DE9116498U1 - Magnet with stable anchor positions, especially for use in a sanitary fitting - Google Patents
Magnet with stable anchor positions, especially for use in a sanitary fittingInfo
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Description
105 DE 27105 EN 27
Beschre ibungDescription
Magnet mit stabilen Ankerstellungen, insbesondere zur Verwendung in einer SanitärarmaturMagnet with stable anchor positions, especially for use in a sanitary fitting
Die Erfindung bezieht sich auf einen Magneten mit stabilen Ankerstellungen, insbesondere zur Verwendung in einer Sanitärarmatur, mit einem federbelasteten Anker und einer Wicklung.The invention relates to a magnet with stable armature positions, in particular for use in a sanitary fitting, with a spring-loaded armature and a winding.
Eine berührungslos gesteuerte Sanitärarmatur, die aus einer Batterie oder einem Akkumulator, der eventuell durch Solarzellen unterstützt wird, betrieben werden soll, darf nur einen minimalen Energiebedarf haben, damit die netzfrei betriebene Stromversorgung möglichst lange und störungsfrei aufrechterhalten werden kann.A contactless sanitary fitting that is to be operated from a battery or accumulator, possibly supported by solar cells, must only have a minimal energy requirement so that the off-grid power supply can be maintained for as long as possible and without disruption.
Aus der DE-PS 38 18 342 ist eine berührungslos gesteuerte Sanitärarmatur zur kontinuierlichen Veränderung des Menge des durchfließenden Wassers bekannt, bei der ein elektrischer Gleichstrommotor sowie eine Einrichtung, die die Drehbewegung des Gleichstrommotors in eine Linearbewegung eines Stößels zur Steuerung der Membranstellung umsetzt, verwendet wird. Diese bekannte Sanitärarmatur ist komfortabel, wegen ihrer aufwendigen Bauweise jedoch zu teuer in ihrer Herstellung.DE-PS 38 18 342 describes a contactless sanitary fitting for continuously changing the amount of water flowing through, which uses an electric DC motor and a device that converts the rotary movement of the DC motor into a linear movement of a tappet to control the position of the diaphragm. This well-known sanitary fitting is convenient, but too expensive to manufacture due to its complex design.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein MagnetventilThe invention is based on the object of providing a solenoid valve
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mit stabilen Ankerstellungen zu schaffen, das einfach und kostengünstig herstellbar ist und minimalen Energiebedarf hat, so daß es über einen längeren Zeitraum mit Batterie oder Akkumulator betrieben werden kann.with stable anchor positions, which is easy and inexpensive to manufacture and has minimal energy requirements so that it can be operated over a longer period of time with a battery or accumulator.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.According to the invention, the object is achieved by the features listed in claim 1.
Die Erfindung weist gegenüber dem Bekannten die Vorteile auf, daß der Anker des Magnetventils zwei stabile Endlagen einnehmen kann und der Magnet zu seiner Betätigung deshalb nur Stromimpulse braucht. Aus diesem Grund kommt der Magnet mit sehr kleinem Energieaufwand aus. Dementsprechend kann der Magnet im Batterie- bzw. Akkumulatorbetrieb störungsfrei über einen längeren Zeitraum betrieben werden. Das Magnetventil ist mit an sich bekannten Elementen aufgebaut und daher kostengünstig herstellbar.The invention has the advantage over the known that the armature of the solenoid valve can assume two stable end positions and the magnet therefore only needs current pulses to operate. For this reason, the magnet requires very little energy. Accordingly, the magnet can be operated in battery or accumulator mode without problems over a longer period of time. The solenoid valve is constructed using elements that are known per se and can therefore be manufactured inexpensively.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung hervor.Further advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims and the following description.
Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigenThe invention is explained using exemplary embodiments based on drawings.
