom durch andere Mittel erzeugt werden; insbesondere könnte dieser Strom durch Anwendung einer Zener-Diode, die mit einer normalen Diode entgegengesetzter Polarität in Reihen geschaltet ist, erzeugt werden. Somit würde der Strom nur bei einer bestimmten Polarität diese beiden EIemente durchfließen und erst dann, wenn die Größe der angelegten Wechselspannung die kritische Spannung der Zener-Diode übersteigt. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß die Impulse zur Entmagnetisierung mit Hilfe von leistungssparenden Elementen erzeugt werden und daher günstig zur Erwärmungsbegrenzung des Schaltkreises sind.

Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, andere Elemente zur Erzeugung der positiven und negativen Impulse zu verwenden. Diese Elemente könnten z. B. aus Halbleitertransistoren oder auch aus Thyristoren bestehen.

Die Elemente zur Erzeugung von positiven und negativen Stromimpulsen für die Speisung der Wicklung 20 können vorzugsweise mit der Wicklung 20 eine Baueinheit bilden. Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung sind die Dioden 54 und 56 sowie der Widerstand 57 im Isolierkunststoff 58 eingebettet, der gleichzeitig als Schutzhülle für die Wicklung 20 dient.

Somit wird für den elektrischen Teil eine feste, leicht montierbare Einheit erlangt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Magnetventil mit einem in einem Gehäuse bewegbaren Anker, der zwei Schaltstellungen einnehmen kann, einem Elektromagneten, der im eingeschalteten Zustand auf den Anker eine Kraft in Richtung auf die erste Schaltstellung ausübt, und einer Feder, die auf den Anker eine Kraft in Richtung auf die zweite Schaltstellung ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß sich im magnetischen Feld des Elektromagneten (20) ein Permanentmagnet (12) mit veränderlicher Remanenz befindet und daß der Permanentmagnet (12) durch mindestens zwei auf den Elektromagneten (20) gegebene elektrische Impulse einer Richtung in einen ersten magnetischen Zustand gebracht werden kann, in dem er den Anker (13) in die erste Schaltstellung anzieht, und durch mindestens zwei auf den Elektromagneten (20) gegebene elektrische Impulse in der anderen Richtung in einen zweiten magnetischen Zustand gebracht werden kann, in dem der Anker (13) durch die Feder (19) in die zweite Schaltstellung bewegt werden kann.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung des Elektromagneten (20) mit Wechselstrom gespeist wird, dessen maximale Stärke kleiner ist als die maximale Stromstärke der Impulse, welche eine Magnetisierungszunahme des Permanentmagneten (12) verursachen.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Diode (54) zur Erzeugung von mindestens einem Anziehungsimpuls bei Speisung durch eine Wechselstromquelle und ferner ein durch die gleiche Quelle gespeistes Element (57) zur Erzeugung eines Entmagnetisierungsstromes aufweist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (54) und/oder das Element (57) eine Baueinheit bilden mit der Wicklung des Elektromagneten (20).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen