DE2343510A1 - Elektromagnet - Google Patents

Description

EHpl.-Ing. Dr. jur.

Frank Arnold Nix

Patentanwalt

6 Frankfort am Main 70
Gartenstraße 123

Die Erfindung betrifft den üilektroapparatebau und insbesondere Kiekt ro magnete, die zum Steuern von Stellgliedeitfibestiimt sind, in vorliegendem Falle zum Steuern des Ventils der Kraftstoff einspritzdüse von Verbrennungsmotoren. Solche Elektromagnete müssen eine hohe Schnellwirkung aufweisen.

Bekanntlich dringt der nichtstationäre Magnetfluß in den iviagnetleiterwerkstoff um eine bestiimiite Tiefe ein, die von den Eigenschaften des Werkstoffs und von der Geschwindigkeit der kagnetflußänderung abhängt. In. diesem Falle wird der huagnetfluß durch die Wirbelströme auf die Oberfläche hinausgedrängt,

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wodurch der wirksame Querschnitt des Magnet le it e rs verringert wird. Infolgedessen werden die schnellwirkenden Elektromagnete mit einem Magnet leiter aus geschichtetem Dynamoblech ausgeführt.

Andererseits aber ist es zweckmäßig, infolge auftretender konstruktionsmäßiger Komplikationen, nicht alle schnellwirkenden elektromagnetischen Systeme mit einem Magnetleiter aus geschichtetem Dynamoblech auszustatten·

Als solche Systeme sind die Elektromagnete schnellwirkender Relais verschiedener automatischer Einrichtungen zu betrachten, beispielsweise in der Fernsprechautomatik, das System der elektromagnetischen Düse, an welche eine Reihe von konstruktionsmäßigen Forderungen gestellt werden, und zwar: geringe Außenabmessungen, zuverlässige hermetische Abdichtung und Wärmeisolation, einfache Bauart, Funktionssicherheit und geringer Kostenaufwand, sowie eine Reihe anderer Systeme·

Bekannt sind schnellwirkende Elektromagnete, die zum Steuern des Düsenventils dienen, das den in einen Verbrennungsmotor einzuspritzenden Kraftstoff dosiert.

Konstruktionsmäßig besteht der Elektromagnet der Kraftstoff einspritzdüse aus einem Joch, das aus nichtgeschichtetem Eisen gefertigt wird, aus der innerhalb des Joches angeordneten Wicklung und aus dem Anker, der das Düsenventil steuert.

Gewöhnlich wirkt das Joch des Magnetleiters auch gleichzeitig als Düsengehäuse· Die Dicke des Magnetleiterquerschnittes

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wird aufgrund der erforderlichen Querschnitt fläche mit Berücksichtigung der mechanische! Festigkeit des Düsengehäuses errechnet· Solche elektromagnetische Düsen haben weitgehende Anwendung in den Einspritzgeräten mit elektronischer Steuerung gefunden, die in den Kraftstoffversorgungssystemen von Kraftwagen mit Benzinmotoren wirken·

Der Kachteil der bekannten Elektromagnete besteht darin, daß bei ihnen das Ansprechen und das Abfallen des Ankers ziemlich lange dauern· Die Ansprech- und die Abfallzeit des Ankers der elektromagnetischen Düse während des Einspritzvorganges sind nicht steuerbare Zeitintervalle und hängen von vielen Umständen ab, insbesondere von den Wirbelströmen, die dem Eisenvolumen des elektromagnetischen Systems verlr'.i^risgleich sind.

Im Laufe des Einsatzes kann eine Änderung dieser nicht steuerbaren Zeitintervalle erfolgen, was nachteilig auf die Genauigkeit der Kraftstoffdosierung und auf die Funktionsstabilität der Düse wirkt· Die minimal mögliche Dauer des offenen Zustandes im Düsenventil wird durch die Abfallzeit des Ventils begrenzt· Von dieser Dauer hängt der Veränderungsbereich der zyklusbedingten Kraftstoff Zuführungen ab.

Aus diesen Gründen muß der Elektromagnet der Kraft st off einspritzdüse möglichst kurze Ansprech- und Abfallzeiten aufweisen, die der maximalen Schnellwirkung des Ankers entsprechen.

Xn den bekannten Düsenelektromagneten wird eine Steigerung der Schnellwirkung durch Verwendung eines speziellen Dynamoblechs erreicht, das einen hohen spezifischen ohmschen Widerstand aufweist, der die Stärke der Wirbelströme herabsetzt.

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Bekannt sind auch Elektromagnete für Düsen, in welchen die Steigerung der Schnellwirkung durch einige Verringerung des Magnetleitervolumens erreicht wird· In solchen Konstruktionen besteht der Elektromagnet ebenfalls aus einem Joch, das aus nichtgeschichtetem Eisen gefertigt wird, einer innerhalb des Jochs angeordneten Wicklung und einem Anker, der das Düsenventil steuert· Zum Unterachied von der früheren Konstruktion hat das Joch des Elektromagnets dünne Wände, während der Elektromagnet insgesamt eine selbständige Baugruppe darstellt, die im Düsengehäuse angeordnet ist· Solcherart Konstruktionen ermöglichen die Verwendung eines aus üblichem DanamobIech hergestellten Magnetleiters vom Typ SA(Armco-Eisen). Aber auch in diesem Falle ist die Schnellwirkung der Düse nicht genügend hoch.

