WO2009053177A1 - Multipol-magnetaktor - Google Patents

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WO2009053177A1
WO2009053177A1 PCT/EP2008/062371 EP2008062371W WO2009053177A1 WO 2009053177 A1 WO2009053177 A1 WO 2009053177A1 EP 2008062371 W EP2008062371 W EP 2008062371W WO 2009053177 A1 WO2009053177 A1 WO 2009053177A1
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magnetic
winding
solenoid
hubmagnetenkombination
control signal
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PCT/EP2008/062371
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Thomas Fritzsche
Oliver Rain
Bertram Sugg
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a Hubmagnetvorraum, which is particularly suitable for injectors or electric valves for fuel injection in internal combustion engines.
  • Conventional magnetic circuits in injectors consist of a magnetic core, in which a single coil is embedded, and further comprise a closing spring and a movable armature, which serves as an actuating element.
  • the geometry is selected in the prior art such that the magnetic flux through the entire armature end face is maximized and homogeneously distributed.
  • the magnetic circuits have been designed to have little local saturation effects in the magnetic material. Such magnetic circuits have a high inductance, which is at the expense of the rate of current increase in the coil. This degrades the dynamics of the valve.
  • the magnetic flux can be flexibly shaped, and local saturations can be reduced. Furthermore, the invention makes it possible to control lifting magnets with low electrical energy with the same lifting power or with the same lifting force. Furthermore, the invention allows a detailed and precise control of the movement of the actuator or the armature and also allows a multi-phase control of the generated magnetic force for different periods of time.
  • the invention relates to an actuator with which controllable longitudinal movement can be generated. Since such an actuator is particularly suitable for injectors and especially for injectors, the embodiments shown in the description relate to injectors and injectors, but without being limited to such applications.
  • the concept underlying the invention is to control the spatial distribution and thus the spatial distribution and strength of the magnetic force generated by the electromagnet via the selection of one or more winding sections of an electromagnet.
  • the invention described in the present application relates to an actuator with an electromagnet comprising two or more coils.
  • the wiring of the coils may be switched serially, in parallel, anti-serially (i.e., serially interconnected, but with opposite sense of winding) or antiparallel (i.e., connected in parallel, but opposite in winding sense).
  • an armature or another element made of magnetic material and also in the interspaces can be provided such that at least partial combinations occur of the B-field and thus at desired locations, the B-field can be reduced or strengthened.
  • the coils are set up and energized such that a saturation within the material does not exceed a certain value or that a saturation is provided which within the magnetized material has a maximum uniformity or homogeneity in their spatial distribution.
  • a mechanical bias or basic magnetization is preferably provided, for example by means of a current flow through one of the windings or through a plurality of windings, and / or by means of a permanent magnet which can replace a coil, or by a combination thereof.
  • the magnetic core is formed as a ring having a rectangular cross-section.
  • an actuator extending along the axis of rotation of the ring and having at least one air gap to the ring.
  • the ring is made of magnetizable material, so that a magnetic field of the ring acts on the actuating element, which is likewise made of magnetic material.
  • the annular magnetic core comprises one, two or more coil windows which are also annular and extend concentrically within the annular magnetic core. The annular magnetic core thus bonds a yoke to which magnetic fields are combined, i. the magnetic fields generated by or through the coil windows.
  • the coil window comprises only one coil
  • a permanent magnet in the annular magnetic core, whose magnetic field is combined with the magnetic field of the coil through the annular magnetic core.
  • the coil windows are provided separately in the annular magnetic core, the coil windows being separated by concentric rings. Both the coil windows, as well as the concentric rings, as well as other structural features of the annular magnetic core, such as the yoke, are concentric with each other and have the same axis of rotation.
  • the coil windows preferably do not extend over the entire height of the annular magnetic core, so that the yoke remains as a yoke ring which extends over the entire radial extent of the annular magnetic core.
  • the yoke ring which extends over the entire radial extent of the annular magnetic core, thus interconnects the at least two concentric rings formed by the indentations forming the at least one coil window.
  • a tap is preferably provided, which allows to control the current within the respective coils of the coil window separated from each other.
  • the individual coils or windings can also be designed separately from each other, and have independent connections.
  • a control device with a suitable number of terminals the respective current distribution and thus control the strength and spatial distribution of the magnetic field and the resulting magnetic force component.
  • an annular permanent magnet is used to generate a permanent magnetic field, which is also concentric with the annular magnetic core.
  • the permanent magnet may be connected to the annular magnetic core or may be integrally connected to the magnetic core or parts thereof.
  • the permanent magnet may be further provided by biased material on which also acts the magnetic flux generated by the coils.
  • the permanent magnet may be biased such that its field component is structurally or destructively superimposed with further, electromagnetically generated components.
  • a force offset can be achieved with which, on the one hand, the saturation situation and, on the other hand, the movement can be precisely controlled.
  • Vors2011 or by such a force offset shorter turn-on, ie a higher acceleration of the actuator can be achieved.
  • the annular permanent magnet is preferably pre-magnetized homogeneously in the axial direction, so that the opposite poles extend along the longitudinal axis of the lifting magnet according to the invention.
  • two coils provided in different coil windows have the same sense of direction, so that a destructive overlap is created between them during the same current flow in the material.
  • the magnetic flux between the coils attenuated radially displaced radially outward and inward.
  • bores or slits are provided which improve the hydraulic properties of the armature.
  • holes or slots are provided at corresponding locations in anchor areas. Due to the lower saturation in the region between the coils, the holes or slits disturb the flow path only slightly or increase the degree of saturation in the remaining magnetic materials only slightly.
  • the multi-part coil shape allows the displacement of the flow into certain areas, creating areas of low flow rate, in which slots and holes can be provided without significantly disturbing the power generation.
  • the areas in which the flow has been displaced preferably no or only small holes or slots are provided in order not to impair the power generation. Consequently
  • the coil division allows the division of the annular magnetic core in the low-flow region, in which slits and bores little disturb, and in high flow areas, which are used for substantial power generation. Therefore, the annular magnetic core by means of the multi-part coil division according to the invention or by means of the flow displacement according to the invention can have both hydraulically advantageous properties and magnetically advantageous properties, without the characteristics of the respective properties interfering with each other.
  • the various coils are controlled separately from each other in time to control the movement of the actuator over time. If, for example, two different coils generate opposing fields, initially only one coil can be energized, which results in a high acceleration, which is then reduced by activation of the second coil, since this generates an opposing magnetic field. This results in a further possibility to set the acceleration as a function of time, whereas one-piece coil models according to the prior art can accomplish this only via the coil currents.
  • the sum of the generated total magnetic force is achieved by completely switching on or off individual winding sections, wherein the individual magnetic force components generated are zero (switched off), 100% (energization of the winding section with rated current) or -100% (energization of the winding section in the reverse direction).
  • the proportion of the individual winding section to the total magnetic force results from the number of turns, the magnetic coupling, the geometry and the arrangement relative to the magnetic portion, which is in frictional connection with the actuating element. Furthermore, the winding direction is still to be considered.
  • the individual winding components of the winding sections can add up to one another when the generated magnetic fields have the same direction, or can compensate in part if at least one winding section generates a magnetic field which is opposite to the magnetic fields of the other winding sections, for example by opposite polarity current or by opposite winding sense.
  • the magnetic forces generated by the individual magnets interact, for example by the magnetic forces acting directly on the same magnetic element.
  • at least two different windings produce field components that are combined within the same magnetic guide.
  • this permits a defined temporal magnetic force control by individual control of the windings and, on the other hand, the targeted control of the field distribution.
  • the individual elements, to which the respective lifting magnets act are positively connected to each other in a direct or indirect manner, ie for example via lever mechanisms, gearbox or the like. All lifting magnets preferably act on the same actuating element, for example on different points of the actuating element or preferably on the same point of the actuating element.
  • the magnetic field generated by the lifting magnet acts according to an embodiment on a magnetic portion which is connected in a force-transmitting manner with the actuating element, for example by a one-piece design with the actuating element.
  • the magnetic portion may comprise magnetic materials having a high relative magnetic permeability and / or a high bias, for example by permanent magnetic materials.
  • the magnetic portion is set up to be locally magnetically saturated only to a small extent, even when most or all of the winding sections are energized.
  • the lifting relay comprises a plurality of lifting magnets, ie a first and at least one second lifting magnet.
  • the subdivision into several solenoids means an electrical subdivision, so that one and the same winding can be divided into several solenoids, if, for example by tapping, the winding can be divided into different winding sections, corresponding to the respective solenoids and can be controlled differently.
  • the division into several, separately controllable solenoids does not necessarily lead to certain physical arrangements. For example, two solenoids can be realized by directly or indirectly adjacent windings of a continuous wire, wherein the division of the magnets is performed by the introduction of a tap.
  • the subdivision of the lifting magnets may alternatively be a physical subdivision, so that two physically separate windings are provided, each having two ends, which are controlled by further circuits.
  • the separation of two lifting magnets can also provide for the first lifting magnet to act on a first magnetic element, and for the second lifting magnet to act on a second magnetic lifting element, the magnetic elements being connected to one another in a force-transmitting manner via lever mechanisms and / or gear mechanism, so as to achieve a merger of the forces generated, wherein the merged forces are transmitted t Trentselement on a Betä-. If several solenoids physically separated from each other, so they can for example act on a continuous actuator, which has the same magnetic properties, so as to achieve a cooperation of the individual magnetic forces generated.
  • a first Hubmag- can be provided directly adjacent to a second solenoid, or both solenoids can be provided as concentrically arranged windings, wherein a common magnetic section passes through the longitudinal axes of the two solenoids in which the generated magnetic fields are combined to supply them to a Pol, in turn a movable actuator is arranged.
  • the magnetic fields generated by the individual lifting magnets can be combined by means of a yoke, or can be converted into individual forces, which are combined by force-transmitting connections to a common magnetically generated force.
  • the lifting relay comprises a movable actuating element which comprises a magnetic section, wherein the magnetic forces of the first and second lifting magnets act on this magnetic section.
  • the magnetic force of the first magnet can be combined with the magnetic force of the second solenoid by these are arranged on a common yoke.
  • One end or both ends of the yoke may then be provided near or at a magnetic portion of the actuator, the magnetic force causing an air gap provided between the actuator and the pole of the yoke to be reduced.
  • the first and the second solenoid are formed as at least partially concentric windings, which surround a yoke.
  • the concentric windings can engage around the movable actuator.
  • the lifting magnets may be formed as a continuous winding having one or more taps.
  • the taps serve as electrical subdivisions of the entire winding into individual winding sections, which realize the respective first, second and further lifting magnets.
  • the electrical subdivision of the lifting magnets can also be provided by individual, separate windings whose ends can each be connected to a switchable power supply.
  • the switchable current source may be connected to one winding end and one tap, one tap and another tap, and / or both ends of the continuous winding.
  • the lifting relay further comprises at least one NTC element whose resistance falls with increasing temperature.
  • the NTC element is preferably connected in series between a power source and the winding, i. H. between the power source and one of the coil ends or between the power source and a tap.
  • the NTC element can also be connected in some other way to the power supply and the lifting magnet, wherein the NTC element preferably comprises the temperature of the winding section in whose power supply it is connected.
  • the NTC element may not be turned on in the direct power supply of the lifting magnets, but be connected to a controller, which provides the power supply and / or the power supply of the respective solenoids.
  • a voltage source instead of a current source, a voltage source can also be used. Furthermore, a winding element with a tap and / or two taps can be short-circuited with each other, so that the respective intermediate winding section is no longer provided for generating force. In the case of a voltage source then the current flowing through it is increased, whereby the total magnetic force generated is changed. In the case of a current source which supplies a constant current, only a part of the winding is energized by short-circuiting, wherein the short-circuited winding section generates no magnetic force, whereby the magnetic force can be suitably reduced.
  • the magnetic force can be increased by supplying more winding sections with power than in the case of a short circuit.
  • the interconnection of the solenoids can be changed, d. H. from serial to parallel and vice versa.
  • the inventive concept is further implemented by a method for actuating a needle-shaped injection valve member, wherein the Hubmagnetenvoriques is provided with at least two preferably spatially separated winding sections, which can be energized separately, so as by separately energizing the respective winding sections described above Way to adjust the generated field distribution as well as the total magnetic force.
  • the erfmdungswashe method is preferably implemented by a control device that can output two different output signals with appropriate timing, for example, mutually offset with respect to rising or falling edges. Through this leaves reduce the desired increase or decrease in the lifting force for a second phase.
  • the control device thus forms the complementary component to the above-described lifting relay, the function of which, together with the control, implements the underlying inventive concept.
  • the output signals of the control device may be serial digital or analog control signals for a power output stage, which controls the multiple winding sections of the solenoid accordingly.
  • the control device can also output output signals which have sufficient electrical power to supply the solenoids directly with power.
  • the control device can also switch in the second phase (or in the first phase) a winding section whose effect is opposite to the effect of further lifting magnets, and thus reduces the total lifting force by partial compensation.
  • control device comprises at least two outputs which supply the two solenoids separately with power, or, alternatively, control separate power output stages of the solenoids according to the desired method.
  • the control device can be realized in a simple embodiment by monostable flip-flops whose time constants define the energization phases of the individual solenoids.
  • the control device can also receive signals from sensors which determine the position of an actuating element, for example a clutch, and thus, for example when a certain position is reached, reduce the total magnetic force in the manner described above.
  • the control device can be provided as a computer unit with program memory, for example as a microcontroller with an electrical memory.
  • the control device can also be realized by a part of an overall vehicle control, for example as a routine, program or program section of the software which, in cooperation with the hardware of the overall vehicle control, controls the operation of the motor vehicle.
  • the control device preferably controls further operating parameters of the internal combustion engine, for example the filling degree and the like.
  • the lifting relay is connected to an electric power source, wherein sensors are provided which detect the current and / or the voltage flowing in one or more lifting magnets or one or more winding sections or which abuts against these. Since the movement of the actuation element in inductive feedback generates a voltage in the lifting magnet and / or the winding sections, the detected current or voltage values can be used for the control by being used to determine the time point (s). conditions in which the total magnetic force to be changed or adjusted according to a desired setpoint.
  • a sensor winding, a magnetic sensor or position sensor is used, which is arranged on the lifting magnet, on the winding sections and / or on the movable actuating element in order to sensor voltage induced in the sensor winding or via the sensor signal, the movement of the actuating element and / or to determine the magnetic coupling between solenoid and actuator.
  • the temperature can also be taken into account, which is detected via an NTC element to compensate for the temperature-dependent behavior of the lifting magnets, preferably by changing the length or the start times of the first and second phases , Since the coil internal resistance and thus the generated lifting force changes with temperature, thereby the total lifting force can be provided regardless of the temperature.
  • another solenoid can be added, which in case of failure, the magnetic force of the first solenoid is sufficient.
  • the further solenoid is set up so that it generates a sufficient magnetic force. In this way a redundancy is generated.
  • each solenoid or each winding section may have a separate supply line, so that when operating in the engine compartment, in which the supply line may fail, a plausible is guaranteed even if a supply line.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the stroke relay combination according to the invention in a first embodiment
  • 2 shows the block diagram of the inventive stroke relay combination in a second embodiment
  • 3 a, b is a block diagram of an inventive arrangement of lifting magnets on an actuating element, for example an injection valve member,
  • FIGS. 4a-4c are time diagrams of the activation of lifting magnets, wherein FIG. 4a represents the prior art and FIGS. 4b and 4c illustrate the procedure according to the invention, and FIG
  • FIG. 5 shows characteristics of control signals of a motor vehicle control unit.
  • the lifting magnet combination comprises a first lifting magnet 10 and a second lifting magnet 20, which are wound around a yoke 30 next to one another.
  • the yoke 30 comprises a leg which has the same longitudinal axis as the two cylindrically shaped lifting magnets 10 and 20.
  • the first solenoid 10 abuts directly on the second solenoid 20, but also a gap may be provided between them.
  • the yoke 30 is formed in a material having a high relative magnetic permeability and thus accumulates the magnetic field generated by the first lift magnet 10 and the second lift magnet 20.
  • the yoke comprises a second leg, which forms a U-shape together with the first leg via a web.
  • the second leg is encompassed by an additional third magnet 40 whose magnetic field also acts on the yoke 30.
  • a movable actuator 50 is shown, which also has magnetic properties and thus upon activation of one or all of the lifting magnet to the open ends of the yoke, which form magnetic poles in this case, is moved.
  • the Hubmagnetenkombination shown in Figure 1 thus has a first magnet 10 and at least one second magnet 20 and 30, the magnetic field is collected by a yoke. The collected magnetic field is then translated at the open ends of the yoke near the actuator 50 into a common lift force.
  • the lifting magnets do not surround the movable actuating element itself, but a yoke, which acts as a busbar for the generated magnetic fields. Due to the common lifting force, the movable actuating element 50 is moved in a direction A relative to the yoke 30.
  • the first solenoid 10 and the second solenoid 20 may be provided from a winding, wherein the first solenoid is separated from the second by a tap.
  • the first solenoid 10 may be wound separately from the second solenoid 20, so that both solenoids each have two coil ends, which are guided to the outside and can be connected separately to a current control the can.
  • the lifting magnet combination comprises a first lifting magnet 110 and a second lifting magnet 120, which are arranged as concentric windings or winding sections around a common cylindrical space 130.
  • an actuating element 150 is provided, on the basis of their arrangement, both solenoids 120, 110 act.
  • the design of the embodiment shown in Figure 2 thus provides a combination of the magnetic forces by spatial superimposition of the magnetic fields, which are generated by the two solenoids. In principle, this can influence the spatial distribution of the resulting magnetic field.
  • the field distribution is fixed in particular by the geometry of the yoke.
  • the lifting magnet combination further comprises a further lifting magnet 140, which is provided as an additional lifting magnet.
  • a further lifting magnet 140 which is provided as an additional lifting magnet.
  • the invention can be realized without the additional solenoids 140, 40.
  • the individual magnetic forces generated by the lifting magnets 110, 120 and 140 lead to a movement of the movable actuating element 150 in a direction A '.
  • the lifting magnets 110, 120 and 140 are provided as windings wound concentrically around a cylindrical space, wherein the first lifting magnet 110 and the second lifting magnet 120 can be provided as two separate windings which are wound one above the other or as a continuous winding, which is divided via a tap into two electrically separate winding sections, whereby the first and the second solenoid are provided.
  • the additional solenoid 140 is axially offset provided the first and second solenoid, but may also be provided in the same height as the solenoids 120 and 110 (not shown).
  • FIG. 3a shows a preferred embodiment of the lifting magnet combination, which has a simplified construction.
  • the lifting magnet combination according to the illustration in FIG. 3 a is designed essentially as a ring or annular magnetic core with a rectangular cross section and with coil windows 210, 220, wherein a movable actuating element 250 is arranged offset in the axial direction.
  • the actuator 250 and the Hubmagnetenkombination 200 are concentric and have in the radial direction substantially the same thickness, so that upon activation of Hubmagnetenkombination 200, the actuator is moved in the axial direction to the Hubmagnetenkombination.
  • the first and the second lifting magnets are designed as a combination with a partially common magnetic guide 230, 214.
  • the lifting magnet combination 200 thus comprises a first, inner ring 212, a second, middle ring 214 and a third, outer ring 216.
  • the rings are concentric with each other, are arranged in the same axial height and have different radial distances from the axis of the Hubmagnetenkombination , Between the first ring 212 and the second ring 214, a coil is disposed in the first coil window 210. Between the second ring 214 and the third ring 216, a second coil is arranged in the second coil window 220. The coils of the coil windows thus divide the central ring 214.
  • the solenoid combination of Figure 3a further includes a yoke ring 230 interconnecting the first, second and third rings on the axial sides 270 of the concentric rings.
  • the yoke 230 is thus offset axially to the rings 212-216 and forms the magnetic yoke.
  • the coil windows 210, 220 are bounded by the yoke to the axial side, at which the yoke ring closes the rings, and are opened to the opposite actuation side 260.
  • the actuating side is planar and located on the opposite side of the axial side to which the yoke ring is attached.
  • the concentric rings 212, 216 thus comprise an actuating side 260, to which the actuating element 250 connects in the axial direction, which provides the magnetic return via an air gap.
  • the first coil window 210 is thus closed via the first ring 212, via the actuating element 250 and the associated air gap, mainly via the second ring 214 and via the yoke ring 230.
  • the magnetic field generated by the second coil window 220 is also closed via the operating field 250 and thus passes through the second, mainly middle ring 214, the actuating element 250 including air gaps, the third, outer ring 216 and the yoke ring 230. Both magnetic circuits thus have the second ring 214, the yoke ring 230 and the actuator 250 as a common element.
