DE102022203776A1

DE102022203776A1 - Befüllen eines Ankerraums eines Aktors

Info

Publication number: DE102022203776A1
Application number: DE102022203776.6A
Authority: DE
Inventors: Dominik Guldenschuh; Markus Moosmann; Markus Diesch
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-04-14
Filing date: 2022-04-14
Publication date: 2023-10-19
Also published as: CN116906651A; US20230332711A1

Abstract

Elektromagnetischer Aktor (1), insbesondere für eine Baugruppe eines Kraftfahrzeugs, mit einem beweglichen Anker (10) in einem Ankerraum (6), wobei der Aktor einen Fluidpfad aufweist, der eingerichtet ist, eine Fluidverbindung zwischen dem Ankerraum und einem Fluidreservoir der Baugruppe herzustellen, wenn der Aktor innerhalb einer Baugruppe montiert ist, wobei der Aktor eingerichtet ist, den Ankerraum (6) mit Fluid, insbesondere Öl, zu befüllen, indem der Anker (10) axiale Bewegungen ausführt, welche Fluid, in den Ankerraum (6) saugen, wenn der Aktor (1) innerhalb eines Fluidraums, insbesondere eines Ölraums, betätigt wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktor für eine Baugruppe mit einem Fluidraum, zum Beispiel ein Getriebe.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Bei aus der Praxis bekannten mehrstufigen Kraftfahrzeug-Automatikgetrieben oder automatisierten Kraftfahrzeug-Schaltgetrieben werden als Kupplungen oder Bremsen ausgeführte hydraulische Schaltelemente zum Einlegen unterschiedlicher Übersetzungsstufen der Getriebe eingesetzt. Dabei werden zum Wechseln bzw. Einlegen einer gewünschten Übersetzungsstufe des Getriebes die hydraulischen Schaltelemente entsprechend dieser Übersetzungsstufe mit Fluiddruck beaufschlagt oder entlüftet (Fluiddruck abgebaut). Hierzu werden Fluidventile mit elektromagnetischen Aktoren eingesetzt. Ein solches Fluidventil ist beispielsweise in der DE 10 2013 213 713 A1 offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß ist vorgesehen:

- ein Elektromagnetischer Aktor, insbesondere für eine Baugruppe eines Kraftfahrzeugs, mit einem beweglichen Anker in einem Ankerraum, wobei der Aktor einen Fluidpfad aufweist, der eingerichtet ist, eine Fluidverbindung zwischen dem Ankerraum und einem Fluidreservoir der Baugruppe herzustellen, wenn der Aktor innerhalb einer Baugruppe montiert ist, wobei der Aktor eingerichtet ist, den Ankerraum mit Fluid, insbesondere Öl, zu befüllen, indem der Anker axiale Bewegungen ausführt, welche Fluid, in den Ankerraum saugen, wenn der Aktor innerhalb eines Fluidraums, insbesondere eines Ölraums, betätigt wird.

Ein Aktor ist eingerichtet, ein Schaltelement eines Getriebes zu betätigen und ist mit einem Steuergerät eines Getriebes verbunden. Aktoren sind signalwandlerbezogen das Gegenstück zu Sensoren und bilden die Stellglieder in einem Regelkreis. Sie setzen bei einem Regelungsvorgang die Signale in Wirkungen um, mit denen die Regelgröße beeinflusst wird. Ein Beispiel ist das Öffnen und Schließen eines Ventils.
Ein Gehäuse ist eine feste Hülle, die einen empfindlichen Inhalt schützend umgibt, oder die Umgebung vor einem schädlichen Inhalt schützt.
Fluide sind Flüssigkeiten oder Gase. In dieser Patentanmeldung ist ein geeignetes Fluid beispielsweise Öl.
Ein Fluidraum ist ein mit Fluid gefüllter Raum in einem Getriebe. Handelt es sich bei dem Fluid um Öl spricht man von einem Ölraum.
Labyrinthförmige Struktur bedeutet, dass ein Fluidpfad verlängert wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Fluidpfad mehrere Richtungswechsel durchläuft. Hierdurch erhöht sich der Strömungswiderstand des Fluids.
Die grundlegende Idee der Erfindung ist es, einen Fluidpfad zwischen einem Ankerraum eines elektromagnetischen Aktors und einem Fluidraum einer Baugruppe, in welcher der Aktor montierbar ist, bereitzustellen, um zu gewährleisten, dass sich der Aktor während seines Betriebs selbst mit Fluid aus dem Fluidraum befüllt.
Somit ist es nicht erforderlich, den Aktor vor seiner Montage in einem gesonderten Arbeitsprozess mit Fluid zu befüllen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung gewährleistet der Ankerraum eine Dämpfung, indem der Ankerraum ein erstes Fluiddepot und ein zweites Fluiddepot aufweist, wobei das erste und das zweite Fluiddepot mittels einer Drossel mit einem Fluidpfad in einer Fluidverbindung stehen.
Die Dämpfung lässt sich über die Dimensionierung des Fluidpfads einstellen. Der Fluidpfad gewährleistet während einer Bewegung des Ankers, dass Fluid von dem ersten Depot in das zweite Depot und vice versa strömen kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird eine Fluidentleerung des Ankerraums während des Betriebs des Aktors verhindert, indem der Fluidpfad der Drossel einen geringeren Strömungswiderstand aufweist als der Fluidpfad zwischen dem Aktor und der Baugruppe.
Somit ist gewährleistet, dass das Fluid von der beweglichen Drossel nicht durch den Fluidpfad zwischen dem Aktor und der Baugruppe hinausströmt, sondern über den Fluidpfad der Drossel in das jeweils andere Fluiddepot entweicht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Fluidpfad der Drossel als Bohrung oder als Vertiefung einer Oberfläche der Drossel ausgebildet. Mit einer Bohrung lässt sich der Bewegungswiderstand des Ankers über Dämpfungsblenden gezielt an die erforderlichen Systembedingungen anpassen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Fluidpfad zwischen dem Aktor und der Baugruppe labyrinthförmig ausgebildet. Aufgrund der labyrinthförmigen Struktur des Fluidpfads entstehen in dem Fluidpfad sogenannte Ruhezonen, die gewährleisten, dass sich Partikel, etwa Schmutz, in den Ruhezonen absetzen und nicht in den Ankerraum gelangen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Aktor eingerichtet, den Ankerraum mittels einer Befüllsequenz, die eine vorbestimmte Anzahl an axialen Bewegungen des Ankers umfasst, mit Fluid zu befüllen.
Dementsprechend ist der Aktor eingerichtet, seinen Ankerraum selbsttätig mit Fluid zu befüllen, sobald dieser betriebsbereit in einer entsprechenden Baugruppe montiert ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung gewährleistet der der Fluidpfad zwischen dem Aktor und der Baugruppe ferner eine Ankerraumbelüftung.
Ein beispielhafter Aktor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Gehäuse, eine magnetischen Spule, welche einen Innenraum radial umschließt, ein Polrohr, welches in den von der Spule umschlossenen Innenraum hineinragt, einen Kern, welcher in den von der Spule umschlossenen Innenraum hineinragt und dem Polrohr axial gegenüberliegt, einen axial beweglichen Anker in einem Ankerraum und ein Lager, wobei zumindest der Kern und das Polrohr den Ankerraum bilden, wobei die Drossel in dem Ankerraum als Ankerblende ausgebildet ist und der Anker eine Ankerstange umfasst und die Ankerstange mittels des Lagers gelagert ist, wobei das Polrohr und das Lager als Fluidpfad zwischen dem Aktor und der Baugruppe einen Spalt zur Befüllung des Ankerraums mit Fluid bilden.
Es versteht sich, dass eine Baugruppe für ein Kraftfahrzeug, etwa ein Getriebe, ein Kühlkreislauf, eine Dämpfeinheit oder dergleichen, mit wenigstens einem elektromagnetischen Aktor, der innerhalb eines Fluidraums der Baugruppe angeordnet ist, vorteilhaft ist.
Ferner versteht es sich, dass ein Verfahren zum Befüllen eines elektromagnetischen Aktors, wie er vorstehend beschrieben wurde, vorteilhaft ist. Das Verfahren umfasst die Schritte „Montieren des Aktors innerhalb eines Fluidraums einer Baugruppe“; „Befüllen des Fluidraums mit Fluid“; und „Starten einer ein oder mehrere axiale Bewegungen des Ankers umfassende Befüllsequenz, um den Ankerraum mit Fluid zu befüllen“.
Somit ist gewährleistet, dass sich der elektromagnetische Aktor nach dessen Montage in einer Baugruppe selbst befüllt.
INHALTSANGABE DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

1 eine schematische Schnittsicht eines elektromagnetischen Aktors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Detailansicht gemäß 1 ;
3 ein schematisches Blockdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche, funktionsgleiche und gleichwirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nicht anders ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden werden Aspekte der Erfindung anhand von Öl als Fluid beschrieben. Es versteht sich, dass die Auswahl von Öl als Fluid lediglich beispielhafter Natur ist und den Schutzumfang dieser Patentanmeldung nicht beschränkt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
1 zeigt eine schematische Schnittsicht eines elektromagnetischen Aktors 1 mit einer magnetischen Spule 2, einem Polrohr 3, einem Kern 4, einem Lager 5, einem Anker 10, welche von einem Gehäuse 14 umschlossen sind.
Die magnetische Spule 2 bildet zusammen mit dem Gehäuse 14 einen Innenraum des Aktors, in welchem das Polrohr 3 und der Kern 4 angeordnet sind. Das Polrohr 3 und der Kern 4 liegen sich axial gegenüber und begrenzen einen Ankerraum 6, in welchem ein Anker 10 aufgenommen ist. Der Anker 10 umfasst eine Drossel, welche in 1 als Ankerblende 7 ausgebildet ist und, die zu dem Polrohr 3 und dem Kern 4 radial innenliegend ausgebildet ist. Innerhalb der Ankerblende 7 ist eine Ankerstange 8, die in einem Lager 5 gelagert ist, geführt. Das Lager 5 bildet eine Aufnahme für die Ankerstange 8 und liegt an einem Anschlag des Lagers 5 derart auf dem Polrohr 3 auf, dass zwischen dem Lager 5 und dem Polrohr 3 ein Spalt 15 ausgebildet ist, der als Ölpfad 11 und als Ankerraumbelüftung dient. Der Spalt 15 ist von einer labyrinthartigen Struktur, wodurch der Eintrag von Schmutz bzw. Partikeln in den Ankerraum 6 verhindert wird.
In dem Ankerraum strömt Öl zwischen einem ersten Fluiddepot 19 und einem Fluiddepot 20, wenn sich die Ankerblende 7 axial bewegt. Dabei gelangt Öl von einem Fluiddepot 19, 20 in das jeweils andere Fluiddepot 20, 19, indem Öl durch Hübe der Ankerblende 7 durch den Fluidpfad, der als Bohrung 9 ausgebildet ist, der Ankerblende 7 geschoben wird.
An einem lagerseitigen Ende des Ankerraums ist eine Spanschutzkappe 13 auf dem Polrohr 3 und dem Lager 5 aufgebracht, um zu verhindern, dass Späne in den Ankerraum gelangen. Auf dem Polrohr 3 ist ferner eine Aufnahme 12 für einen Steckverbinder angebracht.
Die Ankerstange 8 ist entlang einer Längsachse des Aktors 1 ausgebildet und definiert somit auch die axiale Bewegungsrichtung des Ankers 10.
Die Linie 16 zeigt das Ölniveau in dem Getriebe. Dementsprechend ist der Aktor 1 vollständig in dem Getriebeöl eingetaucht. Somit verhindert die Schwerkraft eine Entleerung des Aktors während dessen Betrieb.
2 zeigt eine Detailansicht gemäß 1, in der der Spalt 15 bzw. der Ölpfad 11 zwischen dem Polrohr 3 und dem Lager 5 dargestellt ist. Demnach kriecht Öl durch den Spalt 15 in eine Kammer 18 der Ankerblende 7, an die die Bohrung 9 anschließt.
3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Verfahrens zum Befüllen eines elektromagnetischen Aktors mit Öl. Das Verfahren umfasst die Schritte S1 bis S3. In dem Schritt S1 wird der Aktor innerhalb eines Ölraums eines Getriebes montiert. In dem Schritt S2 wird der Ölraum des Getriebes mit Öl befüllt. In dem Schritt S3 wird eine Befüllsequenz mit einer oder mehrerer axialer Bewegungen des Ankers, um den Ankerraum mit Öl zu befüllen, gestartet.
Bezugszeichen

1: Aktor
2: Spule
3: Polrohr
4: Kern
5: Lager
6: Ankerraum
7: Drossel
8: Ankerstange
9: Fluidpfad
10: Anker
11: Fluidpfad
12: Aufnahme
13: Spanschutz
14: Gehäuse
15: Spalt
16: Ölniveau
17: Ruhezone
18: Kammer
19: erstes Fluiddepot
20: zweites Fluiddepot
S 1-S3: Verfahrensschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013213713 A1 [0002]

Claims

Elektromagnetischer Aktor (1), insbesondere für eine Baugruppe eines Kraftfahrzeugs, mit einem beweglichen Anker (10) in einem Ankerraum (6), wobei der Aktor einen Fluidpfad aufweist, der eingerichtet ist, eine Fluidverbindung zwischen dem Ankerraum und einem Fluidreservoir der Baugruppe herzustellen, wenn der Aktor innerhalb einer Baugruppe montiert ist, wobei der Aktor eingerichtet ist, den Ankerraum (6) mit Fluid, insbesondere Öl, zu befüllen, indem der Anker (10) axiale Bewegungen ausführt, welche Fluid, in den Ankerraum (6) saugen, wenn der Aktor (1) innerhalb eines Fluidraums, insbesondere eines Ölraums, betätigt wird.
Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 1, wobei der Ankerraum eine Dämpfung gewährleistet, indem der Ankerraum ein erstes Fluiddepot (19) und ein zweites Fluiddepot (20) aufweist, wobei das erste und das zweite Fluiddepot mittels einer Drossel mit einem Fluidpfad in einer Fluidverbindung stehen.
Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 2, wobei eine Fluidentleerung des Ankerraums (6) während des Betriebs des Aktors verhindert wird, indem der Fluidpfad der Drossel einen geringeren Strömungswiderstand aufweist als der Fluidpfad zwischen dem Aktor und der Baugruppe.
Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 3, wobei der Fluidpfad der Drossel als Bohrung oder als Vertiefung einer Oberfläche der Drossel ausgebildet ist.
Elektromagnetischer Aktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Fluidpfad zwischen dem Aktor und der Baugruppe labyrinthförmig ausgebildet ist.
Elektromagnetischer Aktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Aktor (1) eingerichtet ist, den Ankerraum (6) mittels einer Befüllsequenz, die eine vorbestimmte Anzahl an axialen Bewegungen des Ankers (10) umfasst, mit Fluid zu befüllen.
Elektromagnetischer Aktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Fluidpfad zwischen dem Aktor und der Baugruppe eine Ankerraumbelüftung gewährleistet.
Elektromagnetischer Aktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit - einem Gehäuse (14), - einer magnetischen Spule (2), welche einen Innenraum radial umschließt, - einem Polrohr (3), welches in den von der Spule (2) umschlossenen Innenraum hineinragt, - einem Kern (4), welcher in den von der Spule (2) umschlossenen Innenraum hineinragt und dem Polrohr (3) axial gegenüberliegt, - dem axial beweglichen Anker (10) in dem Ankerraum (6) und mit - einem Lager (5), wobei zumindest der Kern (4) und das Polrohr (3) den Ankerraum (6) bilden, wobei die Drossel als Ankerblende (7) ausgebildet ist und der Anker eine Ankerstange (8) umfasst und die Ankerstange (8) mittels des Lagers (5) gelagert ist, wobei das Polrohr (3) und das Lager (5) als Fluidpfad zwischen dem Aktor und der Baugruppe einen Spalt (15) zur Befüllung des Ankerraums (6) mit Fluid bilden.
Baugruppe, insbesondere Getriebe, Kühlkreislauf, Dämpfeinheit oder dergleichen, für ein Kraftfahrzeug mit einem Fluidraum und wenigstens einem elektromagnetischen Aktor (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der innerhalb des Fluidraums der Baugruppe angeordnet ist.
Verfahren zum Befüllen eines elektromagnetischen Aktors (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit Fluid, insbesondere Öl, mit den folgenden Schritten: - Montieren (S1) des Aktors innerhalb eines Fluidraums einer Baugruppe; - Befüllen (S2) des Fluidraums mit Fluid; - Starten (S3) einer ein oder mehrere axiale Bewegungen des Ankers umfassende Befüllsequenz, um den Ankerraum (6) mit Fluid zu befüllen.