DE102016214192A1 - Gas valve with increased magnetic force - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft Gasventil zum Zuführen eines gasförmigen Mediums, umfassend ein Schließelement (2) zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Durchlassöffnung (3), ein mit dem Schließelement (2) verbundener Anker (4), einen Magnetkern (5), eine Magnetspule (6), und ein magnetisches Rückschlusselement (7), wobei der Anker (4) eine zum Magnetkern (5) in Richtung der Mittelachse (X-X) gerichtete Ankerstirnfläche (40) aufweist, welche in Richtung der Mittelachse (X-X) vom Magnetkern (5) vollständig überdeckt ist.The present invention relates to a gas valve for supplying a gaseous medium, comprising a closing element (2) for releasing and closing at least one passage opening (3), an armature (4) connected to the closing element (2), a magnetic core (5), a magnet coil ( 6), and a magnetic yoke element (7), wherein the armature (4) has an armature end face (40) directed toward the magnet core (5) in the direction of the central axis (XX) and extending in the direction of the central axis (XX) from the magnet core (5). completely covered.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasventil zum Einblasen eines gasförmigen Kraftstoffs, insbesondere Wasserstoff, mit einer erhöhten Magnetkraft, um einen Öffnungsvorgang und eine Auslegung zu erleichtern. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennstoffzellenanordnung mit einem Gasventil mit erhöhter Öffnungskraft.The present invention relates to a gas valve for injecting a gaseous fuel, in particular hydrogen, with an increased magnetic force to facilitate an opening operation and a design. Furthermore, the present invention relates to a fuel cell assembly with a gas valve with increased opening force.
Gasventile sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Insbesondere im Kraftfahrzeugbereich werden in jüngster Zeit verstärkt neben flüssigen Kraftstoffen auch gasförmige Kraftstoffe, wie z. B. Erdgas oder Wasserstoff verwendet. Bei der Auslegung derartiger Gasventile sind jedoch die für gasförmige Medien unterschiedlichen Anforderungsprofile zu beachten. Da üblicherweise die gasförmigen Medien unter hohem Druck stehen, müssen insbesondere größere Öffnungskräfte bereitgestellt werden. Aufgrund der engen Bauraumverhältnisse in den Brennkraftmaschinen ist eine weitere Anforderung hierbei jedoch, dass der Bauraum derartiger Gasventile möglichst klein ist.Gas valves are known from the prior art in different configurations. In particular, in the automotive sector in addition to liquid fuels gaseous fuels such. As natural gas or hydrogen used. In the design of such gas valves, however, the different requirements for gaseous media requirement profiles are observed. Since usually the gaseous media are under high pressure, in particular larger opening forces must be provided. Due to the tight space conditions in the internal combustion engine is a further requirement here, however, that the space of such gas valves is as small as possible.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Gasventil zum Zuführen eines gasförmigen Mediums mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass bei gleicher Baugröße eine vergrößerte Magnetkraft und somit auch eine vergrößerte Öffnungskraft zum Öffnen eines Schließelements möglich ist. Das Schließelement ist dabei zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Durchlassöffnung vorgesehen. Hierdurch kann auch eine deutlich verbesserte Systemauslegung des Gasventils im Hinblick auf das gasförmige Medium erreicht werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Schließelement mit einem Anker verbunden ist. Das Gasventil umfasst ferner einen Magnetkern, eine Magnetspule und ein magnetisches Rückschlusselement. Somit ist das Gasventil ein elektromagnetisch ansteuerbares Gasventil. Hierbei ist eine zum Magnetkern gerichtete Ankerstirnfläche in Richtung der Mittelachse am Anker vorgesehen, welche in Richtung der Mittelachse vom Magnetkern vollständig überdeckt ist. Mit anderen Worten ist bei einer Draufsicht von oben auf das Gasventil die Ankerstirnfläche vollständig vom Magnetkern überdeckt. Durch diese Maßnahme kann erfindungsgemäß eine Vergrößerung der Polfläche des Magnetkerns erreicht werden, wodurch stärkere Magnetkräfte erhalten werden.The gas valve according to the invention for supplying a gaseous medium with the features of
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.
Vorzugsweise ist die Ankerstirnfläche sich verjüngend ausgebildet, insbesondere sich konisch verjüngend, zur Mittelachse. Hierdurch kann eine besonders kostengünstige Herstellbarkeit des Ankers sichergestellt werden.Preferably, the anchor end face is tapered, in particular conically tapering, to the central axis. In this way, a particularly cost-effective manufacturability of the anchor can be ensured.
Weiter bevorzugt ist eine geometrische Form der zum Anker gerichteten Magnetkernstirnfläche komplementär zu einer geometrischen Form der Ankerstirnfläche. D. h. wenn beispielsweise die Ankerstirnfläche konisch ausgebildet ist, ist auch die Magnetkernstirnfläche, welche zum Anker gerichtet ist, konisch mit gleicher Steigung ausgebildet.More preferably, a geometric shape of the armature-facing magnetic core end face is complementary to a geometric shape of the armature end face. Ie. For example, if the armature end face is conical, and the magnetic core end face, which is directed to the armature, is conically formed with the same pitch.
