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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Magnetventile mit Haltevorrichtung bzw. verriegelnde Magnetventile,
und im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung Ventile mit
verriegelnden Magnetstellgliedern.
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Stand der
Technik
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Es ist wünschenswert, in Krankenhäusern, in öffentlichen
Toiletten und anderen öffentlichen
Einrichtungen in den Waschräumen
Wasserhähne
bereitzustellen, die sich nach einem bestimmten Zeitraum selbst
abschalten, so dass das Wasser nicht unbegrenzt weiter läuft, wenn
der Benutzer den Wasserhahn nicht abstellt. Herkömmliche Wasserhähne mit
dieser Betriebs- bzw. Funktionsweise werden für gewöhnlich als "Messwasserhähne" bezeichnet und weisen einen mechanischen
Aufbau auf, wobei sie durch einen Kolben betätigt werden. Wenn der Kolben
durch den Benutzer so bewegt wird, dass sich das Ventil öffnet, erweitert
sich eine variable Kammer in dem Ventil und füllt sich mit Luft oder Wasser. Nachdem
er durch den Benutzer gelöst
bzw. freigegeben worden ist, bewegt sich der Kolben durch Federkraft
und verringert die Größe der Kammer
mit einer Rate, die durch die Abgabe bzw. Freigabe von Luft oder
Wasser durch eine Messöffnung
geregelt wird. Dies beschränkt
die Rate, mit der die Federkraft den Kolben bewegt, um das Ventil
zu schließen
und somit auch den Zeitraum, über
den Wasser aus dem Wasserhahn fließt. Zu den Nachteilen eines
derartigen mechanischen Wasserhahns zählt die Tatsache, dass die
mechanischen Bauteile durch wiederholten Einsatz einen Verschleiß aufweisen,
und wobei die Messöffnung
verstopft, wobei es letztendlich erforderlich wird, entweder einen
Austausch oder periodische Einstellungen sowie Reinigungen vorzunehmen,
um sicherzustellen, dass das Ventil über einen angemessenen Zeitraum
offen bleibt, damit sich der Benutzer die Hände waschen kann.
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Als eine Alternative zu diesen mechanisch-automatischen
Wasserhähnen
wurden Ausführungen
elektrisch gesteuerter Magnetventile vorgeschlagen. Ein herkömmliches
Magnetventil bleibt jedoch nur so lange auf, wie ein elektrischer
Strom einer elektromagnetischen Spule des Magnetventilstellglieds
zugeführt
wird. Nach Deaktivierung des elektrischen Stroms sorgt eine Feder
dafür,
dass das Solenoid das Ventil schließt. Folglich verbrauchen Magnetventile
eine erhebliche Menge an Strom, wodurch sie sich kaum für einen
batteriebetriebenen Betrieb eignen. Somit erfolgt die Stromzufuhr
für gewöhnlich über eine
elektrische Stromversorgung unterhalb der Sanitäreinrichtung, wobei es erforderlich ist,
den Benutzer vor einem elektrischen Stromschlag zu schützen, wenn
ein Schaltungsfehler auftritt.
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WO 91/17380 offenbart ein membranartig betriebenes
Ventil, das sich zum Einsatz in einer automatischen Wasserhahnanordnung
eignet, wobei es mit einem besser verriegelnden, über ein
Solenoid betätigtes
Stellglied versehen ist, entweder für eine Hochdruck- oder Niederdruck-Führungsanordnung gemäß alternativen
Ausführungsbeispielen
dieser Erfindung. Ein Filter ist vorgesehen, um es zu verhindern,
das Teilchen bzw. Partikel in die Führungsanordnung eindringen.
Ein manuell zu betätigendes
Sicherheits- bzw. Überlaufventil
ist vorgesehen, um den Betrieb des membranartig betriebenen Ventils bei
einer Fehlfunktion zu umgehen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die allgemeine Aufgabe zugrunde, ein verriegelndes bzw. haltendes
Magnetstellglied vorzusehen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die weitere Aufgabe zugrunde, ein derartiges verriegelndes Magnetventil
mit einem Dauermagneten vorzusehen, der in einer elektromagnetischen
Spule angeordnet ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die weitere Aufgabe zugrunde, ein derartiges Ventil vorzusehen, das über eine
Batterie über
einen verhältnismäßig langen
Zeitraum betrieben werden kann, bevor ein Batteriewechsel erforderlich
ist.
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Diese und andere Aufgaben der vorliegenden
Erfindung werden durch ein verriegelndes Solenoid erfüllt, das
eine Spule aus einem unmagnetischen Material mit einer Bohrung aufweist.
Eine Solenoidspule bzw. eine Zylinderspule ist um die Spule gewickelt,
so dass ein Elektromagnet gebildet wird, der ein Magnetfeld erzeugt,
wenn elektrischer Strom durch die Spule fließt. Ein Dauermagnet ist in
der Bohrung der Spule gemeinsam mit einem Flusskonzentrator aus
einem magnetisch durchlässigen
Material angeordnet. Ein Kolben ist verschiebbar in der Bohrung
angeordnet und steht axial auswärts
aus der Spule vor.
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Ein Gehäuse aus einem magnetisch durchlässigen Material
umgibt die Spule und weist ein erstes Element auf, das entweder
den Dauermagneten oder den Flusskonzentrator berührt. Ein zweites Element des
Gehäuses
weist eine Öffnung
auf, durch welche sich der Kolben erstreckt, ohne das zweite Element
zu berühren,
um die Reibungseffekte an dem Kolben so gering wie möglich zu
halten.
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Das Solenoid betätigt einen Führungsventilmechanismus,
der einen Käfig
aus einem unmagnetischen Material aufweist, der mit dem Gehäuse gekoppelt
ist und eine Aussparung aufweist, die ein Ende des Kolbens aufnimmt
und unterstützt.
Der Käfig
weist eine Führungsröhre auf,
die einen Durchgang mit einer ersten Öffnung in die Aussparung aufweist,
wobei ein Führungsventilsitz
um die erste Öffnung
angeordnet ist.
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Ein Ventilgehäuse bzw, ein Ventilkörper ist mit
dem Gehäuse
gekoppelt und weist einen Einlass und einen Auslass auf. Der Einlass
kommuniziert über
eine Öffnung
mit dem Auslass, und ein primärer Ventilsitz
erstreckt sich um die Öffnung.
Eine elastische Membran greift selektiv mit dem primären Ventilsitz
ein, um die Öffnung
zu schließen.
Die elastische Membran weist einen Durchgang auf, in welchem die
Führungsröhre genau
passend aufgenommen wird.
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Vorgesehen ist gemäß der vorliegenden
Erfindung ein verriegelndes Magnetventil, das folgendes umfasst:
ein Solenoid mit einer Bohrung und einer Spule zur Erzeugung eines
Magnetfelds, wenn ein elektrischer Strom dort hindurch fließt; einen Flusskonzentrator
eines magnetisch durchlässigen Materials,
der in der Bohrung angeordnet ist; einen Kolben aus einem magnetisch
durchlässigen
Material, der verschiebbar in der Bohrung angeordnet ist und von
dem Solenoid auswärts
vorsteht; eine Einfassung aus einem magnetisch durchlässigen Material,
welche das Solenoid enthält
und ein erstes Element aufweist sowie ein zweites Element mit einer Öffnung,
durch die sich der Kolben erstreckt; ein Ventilgehäuse, das
mit der Einfassung gekoppelt ist und einen Einlass und einen Auslass aufweist,
der über eine Öffnung eine Übertragungsverbindung
mit dem Einlass aufweist, wobei sich ein primärer Ventilsitz um die Öffnung erstreckt;
gekennzeichnet durch einen Dauermagneten, der sich in der Bohrung
befindet; einen Käfig
aus einem unmagnetischen Material, der mit der Einfassung gekoppelt
ist und eine Aussparung aufweist, in der ein Ende des Kolbens aufgenommen
und gestützt
wird, wobei der Käfig
ein Führungsrohr
mit einer ersten Öffnung
in die Aussparung aufweist und mit einer zweiten Öffnung,
wobei der Käfig
einen Führungsventilsitz
um die erste Öffnung und
eine Auslassöffnung
aufweist, die sich von der Aussparung durch den Käfig erstreckt;
eine elastische Membran, die mit dem Käfig so zusammenwirkt, dass
eine Kammer gebildet wird, in welche die Auslassöffnung kommuniziert und auf
den Druck in der Kammer dadurch anspricht, dass selektiv ein Eingriff mit
dem primären
Ventilsitz hergestellt wird, um die Öffnung zu schließen, wobei
die elastische Membran eine Führungsöffnung aufweist,
die mit dem Auslass in Übertragungsverbindung
steht und in der das Führungsrohr
aufgenommen wird; und wobei das genannte erste Element der Einfassung
entweder den Dauermagneten oder den Flusskonzentrator berührt.
