Elektromagnet

Abstract

 Es wird ein Elektromagnet vorgeschlagen, der insbesondere zur Betätigung eines Kraftstoffeinspritzventiles für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen dient. Der Elektromagnet umfaßt ein einerseits eines ersten Permanentmagneten (3) angeordnetes erstes Polteil (1) und ein andererseits des ersten Permanentmagneten (3) angeordnetes zweites Polteil (2). Die Polteile (1. 2) weisen je einen abgewinkelten Leitabschnitt (4, 5) auf, die aufeinander zugerichtet verlaufen und zwischen sich einen Spalt (6) begrenzen. Durch die Leitabschnitte (4, 5) von dem ersten Permanentmagneten (3) getrennt ist auf jedem Polteil (1, 2) eine Magnetspule (8, 9) angeordnet. Das erste Polteil (1) weist einem Anker (12) zugewandt einen Pol (10) und das zweite Pofteil (2) einen Pol (11) auf. Bei nicht erregten Magnetspulen (8, 9) wird der Anker (12) durch eine Komponente (0̸_p2) des Permanentmagnetflusses in Richtung zu den Polen (10, 11) gezogen. Werden die Magnetspulen (8. 9) von einem Strom (i) derart durchflossen, daß ein Elektromagnetfluß (0₁) in entgegengesetzter Richtung zu dem Fluß (0̸_p2) durch den Anker (12) fließt. so fällt der Anker (12) von den Polen (10, 11) ab. wenn der Elektrogmangetfluß (0̸_i) gleich der Komponente (0̸p2) des Permanentmagnetflusses wird.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einem Elektromagnet nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein elektromagnetisch betätigbares Ventil vorgeschlagen worden, bei dem der Anker in nicht erregtem Zustand eine Stellung mit Abstand zum Kern einnimmt, während bei elektromagnetischer Erregung der Anker zum Kern gezogen wird. Eine derartige Ausgestaltung ist jedoch bei vielen Anwendungsgebieten nicht erwünscht, da z.B. bei der Verwendung als nach aussen öffnendes Einspritzventil in diesem Fall zum Schließen des Ventiles ständig das Elektromagnetsystem erregt sein muß.

Vorteile der Erfindung

[0002] Der erfindungsgemäße Elektromagnet mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß in nicht erregtem Zustand des Elektromagneten der Anker am Kern anliegt und bei elektromagnetischer Erregung von diesem abfällt, wobei der Elektromagnet kleinbauend gestaltet ist und bei sehr großer Ansteuergenauigkeit eine hohe Lebensdauer aufweist.

[0003] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Elektromagneten möglich. Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung eines Elektromagneten mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 3, wodurch die Querschnitte der Polteile sehr stark verringert werden, was neben einer Miniaturisierung eine Reduktion der Streuverluste ermöglicht.

Zeichnung

[0004] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektromagneten, Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektromagneten, Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektromagneten, Figur 4 eine Teildarstellung der Ausbildung von Leitabschnitten, Figur 5 eine Teildarstellung eines durch einen Anker betätigten Ventilteiles.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0005] Bei dem in der Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eines Elektromagneten wird der Kern aus einem ersten Polteil 1 und einem zweiten Polteil 2 aus Weicheisen gebildet, die annähernd parallel verlaufend je an einem anderen Ende eines ersten Permanentmagneten 3 anliegen. Das erste Polteil 1 weist einen abgewinkelten ersten Leitabschnitt 4 auf und das zweite Polteil 2 einen abgewinkelten zweiten Leitabschnitt 5. Erster Leitabschnitt 4 und zweiter Leitabschnitt 5 verlaufen so aufeinander zugerichtet, daß sie zwischen sich einen Luftspalt 6 begrenzen. Auf dem ersten Pclteil 1 ist eine erste Magnetspule und auf dem zweiten Polteil 2 eine zweite Magnetspule 9 angeordnet. Erster Leitabschnitt 4 und zweiter Leitabschnitt 5 verlaufen zwischen dem ersten Permanentmagneten 3 und den Magnetspulen 8 und 9. Dem ersten Permanentmagneten 3 abgewandt endet das erste Polteil 1 in einem ersten Pol 10 und das zweite Polteil 2 in einem zweiten Pol 11. Ein Anker 12 aus weichmagnetischem Material ist in der Nähe der Pole 10, 11 so gelagert, daß er eine axiale Bewegung ausführen kann. Die Pole 10, 11 sind dabei in geeigneter Weise so auf den Anker 12 zugeführt, daß die Feldlinien möglichst günstig verlaufen können. So können die Pole 10, 11 mit einer aufeinander zugerichteten Neigung versehen sein und eine über beide Pole 10, 11 verlaufende konkave Oberfläche 13 am Pol 10 und 1à am Pol 11 aufweisen, der eine konvexe Oberfläche 15 des Ankers 12 zugewandt ist.