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Magneten mit als Anwendung angedeutetem Ventilkörper,Fig. 1 a longitudinal section through the magnet according to the invention with the valve body indicated as an application,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Magneten entlang einer Linie II-II in Fig. 1, jedoch ohne Wickelkörper des Magneten,Fig. 2 is a plan view of the magnet along a line II-II in Fig. 1, but without the winding body of the magnet,
Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch den Magneten nach Fig. 1, jedoch mit konzentrisch auf dem Anker vorgesehener Feder,Fig. 3 is a partial longitudinal section through the magnet according to Fig. 1, but with a spring arranged concentrically on the armature,
Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines mit seitlichen Längsschlitzen versehenen Ankers,Fig. 4 shows a cross section through an embodiment of an anchor provided with lateral longitudinal slots,
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Fig. 5 einen Querschnitt durch ein mit seitlichen Längsschlitzen versehenes Ankerführungsrohr, in dem der Anker des Magneten läuft,Fig. 5 a cross-section through an armature guide tube with longitudinal lateral slots in which the armature of the magnet runs,
Fig. 6 eine Draufsicht auf den Magneten, ähnlich der Darstellung in Fig. 2, jedoch mit einem ringförmigen Permanentmagneten sowie einem ringförmigen Joch.Fig. 6 is a plan view of the magnet, similar to the illustration in Fig. 2, but with a ring-shaped permanent magnet and a ring-shaped yoke.
Ein Anker 2 (Fig. 1) des Magneten 1, der insbesondere bei Anwendung auf eine Sanitärarmatur als Naßankermagnet aufgebaut ist, kann zwei stabile Endlagen einnehmen. Der magnetische Kreis des Magneten 1 ist durch magnetische Reihenschaltung, bestehend aus dem Anker 2, einem Polkern 3, einem Eisenbügel 4 (Fig. 1, 2), zwei Permanentmagneten 5, 6 und einem Joch 7 des Magneten 1 gebildet. Anstatt der beiden Permanentmagnete 5, 6 würde auch ein Permanentmagnet ausreichen. Beim Ausführungsbeispiel ist der Anker 2 als Stößel ausgebildet, an dessen aus dem Magneten 1 herausragenden Ende in an sich bekannter Weise ein Schließkörper 14 zum Verschließen eines Ventilsitzes 15 in einem Ventilkörper 16 eines Ventils 9, beispielsweise als Teil einer Sanitärarmatur, angebracht ist.An armature 2 (Fig. 1) of the magnet 1, which is designed as a wet armature magnet, particularly when used on a sanitary fitting, can assume two stable end positions. The magnetic circuit of the magnet 1 is formed by a magnetic series connection consisting of the armature 2, a pole core 3, an iron bracket 4 (Fig. 1, 2), two permanent magnets 5, 6 and a yoke 7 of the magnet 1. Instead of the two permanent magnets 5, 6, one permanent magnet would also be sufficient. In the exemplary embodiment, the armature 2 is designed as a tappet, on the end of which protrudes from the magnet 1 a closing body 14 for closing a valve seat 15 in a valve body 16 of a valve 9, for example as part of a sanitary fitting, is attached in a manner known per se.
Die Wicklung 11 des Magneten 1 wird mit Gleichstrom beaufschlagt. Zur Erreichung der einen Stellung des Ankers 2 muß der Gleichstrom in einer Richtung durch die Wicklung 11 fließen, zur Erreichung der anderen Stellung des Ankers 2 muß der Gleichstrom in der Gegenrichtung durch die Wicklung 11 fließen. In jeder der beiden Endlagen des Ankers 2 verbleibt dieser stabil in der betreffenden Endlage.The winding 11 of the magnet 1 is supplied with direct current. To achieve one position of the armature 2, the direct current must flow in one direction through the winding 11, to achieve the other position of the armature 2, the direct current must flow in the opposite direction through the winding 11. In each of the two end positions of the armature 2, it remains stable in the respective end position.