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Vorgesehen ist gemäß der vorliegenden
Erfindung ferner ein Verriegelndes Magnetventil, das folgendes umfasst:
eine Solenoidspule; einen Flusskonzentrator aus einem magnetisch
durchlässigen Material;
einen Kolben aus einem magnetischen Material; eine Feder, welche
den Kolben von dem Flusskonzentrator weg vorfedert; ein Ventilgehäuse, das mit
dem Gehäuse
gekoppelt ist und einen Einlass und einen Auslass aufweist, der
durch eine Öffnung mit
dem Einlass in Übertragungsverbindung
steht, wobei sich ein primärer
Ventilsitz um die Öffnung
erstreckt; gekennzeichnet durch ein Gehäuse aus einem magnetischen
Material mit einem offenen Ende und mit einem geschlossenen Ende
mit Gewindeöffnung;
ein Polstück,
das in die Gewindeöffnung
geschraubt ist; einen Spulenkörper,
der aus einem unmagnetischen Werkstoff in dem Gehäuse ausgebildet
ist und eine Bohrung aufweist; wobei die genannte Solenoidspule
auf die Spule gewickelt wird, um ein Magnetfeld zu erzeugen, wenn
ein elektrischer Strom dort hindurch fließt; einen Dauermagneten, der
in der Bohrung des Spulenkörpers
angeordnet ist und an das Polstück
anstößt; wobei
der genannte Flusskonzentrator in der Bohrung des Spulenkörpers angeordnet
ist und an den Dauermagneten anstößt; wobei der genannte Kolben
verschiebbar in der Bohrung des Spulenkörpers angeordnet ist und von
dem Spulenkörper
auswärts
vorsteht; eine Endkappe aus einem magnetischen Material, die mit
dem Gehäuse eingreift
und das offene Ende verschließt,
wobei die Endkappe eine Öffnung
aufweist, durch die sich der Kolben erstreckt, ohne die Endkappe
zu berühren;
einen Käfig
aus einem festen, unmagnetischen Werkstoff, der mit der Endkappe
gekoppelt ist und erste und zweite entgegengesetzte Seiten aufweist,
wobei die erste Seite eine Aussparung aufweist, in der ein Ende
des Kolbens aufgenommen und gestützt
wird, wobei der Käfig
ein Führungsrohr
mit einem Führungsventilsitz
an einem Ende aufweist, das sich in die Aussparung öffnet, und
mit einem zweiten Ende, wobei der Käfig ferner eine Auslassöffnung aufweist, die
sich zwischen der Aussparung und der zweiten Seite erstreckt; und
eine elastische Membran angrenzend an die zweite Seite des Käfigs, so
dass dazwischen eine Führungskammer
gebildet wird, und wobei die Membran auf den Druck in der Kammer
dadurch anspricht, dass sie selektiv mit dem primären Ventilsitz
eingreift, um die Übertragungsverbindung zwischen
dem Einlass und dem Auslass zu schließen, wobei die elastische Membran
eine Führungsöffnung aufweist,
in der das Führungsrohr aufgenommen
wird, wobei das zweite Ende des Führungsrohres mit dem Auslass
in Übertragungsverbindung steht.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht durch einen automatischen selbst schließenden Wasserhahn,
der ein verriegelndes Magnetventil gemäß der vorliegenden Erfindung
aufweist;
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2 das
Ventil und die Leitungsteilanordnung des Wasserhahns; und
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3 eine
Querschnittsansicht des verriegelnden Magnetventils.
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Genaue Beschreibung
der Erfindung
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In anfänglichem Bezug auf die Abbildung
aus 1 ist ein Wasserhahn 10 dargestellt,
der einen hohlen Körper 12 mit
einem Ausfluss 14 aufweist, der nach oben und von dem Hauptabschnitt 13 des
hohlen Körpers
weggehend vorsteht. Der Körper
weist eine Basisplatte 16 auf, die auf der Oberfläche eines Waschbeckens
bzw. einer Wascheinrichtung oder auf einer Abstellfläche bzw.
