DE1550504C - Magnetisch betätigtes Ventil - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisch kurze Betätigung des Elektromagneten gebracht

betätigtes Ventil. worden ist.

Es ist ein Ventil bekannt (deutsche Patentschrift Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus

665 565), das durch einen Elektromagneten betätigt den Unteransprüchen.

wird, dem zwei Spulen mit entgegengesetzter Wick- 5 Die Erfindung wird nachstehend an Hand der

lungsrichtung zugeordnet sind und dessen Anker mit Zeichnung beispielsweise erläutert,

dem Verschlußteil des Ventils verbunden ist. Für den Fig. 1 zeigt einen Schnitt eines Ventils gemäß der

als Permanentmagneten ausgebildeten Anker sind als Erfindung;

Anschläge in seinen Endlagen zwei Eisenkerne vor- Fig. 2a und 2b. sind vereinfachte Darstellungen

gesehen. Bei diesem Ventil wird die öffnungs- oder 10 des in Fig. 1 gezeigten Ventils und veranschaulichen

■Schließbewegung durch Erregung jeweils einer der die magnetischen Polaritäten und die Flußverläufe;

Spulen hervorgerufen. Die Ausführung ist jedoch Fig. 3 zeigt in einem Koordinatensystem die

verhältnismäßig aufwendig und teuer. Hystereseschleife;

Es ist weiter ein Magnetventil, insbesondere für Fig. 4 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform

Heizungsanlagen, bekannt (deutsche Auslegeschrift 15 des in Fig. 1 dargestellten Ventils mit einer zusätz-

10 41755), dessen Verschlußteil durch einen Elektro- liehen elektrischen Spule;

magneten betätigt wird. Der Verschlußteil wird bei Fig. 5a, 5b und 5c sind schematische Schaubilder Erregung des Elektromagneten geschlossen und bei der elektrischen Stromkreise für das in F i g. 4 dar-Entregung, des Elektromagneten durch einen Per- gestellte Ventil; .-.;■.■
manentmagneten in die Offenstellung gezogen, wobei ao Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der der Verschlußteil in dem abzusperrenden Medium Erfindung unter Verwendung eines drehbaren perschwebt oder schwimmt. Bei dieser Ausführung manenten Magneten. :
besteht der Nachteil, daß nur eine stabile Stellung In der Zeichnung bezeichnen die gleichen Bezugsvorhanden ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, muß zeichen in den verschiedenen Figuren die gleichen der Elektromagnet dauernd erregt sein, wenn das 25 Bauelemente. In Fig. 1 ist ein magnetisch betätigtes Ventil in der geschlossenen'Stellung gehalten wer- Ventil mit einer Einlaßöffnung 12 und einer Auslaß- , den soll. . Öffnung 14, die miteinander durch eine mittlere

Es ist schließlich auch ein Magnetantrieb für Kammer 16 innerhalb eines Ventilgehäuses 17 in Ventile und Pumpen (deutsche Auslegeschrift Verbindung stehen, dargestellt. Der Ventilsitz ist mit 1084 096) bekannt, bei dem eine Kombination eines 30 18 bezeichnet. Er arbeitet mit einer in die untere Gleichstrommagneten mit Permanentmagneten vor- Fläche eines Ankers 22 eingesetzten Dichtung 20 zuhanden ist. Der Antrieb weist einen Elektromagneten sammen. Der Anker 22 kann sich innerhalb einer und zwei Verschlußteile auf, deren jedes eine Leitung zylindrischen Hülse 24 bewegen und wird durch absperren kann. Die Verschlußteile sind entweder eine Druckfeder 26, die sein unteres Ende umaus Weicheisen oder sind Permanentmagneten, die 35 gibt, in die Schließstellung gedrückt. Ein Anschlagjeweils mittels einer Feder in Richtung gegen eine stopfen 28 ist in das obere Ende der Hülse 24 ein-Endstellung vorgespannt sind. Bestehen die Ver- gepaßt. Der Anker 22 ist ferner mit Längsschlitzen schlußteile aus Weicheisen, so werden sie bei Er- versehen, um einen Druckausgleich in der zwischen regung des Elektromagneten an dessen feststehenden dem Stopfen 28 und dem Anker 22 gebildeten Tasche Anker gezogen. Bei Entregung des Elektromagneten 40 zu erlauben.