Funktionsweisefunctionality
Ist der Anker ausgefahren (in der Zeichnung nicht dargestellt) wird er durch eine axial in ihm gelagerteIf the armature is extended (not shown in the drawing), it is supported by an axially mounted
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Druckfeder 8 (Fig. 1), die sich am Polkern 3 des Magneten 1 abstützt, in dieser Lage gehalten, wobei er mit seinem Schließkörper 14 an einem Anschlag anschlägt, beispielsweise am Ventilsitz 15 des Ventilkörpers 16. Ein weiter unten im einzelnen beschriebener magnetischer Kreis ist hierbei aufgrund eines Luftspalts zwischen dem Anker 2 und dem Polkern 3 des Magneten 1 unterbrochen.Compression spring 8 (Fig. 1), which is supported on the pole core 3 of the magnet 1, is held in this position, with its closing body 14 striking a stop, for example on the valve seat 15 of the valve body 16. A magnetic circuit, described in detail below, is interrupted due to an air gap between the armature 2 and the pole core 3 of the magnet 1.
Soll der Anker 2 in die Wicklung 11 des Magneten 1 hineingezogen werden, wird Gleichstrom durch die Wicklung 11 des Magneten 1 geleitet. Die Richtung des Gleichstroms muß derart erfolgen, daß die Richtung des magnetischen Flusses im Eisenbügel 4 einerseits und im Joch 7 andererseits gleich ist mit der Richtung des magnetischen Flusses in den Permanentmagneten 5, 6. Für das Hineinziehen des Ankers 2 in den Magneten 1 genügt kurzzeitige, also impulsmäßige Beaufschlagung der Wicklung 11 mit Gleichstrom. Hierbei verstärkt der magnetische Fluß im Eisenbügel 4 einerseits und im Joch 7 andererseits den magnetischen Fluß der Permanentmagneten 5, 6 und damit im gesamten magnetischen Kreis, so daß der Anker 2 in den Magneten 1 hineingezogen wird. Ist der Anker 2 in den Magneten 1 hineingezogen wie dies in Fig. 1 dargestellt ist - wird auch nach Beendigung des Gleichstroms durch die Wicklung 11 des Magneten 1 von den Permanentmagneten 5, 6 ein magnetischer Fluß im magnetischen Kreis (Permanentmagnete, Joch, Anker, Polkern, Eisenbügel) aufrechterhalten, der so groß ist, daß der Anker 2 unter Zusammendrückung der Druckfeder 8 weiter am Polkern 3 anliegt bzw. im angezogenen Zustand verbleibt. Die Druckfeder 8 liegt in einer Bohrung im Anker 2, stützt sich einerseits am Anker 2 und andererseits am Polkern 3 ab.If the armature 2 is to be drawn into the winding 11 of the magnet 1, direct current is passed through the winding 11 of the magnet 1. The direction of the direct current must be such that the direction of the magnetic flux in the iron bracket 4 on the one hand and in the yoke 7 on the other hand is the same as the direction of the magnetic flux in the permanent magnets 5, 6. To draw the armature 2 into the magnet 1, it is sufficient to apply direct current to the winding 11 for a short time, i.e. in a pulsed manner. The magnetic flux in the iron bracket 4 on the one hand and in the yoke 7 on the other hand amplifies the magnetic flux of the permanent magnets 5, 6 and thus in the entire magnetic circuit, so that the armature 2 is drawn into the magnet 1. If the armature 2 is drawn into the magnet 1 as shown in Fig. 1 - even after the direct current through the winding 11 of the magnet 1 has ended, the permanent magnets 5, 6 maintain a magnetic flux in the magnetic circuit (permanent magnets, yoke, armature, pole core, iron bracket) that is so large that the armature 2 continues to rest against the pole core 3 when the compression spring 8 is compressed or remains in the attracted state. The compression spring 8 lies in a hole in the armature 2, rests on the armature 2 on the one hand and on the pole core 3 on the other.
