DE102021133281A1 - Electromagnetic valve, in particular for switching a fuel injector - Google Patents

Electromagnetic valve, in particular for switching a fuel injector Download PDF

Info

Publication number
DE102021133281A1
DE102021133281A1 DE102021133281.8A DE102021133281A DE102021133281A1 DE 102021133281 A1 DE102021133281 A1 DE 102021133281A1 DE 102021133281 A DE102021133281 A DE 102021133281A DE 102021133281 A1 DE102021133281 A1 DE 102021133281A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
armature
valve
magnetic core
stack
slot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021133281.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Carina Rauscher
Martin Seidl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liebherr Components Deggendorf GmbH
Original Assignee
Liebherr Components Deggendorf GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liebherr Components Deggendorf GmbH filed Critical Liebherr Components Deggendorf GmbH
Priority to DE102021133281.8A priority Critical patent/DE102021133281A1/en
Priority to PCT/EP2022/085912 priority patent/WO2023111048A1/en
Publication of DE102021133281A1 publication Critical patent/DE102021133281A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0248Injectors
    • F02M21/0251Details of actuators therefor
    • F02M21/0254Electric actuators, e.g. solenoid or piezoelectric
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012Valves
    • F02M63/0014Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0017Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using electromagnetic operating means
    • F02M63/0021Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using electromagnetic operating means characterised by the arrangement of mobile armatures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/13Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures characterised by pulling-force characteristics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1638Armatures not entering the winding
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/07Fuel-injection apparatus having means for avoiding sticking of valve or armature, e.g. preventing hydraulic or magnetic sticking of parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/08Fuel-injection apparatus having special means for influencing magnetic flux, e.g. for shielding or guiding magnetic flux
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/90Selection of particular materials
    • F02M2200/9038Coatings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/081Magnetic constructions
    • H01F2007/086Structural details of the armature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16Rectilinearly-movable armatures
    • H01F2007/1661Electromagnets or actuators with anti-stick disc
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/10Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures specially adapted for alternating current
    • H01F7/11Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures specially adapted for alternating current reducing or eliminating the effects of eddy currents

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Magnetically Actuated Valves (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere zum Schalten eines Kraftstoffinjektors, wie einen Kraftstoffinjektor für gasförmigen Kraftstoff, vorzugsweise Wasserstoff, und umfasst einen Anker, der in einer Ankerführung in Axialrichtung des Ventils bewegbar geführt ist und dazu ausgelegt ist, in einer Schließstellung eine Drosselstelle abzudichten, eine Spule, die dazu ausgelegt ist, den Anker mittels Magnetkraft von der Schließstellung abzuheben, und einen Magnetkern, der die Spule zumindest teilweise umschließt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer maximal abgehobenen Stellung des Ankers von der Schließstellung ein axialer Restluftspalt zwischen dem Magnetkern und dem Anker verbleibt, um von der Spule hervorgerufene Magnetfeldlinien nicht unterbrechungsfrei über eine metallische, magnetisierbare Verbindung von Magnetkern und Anker zu führen.The present invention relates to an electromagnetic valve, in particular for switching a fuel injector, such as a fuel injector for gaseous fuel, preferably hydrogen, and includes an armature which is movably guided in an armature guide in the axial direction of the valve and is designed to seal a throttle point in a closed position , a coil which is designed to lift the armature from the closed position by means of magnetic force, and a magnetic core which at least partially encloses the coil. The invention is characterized in that when the armature is in a maximum raised position from the closed position, an axial residual air gap remains between the magnet core and the armature so that magnetic field lines caused by the coil are not guided without interruption via a metallic, magnetizable connection of the magnet core and armature.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere ein Elektromagnetventil zum Schalten eines Kraftstoffinjektors, wie einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von gasförmigem Kraftstoff, im Besonderen Wasserstoff. Typischerweise wird der Kraftstoff dabei in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt, in dem dieser durch Verbrennung und der sich daraus ergebenden Expansion dazu genutzt wird, einen Kolben zu bewegen. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf Ventil für Kraftstoffinjektoren beschränkt, sondern erstreckt sich auf alle technischen Bereiche, in denen elektromagnetische Ventile zum Einsatz kommen.The present invention relates to an electromagnetic valve, in particular an electromagnetic valve for switching a fuel injector, such as a fuel injector for injecting gaseous fuel, in particular hydrogen. Typically, the fuel is injected into the combustion chamber of an internal combustion engine, in which it is used to move a piston through combustion and the resulting expansion. However, the present invention is not limited to valves for fuel injectors, but extends to all technical areas in which electromagnetic valves are used.

Nichtsdestotrotz sind insbesondere aus der Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines Motors elektromagnetische Schaltventile bekannt, bei denen mit einem linear beweglichen Ventilglied (Anker) im Inneren eines Injektors eine Verbindung von zwei mit Fluid gefüllten Volumen freigegeben oder verschlossen wird.Nevertheless, electromagnetic switching valves are known, in particular from the injection of fuel into the combustion chamber of an engine, in which a connection between two volumes filled with fluid is released or closed with a linearly movable valve member (armature) inside an injector.

Störend bei einer Ansteuerung solcher Ventile ist insbesondere der Schließverzug, währenddem ein Ventil noch in seiner Offenstellung verbleibt, obwohl die den Anker (mittels Magnetkraft) aus seiner Schließstellung abhebende Spule bereits stromlos ist.The closing delay during which a valve remains in its open position, although the coil that lifts the armature (by means of magnetic force) out of its closed position is already de-energized is particularly troublesome when controlling such valves.

Die Dynamik des Magnetventils wird insbesondere durch Wirbelströme in den massiven, ferromagnetischen Bauteilen (bspw.: Magnetkern und Anker) beeinflusst, welche den Auf- und Abbau des durch die Spule erzeugten Magnetfeldes und damit der Magnetkraft behindern und dadurch zeitlich verzögern. Um ein verbessertes, insbesondere ein dynamisches, rascher ansprechendes Schaltverhalten des Aktuators zu erzielen, ist es wünschenswert Wirbelströme und damit den Öffnungs- und/oder der Schließverzug zu minimieren.The dynamics of the solenoid valve are particularly influenced by eddy currents in the solid, ferromagnetic components (e.g. magnetic core and armature), which impede the build-up and breakdown of the magnetic field generated by the coil and thus the magnetic force, and thus delay it. In order to achieve an improved, in particular a dynamic, more quickly responding switching behavior of the actuator, it is desirable to minimize eddy currents and thus the opening and/or closing delay.

Dies gelingt mit der vorliegenden Erfindung, die ein Elektromagnetventil sowie einen dieses Elektromagnetventil umfassenden Kraftstoffinjektor umfasst, das die vorgenannten Probleme überwindet oder zumindest abmildert. Schwerpunktmäßig nimmt die vorliegende Erfindung dabei eine Verringerung der Schließverzugszeit in den Fokus und zeigt die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile auch anhand dieser, obwohl die Erfindung auch vorteilhaft für den Öffnungsverzug ist.This is achieved with the present invention, which comprises an electromagnetic valve and a fuel injector which includes this electromagnetic valve and which overcomes or at least alleviates the aforementioned problems. The present invention focuses on reducing the closing delay time and shows the advantages that can be achieved with the invention on the basis of this, although the invention is also advantageous for the opening delay.

Die Erfindung wird durch eine Vorrichtung nach dem Anspruch 1 umgesetzt, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung in den abhängigen Ansprüchen festgelegt sind.The invention is implemented by a device according to claim 1, advantageous developments of the invention being defined in the dependent claims.

Nach der Erfindung ist demnach ein Elektromagnetventil, insbesondere zum Schalten eines Kraftstoffinjektors, wie ein Kraftstoffinjektor für gasförmigen Kraftstoff, vorzugsweise Wasserstoff, vorgesehen, das einen Anker, der in einer Ankerführung in Axialrichtung des Ventils bewegbar geführt ist und dazu ausgelegt ist, in einer Schließstellung eine Drosselstelle abzudichten, eine Spule, die dazu ausgelegt ist, den Anker mittels Magnetkraft von der Schließstellung abzuheben, und einen Magnetkern umfasst, der die Spule zumindest teilweise umschließt. Das Elektromagnetventil ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer maximal abgehobenen Stellung des Ankers von der Schließstellung ein axialer Restluftspalt zwischen dem Magnetkern und dem Anker verbleibt, um von der Spule hervorgerufene Magnetfeldlinien nicht unterbrechungsfrei, also nicht durchgehend, über eine metallische, magnetisierbare Verbindung von Magnetkern und Anker zu führen. Dabei werden also die geschlossenen Linien der Magnetfeldlinien nicht durchgängig über eine metallische, magnetisierbare Verbindung geführt. Vorzugsweise muss jede der geschlossenen Linien dabei mindestens einmal einen Mediensprung durch ein nicht bzw. nur schwach-magnetisierbares Material vollziehen.According to the invention, an electromagnetic valve is therefore provided, in particular for switching a fuel injector, such as a fuel injector for gaseous fuel, preferably hydrogen, which has an armature which is movably guided in an armature guide in the axial direction of the valve and is designed to, in a closed position, Seal throttle point, a coil which is designed to lift the armature from the closed position by means of magnetic force, and comprises a magnetic core which encloses the coil at least partially. The electromagnetic valve is characterized in that when the armature is in a maximum lifted position from the closed position, an axial residual air gap remains between the magnet core and the armature in order to avoid uninterrupted, i.e. non-continuous, magnetic field lines caused by the coil via a metallic, magnetizable connection of the magnet core and to guide anchor. In this case, the closed lines of the magnetic field lines are not continuously guided via a metallic, magnetizable connection. Preferably, each of the closed lines must perform at least one media jump through a non-magnetizable or only weakly magnetizable material.

