WO2008107224A2 - Magnetic circuit for solenoid valve - Google Patents

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WO2008107224A2
WO2008107224A2 PCT/EP2008/050857 EP2008050857W WO2008107224A2 WO 2008107224 A2 WO2008107224 A2 WO 2008107224A2 EP 2008050857 W EP2008050857 W EP 2008050857W WO 2008107224 A2 WO2008107224 A2 WO 2008107224A2
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Holger Rapp
Friedrich Boecking
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M47/02Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure

Definitions

  • DE 196 50 865 A1 relates to a solenoid valve for controlling the fuel pressure in a control chamber of an injection valve, such as a common rail injection system. About the fuel pressure in the control chamber, a stroke movement of a valve piston is controlled, with which an injection port of the injection valve is opened or closed.
  • the solenoid valve comprises an electromagnet, a movable armature and a valve member which is moved with the armature and acted upon by a valve closing spring in the closing direction, which cooperates with the valve seat of the solenoid valve and thus controls the fuel drain from a control chamber.
  • the magnetic core is made either of powder composite material or of a solid ferromagnetic material.
  • the powder composite material has the advantage that it is electrically substantially nonconductive and thus virtually no eddy currents occur which could undesirably affect the force build-up and the force reduction.
  • the magnetic field at the transition from the outer pole of the core, which is usually designed as a pot magnet, to the armature is guided deliberately over a constriction.
  • precisely the edge region of the magnetic core, at which the pole surface overlaps the armature is driven into the region of saturation induction, and the magnetic field strength H increases disproportionately in this region of the core. Since the magnetic field strength in turn determines the throughput requirement and thus the current requirement of the magnetic circuit, this leads to an excessive power requirement of magnetic circuits with powder composite cores.
  • the simple solution of Use of a solid core in turn requires the need for elaborate eddy current reduction measures.
  • a pole disk made of a ferromagnetic material in the region thereby recessed.
  • This is preferably a ferromagnetic massive material.
  • the saturation induction of the preferably made of solid material Polusion is significantly higher than that of the powder composite material from which the magnetic core is made.
  • the powder composite material is ferromagnetic. Eddy currents in the pole piece made of solid material, sound due to the small thickness of the ferromagnetic pole disk by several orders of magnitude faster than would be the case with a solid core of ferromagnetic material.
  • a narrow slot extending essentially in the radial direction may also be provided in the pole disk made of solid ferromagnetic material.
  • a significantly higher cross-sectional area is already available to the magnetic flux, in comparison to the overlapping point of pole disk and armature.
  • the "bottleneck" for the magnetic flux is in a material with high saturation induction and results in no excessive magnetic field strength H.
  • the powder composite of the magnetic core is now no longer driven into the region of its saturation, without negatively affecting the induction Consequently, the power requirement of a magnetic circuit designed in this way is also considerably lower than is the case with the solutions outlined above with reference to the prior art. or also to leave the rated current of the magnetic circuit unchanged and instead to reduce the number of turns of the coil, and thus to reduce the voltage required, in particular for the force buildup Solution can also be used to increase the magnetic force.
  • the prerequisite for this is that the armature is not already controlled in the region of its magnetic saturation.
  • the inserted into a recess on an end face of the magnetic core, made of ferromagnetic solid material Policrobial be designed such that it also covers the inner pole and the outer pole of the magnetic core and there also a discharge of the magnetic core or - in the case of incomplete Abde- Cushioning of the inner pole - an increase in the air gap induction and thus the achievable magnetic force causes.
  • the inner and the outer pole region of the ferromagnetic Polhunt are interconnected by narrow webs. These are already at a low coil current in the magnetic saturation and are no longer relevant for further field construction for this reason.
  • FIG. 1 shows the representation of a magnetic circuit with a powder composite magnetic core according to the prior art
  • Figure 2 shows the representation of the invention proposed magnetic circuit with recessed outer pole of the magnetic core
  • FIG. 3 is a plan view of the pole disk made of ferromagnetic solid material and inserted in a recess on the outer pole of the magnetic core with optionally slits.
  • FIG. 1 shows a magnetic circuit of a solenoid valve known from the prior art.
  • FIG. 1 shows that a magnetic circuit 10 comprises a magnetic core 12.
  • the magnetic core 12 has a first end face 14 and a second end face 16 and is traversed by a passage opening 18, in which optionally a spring, which acts on an armature 22, may be accommodated.
  • the axis of the magnetic core 12 is identified by reference numeral 20.
  • an armature 22 which is formed in one piece and which comprises an armature pin 26 and an armature plate 24 integrally formed thereon.
  • a magnetic coil 28 is inserted in the material -A- of the magnetic core 12.
  • the magnetic core 12 made of a powder composite material is supported on a sleeve 30 preferably made of an amagnetic material.
  • the magnetic core 12 made of powder composite material has the advantage that the composite powder material is essentially electrically nonconductive, and therefore virtually no eddy currents occur in the latter which would undesirably impair the magnetic force build-up and the magnetic force reduction.
  • the powder composite material used as the material for the magnetic core 12 however, has the disadvantage that there is a small saturation induction of the powder composite compared to a massive Magnetmateri- al.
  • the illustration according to FIG. 1 shows that a high field concentration 32 of individual field lines 34 is established at a transition point between the magnetic core 12 and the edge region of the armature plate 24.