[0006] Wie beispielsweise in Figur 5 dargestellt ist, kann der Anker 12 mit einem beweglichen Ventilteil 17 eines sonst nicht weiter dargestellten Kraftstoffeinspritzventiles für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen verbunden sein, über das in bekannter Weise Kraftstoff in das Saugrohr von Brennkraftmaschinen gespritzt werden kann. Dabei ist das bewegliche Ventilteil 17 aus nichtmagnetischem Material gefertigt und weist ein Dichtteil 18 auf, welches mit einem Ventilsitz 19 in einem Ventilsitzkörper 20 aus amagnetischem Material zusammenarbeitet. Der Ventilsitzkörper 20 ist in ein nicht näher dargestelltes Ventilgehäuse eingesetzt. Stromaufwärts des Ventilsitzes 19 ist in dem Ventilsitzkörper 20 eine Strömungsbohrung 21 vorgesehen, durch die ein Zapfen 22 des Ankers 12 teilweise ragt, der in einer Befestigungsbohrung 23 des Ventilteiles 17 befestigt ist. Vorzugsweise ist der Zapfen 22 bis zur Endfläche 24 des Venteilteiles 17 in die Befestigungsbohrung 23 eingeschoben und mit dem Ventilteil 17 bei 25 verschweißt. Dabei läßt sich der Ventilhub, d.h. der Hub der miteinander verbundenen Elemente 12, 17 durch geeignete axiale Zuordnung von Anker 12 und Ventilteil 17 in gewünschter Weise festlegen. Der konvexen Oberfläche 15 abgewandt ist am Anker 12 eine plane Anschlagfläche 26 vorgesehen, die bei vom Ventilsitz 19 abgehobenem Dichtteil 18 am Ventilsitzkörper 20 zum Anliegen kommt. Der von einer nicht dargestellten Kraftstoffversorgungsquelle dem Kraftstoffeinspritzventil zugeführte Kraftstoff gelangt von einem Innenraum 27 des Kraftstoffeinspritzventiles in Kraftstoffkanäle 28, die in dem Ventilsitzkörper ausgebildet sind und in die Strömungsbohrung 21 münden, in dem eine kreissymetrische Verteilung des Kraftstoffes zu einem zwischen der Strömungsbohrung 21 und dem Umfang eines Verbindungsteiles 29 des beweglichen Ventilteiles 17 gebildeten Strömungsquerschnitt 30 erfolgt. Der Strömungsquerschnitt 30 kann drosselnd ausgebildet sein und damit der Zumessung dienen. Zur radialen Zentrierung von Anker 12 und Ventilteil 17 kann ein schmaler zylindrischer Führungsabschnitt 31 am Zapfen 22 dienen, der mit einer engen Passung in die Strömungsbohrung 21 ragt. Hat das nach außen öffnende Ventilteil 17 vom Ventilsitz 19 abgehoben, so liegt der Anker 12 mit seiner Anschlagfläche 26 an dem Ventilsitzkörper 20 an, und Kraftstoff kann über den geöffneten Ventilsitz 19 als rundum gleich dicker Kraftstoffilm in einen Ringspalt 32 eintreten, welcher zwischen der mit einer sphärischen Form ausgebildeten Oberfläche des Dichtteiles 18 und einer sich in Strömungsrichtung an den Ventilsitz 19 im Ventilsitzkörper 20 anschliessenden Abspritz- öffnung 33 mit sich erweiterndem Durchmesser gebildet wird, in dem er an der Oberfläche des Dichtteiles nach außen strömt und sich mit der Umgebungsluft vermischt, die nacn dem Abreißen des kegelförmig ausgebildeten Kraftstoffilmes bei Erreichen der scharfkantigen Endfläche 24 des Dichtteiles 18 sich ebenfalls von innen her mit dem Kraftstoff vermischt.