Arbeitsfläche
neben einer Wascheinrichtung angebracht werden kann. Der obere Abschnitt
des hohlen Körpers 12 weist
eine zylindrische Öffnung 15 auf,
die eine Stellgliedeinheit 18 mit einer beweglichen oberen
Kappe 20 aufnimmt, die durch eine Schraube 17 verschiebbar
an der Verwendungsposition gehalten wird, die in eine Rille 19 in
dem Kern 21 der Stellgliedeinheit eindringt.
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Die Stellgliedeinheit 18 weist
eine Batterie 22 auf, die durch eine Abdeckung 38,
die durch eine weitere Schraube 39 an dem Körper 21 der
Einheit befestigt ist, an einem Paar elektrischer Kontakte 24 und 26 gehalten
wird. Die obere Kappe 20 und die Abdeckung 38 können zum
Austausch der Batterie einfach entfernt werden, ohne dass der Wasserhahn 10 von
der Wasserversorgung getrennt werden muss, oder ohne dass ein Zugang
auf Bauteile unterhalb der Oberfläche erforderlich ist, auf welcher
der Wasserhahn angebracht ist. Eine gedruckte Leiterplatte 28,
die in dem hohlen Körper 12 angeordnet
ist, empfängt
elektrischen Strom von der Batterie über die daran angebrachten
Batteriekontakte 24. Ein Gehäuse 49 umgibt die
gedruckte Leiterplatte 28, wobei ein Schutz durch Beschädigungen
durch Feuchtigkeit vorgesehen wird, und wobei die Schraube 53,
die das Gehäuse
an der Verwendungsposition hält,
auch die Stellgliedeinheit 18 an dem Wasserhahnkörper 12 sichert.
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Die gedruckte Leiterplatte 28 weist
eine Zeitgeberschaltung 29 auf sowie einen elektrischen Schalter 32 zum
Auslösen
der Zeitgeberschaltung. Eine Schalterstößelstange 34 erstreckt
sich nach unten durch die Stellgliedeinheit 18 von einer
Position unmittelbar unterhalb der Innenoberfläche der oberen Kappe 20 zu
dem Schalter 32 auf der gedruckten Leiterplatte 28.
Eine Feder 36 federt die obere Kappe 20 ferner
von der Abdeckung 38 weggehend vor sowie dem Kontakt mit
der Schalterstößelstange 34.
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Der elektrische Ausgang der Zeitgeberschaltung 29 steuert
ein Magnetventil 30 in dem Wasserhahngehäuse 12.
Das Magnetventil 30 ist mit einer Wassereinlassrohrleitung 40 verbunden,
die sich nach unten durch die Basisplatte 16 des Wasserhahns 10 erstreckt.
Eine Armatur bzw. ein Anschlussstück 33 an dem entfernten
Ende der Einlassrohrleitung 40 weist einen Filter (nicht
abgebildet) auf, der Partikel abscheidet, welche Öffnungen
des Magnetventils 30 verstopfen können. Eine Rohrleitung 42 steht
von dem Magnetventil 30 durch den Gehäuseausfluss 14 zu
einer Auslassarmatur 41 vor, auf welche ein Belüfter bzw.
Aerator 44 geschraubt wird. Das Magnetventil 30,
die Einlassrohrleitung 40, die Ausflussrohrleitung 42 und
die Auslassarmatur 41 bilden eine integrale Sanitärteileinheit 45,
wie dies aus der Abbildung aus 2 deutlich
wird, wobei die Teileinheit in dem hohlen Körper 12 des Wasserhahns 10 aus 1 sitzt. Wasser fließt nur durch
die Sanitärteileinheit 45 und
gelangt nicht in Kontakt mit dem Wasserhahnkörper 12.