  • the first ring 212, the second ring 214 and the third ring 216 are integrally formed with the yoke ring 230 extending axially offset from the first, second and third rings concentric with the same axis of the solenoid combination.
  • the yoke ring 230 and the rings 212-216 are preferably made of magnetic material, preferably of ferrite material, although iron, steel or steel sheet material may be used.
  • the yoke ring 230 is formed as a ring which is glued to the first, second and third ring 212-216 on the axial side 270 of the rings.
  • the entire magnetic core 212, 214, 216, 230 is produced by a pressing process from a soft magnetic composite compound.
  • the coils or windings within the coil windows 210, 220 are preferably the same, but may also have different numbers of turns or wire thicknesses.
  • the winding sense of the winding 210 is preferably identical to the winding sense of the winding in the coil window 220, but may also have an opposite winding sense.
  • the windings forming the windings in the coil windows 210, 220 are, in the embodiment shown in Figure 3a, concentrically formed about the axis of the solenoid combination and thus magnetize the first, second and third rings in an axial direction, i.e. in the axial direction. in a direction parallel or anti-parallel to the axis of the solenoid combination.
  • the inner ring 214 can be only slightly magnetized, whereas the main part of the magnetization is shifted outwards into the rings 212, 216. Therefore, in particular the middle ring 214 as well as the opposite region of the actuating element 250 can have bores or slots, since the middle ring 214 has a lower degree of saturation. Due to the high magnetization, the inner ring 214 and the outer ring 216 as well as the respective regions of the actuating element 250 preferably comprise only minor or no holes or slots. As a result, as described above, the magnetic circuit can be divided into various functional areas, i.
  • the actuating side of the inner ring 214 or the corresponding area of the actuating element 250 is provided with slots or bores to provide hydraulically advantageous properties, whereas the rings 212 and 216 and the corresponding areas of the actuating element 250 have mainly magnetic properties and the flow collect and thus serve primarily to generate the magnetic force generated between the actuator 250 and the actuator side 260.
  • the inventive concept can be seen, in particular, on the inner ring 212 and the middle ring 214, which form the first and second magnetic core, respectively. Due to the erf ⁇ ndungshiele arrangement of the coil window and the rings and by a corresponding coil drive is achieved that the middle ring 214 reaches only a low degree of saturation or degree of magnetization, at the same time the inner ring 212 is magnetized to a large extent. This displacement of the magnetic flux is achieved by the windings of the first and second coil windows 210, 220, as well as the arrangement of the inner ring 212 and the middle ring 214, which are connected by the yoke ring 230.
  • the outer ring 216 in this regard serves the magnetic return for the coil window 220 and has the same function as the first magnetic core or the inner ring 212.
  • an amplification of the magnetic field in the middle ring 214 and a weakening of the magnetic field in the rings 212 and 216 can also be achieved.
  • FIG. 3 b shows an alternative embodiment of the lifting magnet combination of FIG. 3 a, wherein the embodiment illustrated in FIG. 3 b likewise comprises a first coil window 320, an inner ring 312, a middle ring 314 and an outer ring 316.
  • a yoke ring 330 is disposed on an axial side of the three rings 312-316 to close a magnetic circuit and to achieve a corresponding redistribution of the saturation between the rings 312-316.
  • An actuating side axially opposite the yoke ring 330 faces an actuator (not shown), the actuator closing the magnetic circuit between the rings 312-163.
  • the embodiment of FIG. 3 a the embodiment of FIG.
  • the 3 b comprises a permanent magnet 311 which is arranged in the window which lies between the middle ring 314 and the inner ring 312.
  • the permanent magnet is magnetized in the axial direction, and has, for example, a north pole on the axial side facing the yoke ring 330, and further has a south pole facing the operation side.
  • the permanent magnet 311 imparts a "magnetic bias" which is achieved by the coercive force of the permanent magnet 10.
  • the winding in the winding window or coil window 320 can generate a magnetic flux which is inside the middle ring
  • the magnetic flux components of the permanent magnet 312 and winding in the coil window 320 add up so that the present invention can be used
  • the permanent magnet together with the flux of the winding in the coil window 320 displaces magnetization from the inner ring 314 into the outer ring 316 and likewise into the inner ring 312, so that the various functions are provided. can be.
  • a reversal is possible, as stated above. Due to the low magnetization influences interfere with slots u. ⁇ . the magnetic flux only a little.
  • these various functions for the middle ring 314 and corresponding portions of the actuator have good hydraulic properties , which are achieved by bores or slits, and comprise for the inner ring 312 and the outer ring 316 bundling the magnetic force to strike the actuator with a magnetic force with a high field strength.
  • the cross-sectional shape of the yoke ring is preferably selected to give a similar saturation as in rings 312-316 (averaged). Therefore, the yoke ring is provided with an axial width that is approximately one-times, 1.2 times, 1.5 times, or 2 times the radial width of the inner ring 312, the middle ring 314, or the outer ring 316 equivalent.
  • the inner ring 312 and the outer ring 316 are formed with the same cross section.
  • the middle ring 314 may have the same cross section as the rings 312, 316.
  • the cross-sectional area or the cross-sectional shape should apply here, wherein, if different materials are used, different cross sections may provide the same degree of magnetic coupling.
  • FIGS. 4a-4b show control signals of the invention according to the invention.
  • a first lifting magnet is supplied with current, ie with direct current or alternating current with constant active power, ie Si, while a second lifting magnet remains de-energized (see S 2 , FIG. 4 b).
  • both solenoids are supplied with power, ie the signals Si and S 2 have a value greater than zero. The fact that the effect of the two solenoids is added, thus resulting in a higher total force.
  • a higher force may be generated by both S 2 and S 3 assuming a value greater than zero, whereas in the second phase a lesser force is to be generated by having only one of the signals S 2 and S3 greater than zero is.
  • the signals Si and S 2 represent, for example, an applied voltage, for example DC voltage or AC voltage, with a constant peak amplitude, which is proportional to the signal amplitude shown.
  • FIG. 5 shows curves of drive signals of a motor vehicle control unit.
  • the solenoid valve h M increases in particular during the starting current phase b and remains during the subsequent holding current phase d at a high level, ie the solenoid valve is open. After the switch-off phase e, the solenoid valve stroke h M decreases again.
  • the injection quantity Q which is injected through the open valve seat via at least one injection opening into the combustion chamber of the internal combustion engine, is proportional to the solenoid valve stroke h M.
  • the injection amount is designated by Q.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hubmagnetenkombination mit einem beweglichen Betätigungselement, auf das ein erster Hubmagnet kraftübertragend wirkt, wobei die Hubmagnetenkombination mindestens einen zweiten Hubmagneten aufweist. Die von dem ersten und dem mindestens einen zweiten Hubmagneten erzeugten Magnetkräfte wirken auf das gleiche Betätigungselement. Die Erfindung ist insbesondere für Injektoren geeignet. Ferner betrifft die Erfindung eine Steuerung, die die Hubmagnetenkombination steuern kann und einen Eingang für Zündsignale aufweist. Die Hubmagneten werden gemäß der Zündsignale aktiviert.

Description

Beschreibung
Titel Multipol-Magnetaktor
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Hubmagnetvorrichtung, die insbesondere für Injektoren oder elektrische Ventile zur Kraftstoffeinspritzung in Verbrennungsmotoren geeignet ist.
Konventionelle Magnetkreise in Injektoren bestehen aus einem Magnetkern, in den eine einzige Spule eingelassen ist, und umfassen ferner eine Schließfeder und einen beweglichen Anker, der als Betätigungselement dient. Zur Maximierung der Magnetkraft wird im Stand der Technik die Geometrie derart ausgewählt, dass der Magnetfluss durch die gesamte Anker-Stirnfläche maximiert ist und homogen verteilt ist. Ferner wurden die Magnetkreise dahingehend ausgelegt, dass sie nur geringe lokale Sättigungseffekte in dem magnetischen Material aufweisen. Derartige Magnetkreise weisen eine hohe Induktivität auf, die zu Lasten der Geschwindigkeit des Stromanstiegs in der Spule geht. Dadurch wird die Dynamik des Ventils verschlechtert.
Ferner werden hydraulische Kräfte berücksichtigt, die auf den Anker wirken, da dieser Kontakt mit flüssigem Treibstoff hat. Üblicherweise werden Bohrungen und/oder Schlitzungen am Anker angebracht, um den Einfluss dieser hydraulischen Kräfte zu minimieren, wodurch jedoch gleichzeitig die Magnetkraft bzw. der magnetische Rückschluss beeinträchtigt wird. Hierdurch wird das Kennfeld des Elektromagneten in manchen Fällen verschlechtert.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die Schaltdynamik von Magnetaktoren zu steigern, ohne dass dies zu Beeinträchtigungen der oben genannten Art führt. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Bewegung des Ankers gezielt zu steuern.
Offenbarung der Erfindung Durch die erfϊndungsgemäßen kombinierten Hubmagnete sowie die erfϊndungsgemäße Steuereinrichtung kann der Magnetfluss flexibel geformt werden, und es können lokale Sättigungen verringert werden. Ferner ermöglicht die Erfindung die Ansteuerung von Hub- magneten mit geringer elektrischer Energie bei gleicher Hubleistung bzw. bei gleicher Hubkraft. Ferner ermöglicht die Erfindung eine detaillierte und präzise Steuerung der Bewegung des Betätigungselements bzw. des Ankers und erlaubt ferner eine mehrphasige Steuerung der erzeugten Magnetkraft für verschiedene Zeitabschnitte.
Im Allgemeinen betrifft die Erfindung einen Aktuator, mit dem sich steuerbar eine Longitu- dinalbewegung erzeugen lässt. Da sich ein derartiger Aktuator insbesondere für Einspritzventile und vor allem für Injektoren eignet, betreffen die in der Beschreibung dargestellten Ausführungen Injektoren und Einspritzventile, ohne jedoch auf derartige Einsatzgebiete beschränkt zu sein.
Das der Erfindung zu Grunde liegende Konzept liegt darin, die räumliche Verteilung und somit die räumliche Verteilung und Stärke der vom Elektromagneten erzeugten Magnetkraft über die Auswahl von einem oder von mehreren Wicklungsabschnitten eines Elektromagneten zu steuern.