Die Schließverzugszeit wird maßgeblich vom Design des Ventils und von einem axialen Restluftspalt beeinflusst. Dem Fachmann ist klar, dass als Luftspalt der Abstand zwischen einer Magnetkernstirnfläche bzw. einem Magnetkern und einer Ankerstirnfläche bzw. dem Anker bezeichnet wird. Der axiale Restluftspalt ist nun ein verbleibender Luftspalt, der sich in einer maximal von der Schließstellung abgehobenen Position des Ankers einstellt, bei dem der Anker durch Magnetkraft in Richtung Magnetkern maximal ausgelenkt ist. So kommt es, anders als im Stand der Technik, nicht zu einem flächigen Auflegen von Anker an dem Magnetkern, sondern es verbleibt ein axialer Restluftspalt, den die Magnetfeldlinien auch in einem maximal angezogenen Zustand des Ankers überbrücken müssen.The closing delay time is significantly influenced by the design of the valve and by an axial residual air gap. It is clear to a person skilled in the art that the air gap is the distance between a magnetic core face or a magnetic core and an armature face or the armature. The axial residual air gap is now a remaining air gap that occurs when the armature is in a position that is maximally lifted from the closed position, in which the armature is maximally deflected by magnetic force in the direction of the magnet core. In contrast to the prior art, the armature does not lie flat on the magnetic core, but rather an axial residual air gap remains, which the magnetic field lines have to bridge even when the armature is in a maximum attracted state.

Hieraus ergibt sich, dass sich der Luftspalt aus dem Ankerhub und dem axialen Restluftspalt zusammensetzt. Der axiale Restluftspalt ist dabei die Differenz von Luftspalt und Ankerhub. Der Luftspalt bzw. der Restluftspalt ist mit Luft bzw. Kraftstoff und/oder nicht bzw. nur schwach magnetisierbaren Materialen gefüllt. Ferromagnetische, stark magnetisierbare Medien werden nicht dem Luftspalt zugeordnet.This means that the air gap is made up of the armature stroke and the remaining axial air gap. The axial residual air gap is the difference between the air gap and the armature stroke. The air gap or the residual air gap is filled with air or fuel and/or non-magnetizable or only weakly magnetizable materials. Ferromagnetic, strongly magnetizable media are not assigned to the air gap.

Ein höherer axialer Restluftspalt führt zu einer Verringerung der Magnetkraft, die im oberen Anschlag wirken kann. Zudem verringert sich durch einen höheren axialen Restluftspalt die Induktivität des Elektromagneten, was dazu führt, dass der Einfluss von Wirbelströmen, welche den Auf- und Abbau des magnetischen Feldes und der davon abgeleiteten Magnetkraft verzögern, reduziert wird. Beide Effekte, also das Verringern der Magnetkraft und die Verringerung der Wirbelströme, führen zu einem früheren Ankerschließen und damit insbesondere zu einer Verringerung des Schließverzugs.A higher axial residual air gap leads to a reduction in the magnetic force that can act in the upper stop. In addition, the inductance of the electromagnet is reduced due to a higher axial residual air gap, which means that the influence of eddy currents, which cause build-up and dissipation of the magnetic field and the magnetic force derived from it is reduced. Both effects, ie the reduction of the magnetic force and the reduction of the eddy currents, lead to an earlier closing of the armature and thus in particular to a reduction in the closing delay.

Der axiale Restluftspalt kann über verschiedene Umsetzungen realisiert werden. Wichtig ist, dass der axiale Restluftspalt zwischen Anker und Magnetkern durch ein unmagnetisches bzw. nur (sehr) schwach magnetisierbares Medium gefüllt ist (z.B. Luft, Kraftstoff, nicht-ferromagnetische Werkstoffe), so dass sich im angezogenen Zustand des Ankers kein verschwindender Luftspalt einstellt, wodurch die Magnetkraft sehr stark ansteigt und ein Abfallen des Ankers nach der Ansteuerung behindert (sehr langer Schließverzug) oder gar ganz verhindert wird (durch Remanenzeffekte aufgrund der nichtlinearen, hysteresebehafteten B-H-Kennlinien von ferromagnetischen Werkstoffen).The axial residual air gap can be implemented using various implementations. It is important that the axial residual air gap between the armature and the magnetic core is filled with a non-magnetic or only (very) weakly magnetizable medium (e.g. air, fuel, non-ferromagnetic materials), so that the air gap does not disappear when the armature is attracted. This causes the magnetic force to rise sharply and prevents the armature from dropping after activation (very long closing delay) or even completely prevents it (due to remanence effects due to the non-linear, hysteresis-prone B-H characteristics of ferromagnetic materials).

Der axiale Restluftspalt kann beispielhaft über einen metallischen Anschlag, z.B. eine metallische Erhebung auf dem Anker realisiert werden. Der Anschlag sollte sich dabei möglichst außerhalb des Kernbereichs des magnetischen Feldes befinden oder zumindest mit einer sehr geringen Anschlagfläche ausgeführt sein, um einen „magnetischen Kurzschluss“, also einen direkten metallischen Kontakt zwischen Anker und Magnetkern, zu vermeiden bzw. zu minimieren, was - wie zuvor beschrieben - zu einem langen Schließverzug führen würde.The axial residual air gap can, for example, be implemented using a metallic stop, e.g. a metallic elevation on the armature. The stop should be located as far as possible outside the core area of the magnetic field or at least be designed with a very small stop surface in order to avoid or minimize a "magnetic short circuit", i.e. a direct metallic contact between the armature and the magnetic core, what - how previously described - would lead to a long delay in closing.

Eine weitere Möglichkeit ist die Beschichtung der Ankerstirnfläche bzw. der Anschlagfläche des Magnetkerns mit einer nicht-magnetisierbaren Schicht.A further possibility is the coating of the armature end face or the stop face of the magnet core with a non-magnetizable layer.

Ferner kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass der axiale Restluftspalt zwischen Magnetkern und Anker über eine Scheibe oder einen Scheibenstapel erzeugt ist, der mindestens zwei in Axialrichtung übereinander gestapelte Scheiben aufweist, vorzugsweise wobei der Scheibenstapel zwischen den jeweiligen Stirnseiten von Magnetkern und Anker angeordnet ist und/oder nur schwach oder nicht-magnetisierbar ist.Furthermore, according to the invention, it can be provided that the axial residual air gap between the magnet core and the armature is generated by a disk or a stack of disks, which has at least two disks stacked one on top of the other in the axial direction, preferably with the stack of disks being arranged between the respective end faces of the magnet core and the armature and /or is only weakly or non-magnetizable.

Dem Fachmann das klar, dass die Scheibe bzw. die Scheiben auch in einer Schicht bzw. in Schichten aufgetragen werden können, wobei der Einfachheit halber nachfolgend lediglich von Scheibe bzw. Scheiben gesprochen wird.It is clear to a person skilled in the art that the pane or panes can also be applied in one layer or in layers, with the term pane or panes only being referred to below for the sake of simplicity.

Dabei ist eine Scheibe bzw. der Scheibenstapel als Abstandshalter zwischen dem Anker und dem Magnetkern vorgesehen, der eine Bewegung des Ankers über den durch die Scheibe bzw. den Scheibenstapel definierten axialen Restluftspalt hinaus verhindert. Die Ausführung als Scheibenstapel ist dabei von Vorteil, da durch das Beilegen der Scheiben ein variierbarer Abstand des axialen Restluftspalts erzeugbar ist. In einer maximal angezogenen Stellung des Ankers ist der Scheibenstapel dabei zwischen dem Magnetkern und dem Anker geklemmt, sodass es nicht mehr zu einem direkten Kontaktieren von Magnetkern und Anker kommt, die jeweils aus einem ferromagnetischen Material sind.A disk or the stack of disks is provided as a spacer between the armature and the magnetic core, which prevents movement of the armature beyond the axial residual air gap defined by the disk or the stack of disks. The design as a stack of disks is advantageous because adding the disks allows a variable spacing of the axial residual air gap to be generated. In a maximum tightened position of the armature, the disk stack is clamped between the magnet core and the armature, so that there is no longer direct contact between the magnet core and the armature, which are each made of a ferromagnetic material.

Nach einer optionalen Fortbildung der Erfindung kann dabei vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Scheiben des Scheibenstapels aus zwei unterschiedlichen Materialien bestehen, wobei vorzugsweise eine erste der mindestens zwei Scheiben eine Kunststoff-Scheibe, insbesondere eine Polymid-Folie, und eine zweite der mindestens zwei Scheiben eine metallische, nicht-magnetisierbare Blechscheibe ist.According to an optional development of the invention, it can be provided that the at least two discs of the disc stack consist of two different materials, with a first of the at least two discs preferably being a plastic disc, in particular a polyamide film, and a second of the at least two discs is a metallic, non-magnetisable sheet metal disc.

Die Verwendung einer (nichtmetallischen) Kunststoff-Folie, insbesondere einer Polymid-Folie, hat den Vorteil, dass diese eine geringere Steifigkeit als eine Blechscheibe aufweist, was den Aufprall des Ankers am oberen Anschlag beim Öffnen dämpft und damit das typischerweise auftretende Prellen reduziert. Zudem besteht in der oberen Ruhelage kein durchgehender metallischer Kontakt zwischen Anker und Magnetkern, so dass im Gegensatz zu einer Variante, bei der der Scheibenstapel durchgängig aus Blechscheiben aufgebaut ist, kein Elektronenfluss zwischen Anker und Magnetkern stattfindet. Auch dies führt zu einer Verringerung von Wirbelströmen, welche nichts Anderes als Bewegung von (negativen) Ladungen, also Elektronen sind.The use of a (non-metallic) plastic film, in particular a polymide film, has the advantage that it is less rigid than a sheet metal disc, which dampens the impact of the armature on the upper stop when opening and thus reduces the bouncing that typically occurs. In addition, there is no continuous metallic contact between the armature and magnetic core in the upper rest position, so that in contrast to a variant in which the disk stack is made up of metal disks throughout, there is no flow of electrons between the armature and magnetic core. This also leads to a reduction in eddy currents, which are nothing more than the movement of (negative) charges, i.e. electrons.

Nach einer vorteilhaften Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine erste der mindestens zwei Scheiben des Scheibenstapels eine Kunststoff-Folie bzw. Kunststoffscheibe, insbesondere eine Polymid-Folie ist, die sandwichartig zwischen zwei Blechscheiben aufgenommen ist. In diesem Fall müssen natürlich mindestens drei Scheiben vorhanden sein.According to an advantageous development of the present invention, it can be provided that a first of the at least two panes of the stack of panes is a plastic film or plastic pane, in particular a polyamide film, which is sandwiched between two sheet metal panes. In this case, of course, there must be at least three discs.

Dies ist insbesondere von Vorteil, um die mechanische Belastung der Kunststoff-Scheibe durch das kontinuierliche Einschlagen des Ankers bzw. des Magnetkerns zu verringern. In Verbindung mit einer geschlitzten Ausführung des Ankers bzw. des Magnetkerns ist dies umso vorteilhafter, da die sonst auftretende Stanzwirkung die Kunststoff-Scheibe stark beansprucht und nach relativ kurzer Zeit beschädigt.This is particularly advantageous in order to reduce the mechanical stress on the plastic pane due to the continuous impact of the armature or the magnet core. In connection with a slotted design of the armature or the magnetic core, this is all the more advantageous, since the punching effect that would otherwise occur puts a lot of strain on the plastic disk and will damage it after a relatively short time.

Vorteilhafterweise kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass in einem angezogenen Zustand des Ankers der Magnetkern eine Blechscheibe des Scheibenstapels berührt und/oder der Anker eine Blechscheibe des Scheibenstapels berührt.Advantageously, according to the invention, it can be provided that when the armature is in a tightened state, the magnetic core touches a sheet-metal disk of the stack of disks and/or the Anchor touches a sheet metal disc of the disc stack.

Demnach ist es also von Vorteil, wenn jeweils die äußere dem Anker bzw. dem Magnetkern zugewandte Schicht des Stapels eine Blechschicht ist, da diese aufgrund ihrer Materialeigenschaften den auftretenden Kräften am besten widerstehen kann.Accordingly, it is therefore advantageous if the outer layer of the stack facing the armature or the magnetic core is a sheet metal layer, since this is best able to withstand the forces that occur due to its material properties.

Nach einer optionalen Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Dicke der Scheiben des Scheibenstapels im Bereich von 10-100 µm, vorzugsweise im Bereich von 10-50 µm liegen. Auch kann vorgesehen sein, dass die Kunststoff-Scheibe, insbesondere die Polymid-Scheibe eine Dicke im Bereich von 10-50 µm besitzt, wohingegen die in dem Stapel verwendete mindestens eine Blechscheibe eine Dicke im Bereich von 10-100 µm aufweist. Demnach ist es also möglich, dass die aus unterschiedlichem Material bestehenden Scheiben auch unterschiedlich dick ausgestaltet sind.According to an optional development of the present invention, it can be provided that the thickness of the disks of the stack of disks is in the range of 10-100 μm, preferably in the range of 10-50 μm. It can also be provided that the plastic disk, in particular the polyamide disk, has a thickness in the range of 10-50 μm, whereas the at least one metal disk used in the stack has a thickness in the range of 10-100 μm. Accordingly, it is therefore possible for the discs, which are made of different materials, to also have different thicknesses.

Nach einer vorteilhaften Variation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Anker einen in Axialrichtung verlaufenden Schlitz aufweist, um einen in Umfangsrichtung wirkenden Wirbelstrom zu unterbrechen, vorzugsweise wobei der Schlitz die Form eines Zylindersektors in einem zylindrisch geformten Teil des Ankers aufweist.According to an advantageous variation of the present invention, it can be provided that the armature has an axially extending slot in order to interrupt a circumferential eddy current, preferably wherein the slot has the shape of a cylinder sector in a cylindrically shaped part of the armature.

Wirbelströme, welche die Dynamik des Magnetventils negativ beeinflussen, fließen vor allem in massiven (d.h. nicht-geblechten) elektrisch leitfähigen Materialien (z.B. Eisen und Eisenlegierungen). Um den Einfluss von Wirbelströmen zu unterbinden oder zumindest zu reduzieren, können Anker und/oder Magnetkern mit jeweils einem oder mehreren Schlitzen (oder ähnlichen Unterbrechungen des Anker-Vollkörpers bzw. des Magnetkern-Vollkörpers) versehen werden. Die Schlitze können dabei axial durchgängig sein oder einen Reststeg belassen und im axialen Querschnitt eine beliebige Form einnehmen, beispielsweise rechteckig, keilförmig etc. sein. Die Schlitze verhindern das Ausbilden sehr großer, kreisförmiger und in Umfangsrichtung verlaufender Wirbelströme und verbessern dadurch den Schließverzug. Eine axial durchgängige Schlitzung (ohne Reststeg) ist dabei in der Regel effektiver als eine Schlitzung mit Reststeg.Eddy currents, which negatively affect the dynamics of the solenoid valve, flow primarily in solid (i.e. non-laminated) electrically conductive materials (e.g. iron and iron alloys). In order to prevent or at least reduce the influence of eddy currents, the armature and/or magnetic core can each be provided with one or more slots (or similar interruptions in the solid armature body or the solid magnetic core body). The slits can be axially continuous or leave a residual web and assume any desired shape in axial cross section, for example rectangular, wedge-shaped, etc. The slits prevent the formation of very large, circular and circumferential eddy currents and thereby improve the closing distortion. An axially continuous slit (without a remainder) is generally more effective than a slit with a remainder.

Demnach kann also vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Schlitz in dem Anker von der zum Magnetkern zugewandten Stirnseite des Ankers ausgeht und sich vorzugsweise über die gesamte axiale Länge des Ankers erstreckt. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass sich der Schlitz in dem Anker in Axialrichtung nur bis zu einer ersten Querschnittsverminderung erstreckt.Accordingly, it can therefore advantageously be provided that the slot in the armature starts from the end face of the armature facing the magnetic core and preferably extends over the entire axial length of the armature. In this case, it can also be provided that the slot in the armature extends in the axial direction only as far as a first reduction in cross section.

Ebenfalls kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass der Magnetkern einen in Axialrichtung verlaufenden Schlitz aufweist, um einen in Umfangsrichtung wirkenden Wirbelstrom zu unterbrechen, vorzugsweise wobei der Schlitz die Form eines Zylindersektors aufweist.It can also be provided according to the invention that the magnet core has a slot running in the axial direction in order to interrupt an eddy current acting in the circumferential direction, the slot preferably having the shape of a cylindrical sector.

Dabei ist auch möglich, dass der Schlitz in dem Magnetkern von der zum Anker zugewandten Stirnseite des Magnetkerns ausgeht und sich vorzugsweise über die gesamte axiale Länge des Magnetkerns erstreckt. Wie oben bereits erläutert, ist es aber für eine Verbesserung des Schließverzugs ausreichen, wenn sich der Schlitz nicht über die gesamte axiale Länge erstreckt. So ist es ausreichend, wenn sich der Schlitz lediglich in einem Bereich, in dem verstärkt Wirbelströme auftreten, ausgebildet ist.It is also possible that the slot in the magnet core starts from the end face of the magnet core facing the armature and preferably extends over the entire axial length of the magnet core. As already explained above, however, it is sufficient to improve the closing delay if the slot does not extend over the entire axial length. It is sufficient if the slot is only formed in a region in which eddy currents occur to a greater extent.

Nach der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass das Ventil ein Federelement umfasst, das dazu ausgelegt ist, den Anker in die Schließstellung zu drängen. Das Federelement dient dazu, den Anker in seine Schließstellung zu drängen, um den Anker aus dem angezogenen Zustand in die Schließstellung zu überführen (wenn die Spule in einem unbestromten Zustand ist).According to the invention, it can also be provided that the valve comprises a spring element which is designed to urge the armature into the closed position. The spring member serves to urge the armature toward its closed position to move the armature from the energized to the closed position (when the coil is in a de-energized state).

Nach der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass der Scheibenstapel eine Kreisringform aufweist, in deren Mitte eine Ausnehmung zum Durchführen eines Federelements vorgesehen ist. Das Federelement greift dann beispielsweise direkt an dem Anker an und stützt sich mit seinem dazu gegenüberliegenden Ende vom Magnetkern ab.According to the invention, it can also be provided that the disk stack has the shape of a circular ring, in the middle of which there is a recess for the passage of a spring element. The spring element then acts directly on the armature, for example, and is supported by the magnetic core with its end opposite thereto.

Die Form einer durchgehenden Kreisscheibe ist ebenso möglich, wobei das Federelement dann direkt an dem Scheibenstapel angreift.The shape of a continuous circular disk is also possible, in which case the spring element then acts directly on the stack of disks.

Nach einer weiteren vorteilhaften Modifikation kann vorgesehen sein, dass die Ankerführung den Anker umfangsseitig umgibt und aus einem nicht-ferromagnetischen Werkstoff ist. Dies trägt dazu bei, dass die vom Elektromagneten gebildeten Magnetfeldlinien tatsächlich nur über den Luftspalt geschlossen werden können.According to a further advantageous modification, it can be provided that the armature guide surrounds the armature on the peripheral side and is made of a non-ferromagnetic material. This contributes to the fact that the magnetic field lines formed by the electromagnet can actually only be closed via the air gap.

Ferner kann nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass ein unterer Anschlag des Ankers, in dem die durch den Anker verschließbare Drosselstelle angeordnet ist, aus einem nicht-ferromagnetischen Werkstoff ist. Dies trägt dazu bei, dass die vom Elektromagneten gebildeten Magnetfeldlinien tatsächlich nur über den Luftspalt geschlossen werden können.Furthermore, according to the present invention, it can be provided that a lower stop of the armature, in which the throttle point that can be closed by the armature is arranged, is made of a non-ferromagnetic material. This contributes to the fact that the magnetic field lines formed by the electromagnet can actually only be closed via the air gap.

Die Erfindung betrifft ferner einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Kraftstoffinjektor für einen gasförmigen Kraftstoff, vorzugsweise Wasserstoff, umfassend ein Elektromagnetventil zum Schalten des Injektors nach einer der vorstehend diskutierten Varianten.The invention also relates to a fuel injector, in particular a fuel injector for a gaseous fuel, preferably hydrogen, comprising an electromagnetic valve for switching th of the injector according to one of the variants discussed above.