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Die Sanitärteileinheit 45 wird
vorgefertigt und danach als eine Einheit durch die offene Unterseite des
Wasserhahnkörpers 12 eingeführt. Während der Einführung wird
die Ausflussrohrleitung nach oben durch den Ausfluss 14 geschoben,
bis die Auslassarmatur 41 der Teileinheit mit einer Öffnung 47 an
der Unterseite des entfernten Endes des Ausflusses 14 ausgerichtet
ist. Danach wird der Belüfter 44 durch die
Ausflussöffnung 47 auf
die Auslassarmatur geschraubt. Das Magnetventil 30 wird
nach oben geschoben, bis eine flache, abgefaste Oberfläche 43 an das
Gehäuse 49 anstößt, das
die gedruckte Leiterplatte 28 umgibt. Durch die Sicherung
der Basisplatte 16 über
der unteren Öffnung
des hohlen Körpers 12 hält die Sanitärteileinheit 45 an
der Verwendungsposition, wobei die Einlassrohrleitung 40 nach
unten durch die Basisplatte vorsteht. Dieser Ablauf wird umgekehrt,
um die Sanitärteileinheit 45 zur
Reparatur oder zum Austausch zu entfernen.
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Wie dies nachstehend im Text näher beschrieben
wird, wird die obere Kappe 20 durch einen Benutzer zur
Aktivierung des Wasserhahns nach unten geschoben. Diese Bewegung
der Stellgliedkappe 20 drückt bzw. schiebt die Stößelstange 32 nach
unten, wobei der Schalter 32 geschlossen und die Zeitgeberschaltung 29 auf
der gedruckten Leiterplatte 28 aktiviert wird. Während die
Zeitgeberschaltung aktiv ist, befindet sich das Magnetventil 30 in
einem offenen Zustand, so dass Wasser von der Einlassrohrleitung 40 zu
dem Belüfter
bzw. Aerator 44 fließen
kann.
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In Bezug auf die Abbildung aus 3 umfasst das Magnetventil 30 ein
verriegelndes Magnetstellglied 50 mit einem äußeren Gehäuse 51,
das eine elektromagnetische Spule 52 umgibt, die um eine
Spule 54 aus einem unmagnetischen Material wie etwa Kunststoff
gewickelt ist. Das äußere Gehäuse 51 wird
aus Stahl oder einem anderen magnetisch durchlässigen Material hergestellt.
Die Spule 54 weist eine Bohrung 56 auf, die sich
zentral dort hindurch erstreckt, worin ein zylindrischer Metallflusskonzentrator 58 aufgenommen
wird, der eine ringförmige
Rille mit einem darin befindlichen O-Ring 60 aufweist.
Der Flusskonzentrator 58 ist von einer Solenoidspule 52 umgeben.
Ein Dauermagnet 62 stößt an ein
Ende des Flusskonzentrators 58 an und befindet sich angrenzend
an ein äußeres Ende
der Bohrung 56. Der Flusskonzentrator 58 und der
O-Ring 60 dichten die Bohrung der Spule 54 ab,
so dass Wasser in einem unteren Abschnitt des Ventils den Magneten 62 nicht
erreicht. Somit kann ein Seltenerdmagnet verwendet werden, der für seine
Größe eine
verhältnismäßig große magnetische
Kraft vorsieht. Ein Polstück 64 wird
in eine integrale Armatur 66 des Solenoidgehäuses 51 geschraubt
und hält
den Magneten 62 in der Spulenbohrung gegen den Flusskonzentrator 58.
Das Polstück
64 kann
während
der Montage axial eingestellt werden, um Fertigungstoleranzen der
zugeordneten Bauteile auszugleichen.
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Ein Edelstahlkolben 68 ist
verschiebbar in der Spulenbohrung 56 auf der Seite des
Flusskonzentrators 58 angeordnet, die dem Dauermagneten 62 gegenüberliegt,
und der Kolben wird durch eine Feder 70 von dem Flusskonzentrator
weggehend vorgefedert. Das entfernte Ende des Kolbens 68 weist
eine Aussparung mit einer darin vorgesehenen elastischen Dichtung 72 auf.
Das entfernte Ende des Kolbens 68 steht von einem inneren
Ende der Spule 54 nach außen vor.
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Das Ende der Spule 54 weist
einen sich auswärts
erstreckenden Flansch 74 auf, mit einer ringförmigen Aussparung 76,
die sich um die Öffnung
der Spulenbohrung 56 erstreckt. Ein zylindrischer Rand 78 einer
Endkappe 80 aus einem magnetisch durchlässigen Material wie etwa Edelstahl
wird in dieser Aussparung 76 aufgenommen und dort durch
einen zweiten O-Ring 82 abgedichtet. Das offene Ende des Gehäuses 51 ist
um die Kante der Endkappe 80 gefalzt, wodurch die Einfassung
für das
Solenoidstellglied bzw. das Magnetstellglied 50 vollständig vorgesehen
ist. Eine Öffnung,
die sich durch den zylindrischen Rand 78 erstreckt, weist
einen Durchmesser auf, der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser
des Kolbens 68, der dort hindurch vorsteht, wodurch ein
Magnetflusszwischenraum 69 gebildet wird. Dies führt dazu,
dass der Kolben 68 sich axial bewegen kann, ohne die Endkappe 80 zu
berühren. Die
Endkappe weist einen zweiten röhrenförmigen Vorsprung 84 mit
größerem Durchmesser
auf, der sich von dem entgegengesetzten Ende auswärts erstreckt.
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Das Polstück 64, das äußere Gehäuse 51, die
Endkappe 80, der Kolben 68 und der Flusskonzentrator 58 erzeugen
einen Magnetflusspfad für
den Dauermagneten 62 und den durch die Spule 52 gebildeten
Elektromagneten. Dieser Flusspfad weist einen konstanten Magnetflusszwischenraum 96 zwischen
dem Kolben 68 und der Endkappe 80 auf sowie regelbaren
Magnetflusszwischenraum 67 zwischen dem Flusskonzentrator 58 und
dem Kolben 68. Die Größe des regelbaren
Magnetflusszwischenraums ändert
sich mit der Bewegung des Kolbens in der Bohrung 56, wie
dies nachstehend im Text näher beschrieben
wird.
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Ein buchsenartiger Käfig 86,
der aus einem steifen, unmagnetischen Material wie etwa Kunststoff hergestellt
wird, weist ein geschlossenes Ende auf, das in einer Öffnung des
zweiten Endkappenvorsprungs 84 aufgenommen wird, um dazwischen
einen Hohlraum 85 zu bilden. Dieser Hohlraum 85 ist teilweise
durch eine Aussparung 90 in dem Käfig 86 definiert,
welche das entfernte Ende des Kolbens 68 aufnimmt. Der
Innendurchmesser des Kolbens 68 stimmt genau mit dem Außendurchmesser
des Kolbens 68 überein,
so dass die axiale Bewegung des Kolbens geführt wird, während gleichzeitig, der Abstand
zwischen der äußeren Oberfläche des
Kolbens und der magnetisch durchlässigen Endkappe 84 aufrechterhalten
wird. Ein dritter O-Ring 88 sieht einen dichten Verschluss
zwischen dem Käfig 86 und
der Endkappe 80 vor. Eine Ausströmungsöffnung 87 sieht einen
Fluiddurchgang von dem Hohlraum 85 durch den Käfig 86 vor.
Der Käfig 86 weist
eine Führungsrohrleitung 92 auf,
die nach unten über
einen offenen Rand 94 des Käfigs 86 vorsteht.
Eine Öffnung 96 durch
die Führungsrohrleitung 92 weist
eine erhöhte Öffnung auf,
die zu dem Kolben 68 gerichtet ist, wodurch ein Führungsventilsitz 98 vorgesehen wird.
Die Kolbendichtung 78 greift mit diesem Führungsventilsitz 98 ein,
wenn sich das Magnetventil 30 in dem geschlossenen Zustand
befindet, wie dies nachstehend im Text näher beschrieben wird.
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Eine Membran 100 aus einem
elastischen Material wie etwa Gummi erstreckt sich über den
offenen Rand 94 des Käfigs 86,
wobei eine Führungskammer 115 dazwischen
gebildet wird, die an der Verwendungsposition gehalten wird. Die
Peripherie der Membran 100 wird zwischen dem Käfig 86 und einem
Ventilkörper 102 komprimiert,
der auf die Endkappe 84 geschraubt ist. Die Membran 100 weist
dort hindurch eine zentrale Öffnung 104 auf,
und die Führungsrohrleitung 92 der
Endkappe passt genau in diese zentrale Öffnung. Ein zentrales Teilstück 106 der
Membran 100 befindet sich in einem Einlass 114 in
dem Ventilkörper 102 und
weist dort hindurch eine Ausströmungsöffnung 107 auf.
In dem geschlossenen Zustand des verriegelnden Magnetventils 30 stößt das zentrale
Teilstück 106 der
Membran 102 an den Hauptventilsitz 108 an, der
um eine Öffnung
eines Auslasses 110 von dem Einlass 114 zu der
Auslassrohrleitung 42 ausgebildet ist. Der Wasserdruck in
dem Einlass 114 wird durch die Ausströmungsöffnung 107 übermittelt,
so dass der Druck in dem Hohlraum 85 hinter der Membran 100 größer ist
als in dem Auslass 110, wodurch die Öffnung zwischen dem Einlass
und dem Auslass an dem Ventilsitz 108 geschlossen gehalten
wird.
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In dem geschlossenen Zustand des
Magnetventils 30 wird der Kolben 68 an der Öffnung der
Führungsrohrleitung 92 gegen
den Führungsventilsitz 98 gehalten,
und zwar durch die Kraft der Feder 70 und jede etwaig vorhandene
pneumatische oder hydraulische Kraft, wodurch die Kolbendichtung 72 diese Öffnung schließt. Die
ausgeübte
axiale magnetische Kraft, um den Kolben 68 in Richtung
des Dauermagneten 62 zu ziehen, wird durch die Länge des
regelbaren Magnetflusszwischenraums 67 zwischen dem Flusskonzentrator 58 und
dem Kolben ebenso bestimmt wie durch die Flussdichte in dem Magnetflusszwischenraum.
Die magnetische Kraft wird dadurch verringert, dass der Magnetflusszwischenraum 67 größer oder
die Flussdichte geringer gestaltet werden. Das Design des Kolbens 68,
des Flusskonzentrators 58 und des Dauermagneten 62 bewirkt
eine schnelle Reduzierung der Flussdichte des Zwischenraums bei
zunehmender Zwischenraumlänge.
An der geschlossenen Position des Kolbens 68 ist der regelbare
Magnetflusszwischenraum 67 ausreichend groß, so dass
die durch den Dauermagneten 62 ausgeübte axiale magnetische Kraft
so gering wie möglich
gehalten wird und die Federkraft nicht überwunden werden kann. Somit
wird der Kolben an der geschlossenen Position gehalten, wenn kein
elektrischer Strom durch die Spule 52 fließt.
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Ein im Wesentlichen konstanter Magnetflusszwischenraums 69 existiert
in dem Magnetflusspfad zwischen dem Kolben 68 und der Endkappe 80. Der
Magnetfluss in diesem Zwischenraum erzeugt eine radiale Kraft auf
den Kolben, die eine unerwünschte
Reibung verursachen kann, welche die axiale Bewegung des Kolbens 68 beeinträchtigt.
Die vorliegende Struktur reduziert den Effekt dieser Reibungskraft
durch Unterstützung
des angrenzenden Endes des Kolbens 58 an dem Kunststoffkäfig 86. Diese
Stütze
hält den
Kolben nahezu zentriert in dem Magnetflusszwischenraum 69,
wodurch die Radialkraft so gering wie möglich gehalten wird und eine Oberfläche mit
geringer Reibung und geringer Abnutzung bzw. mit geringem Verschleiß vorgesehen
wird, an welcher sich der Kolben bewegt. Durch das Stützen des
Kolbens mit der Kunststoffspule 54 und dem Kunststoffkäfig 86 kann
der konstante Magnetflusszwischenraum 69 verhältnismäßig klein
gehalten werden, wodurch die Effizienz des verriegelnden Magnetstellglieds 50 verbessert
wird.
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Wenn ein Benutzer auf die obere Kappe 20 der
Stellgliedeinheit 18 drückt,
wird die Zeitgeberschaltung 29 aktiviert, und der elektromagnetischen Spule 52 wird
ein kurzer elektrischer Stromimpuls zugeführt. Die Dauer (z. B. 0,025
Sekunden) des Impulses ist gerade lang genug, damit die Spule 52 ein weiteres
Magnetfeld mit der gleichen Polarität wie der Dauermagnet 62 erzeugen
kann, das den Kolben 68 weiter in die Spulenbohrung 56 der
Spule zieht und weg von dem Führungsventilsitz 98 an
der Öffnung der
Führungsrohrleitung 92,
wie dies in der Abbildung aus 3 dargestellt
ist. Der aktuelle Impuls ist stark genug, so dass der Kolben 68 auf
den Flusskonzentrator 58 trifft, wodurch der Magnetflusszwischenraum 67 in
dem Magnetflusspfad beseitigt und dadurch die Kraft des Dauermagneten 62 maximiert wird.