werden sie durch ihre Haltefeder bzw. Rückstellfeder Zwei Platten 32 und 34 umgeben den Stopfen 28

in die Schließstellung gedrückt. Sind die Verschluß- .und die Hülse 24 und dienen als passive Schenkel für ■■

teile Permanentmagneten, so werden sie bei Erregung den Gesamtmagnetkreis. Die Platten, der Stopfen 28

des Elektromagneten in die Schließstellung gedrückt, und der Anker 22 sind aus einem Material mit sehr |

und bei Entregung des Elektromagneten gelangen sie 45 niedrigem magnetischem Widerstand und vernach- ^f

durch Anziehung an einen Magnetkern in die Offen- lässigbarer magnetischer Remanenz, wie weiches

stellung, was gegebenenfalls durch. Anlegen eines Eisen, hergestellt. Ein Permanentmagnet 36 erstreckt

umgekehrten Spulenstroms unterstützt werden kann. sich zwischen den Platten an ihren linken äußeren

Auch hier ist bei jeder Ausführungsform für jedes Enden,der Fig: 1, und ein umkehrbar polbarer

Verschlußglied nur eine stabile Stellung vorhanden. 50 Magnet 38 befindet sich zwischen den Platten an den

Es soll also bei jeder Ausführung jeder Verschlußteil rechten äußeren Enden und bildet so einen magne-

nach Entregen des Elektromagneten von allein in die. tischen Kreis mit geschlossener Schleife mit einem

jeweils andere Stellung gelangen.. . ' — - den Stopfen und den Anker umfassenden mittleren

Gegenüber den bekannten Ventilen.ist ein magne- Schenkel. Der Magnet 38 ist mit einer Spule 40 vertisch betätigtes Ventil mit einem einer Rückstellkraft 55 sehen, deren Erregungsstromkreis eine Batterie 42 unterliegenden Anker mit zwei Stellungen und zwei umfaßt, die durch einen zweipoligen Doppelkipp-Quellen magnetischen Flusses gemäß der Erfindung Ümkehrschalter 44 an die Spule in einer ausgewähldadurch gekennzeichnet, daß die beiden Quellen ten Polarität angeschlossen werden kann. .
magnetischen Flusses, kontinuierlich in einen ge- Der Permanentmagnet; 36^ ist vorzugsweise aus schlossenen magnetischen Kreis geschaltet sind, der 60 einem Üegierungsmateriaj, ζ. Β. einer Eisen-Alu-Anker mit den beiden Quellen, magnetisch parallel ' minium-Nickel-Kobalt-Legierung, wie Alnico VIII, gekoppelt ist und daß eine Einrichtung vorgesehen hergestellt, das eine hohe Korzitivkraft und eine sehr ist zum Umkehren der Polung einer der Quellen hohe magnetische Remanenz aufweist. Ein derartiges magnetischen Flusses. Material ist durch die Hystereseschleife 46, wie sie in

Durch die Erfindung ist ein vergleichsweise ein- 65 Fig. 3 gezeigt ist, gekennzeichnet, in welcher der faches magnetisch betätigtes Ventil geschaffen, bei Punkt 48 die positive Höhe der remanenteh Flußdem das Verschlußglied jeweils stabil ih derjenigen dichte und der Punkt 50 die negative Höhe darstellung bleibt, in die es durch vorhergehende stellen, wobei keine äußeren Magnetisierungs- oder

Entmagnetisierungskräfte angelegt sind. Der umkehrbar polbare Magnet 38 ist andererseits aus einem Ferritematerial gebildet, das eine im wesentlichen rechteckige Hystereseschleife aufweist, wie dies durch die Kurve 52 in F i g. 3 dargestellt ist. Dieses Material kann schnell von einem stabilen magnetischen Zustand oder einer Polarität auf eine andere mit einer geringen Magnetisierkraft geschaltet werden, und es wird in großem Umfang in der Technik der Datenverarbeitung verwendet, und zwar auf Grund dieser »Speicher«-Fähigkeit. Die charakteristischen Größen der Magneten 36 und 38 sind vorzugsweise so gewählt, daß sie beide, im wesentlichen die gleichen Kraftflußhöhen in ihrem remanenten Zustand herstellen, und zwar aus den nachstehend angegebenen Gründen. Wenn die remanenten Flußdichten beider Magneten gleich sind, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist, dann müssen zur Erzielung gleicher Gesamtflußhöhen auch ihre Querschnittsflächen gleich sein. Der Magnet 38 muß nicht den gesamten äußeren Schenkel des magnetischen Kreises, wie dargestellt einnehmen, sondern kann lediglich aus einem kleinen Stück Ferritematerial bestehen, das in den Schenkel eingesetzt ist, während der Rest des Schenkels aus weichem Eisen bestehen kann. Wie oben angegeben, besteht das einzige Kriterium darin, daß die Höhen des remanenten Flusses von beiden Magneten annähernd gleich ist.

