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Die Erfindung betrifft eine Aktuatoreinheit, insbesondere für die Einspritzung eines Kraftstoffs in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Diese umfasst eine elektrisch leitende Erregerwicklung, einen Eisenkreis mit einem Eisenrückschluss und einen längs einer Achse beweglichen Anker. Der Anker ist durch eine Haltekraft eines Federelements in einer Ruheposition gehalten, wodurch der Anker über einen Luftspalt von dem Eisenrückschluss beabstandet ist. Der Anker ist in einer Arbeitsposition, in der er an den Eisenrückschluss grenzt, wenn die Erregerwicklung von einem maximalen Spulenstrom durchflossen ist und eine magnetische Bewegungskraft erzeugt.
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Eine solche Aktuatoreinheit wird als Solenoid-Aktor z.B. in der Automobiltechnik sehr häufig eingesetzt. Beispiele sind etwa die Betätigung von Kraftstoff-Einspritzventilen oder die Steuerung der Verstellung von Nockenstücken bei Ein- und Auslassventilen von Motoren.
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Wie in 1 schematisch dargestellt, umfasst ein Solenoid-Aktuator eine elektrisch leitende Erregerwicklung 10, einen Eisenkreis 20 mit einem beweglichen Anker 30 und einen Eisenrückschluss. Zwischen dem Anker 30 und dem Eisenrückschluss befindet sich im nicht angesteuerten Zustand des Aktuators ein Luftspalt 21, der je nach Anwendung zwischen 50 µm und etwa 1 mm betragen kann. Der Anker 30 ist beispielhaft mit einer Düsennadel 31 oder dergleichen verbunden. Der Anker 30 wird in der Regel mittels einer Rückstellfeder 15 in einer Ruhelage gehalten, wobei hier der Luftspalt 21 offen ist.
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Beim Anlegen einer Spannung an die Erregerwicklung 10 baut sich mit steigendem Stromfluss in dem Eisenkreis 20 ein magnetisches Feld auf. Dieses Feld bewirkt eine Kraft, welche den Luftspalt 21 zu verringern sucht. Solange die magnetische Kraft geringer ist als die entgegengesetzt wirkende Kraft der Rückstellfeder, bewegt sich der Anker 20 nicht aus seiner Ruhelage. Übersteigt die Magnetkraft mit weiter ansteigendem Erregerstrom die Federkraft, so bewegt sich der Anker 30 in Richtung auf den Eisenrückschluss des Eisenkreises 20 zu bis schlussendlich der Luftspalt 21 sein Minimum erreicht hat, indem der Anker 30 zum Beispiel gegen einen in 1 nicht dargestellten Anschlag läuft.
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Die Zeit für diese Bewegung legt die Schaltzeit der Aktuatoreinheit fest. Sie hängt maßgeblich von der Geschwindigkeit ab, mit der die magnetische Kraft aufgebaut werden kann. Ein Problem besteht darin, dass sich der Erregerstrom bei einer geringeren Spannung langsamer aufbaut und sich dadurch der Anker langsamer bewegt. Dies kann im Extremfall dazu führen, dass etwa bei einer Unterspannung, wie diese im Bordnetz eines Kraftfahrzeuges auftreten kann, der Anker 30 den Anschlag nicht mehr erreicht oder die Ruheposition nicht mehr verläßt.