Von der Erfindung ebenfalls umfasst ist ein Elektromagnetventil, insbesondere zum Schalten eines Kraftstoffinjektors, das einen Anker, der in einer Ankerführung in Axialrichtung des Ventils bewegbar geführt ist und dazu ausgelegt ist, in einer Schließstellung eine Drosselstelle abzudichten, eine Spule, die dazu ausgelegt ist, den Anker mittels Magnetkraft von der Schließstellung abzuheben, und einen Magnetkern aufweist, der die Spule zumindest teilweise umschließt, wobei der Anker und/oder Magnetkern einen in Axialrichtung verlaufenden Schlitz aufweist/aufweisen, um einen in Umfangsrichtung wirkenden Wirbelstrom zu unterbrechen, vorzugsweise wobei der Schlitz die Form eines Zylindersektors aufweist.The invention also includes an electromagnetic valve, in particular for switching a fuel injector, which has an armature which is movably guided in an armature guide in the axial direction of the valve and is designed to seal off a throttle point in a closed position, a coil which is designed to to lift the armature from the closed position by means of magnetic force, and having a magnetic core which at least partially encloses the coil, the armature and/or magnetic core having/have a slot running in the axial direction in order to interrupt an eddy current acting in the circumferential direction, preferably wherein the slot has the shape of a sector of a cylinder.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:

  • 1: eine teilweise Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Ventils nach einer ersten Ausführungsform in Schließstellung,
  • 2: eine Darstellung des prinzipiellen Schaltverhaltens eines Elektromagnetventils,
  • 3: eine Darstellung zum Erläutern des Zusammenhangs von Magnetkraft und Luftspalt,
  • 4: eine teilweise Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Ventils nach der ersten Ausführungsform in Offenstellung,
  • 5: eine teilweise Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Ventils nach einer zweiten Ausführungsform in Schließstellung,
  • 6: eine teilweise Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Ventils nach der zweiten Ausführungsform in Offenstellung,
  • 7: eine teilweise Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Ventils nach einer dritten Ausführungsform in Schließstellung,
  • 8: eine teilweise Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Ventils nach einer vierten Ausführungsform in Schließstellung,
  • 9: eine teilweise Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Ventils nach der vierten Ausführungsform in Offenstellung,
  • 10: eine teilweise Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Ventils nach einer fünften Ausführungsform in Schließstellung, und
  • 11a-c: perspektivische Darstellungen eines Ankers, mit und ohne einen axial verlaufenden Schlitz zum Unterbrechen von Wirbelströmen.
Further features, details and advantages of the invention can be seen from the following description of the figures. show:
  • 1 : a partial sectional view of a valve according to the invention according to a first embodiment in the closed position,
  • 2 : a representation of the basic switching behavior of a solenoid valve,
  • 3 : a representation to explain the relationship between magnetic force and air gap,
  • 4 : a partial sectional view of a valve according to the invention according to the first embodiment in the open position,
  • 5 : a partial sectional view of a valve according to the invention according to a second embodiment in the closed position,
  • 6 : a partial sectional view of a valve according to the invention according to the second embodiment in the open position,
  • 7 : a partial sectional view of a valve according to the invention according to a third embodiment in the closed position,
  • 8th : a partial sectional view of a valve according to the invention according to a fourth embodiment in the closed position,
  • 9 : a partial sectional view of a valve according to the invention according to the fourth embodiment in the open position,
  • 10 : a partial sectional representation of a valve according to the invention according to a fifth embodiment in the closed position, and
  • 11a-c 1: Perspective representations of an armature, with and without an axial slot for interrupting eddy currents.

1 zeigt den Grundaufbau eines erfindungsgemäßen Elektromagnetventils 1. Dargestellt ist dabei lediglich eine Teilschnittansicht entlang der Längsachse in Axialrichtung des Ventils 1, wobei sich die restliche Schnittansicht über eine Spiegelung an der Symmetrieachse 26 ergibt, die aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit jedoch nicht dargestellt ist. 1 1 shows the basic structure of an electromagnetic valve 1 according to the invention. Only a partial sectional view is shown along the longitudinal axis in the axial direction of the valve 1, with the remaining sectional view resulting from a reflection on the axis of symmetry 26, which is not shown for reasons of clarity.

Das elektromagnetische Ventil 1 umfasst ein Gehäuse 18, einen Magnetkern 6, welcher ein- oder mehrteilig ausgeführt und (zumindest teilweise) innerhalb und/oder außerhalb des Gehäuses 18 liegen kann. Ferner umfasst das Ventil 1 eine vom Magnetkern 6 (zumindest teilweise) umschlossene Spule 5, welche optional von einer Spulenummantelung 19 umgeben und fixiert ist, einen Anker 2, welcher in einer Ankerführung 3 geführt ist und welcher im geschlossenen Zustand des Ventils 1 von einem vorgespannten Federelement 16 gegen einen ersten Anschlag 17 (unterer Anschlag) gedrückt wird, so dass eine Drosselstelle 4 abgedichtet wird. Optional kann mindestens eine Einstellscheibe 23 zum Einstellen der Vorspannkraft des Federelements 16 und mindestens eine Einstellscheibe 22 zum Einstellen des Ankerhubs 24 vorgesehen sein. Der Ankerhub ist dabei die maximal mögliche axiale Bewegung des Ankers 2 aus seiner Schließstellung bis zum zweiten Anschlag 20 (=oberer Anschlag), wobei der zweite Anschlag 20 vorzugsweise der Magnetkernstirnfläche 14 entsprechen kann.The electromagnetic valve 1 comprises a housing 18, a magnetic core 6, which is designed in one or more parts and (at least partially) can be located inside and/or outside of the housing 18. The valve 1 also comprises a coil 5 which is (at least partially) surrounded by the magnetic core 6 and which is optionally surrounded and fixed by a coil casing 19, an armature 2 which is guided in an armature guide 3 and which, when the valve 1 is closed, is guided by a prestressed Spring element 16 is pressed against a first stop 17 (lower stop), so that a throttle point 4 is sealed. Optionally, at least one shim 23 for setting the pretensioning force of the spring element 16 and at least one shim 22 for setting the armature stroke 24 can be provided. The armature stroke is the maximum possible axial movement of the armature 2 from its closed position to the second stop 20 (=upper stop), the second stop 20 preferably being able to correspond to the end face 14 of the magnet core.

Der Abstand zwischen Magnetkernstirnfläche 14 und Ankerstirnfläche 13 in Schließstellung des Ventils 1 wird als Luftspalt bezeichnet. Er setzt sich zusammen aus dem Ankerhub 24 und dem axialen Restluftspalt 7. Der axiale Restluftspalt 7 ist dabei die Differenz von Luftspalt und Ankerhub 24. Der Luftspalt kann mit Luft bzw. Kraftstoff und/oder nicht bzw. nur schwach magnetisierbaren Materialen gefüllt sein. Ferromagnetische, stark magnetisierbare Medien werden nicht dem Luftspalt zugeordnet.The distance between the magnet core face 14 and the armature face 13 in the closed position of the valve 1 is referred to as the air gap. It is made up of the armature stroke 24 and the axial residual air gap 7. The axial residual air gap 7 is the difference between the air gap and the armature stroke 24. The air gap can be filled with air or fuel and/or non-magnetizable or only weakly magnetizable materials. Ferromagnetic, strongly magnetizable media are not assigned to the air gap.

Nachfolgend wird die Funktion des in 1 dargestellten Ventils 1 anhand von 2 erläutert, die das prinzipielle Schaltverhalten (Öffnungsphase und Schließphase) des elektromagnetischen Ventils 1 zeigt. Zum Zeitpunkt t0 befindet sich das Ventil 1 in Ausgangsstellung, so dass der Anker 2 die Drosselstelle 4 abdichtet. Wird nun zur Zeit t0 ein elektrisches Ansteuersignal aktiviert, bildet sich aufgrund des in der Spule 5 fließenden Stroms ein Magnetfeld 8 um die Spule 5 herum aus, welches durch den ferromagnetischen Magnetkern 6 und den ferromagnetischen Anker 2 geführt und verstärkt wird (siehe Magnetfeldlinie 8 in 1).The function of the in 1 illustrated valve 1 based on 2 explained, which shows the basic switching behavior (opening phase and closing phase) of the electromagnetic valve 1. At time t 0 the valve 1 is in the starting position, so that the armature 2 seals the throttle point 4 . If an electrical control signal is now activated at time t 0 , a magnetic field 8 is formed around the coil 5 due to the current flowing in the coil 5, which is guided and amplified by the ferromagnetic magnetic core 6 and the ferromagnetic armature 2 (see magnetic field line 8 in 1 ).

Dadurch bildet sich zwischen Anker 2 und Magnetkern 6 eine magnetische Kraft aus, welche darauf hinwirkt, den Luftspalt zu verkleinern und den Anker 2 in Richtung Magnetkern 6 zu bewegen. Zum Zeitpunkt t1 hat die Magnetkraft die Vorspannkraft der Feder 16 (plus ggf. weitere, angreifende Kräfte wie Reibkräfte) überwunden und der Anker 2 beginnt sich in Richtung Magnetkern 6 zu bewegen (siehe 2). Die Magnetkraft nimmt dabei in der Regel mit kleiner werdendem Luftspalt zu (siehe 3), wobei durch spezielle Designs zur Beeinflussung der Magnetkraft-Hub-Kennlinie (Kennlinienbeeinflussung) auch Abweichungen von einem monotonen Verlauf möglich sind.As a result, a magnetic force is formed between the armature 2 and the magnet core 6, which tends to reduce the air gap and to move the armature 2 in the direction of the magnetic core 6. At time t 1 the magnetic force has overcome the prestressing force of the spring 16 (plus other forces that may be applied, such as frictional forces) and the armature 2 begins to move in the direction of the magnetic core 6 (see Fig 2 ). The magnetic force usually increases as the air gap decreases (see Fig 3 ), whereby deviations from a monotonous course are also possible due to special designs for influencing the magnetic force-stroke characteristic (characteristic influence).