Bei der Betrachtung der Arbeitsweise des magnetischen Sperrventils wird angenommen, daß das Ventil anfänglich offen' ist, d. h., der Anker 22 befindet sich in seiner oberen Stellung, und daß die Magneten 36 und 38 die in Fig. 2a gezeigten Polaritäten haben.

Unter diesen Bedingungen stoßen die Magneten sich gegenseitig ab, und da ihre Remarienzflußhöhen ungefähr gleich sind, fließt der größte Teil des durch sie geschaffenen Flusses durch den mittleren Schenkel des Magnetkreises nach unten, wie durch die Pfeile in der Fig. 2a angezeigt. Dadurch wird eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Anker 22 und dem Stopfen 28 geschaffen, die ausreicht, um die Gegenkraft der Druckfeder 26 zu überwinden und das Ventil in seiner geöffneten Stellung zu halten.

Soll nun das Ventil geschlossen werden, wird der Umkehrschalter 44 vorübergehend auf seinen auf der linken Seite liegenden Satz von Kontakten. 54 geschlossen. Dadurch wird durch die Spule 40 ein Stromimpuls in der Richtung, die dazu geeignet ist, die Polarisierung des Magneten 38 zu schalten oder umzukehren, und die Polaritäten des Magnetkreises sind jetzt wie in Fig. 2b gezeigt. Die Magneten36 und 38 unterstützen sich nun, und im wesentlichen der ganze Fluß fließt durch die Außenschenkel des Magnetkreises, wiev.es die Pfeile in der Figur anzeigen. Wenn durch den mittleren Schenkel des Kreises wenig oder gar kein Fluß fließt und daher keine nennenswerte Anziehungskraft zwischen dem Anker und dem Stopfen geschaffen wird, preßt die Druckfeder 26 den Kolben in seine untere Stellung, wodurch das Ventil 18,20 geschlossen wird. Bei Herabbewegung des Ankers entsteht ein Luftspalt zwischen dem Anker und dem Stopfen, wie in den Fig. 1 und 2b gezeigt, wodurch der magnetische Widerstand des mittleren Schenkels erhöht und die bereits minimale Magnetflußhöhe weiter vermindert wird.

Um das Ventil·wieder zu öffnen, ist es lediglich notwendig, den Umkehrschalter 44 vorübergehend auf seinen auf der rechten Seite liegenden Satz von Kontakten 56 zu schließen. Dies gibt der Spule 40 einen Impuls in der Richtung, um die Polarität des Magneten 38 wieder, wie in Fig. 2a gezeigt, zu schalten oder umzukehren. Die von den Magneten 36 und 38 geschaffenen Magnetflüsse stoßen sich nun gegenseitig ab oder arbeiten gegeneinander, fließen durch den mittleren Schenkel und schaffen eine

ίο magnetische Anziehungskraft zwischen dem Anker 22 und dem Stopfen 28, die ausreicht, um die Spannkraft der Feder 26 zu überwinden und den Anker anzuheben. Dadurch wird wiederum der Luftspalt geschlossen, wodurch.der Widerstand des mittleren Schenkels vermindert und seine Flußhöhe weiter erhöht und das Ventil in seine offenen Stellung gebracht wird. '

. Der in Fi g. 1 gezeigte, die Spule erregende Strom-; kreis stellt, nur ein Beispiel dar, und es könnten zahl-

ao reiche bekannte Ausbildungen des Stromkreises angewandt werden, um die Umkehrspule ebenso leicht mit Impulsen zu versehen. Beispielsweise kann eine Hauptschluß-Verbundspule mit einer mittleren Abnahmesteire verwendet werden, die mit einer der Batterieklemmen und davon getrennten einpoligen Einfachkippschaltern verbunden ist, welche zwischen der anderen Batterieklemme und den gegenüberliegenden Enden der· Spule angeschlossen sind. Das kurzzeitige Schließen einer der Schalter würde dann einen Stromstoß durch die mit ihm verbundene Hälfte der Spule in einer Richtung schicken, während das Schließen . des anderen Schalters die andere Hälfte der Spule in entgegengesetzter Richtung mit Impulsen versehen würde.

