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Title:
MEDIA-ISOLATED LOW-ENERGY VALVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/042770
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electromagnetically actuated valve device comprising armature means (14, 56-60) that can be moved as a reaction to the powering of stationary coil means (30) in order to open a preferably media-isolated fluid channel (12), said armature means being movable in a valve housing, against a restoring force from energy storage means (22) preferably comprising a spring, in an axial movement direction, towards stationary core means (40-44; 54) that conduct a coil magnetic flux and define an opening position of the armature means, the stationary core means comprising permanent magnet means (42; 70) that are associated and/or coupled in a magnetic-flux-conducting manner such that in the opening position, the permanent magnet means exert a permanent-magnetic force rectified by a coil magnetic force of the powered coil means on the armature means, and the energy storage means are designed and/or dimensioned such that the restoring force, particularly in the opening position of the armature means, is greater than the permanent-magnetic force and smaller than than the sum of the permanent-magnetic force and the coil magnetic force.

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Inventors:
ZWICKEL RAINER (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/072090
Publication Date:
March 07, 2019
Filing Date:
August 15, 2018
Export Citation:
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Assignee:
ETO MAGNETIC GMBH (DE)
International Classes:
F16K31/08; F16K31/06; H01F7/16
Foreign References:
US20070241298A12007-10-18
DE202013005315U12013-07-09
US5897096A1999-04-27
EP3181968A12017-06-21
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
PATENTANWÄLTE BEHRMANN WAGNER PARTG MBB (DE)
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Claims:
Elektromagnetisch betätigte Ventilvorrichtung mit als Reaktion auf eine Bestromung stationärer Spulenmittel (30) zum Öffnen eines bevorzugt mediengetrennten Fluidkanals (12) bewegbaren Ankermitteln (14, 56-60),

die gegen eine Rückstell kraft von bevorzugt eine Feder aufweisenden Kraftspeichermitteln (22) entlang einer axialen Bewegungsrichtung in Richtung auf stationäre, eine Spulenmagnetfluss leitende und eine Öffnungsposition der Ankermittel definierende Kernmittel (40-44; 54) in einem Ventilgehäuse bewegbar geführt sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

die stationären Kernmittel Permanentmagnetmittel (42; 70) so zugeordnet und/oder magnetisch flussleitend angekoppelt aufweisen, dass in der Öffnungsposition die Permanentmagnetmittel eine permanentmagnetische, mit einer Spulenmagnetkraft der bestromten Spulenmittel gleichgerichtete Kraft auf die Ankermittel ausüben und die Kraftspeichermittel so eingerichtet und/oder dimensioniert sind, dass die Rückstell kraft, insbesondere an der Öffnungsposition der Ankermittel, größer als die permanentmagnetische Kraft und kleiner als die Summe aus der permanentmagnetischen Kraft und der Spulenmagnetkraft ist.

Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kernmittel als mehrteilige und bevorzugt modulartige Baugruppe (42- 46; 42'-46') realisiert sind, in welche/r ein die Permanentmagnetmittel realisierender Permanentmagnetkörper (42; 42') magnetisch flussleitend eingesetzt, aufgenommen und und/oder eingebettet ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der axial magnetisierte Permanentmagnetkörper entlang der Richtung der axialen Bewegungsrichtung zwischen unmittelbar benachbarten Kernkörpern (40, 44; 40', 44') der Baugruppe vorgesehen ist.

Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die modulartig und bevorzugt radialsymmetrisch und/oder zylindrisch ausgebildete Baugruppe mantelseitig von einer Hülse (46; 46') umschlossen ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnetmittel als Permanentmagnetkörper an einem radial vorspringenden und/oder abkragenden Abschnitt (66) der Kernmittel vorgesehen

und zum magnetischen Zusammenwirken mit einem radial vorspringenden und/oder abkragenden Ankerabschnitt (72) der Ankermittel (56-60) unter Ausbildung eines Luftspalts mit einer von einer Ankerposition abhängigen Luftspaltweite ausgebildet sind.

Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnetkörper (70) radial und/oder axial außerhalb eines von einer zumindest abschnittsweise zylindrischen Außenwand der Kernmittel (54) gebildeten elektromagnetischen Flusskreisabschnitts vorgesehen ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass den Spulenmitteln elektrische Ansteuermittel zum Erzeugen und Anlegen der Bestromung vorgeschaltet sind, die so ausgebildet sind, dass eine in eine Wicklung der Spulenmittel eingebrachte elektrische Leistung im Bestromungszustand zwischen einer höheren Leistung für eine Bewegung der Ankermittel vor Erreichen der Öffnungsposition an den Kernmitteln und einer niedrigeren Leistung mit oder nach einem Erreichen der Öffnungsposition Steuer- und/oder veränderbar ist.

Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Ansteuermitteln Zeitgebermittel und/oder Positionsdetektormittel zum Erfassen einer Position der Kernmittel zugeordnet und/oder vorgeschaltet sind.

Verwendung der elektromagnetisch betätigten Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Realisierung eines stromlos geschlossenen, insbesondere mittels einer Membran oder eines Faltenbalgs mediengetrennten monostabilen Magnetventils für medizinische Anwendungen, insbesondere für das Schalten eines Dialyseflu- ids, wobei im nicht bestromten Zustand das Magnetventil geschlossen und/oder ein Fluidfluss unterbrochen ist.

Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das stromlos geschlossene Magnetventil keine Mittel zur elektronischen Ankerrückstellung in die geschlossene Position aufweisen, insbesondere keine Mittel für eine Umpolung der Bestromung.

Description:
Mediengetrenntes Niederenergie-Ventil

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigte Ventilvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung einer derartigen elektromagnetisch betätigten Ventilvorrichtung.

Gattungsgemäße elektromagnetisch betätigte Ventilvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und werden etwa, in einer Ausführung als sog. mediengetrennte Ventilvorrichtungen (bei welchen ein durch das Ventil zu schaltendes bzw. zu steuerndes Ventilfluid keinen physischen Kontakt zur Ventilmechanik bzw. den Ventilkomponenten, mit Ausnahme des Fluidkanals, aufweist) auch für medizinische Anwendungen eingesetzt. So zeigt etwa exemplarisch die Fig. 3 zum als bekannt vorausgesetzten Stand der Technik ein elektromagnetisch betätigtes Ventil für eine Dialysevorrichtung, bei welcher ein zu schaltendes Dialysefluid durch ein Ventilgehäuse 10 mit durch das Ventil zu öffnender bzw. zu schließender Düse 12 geführt wird. Diese (typischerweise aus einem medienverträglichen Kunststoff realisierte) Düse 12 als Ventilsitz wird ge- steuert geöffnet bzw. geschlossen durch ein endseitig einer Ankereinheit 14 ausgebildetes Ventilgummi 16 (samt Faltenbalgstruktur), welches, in der Schnittansicht der Fig. 3 gut zu erkennen, einen düsenseitigen, einen verbreiternden Kopf ausbildenden Stößelabschnitt 18 der Ankereinheit 14 umschließt. Im gezeigten Beispiel setzt der Stößelabschnitt 18 einen zy- lindrischen Ankerkörper 20 einstückig fort, welcher wiederum, abgestützt durch eine Druckfeder 22, relativ zu einer (gleichermaßen zylindrischen) stationären Kerneinheit 24 axial, d.h. entlang einer durch eine Längsachse 26 definierten Bewegungs- und Längsrichtung, bewegbar geführt ist. In der Art einer ansonsten (gleichermaßen bekannten) magnetischen Aktorvorrichtung ist dabei die Kerneinheit 24 und die Ankereinheit 14 um- schlössen von einer auf einem (nicht magnetischen) Spulenträger 28 ausgebildeten Wicklung 30, welche, über in der Figur nicht gezeigte elektrische Anschlüsse, durch eine geeignete, gleichermaßen nicht gezeigte Vorschaltelektronik bestrombar ist. Als Reaktion auf eine solche Bestro- mung wird ein Spulenmagnetfluss erzeugt, welcher einen Flusskreis von der Kerneinheit 24 über ein umgebendes äußeres Gehäuse 32, eine darin eingepresste Flussleitscheibe 34 (sich radial zur Längsrichtung 26 erstreckend) bis zur Ankereinheit 14 und zur Kerneinheit 24 ausbildet. Dabei entsteht, erkennbar durch die konusförmige Ausbildung der Kerneinheit 24 in Richtung auf die Ankereinheit 14, ein Arbeitsluftspalt zwischen Kern und Anker; gleichermaßen erfolgt der magnetische Flusseintrag in die Ankereinheit 14 über einen zwischen der Ankereinheit 14 und der diese umgebenden Flussleitscheibe 34 mittels eines ausgebildeten Luftspalts. Die Druckfeder 22, welche sich einends von einer ankerseitigen Flachseite der stationären Kerneinheit und andererseits von einem Boden einer kern- seitigen Axialbohrung im Ankerkörper 20 abstützt, spannt auf die in Fig. 3 im unbestromten Zustand der Wicklung 30 gezeigte Weise die Ankereinheit 14 samt endseitigem Ventil- bzw. Verschlussgummi 16 in Richtung auf die Düse 12 vor, sodass in diesem unbestromten Zustand der Flu- idfluss durch die Ventilvorrichtung geschlossen ist. Mithin handelt es sich um eine sog. stromlos geschlossene Konfiguration (NC = normally clo- sed). Erst durch Bestromung der Wicklung 30 und mithin eine in Richtung auf den Kern 24 anziehende Kraft auf die Ankereinheit 14 (gegen eine rückstellende Kraft der Rückstellfeder 22) wird der Luftspalt zwischen Kern und Anker geschlossen und das Ventilgummi 16 legt den Düsenabschnitt 12 (Ventilsitz) frei, sodass der Fluidfluss ermöglicht ist. Eine Beendigung der Bestromung führt dann, durch Wirkung der Rückstellfeder 22, wieder zu einem Verschließen des Ventilsitzes, sodass die in Fig. 3 als gattungs- bildender Stand der Technik gezeigte Vorrichtung eine monostabile Aktua- torfunktionalität realisiert. Beim exemplarisch (gleichwohl bevorzugt) vorgesehenen Einsatzzweck einer Ventilschaltung bzw. Ventilsteuerung eines Dialysefluids für eine Dialysemaschine bedeutet dies, dass für das Öffnen des Ventils (und mit- hin das Ermöglichen eines Fluidflusses durch das Ventil) die Wicklung 30 kontinuierlich bestromt sein muss. Gleichzeitig realisiert die im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebene gattungsgemäße, oberbegriffliche Technologie einen sog. Fail-Safe-Modus, stellt also sicher, dass bei Störungen der Ansteuerung, Ausfall einer elektrischen Stromversorgung oder anderen ungeplanten Betriebszuständen, die Rückstellfeder 22 stets die Ankereinheit 14 zurück in die Verschlussstellung (Position der Fig. 3) verbringt, wenn keine Bestromung der Spule 30 mehr erfolgt. Damit ist insbesondere auch für den vorgesehenen medizinischen Einsatzzweck ein definierter Fluidflusszustand sichergestellt, insbesondere kann im Fall der Störung der Spannungsversorgung keine unbeabsichtigte (weitere) Fluid- versorgung eines Dialysepatienten mehr erfolgen.

Allerdings ist, insbesondere auch im vorliegenden medizinischen Kontext, die auf die beschriebene Weise ausfallgesicherte Ventiltechnologie ver- besserungsbedürftig; so bedarf es nämlich zur kontinuierlichen (und ordnungsgemäßen) Fluidversorgung etwa der beispielhaft zu betrachtenden Dialysemaschine stets einer kontinuierlichen Bestromung der Wicklung 30, und gerade etwa am Beispiel einer Dialyseverwendung handelt es sich hier um mehrstündige Aktivierungen. Dies sorgt dann nicht nur für einen entsprechenden kontinuierlichen elektrischen Energiebedarf (was sich z.B. im Hinblick auf portable oder mobile Anwendungen als potentiell nachteilig auswirkt), auch entsteht durch (unvermeidbare) elektrische Spulenwiderstände der Wicklung 30 eine Wärmeentwicklung, welche sich potentiell nachteilig auf das (thermisch sensible) Ventilfluid auswirken und entspre- chend zusätzliche Wärmeisolationsmaßnahmen erfordern kann. Als mögliche Lösung, welche als prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt vorausgesetzt werden kann, könnte die elektromagnetische Aktu- atorik der oberbegrifflichen Ventilvorrichtung statt monostabil - die Rückstellfeder als Kraftspeichermittel sorgt im unbestromten Zustand der Wick- lung für eine definierte Rückstellfunktion in eine geschlossene Ausgangsposition der Ventilvorrichtung - stromlos bistabil auszugestalten, d.h. die Aktuatorik schaltet zwischen der Ausgangsposition und einer Öffnungsposition (Ankereinheit 14 nach links in Fig. 3 ausgelenkt) um und verbleibt dann jeweils stromlos stabil in diesen Positionen. Derartige Bistabilität lie- ße sich etwa durch eine mechanische Rastfunktion, alternativ durch eine Permanentmagnetfunktionalität sicherstellen, bei welcher etwa ein anker- seitiger Permanentmagnet, welcher im ausgefahrenen Zustand an der Kerneinheit haftet, dafür sorgt, dass die Ankereinheit in ihrer ausgefahrenen (Öffnungs-)Position auch im unbestromten Zustand der Wicklung 30 verbleibt. Dies erfordert dann jedoch ein Zurückstellen etwa mittels eines geeigneten (umgepolten) Stromimpulses auf die Wicklung 30, was jedoch gerade in einem sensiblen medizinischen Kontext zu vermeiden ist, denn sollte es etwa zu einem Stromausfall einer Stromversorgung oder einer die Wicklung 30 beaufschlagenden Vorschaltelektronik kommen, wäre ja gerade dieser zusätzliche Impuls zum Lösen der Ankereinheit aus der Öffnungsposition (wie er dann ja auch im Fall einer mechanischen Verras- tung notwendig wäre) nicht mehr betriebssicher gewährleistet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine elektromagnetisch betätigte Ventilvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs im Hinblick auf ihre Betriebseigenschaften zu verbessern, dabei insbesondere eine potentiell nachteilige Wärmeentwicklung und/oder einen kontinuierlichen Energieverbrauch durch fortgesetzte Bestromung der Spulenmitteln (Wicklung) zu vermeiden bzw. zu vermindern, wobei gleichwohl in be- triebssicherer Weise und zum Realisieren einer Fail-Safe-Funktionalität sichergestellt werden soll, dass bei einem Bestromungsende (sei es be- absichtigt, sei es durch Fehlfunktion) das Ventil zuverlässig schließt, ohne dass es zusätzlicher Ansteuerung, einer Pufferspannung oder anderer Bestromungsmaßnahmen bedarf. Die Aufgabe wird durch die monostabile elektromagnetisch betätigte Ventilvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Ferner wird Schutz im Rahmen der vorliegenden Erfindung beansprucht für eine vorteilhafte Verwendung dieser erfindungsgemäßen elektromag- netisch betätigten Ventilvorrichtung zur Realisierung eines Magnetventils für medizinische Anwendungen, bei welchen wiederum der zum Erfindungskontext diskutierte Dialyse-Anwendungsfall als besonders bevorzugt gilt. In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise sind zunächst den stationären Kernmitteln (Kerneinheit) Permanentmagnetmittel so zugeordnet, dass diese auf die Ankermittel (Ankereinheit), zumindest im ausgefahrenen, d.h. an die Kernmittel anliegenden bzw. angenährten Betriebszustand bei Bestromung der Spulenmittel, eine permanentmagnetisch anziehende Kraft ausüben.

Diese permanentmagnetische Kraft (welche, wie auch die durch die Bestromung der Spulenmittel erzeugte elektromagnetische bzw. Spulenmagnetkraft, der Rückstell kraft der Kraftspeichermittel entgegengerichtet ist) sorgt dann dafür, dass zum Halten der Ankermittel in der ausgefahrenen Öffnungsposition der Ventilvorrichtung ein gegenüber dem Bewegen der Ankermittel, insbesondere einem Lösen der Ankermittel aus der geschlossenen Ausgangsposition, verringerter Spulenstrom notwendig ist. Dies bewirkt dann vorteilhaft, dass in dem (potentiell am Beispiel der Dia- lysemaschine ja mehrstündigen) Öffnungs- und Bestromungszustand der elektrische Energieverbrauch für die Bestromung sinkt und vorteilhaft die nachteilige Erwärmung signifikant abgesenkt werden kann, da ja an der Anschlagposition der Ankereinheit (Ankermittel) am Kern die Permanentmagnetmittel einen Beitrag zur Haltekraft leisten, welche nicht (mehr) durch die Bestromung aufgebracht werden muss.