Als Beispiel einer solchen Konstruktion kann die elektromagnetische Düse ZNITA angeführt werden (siehe den Urheberschein Nr. 201832 vom 8,01.1966).

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Beseitigung der erwähnten Nachteile· Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ansprech- und die Abfallzeit des Elektromagnetankers ohne konstruktionsmäßige Komplikationen unter Verwendung eines einfachen und billigeren nichtgeschichteten Magnetleiters sowie durch Optimierung der Dickenabmessungen des Magnetleiterquerschnittes herabzusetzen.

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Diest Aufgabe wird dadurch gelost, daß im Elektromagnet, der aus einem Joch aus nichtgeschichtetem Eisen, einer auf diesem Joch angeordneten Wicklung und einem Anker "besteht, der mit dem erwähnten Joch den Magnetleiter bildet, erfindungsgemäß das Joch und der Anker die gleiche Dicke auf dem ganzen vom Magnetfluß durchflossenen Wege aufweisen, wobei diese Dicke die Tiefe, in welche der ansteigende Magnetfluß im Augenblick des Ankeransprechens eindringt, nicht übersteigt.

Im erfindungsgemäßen Elektromagnet ist bei der aufgegebenen Zugkraft das Eisenvolumen des Magnetleiters im Vergleich mit den bekannten Elektromagneten bedeutend geringer, wodurch die Anstiegs- und die Rückgangszeitkonstanten des Magnetflusses herabgesetzt und die Schnellwirkung des Elektromagneten gesteigert wird.

Als Ergebnis führt die vorliegende Erfindung ohne Komplizierung der Bauart und Erhöhung des Kostenaufwandes zum Einsparen von Metall für die Herstellung des Magnetleiters und zum Ansteigen der Schnellwirkung des Elektromagnetes.

Nachstehend wird die Erfindung durch eine eingehende Beschreibung konkreter Beispiele und beigelegte Zeichnungen näher erläutert, die folgendes darstellen:

Fig. 1 die Gesamtansicht des Elektromagneten gemäß der Erfin dung, im Längsschnitt (erste Variante der Konstruktion); Fig. 2 dasselbe (Schnitt H-II);

Fig· 3 die Gesamtansicht des Elektromagneten im Längsschnitt (zweite Variante der Konstruktion);

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Fig. 4 dasselbe (Schnitt IV-IV)ι

Fig, 5 die Gesamtansicht des Elektromagneten im Längsschnitt (dritte Variante der Konstruktion)} Fig. 6 dasselbe (Schnitt VI-VI)|

Fig· 7 die Gesamtansicht des Elektromagneten im Längsschnitt (vierte Variante der Konstruktion); Fig· 8 dasselbe (Schnitt V¹Il-VIII);

Fig· 9 die Kraftstoffeinspritzdüse, in welcher der vorgeschlagene Elektromagnet angewendet wird, im Längsschnitt.

Der Elektromagnet besteht aus einem ringförmigen Joch. 1 (Fig. 1). Innerhalb des Joches 1 befindet sich, ein Wicklungsträger 2, auf welchem eine Wicklung 3 angeordnet ist. Ein ringförmiger Anker 4, der zum Steuern irgendeines Stellgliedes dient ι befindet sich, im Ruhezustand in einiger Entfernung von

einer den Polen des Ankers 1 und wird in dieser Lage von " Riick-

einen stellfeder gehalten, die ihn an ^v Anschlag anpreßt (die Feder und der Anschlag sind nicht gezeigt). Die Wände des Magnetleiters, der aus dem Joch 1 und dem Anker 4 besteht, weisen auf dem ganzen vom Magnetfluß durchflossenen Weg die gleiche Dicke auf. Im Joch 1 ist ein schlitzartiger Längsausschnitt 5 zum Herabsetzen der Wirbelströme vorgesehen·

Ähnlich gebaut ist der in Fig. 3 dargestellte Elektromagnet. Der Unterschied im Vergleich mit der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Konstruktion besteht nur in der Form des Joches 1, Das Joch 1 (Fig. 3) ist auch ringförmig, hat

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aber einen offenen äußeren Teil· Der Anker 4 weist in Draufsicht die Form des Joches 1 (Figo ·4) auf· Dex- Innere ringförmige Teil des Joches 1 ist mit einem schlitzartigen Längsausschnitt 5 zum Herabsetzen der Wirbelströme versehene Diese Variante des Elektromagnetes ist im Vergleich mit der ersten durch die größere Schnellwirkung vorteilhafter.