Die in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Erfindung betrifft einen Aktor mit einem Elektromagneten, der zwei oder mehr Spulen umfasst. Die Verschaltung der Spulen bzw. Wicklungen kann seriell, parallel, antiseriell (d.h. seriell zusammengeschaltet, jedoch mit gegenläufigem Wicklungssinn) oder antiparallel (d.h. parallel geschaltet, jedoch mit entge- gengesetztem Wicklungssinn) geschaltet werden. Durch die Anordnung der Spulen und deren Eigenschaften, insbesondere deren Querschnitt und Windungszahl, kann so der Verlauf des B-Feldes innerhalb eines Jochs, eines Ankers oder eines anderen Elementes aus magnetischem Material und auch in den Zwischenräumen derart vorgesehen werden, dass sich zumindest teilweise Kombinationen des B-Feldes ergeben und somit an gewünschten Stellen das B-Feld verringert oder verstärkt werden kann. Dadurch lassen sich gleichmäßigere, insbesondere Feldverteilungen erreichen, wobei vorzugsweise die Spulen derart eingerichtet sind und bestromt werden, dass eine Sättigung innerhalb des Materials einen bestimmten Wert nicht übersteigt bzw. dass eine Sättigung vorgesehen wird, die innerhalb des magnetisierten Materials eine maximale Gleichförmigkeit bzw. Homogenität in ihrer räumli- chen Verteilung aufweist.
Ferner wird vorzugsweise eine mechanische Vorspannung bzw. Grundmagnetisierung vorgesehen, beispielsweise mittels eines Stromflusses durch eine der Wicklungen oder durch mehrere Wicklungen, und/oder mittels eines Permanentmagneten, der eine Wicklung bzw. Spule ersetzen kann, oder mittels einer Kombination hiervon.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Magnetkern als Ring ausgebildet, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist. In der Mitte des Rings, d.h. in dem Freiraum, der von der Innenfläche des Rings definiert wird, ist vorzugsweise ein Betätigungselement vorgesehen, das entlang der Drehachse des Rings verläuft und zumindest einen Luftspalt zu dem Ring aufweist. Der Ring ist aus magnetisierbarem Material aufgebaut, so dass ein magnetisches Feld des Rings auf das ebenfalls aus magnetischem Material vorgesehene Betäti- gungselement wirkt. Der ringförmige Magnetkern umfasst ein, zwei oder mehrere Spulenfenster, die ebenfalls ringförmig vorgesehen sind und sich konzentrisch innerhalb des ringförmigen Magnetkerns erstrecken. Der ringförmige Magnetkern bindet somit ein Joch, mit dem Magnetfelder kombiniert werden, d.h. die Magnetfelder, die durch das oder durch die Spulenfenster erzeugt werden. Umfasst das Spulenfenster nur eine Spule, so kann bei- spielsweise ferner ein Permanentmagnet in dem ringförmigen Magnetkern vorgesehen sein, dessen Magnetfeld mit dem Magnetfeld der Spule durch den ringförmigen Magnetkern kombiniert wird. Vorzugsweise sind mindestens zwei, d.h. ein erster Hubmagnet und ein zweiter Hubmagnet vorgesehen, die jeweils einem Spulenfenster zugeordnet sind. Die Spulenfenster sind getrennt voneinander in dem ringförmigen Magnetkern vorgesehen, wobei die Spulenfenster durch konzentrisch verlaufende Ringe getrennt sind. Sowohl die Spulenfenster, als auch die konzentrischen Ringe, als auch weitere Strukturmerkmale des ringförmigen Magnetkerns, wie beispielsweise das Joch, sind konzentrisch zueinander ausgebildet und weisen dieselbe Rotationsachse auf. Die Spulenfenster erstrecken sich vorzugsweise nicht über die gesamte Höhe des ringförmigen Magnetkerns, so dass das Joch als Jochring verbleibt, der sich über die gesamte radiale Ausdehnung des ringförmigen Magnetkerns erstreckt. Der Jochring, der sich über die gesamte radiale Ausdehnung des ringförmigen Magnetkerns erstreckt, verbindet somit die mindestens zwei zueinander konzentrischen Ringe miteinander, die durch diejenigen Einlassungen entstehen, welche das mindestens eine Spulenfenster formen.
Zwischen Spulen verschiedener Spulenfenster ist vorzugsweise eine Anzapfung vorgesehen, die es erlaubt, den Strom innerhalb der jeweiligen Spulen der Spulenfenster getrennt voneinander zu steuern. So kann, zusammen mit der Anzapfung, der in beide Enden der Ge- samtspulenanordnung aufgeprägte Strom entsprechend verteilt werden. Die einzelnen Spu- len bzw. Wicklungen können auch getrennt voneinander ausgeführt sein, und voneinander unabhängige Anschlüsse haben. Auf diese Weise kann ein Steuergerät mit einer geeigneten Anzahl von Anschlüssen die jeweilige Stromverteilung und damit Stärke und räumliche Verteilung des Magnetfeldes sowie die daraus resultierende Magnetkraftkomponente steuern. Neben elektromagnetisch erzeugten Kraftkomponenten bzw. Magnetfeldkomponenten können auch durch einen (oder mehrere) Permanentmagneten erzeugte Feld- bzw. Kraftkomponenten vorgesehen werden, die sich über die magnetische Verbindung, die der ringförmi- ge Magnetkern vorsieht, mit anderen Feld- bzw. Kraftkomponenten kombinieren. Vorzugsweise wird zur Erzeugung eines Permanentmagnetfelds ein ringförmiger Permanentmagnet verwendet, der ebenfalls konzentrisch zum ringförmigen Magnetkern verläuft. Der Permanentmagnet kann mit dem ringförmigen Magnetkern verbunden sein oder kann einteilig mit dem Magnetkern oder Teilen hiervon verbunden sein. Der Permanentmagnet kann ferner durch vormagnetisiertes Material vorgesehen werden, auf das auch der von den Spulen erzeugte Magnetfluss wirkt. Der Permanentmagnet kann derart vormagnetisiert sein, dass sich seine Feldkomponente konstruktiv oder destruktiv mit weiteren, elektromagnetisch erzeugten Komponenten überlagert. Mittels einer derartigen Vormagnetisierung lässt sich ein Kraft-Offset erreichen, mit dem zum einen die Sättigungssituation und zum anderen die Bewegung präzise steuern lässt. Durch eine derartige Vorsättigung bzw. durch ein derartiges Kraft-Offset werden kürzere Einschaltzeiten, d.h. eine höhere Beschleunigung des Betätigungselements erreicht. Der ringförmige Permanentmagnet ist vorzugsweise homogen in axialer Richtung vormagnetisiert, so dass sich die entgegengesetzten Pole entlang der Längsachse des erfindungsgemäßen Hubmagneten erstrecken.
Gemäß einer ersten Variante haben zwei in verschiedenen Spulenfenstern vorgesehene Spulen den gleichen Richtungssinn, so dass bei gleicher Bestromung in dem Material zwischen diesen eine destruktive Überlagerung erzeugt wird. Dadurch wird der magnetische Fluss zwischen den Spulen abgeschwächt radial nach außen und innen verdrängt. Vorzugsweise sind dann in diesem Zwischenspulenraum, der einem geringeren Fluss bzw. einer geringeren Sättigung ausgesetzt ist, Bohrungen oder Schlitzungen vorgesehen, die die hydraulischen Eigenschaften des Ankers verbessern. In der Vorzugsvariante werden Bohrungen oder Schlitze an entsprechenden Stellen in Ankerbereichen vorgesehen. Aufgrund der geringeren Sättigung im Bereich zwischen den Spulen stören die Bohrungen bzw. Schlitzungen den Flussverlauf nur in geringem Maße bzw. erhöhen den Sättigungsgrad in den verbleibenden Magnetmaterialien nur geringfügig. Somit können hydraulisch vorteilhafte Strukturen innerhalb des Magnetmaterials, insbesondere innerhalb des Ankers vorgesehen werden, ohne den Magnetfluss und die Krafterzeugung wesentlich zu beeinflussen. Mit anderen Worten erlaubt die mehrteilige Spulenform das Verdrängen des Flusses in bestimmte Bereiche, wobei Bereiche mit geringem Flussdurchsatz erzeugt werden, in denen Schlitze und Bohrungen vorgesehen werden können, ohne die Krafterzeugung wesentlich zu stören. In den Bereichen, in die der Fluss hin verdrängt wurde, werden vorzugsweise keine oder nur kleine Bohrungen oder Schlitze vorgesehen, um die Krafterzeugung nicht zu beeinträchtigen. Somit erlaubt die Spulenaufteilung die Aufteilung des ringförmigen Magnetkerns im Bereich mit geringem Fluss, in denen Schlitze und Bohrungen wenig stören, und in Bereiche mit hohem Fluss, die zur wesentlichen Krafterzeugung verwendet werden. Daher kann der ringförmige Magnetkern mittels der erfindungsgemäßen mehrteiligen Spulenaufteilung bzw. mittels der erfindungsgemäßen Flussverdrängung sowohl hydraulisch vorteilhafte Eigenschaften als auch magnetisch vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, ohne dass sich die Merkmale der jeweiligen Eigenschaften gegenseitig beeinträchtigen.
In einer weiteren Ausführung werden die verschiedenen Spulen zeitlich getrennt voneinan- der angesteuert, um die Bewegung des Betätigungselements im Verlauf der Zeit zu steuern. Erzeugen beispielsweise zwei verschiedene Spulen gegenläufige Felder, so kann zunächst nur eine Spule bestromt werden, wodurch sich eine hohe Beschleunigung ergibt, die daraufhin durch Aktivierung der zweiten Spule verringert wird, da diese ein gegenläufiges Magnetfeld erzeugt. Damit ergibt sich eine weitere Möglichkeit, die Beschleunigung als Funkti- on der Zeit einzustellen, wohingegen einteilige Spulenmodelle gemäß dem Stand der Technik dies nur über die Spulenströme bewerkstelligen können.
Grundsätzlich wird die Summe der erzeugten Gesamtmagnetkraft durch vollständiges An- oder Abschalten einzelner Wicklungsabschnitte erreicht, wobei die einzelnen erzeugten Magnetkraftkomponenten null (ausgeschaltet), 100 % (Bestromung des Wicklungsabschnitts mit Nennstrom) oder -100 % (Bestromung des Wicklungsabschnitts in umgekehrter Richtung) sind. Der Anteil des einzelnen Wicklungsabschnitts an der Gesamtmagnetkraft ergibt sich durch die Windungszahl, die magnetische Koppelung, die Geometrie und die Anordnung relativ zu dem magnetischen Abschnitt, der mit dem Betätigungselement in kraftschlüssiger Verbindung steht. Ferner ist noch die Wicklungsrichtung zu berücksichtigen. Prinzipiell können die einzelnen Wicklungskomponenten der Wicklungsabschnitte sich zueinander summieren, wenn die erzeugten Magnetfelder die gleiche Richtung aufweisen, oder können sich zum Teil kompensieren, wenn zumindest ein Wicklungsabschnitt ein Magnetfeld erzeugt, das den Magnetfeldern der anderen Wicklungsabschnitte entgegengesetzt ist, beispielsweise durch entgegengesetzt gepolte Bestromung oder durch entgegengesetzten Wicklungssinn.
Erfindungsgemäß wirken die von den einzelnen Magneten, d. h. von den einzelnen Wicklungsabschnitten erzeugten Magnetkräfte zusammen, beispielsweise indem die Magnetkräfte direkt auf das selbe Magnetelement wirken. Bevorzugt erzeugen mindestens zwei verschiedene Wicklungen Feldkomponenten, die innerhalb derselben magnetischen Führung kombiniert werden. Zum einen erlaubt dies durch Einzelansteuerung der Wicklungen eine dezi- dierte zeitliche Magnetkraftregelung und zum anderen das gezielte Steuern der Feldvertei- lung innerhalb der magnetischen Führung, d.h. innerhalb des Magnetkerns. Alternativ können die einzelnen Elemente, auf die die jeweiligen Hubmagnete wirken, miteinander kraftschlüssig in direkter oder indirekter Weise verbunden werden, d. h. beispielsweise über Hebelmechanismen, Getriebe oder Ähnliches. Bevorzugt wirken alle Hubmagnete auf das glei- che Betätigungselement, beispielsweise auf verschiedene Stellen des Betätigungselements oder vorzugsweise auf dieselbe Stelle des Betätigungselements.
Das von den Hubmagneten erzeugte Magnetfeld wirkt gemäß einer Ausführung auf einen magnetischen Abschnitt, der kraftübertragend mit dem Betätigungselement verbunden ist, beispielsweise durch einteilige Ausführung mit dem Betätigungselement. Der magnetische Abschnitt kann magnetische Materialien mit einer hohen relativen magnetischen Permeabilität und/oder einer hohen Vormagnetisierung, beispielsweise durch permanent magnetische Materialien, umfassen. Vorzugsweise ist der magnetische Abschnitt eingerichtet, auch bei voller Bestromung der meisten oder aller Wicklungsabschnitte nur in geringem Maße lokal magnetisch gesättigt zu sein.
Das erfindungsgemäße Hubrelais umfasst mehrere Hubmagneten, d. h. einen ersten und mindestens einen zweiten Hubmagneten. Die Unterteilung in mehrere Hubmagneten bedeutet eine elektrische Unterteilung, so dass ein und dieselbe Wicklung in mehrere Hubmagnete aufgeteilt sein kann, wenn, beispielsweise durch Anzapfung, die Wicklung in verschiedene Wicklungsabschnitte eingeteilt werden kann, die jeweiligen Hubmagneten entsprechen und verschieden angesteuert werden können. Die Unterteilung in mehrere, voneinander getrennt steuerbare Hubmagnete führt nicht notwendigerweise zu bestimmten körperlichen Anordnungen. So können beispielsweise zwei Hubmagnete durch direkt oder mittelbar aneinander grenzende Wicklungen eines durchgehenden Drahts realisiert werden, wobei die Unterteilung der Magnete durch das Einführen einer Anzapfung ausgeführt wird. Die Unterteilung der Hubmagnete kann alternativ auch eine körperliche Unterteilung sein, so dass zwei körperlich voneinander getrennte Wicklungen vorgesehen werden, die jeweils zwei Enden aufweisen, welche durch weitere Schaltungen angesteuert werden. Die Trennung zweier Hub- magnete kann auch vorsehen, den ersten Hubmagneten auf ein erstes magnetisches Element wirken zu lassen, und den zweiten Hubmagneten auf ein zweites magnetisches Hubelement wirken zu lassen, wobei die magnetischen Elemente über Hebelmechanismen und/oder Getriebemechanismen kraftübertragend miteinander verbunden sind, um so eine Zusammenführung der erzeugten Kräfte zu erreichen, wobei die zusammengeführten Kräfte auf ein Betä- tigungselement übertragen werden. Werden mehrere Hubmagnete körperlich voneinander getrennt realisiert, so können diese beispielsweise auf ein durchgängiges Betätigungselement wirken, welches gleichzeitig magnetische Eigenschaften hat, um so eine Zusammenwirkung der einzelnen erzeugten Magnetkräfte zu erreichen. Insbesondere kann ein erster Hubmag- net direkt neben einem zweiten Hubmagneten vorgesehen werden, oder beide Hubmagneten können als konzentrisch zueinander angeordnete Wicklungen vorgesehen werden, wobei ein gemeinsamer magnetischer Abschnitt durch die Längsachsen beider Hubmagnete verläuft, in dem die erzeugten Magnetfelder kombiniert werden, um diese einem Pol zuzuführen, an dem wiederum ein bewegliches Betätigungselement angeordnet ist.
Die von den einzelnen Hubmagneten erzeugten Magnetfelder können mittels eines Jochs kombiniert werden, oder können in einzelne Kräfte umgesetzt werden, welche durch kraftübertragende Verbindungen zu einer gemeinsamen magnetisch erzeugten Kraft zusammen- geführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Hubrelais ein bewegliches Betätigungselement, welches einen magnetischen Abschnitt umfasst, wobei die Magnetkräfte des ersten und zweiten Hubmagneten auf diesen magnetischen Abschnitt wirken. Hierzu kann bei- spielsweise die Magnetkraft des ersten Magneten mit der Magnetkraft des zweiten Hubmagneten zusammengeführt werden, indem diese auf einem gemeinsamen Joch angeordnet sind. Ein Ende oder beide Enden des Jochs können dann in der Nähe oder an einem magnetischen Abschnitt des Betätigungselements vorgesehen sein, wobei die Magnetkraft dazu führt, dass ein zwischen dem Betätigungselement und dem Pol des Jochs vorgesehener Luftspalt verringert wird.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung sind der erste und der zweite Hubmagnet als zumindest teilweise konzentrische Wicklungen ausgebildet, die ein Joch umgreifen. Alternativ können die konzentrischen Wicklungen das bewegliche Betätigungselement umgreifen.
Zur Unterteilung der Hubmagnete in elektrischer Hinsicht können diese als durchgehende Wicklung ausgebildet sein, die eine oder mehrere Anzapfungen aufweist. Die Anzapfungen dienen als elektrische Unterteilungen der gesamten Wicklung in einzelne Wicklungsabschnitte, die die jeweiligen ersten, zweiten und weiteren Hubmagnete realisieren. Alternativ kann die elektrische Unterteilung der Hubmagnete auch durch einzelne, voneinander getrennte Wicklungen vorgesehen sein, deren Enden jeweils an eine schaltbare Stromversorgung angeschlossen werden können. Im Falle einer durchgehenden Wicklung mit Anzapfung kann die schaltbare Stromquelle an ein Wicklungsende und eine Anzapfung, eine Anzapfung und eine weitere Anzapfung und/oder an beide Enden der durchgehenden Wicklung angeschlossen werden. Zur Einstellung der zu erzeugenden Magnetkraft kann so die gesamte Wicklung bestromt werden, wenn die Stromquelle an die beiden Enden der Wicklung angeschlossen wird, um eine hohe Hubkraft zu erzeugen, wohingegen die erzeugte Hubkraft verringert ist, wenn die Stromquelle an ein Wicklungsende und an eine Anzapfung bzw. an zwei Anzapfungen angeschlossen wird, da somit nur ein Teil der gesamten Wicklung mit Strom beaufschlagt wird.
In einer weiteren Ausführung umfasst das Hubrelais ferner mindestens ein NTC-Element, dessen Widerstand mit steigender Temperatur fällt. Das NTC-Element ist vorzugsweise in Serie zwischen einer Stromquelle und der Wicklung angeschlossen, d. h. zwischen Stromquelle und einem der Wicklungsenden oder zwischen Stromquelle und einer Anzapfung.
Das NTC-Element kann auch in anderer Weise mit der Stromversorgung bzw. Spannungs- Versorgung und den Hubmagneten verbunden werden, wobei das NTC-Element vorzugsweise die Temperatur des Wicklungsabschnitts umfasst, in dessen Stromzuführung es zugeschaltet ist. Alternativ kann das NTC-Element nicht in die direkte Stromzuführung der Hubmagnete eingeschaltet sein, sondern an eine Steuerung angeschlossen sein, welche die Stromversorgung und/oder die Spannungsversorgung der jeweiligen Hubmagnete vorsieht.
Prinzipiell kann statt einer Stromquelle auch eine Spannungsquelle verwendet werden. Ferner kann ein Wicklungselement mit einer Anzapfung und/oder zwei Anzapfungen miteinander kurzgeschlossen werden, so dass der jeweilige dazwischen liegende Wicklungsabschnitt nicht mehr zur Krafterzeugung vorgesehen wird. Im Falle einer Spannungsquelle wird dann der durchfließende Strom erhöht, wodurch die gesamte erzeugte Magnetkraft verändert wird. Im Falle einer Stromquelle, die einen konstanten Strom liefert, wird durch das Kurzschließen nur ein Teil der Wicklung bestromt, wobei der kurzgeschlossene Wicklungsabschnitt keine Magnetkraft erzeugt, wodurch die Magnetkraft geeignet verringert werden kann. In gleicher Weise kann durch Auflösen eines solchen Kurzschlusses die Magnetkraft erhöht werden, indem mehr Wicklungsabschnitte als im Kurzschlussfall mit Strom versorgt werden. Zur Änderung der Gesamt-Hubkraft kann die Verschaltung der Hubmagnete geändert werden, d. h. von seriell in parallel und umgekehrt.
Das erfindungsgemäße Konzept wird ferner durch ein Verfahren zum Betätigen eines nadel- förmigen Einspritzventilgliedes umgesetzt, bei dem die Hubmagnetenvorrichtung mit mindestens zwei vorzugsweise räumlich voneinander getrennten Wicklungsabschnitten vorgesehen wird, die getrennt voneinander bestromt werden können, um so durch getrenntes Bestromen der jeweiligen Wicklungsabschnitte in oben beschriebener Weise die erzeugte Feldverteilung sowie die gesamte Magnetkraft einzustellen.
Das erfmdungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise von einer Steuereinrichtung umgesetzt, die zwei verschiedene Ausgangssignale mit entsprechendem Timing, beispielsweise zueinander zeitlich versetzte Anstiegs- oder Abfallflanken, ausgeben kann. Durch diese lässt sich die gewünschte Erhöhung oder Reduktion der Hubkraft für eine zweite Phase verringern. Die Steuereinrichtung bildet so die Komplementärkomponente zu dem oben beschriebenen Hubrelais, dessen Funktion zusammen mit der Ansteuerung das zugrunde liegende erfinderische Konzept umsetzt. Die Ausgangssignale der Steuerungseinrichtung können serielle digitale oder analoge Steuersignale für eine Leistungsendstufe sein, die die mehreren Wicklungsabschnitte des Hubmagneten entsprechend ansteuert. Alternativ kann die Steuereinrichtung auch Ausgangssignale abgeben, die eine ausreichende elektrische Leistung besitzen, um die Hubmagnete direkt mit Strom zu versorgen. Alternativ kann die Steuereinrichtung auch in der zweiten Phase (oder in der ersten Phase) einen Wicklungsabschnitt hinzu- schalten, dessen Wirkung entgegengesetzt der Wirkung weiterer Hubmagnete ist, und der so die Gesamthubkraft durch Teilkompensation verringert.
Vorzugsweise umfasst die Steuerungseinrichtung mindestens zwei Ausgänge, die die zwei Hubmagnete getrennt voneinander mit Strom versorgen, oder, alternativ, getrennte Leis- tungsendstufen der Hubmagnete gemäß dem gewünschten Verfahren ansteuern.
Die Steuereinrichtung kann in einer einfachen Ausführung durch monostabile Flip-Flops realisiert werden, deren Zeitkonstanten die Bestromungsphasen der einzelnen Hubmagnete definieren. Alternativ kann die Steuerungseinrichtung auch Signale von Sensoren empfan- gen, die die Stellung eines Betätigungselements, beispielsweise einer Kupplung, ermitteln, und so, beispielsweise bei Erreichen einer bestimmten Stellung, die Gesamtmagnetkraft in der oben beschriebenen Weise verringern. Ferner kann die Steuereinrichtung als Recheneinheit mit Programmspeicher vorgesehen werden, beispielsweise als Microcontroller mit einem elektrischen Speicher. Die Steuereinrichtung kann ferner von einem Teil einer Gesamt- Kfz-Steuerung realisiert werden, beispielsweise als Routine, Programm oder Programmabschnitt der Software, die im Zusammenwirkung mit der Hardware der Gesamt-Kfz- Steuerung den Betrieb des Kraftfahrzeugs steuert.
Die Steuereinrichtung steuert vorzugsweise weitere Betriebsparameter des Verbrennungs- motors, beispielsweise den Füllgrad u.Ä.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung wird das Hubrelais mit einer elektrischen Leistungsquelle verbunden, wobei Sensoren vorgesehen werden, die den Strom und/oder die Spannung erfassen, der in einen oder mehrere Hubmagnete bzw. einen oder mehrere Wicklungsabschnitte fließt bzw. die an diesen anliegt. Da die Bewegung des Betätigungselements in induktiver Rückkopplung eine Spannung in den Hubmagneten und/oder den Wicklungsabschnitten erzeugt, können die erfassten Strom- bzw. Spannungswerte zur Steuerung verwendet werden, indem diese zur Ermittlung des oder der Zeitpunkts/e herangezo- gen werden, in denen die Gesamtmagnetkraft gemäß einem gewünschten Sollwert geändert oder eingestellt werden soll. In einer Ausfuhrung wird eine Sensorwicklung, ein Magnetsensor oder Positionssensor verwendet, die an den Hubmagneten, an den Wicklungsabschnitten und/oder an dem beweglichen Betätigungselement angeordnet ist, um über die in der Sen- sorwicklung induzierte Spannung bzw. über das Sensorsignal die Bewegung des Betätigungselements und/oder die magnetische Koppelung zwischen Hubmagnet und Betätigungselement zu ermitteln.
Bei der Ansteuerung der Hubmagnete, beispielsweise durch die Steuereinrichtung, kann ferner die Temperatur berücksichtigt werden, die über ein NTC-Element erfasst wird, um das temperaturabhängige Verhalten der Hubmagnete zu kompensieren, vorzugsweise durch Ändern der Länge bzw. der Startzeitpunkte der ersten und zweiten Phase. Da sich der Spulen-Innenwiderstand und somit die erzeugte Hubkraft mit der Temperatur ändert, kann dadurch die Gesamt-Hubkraft unabhängig von der Temperatur vorgesehen werden.
Um anfangs eine höhere Hubkraft zu erreichen, kann ein weiterer Hubmagnet hinzugeschaltet werden, wobei bei dessen Ausfall die Magnetkraft des ersten Hubmagneten ausreicht. Vorzugsweise ist auch der weitere Hubmagnet derart eingerichtet, dass er eine ausreichende Magnetkraft erzeugt. Auf diese Weise wird eine Redundanz erzeugt.
Als weitere Sicherheitsmaßnahme kann jeder Hubmagnet bzw. jeder Wicklungsabschnitt eine getrennte Zuleitung aufweisen, so dass beim Betrieb im Motorraum, in dem auch die Zuleitung ausfallen kann, auch bei Ausfall einer Zuleitung eine Mindesthubkraft gewährleistet ist.
Ferner sind mehrere aufeinander folgende Phasen möglich, in denen die Anzahl der bestrom- ten Hubmagnete gemäß einer Soll-Kraft vorgesehen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Hubrelaiskombination in einer ersten Ausführung, Figur 2 das Prinzipschaltbild der erfϊndungsgemäßen Hubrelaiskombination in einer zweiten Ausfuhrung,
Figur 3 a, b ein Prinzipschaltbild einer erfϊndungsgemäßen Anordnung von Hubmagneten an einem Betätigungselement, zum Beispiel einem Einspritzventilglied,
Figuren 4a-4c zeitliche Darstellungen der Aktivierung von Hubmagneten, wobei die Figur 4a den Stand der Technik und Figuren 4b und 4c die erfmdungsgemä- ße Vorgehensweise darstellen, und
Figur 5 Verläufe von Ansteuersignalen eines Kfz- Steuergerätes.
Ausfuhrungsformen
Die Figur 1 zeigt eine erfϊndungsgemäße Hubmagnetenkombination in Prinzipdarstellung. Der magnetische Kreis wird in Figur 1 mittels eines U-förmigen Jochs geschlossen, wobei dies der besseren Darstellung dient und nur die Abfolge und das Zusammenspiel der einzelnen Elemente darstellen soll. Die Hubmagnetenkombination umfasst einen ersten Hubmag- neten 10 und einen zweiten Hubmagneten 20, die nebeneinander um ein Joch 30 gewickelt sind. Das Joch 30 umfasst einen Schenkel, der die gleiche Längsachse wie die beiden zylindrisch ausgeformten Hubmagneten 10 und 20 aufweist. Der erste Hubmagnet 10 stößt direkt an den zweiten Hubmagneten 20 an, wobei jedoch auch zwischen diesen eine Lücke vorgesehen sein kann. Das Joch 30 ist in einem Material ausgebildet, das eine hohe relative mag- netische Permeabilität aufweist, und das somit die von dem ersten Hubmagneten 10 und dem zweiten Hubmagneten 20 erzeugte Magnetfeld sammelt. Das Joch umfasst einen zweiten Schenkel, der über einen Steg zusammen mit dem ersten Schenkel eine U-Form bildet. Der zweite Schenkel wird von einem zusätzlichen dritten Magneten 40 umgriffen, dessen magnetisches Feld ebenfalls auf das Joch 30 wirkt. Am offenen Ende des U- förmigen Jochs ist ein bewegliches Betätigungselement 50 dargestellt, das ebenfalls magnetische Eigenschaften aufweist und somit bei Aktivierung einer oder aller Hubmagneten zu den offenen Enden des Jochs, die in diesem Falle Magnetpole bilden, bewegt wird.
Die in Figur 1 dargestellte Hubmagnetenkombination weist somit einen ersten Magneten 10 und mindestens einen zweiten Magneten 20 bzw. 30 auf, deren magnetisches Feld von einem Joch gesammelt wird. Das gesammelte magnetische Feld wird dann an den offenen Enden des Jochs in der Nähe des Betätigungselements 50 in eine gemeinsame Hubkraft umgesetzt. In der Figur 1 umgreifen die Hubmagnete nicht das bewegliche Betätigungselement selbst, sondern ein Joch, das als Sammelschiene für die erzeugten Magnetfelder wirkt. Durch die gemeinsame Hubkraft wird das bewegliche Betätigungselement 50 in einer Richtung A relativ zum Joch 30 bewegt.
Der erste Hubmagnet 10 und der zweite Hubmagnet 20 können aus einer Wicklung vorgesehen sein, wobei der erste Hubmagnet von dem zweiten durch eine Anzapfung getrennt ist. Alternativ kann der erste Hubmagnet 10 getrennt von dem zweiten Hubmagneten 20 gewickelt sein, so dass beide Hubmagnete jeweils zwei Wicklungsenden aufweisen, die nach außen geführt sind und getrennt voneinander an eine Stromansteuerung angeschlossen wer- den können.
Die Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hubmagnetenkombination in einer Prinzipdarstellung. Die Hubmagnetenkombination umfasst einen ersten Hubmagneten 110 und einen zweiten Hubmagneten 120, die als konzentrische Wicklungen oder Wicklungsabschnitte um einen gemeinsamen zylindrischen Raum 130 angeordnet sind. In dem Raum 130 ist ein Betätigungselement 150 vorgesehen, auf das aufgrund ihrer Anordnung beide Hubmagnete 120, 110 wirken. Die Konstruktion der in Figur 2 dargestellten Ausführung sieht somit eine Zusammenführung der Magnetkräfte durch räumliche Überlagerung der Magnetfelder vor, die von den beiden Hubmagneten erzeugt werden. Prinzipiell kann dadurch die räumliche Verteilung des resultierenden Magnetfeldes beeinflusst werden. Im Gegensatz dazu liegt in der Hubmagnetenkombination gemäß Figur 1 die Feldverteilung insbesondere durch die Geometrie des Joches fest.
In der in Figur 2 dargestellten Ausführung umfasst die Hubmagnetenkombination ferner einen weiteren Hubmagneten 140, der als zusätzlicher Hubmagnet vorgesehen ist. Grundsätzlich ist zu bemerken, dass die Erfindung auch ohne die zusätzlichen Hubmagnete 140, 40 realisiert werden kann.
Die einzelnen von den Hubmagneten 110, 120 und 140 erzeugten Magnetkräfte führen zu einer Bewegung des beweglichen Betätigungselements 150 in eine Richtung A'.
Die Hubmagnete 110, 120 und 140 sind als konzentrisch um einen zylindrischen Raum herum gewickelte Wicklungen vorgesehen, wobei der erste Hubmagnet 110 und der zweite Hubmagnet 120 als zwei getrennte Wicklungen vorgesehen werden können, die übereinan- der gewickelt werden, oder als eine durchgängige Wicklung, die über eine Anzapfung in zwei elektrisch getrennte Wicklungsabschnitte unterteilt wird, wodurch der erste und der zweite Hubmagnet vorgesehen werden. Der zusätzliche Hubmagnet 140 ist axial versetzt zu dem ersten und dem zweiten Hubmagneten vorgesehen, kann jedoch auch in der gleichen Höhe wie die Hubmagnete 120 und 110 vorgesehen sein (nicht dargestellt).
Die Figur 3a zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Hubmagnetenkombination, die eine vereinfachte Bauweise aufweist. Die Hubmagnetenkombination gemäß der Darstellung in Figur 3 a ist im Wesentlichen als Ring bzw. ringförmiger Magnetkern mit rechteckigem Querschnitt und mit Spulenfenstern 210, 220 ausgebildet, wobei ein bewegliches Betätigungselement 250 in axialer Richtung versetzt angeordnet ist. Das Betätigungselement 250 und die Hubmagnetenkombination 200 sind konzentrisch und weisen in radialer Richtung im Wesentlichen die gleiche Dicke auf, so dass bei Aktivierung der Hubmagnetenkombination 200 das Betätigungselement in axialer Richtung zu der Hubmagnetenkombination hin bewegt wird. In der in Figur 3 a dargestellten Ausführung sind der erste und der zweite Hubmagnet als eine Kombination mit teilweise gemeinsamer magnetischer Führung 230, 214 ausgeführt. Die Hubmagnetenkombination 200 umfasst somit einen ersten, inneren Ring 212, einen zweiten, mittleren Ring 214 und einen dritten, äußeren Ring 216. Die Ringe sind konzentrisch zueinander ausgebildet, sind in der gleichen axialen Höhe angeordnet und weisen verschiedene radiale Abstände zur Achse der Hubmagnetenkombination auf. Zwischen dem ersten Ring 212 und dem zweiten Ring 214 ist eine Spule im ersten Spulenfenster 210 angeordnet. Zwischen dem zweiten Ring 214 und dem dritten Ring 216 ist eine zweite Spu- Ie im zweiten Spulenfenster 220 angeordnet. Die Spulen der Spulenfenster teilen sich somit den mittleren Ring 214. Die Hubmagnetenkombination von Figur 3a umfasst ferner einen Jochring 230, der den ersten, den zweiten und den dritten Ring an den Axialseiten 270 der konzentrischen Ringe verbindet. Das Joch 230 ist somit axial zu den Ringen 212-216 versetzt und bildet den magnetischen Rückschluss. Die Spulenfenster 210, 220 sind zu der Axi- alseite, an der der Jochring die Ringe abschließt, durch das Joch begrenzt, und sind zur entgegengesetzten Betätigungsseite 260 geöffnet. Die Betätigungsseite ist planar und befindet sich auf der entgegengesetzten Seite der Axialseite, an der der Jochring angebracht ist. Die konzentrischen Ringe 212, 216 umfassen somit eine Betätigungsseite 260, an die sich in axialer Richtung das Betätigungselement 250 anschließt, welches den magnetischen Rück- Schluss über einen Luftspalt vorsieht. Das erste Spulenfenster 210 wird somit über den ersten Ring 212, über das Betätigungselement 250 und den zugeordneten Luftspalt, hauptsächlich über den zweiten Ring 214 sowie über den Jochring 230 geschlossen. Das vom zweiten Spulenfenster 220 erzeugte Magnetfeld wird ebenso über das Betätigungsfeld 250 geschlossen und verläuft somit über den zweiten, hauptsächlich mittleren Ring 214, das Betäti- gungselement 250 inklusive Luftspalte, den dritten, äußeren Ring 216 sowie über den Jochring 230. Beide Magnetkreise haben somit den zweiten Ring 214, den Jochring 230 und das Betätigungselement 250 als gemeinsames Element. In der in Figur 3a dargestellten Ausfuhrung sind der erste Ring 212, der zweite Ring 214 und der dritte Ring 216 einteilig mit dem Jochring 230 ausgebildet, der sich axial versetzt zu dem ersten, zweiten und dritten Ring konzentrisch zur gleichen Achse der Hubmagnetenkombination erstreckt. Der Jochring 230 sowie die Ringe 212-216 sind vorzugsweise aus magnetischem Material hergestellt, vorzugsweise aus Ferritmaterial, wobei auch Eisen, Stahl oder Stahlblechmaterial verwendet werden kann. In einer nicht dargestellten Ausfuhrung ist der Jochring 230 als Ring ausgebildet, der mit dem ersten, zweiten und dritten Ring 212-216 an der Axialseite 270 der Ringe verklebt ist. Vorzugsweise wird der gesamte Magnetkern 212, 214, 216, 230 durch einen Pressvorgang aus einem weichmagnetischen PuI- ververbundsto ff hergestellt.
Die Spulen bzw. Wicklungen innerhalb der Spulenfenster 210, 220 sind vorzugsweise gleich, können jedoch auch unterschiedliche Wicklungszahlen bzw. Drahtdicken aufweisen. Der Wicklungssinn der Wicklung 210 ist vorzugsweise mit dem Wicklungssinn der Wick- lung in dem Spulenfenster 220 identisch, kann jedoch auch einen entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen. Die Windungen, die die Wicklungen in den Spulenfenstern 210, 220 bilden, sind in der in Figur 3 a dargestellten Ausführung konzentrisch um die Achse der Hubmagnetenkombination ausgeführt und magnetisieren somit den ersten, den zweiten und den dritten Ring in einer Axialrichtung, d.h. in einer Richtung parallel bzw. antiparallel zur Achse der Hubmagnetenkombination. Durch geeignete Bestromung bzw. durch geeigneten Wicklungssinn lässt sich der innere Ring 214 nur geringfügig magnetisieren, wohingegen der Hauptteil der Magnetisierung nach außen in die Ringe 212, 216 verlagert wird. Daher kann insbesondere der mittlere Ring 214 sowie der gegenüberliegende Bereich des Betätigungselementes 250 Bohrungen oder Schlitzungen aufweisen, da der mittlere Ring 214 ei- nen geringeren Sättigungsgrad aufweist. Aufgrund der hohen Magnetisierung umfassen der innere Ring 214 und der äußere Ring 216 sowie die jeweiligen Bereiche des Betätigungselementes 250 vorzugsweise nur geringfügige oder keine Bohrungen oder Schlitzungen. Dadurch lässt sich, wie oben beschrieben, der Magnetkreis in verschiedene Funktionsbereiche aufteilen, d.h. die Betätigungsseite des inneren Rings 214 bzw. der entsprechende Be- reich des Betätigungselementes 250 wird mit Schlitzungen oder Bohrungen versehen, um hydraulisch vorteilhafte Eigenschaften vorzusehen, wohingegen die Ringe 212 und 216 sowie die entsprechenden Bereiche des Betätigungselementes 250 vor allem magnetische Eigenschaften haben und den Fluss sammeln und somit primär der Erzeugung der Magnetkraft dienen, die zwischen dem Betätigungselement 250 und der Betätigungsseite 260 erzeugt werden.
In der Figur 3 a ist das erfindungsgemäße Konzept insbesondere an dem inneren Ring 212 und dem mittleren Ring 214 zu erkennen, die den ersten bzw. zweiten Magnetkern bilden. Durch die erfϊndungsgemäße Anordnung der Spulenfenster und der Ringe sowie durch eine entsprechende Spulenansteuerung wird erreicht, dass der mittlere Ring 214 nur einen geringen Sättigungsgrad bzw. Magnetisierungsgrad erreicht, wobei gleichzeitig der innere Ring 212 in starkem Maße magnetisiert wird. Diese Verdrängung des Magnetflusses wird durch die Wicklungen der ersten und zweiten Spulenfenster 210, 220 erreicht, sowie durch die Anordnung des inneren Rings 212 und des mittleren Rings 214, die von dem Jochring 230 verbunden werden. Der äußere Ring 216 dient diesbezüglich dem magnetischem Rück- schluss für das Spulenfenster 220 und hat die gleiche Funktion wie der erste Magnetkern bzw. der innere Ring 212.
Bei Umkehrung der Bestromungsrichtung einer der Spulen kann auch eine Verstärkung des Magnetfeldes im mittleren Ring 214 und eine Abschwächung des Magnetfeldes in den Ringen 212 und 216 erreicht werden.
In der Figur 3b ist eine alternative Ausführungsform der Hubmagnetenkombination von Figur 3 a dargestellt, wobei die in Figur 3b dargestellte Ausführungsform ebenfalls ein erstes Spulenfenster 320, einen inneren Ring 312, einen mittleren Ring 314 und einen äußeren Ring 316 umfasst. Ein Jochring 330 ist an einer Axialseite der drei Ringe 312-316 angeordnet, um einen Magnetkreis zu schließen und um eine entsprechende Umverteilung der Sätti- gung zwischen den Ringen 312-316 zu erreichen. Eine Betätigungsseite, die axial entgegengesetzt zu dem Jochring 330 liegt, ist einem Betätigungselement (nicht dargestellt) zugewandt, wobei das Betätigungselement den magnetischen Kreis zwischen den Ringen 312- 316 schließt. Im Unterschied zu der Ausführung von Figur 3 a umfasst die Ausführung von Figur 3b einen Permanentmagneten 311, der in dem Fenster angeordnet ist, das zwischen dem mittleren Ring 314 und dem inneren Ring 312 liegt. Der Permanentmagnet ist in axialer Richtung magnetisiert, und weist beispielsweise einen Nordpol an der Axialseite auf, die dem Jochring 330 zugewandt ist, und hat ferner einen Südpol, der der Betätigungsseite zugewandt ist. Der Permanentmagnet 311 vermittelt eine „magnetische Vorspannung", die durch die Koerzitivfeldstärke des Permanentmagneten erreicht wird. Durch geeignete Po- lung, bezogen auf den Wicklungssinn, kann die Wicklung in dem Wicklungsfenster bzw. Spulenfenster 320 einen magnetischen Fluss erzeugen, der innerhalb des mittleren Rings 314 dem Fluss entgegengesetzt ist, der von dem Permanentmagneten 312 erzeugt wird. In gleicher Weise addieren sich allerdings für den inneren Ring 312 und für den äußeren Ring 316 die magnetischen Flusskomponenten des Permanentmagneten 312 und der Wicklung in dem Spulenfenster 320, so dass sich die erfindungsgemäße Flussverteilung ergibt. Mit anderen Worten verdrängt der Permanentmagnet, zusammen mit dem Fluss der Wicklung in dem Spulenfenster 320 eine Magnetisierung aus dem inneren Ring 314 in den äußeren Ring 316 und gleichermaßen in den inneren Ring 312, so dass die verschiedenen Funktionen vorgese- hen werden können. Prinzipiell ist auch eine Umkehrung möglich, wie vorstehend dargelegt. Durch die geringe Magnetisierung stören Einflüsse durch Schlitze u. Ä. den Magnetfluss nur wenig. Aufgrund der geringen Magnetisierung liegt die Maximalsättigung in den „gestörten" Gebieten deutlich unter einem Niveau, ab dem der Wirkungsgrad der Magnetkrafterzeugung deutlich reduziert ist. Wie bereits bemerkt, umfassen diese verschiedenen Funktionen für den mittleren Ring 314 bzw. entsprechende Bereiche des Betätigungselementes gute hydraulische Eigenschaften, die durch Bohrungen oder Schlitzungen erreicht werden, und umfassen für den inneren Ring 312 und den äußeren Ring 316 eine Bündelung der Magnetkraft, um mit einer hohen Feldstärke das Betätigungselement mit einer Magnetkraft zu be- aufschlagen.
Die Querschnittsform des Jochrings wird vorzugsweise so ausgewählt, dass sich eine ähnliche Sättigung wie in den Ringen 312-316 (gemittelt) ergibt. Daher wird der Jochring mit einer axialen Breite vorgesehen, die ungefähr dem einfachen, dem 1,2-fachen, dem 1,5- fächern oder dem 2-fachen der radialen Breite des inneren Rings 312, des mittleren Rings 314 oder des äußeren Rings 316 entspricht. Vorzugsweise sind der innere Ring 312 und der äußere Ring 316 mit dem gleichen Querschnitt ausgebildet. Ferner kann der mittlere Ring 314 den gleichen Querschnitt wie die Ringe 312, 316 aufweisen. Als Querschnitt soll hier die Querschnittsfläche bzw. die Querschnittsform gelten, wobei, wenn verschiedene Materi- alien verwendet werden, verschiedene Querschnitte den gleichen magnetischen Kopplungsgrad vorsehen können.
In den Figuren 4a-4b werden erfindungsgemäße Ansteuerungssignale der Erfindung dargestellt.
Erfindungsgemäß wird während der ersten Phase Ti nur ein erster Hubmagnet mit Strom, d. h. mit Gleichstrom oder einem Wechselstrom mit konstanter Wirkleistung beaufschlagt, d. h. Si, während ein zweiter Hubmagnet stromlos bleibt (vgl. S2, Figur 4b). Während der zweiten Phase T2 werden beide Hubmagnete mit Strom versorgt, d. h. die Signale Si und S2 haben einen Wert größer null. Dadurch, dass die Wirkung der beiden Hubmagnete addiert wird, ergibt sich somit eine höhere Gesamtwirkungskraft.
Alternativ kann während einer ersten Phase eine höhere Kraft erzeugt werden, indem sowohl S2 als auch S3 einen Wert größer null annehmen, wohingegen in der zweiten Phase eine geringere Kraft erzeugt werden soll, indem nur eines der Signale S2 bzw. S3 größer null ist. Die Signale Si und S2 stehen beispielsweise für eine angelegte Spannung, beispielsweise Gleichspannung oder Wechselspannung, mit konstanter Spitzenamplitude, die proportional zu der dargestellten Signalamplitude ist.
Figur 5 sind Verläufe von Ansteuersignalen eines Kfz- Steuergerätes zu entnehmen.
Aus der Darstellung gemäß Figur 5 geht hervor, dass zur Einleitung einer Öffnungsphase a der Magnetventilstrom IM stark ansteigt und während einer Anzugsstromphase b beibehalten wird. An die Anzugsstromphase b schließt sich ein Übergang c zu einer Haltestromphase d an, während der ein niedriger Magnetventilstrom IM gehalten wird, e bezeichnet die Abschaltphase, in welcher der Magnetventilstrom IM im Wesentlichen auf den Wert zurück fällt, den er vor Beginn der Öffnungsphase a hatte. Parallel zum Verlauf des Magnetventilstroms IM verläuft ein Magnetventil hM. Der Magnetventil hM steigt insbesondere während der Anzugsstromphase b an und verbleibt während der sich daran anschließenden Halte- stromphase d auf einem hohen Niveau, d.h. das Magnetventil steht geöffnet. Nach der Abschaltphase e nimmt der Magnetventilhub hM wieder ab. Proportional zum Magnetventilhub hM verläuft die Einspritzmenge Q, die durch den offen stehenden Ventilsitz über mindestens eine Einspritzöffnung in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. Die Einspritzmenge ist durch Q bezeichnet. Sowohl der Verlauf des Magnetventilstroms IM als auch der Verlauf des Nadelhubes hM sowie die Einspritzmenge Q sind jeweils über die Zeit aufgetragen.

Claims

Ansprüche
1. Hubmagnetenkombination mit einem beweglichen Betätigungselement (250), auf das ein erster Hubmagnet (210, 212, 214) kraftübertragend wirkt, wobei die Hubmagne- tenkombination mindestens einen zweiten Hubmagneten aufweist, wobei die von dem ersten und dem mindestens einen zweiten Hubmagneten (220, 214, 216) erzeugten Magnetkräfte auf das gleiche Betätigungselement wirken.
2. Hubmagnetenkombination nach Anspruch 1, wobei die von dem ersten und dem min- destens einen zweiten Hubmagneten (210-220) erzeugten Magnetfelder mittels eines
Jochs (230) kombiniert werden.
3. Hubmagnetenkombination nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste (210, 212, 214) und der mindestens eine zweite Hubmagnet (220, 214, 216) getrennt voneinander mit Strom versorgt werden.
4. Hubmagnetenkombination nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens einer der Hubmagnete der Hubmagnetenkombination mindestens einen Permanentmagneten (311) umfasst, dessen Magnetkraft auf das gleiche Betätigungselement (250) wie die anderen Hubmagnete der Hubmagnetenkombination wirkt.
5. Hubmagnetenkombination nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Betätigungselement (250) ein Anker eines für einen Verbrennungsmotor geeigneten elektromagnetischen Einspritzventils oder eines für einen Verbrennungsmotor geeigneten In- jektors ist oder mit diesem kraftübertragend verbunden ist.
6. Hubmagnetenkombination nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Hubmagnet eine Wicklung (210) umfasst, die einen ersten Magnetkern (212) umgreift, und der mindestens eine zweite Hubmagnet eine Wicklung (220) umfasst, die einen zweiten Magnetkern (214) umgreift, wobei der erste Magnetkern über ein Joch (230) mit dem zweiten Magnetkern verbunden ist.
7. Hubmagnetenkombination nach Anspruch 6, wobei der erste Magnetkern und der zweite Magnetkern mindestens zwei zueinander konzentrische Ringe (212, 214, 216) um- fasst, und das Joch einen Jochring (230) umfasst, der die mindestens zwei zueinander konzentrischen Ringe an einer Axialseite (270) der Ringe miteinander verbindet.
8. Hubmagnetenkombination nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Hubmagnet eine Wicklung (210) umfasst, die mit einer Wicklung (220) des zweiten Hubmagneten parallel, antiparallel, seriell, antiseriell verbunden ist oder die separat voneinander beschaltet sind.
9. Steuereinrichtung für eine Hubmagnetkombination nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Hubmagnet eine erste Wicklung und der mindestens eine zweite Hubmagnet eine zweite Wicklung umfasst, deren Magnetkraftwirkung kombiniert auf das Betätigungselement wirkt, wobei die Steuereinrichtung einen ersten Aus- gang zur Abgabe eines ersten Steuersignals an die erste Wicklung und einen zweiten
Ausgang zur Abgabe eines zweiten Steuersignals an die zweite Wicklung sowie eine Zeitsteuerung umfasst, die das zweite Steuersignal um eine einstellbare oder vorbestimmte Zeitdauer gegenüber dem ersten Steuersignal verzögert.
10. Steuereinrichtung nach Anspruch 9, die einen Eingang für ein Zündsignal aufweist, und die eingerichtet ist, das erste Steuersignal aufgrund eines empfangenen Zündsignals unmittelbar auszugeben, und eingerichtet ist, das zweite Steuersignal aufgrund des empfangenen Zündsignals um die Zeitdauer verzögert auszugeben, wobei die Steuereinrichtung eine Anpassungsschaltung umfasst, die die Zeitdauer zwischen einer positi- ven und einer negativen Flanke des Zündsignals auf den Flankenverlauf des ersten und des zweiten Steuersignals überträgt, die Zeitdauer zwischen einer positiven und einer negativen Flanke des ersten Steuersignals auf den Flankenverlauf des zweiten Zündsignals gemäß der Verzögerung überträgt, und/oder eine einstellbare oder vordefmierbare Impulsdauer für das erste Steuersignal und/oder für das zweite Steuersignal vorsieht, während der das erste bzw. zweite Steuersignal auf einem aktiven Pegel ist.
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