Erreicht der Anker 2 zur Zeit t2 den oberen Anschlag 20, wird dieser abrupt abgebremst und erreicht in der Regel nach einer Phase des Prellens eine statische Ruheposition, so dass die Drosselstelle 4 vollständig geöffnet ist (siehe auch 4). Die Federkraft ändert sich während des Anzugvorgangs abhängig von der Federrate und der weiteren Verformung der Feder. Ab einem gewissen Zeitpunkt kann die Intensität des elektrischen Ansteuersignals reduziert werden, um den Anker 2 in der geöffneten Position zu halten, wodurch es zu einer Verringerung der Magnetkraft kommt (Zeitpunkt t3).If the armature 2 reaches the upper stop 20 at time t 2 , it is abruptly decelerated and usually reaches a static rest position after a bouncing phase, so that the throttle point 4 is fully open (see also 4 ). The spring force changes during the tightening process depending on the spring rate and the further deformation of the spring. From a certain point in time, the intensity of the electrical control signal can be reduced in order to keep the armature 2 in the open position, which results in a reduction in the magnetic force (point in time t 3 ).

Im Anschluss daran kommt es zu einem Schließvorgang, bei dem das Ansteuersignal zum Zeitpunkt t4 beendet wird. Infolgedessen sinkt die Magnetkraft ab und der Anker 2 verbleibt zunächst in seiner oberen Ruhelage, bis die Magnetkraft auf einen Wert unterhalb der rückstellenden Federkraft (plus ggf. gegenwirkender Reibkräfte) abgefallen ist (Zeitpunkt t5). Daraufhin wird der Anker 2 von der Feder 16 wieder zurück in den unteren Anschlag 17 gedrückt und trifft auf die Drosselstelle 4 auf (Zeitpunkt t6), welche er ggf. nach einer Phase des Prellens wieder verschließt (Zeitpunkt t7). Die Magnetkraft nimmt im Laufe der Zeit weiter ab, bis sie (fast) komplett abgebaut ist und der ursprüngliche Zustand wiederhergestellt ist.This is followed by a closing process in which the control signal is terminated at time t 4 . As a result, the magnetic force decreases and the armature 2 initially remains in its upper rest position until the magnetic force has dropped to a value below the restoring spring force (plus any counteracting frictional forces) (time t 5 ). The armature 2 is then pressed back into the lower stop 17 by the spring 16 and hits the throttle point 4 (time t 6 ), which it possibly closes again after a bouncing phase (time t 7 ). The magnetic force will continue to decrease over time until it is (almost) completely dissipated and the original state is restored.

Die Zeitspanne zwischen Beginn des Ansteuersignals (Zeitpunkt t0) und Beginn der Ankerbewegung zum oberen Anschlag 20 hin (Zeitpunkt t1) wird als Öffnungsverzug bezeichnet (engl.: OD = opening delay). Die Zeitspanne zwischen Ende des Ansteuersignals (Zeitpunkt t4) und Auftreffen des Ankers 2 am unteren Anschlag 17 (Zeitpunkt t6) wird als Schließverzug bezeichnet (engl.: CD = closing delay). Sowohl die Phase des Schließverzugs wie auch des Öffnungsverzugs sind in 2 durch einen Doppelpfeil in der Zeitachse hervorgehoben.The period of time between the start of the control signal (time t 0 ) and the start of the armature movement toward the upper stop 20 (time t 1 ) is referred to as the opening delay (OD=opening delay). The period of time between the end of the control signal (time t 4 ) and the impact of the armature 2 on the lower stop 17 (time t 6 ) is referred to as the closing delay (English: CD=closing delay). Both the phase of the closing delay and the opening delay are in 2 highlighted by a double arrow in the timeline.

Die Dynamik des Magnetventils 1 wird insbesondere durch Wirbelströme in den massiven, ferromagnetischen Bauteilen (Magnetkern 6 und Anker 2) beeinflusst, welche den Auf- und Abbau des Magnetfeldes und damit der Magnetkraft behindern und damit zeitlich verzögern. Um ein dynamisches Schaltverhalten des Aktuators zu erzielen, ist es von Vorteil Wirbelströme zu minimieren, um den Öffnungs- und Schließverzug zu verbessern.The dynamics of the solenoid valve 1 is influenced in particular by eddy currents in the solid, ferromagnetic components (magnetic core 6 and armature 2), which impede the build-up and breakdown of the magnetic field and thus the magnetic force and thus delay it. In order to achieve dynamic switching behavior of the actuator, it is advantageous to minimize eddy currents in order to improve the opening and closing delay.

Die Magnetkraft wird maßgeblich vom Design und vom axialen Restluftspalt beeinflusst. Ein höherer axialer Restluftspalt verringert die Magnetkraft im oberen Anschlag 20. Zudem verringert sich durch einen höheren axialen Restluftspalt in der Regel die Induktivität des Elektromagneten, so dass der Einfluss von Wirbelströmen, welche den Auf- und Abbau des magnetischen Feldes und damit der Magnetkraft behindern und verzögern, reduziert wird. Beide Effekte führen zu einem früheren Ankerschließen und damit zu einer Verringerung des Schließverzugs.The magnetic force is significantly influenced by the design and the axial residual air gap. A larger axial residual air gap reduces the magnetic force in the upper stop 20. In addition, a larger axial residual air gap usually reduces the inductance of the electromagnet, so that the influence of eddy currents, which impede the build-up and decay of the magnetic field and thus the magnetic force, and delay, is reduced. Both effects lead to an earlier closing of the armature and thus to a reduction in the closing delay.

1 zeigt dabei eine exemplarische Umsetzung für einen axialen Restluftspalt, der über verschiedene Designmöglichkeiten realisiert werden kann. Wichtig ist, dass der axialer Restluftspalt-Spalt zwischen Anker 2 und Magnetkern 6 durch ein unmagnetisches bzw. nur sehr schwach magnetisierbares Medium gefüllt ist (z.B. Luft, Kraftstoff, wie Diesel, Benzin, Erdgas, Wasserstoff o.Ä., nicht-ferromagnetische Werkstoffe), so dass sich im angezogenen Zustand des Ankers 2 kein verschwindender Luftspalt einstellt, wodurch die Magnetkraft sehr stark ansteigt. 3 zeigt dabei den Zusammenhang bei einem Verkleinern des Luftspalts und des damit einhergehenden Ansteigens der Magnetkraft. Die sehr stark ausgeprägte Magnetkraft führt zu einem Behindern beim Abfallen des Ankers 2 nach der Ansteuerung (und führt zu einem sehr langen Schließverzug) oder verhindert ein Abfallen sogar ganz (durch Remanenzeffekte aufgrund der nichtlinearen, hysteresebehafteten B-H-Kennlinien von ferromagnetischen Werkstoffen). 1 shows an exemplary implementation for an axial residual air gap, which can be realized using various design options. It is important that the axial residual air gap between the armature 2 and the magnetic core 6 is filled with a non-magnetic or only very weakly magnetizable medium (e.g. air, fuel such as diesel, gasoline, natural gas, hydrogen or similar, non-ferromagnetic materials ), so that when the armature 2 is attracted there is no vanishing air gap, as a result of which the magnetic force increases significantly. 3 shows the connection with a reduction in the air gap and the associated increase in the magnetic force. The very strong magnetic force prevents the armature 2 from dropping after activation (and leads to a very long closing delay) or even completely prevents it from dropping (due to remanence effects due to the non-linear, hysteresis-prone BH characteristics of ferromagnetic materials).

In 1 ist der axiale Restluftspalt über einen metallischen Anschlag umgesetzt, der als Ankererhebung 21 ausgebildet ist. Die Ankererhebung 21, welche sich dabei außerhalb des Kernbereichs des magnetischen Feldes 18 befindet, verhindert einen „magnetischen Kurzschluss“, also einen direkten metallischen Kontakt zwischen Anker 2 und Magnetkern 6, zu vermeiden / minimieren, was - wie zuvor beschrieben - zu einem langen Schließverzug führen würde.In 1 the axial residual air gap is implemented via a metallic stop, which is designed as an armature elevation 21. The armature elevation 21, which is located outside the core area of the magnetic field 18, prevents / minimizes a "magnetic short circuit", i.e. a direct metallic contact between the armature 2 and the magnetic core 6, which - as described above - leads to a long delay in closing would lead.

4 zeigt dabei das zu 1 zugehörige Bild, bei dem das Elektromagnetventil 1 in seiner Offenstellung ist. Der Anker 2 ist dabei maximal angezogen und kontaktiert mit seiner Ankererhebung 21 den oberen Anschlag 20. Die Magnetfeldlinien 8, von denen jede immer einen geschlossenen Kreis bildet, können sich daher nicht kontinuierlich über einen direkten Kontakt von Anker 2 und Magnetkern 6 ausbreiten. Es ist immer erforderlich, dass eine jede Magnetfeldlinie den axialen Restluftspalt 7 überwindet, was die vorgenannten Vorteile mit sich bringt. 4 shows that 1 associated image, in which the electromagnetic valve 1 is in its open position. The armature 2 is attracted to the maximum and contacts the upper stop 20 with its armature elevation 21. The magnetic field lines 8, each of which always forms a closed circle, can therefore not spread continuously via direct contact between the armature 2 and the magnet core 6. It is always necessary that each magnetic field line has the axial residual air spalt 7 overcomes, which brings with it the aforementioned advantages.

5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektromagnetventils 1, bei dem die Ankererhebung 21 des Ankers 2 im Kernbereich des magnetischen Feldes angeordnet ist. Im Vergleich zu der ersten Ausführungsform in 1 und 4 ist die Ankererhebung 21 weiter radial außen angeordnet. 5 shows a further embodiment of an electromagnetic valve 1 according to the invention, in which the armature elevation 21 of the armature 2 is arranged in the core area of the magnetic field. Compared to the first embodiment in 1 and 4 the anchor elevation 21 is arranged further radially outwards.