Der in den Fig· 5 und 6 dargestellte Elektromagnet "besteht aus denselben Elementen wie die Elektromagnete in den ersten zwei Varianten, das Joch 1 ist aber hier E-förmig· Der Anker 4 weist in Draufsicht dieselbe Form auf wie das Joch 1.

Der in den Figuren 7 und 8 dargestellte Elektromagnet unterscheidet sich ebenfalls von den oben beschriebenen nur durch die Form des Joches 1. Er ist Π-förmig ausgeführt· Der Anker 4 weist in Draufsicht dieselbe Form auf wie das Joch 1· In Fig· 9 ist eine elektromagnetische Düse dargestellt,

vorgeschlagene
in welcher der V Elektromagnet zur Anwendung kommt.

Die Düse ist zum Einspritzen und Dosieren von Benzin

in einem Verbrennungsmotor bestimmt. Der nach der ersten beschriebenen Variante aus dem ringförmigen Joch 1, dem Wicklungsträger 2 mit der Wicklung 3 und dem Anker 4 bestehende Elektromagnet ist im Düsengehäuse 6 angeordnet, das aus einem unmagnetischen Werkstoff hergestellt ist· Ein Ventil 7 mit einer in dieses eingepreßten Vergaserdüse 8, in welcher eine Dosieröffnung 9 vorgesehen ist, befindet sich ebenfalls im Düsengehäuse 6. Im Gehäuse 6 ist

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auch ein mit einem Stutzen 11 versehener Deckel 10 eingewalzt, durch welchen der Kraftstoff zugeführt wird. Im Stutzen 11 "befindet sich ein Filter 12 zum Reinigen des Kraftstoffes· Im Deckel 10 sind zwei elektrische Zontakte 13 untergebracht, die vom Deckel 10 durch Isolierhülsen 14 isoliert sind· Die Kontakte 13 sind mit Herausführungen 15 der Wicklung 3 elektrisch verbunden, wobei diese Herausführungen durch im Joch 1 vorhandene Löcher 16 he rausgeführt werden· Über die Kontakte 13 wird der Wicklung 3 elektrischer Strom zugeführt, der den Elektromagnet erregt· Das Joch 1 wird vom Anschlagring 17 abgestützt. Im Joch 1 ist auch ein Loch 18 in der Mitte und ein innerer Hohlraum 19 vorhanden, durch welche der Kraftstoff fließt. Im inneren Hohlraum 19 befindet sich eine Feder 20, die den Anker 4 an das Ventil 7 anpreßt, wodurch das Ventil 7 geschlossen ist und gleichzeitig das Vorhandensein eines Schlitzes 21 zwischen dem Joch 1 und dem Anker 4 sicherstellt· Im Anker 4 ist eine Reihe von Löchern 22 vorgesehen, durch welche der Kraftstoff in einen Hohlraum 23 des Düsengehäuses 6 gelangt· Die Düse wird am Verbrennungsmotor mit Hilfe von mit Gewinde versehenem Teil 24 des Gehäuses 6 angebracht (nicht gezeigt).

Der Elektromagnet der Kraftstoffeinspritzdüse wirkt auf folgende Weise.

Wie schon erwähnt, wird der Kraftstoff unter Druck durch den Stutzen 11 in die Düse gefördert· Mittels des Filters 12 wird der Kraftstoff gefiltert und gelangt durch das Loch 18,*

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durch den inneren Hohlraum 19 des Joches 1, durch den Schlitz 21 zwischen dem Joch 1 und dem Anker 4 und durch die Löcher im Anker 4 in den Hohlraum 231 so daß auf diese Weise die ganze Düse gefüllt wird.

Bei der Zuführung eines elektrischen Stromimpulses in die Wicklung 3 erfolgt eine Aufmagnetisierung des Elektromagnetjoches I₁ das nun die Kraft der Feder 20 überwindet und den Anker 4 anzieht. Das Ventil 7 wird nun geöffnet und der sich unter Druck in der Düse befindliche Kraftstoff wird durch die Dosieröffnung 9 der Vergaserdüse 8 des Ventils 7 in den Motor (nicht-, gezeigt) eingespritzt. Das Fließen des Kraftstoffes ist in der Zeichnung mittels Pfeilen dargestellt.

Am Ende des Stromimpulses erfolgt die Entmagnetisierung des Joches 1, der Anker 4 kehrt durch das Einwirken der Feder 20 in seine Ausgangsstellung zurück, das Ventil 7 wird geschlossen und die Kraftstofförderung in den Motor unterbrochen.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Elektromagnet mit einem Joch, aus nichtgeschichtetem Eisen, einer Wicklung auf dem erwähnten Joch und einem Anker,

   der zusammen mit dem erwähnten Joch einen Magnetleiter bildet ι dadurch kennzeichnet, daß das Joch (1) und der Anker (4) die gleiche Dicke auf dem ganzen vom Magnetfluß durchflossenen Weg aufweisen, wobei diese Dicke die Tiefe, in welche der ansteigende Magnetfluß im Augenblick des Ansprechens des Ankers 4 eindringt, nicht übersteigt.

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