Soll der Anker 2 wieder ausgefahren werden, wird erneut ein Gleichstrom durch die Wicklung 11 des Magneten 1 geleitet, dessen Richtung aber umgekehrt derjenigen ist, die dem Anzug des Ankers 2 diente. Der magnetische Fluß im Eisenbügel 4If the armature 2 is to be extended again, a direct current is again passed through the winding 11 of the magnet 1, but the direction of this current is the opposite of that which was used to attract the armature 2. The magnetic flux in the iron bracket 4
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einerseits und im Joch 7 andererseits ist demjenigen in den Permanentmagneten 5, 6 entgegengerichtet, so daß sie keinen oder zumindest nur noch einen geringen magnetischen Fluß im Anker 2 gestatten. Auch hierfür reicht kurzzeitige, also impulsmäßige Beaufschlagung der Wicklung 11 mit Gleichstrom aus. Die Druckfeder 8 schiebt den Anker 2 von dem Polkern 3 weg, also aus dem Magneten 1 heraus.on the one hand and in the yoke 7 on the other hand is opposite to that in the permanent magnets 5, 6, so that they allow no or at least only a small magnetic flux in the armature 2. For this too, a short-term, i.e. pulsed, direct current application to the winding 11 is sufficient. The compression spring 8 pushes the armature 2 away from the pole core 3, i.e. out of the magnet 1.
Anstatt einer einzigen Wicklung 11 (Fig. 1) können bei einem Ausführungsbeispiel auch zwei Wicklungen 17, 18 (Fig. 3) aufeinandergewickelt sein, wobei zweckmäßigerweise das äußere Ende der inneren Wicklung 17 mit dem inneren Ende der äußeren Wicklung 18 elektrisch verbunden ist, so daß sich eine günstige Möglichkeit der Umpolung zum Zweck der Betätigung des Ankers 2 des Magneten 1 ergibt. Zu diesem Zweck ist die elektrische Verbindung zwischen den beiden Wicklungen 17, 18, nämlich ein Mittenanschluß 29 - wie auch die beiden freien Enden der Wicklungen 17, 18 - aus dem Magneten 1 herausgeführt.Instead of a single winding 11 (Fig. 1), in one embodiment two windings 17, 18 (Fig. 3) can be wound on top of one another, whereby the outer end of the inner winding 17 is expediently electrically connected to the inner end of the outer winding 18, so that a convenient possibility of reversing the polarity is provided for the purpose of operating the armature 2 of the magnet 1. For this purpose, the electrical connection between the two windings 17, 18, namely a center connection 29 - as well as the two free ends of the windings 17, 18 - is led out of the magnet 1.
Anstatt der im Anker 2 gelagerten Druckfeder 8 (Fig. 1) kann gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel eine Druckfeder 10 (Fig. 3) vorgesehen sein, die sich einerseits an einem gehäusefesten Widerlager 19 und andererseits am Anker 2 abstützt. Beim Ausführungsbeispiel ist die Druckfeder 10 konzentrisch auf dem Anker 2 angeordnet.Instead of the compression spring 8 (Fig. 1) mounted in the armature 2, according to another embodiment, a compression spring 10 (Fig. 3) can be provided, which is supported on the one hand on an abutment 19 fixed to the housing and on the other hand on the armature 2. In the embodiment, the compression spring 10 is arranged concentrically on the armature 2.
Der Anker des Magneten 1 ist von dem Medium, das das Ventil 9 passiert, also vor allem Wasser, umspült. Zieht der Anker an, bremst ihn das Wasser in dem Raum, in den er hineingleiten will. Insbesondere trifft dies für den Raum zwischen dem Anker und dem Polkern 3 zu.The armature of the magnet 1 is surrounded by the medium that passes through the valve 9, i.e. mainly water. If the armature pulls, the water slows it down in the space into which it wants to slide. This applies in particular to the space between the armature and the pole core 3.