F i g. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher eine zusätzliche Spule 58 vorgesehen ist, die den mittleren Schenkel des Magnet¹ kreises umgibt. Dadurch soll ein zusätzlicher, hochkonzentrierter Fluß über den Luftspalt des geschlos- senen Ventils geschaffen werden, um das Anheben des Ankers 22 zu erleichtern. Wenn der Anker sich in seiner unteren Stellung befindet, ist der magnetische Widerstand des mittleren Schenkels des Magnetkreises auf Grund des Luftspaltes sehr hoch, und zum Heben des Ankers ist eine wesentlich größere magnetische Kraft erforderlich als dazu, ihn nur in seiner oberen Stellung zu halten, da im letzteren Fall der Luftspalt geschlossen und der Widerstand des mittleren Schenkels verhältnismäßig gering ist. Wenn die Spulen 40 und 58 so gewickelt und angeschlossen sind, daß bei ihrer gleichzeitigen Erregung zusätzlicher Fluß entsteht, wird über den Luftspalt eine große Kraft, geschaffen, um den gesenkten Anker zu heben. Andererseits ist es zum Schließen des Ventils lediglich notwendig, den größten Teil der Flußlinien von dem mittleren Schenkel weg und durch den äußeren Magnetkreis hindurchzuleiten,'der die beiden Magneten und die Platten-32 und 34 umfaßt, da die Feder 26 die erforderliche Schließkraft gibt. Daher sind Schaltungen vorgesehen, um beide Spulen 40 und 58 beim öffnen des Ventils, aber nur die Spule 40 beim Schließen des Ventils zu erregen. Beispiele für Schaltungen zur Ausführung dieser Funktion sind in den Fig. 5a, 5b und 5c gezeigt.

In Fig. 5a werden die Spulen 40 und 58 durch die Batterie 42 gleichzeitig erregt, wenn der Umkehrschalter 60 auf die Kontakte 62 geschlossen ist.

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Wenn jedoch der Schalter 60 auf die Kontakte 61 geschlossen ist, wird lediglich die Spule 40 in Einwegrichtung oder umgekehrter Richtung erregt.

Mit dem Stromkreis der Fig. 5b werden die beiden Spulen 40 und 58 erregt, wenn der Schalter 66 auf den Pol 68 geschlossen ist, bis sich der Kondensator 70 auf den Spannungsstand der Batterie auflädt. Wenn der Schalter auf den Pol 72 umgelegt wird, entlädt sich der Kondensator durch die Spule 40, wobei dieser ein Impuls in entgegengesetzter Richtung zur Schließung des Ventils erteilt wird.

In Fig. 5c sind die Spulen 40 und 58 parallel geschaltet und werden beide erregt, wenn der Umkehrschaltcr 74 auf die Kontakte 76 geschlossen ist. Wenn jedoch die Kontakte 78 verwendet werden, blockierl die Diode 80 den Stromfluß durch die Spule 58, und nur der Spule 40 wird ein Impuls in Gegenrichtung erteilt. _v · '.

Die Spule oder Spulen der Fig. 1 und 4 müssen lediglich für sehr kurze Zeitabschnitte erregt, werden, ao um die gewünschte Ventilwirkung hervorzurufen, da das in dem umkehrbaren Magneten 38 verwendete Fcrriternaierial einer beinahe augenblicklichen Schaltung oder Umpolung fähig ist.