Gleichzeitig sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Aktuatorkom- ponenten so dimensioniert, dass die permanentmagnetische Haltekraft nicht etwa die durch die Kraftspeichermittel auf die Ankereinheit aufgebrachte Rückstell kraft übersteigt; vielmehr stellt die (größere) Federkraft der Kraftspeichermittel sicher, dass trotz anziehender permanentmagnetischer Haftkraft auf die am Kern anliegende Ankereinheit diese beim Ende der Bestromung in die (den Ventilsitz verschließende) Ausgangslage zurückgeführt wird, sodass der oben diskutierte Fail-Safe-Modus betriebssicher realisiert ist (und ohne dass es insbesondere weiterer elektronischer Ansteuer- bzw. Bestromungsmaßnahmen für die Spulenmittel bedarf).

Dabei ist es einerseits und im Rahmen bevorzugter Weiterbildungen der Erfindung günstig, die Permanentmagnetmittel, etwa ausgebildet als weiter bevorzugt axial magnetisierter Permanentmagnetkörper bzw. Perma- nentmagnetscheibe, an oder in das magnetisch leitende Kernmaterial anzusetzen oder einzubetten. Damit lässt sich dann insbesondere eine modulartig integrierte Baugruppe erzeugen, welche den zusätzlichen Vorteil besitzt, gängige (nicht-permanentmagnetische) Kernbaugruppen bei ansonsten unveränderten bzw. vergleichbaren Dimensionierungen nachzu- rüsten, mit dem Potential, dass gar ein fertigungstechnisch gerade für die Großserie günstiges Baukastensystem entstehen kann.

Bei dieser vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung als integriertes Kernmodul ist es zusätzlich weiterbildend vorteilhaft, den permanentmagneti- sehen Körper (etwa scheibenartig ausgebildet) axial beidends von einem (z.B. aus Weicheisen realisierten) Kernmaterial einzufassen und mantel- seitig mittels einer (magnetisch dann nicht leitenden) Hülse für eine Stoßentlastung zu sorgen. Dies besitzt dann den Vorteil, dass, bezogen auf das üblicherweise spröde und schlaganfällige Permanentmagnetmaterial, eine wirksame Entkopplung vor mechanischen Beeinträchtigungen der Kernbaugruppe realisiert werden kann, etwa gegenüber einem Aufprall der Ankereinheit am Kern.

Eine gleichermaßen bevorzugte alternative Realisierungsform der Erfindung sieht vor, die kernseitigen Permanentmagnetmittel so an der Kern- baugruppe (Kernmittel) vorzusehen, dass diese radial auswärts bzw. randseitig und bevorzugt außerhalb eines durch die Kernmittel fließenden (Spulen-)Magnetflusses vorgesehen sind. Durch diese vorteilhafte Maßnahme lässt sich damit eine potentiell unerwünschte Beeinflussung des elektromagnetischen Spulenmagnetflusses durch die Permanentmagnet- einheit verhindern bzw. verringern, wobei es dann zusätzlich weiterbildend bevorzugt ist, am gegenüberliegenden Bewegungspartner, nämlich den Ankermitteln, zum Ausbilden eines Luftspalts einen gleichermaßen radial vorspringenden (und etwa kragenartig abstehenden) Wirkabschnitt vorzusehen.

