Title:
Hermetisch abgedichteter elektromagnetischer Stator
Kind Code:
A1


Abstract:

Eine Statoranordnung, umfassend: einen Stator mit einem Innendurchmesser; eine Mehrzahl an Spulenwindungen, die um den Stator gewickelt sind; und eine Dichtungsplatte, die an der Unterseite des Stators angeordnet ist und den Innendurchmesser des Stators umgibt, wobei die Dichtungsplatte mindestens eine geschweißte Kante zum Bilden einer hermetischen Dichtung entlang des Stators hat. embedded image




Inventors:
Lucas, Michael A., Ind. (Columbus, US)
Rix, David M., Ind. (Columbus, US)
Manring, Edward B., Ind. (Edinburgh, US)
Datar, Yogesh G., Ind. (Columbus, US)
Sullivan, Madeline J., Ind. (Columbus, US)
Application Number:
DE102017130907A
Publication Date:
06/28/2018
Filing Date:
12/21/2017
Assignee:
CUMMINS INC. (Ind., Columbus, US)
International Classes:



Foreign References:
2016624379322016-12-22
Attorney, Agent or Firm:
Prisma IP Patentanwaltskanzlei, 80637, München, DE
Claims:
Statoranordnung, umfassend:
einen Stator mit einem Innendurchmesser;
eine Mehrzahl an Spulenwindungen, die um den Stator gewickelt sind; und
eine Dichtungsplatte, die an der Unterseite des Stators angeordnet ist und mindestens teilweise den Innendurchmesser des Stators umgibt, wobei die Dichtungsplatte mindestens eine geschweißte Kante zum Bilden einer hermetischen Dichtung entlang des Stators hat.

Statoranordnung nach Anspruch 1, wobei die Dichtungsplatte eine Dicke von mindestens 50 µm hat.

Statoranordnung nach Anspruch 1, wobei die Dichtungsplatte eine Dicke von 100 µm hat.

Statoranordnung nach Anspruch 1, wobei die Kante per Laser an den Stator geschweißt ist.

Statoranordnung nach Anspruch 1, des Weiteren einen Anker umfassend, der unter der Unterseite des Stators angeordnet ist, wobei der Anker sich nach oben bewegt, wenn elektrischer Strom durch die Spulenwindungen geschickt wird.

Statoranordnung nach Anspruch 5, des Weiteren einen Zylinderspulenkörper umfassend, der die Mehrzahl der Spulenwindungen umgibt, wobei der Zylinderspulenkörper die Eigenschaften eines Elektromagneten hat, wenn Strom durch die Spulenwindungen geschickt wird, um den Anker anzuziehen.

Statoranordnung nach Anspruch 1, wobei die Dichtungsplatte aus einer magnetischen Legierung gefertigt ist.

Statoranordnung nach Anspruch 1, wobei die Dichtungsplatte aus kohlenstoffarmem Stahl gefertigt ist.

Statoranordnung nach Anspruch 1, wobei die hermetische Dichtung, die durch die mindestens eine geschweißte Kante gebildet wird, dünn genug ist, um eine Kraftlinienstreuung zwischen den magnetischen Polen zu begrenzen.

Statoranordnung, umfassend:
einen Stator;
eine Mehrzahl an Spulenwindungen, die um den Stator gewickelt sind;
einen Zylinderspulenkörper, der die Mehrzahl der Spulenwindungen umgibt; und
eine Dichtungsplatte, die an der Unterseite des Stators angeordnet ist und mindestens teilweise den Innendurchmesser des Stators umgibt, wobei die Dichtungsplatte mindestens eine geschweißte Kante zum Bilden einer hermetischen Dichtung entlang des Stators hat;
wobei die hermetische Dichtung die Mehrzahl der Spulenwindungen innerhalb des Zylinderspulenkörpers abdichtet;
und
wobei die hermetische Dichtung zwischen einer ersten und einer zweiten ferritischen Legierung besteht.

Statoranordnung nach Anspruch 10, wobei die Dichtungsplatte aus kohlenstoffarmem Stahl gefertigt ist.

Statoranordnung nach Anspruch 10, wobei die Dichtungsplatte aus einer magnetischen Legierung gefertigt ist.

Statoranordnung nach Anspruch 10, wobei die hermetische Dichtung, die durch die mindestens eine geschweißte Kante gebildet wird, dünn genug ist, um die Kraftlinienstreuung zwischen den magnetischen Polen zu begrenzen.

Statoranordnung nach Anspruch 13, wobei die Dichtungsplatte eine Dicke von mindestens 50 µm hat.

Statoranordnung nach Anspruch 14, wobei die Dichtungsplatte eine Dicke von 100 µm hat.

Statoranordnung nach Anspruch 15, wobei die Kante per Laser an den Stator geschweißt ist.

Verfahren zum Zusammenbau einer Statoranordnung, beinhaltend:
Bereitstellen eines Stators, wobei der Stator beinhaltet:
eine Mehrzahl an Spulenwindungen, die um den Stator gewickelt sind; und
eine Dichtungsplatte, die an der Unterseite des Stators angeordnet ist und mindestens teilweise einen Innendurchmesser des Stators umgibt, und
Schweißen von mindestens einer Kante der Dichtungsplatte an den Stator um eine hermetische Dichtung entlang des Stators zu bilden, wobei die Dichtungsplatte eine Dicke von mindestens 50 µm hat und die hermetische Dichtung, die durch die mindestens eine geschweißte Kante gebildet wird, dünn genug ist, um die Kraftlinienstreuung zwischen den magnetischen Polen zu begrenzen.

Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Dichtungsplatte eine Dicke von 100 µm hat.

Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Kante per Laser an den Stator geschweißt wird.

Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Dichtungsplatte aus einer magnetischen Legierung gefertigt wird.

Description:
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN

Diese Anmeldung beansprucht gemäß Artikel 35, U.S.C. § 119(e) die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Anmeldenr. 62/437,932, welche am 22. Dezember 2016 eingereicht wurde und den Titel „HERMETICALLY SEALED ELECTROMAGNETIC STATOR“ („Hermetisch abgedichteter elektromagnetischer Stator“) trägt, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme ausdrücklich aufgenommen ist.

GEBIET DER OFFENBARUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektromagnetische Statoren und insbesondere einen hermetisch abgedichteten elektromagnetischen Stator.

HINTERGRUND DER OFFENBARUNG

Elektromagnetische Statoren können mit Kraftstoff-Einspritzungen verwendet werden, um Kraftstoff in die Zylinder eines Verbrennungsmotors einzuführen. Wenn ein Kraftstoff / eine Kraftstoffquelle elektrisch leitend ist (z.B. Ethanol oder ED95), kann Fluid sowohl gasförmig als auch in flüssiger Form im Innern einer vergossenen oder geformten Statoranordnung vorliegen und einen elektrisch leitfähigen Pfad bilden von den Spulendrähten des Stators zu äußeren Metallteilen des Stators. Obwohl die Drähte mit einem elektrisch isolierenden Film beschichtet sind, können Risse im Film zu direkten elektrischen Verbindungen führen, mit der Folge eines elektrischen Kurzschlusses. Zudem kann, selbst wenn der isolierende Film intakt ist, durch einen dielektrischen Durchschlag ein Versagen der Hochspannung auftreten, wodurch ein Schaltungsfehler in einem elektrischen Kontrollmodul ausgelöst wird, der zu einem Abschalten der von dem Hochspannungsversagen oder direkten Kurzschluss betroffenen Einspritzbank führen könnte. Ein elektrischer Kurzschluss des Stators/der Kraftstoffeinspritzung kann auch die Lebensdauer des Stators/der Kraftstoffeinspritzung verringern. Daher ist ein Aspekt von Kraftstoffzuführungssystemen, der im Fokus von Designern stand, die Notwendigkeit, alternative Stator-Designs herzustellen, die das Auftreten eines elektrischen Kurzschlusses verringern oder verhindern, bei gleichzeitigem Erhalt der ordnungsgemäßen Funktionalität.

ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG

Die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Offenbarung können erreicht werden durch Anbringen einer dünnen Dichtungsplatte um einen elektromagnetischen Stator hermetisch abzudichten. In einer Ausführungsform der Offenbarung umfasst die Statoranordnung: einen Stator mit einem Innendurchmesser; eine Mehrzahl an Spulen/Spulenwindungen, die um den Stator gewickelt sind; und eine Dichtungsplatte, die an der Unterseite des Stators angeordnet ist und den Innendurchmesser des Stators abdeckt, wobei die Dichtungsplatte mindestens eine geschweißte Kante zum Bilden einer hermetischen Dichtung entlang des Stators hat.

Gemäß einer Ausführungsform ist eine Statoranordnung vorgesehen. Die Statoranordnung umfasst: einen Stator mit einem Innendurchmesser; eine Mehrzahl an Spulenwindungen, die um den Stator gewickelt sind; und eine Dichtungsplatte, die an der Unterseite des Stators angeordnet ist und zumindest teilweise den Innendurchmesser des Stators umgibt, wobei die Dichtungsplatte mindestens eine geschweißte Kante zum Bilden einer hermetischen Dichtung entlang des Stators hat. In einer weiteren Ausführungsform hat die Dichtungsplatte eine Dicke von mindestens 50 µm. In einer weiteren Ausführungsform hat die Dichtungsplatte eine Dicke von 100 µm. In einer weiteren Ausführungsform ist die Kante per Laser an den Stator geschweißt. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Statoranordnung zusätzlich einen Anker, der unter der Unterseite des Stators angeordnet ist, wobei der Anker sich nach oben bewegt, wenn ein elektrischer Strom durch die Spulenwindungen geschickt wird. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Statoranordnung zusätzlich einen Zylinderspulenkörper (/eine Zylinderspule, englisch: solenoid), der die Mehrzahl der Spulenwindungen umgibt und die Eigenschaften eines Elektromagneten hat, wenn ein Strom durch die Spulenwindungen geschickt wird, um den Anker anzuziehen. In einer weiteren Ausführungsform ist die Dichtungsplatte aus einer magnetischen Legierung gefertigt. In wiederum einer weiteren Ausführungsform ist die Dichtungsplatte aus kohlenstoffarmem Stahl gefertigt. In einer weiteren Ausführungsform ist die hermetische Dichtung, die durch die mindestens eine geschweißte Kante gebildet wird, dünn genug, um Kraftlinienstreuung zwischen Magnetpolen zu begrenzen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Statoranordnung vorgesehen. Die Statoranordnung umfasst: einen Stator; eine Mehrzahl an Spulenwindungen, die um den Stator gewickelt sind; einen Zylinderspulenkörper, der die Mehrzahl der Spulenwindungen umgibt; und eine Dichtungsplatte, die an der Unterseite des Stators angeordnet ist und zumindest teilweise den Innendurchmesser des Stators umgibt, wobei die Dichtungsplatte mindestens eine geschweißte Kante zum Bilden einer hermetischen Dichtung entlang des Stators hat; wobei die hermetische Dichtung die Mehrzahl der Spulenwindungen innerhalb des Zylinderspulenkörpers abdichtet; und wobei sich die hermetische Dichtung zwischen einer ersten und einer zweiten ferritischen Legierung befindet. In einer weiteren Ausführungsform ist die Dichtungsplatte aus kohlenstoffarmem Stahl gefertigt. In einer weiteren Ausführungsform ist die Dichtungsplatte aus einer magnetischen Legierung gefertigt. In einer weiteren Ausführungsform ist die hermetische Dichtung, die durch die mindestens eine geschweißte Kante gebildet wird, dünn genug, um Kraftlinienstreuung zwischen Magnetpolen zu begrenzen. In einer weiteren Ausführungsform hat die Dichtungsplatte eine Dicke von mindestens 50 µm. In einer weiteren Ausführungsform hat die Dichtungsplatte eine Dicke von 100 µm. In einer weiteren Ausführungsform ist die Kante per Laser an den Stator geschweißt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zum Zusammenbau einer Statoranordnung vorgesehen. Das Verfahren zum Zusammenbau einer Statoranordnung umfasst: Bereitstellen eines Stators, wobei der Stator umfasst: Eine Mehrzahl an Spulenwindungen, die um den Stator gewickelt sind; und eine Dichtungsplatte, die an der Unterseite des Stators angeordnet ist und zumindest teilweise einen Innendurchmesser des Stators umgibt, und Schweißen von mindestens einer Kante der Dichtungsplatte an die Statoranordnung zum Bilden einer hermetischen Dichtung entlang des Stators, wobei die Dichtungsplatte eine Dicke von mindestens 50 µm hat und die hermetische Dichtung, die durch die mindestens eine geschweißte Kante gebildet wird, dünn genug ist, um Kraftlinienstreuung zwischen Magnetpolen zu begrenzen. In einer weiteren Ausführungsform hat die Dichtungsplatte eine Dicke von 100 µm. In einer weiteren Ausführungsform ist die Kante per Laser an den Stator geschweißt. In einer weiteren Ausführungsform ist die Dichtungsplatte aus einer magnetischen Legierung gefertigt.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann ersichtlich werden bei Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsform, die beispielhaft die beste Art zeigt, die Erfindung, wie sie aktuell wahrgenommen wird, umzusetzen.

Figurenliste

Die vorhergehenden Aspekte und viele der beabsichtigten Vorteile dieser Erfindung werden deutlicher ersichtlich, wenn diese durch Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, besser verstanden werden.

  • 1 ist eine Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Stators in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung;
  • 2 ist eine Perspektivansicht des unteren Teils des elektromagnetischen Stators aus 1;
  • 3 ist eine vordere Perspektivansicht eines Statordeckels gemäß der vorliegenden Offenbarung;
  • 4 ist eine Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Stators gemäß der vorliegenden Offenbarung;
  • 5 ist eine Zeichnung, die die magnetische Kraftlinienstreuung des elektromagnetischen Stators veranschaulicht;
  • 6 ist ein Diagramm, das die Kraft-Charakteristik des elektromagnetischen Stators aus 5 veranschaulicht im Verhältnis zur Dicke der Dichtungsplatte des elektromagnetischen Stators; und
  • 7 ist ein Diagramm, das die verzögerte Kraft, Strom und Auslenkung des Stators aus 1 veranschaulicht, basierend auf der Dicke der für den elektromagnetischen Stator verwendeten Dichtungsplatte.

Übereinstimmende Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten bezeichnen stets dieselben Teile. Obwohl die Zeichnungen Ausführungsformen verschiedener Merkmale und Komponenten gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellen, sind die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgerecht und gewisse Merkmale können übertrieben dargestellt sein, um die vorliegende Offenbarung besser zu veranschaulichen und zu erklären. Die hier dargelegten erläuternden Beispiele veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und solche erläuternden Beispiele sollen in keiner Weise als den Umfang der Erfindung einschränkend aufgefasst werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Um ein Verständnis der Grundlagen der Erfindung zu fördern, wird nun Bezug genommen auf die in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsformen, die unten beschrieben werden. Es ist nicht beabsichtigt, dass die unten offenbarten Ausführungsformen erschöpfend sind oder die Erfindung auf die genaue Form einschränken, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung offenbart wird. Vielmehr sind die Ausführungsformen so gewählt und beschrieben, dass ihre Lehre für andere Fachleute nutzbar ist. Es versteht sich, dass damit keine Beschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist. Die Erfindung beinhaltet jegliche Änderungen und weiteren Modifikationen der veranschaulichenden Vorrichtungen, beschriebenen Verfahren und weiteren Anwendungen der Grundlagen der Erfindung, die normalerweise einem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung einfallen würden.

Mit Bezug auf die 1-4 ist eine elektromagnetische Statoranordnung 10 dargestellt. Die elektromagnetische Statoranordnung 10 umfasst eine Mehrzahl an Spulenwindungen 16 und eine Vergussmasse 36 in einem Zwischenraum 37 zwischen den Spulenwindungen 16 und einem Statorkern 38. Die Statoranordnung 10 umfasst des Weiteren eine Bohrung 17, die für die Aufnahme eines Kolbens (nicht dargestellt) zur Führung eines Ankers 20 ausgelegt ist. In der veranschaulichten Ausführungsform können die Spulenwindungen 16 aus Kupfer gefertigt sein. Es wird jedoch erwogen, dass in anderen, alternativen Ausführungsformen andere geeignete elektrisch leitende Materialien verwendet werden könnten. In der veranschaulichten Ausführungsform kann die Vergussmasse 36 aus thermisch aushärtendem Epoxid oder thermoplastischen Materialien sein. Es wird jedoch erwogen, dass in anderen, alternativen Ausführungsformen andere geeignete Materialien verwendet werden könnten, wie auf Epoxy-Novolak basierende Duroplaste, die hohe Glasübergangstemperaturen haben.

Die Statoranordnung 10 ist über einem Anker 20 (4) angeordnet, so dass eine Hublücke 45 besteht zwischen der Statoranordnung 10 und dem Anker 20. 4 zeigt eine Statoranordnung 10 mit einem Innendurchmesser 34 und keiner Hublücke. Der Innendurchmesser 34 kann bis zu 5,25 mm, 5,35 mm, 5,37 mm klein sein, oder bis zu 5,4 mm, 5,45 mm, 5,5 mm groß sein, oder innerhalb eines beliebigen Bereichs liegen, der dazwischen definiert ist, wie beispielsweise 5,35 mm bis 5,45 mm. Der Anker 20 hat einen Außendurchmesser 30, der eine Auftreffzone des Ankers definiert. Der Außendurchmesser 30 kann bis zu 6 mm, 6,175 mm, 6,225 mm klein sein oder bis zu 6,275 mm, 6,325 mm, 6,5 mm groß sein, oder innerhalb eines beliebigen Bereichs liegen, der dazwischen definiert ist, wie beispielsweise 6,175 mm bis 6,375 mm.

Wie in den 2 und 3 dargestellt, beinhaltet die Statoranordnung 10 eine Dichtungsplatte 22. Die Dichtungsplatte 22 ist mit der Unterseite 33 (4) der Statoranordnung 10 verbunden und umgibt den Innendurchmesser 34 (4) der Statoranordnung 10. Die Dichtungsplatte 22 hat einen geschweißten Innendurchmesser / Schweißungsinnendurchmesser 32, der bis zu 7,325 mm, 7,425 mm, 7,525 mm klein oder bis zu 7,625 mm, 7,725 mm, 7,825 mm groß sein kann, oder der innerhalb eines beliebigen Bereichs liegen kann, der zwischen irgendwelchen der obigen Werte definiert ist, wie beispielsweise 7,325 mm bis 7,825 mm. Des Weiteren beinhaltet die Dichtungsplatte 22 geschweißte Kanten 26, 27, 28, und 29. Die Kanten 26, 27, 28, und 29 sind per Laser an die Statoranordnung 10 geschweißt, so dass die Dichtungsplatte 22 eine hermetische Dichtung an der Statoranordnung 10 bildet. In alternativen Ausführungsformen kann Kondensatorentladungsschweißen genutzt werden, um die Kanten 26, 27, 28, 29 zu schweißen. In der dargestellten Ausführungsform ist die Dichtungsplatte 22 an einen Zylinderspulenkörper (Solenoid) 46 geschweißt, um eine hermetische Dichtung zu bilden, die dazu dient, die Spulenwindungen 16 innerhalb des Zylinderspulenkörpers 46 abzudichten, wobei die elektromagnetische Funktion der Statoranordnung 10 erhalten bleibt.

Das Schweißen der Kanten 26-29 per Laser an die Statoranordnung 10 erzeugt eine hermetische Dichtung an einer Fläche / Stirnfläche der Statoranordnung 10, wobei eine minimale, zum Erreichen eines gewünschten Dichtungseffekts notwendige Anzahl an Teilen verwendet wird. Alternative Dichtungsmethoden (z.B. ein O-Ring und ein Druckstutzen) könnten verwendet werden, um die Dichtung zu bilden; solche alternativen Dichtungsmethoden erfordern jedoch zusätzliche Teile oder Komponenten und mehr Platz (d.h., diese Methoden sind teurer und weniger effizient in ihrer Raumnutzung). Zudem kann die Gesamtgröße der Statoranordnung 10 vergrößert werden, indem eine hermetische Dichtung an einer Seite/Stirnseite der Statoranordnung 10 gebildet wird, statt innerhalb eines Verbindungsstücks.

Die durch die Dichtungsplatte 22 und die entsprechenden lasergeschweißten Kanten 26-29 gebildete hermetische Dichtung verhindert den Eintritt von Kraftstoff in das Innere der Statoranordnung 10. In der dargestellten Ausführungsform ist die Dichtungsplatte 22 aus kohlenstoffarmem Stahl gefertigt. Es wird jedoch erwogen, dass die Dichtungsplatte 22 in alternativen Ausführungsformen aus einer ferritischen Legierung gefertigt ist. Wie oben erwähnt, dient die hermetische Dichtung dazu, die Spulenwindungen 16 innerhalb des Zylinderspulenkörpers 46 abzudichten, wobei die elektromagnetische Funktion der Statoranordnung 10 erhalten bleibt. In einer Ausführungsform beinhaltet die hermetische Dichtung zwischen der Statoranordnung 10 und der Dichtungsplatte 22 eine Dichtung zwischen zwei ferritischen Legierungen. In einer Ausführungsform bestehen die ferritischen Legierungen aus derselben Legierung. In einer alternativen Ausführungsform bestehen die ferritischen Legierungen aus verschiedenen Legierungen. Es wird jedoch erwogen, dass in alternativen Ausführungsformen andere geeignete Materialien verwendet werden könnten, wie z.B. nichtaustenitischer rostfreier Stahl oder andere geeignete magnetische Materialien. Die magnetische Natur des Materials der Dichtungsplatte verringert die Reluktanz zwischen Statorpolen 19 und dem Anker 20, verglichen mit einer nichtmagnetischen Dichtungsplatte, und erhöht dadurch die mit der Statoranordnung 10 erreichbare Kraft.

Wie unten aufgeführt, beeinflusst die Dicke der Dichtungsplatte 22 die Kraftlinienstreuung zwischen den Statorpolen 19 der Statoranordnung 10. In manchen Ausführungsformen kann die Dicke der Dichtungsplatte 22 bis zu 50 µm klein oder 500 µm groß oder größer sein. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Dicke der Dichtungsplatte 22100 µm.

Während des Betriebs der Statoranordnung 10 werden die Spulenwindungen 10 von Strom durchflossen. Wenn die Spulenwindungen 10 von Strom durchflossen werden, wirkt der Zylinderspulenkörper 46 als ein Elektromagnet, der bewirkt, dass sich der Anker 20 nach oben bewegt durch die magnetische Anziehung zur Zylinderspulenkörper 46. Während sich der Anker 20 nach oben bewegt, gerät ein Kontaktteil 21 des Ankers 20 in Kontakt mit der Unterseite 33 der Statoranordnung 10 in einem Kontaktbereich 12 und öffnet das Pilotventil der Einspritzdüse. Wenn umgekehrt die Spulenwindungen 16 nicht stromdurchflossen sind, ziehen sich der Zylinderspulenkörper 46 und der Anker 20 nicht mehr magnetisch an und der Anker 20 bewegt sich von der Statoranordnung 10 nach unten und löst sich von der Statoranordnung 10.

Die Gegenwart der Dichtungsplatte 22 und die entsprechenden lasergeschweißten Kanten 26, 27, 28 und 29 bietet einige vorteilhafte Eigenschaften. Ein Merkmal ist, dass die hermetische Dichtung, die durch die Dichtungsplatte gebildet wird, elektrisch leitfähigen Kraftstoff (z.B. Ethanol oder ED95) daran hindert, in die elektromagnetische Statoranordnung 10 einzudringen. Elektrisch leitfähiger Kraftstoff, der in die Statoranordnung 10 eindringt, kann einen elektrischen Pfad bilden von den Spulenwindungen 16 zu anderen Stahlteilen der Statoranordnung 10 und dadurch die Windungen 16 oder Anschlüsse/Endstellen 18 zur Masse kurzschließen. Zudem könnte Kraftstoff oder Dampf, der in die Statoranordnung 10 eindringt, durch die Vergussmasse 36 absorbiert werden, so dass die Vergussmasse 36 anschwillt, einen Luftspalt 44 füllt und den Anker 20 berührt, was zu einer eingeschränkten vertikalen Bewegung des Ankers 20 während des Betriebs führt. In anderen Worten, durch das hermetische Abdichten der Statoranordnung 10 gegenüber Kraftstoff oder Kraftstoffdämpfen bleibt der Luftspalt 44 intakt und der Anker 20 kann sich vertikal bewegen und ordnungsgemäß funktionieren.

5 zeigt ein Diagramm des magnetischen Flusses für die Statoranordnung 10 mit der Dichtungsplatte 22 mit einer Dicke von 100 µm. Wie in 5 gezeigt, sättigt mit der Dichtungsplatte 22 der magnetische Fluss in einem Bereich 40 und die Kraftlinienstreuung zwischen den Statorpolen 19 der Statoranordnung 10 ist begrenzt. Eine dickere Platte erhöht die magnetische Kraftlinienstreuung und führt zu einer Abnahme der Ankerkraft, wie hierin weiter diskutiert mit Bezug auf 6. Umgekehrt reduziert eine dünnere Dichtungsplatte die magnetische Kraftlinienstreuung; eine zu dünne Dichtungsplatte könnte jedoch strukturell versagen während des Betriebs der Statoranordnung 10.

Die magnetische Kraftlinienstreuung wird maximal begrenzt, wenn eine nichtmagnetische Platte verwendet wird; die magnetische Kraft auf den Anker 20 würde in einem solchen Fall jedoch signifikant verringert werden, was zu einer effektiven Vergrößerung des Luftspalts zwischen dem Anker 20 und der Statoranordnung 10 um die Dicke der Dichtungsplatte 22 führen würde.

6 zeigt einen Graphen, der die auf den Anker 20 wirkende Kraft in Beziehung setzt zur Dicke der Dichtungsplatte, die in der hermetisch abgedichteten Statoranordnung 10 verwendet wird. Wie in 6 ersichtlich, nimmt die auf den Anker 20 wirkende Kraft mit zunehmender Dicke der Dichtungsplatte ab aufgrund zunehmender Kraftlinienstreuung zwischen den Statorpolen 19 (mindestens in 1 dargestellt).

7 zeigt eine Verlaufsanalyse zur Statoranordnung 10 und des Ankers 20. Dargestellt sind die durch den Anker 20 wirkende Kraft und die Auslenkung des Ankers 20 über der Einschaltdauer des Stromes für verschiedene Dicken der Dichtungsplatte. Die in 7 dargestellten Daten repräsentieren Statoranordnungen, die eine vorgespannte Feder (nicht dargestellt) beinhalten, die 500 bar ausübt auf eine Rückschlagkugel (nicht dargestellt) der Kraftstoff-Einspritzung wie in Kurve 102 dargestellt, und einen durch die Spulenwindungen 16 fließenden Strom wie in Kurve 101 dargestellt. Für die Auslenkung des Ankers entsprechen die Kurven 100, 200, 300, 400, 500 und 600: einer Basislinie ohne Dichtungsplatte, der Verwendung einer 10 µm dicken Dichtungsplatte 22, der Verwendung einer 25 µm dicken Dichtungsplatte 22, der Verwendung einer 50 µm dicken Dichtungsplatte 22, der Verwendung einer 100 µm dicken Dichtungsplatte 22, bzw. der Verwendung einer 200 µm dicken Dichtungsplatte 22. Wie ersichtlich ist, tritt eine größere Zeitverzögerung auf bei der Auslenkung des Ankers 20 um eine bestimmte Strecke, wenn die Dicke der Metallplatte vergrößert wird. Für eine 100 µm dicke Dichtungsplatte 22 ergibt sich eine Zeitverzögerung von 100 µs bei der Auslenkung des Ankers 20.

Für die durch den Anker 20 wirkende Kraft entsprechen die Kurven 100', 200', 300', 400', 500' und 600' einer Basislinie ohne Dichtungsplatte, der Verwendung einer 10 µm dicken Dichtungsplatte 22, der Verwendung einer 25 µm dicken Dichtungsplatte 22, der Verwendung einer 50 µm dicken Dichtungsplatte 22, der Verwendung einer 100 µm dicken Dichtungsplatte 22, bzw. der Verwendung einer 200 µm dicken Dichtungsplatte 22. Wie durch die Daten in 7 dargestellt, tritt eine größere Zeitverzögerung auf bei der Ausübung der Maximalkraft durch den Anker 20 in der Statoranordnung 10, wenn die Dicke der Dichtungsplatte 22 zunimmt. Zudem tritt eine reduzierte durch den Anker 20 ausgeübte Maximalkraft auf, wenn die Dicke der Dichtungsplatte 22 zunimmt, wie in 7 dargestellt. Für eine 100 µm dicke Dichtungsplatte 22 ergibt sich eine Zeitverzögerung von 100 µs für die Ausübung der Maximalkraft durch den Anker 20.

Die Zeitverzögerung für die Auslenkung des Ankers und die durch den Anker 20 ausgeübte Maximalkraft, zusätzlich zu der Zeitverzögerung für die reduzierte Maximalkraft des Ankers 20 treten auf wegen der erhöhten Kraftlinienstreuung zwischen den Polen 19 der Statoranordnung 10 bei zunehmender Dicke der Dichtungsplatte 22. Zudem leiten dickere Dichtungsplatten 22 Wirbelströme besser, welche entgegenwirkende Veränderungen des Flusses und der Kraft zur Folge haben.

Während diese Erfindung als von beispielhafter Gestalt beschrieben wurde, könnte die vorliegende Erfindung weiter modifiziert werden im Geiste und Rahmen dieser Offenbarung. Diese Anmeldung soll daher jegliche Variationen, Verwendungen oder Adaptierungen der Erfindung anhand ihrer generellen Prinzipien abdecken. Des Weiteren soll diese Anmeldung solche Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung abdecken, welche sich aus bekannten oder üblichen Methoden des Fachgebietes ergeben, zu dem diese Erfindung gehört.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • US 62/437932 [0001]