Die wesentliche Arbeilsbedihgung des in den Fig. 1 und 4 gezeigten Vehtils^: ist, daß die Polarität einer der Flußquellen umkehrbar ist. Während dies mittels eines umkehrbar polbaren Magneten durchgeführt wird, kann dieselbe Bedingung auch durch Drehen eines Permanentmagneten um 180° erhalten werden, und eine dafür geeignete Ausführung ist in Fig. 6 gezeigt. Im wesentlichen sind die Platten 32a und 34 a L-förmig und nehmen Befestigungsbolzen 82, die mit Abstandshülsen 84 verschen sind, auf. Eine Platte 86, die aus irgendeinem nichtmagnetischen Material mit hohem Widerstand hergestellt ist, wie z. B. Messing, ist gegen die Platten 32α und 34a gehalten, und eine Motorplatte 88 wird von den äußeren Enden der Bolzen getragen. Ein Antriebsmotor 90 ist auf der Platte 88 angebracht, und seine ^nkerwelle 92. die in der Platte 86 drehbar gelagert ist, trägt einen permanenten Stabmagneten 94, der gegen die Platte 86 drückt. Wenn die Pole des Magneten 94 mit den Enden der Platten 32 a und 34a ausgerichtet sind, stellt sich ein unterstützendes oder in der entgegengesetzten Richtung wirkendes gegebenes Flußverhältnis zwischen den zwei Permanentmagneten ein.: Wenn der Magnet 94 durch Erregen des Antriebsmotors 90 um 180° gedreht wird, wird das bestehende Flußverhältnis umgekehrt vom Unterstützen zum Wirken in entgegengesetzter Richtung oder umgekehrt, und die gewünschte" Ventilwirkung wird hervorgerufen. ;

Die wirksame Umpolung eines Permanentmagneten kann auf viele andere Arten als durch Drehung mit dem gleichen arbeitsmäßigen Ergebnis durchgeführt werden. Beispielsweise: kann eine von Hand oder automatisch bewegbare Schieberplatte zwischen den äußeren Enden der L-förmigen Platten 32a und 34a vorgesehen sein. Die Schieberplatte kann ein Paar von entgegengesetzt ausgerichteten permanenten Stabmagneten tragen, die durch eine Platte aus Weicheisen derart getrennt sind, daß jeder Magnet die Spalte zwischen den Platten 32 a und 34 a überbrückt, wodurch der magnetische Kreis mit einem entweder unterstützenden oder entgegengesetzt wirkenden Polaritätsvcrhältnis geschlossen wird.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   . 1. Magnetisch betätigtes Ventil mit einem einer . Rückstellkraft unterliegenden Anker, mit zwei Stellungen und mit zwei Quellen magnetischen Flusses, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Quellen magnetischen Flusses kontinuierlich in einen geschlossenen magnetischen Kreis geschaltet sind, der Anker (22) mit den beiden Quellen magnetisch parallel gekoppelt ist und daß eine Einrichtung vorgesehen ist zum Umkehren der Polung einer der Quellen magnetischen Flusses. . ■
2. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis drei Schenkel aufweist und der Anker (22) sich an dem mittleren Schenkel (24) und je eine Quelle magnetisphen Flusses sich in jedem -der äußeren Schenkel (36,38) befinden.
3. 3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Quellen magnetischen Flusses einen Permanentmagneten (36) und einen umkehrbar polbaren Elektromagneten (38) aufweisen und daß die Einrichtung zum wahlweisen Umkehren der Polung eine um den umkehrbar polbaren Magneten gewickelte elektrische Spule (40) aufweist.
4. 4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft eine Feder (26) ist.
5. 5. Ventil, nach einenr der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine zusätzliche um. den Anker (22) gewickelte elektrische Spule (58) zum wahlweisen Erzeugen eines Magnetflusses zusätzlich zu derri durch den umkehrbar polbareri • Magneten (38) erzeugten Fluß.
6. 6. Ventil, nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem magnetischen Kreis ein Stopfen (28) vorgesehen ist, zwischen dem und dem Anker (22) ein Luftspalt vorhanden ist, der Anker (22) und der Stopfen (28) aus Material mit niedrigem magnetischem Widerstand und vernachlässigbaret magnetischer Remanenz bestehen und daß der. umkehrbar polbare Magnet (38) aus einem Material mit im wesentlichen rechteckiger Hystereseschleife (52) besteht. ■ . . ··■ ;■■.-'■.:/;■ . "/ .-. ' ".'.■'.
7. 7. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Quellen magnetischen Flusses zwei Permanentmagneten (36,94) sind, wobei einer der Permanentmagneten um einen Winkel von 180° drehbar ist. -

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen