DE3336011A1

DE3336011A1 - Elektromagnet

Info

Publication number: DE3336011A1
Application number: DE19833336011
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 7015 Korntal Kubach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-10-04
Filing date: 1983-10-04
Publication date: 1985-04-18
Also published as: EP0136594A2; AU3255084A; JPH045242B2; EP0136594B1; DE3475583D1; EP0136594A3; US4546339A; JPS6080206A; AU571001B2

Description

R. 1337*

9·9·1983 Kh/Wl

3·

ROBERT BOSCH GMBH, 7000" Stuttgart 1

Elektromagnet
Stand der Technik-

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 Elektromagnet system erregt sein muß.

Vorteile der Erfindung

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.

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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

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 h eine Teildarstellung der Ausbildung von Leitabschnitten", Figur 5 eine Teildarstellung eines durch einen Anker betätigten Ventilteiles.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

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 k auf und das zweite Polteil 2 einen abgewinkelten zweiten Leitabschnitt 5· Erster Leitabschnitt k und zweiter Leitabschnitt 5 verlaufen so aufeinander zugerich-

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tet, daß sie zwischen sich einen Luftspalt 6 begrenzen. Auf dem ersten Polteil 1 ist eine erste Magnetspule 8 und auf dem zweiten Polteil 2 eine zweite Magnetspule 9 angeordnet. Erster Leitabschnitt k 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 1U am Pol 11 aufweisen, der eine konvexe Oberfläche 15 des Ankers 12 zugewandt ist.

Wie beispielsweise in Figur 5 dargestellt ist, kann der Anker 12 mit einem beweglichen Ventilteil 17 eines sonst nicht weiter dargestellten Kraftstoffeinspritzventiles für Kraftstoff einspritzanlagen 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. Vor-

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zugsweise ist der Zapfen 22 bis zur Endfläche 2h 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 Kraftstoffversorgungsq_uelle dem Kraft stoff einspritzventil zugeführte Kraftstoff gelangt von einem Innenraum 27 des Kraftstoffeinsprit zventiles in Kraft stoffkanäle 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 Strömungsq.uerschnitt 30 erfolgt. Der Strömung sq_uerschnitt 30 kann drosselnd ausgebildet sein und damit der Zumessung dienen. Zur radialen Zentrierung von Anker 12 und Ventilteil 17 kann ein schmaler zylindrischer Führungsabs-chnitt 31 am Zapfen 22 dienen, der mit einer engen Passung in die Strömungsbohrung 21 ragt. Hat das nach außen öffnende Ventilteil 17 vom Ventilsitz 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 Ventil-sitzkörper 20 anschliessenden Abspritzöffnung 33 mit sich erweiterndem Durchmesser gebildet wird, in dem er an der Oberfläche des Dichtteiles nach außen

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strömt und sich mit der Umgebungsluft vermischt, die nach dem Abreißen des kegelförmig ausgebildeten Kraft stofffilmes bei Erreichen der scharfkantigen Endfläche 2k des Dichtteiles 18 sich ebenfalls von innen her mit dem Kraftstoff vermischt.

In Figur 1 ist der Fluß 0 des ersten Permanentmagneten 3 in die Komponenten 0 ₁ und 0 _p gespalten. Der Fluß 0 '

pi P^ P ·

führt dabei über die Leitabschnitte k, 5 und den Luftspalt 6, während der Fluß 0 über die Polteile 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 0 ₂, z.B. mit dem Sättigungsfluß 0₂ , angezogen und liegt an den Polen 10, 11 an. Die Leitabschnitte h, 5 mit dem Luftspalt 6 sind erforderlich, da der erste Permanentmagnet 3 den Elektromagnetfluß 0. nur schwer leitet. Der Elektromagnetfluß 0. entsteht durch das Anlegen, eines Stromes i an jede der Magnet spulen 8, 9 und verläuft dabei über den Anker 12 in entgegengesetzter Richtung des Permanentmagnet flußes 0 _?. Vereinfachend ist der Elektromagnetfluß 0. nur über den Luftspalt 6 geführt. Vorteilhaft ist es, für die Komponenten des Permanentmagnet-flusses 0 das Verhältnis

0₁-20_O=2 0_ .zu wählen. Bei stromlosen Magnetpi ρ2 Hsat

spulen 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 1? in Schließstellung an dem Ventilsitz 19 gehalten. Wird nun an die Magnetspulen 8, 9 ein Strom i derart gelegt, daß ein Magnetfluß 0. über den Anker 12 in entgegengesetztem Sinn wie der Fluß 0 _p fließt, so wird der Anker 12 dann von den Polen 10, 11 abheben, wenn der Elektromagnetfluß 0. annähernd gleich der Komponente des Permanentflusses 0 ist. Bei von den Polen 10, 11 abhebendem Anker wird gleich zeitig das Ventilteil 17 vom Ventilsitz 19 abgehoben und

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das in Figur 5 dargestellte Einspritzventil öffnet. Sine Begrenzung des Elektromagnetflusses 0. kann durch eine Sättigung in den Leitabschnitten k, 5 erfolgen.

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 h_t 5 angeordnet sind. Die Leitabschnitte k, 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 0. durch den Anker 12 in entgegengesetzter Richtung der Komponente des Permanentmagnetflusses 0 ρ verlaufen, so daß solange der Elektromagnetfluß 0. geringer als der Permanentmagnetfluß 0 ist der Anker an den Polen 10, 11 gehalten wird, während bei 0. = 0 ρ keine Magnetkraft mehr auf den Anker 12 ausgeübt wird und dieser sich von den Polen 10, 11 wegbewegen kann.

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 Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist bei dem Ausführungsbei-

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spiel nach Figur 3 zusätzlich zwischen den Magnetspulen 8, 9 und den Polen 10, 11 ein die Polteile 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 0 _? des ersten Permanentmagneten 3 und dem in gleicher Richtung wirkenden Anteil 0 _, des zweiten Permanentmagneten 35 zusammensetzt und dem in entgegengesetzter Richtung der Elektromagnetfluß 0. der Magnetspulen 8, 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.

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 Kraft stoffeinspritzventil öffnet.

Zur Kompensation von Temperatureinflüssen kann der Bereich um den Luftspalt β an den Leitabschnitten h, 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 ^, 5 an seiner dem anderen Leitabschnitt zugewandten Stirnfläche ein mit Spitzen 36 versehenes Pro-

.Ho- ^33360ri

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fil 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 0. im Sinne zusätzlicher Sättigung relativ leicht fließen. Der Widerstand, den der Elektromagnetfluß 0. an dem gesättigten Material findet, ist bei höherer Temperatur größer, so daß also 0. bei hoher Temperatur ähnlich wie der Permanentfluß abnimmt.

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Claims

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Ansprüche

1J Elektromagnet, insbesondere zur Steuerung eines Kraftstoff einspritzventiles für Kraft stoffeinspritzanlagen von Brennkräftmaschinen, 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 (U) und das zweite Polteil (2) einen zweiten dem Anker (12) zugewandten Pol (11) sowie einen abgewinkelten zweiten Leitabschnitt (5) hat und erster Leitabschnitt (h) und zweiter Leitabschnitt (5) aufeinander zugerichtet verlaufen und zwischen sich einen Spalt (6) begrenzen.

2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitabschnitte (k, 5) der Polteile (1, 2) zwischen den Magnet spulen (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 (U, 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.

k. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits der Magnet spulen (8, 9) die Leitabschnitte (H, 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 {%, 5) an seiner dem anderen Leitabschnitt {h, 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, 1*0 versehen sind, r,

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