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Um diese Situation zu verhindern kann beispielsweise die Induktivität des Magnetkreises, d.h. der Erregerwicklung, möglichst gering gewählt werden. Dies führt jedoch zu einer Erhöhung des Stromes durch die Erregerwicklung. Alternativ oder zusätzlich kann die Versorgungsspannung erhöht werden, was bei gegebener Induktivität der Erregerwicklung zu einem schnelleren Stromanstieg führt. Bei der Verwendung der Aktuatoreinheit in einem Kraftfahrzeug beträgt die Bordnetzspannung nominal 12 V. Eine Spannungserhöhung würde daher einen teuren Spannungswandler erforderlich machen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Aktuatoreinheit der oben genannten Art baulich und/oder funktional zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Aktuatoreinheit gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Die Erfindung schafft eine Aktuatoreinheit, insbesondere für die Einspritzung eines Kraftstoffs in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Diese umfasst eine elektrisch leitende Erregerwicklung, einen Eisenkreis mit einem Eisenrückschluss und einen längs einer Achse beweglichen Anker. Der Anker ist durch eine Haltekraft eines Federelements in einer Ruheposition gehalten, wodurch der Anker über einen Luftspalt von dem Eisenrückschluss beabstandet ist. Der Anker ist in einer Arbeitsposition, in der der Anker an den Eisenrückschluss grenzt, wenn die Erregerwicklung von einem maximalen Spulenstrom durchflossen ist und eine magnetische Bewegungskraft erzeugt. Der Eisenkreis und/oder der Anker sind derart ausgestaltet, dass der Anker in der Ruheposition mit einem Flächenabschnitt an den Eisenkreis anschlägt, wobei sich der Flächenabschnitt insbesondere in einer Ebene senkrecht zu der Achse der Bewegung des Ankers erstreckt. Hierdurch ist bis zu einem vorgegebenen Strom durch die Erregerwicklung ein magnetisches Feld durch den Flächenabschnitt erzeugt, welches eine in axialer Richtung wirkende magnetische Haltekraft erzeugt, die zusätzlich in Richtung der Federkraft des Federelements wirkt. Bei Überschreiten des vorgegebenen Stromwertes wird mit zunehmenden Abstand des Flächenabschnitts von dem Eisenkreis das magnetische Feld über einen alternativen Pfad geführt, wodurch die magnetische Haltekraft mit hohem Gradienten abnimmt.
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Der Erfindung liegt die Überlegung zu Grunde, dass der Bewegungsstart des Ankers bei Erreichen eines Kräftegleichgewichtes der von dem Federelement erzeugten Federkraft und der magnetischen Bewegungskraft erfolgt, wenn ein bestimmter Erregerstrom (in der nachfolgenden Beschreibung als Basisstrom bezeichnet) durch die Erregerwicklung fließt. Eine aktuell in der Aktuatoreinheit vorherrschende Kraft zur Beschleunigung des Ankers, um den Luftspalt minimal zu machen, ergibt sich aus der jeweiligen Differenz dieser beiden Kräfte. Eine beschleunigte Bewegung des Ankers kann somit nur über einen beschleunigten Aufbau der magnetischen Kraft erfolgen. Diese hängt wiederum von der Geschwindigkeit im Stromaufbau durch die Erregerwicklung ab.
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Durch die konstruktive Ausgestaltung der Aktuatoreinheit kann der Anker nun bis zu einem Stromwert, welcher größer als der oben definierte Basisstrom ist, in seiner Ruhelage festgehalten werden. Dieses Festhalten erfolgt durch eine zusätzlich erzeugte magnetische Haltekraft, welche aus dem konstruktiven Aufbau der Aktuatoreinheit resultiert. Das Zusammenbrechen der zusätzlichen Haltekraft bei Start der Bewegung hat die Wirkung eines Kraftsprunges.
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Dadurch, dass der Anker mit einer höheren Bewegungskraft starten kann, ist prinzipiell kein weiterer Kraftaufbau während der Bewegung des Ankers erforderlich. Dies erlaubt einen im Vergleich zu herkömmlichen Aktuatoreinheiten wesentlich schnelleren Schaltvorgang. Ebenso ist keine erhöhte Versorgungsspannung für einen schnellen Schaltvorgang erforderlich, wodurch der kostspielige Spannungswandler entfallen kann.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Realisierung der vorgeschlagenen Aktuatoreinheit mit geringen Fertigungskosten möglich ist.
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Die Verwendung der vorgeschlagenen Aktuatoreinheit bei Kraftstoffeinspritzventilen für Kraftfahrzeuge bewirkt eine verkürzte Schaltzeit und damit eine Verringerung der minimalen Einspritzmenge. Die minimale Einspritzmenge ist durch die Zeitspanne zwischen dem Öffnen und Schließen des Ventils bestimmt. Hierdurch ergibt sich ein großer Vorteil für eine definierte Kraftstoffzumessung.
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Ein Kennzeichen der vorgeschlagenen Aktuatoreinheit ist es, dass die Zeit bis zum Erreichen des höheren Schaltstromes durch die Erregerwicklung länger ist als bei einer Aktuatoreinheit, welche ohne den hier realisierten Kraftsprung auskommen muss. Diese verlängerte Zeit ist konstant und kann berechnet werden. Durch einen entsprechenden Vorhalt bei der Ansteuerung der Erregerwicklung kann diese Zeit berücksichtigt werden.
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Prinzipiell kann der Flächenabschnitt, welcher für die zusätzliche magnetische Haltekraft sorgt, eine beliebige Gestalt aufweisen.
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Der Flächenabschnitt kann gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung durch einen Vorsprung des Ankers und/oder des Eisenkreises definiert sein. Beispielsweise kann der Flächenabschnitt im Bereich der Achse des Ankers angeordnet sein. Hier ist es zweckmäßig, wenn der Vorsprung eine topfförmige Gestalt aufweist.
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Alternativ kann gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung vorgesehen sein, dass der Flächenabschnitt in radialer Richtung beabstandet zu der Achse des Ankers angeordnet ist. Hierbei weist der Vorsprung zweckmäßigerweise eine ringförmige Gestalt auf. Dabei kann der Vorsprung einen Körper des Ankers zumindest abschnittsweise umlaufen. Insbesondere kann der Vorsprung den Körper des Ankers vollständig umlaufen, so dass dieser die Gestalt eines geschlossenen Ringes aufweist.
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Beide Varianten tragen dem Umstand Rechnung, dass die Aktuatoreinheit üblicherweise eine rotationssymmetrische Gestalt aufweist. Durch die beschriebenen Ausgestaltungen des Vorsprungs des ist eine besonders einfache Fertigung der Aktuatoreinheit möglich.
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Die Fläche des Abschnitts wird vorzugsweise in Abhängigkeit einer gewünschten magnetischen Haltekraft gewählt. Je nachdem, wie groß die Haltekraft sein soll, wird die Fläche größer oder kleiner gewählt. Wie dem Fachmann bekannt ist, führt eine größere Fläche zu einer größeren Haltekraft. Die geeignete Fläche kann durch Versuche oder Berechnung ermittelt werden. Steht die für eine erwünschte oder benötigte Haltekraft erforderliche Fläche fest, kann die Gestalt des Vorsprungs in geeigneter Weise gewählt werden.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Vorsprung aus einem Material hergestellt, so dass dieser bei einer bestimmten Feldstärke magnetisch sättigt. Diese Ausgestaltung trägt dazu bei, dass die magnetische Haltekraft auf einen vorgegebenen Wert begrenzt werden kann. Die magnetische Haltekraft kann somit einen bestimmten Wert nicht übersteigen, auch wenn der Strom durch die Erregerwicklung zur Ansteuerung der Aktuatoreinheit über den Stromwert, bei dem die magnetische Sättigung auftritt, erhöht wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass eine Bewegung des Ankers in seine Arbeitsposition möglich ist.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Vorsprung einstückiger Bestandteil des Ankers und/oder des Eisenkreises. Alternativ kann der Vorsprung als separates Bauteil mit dem Anker und/oder dem Eisenkreis verbunden sein. Eine solche Verbindung kann formschlüssig und/oder stoffschlüssig erfolgen.