Anstatt eines Ankers 2 mit rundem Querschnitt (Fig. 2) kann gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Anker 20 (Fig. 4) mit längs des Ankers 20 verlaufenden Schlitzen 21, 22 verwendetInstead of an anchor 2 with a round cross-section (Fig. 2), according to one embodiment, an anchor 20 (Fig. 4) with slots 21, 22 running along the anchor 20 can be used.
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werden. Über diese Schlitze 21, 22 des Ankers 20 fließt Wasser insbesondere aus dem Raum zwischen dem Anker 20 und dem Polkern 3 ab, wenn der Anker 20 angezogen wird. Durch den Druckausgleich über die Schlitze 21, 22 wird die Bewegung des Ankers 20 nur noch in einem vernachlässigbaren Maße durch das Wasser gebremst.Water flows through these slots 21, 22 of the armature 20, particularly from the space between the armature 20 and the pole core 3, when the armature 20 is attracted. Due to the pressure equalization via the slots 21, 22, the movement of the armature 20 is only slowed down by the water to a negligible extent.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel hat ein Anker 23 (Fig. 5) einen runden Querschnitt, und ein Ankerführungsrohr 24 ist mit längs des Ankerführungsrohrs 24 verlaufenden Schlitzen 25, 26 versehen. Zieht der Anker 23 an, fließt Wasser insbesondere aus dem Raum zwischen dem Anker 23 und dem Polkern 3 über die Schlitze 25, 26 des Ankerführungsrohrs 24 ab. Durch den Druckausgleich über die Schlitze 25, 26 wird die Bewegung des Ankers 23 nur noch in einem vernachlässigbaren Maße durch das Wasser gebremst.According to another embodiment, an armature 23 (Fig. 5) has a round cross-section, and an armature guide tube 24 is provided with slots 25, 26 running along the armature guide tube 24. When the armature 23 pulls, water flows out, in particular from the space between the armature 23 and the pole core 3, via the slots 25, 26 of the armature guide tube 24. Due to the pressure equalization via the slots 25, 26, the movement of the armature 23 is only slowed down by the water to a negligible extent.
Anstatt stabförmiger Permanentmagneten 5, 6 (Fig. 1, 2, 3) kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel als Permanentmagnet 27 (Fig. 6) ein ringförmiger Permanentmagnet vorgesehen sein. In diesem Fall wird ein ringförmiges Joch verwendet.Instead of rod-shaped permanent magnets 5, 6 (Fig. 1, 2, 3), according to a further embodiment, a ring-shaped permanent magnet can be provided as the permanent magnet 27 (Fig. 6). In this case, a ring-shaped yoke is used.
Gemäß weiterer Ausführungsbeispiele kann der für den magnetischen Kreis notwendige Permanentmagnet auch dem Polkern oder dem Anker zugeordnet sein, also mit dem Polkern oder dem Anker verbunden oder Teil von ihm sein.According to further embodiments, the permanent magnet required for the magnetic circuit can also be assigned to the pole core or the armature, i.e. connected to the pole core or the armature or be part of it.
Der magnetische Kreis, also dessen mechanische Abmessungen und magnetischen Werte, der Permanentmagnet bzw. die Permanentmagnete, die Wicklung(en) und die Druckfeder für den Anker müssen insgesamt so bemessen bzw. justiert sein, daß der Übergang von der einen zu der anderen stabilen Endlage des Ankers innerhalb von weniger als 20 ms vonstatten geht. Ist diese Bedingung erfüllt, ist der Magnet 1 mit Impulssteuerung bei minimalem Energieeinsatz betreibbar.The magnetic circuit, i.e. its mechanical dimensions and magnetic values, the permanent magnet or the permanent magnets, the winding(s) and the compression spring for the armature must be dimensioned or adjusted in such a way that the transition from one stable end position of the armature to the other takes place within less than 20 ms. If this condition is met, magnet 1 can be operated with pulse control with minimal energy consumption.
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