WO2010040586A1 - Magnetic coil, motor vehicle component having a magnetic coil, and use - Google Patents

Magnetic coil, motor vehicle component having a magnetic coil, and use Download PDF

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WO2010040586A1
WO2010040586A1 PCT/EP2009/060467 EP2009060467W WO2010040586A1 WO 2010040586 A1 WO2010040586 A1 WO 2010040586A1 EP 2009060467 W EP2009060467 W EP 2009060467W WO 2010040586 A1 WO2010040586 A1 WO 2010040586A1
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magnetic coil
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PCT/EP2009/060467
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Klaus-Volker Schuett
Thomas Grossschatz
Cornelius Gaida
Stephan Geise
Bertram Sugg
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M63/0015Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
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    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
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    • F16K31/02Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
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    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F5/02Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers
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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
    • HELECTRICITY
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    • H01F7/16Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1638Armatures not entering the winding

Definitions

  • Magnetic coil motor vehicle component with magnetic coil and use
  • the invention relates to a wound from a coil wire te solenoid, in particular for a motor vehicle component, such as a fuel injector, a solenoid valve or a sensor according to the preamble of claim 1, a motor vehicle component with a magnetic coil according to claim 8 and a use according to claim 10.
  • a motor vehicle component such as a fuel injector, a solenoid valve or a sensor according to the preamble of claim 1, a motor vehicle component with a magnetic coil according to claim 8 and a use according to claim 10.
  • a solenoid valve for a fuel injection system is known.
  • This comprises an electromagnetic actuator with a wound from a coil wire magnetic coil.
  • the coil wire has a circular contoured cross-sectional area and is provided with a, usually applied in the wet-coating process, insulation.
  • the copper fill factor (winding density) of known magnetic coils for the automotive sector is about 63%, which adversely affects the space requirement and the maximum achievable power density.
  • insulated coil wires are known with rectangular cross-section. These have a width / thickness ratio of typically two to five and are provided with insulating wall thicknesses of below 10 microns having insulating layers, wherein the insulating layers are typically applied by electrostatic methods.
  • the invention has for its object to provide an optimized in terms of space requirements magnet coil, in particular for a motor vehicle component. Preferably, large power densities should be realizable with the magnetic coil. Furthermore, the object is to provide a motor vehicle component, such as a fuel injector, a solenoid valve or a sensor with a correspondingly optimized magnetic coil.
  • a motor vehicle component such as a fuel injector, a solenoid valve or a sensor with a correspondingly optimized magnetic coil.
  • the invention has recognized that large coil wire fill factors (winding densities), in particular copper fill factors, can not be realized with circularly contoured coil wires. Furthermore, the invention has recognized that even rectangularly contoured coil wires do not lead to optimum coil wire filling factors, since at least in areas of the winding layer transitions unfilled areas result, which increase with increasing wire width due to the then forced Incidentally increasing winding pitch become larger.
  • the invention is based on the idea to use coil wires (winding wires) with a square cross section for producing a magnet coil, in particular for the motor vehicle sector, thereby avoiding unfilled gussets and minimizing unfilled areas in the winding layer junctions.
  • square coil wires basically have a more favorable volume-surface ratio than rectangular coil wires, and thus, with the same insulation wall thickness, a smaller need for insulation material. This also accommodates the demand for a large coil wire fill factor.
  • solenoid is particularly suitable for modern diesel injection technology with increasing demands on consumption, CO 2 emission and particulate emission. These requirements are met only highly dynamic fuel injectors with short switching times for the realization of a multipoint injection, with which also high magnetic forces to control the increasing diesel pressures can be realized. Quite essential here is the minimization of the required installation space, which can be realized with a coil wire shaped according to the concept of the invention in a square cross-section.
  • a magnetic coil designed according to the concept of the invention can be realized with an extremely compact electrical winding with a high coil wire fill factor, in particular a copper fill factor, a sufficiently large wire cross section and a low number of turns.
  • the edge length of the coil wire is chosen so that it is optimally adapted to the winding window and the windings of this, at least approximately, completely fill.
  • the coil wire is provided with an insulating layer, which is applied by an electrostatic process. As a result, very uniform insulation layers with layer thicknesses of 10 microns or less can be achieved.
  • the coil wire is wound on a coil carrier, preferably made of plastic, wherein the coil wire particularly preferably with one, in particular as Finalumspritzung
  • Coil wire against corrosive media such as
  • the envelope has a wall thickness of less than 200 ⁇ m, preferably of less than 175 ⁇ m, very preferably of around 150 ⁇ m or less.
  • highly flowable thermoplastics for example modified polyphenylene sulfide trade name Ryton R4 or Xtel XK 2340.
  • the coil wire fill factor in particular the copper fill factor, is greater than 70%, preferably greater than 80%, very particularly preferably greater than 90%.
  • Optimum power densities can be achieved with a coil wire having a copper core with a square cross-section within the insulation layer.
  • the invention also leads to a motor vehicle component having at least one magnetic coil designed according to the concept of the invention.
  • the motor vehicle component is a fuel injector or a solenoid valve, in particular a control valve (servo valve) of the fuel injector.
  • a control valve servo valve
  • the motor vehicle component may, for example, be a solenoid valve, for example an ABS and / or driving dynamics valve or a hydraulic valve.
  • the use of a trained according to the concept of the invention solenoid coil in dynamic electromagnetic sensors, especially in the automotive field can be realized.
  • the invention leads to the use of a square contoured, in particular a copper core having wire for winding a magnetic coil, in particular for a motor vehicle application.
  • the solenoid is integrated into a fuel injector, a solenoid valve or an electromagnetic sensor.
  • Fig. 1 in a schematic, fragmentary Dar- position a fuel injector with a a
  • FIG. 2 is a sectional view of a Magnetspulen- winding and an enlarged view of
  • Fig. 1 is a detail of a fuel injector 1 (here common rail injector) shown for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, not shown.
  • the fuel injector 1 comprises an injection valve element 2 which can be adjusted in one or more parts between a closed position and an open position which releases the fuel flow into the combustion chamber. With its upper end in the plane of the drawing, the injection valve element 2 is guided in a sleeve-shaped section 3 of a throttle plate 4 and defines, with its upper side 5, which is in the plane of the drawing, a control chamber 6 formed within the sleeve-shaped section 3.
  • the control chamber 6 is permanently hydraulically connected via an inlet throttle 7 to a pressure chamber 8 of the fuel injector 1 that is substantially under rail pressure.
  • valve chamber 10 From the control chamber 6 opens an outlet throttle 9, which connects the control chamber 6 with a valve chamber 10 which is bounded radially outwardly by a sleeve-shaped control valve element 11 of a control valve 12 (servo valve).
  • a control valve 12 serving valve
  • the valve chamber 10 and thus the control chamber 6 is hydraulically connected to a low-pressure region 13 of the fuel injector 1 that is at low pressure and which is connected via a return connection (not shown) to a reservoir (also not shown).
  • the valve chamber 10 is bounded in the axial direction upwards by a pressure pin 14, which protrudes from the top of the drawing in a central bore 15 of the control valve element 11.
  • an electromagnetic actuator 16 is provided, which comprises a coil spool 17 arranged on a magnetic coil 18.
  • an armature plate 19 formed integrally with the control valve element 11 is moved upward in the plane of the drawing in the direction of the electromagnetic actuator 16, whereby the fuel flow from the control chamber 6 is released into the low-pressure region 13 and from there to the return port.
  • the flow cross-sections of the outlet throttle 9 and the inlet throttle 7 are matched to one another such that when the control valve 12 is open, a net outflow of fuel from the control chamber 6 results, with the result of a rapid pressure drop which, in turn, acts on a hydraulic pressure acting in the opening direction of the injection valve element 2 opening ensures force, so that the injection valve element 2 lifts from its injection valve element seat, not shown.
  • the energization of the solenoid 18 is interrupted, whereby the control valve member 11 is adjusted by means of a closing spring 20 again on its formed on the throttle plate 4 control valve seat 21.
  • the fuel flowing in via the inlet throttle 7 ensures a pressure increase in the control chamber 6 and thus a closing movement of the injection valve element 2.
  • the magnetic coil 18 is formed by a wound coil wire 22 having a square in cross-section circumferential contour.
  • a high coil wire filling factor can be achieved within a circumferential groove 23 (winding window) formed in the coil carrier 17.
  • the circumferential groove 23 is closed radially on the outside by a ring-shaped final encapsulation 24 (thin-walled cladding) extending in the axial direction in the radial direction. This prevents direct contact of the coil wire 22 with fuel.
  • the wall thickness of the Finalumspritzung 24 in the radial direction is about 150 ⁇ m in the embodiment shown. With a radial distance to the Finalumspritzung 24 is an inner, the circumferential groove 23 bounding peripheral wall 25 of the bobbin 17 can be seen. The wall thickness of this peripheral wall 25 is also about 150 ⁇ m.
  • a cross section through a magnetic coil 18 is shown.
  • the coil winding formed by winding a coil wire 22 it can be seen that the windings of the coil wire 22 fit snugly against each other. the abutment, so that a high Spulendraht sleeplltex is achieved.
  • the width B of the magnetic coil 18 is about 2.0 mm and the height H is about 1.2 mm.