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Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Magnetaktors,
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2 eine teilweise Schnittdarstellung durch eine herkömmliche Aktuatoreinheit in Gestalt eines Solenoids,
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3 eine teilweise Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Aktuatoreinheit in Gestalt eines Solenoids gemäß einer ersten Ausgestaltungsvariante,
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4 den Verlauf von Magnetfeldlinien durch die Aktuatoreinheit gemäß 3, wobei sich der Anker in seiner Ruheposition befindet,
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5 den Verlauf von Magnetfeldlinien durch die Aktuatoreinheit gemäß 3, wobei sich der Anker teilweise in Richtung seiner Arbeitsposition bewegt hat,
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6 ein Kraft-Weg-Diagramm für verschiedene Ströme durch eine Erregerwicklung der Aktuatoreinheit aus 3,
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7 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Kraft-Weg-Diagramm der 6,
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8 eine teilweise Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Aktuatoreinheit in Gestalt eines Solenoids gemäß einer zweiten Ausgestaltungsvariante,
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9 einen vergrößerten Ausschnitt des in Ruheposition an einem Eisenkreis anliegenden Ankers der Aktuatoreinheit aus 8,
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10 den Verlauf von Magnetfeldlinien durch die Aktuatoreinheit gemäß 8, wobei sich der Anker in seiner Ruheposition befindet,
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11 den Verlauf von Magnetfeldlinien durch die Aktuatoreinheit gemäß 8, wobei sich der Anker um x>0 in Richtung seiner Arbeitsposition bewegt hat,
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12 den Verlauf von Magnetfeldlinien durch die Aktuatoreinheit gemäß 8, wobei sich der Anker um y>x>0 in Richtung seiner Arbeitsposition bewegt hat,
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13 ein Kraft-Weg-Diagramm für verschiedene Ströme durch eine Erregerwicklung der Aktuatoreinheit aus 8,
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14 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Kraft-Weg-Diagramm der 13,
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2 zeigt eine teilweise Schnittdarstellung durch eine herkömmliche, rotationssymmetrische Aktuatoreinheit 1 in Gestalt eines Solenoids. Die Rotationsachse ist mit dem Bezugszeichen 100 gekennzeichnet. Die Aktuatoreinheit 1 ist für große Betätigungswege geeignet. Unter einem großen Betätigungsweg wird ein möglicher Betätigungsweg des Ankers von bis zu mehreren Millimetern verstanden. In 2 ist nur die rechte Hälfte des Solenoids dargestellt ist.
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Die Aktuatoreinheit 1 umfasst eine elektrisch leitende Erregerwicklung 10 sowie einen Eisenkreis 20 mit einem Eisenrückschluss und einem längs der Rotationsachse 100 beweglichen Anker 30. Der Anker 30 weist ein erstes Ende 32 und ein zweites Ende 35 auf. Der rotationssymmetrisch ausgebildete Anker 30 weist einen Zylinderförmigen Körper auf, welcher beispielhaft in der Mitte eine Ankerausbuchtung 36 umfasst. Die Ankerausbuchtung 36 ist ebenfalls als Zylinder ausgebildet und weist gegenüber dem Körper einen größeren Durchmesser auf.
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Der aus einem magnetisch leitenden Material bestehende Eisenkreis 20 weist einen Rücksprung 26 auf, in dem die Ankerausbuchtung 36 längs der Achse 100 hin und her gleiten kann. Die Ankerausbuchtung 36 ist dabei in ihrer Ruheposition, in der durch die Erregerwicklung kein Magnetfeld erzeugt ist, zu einer Schulter 25 des Rücksprung 26 beabstandet (vgl. Luftspalt 22). Die Ruheposition wird durch ein in 2 nicht dargestelltes Federelement bewirkt, welches z.B. an das zweite Ende 35 des Ankers 30 angreift. Die von dem Federelement hervorgerufene Federkraft drückt den Anker 30 in Blattrichtung nach oben (entgegen der mit A gekennzeichneten Pfeilrichtung) an den erwähnten Anschlag. Die Beabstandung wird beispielsweise dadurch realisiert, dass ein in 2 nicht näher dargestellter Anschlag im Bereich des zweiten Endes 32 des Ankers 30 vorgesehen ist, welcher die weitere, in Blattrichtung nach oben gerichtete Bewegung begrenzt. Der Luftspalt 25 verhindert, dass sich eine (Rück)-haltekraft ausbildet, die grösser ist als die Anzugskraft. Dies würde eine Bewegung des Ankers verhindern.
