WO2015071236A1 - Ventil zum zumessen von fluid - Google Patents

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WO2015071236A1 PCT/EP2014/074224 EP2014074224W WO2015071236A1 WO 2015071236 A1 WO2015071236 A1 WO 2015071236A1 EP 2014074224 W EP2014074224 W EP 2014074224W WO 2015071236 A1 WO2015071236 A1 WO 2015071236A1
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valve
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valve needle
pole
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PCT/EP2014/074224
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Stefan Cerny
Ralf Kromer
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention is based on a valve for metering fluid according to the preamble of claim 1, wherein the standing for a flowing or flowing medium, superordinate term fluid is used in accordance with the fluid flow theory for gases and liquids.
  • a known fuel injection valve (DE 101 08 945 A1) has a sleeve-shaped nozzle body, which is closed by a valve seat body with an injection opening enclosed by a valve seat. in the
  • Nozzle body is the injection port upstream of a valve chamber, which is in communication with a fuel inlet.
  • the injection opening controlling valve needle which carries a forming a sealing seat with the valve seat closing head.
  • the valve needle is acted upon at the end remote from the closing head needle end of a valve closing spring, which presses the closing head on the valve seat, so that the injection orifice
  • Electromagnet causes the valve needle against the force of
  • Valve closing spring to a stroke lifting the closing head of the valve seat drives.
  • a magnetic flux is generated, which has an external pole, an internal pole, and an axial one on the valve needle
  • Anchor stop for the anchor has. On the turn away from the driver Side of the armature, a second anchor stop is set on the valve needle, to which the armature is pressed by a between anchor and driver supporting Vorhubfeder.
  • the electromagnet When the electromagnet is energized, the armature first executes a free travel or forward stroke on the valve needle until it abuts the driver on the first armature stop, thereby giving the valve needle a mechanical impulse and entraining the valve needle via the driver, whereby the closing head begins to move away from the valve seat withdraw.
  • the armature At the end of the complete armature stroke, the armature abuts against the pole face of the inner pole and the ejection opening is fully released, so that the in the
  • Valve chamber pressurized fuel is sprayed through the spray orifice in a metered amount.
  • Electromagnet pushes the valve closing spring over the valve needle
  • valve according to the invention for metering fluid with the features of claim 1 has the advantage that, as an additional inner pole, the force with which the armature strikes the inner surface of the inner pole at the end of its stroke is reduced, so that that too
  • Impact sound of the armature is much lower. It is ensured that the impulse imparted by striking the armature against the stop shoulder of the driver of the valve needle in the direction of valve opening is not reduced in its strength.
  • the reduction of the subsequent armature impact on the inner pole causing magnetic force is achieved in that at the end of the Vorhubs of the anchor with abutment of the armature to the driver of the part of the magnetic flux, which runs over the gap resting on the armature carrier, no contribution to the remaining in the Working air gap between armature and inner pole effective magnetic force makes. With the thus reduced magnetic force in the remaining part of the working air gap, the armature is pulled to the pole face of the inner pole and beats gently and less noisy on the inner pole.
  • Opening stroke of the armature is a larger magnetic force is available or the current level of the energization of the electromagnet can be designed smaller for the same magnetic force.
  • Resistance can be realized in different ways.
  • the valve needle is wholly or at least in its the armature guide region forming needle portion of a magnetically non-conductive material, ie of a material having a very high magnetic resistance, and the armature entirely of a magnetically conductive material, ie of a material with high magnetic conductivity.
  • valve needle is wholly or at least in its the armature guide region forming
  • Needle section of a magnetically conductive material ie from a Material with a very small magnetic resistance
  • the armature has an inner region surrounding the valve needle of a magnetically non-conductive material, that is, a material with a low magnetic
  • the inner region of the armature has the shape of a straight circular truncated cone with an annular top surface facing the driver and an annular base facing away from the driver and enclosing the inner region Outside has the shape of a cylindrical ring with a frusto-conical inner ring wall. It is advantageous that the outer diameter of the annular top surface is slightly larger than the outer diameter of the valve needle and the
  • Outer diameter of the annular base is little smaller than the outer diameter of the armature.
  • FIG. 1 a detail of a section of a valve for metering fluid with an electromagnet having an armature for valve control
  • FIG. 2 shows an enlarged view of section II in FIG. 1
  • FIG. 3 is a view similar to that in FIG. 2 when the electromagnet is energized after a first lifting phase of the armature
  • FIG. 4 is the same as in FIG. 2 when the electromagnet is energized after a second lifting phase of the armature
  • Figure 5 is a same view as in Figure 2 with a modification of the armature.
  • Metering of fluid is preferably used as an injection valve for injecting fuel in a fuel injection system of internal combustion engines.
  • the valve has a standing with a fluid inlet 1 1 in connection
  • Valve closing spring 14 is actuated.
  • the closing head 131 is in one
  • Valve seat body 16 out, the metering opening 12 and a the
  • Enclosing opening 12 enclosing, with the closing head 131 of the valve needle 13 has a sealing seat forming valve seat 17.
  • the valve seat body 16 closes off a kanness workedes end of a sleeve-shaped valve housing 18 in a fluid-tight manner, while in the inlet-side other end of the valve housing 18, a fluid inlet 11 containing the connecting piece 19 is inserted.
  • the electromagnet 15 has a magnetic coil 20, which can be supplied with current via a connector, not shown, on the valve. When energizing the
  • Magnetic coil 20 forms in the electromagnet 15, a magnetic flux, which is an outer pole 21, a hollow cylindrical inner pole 22, an armature 23 which is axially displaceable on an armature guide portion formed on the valve needle 13, and one of armature 23 and inner pole 22 limited
  • a driver 25 is fixed, e.g. welded, which is axially slidably immersed in a driver in the hollow cylindrical interior of the inner pole 22 driver guide portion 221.
  • the driver 25 has a radial abutment shoulder 251 for the armature 23, which limits a smaller freewheel or Vorhubweg 26 of the armature 23 in relation to the axial gap width of the working air gap 24 (FIG. 2).
  • Vorhubweg 26 of the armature 23 is by an anchor stop 27, which on the from the driver 25 side facing away from the armature 23 is fixedly disposed on the valve needle 13, and a Vorhubfeder 28 set, which presses the armature 13 to the anchor stop 27.
  • the valve needle 13 loosely enclosing, cup-shaped spring plate 29 is fixedly disposed on the armature 23 and is executed for example as a helical compression spring Vorhubfeder 28 so on the
  • the driver 25 is formed into an additional inner pole with one of the stop shoulder 251
  • the driver 25 is magnetically conductive, so it consists of a material with low magnetic Wderstand, and between an armature 23 and valve needle 13 effective magnetic flux barrier is provided by means of a magnetically non-conductive material, ie a material with a very high magnetic resistance, a Magnetic flux between armatures
  • valve needle 13 is wholly or at least in their the armature guide portion 132 having
  • valve needle 13 either entirely or at least in its
  • Anchor guide portion 132 having needle portion of a magnetically conductive material and the armature 23 has a valve needle thirteenth
  • Exterior 232 of a magnetically conductive material is exterior 232 of a magnetically conductive material.
  • Interior portion 231 of the armature 23 is preferably in the shape of a straight
  • Base 231 b are the same size, but the outer diameter of the top surface 231 a is significantly smaller than the outer diameter of the base 231 b.
  • the outer diameter of the annular top surface 231a little larger than the outer diameter of the valve needle 13 and the
  • Outer diameter of the annular base 232b is slightly smaller than the outer diameter of the armature 23.
  • the outer portion 232 of the armature 23 has the shape of a cylindrical ring with a frusto-conical inner ring wall whose course corresponds to the outer contour of the inner region 231.
  • the armature 23 according to FIG. 5 is preferably produced as a two-component component made of a material having a high magnetic resistance and a material having a low magnetic resistance.
  • the electromagnet 15 is de-energized and the metering opening 12 is closed by the valve closing spring 14 acting on the driver 25 pressing the closing head 131 of the valve needle 13 onto the valve seat 17.
  • the annular working air gap 24 with the axial gap width s is present.
  • the armature 23 is pressed by the Vorhubfeder 28 to the anchor stop 27, so that 25 sets a gap for a free path or Vorhubweg 26 of the armature 23 with an axial gap width f between the end face of the armature 23 and the stop shoulder 251 of the driver.
  • the magnetic coil 20 of the electromagnet 15 energized, so the magnetic flux generated by the magnetic coil 20 in the armature 23 is divided into two paths, the first path via the armature end face directly to the inner pole 22 and the second path on the armature end face for addition - Pole, so the driver 25 runs. Since the gap width f is smaller than the gap width s, a larger magnetic force in relation to the pole face is possible in the second path. As a result, the armature 23 during energizing the
  • Anchor stop 27 accelerates.
  • the magnetic flux barrier of magnetically non-conductive material between the armature 23 and valve needle 13 prevents a transfer of the magnetic flux into the valve needle 13 and thus a magnetic short circuit via valve needle 13 and driver 25th
  • the accelerated from its basic position anchor 23 moves due to the magnetic force generated by the magnetic flux in the direction of the inner pole 22 and first strikes against the stop shoulder 251 of the driver 25 ( Figure 3).
  • the distance between the armature end face and the inner pole 22 has been reduced to the gap width s-f.
  • Pole 22 acts, is reduced, since by the contact between armature 23 and driver 25, the magnetic flux in the second path now on the one hand increases and on the other hand does not contribute to the valve opening magnetic force.
  • Anchor 23 from its basic position on the anchor stop 27. As a result, the armature 23 strikes with significantly lower force on the inner pole 22, which leads to a noise reduction. If the armature 23 lies without a gap in the inner pole 22, then the magnetic force between armature 23 and inner pole 22 is increased again. The over the armature 23 to the driver 25 and the inner pole 22 leading part of
  • Magnetic flux can not be used to hold the valve open (FIG. 4).
  • the inner pole 22 is structurally formed by a hollow cylindrical magnet core 30 fixed in the valve housing 18 and the outer pole 21 by a magnetic cup 31 with magnetic return 32 enclosing the valve housing 18 in the region of the magnetic core 30 and armature 23.
  • the solenoid 20 is seated on the valve housing 18 and is surrounded by a larger diameter pot portion of the magnet pot 31, while a
  • valve housing 18 is made of a magnetically conductive material and
  • Magnet cup 31 and magnetic core 30 abut the valve housing 18 is to avoid a magnetic short circuit between the inner and outer pole
  • the trained on the driver 25 radial stop shoulder 251 preferably has a shoulder width extending from the valve needle 13 to near the inner wall of the magnetic core 30.
  • the e.g. designed as a helical compression spring valve closing spring 14 is disposed in the hollow interior of the magnetic core 30 and is supported on the one hand on the driver 25 and on the other hand on a fixed to the magnetic core 30 adjusting piece 33 from.
  • the fluid flow from the fluid inlet 11 to the metering opening 12 via at least one opening into the interior of the hollow cylindrical magnetic core 30 oblique bore 34 and in the driver 25 on the one hand and in the armature 23 on the other hand introduced axial bores 35 and 36 respectively.

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Abstract

Es wird ein Ventil zum Zumessen von Fluid angegeben, das einen Elektromagneten (15) zum Betätigen einer eine Zumessöffnung (12) steuernden Ventilnadel (13) aufweist. Der Elektromagnet (15) erzeugt bei Bestromung einen Magnetfluss, der über einen Außenpol (21), einen hohlzylindrischen Innenpol (22), einen auf einem auf der Ventilnadel (13) ausgebildeten Ankerführungsbereich (132) verschiebbaren Anker (23) und einen vom Anker (23) und Innenpol (22) begrenzten Arbeitsluftspalt (24) verläuft. Auf der Ventilnadel (13) ist ein Mitnehmer (25) fest angeordnet, der in einen im Innenpol (22) ausgebildeten Mitnehmerführungsbereich (221) axial verschieblich eintaucht und eine radiale Anschlagschulter (251) für den Anker (23) aufweist, die einen gegenüber der axialen Spaltbreite des Arbeitsluftspalts (24) kleineren Frei- oder Vorhubweg (26) des Ankers (23) begrenzt. Zur Verbesserung des Geräuschverhaltens des Ventils ist der Mitnehmer (25) zu einem Zusatz-Innenpol mit einer von der Anschlagschulter (251) gebildeten Polfläche erweitert und hierzu der Mitnehmer (25) magnetisch leitend ausgebildet und ein Magnetfluss zwischen Anker (23) und Ventilnadel (13) mittels eines magnetisch nicht leitenden Werkstoffs unterbunden.

Description

Beschreibung
Titel
Ventil zum Zumessen von Fluid Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Zumessen von Fluid nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , wobei der für ein strömendes oder fließendes Medium stehende, übergeordnete Begriff Fluid in Übereinstimmung mit der Strömungslehre für Gase und Flüssigkeiten verwendet wird.
Ein bekanntes Brennstoffeinspritzventil (DE 101 08 945 A1 ) weist einen hülsenförmigen Düsenkörper auf, der von einem Ventilsitzkörper mit einer von einem Ventilsitz umschlossenen Abspritzöffnung abgeschlossen ist. Im
Düsenkörper ist der Abspritzöffnung eine Ventilkammer vorgelagert, die mit einem Brennstoffzulauf in Verbindung steht. In den Düsenkörper taucht eine die Abspritzöffnung steuernde Ventilnadel ein, die einen mit dem Ventilsitz einen Dichtsitz bildenden Schließkopf trägt. Die Ventilnadel ist an dem vom Schließkopf abgekehrten Nadelende von einer Ventilschließfeder beaufschlagt, die den Schließkopf auf den Ventilsitz aufpresst, so dass die Abspritzöffnung
verschlossen ist. Das Freigeben der Abspritzöffnung wird durch einen
Elektromagneten bewirkt, der die Ventilnadel gegen die Kraft der
Ventilschließfeder zu einem den Schließkopf vom Ventilsitz abhebenden Hub antreibt. Bei Bestromung des Elektromagneten entsteht ein Magnetfluss, der über einen Außenpol, einen Innenpol, einen auf der Ventilnadel axial
verschiebbar sitzenden Anker und einen zwischen Anker und Innenpol eingeschlossenen Arbeitsluftspalt verläuft und im Arbeitsluftspalt eine
Magnetkraft erzeugt, die den Anker zur Hubbewegung in Richtung Innenpol antreibt. Auf der Ventilnadel ist ein Mitnehmer fest angeordnet, der im Innern des hohlzylindrischen Innenpols axial verschieblich geführt ist und einen ersten
Ankeranschlag für den Anker aufweist. Auf der vom Mitnehmer abgekehrten Seite des Ankers ist auf der Ventilnadel ein zweiter Ankeranschlag festgelegt, an den der Anker durch eine zwischen Anker und Mitnehmer sich abstützende Vorhubfeder angedrückt ist. Bei Bestromen des Elektromagneten führt der Anker zunächst einen Freiweg oder Vorhub auf der Ventilnadel aus, bis er an dem ersten Ankeranschlag am Mitnehmer anschlägt, dadurch der Ventilnadel einen mechanischen Impuls verleiht und über den Mitnehmer die Ventilnadel mitnimmt, wodurch der Schließkopf beginnt, sich vom Ventilsitz abzuheben. Am Ende des vollständigen Ankerhubs schlägt der Anker an der Polfläche des Innenpols an und die Abspritzöffnung ist vollständig freigegeben, so dass der in der
Ventilkammer unter Druck stehende Brennstoff über die Abspritzöffnung in einer dosierten Menge abgespritzt wird. Bei Wegfall der Bestromung des
Elektromagneten drückt die Ventilschließfeder über die Ventilnadel den
Schließkopf auf den Ventilsitz auf, und die Vorhubfeder drückt den Anker gegen den zweiten Ankeranschlag.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil zu Zumessen von Fluid mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die Ausgestaltung des Mitnehmers als zusätzlicher Innenpol, die Kraft, mit der der Anker am Ende seines Hubs auf die Innenfläche des Innenpols aufschlägt, reduziert ist, so dass auch das
Aufschlaggeräusch des Ankers deutlich geringer ist. Dabei ist sichergestellt, dass der durch Anschlagen des Ankers an die Anschlagschulter des Mitnehmers der Ventilnadel verliehene Impuls in Richtung Ventilöffnen in seiner Stärke nicht verringert wird. Die Reduzierung der den nachfolgenden Ankeraufschlag auf den Innenpol bewirkenden Magnetkraft wird dadurch erreicht, dass am Ende des Vorhubs des Ankers mit Anschlagen des Ankers an den Mitnehmer der Teil des Magnetflusses, der über den spaltlos am Anker anliegenden Mitnehmer verläuft, keinen Beitrag zu der im verbliebenen Arbeitsluftspalt zwischen Anker und Innenpol wirksamen Magnetkraft leistet. Mit der somit reduzierten Magnetkraft im verbleibenden Teil des Arbeitsluftspalts wird der Anker an die Polfläche des Innenpols gezogen und schlägt sanfter und weniger geräuschvoll auf den Innenpol auf. Durch die reduzierte Magnetkraft wird auch die Gefahr, dass der Anker beim Aufschlagen auf den Innenpol prellt, verringert. Durch den erfindungsgemäßen Ausbau des Mitnehmers zum Zusatz-Innenpol wird auch der Anker beim Bestromen des Elektromagneten deutlich stärker beschleunigt, da durch den kleineren Spalt zwischen Anker und Anschlagschulter am Mitnehmer, dem sog. Ankerfrei- oder Ankervorhubweg, im Vergleich zu dem Arbeitsluftspalt zwischen Anker und Polfläche des Innenpols der Magnetfluss eine auf den Anker wirkende größere Magnetkraft erzeugt. Damit ist auch der beim Anschlagen des Ankers an der Anschlagschulter des Mitnehmers auf die Ventilnadel übertragene Öffnungsimpuls stärker und ein sicheres und
verzögerungsfreies Freigeben der Zumessöffnung gewährleistet.
Durch den erfindungsgemäßen Ausbau des Mitnehmers zum Zusatz-Innenpol ist auch die für den Öffnungshub des Ankers aktive Polfläche, die sich aus der Summe der Polfläche des Innenpols und der Polfläche des Zusatz-Innenpols ergibt, bei unverändertem Bauraum des Ventils größer, so dass für den
Öffnungshub des Ankers eine größere Magnetkraft zur Verfügung steht oder bei gleicher Magnetkraft die Stromhöhe der Bestromung des Elektromagneten geringer ausgelegt werden kann.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.
Die Magnetflusssperre zwischen Anker und Ventilnadel im Ankerführungsbereich der Ventilnadel mittels eines Werkstoffs mit einem hohen magnetischen
Widerstand kann in verschiedener weise realisiert werden.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Ventilnadel ganz oder zumindest in ihrem den Ankerführungsbereich bildenden Nadelabschnitt aus einem magnetisch nicht leitenden Werkstoff, also aus einem Werkstoff mit einem sehr hohen magnetischen Widerstand, und der Anker vollständig aus einem magnetisch leitenden Werkstoff, also aus einem Werkstoff mit großer magnetischer Leitfähigkeit, hergestellt.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung besteht die Ventilnadel ganz oder zumindest in ihrem den Ankerführungsbereich bildenden
Nadelabschnitt aus einem magnetisch leitenden Werkstoff, also aus einem Werkstoff mit einem sehr kleinen magnetischen Widerstand, und der Anker weist einen die Ventilnadel umschließenden Innenbereich aus einem magnetisch nicht leitenden Werkstoff, also aus einen Werkstoff mit geringer magnetischer
Leitfähigkeit, und einen den Innenbereich spaltlos umschließenden
Außenbereich aus einem magnetisch leitenden Werkstoff, also aus einem
Werkstoff mit geringem magnetischen Wderstand, auf. Im letzteren Fall ist es zur Erzielung eines optimalen Ergebnisses von Vorteil, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Innenbereich des Ankers die Form eines geraden Kreiskegelstumpfs mit einer dem Mitnehmer zugekehrten ringförmigen Deckfläche und einer vom Mitnehmer abgekehrten, ringförmigen Grundfläche aufweist und der den Innenbereich umschließende Außenbereich die Form eines zylindrischen Rings mit einer kegelstumpfförmig verlaufenden Innenringwand hat. Dabei ist es vorteilhaft, dass der Außendurchmesser der ringförmigen Deckfläche wenig größer ist als der Außendurchmesser der Ventilnadel und der
Außendurchmesser der ringförmigen Grundfläche wenig kleiner ist als der Außendurchmesser des Ankers. Einen solchen Anker erhält man in besonders einfacher Weise mit einem Zweikomponenten-Bauteil aus einem Werkstoff mit hohem magnetischen Wderstand und einem Werkstoff mit geringem
magnetischen Widerstand.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ausschnittweise einen Schnitt eines Ventils zum Zumessen von Fluid mit einem einen Anker zur Ventilsteuerung aufweisenden Elektromagneten, Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts II in Figur 1 ,
Figur 3 eine gleiche Darstellung wie in Figur 2 bei bestromtem Elektromagneten nach einer ersten Hubphase des Ankers, Figur 4 eine gleiche Darstellung wie in Figur 2 bei bestromtem Elektromagneten nach einer zweiten Hubphase des Ankers, Figur 5 eine gleiche Darstellung wie in Figur 2 mit einer Modifikation des Ankers.
Das in Figur 1 ausschnittweise im Längsschnitt dargestellte Ventil zum
Zumessen von Fluid wird bevorzugt als Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einer Kraftstoffeinspritzanlage von Brennkraftmaschinen eingesetzt.
Es kann jedoch auch in Gasmotoren oder in Heizungsanlagen zum dosierten Zumessen von fluidem Brennstoff oder als Dosierventil zum Einspritzen eines fluiden Reduktionsmittels in den Abgastrakt einer Brennkraftmaschine zwecks Reduzierung von Stickoxiden Verwendung finden.
Das Ventil weist eine mit einem Fluidzulauf 1 1 in Verbindung stehende
Zumessöffnung 12 sowie eine die Zumessöffnung 12 mittels eines Schließkopfs 131 steuernde Ventilnadel 13 auf, die zum Schließen der Zumessöffnung 12 von einer Ventilschließfeder 14 beaufschlagt ist und zum Freigeben der
Zumessöffnung 12 von einem Elektromagneten 15 gegen die Schließkraft der
Ventilschließfeder 14 betätigt wird. Der Schließkopf 131 ist in einem
Ventilsitzkörper 16 geführt, der die Zumessöffnung 12 und einen die
Zumessöffnung 12 umschließenden, mit dem Schließkopf 131 der Ventilnadel 13 einen Dichtsitz bildenden Ventilsitz 17 aufweist. Der Ventilsitzkörper 16 schließt ein zumessseitiges Ende eines hülsenförmigen Ventilgehäuses 18 fluiddicht ab, während in das zulaufseitige andere Ende des Ventilgehäuses 18 ein den Fluidzulauf 11 enthaltender Anschlussstutzen 19 eingesetzt ist.
Der Elektromagnet 15 weist eine Magnetspule 20 auf, die über einen nicht dargestellten Anschlussstecker am Ventil bestrombar ist. Bei Bestromung der
Magnetspule 20 bildet sich im Elektromagneten 15 ein Magnetfluss aus, der über einen Außenpol 21 , einen hohlzylindrischen Innenpol 22, einen Anker 23, der auf einen auf der Ventilnadel 13 ausgebildeten Ankerführungsbereich axial verschiebbar ist, und einen von Anker 23 und Innenpol 22 begrenzten
Arbeitsluftspalt 24 verläuft. Auf der Ventilnadel 13 ist ein Mitnehmer 25 fest angeordnet, z.B. verschweißt, der in einen im hohlzylindrischen Innern des Innenpols 22 ausgebildeten Mitnehmerführungsbereich 221 axial verschieblich eintaucht. Der Mitnehmer 25 besitzt eine radiale Anschlagschulter 251 für den Anker 23, die einen gegenüber der axialen Spaltbreite des Arbeitsluftspalts 24 kleineren Freiweg oder Vorhubweg 26 des Ankers 23 begrenzt (Figur 2). Dieser
Vorhubweg 26 des Ankers 23 wird durch einen Ankeranschlag 27, der auf der vom Mitnehmer 25 abgekehrten Seite des Ankers 23 auf der Ventilnadel 13 fest angeordnet ist, und einer Vorhubfeder 28 festgelegt, die den Anker 13 an den Ankeranschlag 27 andrückt. Hierzu ist am Anker 23 ein die Ventilnadel 13 lose umschließender, topfförmiger Federteller 29 fest angeordnet und ist die beispielsweise als Schraubendruckfeder ausgeführte Vorhubfeder 28 so auf die
Ventilnadel 13 aufgesetzt, dass sie sich einerseits am Ankeranschlag 27 und andererseits am Federteller 29 abstützt.
Zur Verbesserung des Geräuschverhaltens des Ventils ist der Mitnehmer 25 zu einem Zusatz-Innenpol mit einer von der Anschlagschulter 251 gebildeten
Polfläche erweitert. Hierzu ist der Mitnehmer 25 magnetisch leitend, besteht also aus einem Werkstoff mit geringem magnetischen Wderstand, und ist eine zwischen Anker 23 und Ventilnadel 13 wirksame Magnetflusssperre vorgesehen, die mittels eines magnetisch nicht leitenden Werkstoffs, also eines Werkstoffs mit einem sehr hohen magnetischen Wderstand, einen Magnetfluss zwischen Anker
23 und Ventilnadel 13 unterbindet.
In dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 bis 4 besteht die Ventilnadel 13 ganz oder zumindest in ihrem den Ankerführungsbereich 132 aufweisenden
Nadelabschnitt aus einem magnetisch nicht leitenden Werkstoff und der Anker
23 vollständig aus einem magnetisch leitenden Werkstoff.
Im Unterschied dazu besteht in dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 5 die Ventilnadel 13 entweder ganz oder zumindest in ihrem den
Ankerführungsbereich 132 aufweisenden Nadelabschnitt aus einem magnetisch leitenden Werkstoff und weist der Anker 23 einen die Ventilnadel 13
umschließenden Innenbereich 131 aus einem magnetisch nicht leitenden Werkstoff und einen den Innenbereich 131 spaltlos umschließenden
Außenbereich 232 aus einem magnetisch leitenden Werkstoff auf. Der
Innenbereich 231 des Ankers 23 hat bevorzugt die Form eines geraden
Kreiskegelstumpfs mit einer dem Mitnehmer 25 zugekehrten, ringförmigen Deckfläche 231a und einer vom Mitnehmer 25 abgekehrten, ringförmigen Grundfläche 231 b. Die lichten Durchmesser von Deckfläche 231a und
Grundfläche 231 b sind gleich groß, der Außendurchmesser der Deckfläche 231a ist jedoch erheblich kleiner als der Außendurchmesser der Grundfläche 231 b.
Vorzugsweise ist der Außendurchmesser der ringförmigen Deckfläche 231a wenig größer als der Außendurchmesser der Ventilnadel 13 und der
Außendurchmesser der ringförmigen Grundfläche 232b wenig kleiner als der Außendurchmesser des Ankers 23. Der Außenbereich 232 des Ankers 23 hat die Form eines zylindrischen Rings mit einer kegelstumpfförmig verlaufenden Innenringwand, deren Verlauf dem der Außenkontur des Innenbereichs 231 entspricht. Der Anker 23 gemäß Figur 5 wird bevorzugt als Zweikomponenten- Bauteil aus einem Werkstoff mit hohem magnetischen Widerstand und einem Werkstoff mit kleinem magnetischen Wderstand hergestellt.
Die Wrkungsweise des als Zusatz-Innenpols ausgebildeten Mitnehmers 25 ist in Figur 2 bis 4 illustriert.
In Figur 2 ist der Elektromagnet15 unbestromt und die Zumessöffnung 12 dadurch geschlossen, dass die am Mitnehmer 25 angreifende Ventilschließfeder 14 den Schließkopf 131 der Ventilnadel 13 auf den Ventilsitz 17 aufdrückt.
Zwischen dem Innenpol 22 des Elektromagneten 15 und dem Anker 23 ist der ringförmige Arbeitsluftspalt 24 mit der axialen Spaltbreite s vorhanden. Der Anker 23 ist durch die Vorhubfeder 28 an den Ankeranschlag 27 angedrückt, so dass sich zwischen der Stirnfläche des Ankers 23 und der Anschlagschulter 251 des Mitnehmers 25 ein Spalt für einen Freiweg oder Vorhubweg 26 des Ankers 23 mit einer axialen Spaltbreite f einstellt.
Wrd in dieser Ventilstellung die Magnetspule 20 des Elektromagneten 15 bestromt, so teilt sich der von der Magnetspule 20 erzeugte Magnetfluss im Anker 23 in zwei Pfade auf, wobei der erste Pfad über die Ankerstirnfläche direkt zum Innenpol 22 und der zweite Pfad über die Ankerstirnfläche zum Zusatz- Innenpol, also zum Mitnehmer 25, verläuft. Da die Spaltbreite f kleiner ist als die Spaltbreite s, ist in dem zweiten Pfad eine im Verhältnis zur Polfläche größere Magnetkraft möglich. Dadurch wird der Anker 23 beim Bestromen der
Magnetspule 20 deutlich besser aus seiner Ruhe- oder Grundstellung am
Ankeranschlag 27 beschleunigt. Die Magnetflusssperre aus magnetisch nicht leitendem Werkstoff zwischen Anker 23 und Ventilnadel 13 verhindert einen Übertritt des Magnetflusses in die Ventilnadel 13 und damit einen magnetischen Kurzschluss über Ventilnadel 13 und Mitnehmer 25. Der aus seiner Grundstellung heraus beschleunigte Anker 23 bewegt sich infolge der vom Magnetfluss erzeugten Magnetkraft in Richtung Innenpol 22 und schlägt zunächst an der Anschlagschulter 251 des Mitnehmers 25 an (Figur 3). Der Abstand zwischen der Ankerstirnfläche und dem Innenpol 22 hat sich auf die Spaltbreite s - f verringert. Die Magnetkraft, die zwischen dem Anker 23 und dem
Innenpol 22 wirkt, ist reduziert, da durch den Kontakt zwischen Anker 23 und Mitnehmer 25 der Magnetfluss im zweiten Pfad nunmehr sich einerseits erhöht und andererseits auch keinen Beitrag zu der das Ventil öffnenden Magnetkraft liefert.
Bei dem weiteren Hub des Ankers 23 unter der nunmehr reduzierten Magnetkraft nimmt dieser den Mitnehmer 25 mit, wodurch die Ventilnadel 13 angehoben wird und der Schließkopf 131 sich vom Ventilsitz 17 abhebt. Die Magnetkraft, mit der der Anker 23 zum Innenpol 22 hin gezogen wird, ist aufgrund des
Vorhergesagten deutlich geringer als die Magnetkraft zum Beschleunigen des
Ankers 23 aus seiner Grundstellung am Ankeranschlag 27. Dadurch schlägt der Anker 23 mit deutlich geringerer Kraft auf dem Innenpol 22 auf, was zu einer Geräuschreduzierung führt. Liegt der Anker 23 spaltlos im Innenpol 22 an, so wird die Magnetkraft zwischen Anker 23 und Innenpol 22 wieder erhöht. Der über den Anker 23 zum Mitnehmer 25 und zum Innenpol 22 führende Teil des
Magnetflusses kann für das Offenhalten des Ventils nicht genutzt werden (Figur 4).
In den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des Ventils ist konstruktiv der Innenpol 22 von einem im Ventilgehäuse 18 festgelegten hohlzylindrischen Magnetkern 30 und der Außenpol 21 von einem außen das Ventilgehäuse 18 im Bereich von Magnetkern 30 und Anker 23 umschließenden Magnettopf 31 mit magnetischem Rückschluss 32 gebildet. Die Magnetspule 20 sitzt auf dem Ventilgehäuse 18 und wird von einem durchmessergrößeren Topfabschnitt des Magnettopfs 31 umschlossen, während ein
durchmesserkleinerer Topfabschnitt des Magnettopfs 31 auf dem Ventilgehäuse 18 festgelegt, z.B. verschweißt, ist. Da in der konstruktiven Ausführung das Ventilgehäuse 18 aus einem magnetisch leitenden Material besteht und
Magnettopf 31 und Magnetkern 30 am Ventilgehäuse 18 anliegen, ist zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses zwischen Innen- und Außenpol
22, 21 durch eine ringförmige Einschnürung 181 in der Wand des Ventilgehäuses 18 zwischen dem am Magnettopf 31 und dem am Magnetkern 30 jeweils anliegenden Abschnitt des Ventilgehäuses 18 ein magnetischer Engpass ausgebildet. Die am Mitnehmer 25 ausgebildete radiale Anschlagschulter 251 weist vorzugsweise eine Schulterbreite auf, die sich von der Ventilnadel 13 bis nahe der Innenwand des Magnetkerns 30 erstreckt. Zur Beeinflussung der Aufteilung des Magnetflusses in einen vom Anker 23 direkt zum Innenpol 22 und einen vom Anker 23 über den Mitnehmer 25 führenden Magnetflusspfad kann das Verhältnis der Polfläche des Innenpols 22 zu der die Polfläche des Zusatz- Innenpols bildenden, ringförmigen Anschlagschulter 251 am Mitnehmer 25 über einen großen Bereich variiert werden.
Die z.B. als Schraubendruckfeder ausgebildete Ventilschließfeder 14 ist im hohlen Innern des Magnetkerns 30 angeordnet und stützt sich einerseits am Mitnehmer 25 und andererseits an einem am Magnetkern 30 festgelegten Justierstück 33 ab. Die Fluidströmung vom Fluidzulauf 11 zur Zumessöffnung 12 erfolgt über mindestens eine in das Innere des hohlzylindrischen Magnetkerns 30 mündende Schrägbohrung 34 und über im Mitnehmer 25 einerseits und im Anker 23 andererseits eingebrachte Axialbohrungen 35 bzw. 36.

Claims

Ansprüche
1. Ventil zum Zumessen von Fluid, mit einer mit einem Fluidzulauf (11) in
Verbindung stehenden Zumessöffnung (12), mit einer die Zumessöffnung (12) steuernden Ventilnadel (13), die zum Schließen der Zumessöffnung (12) von einer Ventilschließfeder (14) beaufschlagt ist, mit einem zum Freigeben der Zumessöffnung (12) die Ventilnadel (13) gegen die Schließkraft der Ventilschließfeder (14) betätigenden Elektromagneten (15), der bei
Bestromung einen Magnetfluss erzeugt, der über einen Außenpol (21), einen hohlzylindrischen Innenpol (22), einen auf einem auf der Ventilnadel (13) ausgebildeten Ankerführungsbereich (132) verschiebbaren Anker (23) und einen von Anker (23) und Innenpol (22) begrenzten Arbeitsluftspalt (24) verläuft, und mit einem auf der Ventilnadel (13) fest angeordneten
Mitnehmer (25), der in einen im Innenpol (22) ausgebildeten
Mitnehmerführungsbereich (221) axial verschieblich eintaucht und eine radiale Anschlagschulter (251) für den Anker (23) aufweist, die einen gegenüber der axiale Spaltbreite des Arbeitsluftspalts (24) kleineren Freioder Vorhubweg (26) des Ankers (23) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (25) zu einem Zusatz-Innenpol mit einer von der Anschlagschulter (251) gebildeten Polfläche erweitert und hierzu der Mitnehmer (25) magnetisch leitend ausgebildet und ein Magnetfluss zwischen Anker (23) und Ventilnadel (13) mittels eines magnetisch nicht leitenden Werkstoffs unterbunden ist.
2 . Ventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (13) zumindest in ihrem den Ankerführungsbereich (132) aufweisenden
Nadelabschnitt aus einem magnetisch nicht leitenden Werkstoff und der Anker (23) vollständig aus einem magnetisch leitenden Werkstoff besteht.
3. Ventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (13) zumindest in ihrem den Ankerführungsbereich (132) aufweisenden
Nadelabschnitt aus einem magnetisch leitenden Werkstoff besteht und der Anker (23) einen die Ventilnadel (13) umschließenden Innenbereich (231) aus einem magnetisch nicht leitenden Werkstoff und einen den Innenbereich (231) spaltlos umschließenden Außenbereich (232) aus einem magnetisch leitenden Werkstoff aufweist.
Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbereich (231) des Ankers (23) die Form eines geraden Kreiskegelstumpfs mit einer dem Mitnehmer (25) zugekehrten, ringförmigen Deckfläche (231a) und einer vom Mitnehmer (25) abgekehrten, ringförmigen Grundfläche (231 b) aufweist und der den Innenbereich (231) spaltlos umschließende Außenbereich (232) die Form eines zylindrischen Rings mit einer kegelstumpfförmig
verlaufenden Innenringwand aufweist.
Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der
Außendurchmesser der Deckfläche (231 a) des Kreiskegelstumpfs wenig größer ist als der Außendurchmesser der Ventilnadel (13) und der
Außendurchmesser der Grundfläche (231 b) des Kreiskegelstumpfs wenig kleiner ist als der Außendurchmesser des Ankers (23).
Ventil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (23) als Zweikomponenten-Bauteil hergestellt ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenpol (22) von einem in einem Ventilgehäuse (18) festgelegten, hohlzylindrischen Magnetkern (30) und der Außenpol (21) von einem das Ventilgehäuse (18) im Bereich des Magnetkerns (30) umschließenden Magnettopf (31) mit einem magnetischen Rückschluss (32) zum Magnetkern (30) gebildet ist und dass die am Mitnehmer (25) ausgebildete, radiale Anschlagschulter (251) für den Anker (23) eine Schulterbreite aufweist, die sich von der Ventilnadel (13) bis nahe der Innenwand des Magnetkerns (30) erstreckt.
Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Magnetkern (30) die Ventilschließfeder (14) angeordnet ist, die sich einerseits am Mitnehmer (25) und andererseits an einem am Magnetkern (30) festgelegten
Justierstück (33) abstützt.
9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der bis zur Anschlagschulter (251) am Mitnehmer (25) vorhandene Frei- oder Vorhubweg (26) des Ankers (23) durch einen Ankeranschlag (27), der auf der vom Mitnehmer (25) abgekehrten Seite des Ankers (23) auf der
Ventilnadel (13) fest angeordnet ist, und eine Vorhubfeder (28) festgelegt ist, die den Anker (23) an den Ankeranschlag (27) andrückt.
10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Anker (23) ein die Ventilnadel (13) lose umschließender Federteller (29) fest angeordnet ist und die Vorhubfeder (28) sich einerseits am Ankeranschlag (27) und andererseits am Federteller (29) abstützt.
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