Die vorliegende Erfindung gestattet es vorteilhaft, wie oben dargelegt, einen den dauerhaften Öffnungszustand erhaltenden Spulenstrom zu vermindern, da die erfindungsgemäß vorgesehenen Permanentmagnetmittel einen zusätzlichen Haltekraftbeitrag leisten. Um insoweit die Ansteuerung der Spulenmittel zu vereinfachen bzw. zu optimieren, ist es erfindungsgemäß weiterbildend vorgesehen, den Spulenmitteln elektrische Ansteuermittel zum Erzeugen und Anlegen der Bestromung so vorzuschalten, dass eine in eine Wicklung der Spulenmittel eingebrachte elektrische Leistung im Bestromungszustand zwischen einer höheren Leistung (etwa entspre- chend einem höheren Spulenstrom) für eine Bewegung der Ankermittel vor Erreichen der Öffnungsposition an den Kernmitteln und einer niedrige- ren Leistung (also einem demgegenüber abgesenkten Spulenstrom) mit oder nach einem Erreichen der Öffnungsposition umschalt- bzw. steuerbar ist. Während es einerseits möglich ist, diese Veränderung bzw. Steuerung positionsabhängig dadurch durchzuführen, dass etwa ein Signal eines (geeignet eine Ankerposition detektierenden) Positionssensors durch die Ansteuermittel ausgewertet wird, ist es gleichwohl vorteilhaft und bevorzugt (und auch mit geringem technischen Aufwand realisierbar), Zeitgebermittel den Ansteuermitteln derart zuzuordnen bzw. in diese zu integrieren, dass, nach Abschluss eines vorbestimmten Zeitintervalls nach dem Beginn der Bestromung, der Spulenstrom vorbestimmt abgesenkt wird (wobei dieses Zeitintervall dann so eingestellt bzw. eingerichtet und vorbestimmt ist, dass es den Zeitraum überstreicht, welchen die Ankermittel benötigen, um aus der unbestromten Ausgangsposition die gegenüberliegende Öffnungs- bzw. Anschlagposition an den Kernmitteln zu erreichen).

Auf die beschriebene Weise ist somit in überraschend einfacher und eleganter Weise ein monostabiles elektromagnetisch betätigtes Ventil realisierbar, welches überragende Sicherheitseigenschaften (nämlich Implementierung eines Fail-Safe-Modus ohne notwendige Schaltmodifikationen oder Betriebsspannungspuffer), kombiniert mit günstigen elektrischen E- nergieverbrauchseigenschaften und damit verbundener vorteilhafter abgesenkter Wärmeentwicklung. Damit ist dann die vorliegende Erfindung herausragend geeignet für (thermisch sensible) Ventilaufgaben in einem medizinischen Kontext, wie etwa einer Schaltung bzw. Steuerung eines Dia- lysefluids, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Einsatzfall beschränkt. Vielmehr eignet sich die vorliegende Erfindung günstig für jene monostabile Ventilaufgaben, welche definierte Ausfall- Betriebszustände mit optimiertem elektrischen Energieaufwand kombinieren. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Figuren; diese zeigen in Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht einer elektromagnetischen Aktuatorkomponente zur Realisierung eines Elektromagnetventils als elektromagnetisch betätigte Ventilvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; eine Detailansicht von Kernmitteln (Kernbaugruppe) gemäß einem gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 modifizierten Ausführungsbeispiel der Erfindung; zur Hintergrund- und technischen Kontextillustration eine Längsschnittansicht durch eine gattungsgemäße elektromagnetisch betätigte Ventilvorrichtung für medizinische Verwendungen, wobei die Fig. 3 gleichermaßen den Einsatzkontext der vorliegenden Erfindung illustriert, indem die Aktuator- baugruppe gemäß Fig. 1 die entsprechende bekannte Aktua- torik der Fig. 3 ersetzt; und eine Längsschnittansicht durch eine Aktuatorbaugruppe einer elektromagnetisch betätigten Ventilvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, bei welchem kernseitige Permanentmagnetmittel außerhalb eines spulenmagnetischen Flusskreises vorgesehen sind.