Diese Kraft des Dauermagneten ist an sich ausreichend, um die Kraft
der Feder 70 zu überwinden und
um den Kolben von der Öffnung
der Führungsrohrleitung 92 fern
zu halten. Anders ausgedrückt
ist die Kraft des Dauermagneten 62 jetzt größer als
die Federkraft. Der Kolben wird somit in dem offenen Zustand verriegelt,
und zwar durch den Dauermagneten 62 an dem Ende des elektrischen
Impulses von der Zeitgeberschaltung 29, wobei zu diesem
Zeitpunkt das Magnetfeld endet, das von der Spule 52 erzeugt wird.
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Die Strecke des Kolbenhubs wird verhältnismäßig kurz
gehalten, um die erforderliche Energie so gering wie möglich zu
halten, um den Kolben zwischen den extremen Positionen seiner Bewegung
zu halten. Dieser Kolbenhub wird geregelt, indem das Polstück 64 in
die Spulenbohrung 56 bewegt wird und aus dieser heraus.
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Wenn sich der Kolbe 68 von
dem Führungsventilsitz 98 weg
bewegt, öffnet
sich der Käfighohlraum 85 in
den Führungsdurchgang 96,
der mit der Auslassrohrleitung 42 kommuniziert. Dies entlastet den
Druck aus dem Hohlraum 85 und in der Führungskammer 115 hinter
der Membran 100 über
die Ausströmungsöffnung 87.
Bei einer derartigen Druckfreigabe drückt der Druck in dem Einlass 114 die Membran 100 von
dem Hauptventilsitz 108 weg, wobei ein Durchgang zwischen
den Einlass- und Auslassrohrleitungen 40 und 42 geöffnet wird.
Dies ermöglicht
es, dass Wasser durch das Ventil und aus dem Belüfter 44 fließt.
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Wenn der Ventilöffnungszeitraum (zum Beispiel
drei bis elf Sekunden) abläuft, übermittelt
die Zeitgeberschaltung 29 automatisch einen weiteren elektrischen
Stromimpuls in die entgegengesetzte Richtung zu dem ersten Stromimpuls
durch die elektromagnetische Spule 52, wodurch ein Magnetfeld erzeugt
wird, das zu der Polarität
des Dauermagneten 62 eine entgegengesetzte Polarität aufweist.
Die Zeitgeberschaltung erzeugt diesen Impuls auch dann, wenn der
Benutzer einen Schalter 32 betätigt, indem er bei offenem
Magnetventil auf die obere Kappe 20 drückt. Dieser Impuls erzeugt
ein elektromagnetisches Feld, das im Wesentlichen die Kraft des
Dauermagneten egalisiert, wodurch die Feder den Kolben 68 aus
der Spule 54 und gegen den Käfig 86 drücken kann,
wobei der Führungsdurchgang 96 verschlossen
wird. Diese Bewegung vergrößert ferner
den regelbaren Magnetflusszwischenraum 67 zwischen dem
Flusskonzentrator 58 und dem Kolben, so dass am Ende des
elektrischen Impulses, wenn das elektromagnetische Feld endet, die
Kraft des Dauermagneten auf einen niedrigeren Wert als die Federkraft
verringert wird. Folglich hält
die Feder 70 den Kolben in dem geschlossenen Zustand.
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Wenn der Kolben 68 dicht
mit dem Führungsventilsitz 98 an
der Öffnung
der Führungsröhre 96 abschließt, wird
der Druck in der Führungskammer 115 hinter
der Membran 100 größer als
der Druck in dem Auslass. Als Folge dieser Druckdifferenz wird die
Membran 100 gegen den Hauptventilsitz 108 gedrückt, wodurch
der Durchgang zwischen den Einlass- und den Auslassrohrleitungen 40 und 42 geschlossen
wird. Die Membran 100 wird so lange in dieser Position
gehalten, bis der Druck ausgeglichen wird, indem sich der Kolben 68 einmal
mehr von dem Führungsventilsitz 98 weg
bewegt. Aufgrund des Eingriffs des Kolbens 68 mit dem steifen
Käfig 86 zum Schließen des
Führungsdurchgangs übt der Kolben keine
direkte Kraft auf die Membran 100 aus. Dies führt zu einem
weicheren, ruhigeren, Betrieb der Membran.