DE1550378C - Magnetventil mit einem Permanentmag neten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein 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.

Ein solches Ventil ist durch die deutsche Auslegeschrift 1 122 336 bekanntgeworden. Bei diesem muß, ίο wenn der Anker in der ersten Schaltstellung gehalten werden soll, durch die Spule des Elektromagneten Strom fließen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil der eingangs definierten Art derart auszubilden, daß der Anker in der ersten Schaltstellung leistungslos gehalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich im magnetischen Feld des Elektromagneten ein Permanentmagnet mit veränderlicher Remanenz befindet und daß der Permanentmagnet durch mindestens zwei auf den Elektromagneten gegebene elektrische Impulse einer Richtung in einen ersten magnetischen Zustand gebracht werden kann, in dem er den Anker in die erste Schaltstellung anzieht, und durch mindestens zwei auf den Elektromagneten gegebene elektrische Impulse in der anderen Richtung in einen zweiten magnetischen Zustand gebracht werden kann, in dem der Anker durch die Feder in die zweite Schaltstellung bewegt werden kann.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß jeweils dann, wenn sich der Anker in der ersten Schaltstellung befindet, keine Leistung verbraucht wird. Es ist nur noch Strom erforderlich, um den Permanentmagneten hinsichtlich seiner Remanenz zu ändern, d. h., um den Anker von einer Schaltstellung in die. andere zu bringen. Dadurch, daß erfindungsgemäß die Remanenz mit mindestens zwei Impulsen und nicht etwa nur mit einem Impuls verändert wird, wird ebenfalls Strom gespart.

Es sei erwähnt, daß es bereits bekannt ist, Permanentmagnete mit unveränderbarer Remanenz zum Halten von Ankern elektromagnetischer Ventile zu benutzen (s. die deutsche Patentschrift 665 565 und die deutsche Auslegeschrift 1169 242). Diese Ventile haben gegenüber dem Gegenstand der Erfindung den Nachteil, daß bei mechanischen Erschütterungen der Anker aus seiner einen Schaltstellung^s herausbewegt werden kann und dann unter Umständen von dem Permanentmagneten in die andere Schaltstellung gezogen wird.

Es ist auch bereits bekannt, die Magnetspule eines Magnetventils mit einem Gegenspannungsimpuls zu beaufschlagen (deutsche Auslegeschrift. 047 560).

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. , ;;

Fig. 1 veranschaulicht einen-Axialschnitt durch ein Elektroventil;

F i g. 2 zeigt ein Diagramm, aus dem sich die magnetischen Verhältnisse ergeben.

Das in Fig. 1 dargestellte Ventil besitzt ein Gehäuse 25, welches eine Einströmöffnung 26 für eine unter Druck stehende Flüssigkeit, eine Ausströmöffnung 27 sowie eine öffnung 28 aufweist. Letztere ist da/.u bestimmt, die Öffnungen 26 oder 27 mit einem Flüssigkeitsverbraucher, z. B. einem hydraulischen Kolben, zu verbinden.

Das Gehäuse 25 weist einen Hohlraum auf, in welchem sich eine Stange 29 bewegt, die zwei Ventilteller 30 und 31 trägt, welche abwechslungsweise auf die Ventilsitze 32 bzw. 33 zum Aufliegen kommen. Das untere Ende der Stange 29 wird in der Bohrung 34 einer Verschlußschraube 35 geführt, während der obere Teil der Stange mit der Membran 36 fest verbunden ist.

Die Unterseite der Membran 36 steht in Berührung mit der unter Druck von der Öffnung 26 zugeführten Flüssigkeit, während die Oberseite dieser Membran die Druckkammer 37 absperrt. Die unter Druck stehende Flüssigkeit kann durch den im Gehäuse 25 vorgesehenen Kanal 38 und durch die sich im Teil 40 befindlichen Kanäle 39 und 41 der Druckkammer 37 zugeführt werden, wenn der Magnetanker 13 die dem Kanal 39 zugeordnete Düse 18 nicht abdeckt.

Der Teil 40 dient zur Befestigung der Membran 36 und wird gegen letztere durch eine Verschlußschraube 42 festgeklemmt. Diese Verschlußschraube 42 trägt eine Hülse 14, in welcher der Magnetanker 13 gleitet und deren oberes Ende den festen Kern 11 und den Permanentmagneten 12 umgibt. Die auf einem Isolierkörper 43 sitzende Wicklung 20 umgibt die Hülse 14. Das magnetische Feld wird über zwei ferromagnetische Scheiben 44 und 45, die an den Flanschen der Wicklung anliegen, und durch einen Schutzmantel 46 aus Eisen geschlossen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Stellung des Magnetankers 13 wird der zur Oberseite der Membran 36 gelangende Zufluß der unter Druck stehenden Flüssigkeit durch Schließung der Düse 18 unterbrochen. Somit steht die Druckkammer 37 über den Kanal 41 und den Spielraum zwischen dem Anker 13 und der Hülse 14 sowie über den Kanal 47 mit der Umgebung in Verbindung. Somit ist die Unterseite der Membran dem Druck der Flüssigkeit ausgesetzt, und demzufolge wird die Stange 29 aufwärts bewegt, so daß sich der Ventilteller 30 öffnet und der Ventilteller 31 schließt. \

Wenn im umgekehrten Fall der Anker 13 sich in der oberen Stellung befindet, so sperrt er den Kanal 47 ab und läßt die von der Öffnung 26 her strömende, unter Druck stehende Flüssigkeit in die Kammer 37 einfließen. Die Membran stößt die Stange 29 nach unten und drückt den Ventilteller 30 auf seinen Sitz. Der Ventilteller 31 wird in seine Offenstellung bewegt. .■..;.. . ■·, . .^:

Um eine hohe Betriebssicherheit und eine stand-: feste Lage der in F i g. 1 dargestellten Stellung sowie auch in der gegen den Permanentmagneten 12 angezogenen Stellung des Magnetankers 13 zu erzielen, wird letzterer so gewählt, daß er eine Magnetisierungskurve aufweist, bei welcher der remanente Magnetismus durch den von der Wicklung 20 erzeugten magnetischen Fluß verändert werden kann. Die Fig. 2 veranschaulicht die Magnetisierungskurve des Permanentmagneten 12 sowie die verschiedenen Magnetisierungszustände dieses Magneten.

Bei dieser Kurve sind die Amperewindungen A T der Wicklung 20 auf der Abszissenachse und das induzierte Feld B auf der Ordinatenachse aufgetragen.'

Die Magnetisierungskurve ist in voll ausgezogenen Strichen dargestellt und verläuft über die Punkte Bl, Bl, B3, BA, BS, B6. Wenn angenommen wird, daß das Feld im Permanentmagneten 12 den Wert B 2

unter dem Einfluß des durch die Wicklung 20 erzeugten Feldes im Augenblick des Stromunterbruches in dieser Wicklung erreicht hat, so würde das Feld auf dem Teil B2, B3 abnehmen, wenn der magnetische Widerstand der Strecke, über welche die Kraftlinien des Permanentmagneten 12 zurückgeschlossen werden, praktisch Null wäre. In dem in Fig. 1 dargestellten Falle wird dieser Idealzustand wegen des Luftspaltes, nicht erreicht, so daß das magnetische Feld des Permanentmagneten 12 durch den Punkt 54 symbolisiert wird. Die Gerade, die den Punkt B4 mit dem Koordinatennullpunkt 0 verbindet, stellt den geometrischen Ort der möglichen Magnetisierungszustände beim Fehlen eines äußeren Feldes und bei einem schmalen Luftspalt im angezogenen Zustand des Magnetankers 13 dar. Die Fig. 2 zeigt eine zweite Gerade B 5-0, die den geometrischen Ort der möglichen Magnetisierungszustände darstellt für den Fall, daß der Magnetanker 13. vom Permanentmagneten 12 entfernt ist bei sonst ähnlichen Bedingungen, wie oben beschrieben.

Es ist zu bemerken, daß sich der Punkt B 4 oberhalb der gestrichelten Linie BKR befindet, die das kritische Feld darstellt, bei welchem die magnetische Anziehungskraft in angezogener Stellung des Magnetankers 13 gleich der Rückzugskraft der Feder 19 ist. Wenn die magnetische Anziehungskraft und die Kraft der Feder 19 in der vom Permanentmagneten entfernten Stellung des Magnetänkers 13 gleichwertig werden, so ist das entsprechende kritische Feld etwas kleiner als BKR und wird durch BKA dargestellt.

Zur Verschiebung des Magnetankers 13 durch die Wirkung der Feder 19 muß das magnetische remanente Feld auf einen kleineren Wert als BKR gebracht werden. Es sei angenommen, dies werde bei der Kurve nach Fig. 2 durch zwei negative Stromimpulse N1, Nl erzielt. Der erste dieser Impulse ΛΊ bringt den Wert B4 auf J56. Anschließend steigt der Feldwert durch Remanenzwirkung nach Bl. Der Punkt B 7 befindet sich auf der Geraden S 5-0, die dem größeren Wert des Luftspaltes entspricht, weil die Felder B 6 und B 7 kleiner sind als BKR und folglich der Magnetanker 13 unter Wirkung der Feder 19 seine vom Permanentmagneten entfernte Stellung eingenommen hat. Der zweite Impuls N 2 bringt den Wert entlang der gestrichelten Linie von Bl auf BS, also bis nahe auf den Nullwert. Der Remanenz wegen steigt dann das Feld entlang der gestrichelten Linie zum Wert B 9 und bleibt in diesem Zustand so lange, bis ein neuer Impuls die Wicklung 20 erregt.

Wenn die Wicklung 20 mit weiteren negativen Impulsen beaufschlagt würde, so würde sich der Magnetisierungszustand des Permanentmagneten 12 noch leicht verändern; da aber die negativen Impulse relativ schwach sind, wird die durchschnittliche Magnetisierung des Permanentmagneten 12 relativ kleine Werte beibehalten, die bedeutend kleiner sind als die zu einem neuen Anzug des Magnetankers 13 erforderliche magnetische Induktion. Es ist zu bemerken, daß die Senkung des remanenten Feldes des Permanentmagneten 12 bekanntlich ebensogut durch Anwendung eines schwachen Wechselstromes erzielt werden kann. Somit würde nach einer bestimmten Anzahl von Polwechseln die mittlere magnetische Induktion des Permanentmagneten 12 eine Hysteresisschleife kleiner Amplitude um den Koordinatennull-, punkt in F i g. 2 ausführen. "

Zur Verstellung des. Magnetankers 13 gegen den Permanentmagneten 12 wird die Wicklung 20 durch Stromimpulse geeigneter Polarität erregt. Der erste Impuls, dessen Wirkung in Amperewindung durch Pl in F i g. 2 angedeutet ist, bringt die Magnetisicrung von B 9 auf #10, die dann durch Remanenzwirkung auf B 11 fällt. Ein zweiter Impuls/'2 bringt die Magnetisierung vom Wert B11 auf den Wert B12. Da dieser Wert größer ist als BKA, wird der Magnetanker 13 gegen die Wirkung der Feder 19 angezogen. Nach Schluß des Impulses/'2 fällt die Magnetisierung auf den Wert ß 13 zurück, welcher immer noch größer ist als BKA. Ein dritter Impuls würde die Magnetisierung des Permanentmagneten 12 zum Wert B14 bringen, der gegenüber BKA genügend groß ist, um ein sicheres Halten des Magnetänkers 13 in angezogener Stellung zu gewährleisten, auch wenn das Ventil mechanischen Schwingungen ausgesetzt wird.

Die Koerzitivkraft des Permanentmagneten 12 ist vorzugsweise größer als das durch einen Stromimpuls in der Wicklung 20 erzeugte, zum Anzug des Kernes erforderliche Feld, jedoch kleiner als das Vierfache dieses Feldes.

Der Vorteil der beschriebenen Anordnung, die durch aufeinanderfolgende Zustände eine Veränderung der remanenten Magnetisierung des Permanentmagneten 12 zuläßt, liegt in der starken Herabsetzung der Erregungsenerg'ie, denn die Verschiedenen erlangten Magnetisierungspunkte BIO, B12, B14 stehen im Verhältnis zur maximalen momentanen Stromstärke der Impulse. Die vom, Stromdurchfluß durch die Wicklung 20 erzeugte Erwärmung ist durch den Effektivwert des Stromes bestimmt. Falls die Steuerimpulse aus Polwechseln eines durch eine Diode gleichgerichteten Wechselstromes bestehen, ist der wirksame Strom gleich dem halben maximalen Strom. Die in der Wicklung entstehende Wärmeleistung ist, wenn die Steuerimpulse fortlaufend ergehen, drei- bis viermal kleiner als bei Speisung der Wicklung mit Gleichstrom, dessen Wert gleich dem Spitzenstrom eines Impulses ist, wobei die Eisenverluste berücksichtigt wurden. Der Gewinn ist in Wirklichkeit bedeutend größer, denn, wie bereits dargelegt, weisen die Impulse Pl, P2 ... . eine schwächere Amplitude auf als diejenigen, die erforderlich wären, um durch einen Gleichstrom eine Erhöhung der Magnetisierung von B 9 auf B14 auf einmal zu erlangend Somit erübrigt sich eine Überbemessung der Wicklung 20, um eine bessere Wärmeabfuhr zu gewähr- leisten.

Zur Erzielung einer etwa gleichen Zeit für die Bewegung des Ankers 13 in der einen wie in der anderen Richtung ist eine Differenz der Amplituden der Impulse Pl, P 2, P3 ... und der Impulse Nl;

Nl... vorgesehen, wobei letztere kleiner sind als die ersten. -^ ;·..";'■·

Das,in Fig. 1 dargestellte Ventil weist Mittel zur Erzeugung von Steuerimpulsen auf, die von einer üblichen Wechselstromquelle herrühren. Zu diesem Zweck wird das eine Ende 50 der Wicklung 20 unmittelbar an die Klemme 51 angeschlossen, während ' das andere Ende 52 dieser Wicklung über eine Diode 54 der Klemme 53 und über eine Diode 56 und einen Widerstand 57 der Klemme 55 zugeführt wird.

Beide Dioden 54 und 56 sind so verbunden, daß ihre Polaritäten einander entgegengesetzt sind.

Um die Anziehung des beweglichen Magnetankers 13 zu bewerkstelligen, werden die Klemmen 51 und

53 an eine Weclisclstromqucllc angeschlossen, wobei die Diode 54 die Ströme nur einer Polarität durch die Wicklung 20 läßt. Somit werden die Impulse Pl, Pl, /'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 Wcchselslromquelle an die Klemmen 51 und 55 angeschlossen. Die Diode 56 läßt nur die entgegengesetzten Ströme durch, welche die Impulse /Vl, N.l 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 nornialen 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 lcistungssparenden 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 Halblcitcrtransistoren 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 F i g. 1 dargestellten Anordnung sind die Dioden 54 und 56 sowie der Widerstand 57 im Isolierkünststoff 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