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Sobald die Erregerwicklung 10 von einem Strom durchflossen wird, wird nach Überwindung der Federkraft eine Bewegung des Ankers 30 in Pfeilrichtung A vollzogen, bis die Ankerausbuchtung 36 an der Schulter 27 (oder einem anderen Anschlag) des Eisenkreises 20 anschlägt. Diese Position wird als Arbeitsposition bezeichnet. Sobald der Strom durch die Erregerwicklung 10 auf Null zurückgeht, wird der Anker 30 durch die Federkraft des nicht dargestellten Federelements entgegen der Richtung A in die Ruheposition, wie diese in 2 dargestellt ist, gedrückt.
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Ein mit dem Bezugszeichen 28 gekennzeichnetes dreieckiges Rückschlussteil ermöglicht durch gezielte Führung des magnetischen Feldes den eingangs erwähnten langen Betätigungsweg des Ankers. Der Arbeitsluftspalt, der in Ruheposition eine Breite d aufweist, ist mit dem Bezugszeichen 21 gekennzeichnet.
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Wie einleitend bereits beschrieben, erfolgt bei einer derartigen Aktuatoreinheit 1 der Bewegungsstart des Ankers 10 bei Erreichen des Kräftegleichgewichtes von Federkraft und Magnetkraft, sobald ein bestimmter Erregerstrom (Basisstrom) durch die Erregerwicklung 10 fließt. Die momentan vorherrschende Kraft zur Beschleunigung des Ankers 30 ergibt sich dabei aus der jeweiligen Differenz dieser beiden Kräfte. Der Nachteil der derart konstruierten Aktuatoreinheit besteht darin, dass eine beschleunigte Bewegung des Ankers 10 nur über einen beschleunigten Aufbau der Magnetkraft erfolgen kann, was von der Geschwindigkeit im Stromaufbau durch die Erregerwicklung 10 abhängt.
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In den nachfolgend beschriebenen beiden Ausführungsbeispielen, in denen die Aktuatoreinheit einen gegenüber der 2 modifizierten Aufbau aufweist, kann der Anker mittels einer zusätzlichen magnetischen Haltekraft bis zu einem bestimmten erhöhten Stromwert, welcher größer als der Basisstrom ist, in seiner Ruheposition festgehalten werden. Bei Überschreiten dieses erhöhten Stromwertes setzt sich der Anker 10 in Bewegung und die zusätzliche magnetische Haltekraft nimmt ab, sobald ein nur geringer Abstand zwischen dem Anker 10 und dem Eisenkreis 20 gegeben ist. Dadurch steht der Federkraft eine wesentlich erhöhte Magnetkraft gegenüber, welche bereits unmittelbar nach dem Start der Bewegung des Ankers 10 wirkt und nicht erst während der Bewegung des Ankers 10 aufgebaut werden muss.
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In dem in 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist der Eisenkreis 20 derart modifiziert, dass der Anker 30 in seiner Ruheposition mit einem Flächenabschnitt 33 an dem Eisenkreis 20 anliegt. Dabei erstreckt sich, wie dies der 3 ohne weiteres zu entnehmen ist, der Flächenabschnitt 33 in einer Ebene, welche senkrecht zu der Achse 100 gelegen ist. Im Bereich des Flächenabschnitts 33 grenzen das erste Ende des Ankers 32 und ein axial angeordneter Vorsprung 24 eines radial verlaufenden Schenkels 23 des Eisenkreises 20 unmittelbar aneinander. Dies bedeutet, in der Ruheposition ist der Abstand 34 zwischen dem Vorsprung 24 und dem ersten Ende 32 des Ankers 30 x = 0.