  • the cross-sectional area for the magnetic flux in this area is extremely limited in the case of the magnetic valve shown in the illustration according to FIG. 1, the powder composite material of the magnetic core 12 is controlled in this area until it saturates, which has negative effects on the air gap between the second end face 16 and the anchor plate 24 aspired high induction B has.
  • FIG. 2 shows an optimized magnetic circuit of the solution proposed according to the invention.
  • Figure 2 shows that the magnetic core 12, which is also made of powder composite material is flat on the first end face 14 and in the embodiment in the representation of Figure 2 in the region of the second end face 16 an inner pole 40 and one with respect to the inner pole 40 in axial Direction with respect to the axis 20 slightly explain
  • th outer pole 42 includes.
  • the pole plate 44 is preferably made of a ferromagnetic solid material. The saturation induction of the pole disk 44 made of ferromagnetic solid material is significantly higher than that of the powder composite material from which the magnetic core 12 is made.
  • Eddy currents in the pole plate 44 be they with a radial slit, be it formed without a radial slit sound 44 due to the small thickness of the pole plate 44 by a few orders of magnitude faster than would be the case for a solid core of ferromagnetic material.
  • the powder composite material of the magnetic core 12 now no longer needs to be controlled in the region of its saturation, which would have negative effects on the induction in the air gap between the front side of the armature plate 24 of the armature 22 facing the second end face 16 of the magnetic core 12 of powder composite material.
  • the power consumption of the magnetic circuit 10 shown in FIG. 2 is less than that in the magnetic circuit shown in connection with FIG.
  • the low power consumption of the illustrated in Figure 2, as proposed in the invention optimized magnetic circuit 10 can either be used for a simple discharge of the control unit output stage or even with unchanged rated current of the magnetic circuit 10 to reduce the number of turns of the solenoid 28 can be used.
  • the proposed solution according to the invention can also be used to increase the magnetic force generated.
  • the prerequisite for this is that the armature 22, which is formed integrally in the representation according to FIG. 2, is not already controlled in the region of its magnetic saturation.
  • a reduced field concentration 46 is present.
  • a clamping point 48 Between the second end face 16 of the magnetic core made of powder composite material 12, ie the outer pole 42 and a shoulder on a preferably made of amag- matic material sleeve is a clamping point 48, on which the pole plate 44 preferably made of ferromagnetic solid material is arranged in the solenoid valve assembly.
  • the front side of the armature plate 24 of the integrally formed in the representation of Figure 2 anchor 22, which is connected to the first end face 16 of the powder from composite material manufactured magnetic core 12 determines the residual air gap is identified by reference numeral 50.
  • FIG. 3 shows the pole disk, with an optional inner ring.
  • the pole disk 44 comprises at least one outer ring 52 which, in FIG. 2, covers the outer pole 42 of the magnetic core 12 made of powder composite material.
  • the outer ring 52 of the pole plate 44 made of ferromagnetic material in the embodiment according to FIG. 3, a radial slot 54 is formed, which further favors the magnetic properties of the pole disk 44.
  • the pole piece 44 may be configured to include, in addition to the outer ring 52 covering the outer pole 42, an inner ring 56 which could optionally cover the inner pole 40 of the magnetic core 12 made of powder composite material. This can also be there relief of the magnetic core 12, or in incomplete coverage of the inner pole 40, an increase in the air gap induction and thus an increase in the magnetic force can be achieved.
  • the inner ring 56 and the outer ring 52 of the pole disk 44 made of ferromagnetic solid material are interconnected by narrow holding webs 60. These are already at a low coil current, with which the magnetic coil 28 of the magnetic circuit 10 is energized, in the magnetic saturation and are therefore no longer relevant to the further field structure.

Abstract

The invention relates to a magnetic circuit (10) for a solenoid valve for the actuation of an armature (22) having an armature bolt (26) and an armature plate (24). The magnetic circuit (10) comprises a magnetic core (12) made of a powder composite material in which a magnetic coil (28) is embedded. The magnetic core (12) has an internal pole (40) and an external pole (42). A pole disk (44) is located between the magnetic core (12) and the armature (22), said pole disk covering at least the external pole (42) of the magnetic core (12) and being made of ferromagnetic material.

Description

24. Januar 2007 January 24, 2007
Beschreibungdescription
Titeltitle
Magnetkreis für MagnetventilMagnetic circuit for solenoid valve
Stand der TechnikState of the art
DE 196 50 865 Al bezieht sich auf ein Magnetventil zur Steuerung des Kraftstoffdruckes in einem Steuerraum eines Einspritzventiles, wie zum Beispiel einem Common-Rail- Einspritzsystem. Über den Kraftstoffdruck im Steuerraum wird eine Hubbewegung eines Ventilkolbens gesteuert, mit dem eine Einspritzöffnung des Einspritzventils geöffnet oder geschlossen wird. Das Magnetventil umfasst einen Elektromagneten, einen beweglichen Anker und ein mit dem Anker bewegtes und von einer Ventilschließfeder in Schließrichtung beaufschlagtes Ventilglied, das mit dem Ventilsitz des Magnetventiles zusammenwirkt und so den Kraftstoffabfluss aus einem Steuerraum steuert.DE 196 50 865 A1 relates to a solenoid valve for controlling the fuel pressure in a control chamber of an injection valve, such as a common rail injection system. About the fuel pressure in the control chamber, a stroke movement of a valve piston is controlled, with which an injection port of the injection valve is opened or closed. The solenoid valve comprises an electromagnet, a movable armature and a valve member which is moved with the armature and acted upon by a valve closing spring in the closing direction, which cooperates with the valve seat of the solenoid valve and thus controls the fuel drain from a control chamber.
Bei heute eingesetzten Magnetventilen bei Kraftstoffinjektoren wird der Magnetkern entweder aus Pulververbundmaterial oder aus einem massiven ferromagnetischen Material gefertigt. Das Pulververbundmaterial hat den Vorteil, dass es elektrisch im Wesentlichen nicht leitfähig ist und damit nahezu keine Wirbelströme auftreten, die den Kraftaufbau und den Kraftabbau in unerwünschter Weise beeinträchtigen könnten. Dafür besteht allerdings der Nachteil einer geringeren Sättigungsinduktion des Pulververbundmaterials gegenüber einem massiven Magnetmaterial. Da die Kraft eines Magnetventiles proportional zum Quadrat der im Luftspalt herrschenden Induktion B ist, ist für die kompakte Auslegung von Magnetventilen ein möglichst großer Wert für die im Luftspalt herrschende Induktion B anzustreben. Um dies zu erreichen, wird das Magnetfeld am Übergang vom Außenpol des üblicherweise als Topfmagneten ausgeführten Kerns zum Anker gezielt über eine Engstelle geführt. Dadurch wird jedoch bei Kernen aus Pulververbundmaterial gerade der Randbereich des Magnetkerns, an welchem die Polfläche mit dem Anker überlappt, in den Bereich der Sättigungsinduktion getrieben und die magnetische Feldstärke H steigt in diesen Bereich des Kerns überproportional an. Da die magnetische Feldstärke wiederum den Durchflutungsbe- darf und damit den Strombedarf des Magnetkreises bestimmt, führt dies zu einem überhöhten Strombedarf von Magnetkreisen mit Pulververbundkernen. Die einfache Lösung der Verwendung eines Massivkerns erfordert wiederum die Notwendigkeit aufwändiger Maßnahmen zur Wirbelstromreduzierung.In today used solenoid valves in fuel injectors, the magnetic core is made either of powder composite material or of a solid ferromagnetic material. The powder composite material has the advantage that it is electrically substantially nonconductive and thus virtually no eddy currents occur which could undesirably affect the force build-up and the force reduction. However, there is the disadvantage of a lower saturation induction of the powder composite compared to a solid magnetic material. Since the force of a solenoid valve is proportional to the square of the induction B prevailing in the air gap, the largest possible value for the induction B prevailing in the air gap is desirable for the compact design of solenoid valves. To achieve this, the magnetic field at the transition from the outer pole of the core, which is usually designed as a pot magnet, to the armature is guided deliberately over a constriction. However, in the case of cores of powder composite material, precisely the edge region of the magnetic core, at which the pole surface overlaps the armature, is driven into the region of saturation induction, and the magnetic field strength H increases disproportionately in this region of the core. Since the magnetic field strength in turn determines the throughput requirement and thus the current requirement of the magnetic circuit, this leads to an excessive power requirement of magnetic circuits with powder composite cores. The simple solution of Use of a solid core in turn requires the need for elaborate eddy current reduction measures.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Außenpol eines im Wesentlichen topfförmig ausgebildeten Magnetkerns in Bezug auf seine Axiallänge zurückzusetzen und in dem dadurch ausgesparten Bereich eine Polscheibe einzusetzen, die aus einem ferromagnetischen Material gefertigt ist. Dabei handelt es sich bevorzugt um ein ferromagnetisches Massivma- terial. Die Sättigungsinduktion der bevorzugt aus Massivmaterial gefertigten Polscheibe liegt deutlich höher als diejenige des Pulververbundmaterials, aus dem der Magnetkern gefertigt ist. Auch das Pulververbundmaterial ist ferromagnetisch. Wirbelströme in der aus massivem Material gefertigten Polscheibe, klingen aufgrund der geringen Dicke der ferromagnetischen Polscheibe um mehrere Größenordnungen schneller ab, als dies bei einem massiven Kern aus ferromagnetischem Material der Fall wäre.According to the invention, it is proposed to reset the outer pole of a substantially cup-shaped magnetic core with respect to its axial length and to insert a pole disk made of a ferromagnetic material in the region thereby recessed. This is preferably a ferromagnetic massive material. The saturation induction of the preferably made of solid material Polscheibe is significantly higher than that of the powder composite material from which the magnetic core is made. The powder composite material is ferromagnetic. Eddy currents in the pole piece made of solid material, sound due to the small thickness of the ferromagnetic pole disk by several orders of magnitude faster than would be the case with a solid core of ferromagnetic material.
Zusätzlich kann optional noch ein schmaler im Wesentlichen sich in radiale Richtung erstreckender Schlitz in der aus massivem ferromagnetischem Material gefertigten Polscheibe vorgesehen sein. Am Übergang zwischen dem Pulververbundmaterial des Magnetkerns und der aus ferromagnetischem Material gefertigten Polscheibe steht dem magnetischen Fluss bereits eine deutlich höhere Querschnittsfläche zur Verfügung, im Vergleich zu der Überlappungsstelle von Polscheibe und Anker. An dieser Stelle liegt demzufolge die magnetische Induktion ( = Flussdichte) bereits unterhalb der Sättigungsinduktion des Pulververbundmaterials. Somit liegt die „Engstelle" für den magnetischen Fluss in einem Material mit hoher Sättigungsinduktion und hat keine überhöhte magnetische Feldstärke H zur Folge. Auch das Pulververbundmaterial des Magnetkerns wird nun nicht mehr in den Bereich seiner Sättigung ausgesteuert, ohne dass dies negative Auswirkungen auf die Induktion im Luftspalt und folglich auf die Magnetkraft hätte. Demzufolge ist auch der Strombedarf eines derart ausgelegten Magnetkreises wesentlich geringer, als dies bei den obenstehend zum Stand der Technik skizzierten Lösungen der Fall ist. Der geringere Strombedarf kann entweder zu einer einfachen Entlastung der Steuergeräteendstufe genutzt werden, oder auch dazu, den Nennstrom des Magnetkreises unverändert zu lassen und stattdessen die Windungszahl der Spule zu reduzieren, und so den Spannungsbedarf, der insbesondere für den Kraftaufbau erforderlich ist zu reduzieren. Bei entsprechender Auslegung des Ankers kann die erfϊn- dungsgemäß vorgeschlagene Lösung auch zu einer Anhebung der Magnetkraft genutzt werden. Voraussetzung dafür ist, dass der Anker nicht bereits in den Bereich seiner magnetischen Sättigung ausgesteuert ist. In vorteilhafter Weise kann die in eine Ausnehmung an einer Stirnseite des Magnetkerns eingesetzte, aus ferromagnetischem Massivmaterial gefertigte Polscheibe derart gestaltet sein, dass sie außer dem Außenpol des Magnetkerns auch dessen Innenpol überdeckt und auch dort eine Entlastung des Magnetkernes oder - im Falle einer unvollständigen Abde- ckung des Innenpols - eine Erhöhung der Luftspaltinduktion und damit der erzielbaren Magnetkraft bewirkt. In diesem Fall sind der Innen- und der Außenpolbereich der ferro- magnetischen Polscheibe durch schmal ausgebildete Stege miteinander verbunden. Diese gehen bereits bei einem geringen Spulenstrom in die magnetische Sättigung und sind für den weiteren Feldaufbau aus diesem Grunde nicht mehr relevant.In addition, optionally, a narrow slot extending essentially in the radial direction may also be provided in the pole disk made of solid ferromagnetic material. At the transition between the powder composite material of the magnetic core and the pole disk made of ferromagnetic material, a significantly higher cross-sectional area is already available to the magnetic flux, in comparison to the overlapping point of pole disk and armature. At this point, therefore, the magnetic induction (= flux density) is already below the saturation induction of the powder composite material. Thus, the "bottleneck" for the magnetic flux is in a material with high saturation induction and results in no excessive magnetic field strength H. Also, the powder composite of the magnetic core is now no longer driven into the region of its saturation, without negatively affecting the induction Consequently, the power requirement of a magnetic circuit designed in this way is also considerably lower than is the case with the solutions outlined above with reference to the prior art. or also to leave the rated current of the magnetic circuit unchanged and instead to reduce the number of turns of the coil, and thus to reduce the voltage required, in particular for the force buildup Solution can also be used to increase the magnetic force. The prerequisite for this is that the armature is not already controlled in the region of its magnetic saturation. Advantageously, the inserted into a recess on an end face of the magnetic core, made of ferromagnetic solid material Polscheibe be designed such that it also covers the inner pole and the outer pole of the magnetic core and there also a discharge of the magnetic core or - in the case of incomplete Abde- Cushioning of the inner pole - an increase in the air gap induction and thus the achievable magnetic force causes. In this case, the inner and the outer pole region of the ferromagnetic Polscheibe are interconnected by narrow webs. These are already at a low coil current in the magnetic saturation and are no longer relevant for further field construction for this reason.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.With reference to the drawing, the invention will be described below in more detail.
Es zeigt:It shows:
Figur 1 die Darstellung eines Magnetkreises mit einem Pulververbundmagnetkern gemäß des Standes der Technik,1 shows the representation of a magnetic circuit with a powder composite magnetic core according to the prior art,
Figur 2 die Darstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Magnetkreises mit zurückversetztem Außenpol des Magnetkerns undFigure 2 shows the representation of the invention proposed magnetic circuit with recessed outer pole of the magnetic core and
Figur 3 eine Draufsicht auf die in eine Aussparung am Außenpol des Magnetkerns eingesetzte aus ferromagnetischem Massivmaterial gefertigte Polscheibe mit optio- nal eingezeichneten Schlitzungen.FIG. 3 is a plan view of the pole disk made of ferromagnetic solid material and inserted in a recess on the outer pole of the magnetic core with optionally slits.
Der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekannte Magnetkreis eines Magnetventils zu entnehmen.The illustration according to FIG. 1 shows a magnetic circuit of a solenoid valve known from the prior art.
Aus Figur 1 geht hervor, dass ein Magnetkreis 10 einen Magnetkern 12 umfasst. Der Magnetkern 12 weist eine erste Stirnseite 14 sowie eine zweite Stirnseite 16 auf und ist von einer Durchgangsöffnung 18 durchzogen, in welcher gegebenenfalls eine Feder, die einen Anker 22 beaufschlagt, aufgenommen sein kann. Die Achse des Magnetkerns 12 ist durch Bezugszeichen 20 identifiziert.FIG. 1 shows that a magnetic circuit 10 comprises a magnetic core 12. The magnetic core 12 has a first end face 14 and a second end face 16 and is traversed by a passage opening 18, in which optionally a spring, which acts on an armature 22, may be accommodated. The axis of the magnetic core 12 is identified by reference numeral 20.
In der schematischen Darstellung gemäß Figur 1 befindet sich unterhalb der zweiten Stirnseite 16 des Magnetkerns 12 ein hier einteilig ausgebildeter Anker 22, der einen Ankerbolzen 26 und eine an diesem einstückig ausgebildete Ankerplatte 24 umfasst. In das Material -A- des Magnetkerns 12, der bevorzugt aus einem Pulververbundmaterial gefertigt wird, ist eine Magnetspule 28 eingelassen. Der aus einem Pulververbundmaterial gefertigte Magnetkern 12 stützt sich auf einer bevorzugt aus einem amagnetischen Material gefertigten Hülse 30 ab. Der aus Pulververbundmaterial gefertigte Magnetkern 12 hat den Vorteil, dass das PuI- ververbundmaterial elektrisch im Wesentlichen nicht leitfähig ist und in diesem daher nahezu keine Wirbelströme auftreten, die den Magnetkraftaufbau und den Magnetkraftabbau in unerwünschter Weise beeinträchtigen würden. Das als Material für den Magnetkern 12 verwendete Pulververbundmaterial hat allerdings den Nachteil, dass eine geringe Sättigungsinduktion des Pulververbundmaterials im Vergleich zu einem massiven Magnetmateri- al besteht.In the schematic illustration according to FIG. 1, underneath the second end face 16 of the magnetic core 12, there is an armature 22 which is formed in one piece and which comprises an armature pin 26 and an armature plate 24 integrally formed thereon. In the material -A- of the magnetic core 12, which is preferably made of a powder composite material, a magnetic coil 28 is inserted. The magnetic core 12 made of a powder composite material is supported on a sleeve 30 preferably made of an amagnetic material. The magnetic core 12 made of powder composite material has the advantage that the composite powder material is essentially electrically nonconductive, and therefore virtually no eddy currents occur in the latter which would undesirably impair the magnetic force build-up and the magnetic force reduction. The powder composite material used as the material for the magnetic core 12, however, has the disadvantage that there is a small saturation induction of the powder composite compared to a massive Magnetmateri- al.
Aus der Darstellung gemäß Figur 1 geht hervor, dass sich an einer Übergangsstelle zwischen dem Magnetkern 12 und dem Randbereich der Ankerplatte 24 eine hohe Feldkonzentration 32 einzelner Feldlinien 34 einstellt. Die Querschnittsfläche für den magnetischen Fluss in diesem Bereich ist bei dem in der Darstellung gemäß Figur 1 aus dem Stand der Technik dargestellten Magnetventil äußerst begrenzt, das Pulververbundmaterial des Magnetkerns 12 wird in diesem Bereich bis zu seiner Sättigung ausgesteuert, was negative Auswirkungen auf die im Luftspalt zwischen der zweiten Stirnseite 16 und der Ankerplatte 24 anzustrebende hohe Induktion B hat.The illustration according to FIG. 1 shows that a high field concentration 32 of individual field lines 34 is established at a transition point between the magnetic core 12 and the edge region of the armature plate 24. The cross-sectional area for the magnetic flux in this area is extremely limited in the case of the magnetic valve shown in the illustration according to FIG. 1, the powder composite material of the magnetic core 12 is controlled in this area until it saturates, which has negative effects on the air gap between the second end face 16 and the anchor plate 24 aspired high induction B has.
Ausführungsformenembodiments
Der Darstellung gemäß Figur 2 ist ein optimierter Magnetkreis der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung zu entnehmen.The illustration according to FIG. 2 shows an optimized magnetic circuit of the solution proposed according to the invention.
Figur 2 zeigt, dass der Magnetkern 12, der ebenfalls aus Pulververbundmaterial gefertigt ist an der ersten Stirnseite 14 plan ausgebildet ist und in der Ausführungsform in der Darstellung gemäß Figur 2 im Bereich der zweiten Stirnseite 16 einen Innenpol 40 und einen gegenüber dem Innenpol 40 in axiale Richtung bezogen auf die Achse 20 etwas zurückgesetz- ten Außenpol 42 umfasst. Durch die Zurücksetzung des Außenpoles 42 in axiale Richtung in Bezug auf den Innenpol 40 entsteht eine Aufnahme unterhalb des Außenpoles 42 des Magnetkerns 12, in die eine Polscheibe 44 eingelassen ist. Die Polscheibe 44 wird bevorzugt aus einem ferromagnetischen Massivmaterial gefertigt. Die Sättigungsinduktion der aus ferromagnetischem Massivmaterial gefertigten Polscheibe 44 liegt deutlich höher als dieje- nige des Pulververbundmaterials, aus dem der Magnetkern 12 gefertigt ist. Wirbelströme in der Polscheibe 44, sei sie mit einer Radialschlitzung, sei sie ohne eine Radialschlitzung ausgebildet, klingen aufgrund der geringen Dicke der Polscheibe 44 um einige Größenordnun- gen schneller ab, als dies bei einem massiven Kern aus ferromagnetischem Material der Fall wäre.Figure 2 shows that the magnetic core 12, which is also made of powder composite material is flat on the first end face 14 and in the embodiment in the representation of Figure 2 in the region of the second end face 16 an inner pole 40 and one with respect to the inner pole 40 in axial Direction with respect to the axis 20 slightly zurückgesetz- th outer pole 42 includes. By resetting the outer pole 42 in the axial direction with respect to the inner pole 40, a receptacle is formed below the outer pole 42 of the magnetic core 12 into which a pole plate 44 is embedded. The pole plate 44 is preferably made of a ferromagnetic solid material. The saturation induction of the pole disk 44 made of ferromagnetic solid material is significantly higher than that of the powder composite material from which the magnetic core 12 is made. Eddy currents in the pole plate 44, be they with a radial slit, be it formed without a radial slit sound 44 due to the small thickness of the pole plate 44 by a few orders of magnitude faster than would be the case for a solid core of ferromagnetic material.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, steht - wie in Figur 2 dargestellt - am Übergang zwischen dem Pulververbundmaterial 12, d.h. im vorliegenden Falle im Bereich des Außenpoles 42 des Magnetkerns 12 dem magnetischen Fluss bereits eine deutlich höhere Querschnittsfläche zur Verfügung im Vergleich zur Überlappungsstelle von Polscheibe 44 und Anker 24. An dieser Stelle liegt die magnetische Induktion, d.h. die Flussdichte, bereits unterhalb der Sättigungsinduktion des Pulververbundmaterials des Magnet- kerns 12. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist die Engstelle für den magnetischen Fluss somit in einem Material mit hoher Sättigungsinduktion und hat keine überhöhte magnetische Feldstärke H zur Folge.Following the solution proposed by the invention, as shown in Figure 2, the transition between powder composite 12, i. In the present case in the region of the outer pole 42 of the magnetic core 12, the magnetic flux already a much higher cross-sectional area available compared to the overlap of Polscheibe 44 and armature 24. At this point, the magnetic induction, i. The flux density, already below the saturation induction of the powder composite material of the magnetic core 12. By the proposed solution according to the invention, the bottleneck for the magnetic flux is thus in a material with high saturation induction and has no excessive magnetic field strength H result.
Des Weiteren muss das Pulververbundmaterial des Magnetkerns 12 nun nicht mehr in den Bereich seiner Sättigung ausgesteuert werden, was negative Auswirkungen auf die Induktion im Luftspalt zwischen der der zweiten Stirnseite 16 des Magnetkerns 12 aus Pulververbundmaterial zuweisenden Stirnseite der Ankerplatte 24 des Ankers 22 hätte. Daraus ergibt sich, dass der Strombedarf des in Figur 2 dargestellten Magnetkreises 10 geringer ist, als dies in dem Magnetkreis der Fall ist, der im Zusammenhang mit Figur 1 dargestellt ist. Der geringe Strombedarf des in Figur 2 dargestellten, wie erfindungsgemäß vorgeschlagenen optimierten Magnetkreises 10, kann entweder zu einer einfachen Entlastung der Steuergeräteendstufe genutzt werden oder auch bei unverändertem Nennstrom des Magnetkreises 10 zur Reduktion der Windungszahl der Magnetspule 28 genutzt werden. Bei entsprechender Auslegung des in der Darstellung gemäß Figur 2 beispielhaft einteilig ausgebildeten Ankers 22 kann die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung auch zu einer Steigerung der erzeugten Magnetkraft genutzt werden. Voraussetzung dafür ist, dass der in der Darstellung gemäß Figur 2 einteilig ausgebildete Anker 22 nicht bereits im Bereich seiner magnetischen Sättigung ausgesteuert ist.Furthermore, the powder composite material of the magnetic core 12 now no longer needs to be controlled in the region of its saturation, which would have negative effects on the induction in the air gap between the front side of the armature plate 24 of the armature 22 facing the second end face 16 of the magnetic core 12 of powder composite material. As a result, the power consumption of the magnetic circuit 10 shown in FIG. 2 is less than that in the magnetic circuit shown in connection with FIG. The low power consumption of the illustrated in Figure 2, as proposed in the invention optimized magnetic circuit 10 can either be used for a simple discharge of the control unit output stage or even with unchanged rated current of the magnetic circuit 10 to reduce the number of turns of the solenoid 28 can be used. With an appropriate design of the exemplary embodiment of Figure 2 in one piece trained anchor 22, the proposed solution according to the invention can also be used to increase the magnetic force generated. The prerequisite for this is that the armature 22, which is formed integrally in the representation according to FIG. 2, is not already controlled in the region of its magnetic saturation.
Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass im Kontaktbereich der Polscheibe 44, die in der Ausführungsform gemäß Figur 2 lediglich den Außenpol 42 des aus Pulververbundmaterial gefertigten Magnetkerns 12 überdeckt, eine reduzierte Feldkonzentration 46 vorliegt. Zwischen der zweiten Stirnseite 16 des aus Pulververbundmaterial gefertigten Magnetkernes 12, d.h. dem Außenpol 42 und einem Absatz an einer bevorzugt aus amag- metischem Material gefertigten Hülse befindet sich eine Einspannstelle 48, an welcher die bevorzugt aus ferromagnetischem Massivmaterial gefertigte Polscheibe 44 im Magnetventilverbund angeordnet ist. Die Stirnseite der Ankerplatte 24 des in der Darstellung gemäß Figur 2 einteilig ausgebildeten Ankers 22, die mit der ersten Stirnseite 16 des aus Pulver- verbundmaterial gefertigten Magnetkerns 12 den Restluftspalt bestimmt, ist durch Bezugszeichen 50 identifiziert.2 that in the contact region of the pole disk 44, which in the embodiment according to FIG. 2 covers only the outer pole 42 of the magnetic core 12 made of powder composite material, a reduced field concentration 46 is present. Between the second end face 16 of the magnetic core made of powder composite material 12, ie the outer pole 42 and a shoulder on a preferably made of amag- matic material sleeve is a clamping point 48, on which the pole plate 44 preferably made of ferromagnetic solid material is arranged in the solenoid valve assembly. The front side of the armature plate 24 of the integrally formed in the representation of Figure 2 anchor 22, which is connected to the first end face 16 of the powder from composite material manufactured magnetic core 12 determines the residual air gap is identified by reference numeral 50.
Der Darstellung gemäß Figur 3 ist die Polscheibe zu entnehmen, mit einem optional vorhan- denen Innenring.The illustration according to FIG. 3 shows the pole disk, with an optional inner ring.
Die Darstellung gemäß Figur 3 zeigt, dass die Polscheibe 44 zumindest einen Außenring 52 umfasst, der in Figur 2 den Außenpol 42 des aus Pulververbundmaterial gefertigten Magnetkerns 12 überdeckt. Im Außenring 52 der aus ferromagnetischem Material gefertigten Polscheibe 44 ist in der Ausführungsform gemäß Figur 3 ein Radialschlitz 54 ausgebildet, der die magnetischen Eigenschaften der Polscheibe 44 nochmals begünstigt.The illustration according to FIG. 3 shows that the pole disk 44 comprises at least one outer ring 52 which, in FIG. 2, covers the outer pole 42 of the magnetic core 12 made of powder composite material. In the outer ring 52 of the pole plate 44 made of ferromagnetic material, in the embodiment according to FIG. 3, a radial slot 54 is formed, which further favors the magnetic properties of the pole disk 44.
Die Polscheibe 44 kann so gestaltet werden, dass sie außer dem Außenring 52, der den Außenpol 42 überdeckt, auch einen Innenring 56 enthält, welcher optional den Innenpol 40 des aus Pulververbundmaterial gefertigten Magnetkerns 12 abdecken könnte. Damit kann auch dort eine Entlastung des Magnetkerns 12, oder bei unvollständiger Abdeckung des Innenpols 40, eine Erhöhung der Luftspaltinduktion und damit eine Steigerung der Magnetkraft erreicht werden. In diesem Falle sind der Innenring 56 und der Außenring 52 der Polscheibe 44 aus ferromagnetischem Massivmaterial durch schmale Haltestege 60 miteinander ver- bunden. Diese gehen bereits bei einem geringen Spulenstrom, mit dem die Magnetspule 28 des Magnetkreises 10 bestromt wird, in die magnetische Sättigung und sind daher für den weiteren Feldaufbau nicht mehr relevant.The pole piece 44 may be configured to include, in addition to the outer ring 52 covering the outer pole 42, an inner ring 56 which could optionally cover the inner pole 40 of the magnetic core 12 made of powder composite material. This can also be there relief of the magnetic core 12, or in incomplete coverage of the inner pole 40, an increase in the air gap induction and thus an increase in the magnetic force can be achieved. In this case, the inner ring 56 and the outer ring 52 of the pole disk 44 made of ferromagnetic solid material are interconnected by narrow holding webs 60. These are already at a low coil current, with which the magnetic coil 28 of the magnetic circuit 10 is energized, in the magnetic saturation and are therefore no longer relevant to the further field structure.
Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht hervor, dass zur Fixierung des Innenringes 56 drei Haltestege 60 vorhanden sind, die in einem Winkel von etwa 120° zueinander positioniert sind. Anstelle der in der Ausführungsform gemäß Figur 3 dargestellten drei Haltestege 60 kann auch eine geringere oder eine größere Anzahl von Haltestegen 60 zur Fixierung des Innenringes 56 der Polscheibe 44 an deren Außenring 52 eingesetzt werden. Auch am Innenring 56, der optional den Innenpol 40 des Magnetkerns 12 überdecken könnte, lässt sich - wie in Figur 3 dargestellt - mindestens ein Radialschlitz 58 erzeugen. Alternativ kann eine Polscheibe 44 eingesetzt werden, die vergleichbare magnetische Eigenschaften aufweist, wenn diese statt aus einem ferromagnetischen Massivmaterial aus einem Sintermaterial oder in MIM-Technik hergestellt wird. Auch die elektrische Leitfähigkeit eines solchen Materials entspricht weitgehend jenes eines ferromagnetischen Massivmaterials. From the illustration according to FIG. 3, it can be seen that for the purpose of fixing the inner ring 56 there are three holding webs 60, which are positioned at an angle of approximately 120 ° to one another. Instead of the three holding webs 60 shown in the embodiment according to FIG. 3, it is also possible to use a smaller or a larger number of holding webs 60 for fixing the inner ring 56 of the pole disk 44 to its outer ring 52. Also, on the inner ring 56, which could optionally cover the inner pole 40 of the magnetic core 12, can - as shown in Figure 3 - generate at least one radial slot 58. Alternatively, a pole piece 44 may be used which has comparable magnetic properties when made of sintered material or MIM technology instead of a ferromagnetic solid material. The electrical conductivity of such a material largely corresponds to that of a ferromagnetic solid material.

Claims

Ansprüche claims
1. Magnetkreis (10) für ein Magnetventil zur Betätigung eines Ankers (22) mit einem Ankerbolzen (26) sowie eine Ankerplatte (24) mit einer in einem Magnetkern (12) aus Pulververbundmaterial eingebetteten Magnetspule (28), wobei der Magnetkern (12) einen Innenpol (40) und einen Außenpol (42) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Magnetkern (12) und dem Anker (22) eine Polscheibe (44) aufgenommen ist, die zumindest den Außenpol (42) des Magnetkerns (12) überdeckt.A magnetic circuit (10) for a solenoid valve for actuating an armature (22) having an anchor bolt (26) and an armature plate (24) having a magnetic coil (28) embedded in a magnetic core (12) of powder composite material, the magnetic core (12) an inner pole (40) and an outer pole (42), characterized in that between the magnetic core (12) and the armature (22) a pole disc (44) is accommodated, which covers at least the outer pole (42) of the magnetic core (12) ,
2. Magnetkreis (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polscheibe (44) aus ferromagnetischem Material, bevorzugt ferromagnetischem Massivmaterial gefertigt ist.2. magnetic circuit (10) according to claim 1, characterized in that the pole disk (44) made of ferromagnetic material, preferably ferromagnetic solid material is made.
3. Magnetkreis (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polscheibe (44) aus Sintermaterial oder in MIM-Technik gefertigt ist.3. magnetic circuit (10) according to claim 2, characterized in that the pole disk (44) is made of sintered material or in MIM technology.
4. Magnetkreis (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (12) zumindest im Bereich des Außenpoles (42) um die Dicke der Polscheibe (44) zurückgesetzt ist.4. magnetic circuit (10) according to claim 1, characterized in that the magnetic core (12) at least in the region of the outer pole (42) to the thickness of the pole plate (44) is reset.
5. Magnetkreis (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (12) im Bereich des Außenpoles (42) und des Innenpoles (40) um die Dicke der Polscheibe (44) zurückgesetzt ist.5. magnetic circuit (10) according to claim 1, characterized in that the magnetic core (12) in the region of the outer pole (42) and the inner pole (40) by the thickness of the pole plate (44) is reset.
6. Magnetkreis (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polscheibe (44) zwischen einer aus amagnetischem Material gefertigten Hülse (30) und einer Stirnseite (16) des Magnetkerns (12) eingespannt ist.6. magnetic circuit (10) according to claim 1, characterized in that the pole disc (44) is clamped between a made of non-magnetic material sleeve (30) and an end face (16) of the magnetic core (12).
7. Magnetkreis (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kontaktbereich zwischen der Stirnseite (16) des Magnetkerns (12) und der Polscheibe (44) eine reduzierte Feldkonzentration (46) vorliegt.7. magnetic circuit (10) according to claim 1, characterized in that in the contact region between the end face (16) of the magnetic core (12) and the pole plate (44) a reduced field concentration (46) is present.
8. Magnetkreis (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polscheibe (44) einen Außenring (52) umfasst, der den Außenpol (42) des Magnetkreises (12) über- deckt und zumindest einen Radialschlitz (54) aufweist. 8. magnetic circuit (10) according to claim 1, characterized in that the pole disc (44) comprises an outer ring (52) which covers the outer pole (42) of the magnetic circuit (12) and at least one radial slot (54).
9. Magnetkreis (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polscheibe (44) einen Außenring (52) zur Abdeckung des Außenpoles (42) sowie einen Innenring (56) zur Abdeckung des Innenpols (40) des Magnetkerns (12) aufweist.9. magnetic circuit (10) according to claim 1, characterized in that the pole disc (44) has an outer ring (52) for covering the Außenpoles (42) and an inner ring (56) for covering the inner pole (40) of the magnetic core (12) ,
10. Magnetkreis (10) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (56) mit dem Außenring (52) der Polscheibe (44) über zumindest zwei schmale Haltestege (60) verbunden ist, wobei der Innenring (56) der Polscheibe (44) zumindest einen Radialschlitz (58) aufweist. 10. magnetic circuit (10) according to claim 9, characterized in that the inner ring (56) with the outer ring (52) of the pole disc (44) via at least two narrow retaining webs (60) is connected, wherein the inner ring (56) of the pole disc ( 44) has at least one radial slot (58).
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