Bei den nachfolgend zu beschreibenden Ausführungsbeispielen und dem Einsatzkontext geben gleiche Bezugszeichen entsprechend gleiche bzw. unmittelbar funktional äquivalente Bauteile, Baugruppen und Funktionskomponenten an. So zeigt die Längsschnittansicht der Fig. 1 eine Aktuatorbaugruppe (insbesondere zum Zusammenwirken mit den weiteren Ventilkomponenten der Fig. 3, welche insoweit als zur Erfindung gehörig offenbart gelten soll und in den vorliegenden Erfindungskontext einbezogen wird), die die Kernmittel 24 der Fig. 3 ersetzt durch eine mehrteilige Kernstruktur, aufweisend einen ersten Kernkörper 40, einen scheibenartigen (und entsprechend der axialen Richtung 26 axial magnetisierten) Permanentmagnetkörper 42 sowie einen diesem wiederum benachbart (und gegenüberlie- gend dem Kernkörper 40 angeordneten) zweiten Kernkörper 44, sodass die in der Längsschnittansicht der Fig. 1 erkennbare axial dreiteilige Struktur entsteht. Eingefasst ist die Permanentmagnetscheibe 42 zusätzlich von einer radial mantelseitig vorgesehenen Hülse 46 aus einem nicht magnetischen Material (z.B. Messing oder einem Kunststoffmaterial), welche die Aufgabe hat, einerseits mantelseitig das spröde Permanentmagnetmaterial der Permanentscheibe 42 einzufassen, darüber hinaus aber auch stoßdämpfend bzw. (bezogen auf den Permanentmagneten) stoßsichernd zu wirken, indem, etwa durch einen Aufprall der Ankereinheit 14 auf die Kern- Gesamteinheit 42 bis 46 wirkenden Schlagkräfte gegenüber dem (sprö- den) Permanentmagnetmaterial abgepuffert werden.

Vorteilhaft sorgt der Permanentmagnet 42 dafür, dass bei einer Annäherung der Ankereinheit 14 an den Kern aufgrund Bestromung der Wicklung 30 die Elektromagnetkräfte gleichgerichtet überlagernde Permanentmag- netkräfte der Permanentmagnetscheibe 42 auf die Ankereinheit wirken und diese, spätestens mit Erreichen der Anschlagposition am Kern, dort unterstützend halten. Diese gemeinsame Haltekraft der bestromten Wicklung 30 sowie der Permanentmagnetscheibe 42 wirkt entgegen einer rückstellenden Federkraft der Kraftspeichermittel (Spiral-Druckfeder) 22, welche so dimensioniert ist, dass bei der Bestromung die Ankermittel 14 zuverlässig am Kern gehalten sind. Gleichzeitig ist die Rückstellfeder 22 (relativ insbesondere zur Permanentmagnetscheibe 42) so dimensioniert, dass bei unbestromter Wicklung 30 die rückstellende Federkraft 22 eine permanentmagnetische Anziehungs- bzw. Haftkraft auf die Ankereinheit 14 übersteigt, mit der Wirkung, dass lediglich die Permanentmagnetschei- be 42 die Ankereinheit nicht am Kern halten kann, diese daher durch die Expansionswirkung der Feder 22 zurück in die stromlose Schließ- bzw. Verschlussposition (insoweit entsprechend der Darstellung der Fig. 3) verbracht wird. Entsprechend ist auf diese Weise, trotz des energetisch und im Hinblick auf die Spulenerwärmung wirksamen Beitrags des Perma- nentmagneten 42 am Anschlagszustand, die Fail-Safe-Funktionalität gewährleistet, d.h. bei einem Bestromungsende oder einem Stromausfall erfolgt durch Wirkung der Feder 22 in jedem Fall das definierte und zuverlässige Zurück-Verbringen der Ankereinheit 14 in den unbestromten Ruhe- und Verschlusszustand.

Die Fig. 2 zeigt eine konstruktive Variation der wie in Fig. 1 modulartig (und damit prinzipiell gegen gängige Vollkörper einer Kerneinheit 24) austauschbaren Baugruppe: Erkennbar ist, wie, zum Herstellen eines bestmöglichen magnetischen Übergangs, die beidseits die Permanentmagnet- Scheibe 42' einfassenden ersten (40') bzw. zweiten (44') Kernkörper eine axial durchgehende, zylindrische Einheit bilden, wobei in dem Mantelbereich radial auswärts der Permanentmagnetscheibe 42' und sich bis in die axial beidseits angrenzenden Kernkörper hinein, eine umlaufende Schutz- und Prallhülse 46' aus nicht magnetischem Material ausgebildet ist. Die Variante der Fig. 2 verdeutlicht zudem in Form einer kernseitigen Axialbohrung 48 eine alternative Möglichkeit zum Aufnehmen einer Druckfeder 42 oder dergleichen Kraftspeicher; ein in der Figurenebene der Fig. 2 nach rechts offener Öffnungsbereich 50 des Kernkörpers 40' dient dann zum Aufnahmen einer (ggf. dann auch geeignet konisch geformten) An- kereinheit. Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Realisierung der vorliegenden Erfindung.