  • the cross-sectional contour of a coil wire 22 results from the detailed representation in the drawing plane according to FIG. 2 at the top right.
  • a square-shaped copper core 26 is shown, which is surrounded by a circumferentially closed insulation layer 27.
  • the insulating layer 27 can be applied in an electrostatic process.
  • the side length 1 of the copper core 26 in the embodiment shown is about 0.187 mm and the side length L of the entire coil wire 22 about 0.20 mm.
  • the wall thickness of the insulating layer 27 is about 0.013mm.

Abstract

The invention relates to a magnetic coil (18) wound from a coil wire (22), particularly for a motor vehicle component. According to the invention, the cross-sectional area of the coil wire (22) has a square contour.

Description

Beschreibungdescription
Titeltitle
Magnetspule, Kraftfahrzeugbauteil mit Magnetspule sowie VerwendungMagnetic coil, motor vehicle component with magnetic coil and use
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine aus einem Spulendraht gewickel- te Magnetspule, insbesondere für ein Kraftfahrzeugbauteil, wie einen Kraftstoff-Injektor, ein Magnetventil oder einen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Kraftfahrzeugbauteil mit einer Magnetspule gemäß Anspruch 8 sowie eine Verwendung gemäß Anspruch 10.The invention relates to a wound from a coil wire te solenoid, in particular for a motor vehicle component, such as a fuel injector, a solenoid valve or a sensor according to the preamble of claim 1, a motor vehicle component with a magnetic coil according to claim 8 and a use according to claim 10.
Aus der DE 10 2006 058 073 Al ist ein Magnetventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem bekannt. Dieses umfasst einen elektromagnetischen Aktuator mit einer aus einem Spulendraht gewickelten Magnetspule. Der Spulendraht weist eine kreisrund konturierte Querschnittsfläche auf und ist mit einer, üblicherweise im Nass-Lackierverfahren aufgebrachten, Isolierung versehen. Der Kupferfüllfaktor (Wicklungsdichte) bekannter Magnetspulen für den Kraftfahrzeugbereich liegt bei etwa 63%, was sich nachteilig auf den Bauraumbe- darf sowie die maximal erzielbare Leistungsdichte auswirkt.From DE 10 2006 058 073 Al a solenoid valve for a fuel injection system is known. This comprises an electromagnetic actuator with a wound from a coil wire magnetic coil. The coil wire has a circular contoured cross-sectional area and is provided with a, usually applied in the wet-coating process, insulation. The copper fill factor (winding density) of known magnetic coils for the automotive sector is about 63%, which adversely affects the space requirement and the maximum achievable power density.
Aus der japanischen Unterhaltungsindustrie sind isolierte Spulendrähte (Wicklungsdrähte) mit rechteckförmigem Querschnitt bekannt. Diese haben ein Breite-/Dicke-Verhältnis von typischerweise zwei bis fünf und sind mit Isolationswandstärken von unter lOμm aufweisenden Isolationsschichten versehen, wobei die Isolationsschichten typischerweise durch elektrostatische Verfahren aufgebracht werden. Offenbarung der Erfindung Technische AufgabeFrom the Japanese entertainment industry insulated coil wires (winding wires) are known with rectangular cross-section. These have a width / thickness ratio of typically two to five and are provided with insulating wall thicknesses of below 10 microns having insulating layers, wherein the insulating layers are typically applied by electrostatic methods. DISCLOSURE OF THE INVENTION Technical Problem
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hinsichtlich des Bauraumbedarfs optimierte Magnetspule, insbesondere für ein Kraftfahrzeugbauteil, anzugeben. Bevorzugt sollen mit der Magnetspule große Leistungsdichten realisierbar sein. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein Kraftfahrzeugbauteil, wie einen Kraftstoff-Injektor, ein Magnetventil oder einen Sensor mit einer entsprechend optimierten Magnetspule bereitzustellen .The invention has for its object to provide an optimized in terms of space requirements magnet coil, in particular for a motor vehicle component. Preferably, large power densities should be realizable with the magnetic coil. Furthermore, the object is to provide a motor vehicle component, such as a fuel injector, a solenoid valve or a sensor with a correspondingly optimized magnetic coil.
Technische LösungTechnical solution
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Magnetspule mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Verwendung gemäß Anspruch 10 gelöst. Hinsichtlich des Kraftfahrzeugbauteils wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen .This object is achieved in terms of the magnetic coil having the features of claim 1 and by a use according to claim 10. With regard to the motor vehicle component, the object is achieved with the features of claim 8. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims. All combinations of at least two features disclosed in the description, the claims and / or the figures fall within the scope of the invention.
Die Erfindung hat erkannt, dass große Spulendrahtfüllfakto- ren (Wicklungsdichten) , insbesondere Kupferfüllfaktoren, nicht mit kreisrund konturierten Spulendrähten realisierbar sind. Ferner hat die Erfindung erkannt, dass auch recht- eckig konturierte Spulendrähte nicht zu optimalen Spulendrahtfüllfaktoren führen, da zumindest in Bereichen der Wicklungslagenübergänge unausgefüllte Bereiche resultieren, die mit zunehmender Drahtbreite aufgrund der dann zwangs- läufig zunehmenden Wicklungssteigung größer werden. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zur Herstellung einer Magnetspule, insbesondere für den Kraftfahrzeugsektor Spulendrähte (Wicklungsdrähte) mit einem quadratischen Quer- schnitt einzusetzen, wodurch unausgefüllte Zwickel vermieden und unausgefüllte Bereiche bei den Wicklungslagenübergänge minimiert werden. Zudem haben quadratische Spulendrähte grundsätzlich ein günstigeres Volumen- Oberflächenverhältnis als rechteckige Spulendrähte und da- mit bei gleicher Isolationswandstärke einen geringeren Bedarf an Isolationswerkstoff. Dies kommt der Forderung nach einem großen Spulendrahtfüllfaktor ebenfalls entgegen. Eine nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Magnetspule eignet sich insbesondere für die moderne Diesel- Einspritztechnik mit steigenden Anforderungen an Verbrauch, Cθ2-Emission sowie Partikelemission. Diesen Anforderungen werden nur hochdynamische Kraftstoff-Injektoren mit kurzen Schaltzeiten zur Realisierung einer Multipoint-Einspritzung gerecht, mit denen zudem hohe Magnetkräfte zur Beherrschung der zunehmenden Dieseldrücke realisierbar sind. Ganz wesentlich dabei ist die Minimierung des benötigten Bauraums, die mit einem nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten im Querschnitt quadratisch konturierten Spulendraht realisierbar ist. Eine nach dem Konzept der Erfindung ausgebil- dete Magnetspule kann mit einer äußerst kompakten elektrischen Wicklung mit hohem Spulendrahtfüllfaktor, insbesondere Kupferfüllfaktor, ausreichend großem Drahtquerschnitt sowie geringer Windungszahl realisiert werden. Bevorzugt wird die Kantenlänge des Spulendrahtes so gewählt, dass dieser optimal an das Wicklungsfenster angepasst ist und die Wicklungen dieses, zumindest näherungsweise, vollständig ausfüllen. In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Spulendraht mit einer Isolationsschicht versehen ist, die durch ein elektrostatisches Verfahren aufgebracht ist. Hierdurch können sehr gleichmäßige Isolationsschichten mit Schichtdicken von 10μm oder weniger erreicht werden.The invention has recognized that large coil wire fill factors (winding densities), in particular copper fill factors, can not be realized with circularly contoured coil wires. Furthermore, the invention has recognized that even rectangularly contoured coil wires do not lead to optimum coil wire filling factors, since at least in areas of the winding layer transitions unfilled areas result, which increase with increasing wire width due to the then forced Incidentally increasing winding pitch become larger. The invention is based on the idea to use coil wires (winding wires) with a square cross section for producing a magnet coil, in particular for the motor vehicle sector, thereby avoiding unfilled gussets and minimizing unfilled areas in the winding layer junctions. In addition, square coil wires basically have a more favorable volume-surface ratio than rectangular coil wires, and thus, with the same insulation wall thickness, a smaller need for insulation material. This also accommodates the demand for a large coil wire fill factor. A trained according to the concept of the invention solenoid is particularly suitable for modern diesel injection technology with increasing demands on consumption, CO 2 emission and particulate emission. These requirements are met only highly dynamic fuel injectors with short switching times for the realization of a multipoint injection, with which also high magnetic forces to control the increasing diesel pressures can be realized. Quite essential here is the minimization of the required installation space, which can be realized with a coil wire shaped according to the concept of the invention in a square cross-section. A magnetic coil designed according to the concept of the invention can be realized with an extremely compact electrical winding with a high coil wire fill factor, in particular a copper fill factor, a sufficiently large wire cross section and a low number of turns. Preferably, the edge length of the coil wire is chosen so that it is optimally adapted to the winding window and the windings of this, at least approximately, completely fill. In a further development of the invention is advantageously provided that the coil wire is provided with an insulating layer, which is applied by an electrostatic process. As a result, very uniform insulation layers with layer thicknesses of 10 microns or less can be achieved.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Spulendraht auf einem Spulenträger, vorzugsweise aus Kunststoff, aufgewickelt ist, wobei der Spulendraht besonders bevorzugt mit einer, insbesondere als FinalumspritzungParticularly preferred is an embodiment in which the coil wire is wound on a coil carrier, preferably made of plastic, wherein the coil wire particularly preferably with one, in particular as Finalumspritzung