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4 zeigt den Verlauf von Magnetfeldlinien durch die Aktuatoreinheit 1 gemäß 3, wenn die Erregerwicklung 10 von Strom durchflossen ist. In 4 befindet sich der Anker dabei noch in seiner Ruheposition. Wie in 4 entnehmbar ist, verläuft ein Teil der magnetischen Feldlinien durch den Flächenabschnitt 33 hindurch. Hierdurch wird die bereits erwähnte magnetische Haltekraft, welche zusätzlich in Richtung der Federkraft wirkt, erzeugt.
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Mit zunehmend größer werdendem Strom durch die Erregerwicklung 10 wird eine in Richtung A wirkende magnetische Kraft (magnetische Bewegungskraft) und eine ihr entgegen gerichtete magnetische Haltekraft aufgebaut. Wenn der Eisenrückschluß im Bereich des Flächenabschnittes 33 seine Sättigungsmagnetisierung erreicht hat, wird die magnetische Haltekraft nicht weiter ansteigen, wohl aber die magnetische Bewegungskraft. Sobald diese magnetische Bewegungskraft größer ist als die Summe der Federkraft und der magnetischen Haltekraft, vergrößert sich der Abstand 34, d.h. x wird größer als 0. Aufgrund des nun im Bereich des Flächenabschnitts 34 entstehenden Luftspalts verlaufen die magnetischen Feldlinien nicht mehr über den Flächenabschnitt 33, sondern werden über einen alternativen Pfad geführt. Dies hat zur Folge, dass die magnetische Haltekraft mit hohem Gradienten abnimmt.
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Diese Situation ist exemplarisch in 5 dargestellt, welche den Verlauf der Magnetfeldlinien durch die Aktuatoreinheit 1 gemäß 3 darstellt, nachdem ein Luftspalt im Bereich des Flächenabschnitts 33 entstanden ist. Dadurch steht der Federkraft eine wesentlich erhöhte magnetische Bewegungskraft gegenüber, welche unmittelbar nach dem Start der Bewegung des Ankers 10 wirkt und nicht erst während der Ankerbewegung aufgebaut werden muss. Hierdurch entsteht der erwünschte Kraftsprung, wodurch eine verkürzte Schaltzeit der Aktuatoreinheit 1 ermöglicht ist.
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Die Kraft-Weg-Diagramme der 6 und 7 zeigen den simulierten Kraft-Weg-Verlauf der magnetischen Bewegungskraft. Dabei zeigt 6 den gesamten zurückgelegten Weg (1,0 mm bis –1,0 mm). Bei +1,0 mm ist die Ruheposition der Aktuatoreinheit 1 gemäß 3. 7 zeigt einen Ausschnitt des Weges (von +1,0 mm bis +0,9 mm). Insbesondere ist hier sehr deutlich die anfängliche zusätzliche magnetische Haltekraft (so genannter positiver Kraftwert), die nach minimalem Weg (0,02 mm) vollständig verschwindet, ersichtlich. Damit steht die gesamte, bis dahin aufgebaute Magnetkraft für die Beschleunigung des Ankers 10 zur Verfügung.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel, das in 8 dargestellt ist, wird die magnetische Haltekraft durch einen ringförmigen Vorsprung 37 im Bereich der Ankerausbuchtung 36 erzeugt. Der Vorsprung umläuft den Körper des Ankers dabei vollständig oder zumindest abschnittsweise. Die Ausgestaltung des im Querschnitt stegförmigen Vorsprungs ist in einer vergrößerten Darstellung in 9 gezeigt. Die Fläche, mit der der Vorsprung 37 an die Schulter 25 der Ausnehmung 26 des Eisenkreises 20 grenzt, legt dabei die magnetische Haltekraft fest. Prinzipiell könnte die Auflagefläche größer oder kleiner als im gezeigten Ausführungsbeispiel gewählt werden (z.B. durch Modifikation der Stegbreite). Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 3 braucht der Eisenkreis 20 keine Schulter 23 mit einem zentralen Vorsprung 24 im Bereich der Rotationsachse 100 aufweisen.