[0007] In Figur 1 ist der Fluß 0̸_p des ersten Permanentmagneten 3 in die Komponenten 0̸p1 und 0̸2 gestalten. Der Fluß 0̸p1 führt dabei über die Leitabschnitte 4, und den Luftspalt 6, während der Fluß 0̸_p2 über die Pclteile 1, 2 mit den Polen 10, 11 und den Anker 12 führt. Bei stromlosen Magnetspulen 8, 9 wird somit der Anker 12 durch den Fluß 0̸_p2, z.B. mit dem Sättigungsfluß 0̸_2sat angezogen und liegt an den Polen 10, 11 an. Die Leitabschnitte 4, 5 mit dem Luftspalt 6 sind erforderlich, da der erste Permanentmagnet 3 den Elektromagnetfluß 0̸_i nur schwer leitet. Der Elektromagnetfluß 0̸_i entsteht durch das Anlegen eines Stromes i an jede der Magnetspulen 8, 9 und verläuft dabei über den Anker 12 in entgegengesetzter Richtung des Permanentmagnetflußes 0̸_P2. Vereinfachend ist der Elektromagnetfluß 0. 0̸_i nur über den Luftspalt 6 geführt. Vorteilhaft ist es, für die Komponenten des Permanentmagnetflusses 0̸_p das Verhältnis 0̸_p1 = 2 0̸_p2 ^{= 2} 0̸_2sat zu wählen. Bei stromlosen Magnetspulen 8, 9 wird bei einer Ausbildung eines Ventiles entsprechend Figur 5 der Anker 12 in Richtung zu den Polen 10, 11 beaufschlagt, also das Ventilteil 17 in Schließstellung an dem Ventilsitz 19 gehalten. Wird nun an die Magnetspulen 8, 9 ein Strom i derart gelegt, daß ein Magnetfluß 0̸_i über den Anker 12 in entgegengesetztem Sinn wie der Fluß 0̸_p2 fließt, so wird der Anker 12 dann von den Polen 10, 11 abheben, wenn der Elektrcmagnetfluß 0̸_i annähernd gleich der Komponente des Fermanentflusses 0p2 ist. Bei von den Polen 10, 11 abhebendem Anker wird gleichzeitig das Ventilteil 17 vom Ventilsitz 19 abgehoben und das in Figur 5 dargestellte Einspritzventil öffnet. Eine Begrenzung des Elektromagnetflusses 0̸_i kann durch eine Sättigung in den Leitabschnitten 4, 5 erfolgen.

[0008] Bei dem in der Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel eines Elektromagneten sind die gegenüber dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 gleichbleibenden und gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Vom konstruktiven Aufbau her unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 von dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 dadurch, daß der erste Permanentmagnet 3 die Polteile 1, 2 zwischen den Polen 10, 11 und den Magnetspulen 8, 9 verbindet und die Magnetspulen 8, 9 an den Polteilen 1, 2 zwischen dem ersten Permanentmagneten 3 und den Leitabschnitten 4, 5 angeordnet sind. Die Leitabschnitte 4, 5 mit dem Luftspalt 6 sind hier erforderlich, damit der erste Permanentmagnet 3 nicht kurzgeschlossen ist. Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 soll auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 der Elektromagnetfluß 0̸_i durch den Anker 12 in entgegengesetzter Richtung der Komponente des Permanentmagnetflusses 0p2 verlaufen, so daß solange der Elektromagnetfluß 0̸_i geringer als der Permanentmagnetfluß 0 p₂ ist der Anker an den Polen 10, 11 gehalten wird, während bei 0̸_i = 0̸_p2 keine Magnetkraft mehr auf den Anker 12 ausgeübt wird und dieser sich von den Polen 10, 11 wegbewegen kann.

[0009] Bei dem dritten Ausführungsbeispiel nach Figur 3 sind die gegenüber den bisherigen Ausführungsbeispielen gleichbleibenden und gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Abweichend von dem Ausfüh-. rungsbeispiel nach Figur 1 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 zusätzlich zwischen den Magnetspulen 8, und den Polen 10, 11 ein die Pclteile 1, 2 verbindender zweiter Permanentmagnet 35 vorgesehen. Dadurch ergibt sich ein durch die Permanentmagneten 3 und 35 bewirkter Fluß über den Anker 12, der sich aus dem Anteil 0̸_p2 des ersten Permanentmagneten 3 und dem in gleicher Richtung wirkenden Anteil 0̸_p2, des zweiten Permanentmagneten 35 zusammensetzt und dem in entgegengesetzter Richtung der Elektrcmagnetfluß 0̸_i der Magnetspulen 5, 9 entgegenwirkt. Bei geeigneter Wahl der Flüsse beider Permanentmagneten 3, 35 sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 wesentlich kleinere Querschnitte der Polteile 1, 2 erforderlich als bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 2.