Man erkennt in 6, die den angezogenen Zustand des Ankers 2 zeigt, dass die (exemplarisch dargestellte) Magnetfeldlinie 8 an ihrem radial inneren Übertritt von Anker 2 zu Magnetkern 6 einen direkten metallischen Kontakt zwischen den Bauteilen nutzen kann, wohingegen der radial äußere Übertritt von Magnetkern 6 zum Anker 2 weiterhin nur über den axialen Restluftspalt 7 erfolgen kann. Die in 6 dargestellten Magnetfeldlinien 8 haben dabei eine Orientierung, die dem Uhrzeigersinn entspricht.One recognizes in 6 , which shows the attracted state of the armature 2, that the magnetic field line 8 (shown as an example) can use a direct metallic contact between the components at its radially inner transition from the armature 2 to the magnet core 6, whereas the radially outer transition from the magnet core 6 to the armature 2 can continue to take place only via the axial residual air gap 7. In the 6 illustrated magnetic field lines 8 have an orientation that corresponds to the clockwise direction.

7 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromagnetventils 1. Im Unterschied zu der vorhergehenden Ausführungsform ist die Ankerstirnfläche 13 mit einer nicht-magnetisierbaren (bzw. nur schwach magnetisierbaren) Beschichtung 27 versehen, deren Dicke den axialen Restluftspalt 7 definiert. Werden Anker 2 und Magnetkern 6 aufeinander zu bewegt, sorgt die Beschichtung 27 dafür, dass ein minimaler Abstand zwischen diesen Bauteilen nicht unterschritten werden kann. 7 shows a further embodiment of the electromagnetic valve 1 according to the invention. In contrast to the previous embodiment, the armature end face 13 is provided with a non-magnetizable (or only weakly magnetizable) coating 27 whose thickness defines the axial residual air gap 7 . If the armature 2 and the magnetic core 6 are moved towards one another, the coating 27 ensures that the distance between these components cannot fall below a minimum.

Dabei ist dem Fachmann klar, dass es zum Erreichen der Vorteile der vorliegenden Erfindung auch möglich ist, die Beschichtung 27 auf der der Ankerstirnfläche 13 gegenüberliegenden Stirnfläche am Magnetkern 6 und/oder der Spulenummantelung 19 anzuordnen. Als Beschichtung kommt dabei insbesondere eine Kunststoffschicht, beispielsweise eine Polymid-Schicht infrage.It is clear to the person skilled in the art that, in order to achieve the advantages of the present invention, it is also possible to arrange the coating 27 on the end face on the magnet core 6 and/or the coil casing 19 opposite the armature end face 13 . A plastic layer, for example a polyamide layer, is particularly suitable as the coating.

8 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromagnetventils 1, bei dem anstelle einer Beschichtung eine Scheibe 9 zwischen Anker 2 und Magnetkern 6 angeordnet ist. Der Vorteil des Vorsehens einer Scheibe 9 liegt in der vereinfachten Herstellbarkeit des Elektromagnetventils 1, da keine aufwendig anzubringende Beschichtung, sondern lediglich das Einlegen einer Scheibe zwischen Anker 2 und Magnetkern 6 erforderlich ist. 8th shows a further embodiment of the electromagnetic valve 1 according to the invention, in which a disk 9 is arranged between the armature 2 and the magnet core 6 instead of a coating. The advantage of providing a disk 9 lies in the simplified manufacturability of the electromagnetic valve 1, since no coating, which is expensive to apply, but only the insertion of a disk between the armature 2 and the magnetic core 6 is required.

Als Material für die Scheibe 9 kommt dabei jedes nicht-magnetisierbare (bzw. nur schwach magnetisierbare) Material infrage, beispielsweise also eine Kunststoff-, insbesondere eine Polymid-Scheibe oder ein metallisches, nicht-magnetisierbares Blech. Von Vorteil ist dabei, wenn die Dicke der Scheibe im Bereich von 20 bis 500 µm liegt.Any non-magnetizable (or only weakly magnetizable) material can be used as the material for the disk 9, for example a plastic disk, in particular a polymide disk, or a metallic, non-magnetizable sheet metal. It is advantageous if the thickness of the disk is in the range from 20 to 500 μm.

Insbesondere die Verwendung von (nichtmetallischen) Polymid-Scheiben bzw. - folien hat den Vorteil, dass diese eine geringere Steifigkeit als metallisches Blech aufweisen, was den Aufprall des Ankers 2 am oberen Anschlag beim Öffnen dämpft und damit das Prellen reduziert. Zudem besteht in der oberen Ruhelage kein direkter metallischer Kontakt zwischen Anker 2 und Magnetkern 6, so dass im Gegenzug zur Variante mit Blechscheiben kein Elektronenfluss zwischen Anker und Magnetkern stattfindet.In particular, the use of (non-metallic) polymide discs or foils has the advantage that they are less rigid than metal sheet metal, which dampens the impact of the armature 2 on the upper stop when opening and thus reduces bouncing. In addition, there is no direct metallic contact between the armature 2 and the magnetic core 6 in the upper resting position, so that, in contrast to the variant with metal disks, there is no flow of electrons between the armature and the magnetic core.

9 zeigt dabei -beispielhaft für eine Umsetzung der Scheibe 9 mit einem (nicht-magnetisierbaren) metallischen Material in Form einer Blechscheibe 28- einen Elektronenfluss 29, der über die Blechscheibe 28 stattfinden kann. Die Verwendung eines Materials, dass das Leiten von Elektronen unterbindet, reduziert Wirbelströme, welche nichts Anderes als Bewegung von (negativen) Ladungen, also Elektronen sind. Daher bietet sich insbesondere die Verwendung von Kunststoff bzw. Polymid als Scheibe oder Bestandteil eines Scheibenstapels bzw. Beschichtung zwischen dem Anker 2 und die Magnetkern 6 an. 9 shows an electron flow 29, which can take place via the metal disc 28, as an example of a conversion of the disc 9 with a (non-magnetizable) metallic material in the form of a metal disc 28. The use of a material that prevents the conduction of electrons reduces eddy currents, which are nothing more than the movement of (negative) charges, i.e. electrons. Therefore, the use of plastic or polymide as a disk or part of a disk stack or coating between the armature 2 and the magnet core 6 is particularly appropriate.

10 zeigt dabei einen zwischen Anker 2 und Magnetkern 6 angeordneten Scheibenstapel 10, bei dem mehrere Scheiben 11, 12 in Axialrichtung übereinandergestapelt sind, um bei einem angezogenen Anker 2 einen durch die Dicke der übereinander gestapelten Scheiben 11, 12 definierten Abstand zum Magnetanker 6 nicht zu unterschreiten. Vorteilhafterweise kann dabei vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Scheiben 11, 12 miteinander fest verbunden sind, sodass die einzelnen Scheiben 11, 12 des Scheibenstapels 10 nicht nur lose aneinander aufliegen, sondern miteinander befestigt, beispielsweise verklebt oder dergleichen, sind. Ferner kann der Scheibenstapel 10 auch an einer Stirnseite 13 des Ankers 2 oder einer Stirnseite 14 des Magnetkerns 6 befestigt sein. 10 shows a disc stack 10 arranged between the armature 2 and the magnet core 6, in which several discs 11, 12 are stacked one on top of the other in the axial direction, so that when the armature 2 is attracted, the distance from the magnet armature 6 is defined by the thickness of the discs 11, 12 stacked on top of each other . Advantageously, it can be provided that the at least two discs 11, 12 are firmly connected to one another, so that the individual discs 11, 12 of the disc stack 10 not only rest loosely on one another, but are fastened to one another, for example glued or the like. Furthermore, the stack of discs 10 can also be attached to an end face 13 of the armature 2 or an end face 14 of the magnet core 6 .

Von Vorteil ist dabei insbesondere wenn, wie in 10 dargestellt, der Scheibenstapel 10 an seinen der Magnetkernstirnfläche 14 und der Ankerstirnfläche 13 zugewandten flächigen Seiten eine Blechscheibe 11 aufweist, und zwischen den Blechscheiben 11 eine Kunststoffscheibe 12, insbesondere eine Polymidscheibe, vorgesehen ist.It is particularly advantageous if, as in 10 shown, the disk stack 10 has a sheet metal disk 11 on its flat sides facing the magnet core end face 14 and the armature end face 13, and a plastic disk 12, in particular a polyamide disk, is provided between the sheet metal disks 11.

Die mechanische Beanspruchung beim Klemmen zwischen dem Anker 2 und dem Magnetkern 6 wird von einer Blechscheibe besser vertragen, insbesondere wenn der Anker 2 bzw. der Magnetkern 6 einen in Axialrichtung verlaufenden Schlitz 15 aufweist, der sich hin zu einer jeweiligen Stirnfläche 13, 14 erstreckt.The mechanical stress during clamping between the armature 2 and the magnetic core 6 is better tolerated by a sheet metal disc, in particular if the armature 2 or the magnetic core 6 has a slot 15 running in the axial direction, which extends towards a respective end face 13, 14.

Beispielhaft ist ein solcher Schlitz 15 in den 11a-c dargestellt, wobei in 11a ein Anker 2 ohne Schlitz 15 abgebildet ist, um die sich dabei ausbildenden Wirbelströme darzustellen. Diese sind mit einem in Umfangsrichtung des Ankers 2 sich schließenden Kreis dargestellt, der die grundsätzliche Charakteristik der in dem Anker 2 auftretenden Wirbelströme charakterisiert.For example, such a slot 15 in the 11a-c shown, where in 11a an armature 2 is shown without a slot 15 in order to show the eddy currents that form. These are shown with a circle that closes in the circumferential direction of the armature 2 and characterizes the basic characteristics of the eddy currents occurring in the armature 2 .