Erkennbar ist, wie eine (einstückige, mit einem Sättigungs-Einstich 52 ver- sehene) Jochkerneinheit 54 einen entlang der axialen Richtung 26 bewegbaren Ankerkörper 56 samt beidseitig ansitzenden Stößelabschnitten 58, 60 umgibt (wobei 58 aus magnetisch-nicht leitendem Material realisiert ist), wobei Gleitlager 62, 64 die relative axiale Beweglichkeit sicherstellen und eine Druckfeder 22 sich einends von einem innenliegenden Ringab- satz des Jochkerns 54, anderenends von einer Stirnwand des Ankerkörpers 56 abstützt und damit die Ankereinheit, in der Figurenebene der Fig. 4 in Richtung nach rechts, in eine geschlossene Position (von nicht näher im Detail gezeigten, etwa analog der Fig. 3 angekoppelten Ventilkomponenten in Form eines Ventilgummis relativ zu einem stationären Ventilsitz) vorspannt.

Während eine Wicklung 30 die Jochkerneinheit 54 mantelseitig umgibt und in einem Spulengehäuse 66 samt Flussleitscheibe 67 aufgenommen ist, und der um den Umfang des zylindrischen Jochkerns 54 umlaufende Einstich 52 in ansonsten bekannter Weise durch Sättigung eine magnetische Trennung entlang der axialen Richtung bewirkt, ist beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 die (hier als umlaufende Scheibe 70 realisierte und stirnseitig am Gehäuse 66, 67 befestigte) Permanentmagneteinheit radial außerhalb eines von der Baugruppe 54 bestimmten spulenmagneti- sehen Flusskreises vorgesehen (welcher sich dann im weiteren Verlauf über eine hier am Ankerkörper 56 vorgesehene Flussleitscheibe 72, den Ankerkörper 56 und über den Konus-Luftspalt zurück zum Jochkern 54 erstreckt). Zwischen den Baugruppen 70 und 72 entsteht auf diese Weise ein weiterer, weitenveränderlicher (da von der Ankerposition abhängiger) Luftspalt, über welchen die permanentmagnetische Anziehungskraft der Permanentmagnetscheibe 70 auf den zugehörigen magnetisch flusslei- tenden Scheibenpartner 72 wirkt. Das Bezugszeichen 74 zeigt einen e- lastomeren Pufferkörper, welcher jedoch auch exemplarisch etwa als me- diendurchflossener Schlauch (und damit geschaltet durch die Vorrichtung der Fig. 4 in medientrennender Weise) begriffen werden könnte.

Ein schematisch gezeigtes Fixierelement 76 sichert das Gehäuse 66, 67 samt ansitzendem Permanentmagnetring 70 in axialer Richtung und gegen einen möglichen Anschlag- bzw. Aufpralleinfluss bei der Spulenaktivierung (welche, gegen die rückstellende Druckkraft der Feder 22, dann die Ankereinheit 56, 58, 60 in der Figurenebene nach links bewegen würde).

Wiederum erfolgt, analog zum vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel, die Dimensionierung dieser rückstellenden Federkraft 22 relativ zur perma- nentmagnetisch anziehenden Wirkung der Permanentmagnetmittel 70 auf den Partner 72 so, dass bei unbestromter Spule 30 die rückstellende Federkraft der Feder 22 eine Haftkraft der Permanentmagnetmittel 72 übersteigt, also die Ankereinheit in eine (wie in der Fig. 4 gezeigte) geschlossene und stromlos stabile Ruhe- und Verschlussposition verbracht wird.