[0010] In den Figuren 1, 2 und 3 ist der Anker 12 jeweils in einer Stellung gezeigt, in der er von den Polen 10, 11 abgefallen ist und damit ein nach Figur 5 ausgebildetes Kraftstoffeinspritzventil öffnet.

[0011] Zur Kompensation von Temperatureinflüssen kann der Bereich um den Luftspalt 6 an den Leitabschnitten 4, 5 aus einem Magnetmaterial mit großem negativem Temperaturkoeffizienten der Sättigungsinduktion ausgeführt sein. Eine solche Magnetanordnung leitet bei hoher Temperatur weniger Permanentmagnetfluß ab. Beispielsweise kann in nicht dargestellter Weise parallel zum Luftspalt 6 ein solches Material, das im Sättigungsbereich betrieben wird, angeordnet sein. Wirtschaftlicher ist es, den gesättigten temperaturabhängigen Magnetleiter nur in einem an den nicht gesättigten Magnetleiter angrenzenden Bereich zu sättigen, indem mindestens einer der Leitabschnitte 4, 5 an seiner dem anderen Leitabschnitt zugewandten Stirnfläche ein mit Spitzen 36 versehenes Profil aufweist. Die gesättigten Spitzen 36 leiten wie gewünscht bei höherer Temperatur weniger Permanentmagnetfluß ab. Da die Sättigungscharakteristik wegen des flachen Sättigungsbereiches nicht ausgeprägt ist, kann der Elektromagnetfluß 0̸_i im Sinne zusätzlicher Sättigung relativ leicht fließen. Der Widerstand, den der Elektromagnetfluß 0̸_i an dem gesättigten Material findet, ist bei höherer Temperatur größer, so daß also 0̸_i bei hoher Temperatur ähnlich wie der Permanentfluß abnimmt.

Ansprüche

1. Elektromagnet, insbesondere zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzventiles für Kraftstoff einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem Anker und einem Kern aus weichmagnetischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einem einerseits eines ersten Permanentmagneten (3) angeordneten, eine erste Magnetspule (8) tragenden ersten Polteil (1) und einem andererseits des ersten Permanentmagneten (3) angeordneten, eine zweite Magnetspule (9) tragenden zweiten Polteil (2) gebildet wird und das erste Polteil (1) einen ersten dem Anker (12) zugewandten Pol (10) sowie einen abgewinkelten ersten Leitabschnitt (₄) und das zweite Polteil (2) einen zweiten dem Anker (12) zugewandten Pol (11) sowie einen abgewinkelten zweiten Leitabschnitt (5) hat und erster Leitabschnitt (₄) und zweiter Leitabschnitt (5) aufeinander zugerichtet verlaufen und zwischen sich einen Spalt (6) begrenzen.

2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitabschnitte (4, 5) der Polteile (1, 2) zwischen den Magnetspulen (8, 9) und dem ersten Permanentmagneten (3) und die Magnetspulen (8, 9) an den Polteilen (1, 2) zwischen den Polen (10, 11) und den Leitabschnitten (4, 5) angeordnet sind.

3. Elektromagnet nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Magnetspulen (8, 9) und Polen (10, 11) ein zweiter Permanentmagnet (35) so angeordnet ist, daß an ihm einerseits das erste Polteil (1) und andererseits das zweite Polteil (2) anliegt.

4. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits der Magnetspulen (8, 9) die Leitabschnitte (4, 5) und andererseits der erste Permanentmagnet (3) und die Pole (10, 11) der Polteile (1, 2) angeordnet sind.

5. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Leitabschnitte (4, 5) an seiner dem anderen Leitabschnitt (4, 5) zugewandten Stirnfläche ein mit Spitzen (36) versehenes Profil aufweist.

6. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole (10, 11) geneigt aufeinander zu verlaufen und dem mit einer konvexen Oberfläche (15) versehenen Anker (12) zugewandt mit einer über beide Pole (10, 11) verlaufenden konkaven Oberfläche (13, 1₄) versehen sind.

Zeichnung