Wirbelströme, welche die Dynamik des Magnetventils 1 negativ beeinflussen, fließen vor allem in massiven (d.h. nicht-geblechten) elektrisch leitfähigen Materialien (z.B. Eisen und Eisenlegierungen). Um den Einfluss von Wirbelströmen zu unterbinden oder zumindest zu reduzieren, können Anker 2 und/oder Magnetkern 6 mit jeweils einem oder mehreren Schlitzen (oder ähnlichen Unterbrechungen des Vollkörpers) versehen werden (siehe 11b & 11c). Der mindestens eine Schlitz 15 verhindert das Ausbilden sehr großer, kreisförmiger Wirbelströme und verbessert dadurch den Schließverzug.Eddy currents, which negatively affect the dynamics of the solenoid valve 1, flow primarily in solid (ie non-laminated) electrically conductive materials (eg iron and iron alloys). In order to prevent or at least reduce the influence of eddy currents, the armature 2 and/or magnetic core 6 can each be provided with one or more slots (or similar interruptions in the solid body) (see Fig 11b & 11c ). The at least one slot 15 prevents the formation of very large, circular eddy currents and thereby improves the closing delay.

Um einen solchen Wirbelstrom zu unterbrechen, kann also ein Schlitz 15 vorgesehen sein, der das Schließen des Wirbelstromkreises verhindert. Ein solcher Schlitz ist dabei beispielsweise in 11b dargestellt, der vorliegend die beispielhafte Form eines Zylindersektors aufweist. Andere Ausgestaltungen des Schlitzes 15, können dabei in ihrem axialen Querschnitt einer beliebigen Formgebung unterworfen sein, also beispielsweise rechteckig, keilförmig oder dergleichen sein. Es ist auch nicht erforderlich, dass der Schlitz kleiner oder gleich als der halbe Breitendurchmesser des Ankers 2 ist.In order to interrupt such an eddy current, a slot 15 can be provided which prevents the eddy current circuit from closing. Such a slot is, for example, in 11b shown, which here has the exemplary shape of a cylinder sector. Other configurations of the slot 15 can be subject to any shape in their axial cross section, ie, for example, rectangular, wedge-shaped or the like. It is also not necessary for the slot to be smaller than or equal to half the diameter of the width of the armature 2.

In 11b ist der Schlitz 15 nur in dem oberen Teil des Ankers 2 vorhanden, der sich zum unteren Teil des Ankers 2 durch einen vergrößerten Querschnitt auszeichnet. Dabei ist es aber auch möglich, dass der Schlitz auch in den unteren Teil verläuft, solange das Abdichten der Drosselstelle 4 gewährleistet ist.In 11b For example, the slot 15 is present only in the upper part of the armature 2, which is characterized by an enlarged cross-section towards the lower part of the armature 2. However, it is also possible for the slit to also run into the lower part, as long as the sealing of the throttle point 4 is ensured.

Der mindestens eine Schlitz 15 kann dabei (im oberen Teil des Ankers 2) axial durchgängig sein oder einen Reststeg 30 belassen, vgl. 11c. Eine axial durchgängige Schlitzung (ohne Reststeg 30) ist dabei in der Regel effektiver als eine Schlitzung mit Reststeg 30.The at least one slot 15 can be axially continuous (in the upper part of the armature 2) or leave a residual web 30, cf. 11c . An axially continuous slit (without a residual web 30) is usually more effective than a slit with a residual web 30.

Man erkennt, dass der Schlitz 15 dazu führt, dass die Ankerstirnfläche 13 nun nicht mehr den Querschnitt eines Kreises aufweist. Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn zwischen dem Anker 2 und die Magnetkern 6 eine Scheibe aus Kunststoff, insbesondere Polymid vorgesehen ist. Durch das permanente Einschlagen der Ankerstirnfläche auf diese Scheibe wird eine Stanzwirkung erzeugt, die zu einer Beschädigung der Scheibe führt. Somit führt die Verwendung von Kunststoffscheiben, insbesondere Polymidscheiben in Kombination mit einem geschlitzten Anker 2 und/oder Magnetkern 6 zu dem Nachteil, dass der im Anker 2 und/oder Magnetkern 6 vorhandene mindestens eine Schlitz 15 wie der Stempel einer Stanzmaschine auf die Kunststoffscheibe wirkt und diese zerstören. Von daher ist es von Vorteil, wenn die unmittelbar mit einer Stirnfläche in Kontakt tretende Scheibe eines Scheibenstapels 10 eine Blechscheibe ist, da diese den Vorteil einer deutlich erhöhten Robustheit bietet und der Stanzwirkung besser widerstehen kann.It can be seen that the slot 15 means that the armature face 13 no longer has the cross section of a circle. This is particularly disadvantageous when a disc made of plastic, in particular polymide, is provided between the armature 2 and the magnet core 6 . The permanent impact of the armature end face on this disc produces a punching effect which leads to damage to the disc. Thus, the use of plastic discs, in particular polyamide discs in combination with a slotted armature 2 and/or magnet core 6, has the disadvantage that the at least one slot 15 present in the armature 2 and/or magnet core 6 acts on the plastic disc like the stamp of a punching machine and destroy them. It is therefore advantageous if the disk of a stack of disks 10 that comes into direct contact with an end face is a sheet metal disk, since this offers the advantage of significantly increased robustness and can better withstand the punching effect.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der in dem Anker 2 und/oder die Magnetkern 6 vorgesehene Schlitz 15 mit einem nicht-magnetisierbaren Material aufgefüllt ist, sodass zumindest die Stirnfläche des Ankers 2 bzw. des Magnetkörpers 6 eben ausgebildet ist und die Stanzwirkung nicht auftritt.Alternatively or additionally, it can be provided that the slot 15 provided in the armature 2 and/or the magnetic core 6 is filled with a non-magnetizable material, so that at least the end face of the armature 2 or the magnetic body 6 is flat and the punching effect is not occurs.

BezugszeichenlisteReference List

11
Elektromagnetventilsolenoid valve
22
Ankeranchor
33
Ankerführunganchor guide
44
Drosselstellethrottle point
55
SpuleKitchen sink
66
Magnetkernmagnetic core
77
axialer Restluftspaltaxial residual air gap
88th
Magnetfeldlinienmagnetic field lines
99
Scheibedisc
1010
Scheibenstapeldisc stack
1111
erste Scheibe; insbes. Kunststoff-Foliefirst disc; especially plastic film
1212
zweite Scheibe; insbes. nicht-magnetisierbare Blechscheibesecond disc; especially non-magnetizable sheet metal disc
1313
Ankerstirnflächeanchor face
1414
Magnetkernstirnflächemagnetic core face
1515
Schlitzslot
1616
Federelementspring element
1717
unterer Ankeranschlaglower anchor stop
1818
GehäuseHousing
1919
Spulenummantelungcoil coating
2020
oberer Anschlagupper stop
2121
Ankererhebunganchor elevation
2222
Ankerhub-EinstellscheibeArmature Stroke Dial
2323
Federkraft-EinstellscheibeSpring-loaded dial
2424
Hubhub
2525
Dichtflächesealing surface
2626
Symmetrieachseaxis of symmetry
2727
Beschichtungcoating
2828
Blechscheibesheet metal disc
2929
Elektronenflusselectron flow
3030
Reststegremaining web
XX
Axialrichtungaxial direction

Claims (15)