(Schutzschicht aus Kunststoff) ausgebildeten, vorzugsweise dünnwandigen, Umhüllung versehen wird, bevorzugt um den(Protective layer of plastic) formed, preferably thin-walled, envelope is provided, preferably to the
Spulendraht vor korrosiven Medien, wie beispielsweiseCoil wire against corrosive media, such as
Kraftstoff, optimal zu schützen. Dabei ist es besonders be- vorzugt, wenn die Umhüllung eine Wanddicke von weniger als 200μm, vorzugsweise von weniger als 175μm, ganz bevorzugt von um die 150μm oder geringer, aufweist. Dies kann besonders gut durch den Einsatz hoch fließfähiger Thermoplaste (beispielsweise modifiziertes Polyphenylensulfid - Handels- name Ryton R4 oder Xtel XK 2340) erreicht werden. Durch den Einsatz hoch fließfähiger Thermoplaste können der notwendige Prozessdruck und die notwendige Prozesstemperatur zur Realisierung der Finalumspritzung so weit gesenkt werden, dass eine thermische und/oder mechanische Schädigung des Spulendrahtes und/oder ein Verschieben der Spulendrähte der obersten Wicklung vermieden werden. Auch ist es denkbar, die Umhüllung durch Vergießen mit Reaktionsharz zu realisieren .Fuel, optimal protection. It is particularly preferred if the envelope has a wall thickness of less than 200 μm, preferably of less than 175 μm, very preferably of around 150 μm or less. This can be achieved particularly well by the use of highly flowable thermoplastics (for example modified polyphenylene sulfide trade name Ryton R4 or Xtel XK 2340). Through the use of highly flowable thermoplastics, the necessary process pressure and the necessary process temperature for realizing the final extrusion can be reduced so far that thermal and / or mechanical damage to the coil wire and / or displacement of the coil wires of the uppermost winding are avoided. It is also conceivable to realize the enclosure by casting with reaction resin.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Spulendrahtfüllfaktor, insbesondere der Kupferfüllfaktor, größer als 70%, vorzugsweise größer als 80%, ganz besonders bevorzugt größer als 90% ist. Optimale Leistungsdichten können mit einem Spulendraht erzielt werden, der innerhalb der Isolationsschicht einen im Querschnitt quadratisch konturierten Kupferkern aufweist.Particularly preferred is an embodiment in which the coil wire fill factor, in particular the copper fill factor, is greater than 70%, preferably greater than 80%, very particularly preferably greater than 90%. Optimum power densities can be achieved with a coil wire having a copper core with a square cross-section within the insulation layer.
Die Erfindung führt auch auf ein Kraftfahrzeugbauteil mit mindestens einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Magnetspule. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Kraftfahrzeugbauteil um einen Kraftstoff-Injektor bzw. um ein Magnetventil, insbesondere ein Steuerventil (Servo- ventil) des Kraftstoff-Injektors. Dieses kann durch das Vorsehen einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Magnetspule mit einem minimalen Bauraumbedarf realisiert werden. Zudem sind hohe Leistungsdichten und damit hohe Magnetkräfte realisierbar. Ferner kann es sich bei dem Kraftfahrzeugbauteil beispielsweise um ein Magnetventil, beispielsweise um ein ABS- und/oder Fahrdynamikventil oder um ein Hydraulikventil handeln. Auch ist der Einsatz einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Magnetspule in dynamischen elektromagnetischen Sensoren, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich realisierbar.The invention also leads to a motor vehicle component having at least one magnetic coil designed according to the concept of the invention. Particularly preferably, the motor vehicle component is a fuel injector or a solenoid valve, in particular a control valve (servo valve) of the fuel injector. This can be realized by providing a designed according to the concept of the invention magnetic coil with a minimum space requirement. In addition, high power densities and thus high magnetic forces can be realized. Furthermore, the motor vehicle component may, for example, be a solenoid valve, for example an ABS and / or driving dynamics valve or a hydraulic valve. Also, the use of a trained according to the concept of the invention solenoid coil in dynamic electromagnetic sensors, especially in the automotive field can be realized.
Darüber hinaus führt die Erfindung auf die Verwendung eines quadratisch konturierten, insbesondere einen Kupferkern aufweisenden Drahtes zum Wickeln einer Magnetspule, insbe- sondere für eine Kraftfahrzeuganwendung. Bevorzugt wird die Magnetspule in einen Kraftstoff-Injektor, ein Magnetventil oder einen elektromagnetischen Sensor integriert.In addition, the invention leads to the use of a square contoured, in particular a copper core having wire for winding a magnetic coil, in particular for a motor vehicle application. Preferably, the solenoid is integrated into a fuel injector, a solenoid valve or an electromagnetic sensor.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description Embodiments and with reference to the drawings. These show in:
Fig. 1 in einer schematischen, ausschnittsweisen Dar- Stellung einen Kraftstoff-Injektor mit einem eineFig. 1 in a schematic, fragmentary Dar- position a fuel injector with a a
Magnetspule aufweisenden Steuerventil (Servoven- til) , undSolenoid-driven control valve (servo valve), and
Fig. 2 eine geschnittene Darstellung einer Magnetspulen- wicklung sowie eine vergrößerte Darstellung des2 is a sectional view of a Magnetspulen- winding and an enlarged view of
Querschnitts des Spulendrahts der Spulenwicklung.Cross section of the coil wire of the coil winding.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet .In the figures, like elements and elements having the same function are denoted by the same reference numerals.
In Fig. 1 ist ausschnittsweise ein Kraftstoff-Injektor 1 (hier Common-Rail-Injektor) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine gezeigt. Der Kraftstoff-Injektor 1 umfasst ein zwischen einer Schließstellung und einer den Kraftstofffluss in den Brennraum freigebenden Öffnungsstellung verstellbares Ein- spritzventilelement 2, das einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein kann. Mit seinem in der Zeichnungsebene oberen Ende ist das Einspritzventilelement 2 in einem hülsenförmi- gen Abschnitt 3 einer Drosselplatte 4 geführt und begrenzt mit seiner in der Zeichnungsebene oberen Stirnseite 5 eine innerhalb des hülsenförmigen Abschnittes 3 ausgebildete Steuerkammer 6. Die Steuerkammer 6 ist über eine Zulaufdrossel 7 dauerhaft hydraulisch mit einem im Wesentlichen unter Raildruck stehenden Druckraum 8 des Kraftstoff-Injektors 1 verbunden. Aus der Steuerkammer 6 mündet eine Ablaufdrossel 9 aus, die die Steuerkammer 6 mit einer Ventilkammer 10 verbindet, die radial außen von einem hülsenförmigen Steuerventilelement 11 eines Steuerventils 12 (Servoventil) begrenzt wird. Mit Hilfe des Steuerventils 12 ist die Ventilkammer 10 und damit die Steuerkammer 6 hydraulisch mit einem auf Nieder- druck liegenden Niederdruckbereich 13 des Kraftstoff- Injektors 1 verbunden, der über einen nicht gezeigten Rücklaufanschluss an einen ebenfalls nicht gezeigten Vorratsbehälter angeschlossen ist. Die Ventilkammer 10 wird in axialer Richtung nach oben von einem Druckstift 14 begrenzt, der von in der Zeichnungsebene oben in eine zentrische Bohrung 15 des Steuerventilelementes 11 hineinragt.In Fig. 1 is a detail of a fuel injector 1 (here common rail injector) shown for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, not shown. The fuel injector 1 comprises an injection valve element 2 which can be adjusted in one or more parts between a closed position and an open position which releases the fuel flow into the combustion chamber. With its upper end in the plane of the drawing, the injection valve element 2 is guided in a sleeve-shaped section 3 of a throttle plate 4 and defines, with its upper side 5, which is in the plane of the drawing, a control chamber 6 formed within the sleeve-shaped section 3. The control chamber 6 is permanently hydraulically connected via an inlet throttle 7 to a pressure chamber 8 of the fuel injector 1 that is substantially under rail pressure. From the control chamber 6 opens an outlet throttle 9, which connects the control chamber 6 with a valve chamber 10 which is bounded radially outwardly by a sleeve-shaped control valve element 11 of a control valve 12 (servo valve). With the aid of the control valve 12, the valve chamber 10 and thus the control chamber 6 is hydraulically connected to a low-pressure region 13 of the fuel injector 1 that is at low pressure and which is connected via a return connection (not shown) to a reservoir (also not shown). The valve chamber 10 is bounded in the axial direction upwards by a pressure pin 14, which protrudes from the top of the drawing in a central bore 15 of the control valve element 11.
Zum axialen Verstellen des Steuerventilelementes 11 ist ein elektromagnetischer Aktuator 16 vorgesehen, der eine auf einem Spulenträger 17 angeordnete Magnetspule 18 umfasst.For axial adjustment of the control valve element 11, an electromagnetic actuator 16 is provided, which comprises a coil spool 17 arranged on a magnetic coil 18.
Bei Bestromung der Magnetspule 18 wird eine einstückig mit dem Steuerventilelement 11 ausgebildete Ankerplatte 19 in der Zeichnungsebene nach oben in Richtung des elektromagne- tischen Aktuators 16 verstellt, wodurch der Kraftstofffluss aus der Steuerkammer 6 in den Niederdruckbereich 13 und von dort aus zum Rücklaufanschluss freigegeben wird. Die Durchflussquerschnitte der Ablaufdrossel 9 und der Zulaufdrossel 7 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass bei geöff- netem Steuerventil 12 ein Nettoabfluss von Kraftstoff aus der Steuerkammer 6 resultiert, mit der Folge eines rapiden Druckabfalls, der wiederum für eine in Öffnungsrichtung des Einspritzventilelementes 2 wirkende hydraulische Öffnungs- kraft sorgt, sodass das Einspritzventilelement 2 von seinem nicht gezeigten Einspritzventilelementsitz abhebt.When the solenoid coil 18 is energized, an armature plate 19 formed integrally with the control valve element 11 is moved upward in the plane of the drawing in the direction of the electromagnetic actuator 16, whereby the fuel flow from the control chamber 6 is released into the low-pressure region 13 and from there to the return port. The flow cross-sections of the outlet throttle 9 and the inlet throttle 7 are matched to one another such that when the control valve 12 is open, a net outflow of fuel from the control chamber 6 results, with the result of a rapid pressure drop which, in turn, acts on a hydraulic pressure acting in the opening direction of the injection valve element 2 opening ensures force, so that the injection valve element 2 lifts from its injection valve element seat, not shown.
Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung der Magnetspule 18 unterbrochen, wodurch das Steuerventilelement 11 mit Hilfe einer Schließfeder 20 wieder auf seinen an der Drosselplatte 4 ausgebildeten Steuerventilsitz 21 verstellt wird. Der über die Zulaufdrossel 7 nachströmende Kraftstoff sorgt für einen Druckanstieg in der Steuerkammer 6 und damit für eine Schließbewegung des Einspritzventilelementes 2.To end the injection process, the energization of the solenoid 18 is interrupted, whereby the control valve member 11 is adjusted by means of a closing spring 20 again on its formed on the throttle plate 4 control valve seat 21. The fuel flowing in via the inlet throttle 7 ensures a pressure increase in the control chamber 6 and thus a closing movement of the injection valve element 2.
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist die Magnetspule 18 von einem gewickelten Spulendraht 22 gebildet, der eine im Quer- schnitt quadratische Umfangskontur aufweist. Hierdurch kann ein hoher Spulendrahtfüllfaktor innerhalb einer im Spulenträger 17 ausgebildeten Umfangsnut 23 (Wicklungsfenster) erzielt werden. Zu erkennen ist, dass die Umfangsnut 23 radial außen von einer sich in axialer Richtung erstrecken- den, ringförmigen Finalumspritzung 24 (dünnwandige Umhüllung) in radialer Richtung verschlossen ist. Diese verhindert einen unmittelbaren Kontakt des Spulendrahtes 22 mit Kraftstoff. Die Wanddicke der Finalumspritzung 24 in radialer Richtung beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 150μm. Mit Radialabstand zu der Finalumspritzung 24 ist eine innere, die Umfangsnut 23 begrenzende Umfangswand 25 des Spulenträgers 17 zu erkennen. Die Wanddicke dieser Umfangswand 25 beträgt ebenfalls etwa 150μm.As is apparent from Fig. 1, the magnetic coil 18 is formed by a wound coil wire 22 having a square in cross-section circumferential contour. As a result, a high coil wire filling factor can be achieved within a circumferential groove 23 (winding window) formed in the coil carrier 17. It can be seen that the circumferential groove 23 is closed radially on the outside by a ring-shaped final encapsulation 24 (thin-walled cladding) extending in the axial direction in the radial direction. This prevents direct contact of the coil wire 22 with fuel. The wall thickness of the Finalumspritzung 24 in the radial direction is about 150μm in the embodiment shown. With a radial distance to the Finalumspritzung 24 is an inner, the circumferential groove 23 bounding peripheral wall 25 of the bobbin 17 can be seen. The wall thickness of this peripheral wall 25 is also about 150μm.
In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch eine Magnetspule 18 gezeigt. Zu erkennen ist die durch Wickeln eines Spulendrahtes 22 gebildete Spulenwicklung. Fig. 2 ist zu entnehmen, dass die Wicklungen des Spulendrahtes 22 passgenau aneinan- der anliegen, sodass ein hoher Spulendrahtfüllfaktor erzielt wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Breite B der Magnetspule 18 etwa 2,0mm und deren Höhe H etwa 1,2mm. Aus der Detaildarstellung in der Zeichnungsebe- ne gemäß Fig. 2 rechts oben ergibt sich die Querschnittskontur eines Spulendrahtes 22. Zu erkennen ist ein quadratisch konturierter Kupferkern 26, der von einer umfangsge- schlossenen Isolationsschicht 27 umgeben ist. Die Isolationsschicht 27 kann in einem elektrostatischen Verfahren aufgebracht werden.2, a cross section through a magnetic coil 18 is shown. Evident is the coil winding formed by winding a coil wire 22. 2, it can be seen that the windings of the coil wire 22 fit snugly against each other. the abutment, so that a high Spulendrahtfüllfaktor is achieved. In the embodiment shown, the width B of the magnetic coil 18 is about 2.0 mm and the height H is about 1.2 mm. The cross-sectional contour of a coil wire 22 results from the detailed representation in the drawing plane according to FIG. 2 at the top right. A square-shaped copper core 26 is shown, which is surrounded by a circumferentially closed insulation layer 27. The insulating layer 27 can be applied in an electrostatic process.
Die Seitenlänge 1 des Kupferkerns 26 beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 0,187mm und die Seitenlänge L des gesamten Spulendrahtes 22 etwa 0,20mm. Somit beträgt die Wandstärke der Isolationsschicht 27 etwa 0,013mm. The side length 1 of the copper core 26 in the embodiment shown is about 0.187 mm and the side length L of the entire coil wire 22 about 0.20 mm. Thus, the wall thickness of the insulating layer 27 is about 0.013mm.

Claims

Ansprüche claims
1. Aus einem Spulendraht (22) gewickelte Magnetspule1. From a coil wire (22) wound magnetic coil
(18), insbesondere für ein Kraftfahrzeugbauteil,(18), in particular for a motor vehicle component,
dadurch gekennzeichnet,characterized,
dass die Querschnittsfläche des Spulendrahtes (22) quadratisch konturiert ist.the cross-sectional area of the coil wire (22) is square-shaped.
2. Magnetspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulendraht (22) mit einer elektrostatisch aufgebrachten Isolationsschicht (27) versehen ist.2. Magnetic coil according to claim 1, characterized in that the coil wire (22) is provided with an electrostatically applied insulating layer (27).
3. Magnetspule nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulendraht (22) auf einem Spulenträger (17) gewickelt und mit einer, insbesondere als Finalum- spritzung (24) oder als Reaktionsharzschicht ausgebildeten, vorzugsweise dünnwandigen, Umhüllung, versehen ist.3. Magnetic coil according to one of claims 1 or 2, characterized in that the coil wire (22) wound on a coil carrier (17) and provided with a, in particular as Finalum- injection (24) or formed as a reaction resin layer, preferably thin-walled, envelope is.
4. Magnetspule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Finalumspritzung (24) geringer als 200μm, vorzugsweise geringer als 175μm ist und/oder etwa 150μm beträgt.4. Magnetic coil according to claim 3, characterized in that the wall thickness of the Finalumspritzung (24) is less than 200μm, preferably less than 175μm and / or about 150μm.
5. Magnetspule nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Finalumspritzung (24) aus einem hoch fließfähigen Thermoplast, insbesondere modifiziertem Polyphe- nylensulfid (PPS) gebildet ist.5. Magnetic coil according to one of claims 3 or 4, characterized in that the final encapsulation (24) is formed from a highly flowable thermoplastic, in particular modified polyphenylene sulfide (PPS).
6. Magnetspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulendrahtfüllfaktor größer als 70%, vorzugsweise größer als 80%, ganz besonders bevorzugt größer als 90% ist.6. Magnetic coil according to one of the preceding claims, characterized in that the Spulendrahtfüllfaktor greater than 70%, preferably greater than 80%, most preferably greater than 90%.
7. Magnetspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulendraht (22) einen Kupferkern (26) aufweist .7. Magnetic coil according to one of the preceding claims, characterized in that the coil wire (22) has a copper core (26).
8. Kraftfahrzeugbauteil mit einer Magnetspule (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.8. motor vehicle component having a magnet coil (18) according to one of the preceding claims.
9. Kraftfahrzeugbauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeugbauteil ein Kraftstoff-Injektor (1), ein Magnetventil, oder ein dynamischer elektromagnetischer Sensor ist.9. Motor vehicle component according to claim 8, characterized in that the motor vehicle component is a fuel injector (1), a solenoid valve, or a dynamic electromagnetic sensor.
10. Verwendung von einem eine quadratisch konturierte Querschnittsfläche aufweisenden Spulendraht (22) zum Wickeln einer Magnetspule (18), insbesondere für ein Kraftfahrzeugbauteil . 10. Use of a square contoured cross-sectional area having coil wire (22) for winding a magnetic coil (18), in particular for a motor vehicle component.
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