Um eine noch größere Magnetkraft bereitstellen zu können, weist der Magnetkern vorzugsweise zusätzlich zur Axialüberdeckung in Richtung der Mittelachse auch eine Radialüberdeckung senkrecht zur Mittelachse eines Teilbereichs des Ankers auf. Dies wird besonders bevorzugt dadurch realisiert, dass der Magnetkern einen sich in Richtung der Mittelachse erstreckenden Zylinderfortsatz aufweist. Der Zylinderfortsatz ist somit ringförmig gebildet und umschließt radial einen Teilbereich des Ankers.In order to be able to provide an even greater magnetic force, the magnetic core preferably also has a radial overlap perpendicular to the central axis of a partial region of the armature in addition to the axial overlap in the direction of the central axis. This is particularly preferably realized in that the magnetic core has a cylinder extension extending in the direction of the central axis. The cylinder extension is thus formed annular and encloses radially a portion of the armature.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist im geschlossenen Zustand des Gasventils eine Ebene vorgesehen, welche senkrecht zur Mittelachse des Gasventils ist und welche durch eine Kante an einem Übergang von der Ankerstirnfläche des Ankers zu einer Ankermantelfläche verläuft und wobei in der Ebene eine Endfläche des Magnetkerns liegt. Besonders bevorzugt ist die in Richtung der Mittelachse liegende Endfläche des Magnetkerns ein freiliegendes Ende des Zylinderfortsatzes des Magnetkerns.According to a further preferred embodiment of the present invention, in the closed state of the gas valve, a plane is provided which is perpendicular to the central axis of the gas valve and which extends through an edge at a transition from the armature end face of the armature to an armature jacket surface and wherein in the plane an end face of the Magnetic core is located. Particularly preferably, the end face of the magnetic core lying in the direction of the central axis is an exposed end of the cylinder extension of the magnetic core.
Eine weitere Steigerung der Magnetkraft ist möglich, wenn vorzugsweise der Anker an dem von der Durchlassöffnung abgewandten Endbereich einen größeren Durchmesser aufweist als an allen anderen restlichen Bereichen des Ankers. Somit ist die breiteste Stelle des Ankers an dem von der Durchlassöffnung abgewandten Endbereich in Richtung zum Magnetkern vorgesehen.A further increase in the magnetic force is possible if, preferably, the armature has a larger diameter at the end region remote from the passage opening than at all other remaining regions of the armature. Thus, the widest point of the armature is provided at the end region remote from the passage opening in the direction of the magnetic core.
Weiter bevorzugt umfasst das Schließelement einen langgestreckten Nadelbereich, wobei in Richtung der Mittelachse des Gasventils zwischen einem ersten Lager zur Lagerung des Schließelements und dem Anker ein Teilbereich des Magnetkerns angeordnet ist. Der Anker ist dabei am Nadelbereich fixiert. Der Teilbereich des Magnetkerns reicht dabei bis zum Nadelbereich des Schließelements, um bei einer Projektion in Richtung der Mittelachse eine höchste Überdeckung zwischen dem Magnetkern und dem Anker zu erreichen. Der Nadelbereich ist durch den Magnetkern geführt, wobei ein minimaler Radialspalt zwischen dem Nadelbereich und dem Magnetkern vorhanden ist, um die Beweglichkeit des Nadelbereichs aufrechtzuerhalten.More preferably, the closing element comprises an elongated needle portion, wherein in the direction of the central axis of the gas valve between a first bearing for supporting the closing element and the armature, a portion of the magnetic core is arranged. The anchor is fixed to the needle area. The portion of the magnetic core extends to the needle region of the closing element in order to achieve a highest coverage between the magnetic core and the armature in a projection in the direction of the central axis. The needle portion is passed through the magnetic core, with a minimum radial gap between the needle portion and the Magnet core is present to maintain the mobility of the needle area.
Weiter bevorzugt ist ein Luftspalt zwischen dem Anker und dem Magnetkern durch eine erste Konusfläche am Anker und eine zweite Konusfläche am Magnetkern definiert. Somit weist der Luftspalt eine kegelförmige Gestalt auf.More preferably, an air gap between the armature and the magnetic core is defined by a first conical surface on the armature and a second conical surface on the magnetic core. Thus, the air gap has a conical shape.
Für einen besonders kompakten Aufbau ist weiter bevorzugt eine Trennhülse zur Trennung des magnetischen Flusses am Zylinderfortsatz des Magnetkerns angeordnet.For a particularly compact construction, a separating sleeve for separating the magnetic flux from the cylinder extension of the magnetic core is moreover preferably arranged.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennstoffzellenanordnung umfassend ein erfindungsgemäßes Gasventil. Das Gasventil ist dabei besonders bevorzugt eingerichtet, Wasserstoff zuzuführen.Furthermore, the present invention relates to a fuel cell assembly comprising a gas valve according to the invention. The gas valve is particularly preferably configured to supply hydrogen.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:
Bevorzugte Ausführungsform der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die
Das Gasventil
Das Gasventil
Der elektromagnetische Aktor umfasst einen Anker
Das Schließelement
Zwischen dem Anker
Wie aus
Der Magnetkern
Wie insbesondere aus
Durch den Zylinderfortsatz
Eine Endfläche
Das Schließelement
Ein Rückstellelement
Zwischen dem Teilbereich
Wie aus der
Claims (11)
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