Elektromagnetventil (1), insbesondere zum Schalten eines Kraftstoffinjektors, umfassend: einen Anker (2), der in einer Ankerführung (3) in Axialrichtung (X) des Ventils (1) bewegbar geführt ist und dazu ausgelegt ist, in einer Schließstellung eine Drosselstelle (4) abzudichten, eine Spule (5), die dazu ausgelegt ist, den Anker (2) mittels Magnetkraft von der Schließstellung abzuheben, und einen Magnetkern (6), der die Spule (5) zumindest teilweise umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass in einer maximal abgehobenen Stellung des Ankers (2) von der Schließstellung ein axialer Restluftspalt (7) zwischen dem Magnetkern (6) und dem Anker (2) verbleibt, um von der Spule (5) hervorgerufene Magnetfeldlinien (8) nicht unterbrechungsfrei über eine metallische, magnetisierbare Verbindung von Magnetkern (6) und Anker (2) zu führen.Electromagnetic valve (1), in particular for switching a fuel injector, comprising: an armature (2) which is movably guided in an armature guide (3) in the axial direction (X) of the valve (1) and is designed to have a throttle point ( 4), a coil (5) which is designed to lift the armature (2) from the closed position by means of magnetic force, and a magnetic core (6) which at least partially encloses the coil (5), characterized in that in a When the armature (2) is in the maximum lifted position from the closed position, an axial residual air gap (7) remains between the magnetic core (6) and the armature (2) in order to avoid uninterrupted magnetic field lines (8) caused by the coil (5) via a metallic, magnetizable Lead connection of magnetic core (6) and armature (2). Ventil (1) nach Anspruch 1, wobei der axiale Restluftspalt (7) zwischen Magnetkern (6) und Anker (2) über eine Scheibe (9) oder einen Scheibenstapel (10) erzeugt ist, der mindestens zwei in Axialrichtung (X) übereinander gestapelte Scheiben (11, 12) aufweist, vorzugsweise wobei der Scheibenstapel (10) zwischen den jeweiligen Stirnseiten (13, 14) von Magnetkern (6) und Anker (2) angeordnet ist und/oder nicht-magnetisierbar ist.valve (1) after claim 1 , wherein the axial residual air gap (7) between the magnetic core (6) and the armature (2) is generated via a disk (9) or a stack of disks (10) which has at least two disks (11, 12) stacked one on top of the other in the axial direction (X). , preferably wherein the disk stack (10) is arranged between the respective end faces (13, 14) of the magnetic core (6) and the armature (2) and/or is non-magnetizable. Ventil (1) nach Anspruch 2, wobei die mindestens zwei Scheiben (11, 12) des Scheibenstapels (10) aus zwei unterschiedlichen Materialien bestehen, wobei vorzugsweise eine erste Scheibe (11) der mindestens zwei Scheiben (11, 12) eine Kunststoff-Folie, insbesondere eine Polymid-Folie, und eine zweite Scheibe (12) der mindestens zwei Scheiben (11, 12) eine metallische, nicht-magnetisierbare Blechscheibe ist.valve (1) after claim 2 , wherein the at least two discs (11, 12) of the disc stack (10) consist of two different materials, wherein preferably a first disc (11) of the at least two discs (11, 12) is a plastic film, in particular a polyamide film, and a second disk (12) of the at least two disks (11, 12) is a metallic, non-magnetizable sheet metal disk. Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, wobei eine erste Scheibe (11) der mindestens zwei Scheiben (11, 12) des Scheibenstapels (10) eine Kunststoff-Folie, insbesondere eine Polymid-Folie ist, die sandwichartig zwischen zwei Blechscheiben (12) aufgenommen ist.Valve (1) according to any one of the preceding claims 2 or 3 , wherein a first disc (11) of the at least two discs (11, 12) of the disc stack (10) is a plastic film, in particular a polyamide film, which is sandwiched between two metal discs (12). Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 oder 4, wobei in einem angezogenen Zustand des Ankers (2) der Magnetkern (6) eine Blechscheibe (12) des Scheibenstapels (10) berührt und/oder der Anker (2) eine Blechscheibe (12) des Scheibenstapels (10) berührt.Valve (1) according to any one of the preceding claims 3 or 4 , wherein when the armature (2) is attracted, the magnetic core (6) touches a sheet metal disc (12) of the stack of discs (10) and/or the armature (2) touches a sheet metal disc (12) of the stack of discs (10). Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2-4, wobei die Dicke der Scheiben (11, 12) des Scheibenstapels (10) im Bereich von 10-100 µm, vorzugsweise im Bereich von 10-50 µm liegt.Valve (1) according to any one of the preceding claims 2 - 4 , wherein the thickness of the discs (11, 12) of the disc stack (10) is in the range of 10-100 microns, preferably in the range of 10-50 microns. Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anker (2) einen in Axialrichtung (X) verlaufenden Schlitz (15) aufweist, um einen in Umfangsrichtung wirkenden Wirbelstrom zu unterbrechen, vorzugsweise wobei der Schlitz (15) die Form eines Zylindersektors aufweist.Valve (1) according to any one of the preceding claims, wherein the armature (2) has a slot (15) extending in the axial direction (X) to interrupt a circumferential eddy current, preferably wherein the slot (15) has the shape of a sector of a cylinder . Ventil (1) nach Anspruch 7, wobei der Schlitz (15) in dem Anker (2) von der zum Magnetkern (6) zugewandten Stirnseite (13) des Ankers (2) ausgeht und sich vorzugsweise über die gesamte axiale Länge des Ankers (2) erstreckt.valve (1) after claim 7 , wherein the slot (15) in the armature (2) starts from the end face (13) of the armature (2) facing the magnetic core (6) and preferably extends over the entire axial length of the armature (2). Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Magnetkern (6) einen in Axialrichtung (X) verlaufenden Schlitz (15) aufweist, um einen in Umfangsrichtung wirkenden Wirbelstrom zu unterbrechen, vorzugsweise wobei der Schlitz (15) die Form eines Zylindersektors aufweist.Valve (1) according to any one of the preceding claims, wherein the magnetic core (6) has a slot (15) running in the axial direction (X) in order to interrupt a circumferential eddy current, preferably wherein the slot (15) has the shape of a sector of a cylinder . Ventil (1) nach Anspruch 9, wobei der Schlitz (15) in dem Magnetkern (6) von der zum Anker (2) zugewandten Stirnseite (14) des Magnetkerns (6) ausgeht und sich vorzugsweise über die gesamte axiale Länge des Magnetkerns (6) erstreckt.valve (1) after claim 9 , wherein the slot (15) in the magnet core (6) starts from the end face (14) of the magnet core (6) facing the armature (2) and preferably extends over the entire axial length of the magnet core (6). Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Federelement (16), das dazu ausgelegt ist, den Anker (2) in die Schließstellung zu drängen.Valve (1) according to any one of the preceding claims, further comprising a spring element (16) which is designed to urge the armature (2) into the closed position. Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2-11, wobei der Scheibenstapel (10) eine Kreisringform aufweist, in deren Mitte eine Ausnehmung zum Durchführen eines Federelements (16) vorgesehen ist.Valve (1) according to any one of the preceding claims 2 - 11 , wherein the disk stack (10) has a circular ring shape, in the middle of which a recess for the passage of a spring element (16) is provided. Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ankerführung (3) den Anker (2) umfangsseitig umgibt und aus einem nicht-ferromagnetischen Werkstoff ist.Valve (1) according to one of the preceding claims, in which the armature guide (3) surrounds the armature (2) on the peripheral side and is made of a non-ferromagnetic material. Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein unterer Anschlag (17) des Ankers (2), in dem die durch den Anker (2) verschließbare Drosselstelle (4) angeordnet ist, aus einem nicht-ferromagnetischen Werkstoff ist.Valve (1) according to one of the preceding claims, wherein a lower stop (17) of the armature (2), in which the throttle point (4) which can be closed by the armature (2) is arranged, is made of a non-ferromagnetic material. Kraftstoffinjektor, insbesondere Kraftstoffinjektor für einen gasförmigen Kraftstoff, vorzugsweise Wasserstoff, umfassend ein Elektromagnetventil (1) zum Schalten des Injektors nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Fuel injector, in particular fuel injector for a gaseous fuel, preferably hydrogen, comprising an electromagnetic valve (1) for switching the injector according to one of the preceding claims.
DE102021133281.8A 2021-12-15 2021-12-15 Electromagnetic valve, in particular for switching a fuel injector Pending DE102021133281A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021133281.8A DE102021133281A1 (en) 2021-12-15 2021-12-15 Electromagnetic valve, in particular for switching a fuel injector
PCT/EP2022/085912 WO2023111048A1 (en) 2021-12-15 2022-12-14 Electromagnetic valve, in particular for switching a fuel injector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021133281.8A DE102021133281A1 (en) 2021-12-15 2021-12-15 Electromagnetic valve, in particular for switching a fuel injector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021133281A1 true DE102021133281A1 (en) 2023-06-15

Family

ID=84829722

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021133281.8A Pending DE102021133281A1 (en) 2021-12-15 2021-12-15 Electromagnetic valve, in particular for switching a fuel injector

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021133281A1 (en)
WO (1) WO2023111048A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011077350A1 (en) 2011-06-10 2012-12-13 Robert Bosch Gmbh Solenoid valve with a magnet assembly
DE202013100643U1 (en) 2013-02-13 2013-02-21 Bürkert Werke GmbH magnetic valve
DE102015213844A1 (en) 2015-07-22 2017-01-26 Robert Bosch Gmbh Normally closed solenoid valve
DE102016225768A1 (en) 2016-12-21 2018-06-21 Robert Bosch Gmbh A fuel injector and method of operating a fuel injector

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009281469A (en) * 2008-05-21 2009-12-03 Denso Corp Linear solenoid
DE102010030393A1 (en) * 2010-06-23 2011-12-29 Robert Bosch Gmbh Anchor element for magnet component of fuel injection valve of storage injection system to inject fuel into combustion chamber of internal combustion engine, has anchor plate comprising recesses that are limited by opposite edge surface
DE102011089127A1 (en) * 2011-12-20 2013-06-20 Robert Bosch Gmbh Magnetic assembly with a residual air gap disc for a solenoid valve, solenoid valve and method for producing a residual air gap disc
DE102014215589A1 (en) * 2014-02-10 2015-08-13 Robert Bosch Gmbh Residual air gap disk for a magnetic assembly of a solenoid valve and method for producing a residual air gap disk
DE102018122250A1 (en) * 2018-09-12 2020-03-12 Liebherr-Components Deggendorf Gmbh Fuel injector valve

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011077350A1 (en) 2011-06-10 2012-12-13 Robert Bosch Gmbh Solenoid valve with a magnet assembly
DE202013100643U1 (en) 2013-02-13 2013-02-21 Bürkert Werke GmbH magnetic valve
DE102015213844A1 (en) 2015-07-22 2017-01-26 Robert Bosch Gmbh Normally closed solenoid valve
DE102016225768A1 (en) 2016-12-21 2018-06-21 Robert Bosch Gmbh A fuel injector and method of operating a fuel injector

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023111048A1 (en) 2023-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010031275B4 (en) Solenoid valve with shaped spring
EP0050711B1 (en) Electrically controlled valve
EP1151190A1 (en) Fuel injection valve
EP2633531A1 (en) Solenoid device and driver assistance device
EP2307776A1 (en) Air gap boundary for solenoid valve
DE102008040168A1 (en) Solenoid valve for a fuel injector and fuel injector
EP2585746B1 (en) Electromagnetic valve device with a support which at the head part support and at the bottom part release an armature support pipe
DE102013100440A1 (en) High pressure valve
DE102021133281A1 (en) Electromagnetic valve, in particular for switching a fuel injector
DE102006000427A1 (en) Fuel injection valve
EP2299458B1 (en) Electromagnet
DE102009045728A1 (en) Magnetic valve for use in common-rail injector, has valve housing actuated by armatures in uncontrolled state of magnetic coil, where movement of housing is delayed using damping elements in direction of valve seat
EP2543050B1 (en) Electromagnet valve
DE10235240B4 (en) Solenoid valve-controlled injection nozzle
DE102017124485A1 (en) Electromagnetic actuator device and use of such
EP3207241A1 (en) Fuel injection valve
EP0793004B1 (en) Electromagnetic valve control
DE102014226367A1 (en) Fuel injector
DE3332801A1 (en) Valve for gaseous or liquid media
WO2020053359A1 (en) Valve of a fuel injector
EP4010582A1 (en) Seat plate for an injector and method for producing a seat plate of this type
DE102008026125B4 (en) Assembly and spring-loaded piston accumulator with locking function
DE102008026123A1 (en) Spring-loaded piston accumulator for storing hydraulic fluid of hydraulic system of vehicle, has vessel accommodating part of electromagnetic device, where wall of vessel is arranged to form part of magnetic circuit of device
WO2023111043A1 (en) Electromagnetic actuator, in particular electromagnetic switching or valve device
DE102016222673B4 (en) Solenoid valve for slip-controlled vehicle braking systems

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified