DE102008040670A1

DE102008040670A1 - Elektromagnetische Stellvorrichtung

Info

Publication number: DE102008040670A1
Application number: DE200810040670
Authority: DE
Inventors: Reiner Keller; Michael Pantke
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-01-28
Also published as: WO2010010037A1

Abstract

Elektromagnetische Stellvorrichtung, beispielsweise für automatisierte Schaltgetriebe in Kraftfahrzeugen, mit einem Elektromagneten (1) und einem beweglichen Anker (2), wobei der Elektromagnet (1) als doppelspuliger Umkehrhubelektromagnet ausgebildet ist und der Anker (2) durch Erregung jeweils einer Magnetspule (3, 3') in entgegengesetzte Extremstellungen bewegbar ist, am Anker (2) ein eine Mittelstellung zwischen den beiden Extremstellungen definierendes Rastelement (4) angeordnet ist, und ein steuerbares Verriegelungselement (5) mit dem Rastelement (4) in der Mittelstellung verriegelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung, beispielsweise für automatisierte Schaltgetriebe in Kraftfahrzeugen mit einem Elektromagneten und einem beweglichen Anker.
In automatisierten Schaltgetrieben werden Aktuatoren mit verschiedenen Betätigungsprinzipien verwendet, um Schalt- und Wählpositionen zu erreichen. Eine Vorrichtung zur Betätigung eines Kraftfahrzeugschaltgetriebes, das eine H-Schaltung aufweist, ist beispielsweise aus der DE 199 44 601 A1 bekannt und umfasst eine Antriebseinrichtung, die in Antriebsverbindung mit einer die Schaltbewegung ausführenden Übertragungseinrichtung verbunden ist, wobei eine Schaltauslöseeinheit zum Betätigen der Antriebseinrichtung und ein Schaltcomputer, der mit der Antriebseinheit und der Schaltauslöseeinheit verbunden ist, vorgesehen sind. Die Antriebseinrichtung umfasst zwei Kolben-Zylinder-Einheiten, die mit einem Druckfluid, insbesondere Druckluft, beaufschlagbar und, durch den Schaltcomputer gesteuert, in drei Bewegungsstellungen einstellbar sind.
Eine weitere Stellanordnung für ein automatisiertes Getriebe ist in der DE 199 45 805 A1 beschrieben, bei der die Wähl- und Schaltbetätigung des Getriebes mittels jeweils eines Elektromotors erfolgt, die Stellorgane zur Auswahl einer bestimmten Wählposition sowie zum Ein- und Auslegen des gewünschten Ganges aufgrund von Befehlen eines Steuerungscomputers betätigen. Von besonderer Bedeutung bei derartigen Stellanordnungen ist, dass die genutzten Aktuatoren die gewünschte Wähl- bzw. Schaltposition exakt einnehmen und bis zum nächsten Schalt- oder Wählbefehl auch sicher beibehalten.
Aus der DE 201 00 950 U1 ist schließlich eine elektromagnetische Stellvorrichtung der eingangs erwähnten Art bekannt, deren beweglicher Anker bei Erregung einer Magnetspule angezogen wird und ein hydraulisches oder pneumatisches Steuerventil öffnet und bei Unterbrechung der Stromzufuhr zur Magnetspule durch Federdruck in die Schließstellung des Ventils bewegt wird. Diese bekannte elektromagnetische Stellvorrichtung ist daher als Aktuator zur Betätigung einer Vorrichtung in einem Getriebe, das drei definierte Stellungen aufweisen soll, beispielsweise eine Stellung zum Einlegen eines ersten Ganges, eine Neutralstellung und eine Stellung zum Einlegen eines zweiten Ganges, nicht geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit drei exakt definierten Schaltstellungen zu schaffen.
Gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs betrifft die Erfindung daher eine elektromagnetische Stellvorrichtung, beispielsweise für automatisierte Schaltgetriebe in Kraftfahrzeugen, mit einem Elektromagneten und einem beweglichen Anker. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass der Elektromagnet als doppelspuliger Umkehrhubelektromagnet ausgebildet und der Anker durch Erregung jeweils einer Spule in entgegengesetzte Extremstellungen bewegbar ist, am Anker oder einem damit verbundenen Fortsatz ein eine Mittelstellung zwischen den beiden Extremstellungen definierendes Rastelement angeordnet ist und ein steuerbares Verriegelungselement mit dem Rastelement in der Mittelstellung verriegelbar ist.
Während bei dieser ersten Ausführungsform die Extremstellungen durch entsprechende Erregung jeweils einer Spule erreicht werden und der Anker in diesen Extremstellungen durch Dauererregung der jeweiligen Spule gehalten wird, ist die Mittelstellung mechanisch durch das Rastelement und das darin eingreifende Verriegelungselement eindeutig und formschlüssig definiert, wobei sich diese Mittelstellung zunächst dadurch ansteuern lässt, dass beide Spulen gleichzeitig und gleich stark erregt werden, so dass der Anker die Mittelstellung einnimmt, woraufhin das Verriegelungselement angesteuert und mit dem Rastelement verriegelt wird. Ebenso ist es möglich, den Anker durch Federkraft in die Mittelstellung nach Unterbrechung der Erregung der jeweiligen Spule in die Mittelstellung zu bewegen und dann die Verriegelung in dieser Mittelstellung, beispielsweise auch federbelastet, vorzunehmen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Rastelement auch die beiden Extremstellungen definieren und das Verriegelungselement auch in den Extremstellungen mit dem Rastelement verriegelbar sein. In diesem Fall kann die Erregung der jeweiligen Spule nach Erreichen der jeweiligen Extremstellung und Verriegelung ausgeschaltet werden.
Das Rastelement kann in einfachster Weise aus im Anker angeordneten Rastausnehmungen bestehen, wobei ein senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ankers beweglicher Stößel das Verriegelungselement bildet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Rastelement aus in dem mit dem Anker verbundenen Fortsatz angeordneten Rastausnehmungen bestehen, und ein senkrecht zur Bewegungsrichtung des Fortsatzes beweglicher Stößel bildet wiederum das Verriegelungselement.
Wenn sich eine Betätigungsvorrichtung für den senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ankers beweglichen Stößel aus Platzgründen nicht in Bewegungsrichtung des Stößels anordnen lässt, kann diese Betätigungsvorrichtung für den Stößel auch parallel zur Bewegungsrichtung des Ankers am Elektromagneten angeordnet sein. Sie wirkt dann über eine Umlenkmechanik auf den Stößel.
Die Erfindung wird nachstehend anhand dreier schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stellvorrichtung schematisch im Schnitt,
2 eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß 1, und
3 eine weitere Ausführungsform der elektromagnetischen Stellvorrichtung schematisch im Schnitt.
Die elektromagnetischen Stellvorrichtungen gemäß den 1 bis 3 sind beispielhaft für automatisierte Schaltgetriebe in einem Kraftfahrzeug bestimmt. Die Stellvorrichtung gemäß 1 umfasst einen Elektromagneten 1 und einen linear beweglichen Anker 2, wobei der Elektromagnet 1 als doppelspuliger Umkehrhubelektromagnet ausgebildet und der Anker 2 durch Erregung jeweils einer der beiden Magnetspulen 3, 3' in axial entgegengesetzte Extremstellungen bewegbar ist. Der Anker 2 kann in diesen Extremstellungen durch eine Dauererregung der jeweiligen Spule 3, 3' gehalten werden, jedoch sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel am Anker 2 Rastausnehmungen 10, 10' angeordnet, welche die beiden Extremstellungen definieren und in die ein Stößel 5 als Verriegelungselement in den jeweiligen Extremstellungen einrasten kann.
Eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung für diesen Stößel 5 besteht aus einem mit dem Stößel 5 verbundenen Anker 8, der in einer Spule 7 gegen die Kraft einer Feder 9 quer zur Bewegungsrichtung des Ankers 2 beweglich ist.
Eine Mittelstellung des Ankers 2 wird durch eine mittlere Rastausnehmung 4 im Anker 2 definiert, in die der Stößel 5 gemäß 1 eingreift und so den Anker 2 und einen damit verbundenen Betätigungsstößel 6 in der Mittelstellung verriegelt.
Die erfindungsgemäße elektromagnetische Stellvorrichtung weist somit drei definierte, formschlüssig verriegelbare Stellungen auf, wobei die durch die Rastausnehmungen 10, 10' definierten Extremstellungen beispielsweise dem Einrücken eines ersten oder zweiten Ganges in einem Getriebe entsprechen, während die durch die Rastausnehmung 4 definierte Mittelstellung der Neutralstellung zwischen dem ersten und zweiten Gang entspricht.
Mittels des Betätigungsstößels 6 lässt sich beispielsweise ein Hydraulik- oder Pneumatikwegeventil ansteuern, über das Kolben-Zylinder-Einheiten für den Gangwechsel und für die Neutralstellung angesteuert werden. Bei geeigneter Dimensionierung ist es jedoch auch möglich, den Gangwechsel und die Neutralstellung direkt durch die erfindungsgemäße elektromagnetische Stellvorrichtung zu bewirken.
Reicht der Platz im Getriebe nicht aus, die aus der Spule 9, dem Anker 8 und der Feder 9 bestehende Betätigungsvorrichtung für den Stößel 5 senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ankers 2 am Elektromagneten 1 anzuordnen, so ist es gemäß 2 möglich, den Stößel 5 mit einer Umlenkmechanik 11, beispielsweise einem Winkelhebel zu verbinden, so dass sich die Spule 7, der Anker 8 mit der Feder 9 und einem mit dem Anker 8 und der Umlenkmechanik 11 verbundenen Stößel 12 parallel zur Bewegungsrichtung des Ankers 2 anordnen lässt.
Die Ausführungsform gemäß 3 unterscheidet sich von denen gemäß den 1 und 2 dadurch, dass ein Fortsatz 13 am Betätigungsstößel 6 außerhalb des Elektromagneten 1 angeordnet ist, der mit den Rastausnehmungen 4 und 10, 10' versehen ist, wobei die drei möglichen Stellungen des Ankers 14 wiederum durch die Rastausnehmungen 4, 10, 10' definiert sind, in die der Stößel 5 der aus der Spule 7, dem Anker 8 und der Feder 9 bestehenden Betätigungsvorrichtung eingreift.
Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen wird der Stößel 5 durch die Feder 9 in die Verriegelungsstellung bewegt, jedoch ist es selbstverständlich auch möglich, diese Anordnung umzukehren oder statt nur einer Spule 7 einen doppelspuligen Umkehrhubelektromagneten vorzusehen, so dass auf die Feder 9 verzichtet werden kann.
Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass die elektromagnetische Stellvorrichtung drei definierte Schaltstellungen aufweist, wovon zumindest die Mittelstellung durch eine Verriegelung formschlüssig festgelegt wird.

1: Elektromagnet
2: Anker
3: Magnetspule
3': Magnetspule
4: Rastelement, Rastausnehmung
5: Verriegelungselement, Stößel
6: Betätigungsstößel
7: Spule
8: Anker
9: Feder
10: Rastausnehmung
10': Rastausnehmung
11: Umlenkmechanik
12: Stößel
13: Fortsatz
14: Anker

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19944601 A1 [0002]
- DE 19945805 A1 [0003]
- DE 20100950 U1 [0004]

Claims

Elektromagnetische Stellvorrichtung, beispielsweise für automatisierte Schaltgetriebe in Kraftfahrzeugen, mit einem Elektromagneten (1) und einem beweglichen Anker (2, 14), dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (1) als doppelspuliger Umkehrhubelektromagnet ausgebildet ist und der Anker (2, 14) durch Erregung jeweils einer Magnetspule (3, 3') in entgegengesetzte Extremstellungen bewegbar ist, am Anker (2, 14) oder einem damit verbundenen Fortsatz (13) ein eine Mittelstellung zwischen den beiden Extremstellungen definierendes Rastelement (4) angeordnet ist, und ein steuerbares Verriegelungselement (5) mit dem Rastelement (4) in der Mittelstellung verriegelbar ist.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement (4) auch die beiden Extremstellungen definiert und das Verriegelungselement (5) auch in den Extremstellungen mit dem Rastelement (4) verriegelbar ist.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (5) durch einen Elektromagneten (7, 8) betätigt wird.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement (4) aus im Anker (2) angeordneten Rastausnehmungen (4, 10, 10') besteht und ein senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ankers (2) beweglicher Stößel (5) das Verriegelungselement bildet.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement aus in dem mit dem Anker (14) verbundenen Fortsatz (13) angeordneten Rastausnehmungen (4, 10, 10') besteht und ein senkrecht zur Bewegungsrichtung des Fortsatzes (13) beweglicher Stößel (5) das Verriegelungselement bildet.
Elektromagnetische Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (7, 8) für den Stößel (5) parallel zur Bewegungsrichtung des Ankers (2, 14) am Elektromagneten (1) angeordnet ist und über eine Umlenkmechanik (11) auf den Stößel (5) wirkt.