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Bei Aufbau des Magnetfeldes baut das durch den ringförmigen Vorsprung 37 und den Eisenkreis 20 verlaufende Magnetfeld eine axiale, magnetische Haltekraft auf, welche der magnetischen Bewegungskraft (in Pfeilrichtung A) entgegengesetzt ist. Die magnetische Bewegungskraft wird durch das von dem Anker 30 zu dem unteren, dreieckigen Rückschlussteil 28 verlaufende Feld erzeugt. Der Vorsprung 37 ist so ausgebildet, dass sein Material bei einer bestimmten Feldstärke magnetisch sättigt, wobei diese Feldstärke bei einem geringerem Stromwert als dem maximalen Spulenstrom erreicht wird. Bei weiterem Stromanstieg verläuft das Magnetfeld zunehmend vom axial verlaufenden Teil des Eisenkreises 20 zu dem Anker 10. Die axiale, magnetische Haltekraft steigt dadurch nicht weiter an. Da die magnetische Bewegungskraft, die in Richtung des Pfeils A wirkt, jedoch mit zunehmendem Stromfluss weiter steigt, ergibt sich insgesamt eine Zunahme der Bewegungskraft. Übersteigt die magnetische Bewegungskraft endlich die magnetische Haltekraft und auch die Federkraft des nicht dargestellten Federelements, setzt sich der Anker 10 in Bewegung. Zwischen dem Vorsprung 37 und dem Eisenkreis 20 bildet sich nun ein Luftspalt, welcher den magnetischen Widerstand wesentlich erhöht. Als Folge davon verändert das Magnetfeld seinen Verlauf sprungartig. Es klappt von axial durch den Vorsprung 37 (vergleiche 10, in der der Anker 30 in seiner Ruheposition ist) auf radial durch den radialen Luftspalt zwischen dem Anker 30 und dem Eisenkreis 20 um, wie dies in einer zeitlichen Abfolge in den 11 (Abstand x > 0) und 12 (Abstand y > x > 0) erkennbar ist. Aus diesem Grunde nimmt die magnetische Haltekraft auf kurzem Wege ab.
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In den 13 und 14 ist jeweils ein Kraft-Weg-Diagramm gezeigt, das den Kraft-Weg-Verlauf der magnetischen Bewegungskraft simuliert. Dabei zeigt 13 den gesamten zurückgelegten Weg (1,0 Millimeters bis –1,0 mm). Wiederum ist bei +1,0 mm die Ruheposition der Aktuatoreinheit 1 gemäß 8. 14 zeigt wiederum einen Ausschnitt des Weges (von +1,0 mm bis +0,9 mm, zu. Auch hier ist deutlich die anfängliche zusätzliche magnetische Haltekraft, der so genannte positive Kraftwert, ersichtlich, die nach minimalem Weg vollständig verschwindet. Damit steht die gesamte, bis dahin aufgebaute Magnetkraft für die Beschleunigung des Ankers 10 zur Verfügung.
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Es versteht sich, dass die in den 3 und 8 gezeigten Ausführungsbeispiele auf einfache Weise im Sinne der Erfindung abgewandelt werden können. Dies betrifft insbesondere die Gestalt und Anordnung der Vorsprünge an dem Anker und/oder dem Eisenkreis.
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Die beschriebene Ausgestaltung der Aktuatoreinheit ermöglicht den Start des Ankers 10 mit im Vergleich zu herkömmlichen Aktuatoreinheit höherer Bewegungskraft. Damit ist während der Bewegung des Ankers kein weiterer Kraftaufbau mehr erforderlich. Dies erlaubt im Ergebnis ein wesentlich schnelleres Schalten. Ebenso kann auf eine erhöhte Versorgungsspannung für einen Schaltvorgang verzichtet werden.
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Die vorgeschlagene Aktuatoreinheit eignet sich insbesondere zur Verwendung als Kraftstoffeinspritzventil, mit dem eine verkürzte Schaltzeit und damit eine Verringerung der minimalen Einspritzmenge möglich ist.
