DE102022203777A1

DE102022203777A1 - Befüllen eines Ankerraums eines Aktors

Info

Publication number: DE102022203777A1
Application number: DE102022203777.4A
Authority: DE
Inventors: Markus Moosmann; Karlheinz Mayr; Thilo Schmidt; Dominik Guldenschuh
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: US20230332710A1; CN116906652A

Abstract

Elektromagnetischer Aktor (1) für eine Baugruppe, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, welche einen Fluidraum aufweist, der eingerichtet ist, mit dem Aktor in Fluidverbindung zu stehen, wenn der Aktor in der Baugruppe montiert ist, mit einem beweglichen Anker in einem Ankerraum (6), wobei der Anker eine bewegliche Ankerstange (8) aufweist, wobei der Aktor eingerichtet ist, den Ankerraum (6) mit Fluid, insbesondere Öl, zu befüllen, indem die Ankerstange axiale Bewegungen ausführt, welche Fluid über einen Fluidpfad von dem Fluidraum in den Ankerraum (6) saugen, wenn die Ankerstange mit dem Fluidraum in Fluidverbindung steht.

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 für eine Baugruppe, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, welche einen Fluidraum aufweist, der eingerichtet ist, mit dem Aktor in Fluidverbindung zu stehen, wenn der Aktor in der Baugruppe montiert ist, mit einem beweglichen Anker in einem Ankerraum , wobei der Ankereine bewegliche Ankerstange aufweist, wobei der Aktor eingerichtet ist, den Ankerraum mit Fluid, insbesondere Öl, zu befüllen, indem die Ankerstangeaxiale Bewegungen ausführt, welche Fluid über einen Fluidpfad von dem Fluidraum in den Ankerraum saugen, wenn die Ankerstange mit dem Fluidraum in Fluidverbindung steht.

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. Handelt es sich bei dem Fluid um Öl spricht man von einem Ölraum.
Wenn zwei Komponenten in einer Fluidverbindung stehen, bedeutet dies, dass Fluid von einer Komponente in die andere Komponente strömen kann.
Die grundlegende Idee der Erfindung ist es, einen Fluidpfad zwischen einem Ankerraum eines elektromagnetischen Aktors und einem Fluidraum, insbesondere 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. Der Fluidraum kann auch als zusätzliches Bauteil des Aktors vorgesehen sein.
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 ist der Fluidpfad zumindest teilweise mittels einer axialen Bohrung oder Vertiefung der Ankerstange, einer fluidraumseitigen radialen Bohrung der Ankerstange und wenigstens einer ankerraumseitigen Bohrung der Ankerstange ausgebildet.
Die radiale Bohrung und die axiale Bohrung oder Vertiefung schließen in etwa einen rechten Winkel ein.
Diese Ausführungsform hat sich als vorteilhaft erwiesen, da wenige Arbeitsschritte anfallen, um den Fluidpfad auszubilden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Ankerstange an einem fluidraumseitigem Ende von einem Kern radial umschlossen und zwischen dem Kern und der Ankerstange existiert ein Spalt, der einen Abschnitt des Fluidpfads bildet.
Somit ist ein Fluidpfad als Übergang zwischen dem Fluidraum und der Ankerstange besonders einfach und ohne zusätzliche Komponenten realisiert.
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 eines Abschnitts des Fluidpfads in einer Fluidverbindung stehen.
Dabei lässt sich die Dämpfung über die Einstellung des Strömungswiderstands des Fluidpfads zwischen den Fluiddepots einstellen. Umfasst der Fluidpfad z.B. eine oder mehrere Bohrungen, lässt sich die Dämpfung über den Durchmesser der Bohrung(en) einstellen.
Dabei ist es auch zweckmäßig, wenn die Ankerstange eine erste ankerraumseitige, radiale Bohrung und eine zweite ankerraumseitige, radiale Bohrung aufweist, die zusammen mit der axialen Bohrung oder Vertiefung den Fluidpfad zwischen dem ersten und zweiten Fluiddepot bilden.
Somit ist es nicht erforderlich eine Drossel zwischen dem ersten und dem zweiten Fluiddepot zu bearbeiten, um einen Fluidpfad zwischen den beiden Fluiddepots einzurichten. Die Ankerstange, die den Fluidpfad gewährleistet, kann in einem Arbeitsschritt gebohrt oder gefräst werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird eine Fluidentleerung des Ankerraums während des Betriebs des Aktors verhindert, indem die fluidraumseitige Bohrung der Ankerstange während eines Hubs des Aktors überdeckt ist.
Somit ist gewährleistet, dass sich der Ankerraum des Aktors während des Betriebs nicht entleert, sondern über den Fluidpfad der Ankerstange in das jeweils andere Fluiddepot entweicht. Die Überdeckung kann beispielsweise als Vorsprung eines Kerns, der die Ankerstange radial umschließt, ausgebildet sein.
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, weist der Ankerraum an einem dem Fluidraum gegenüberliegendem Ende einen Entlüftungsspalt auf, der eine Ankerraumbelüftung gewährleistet.
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, den axial beweglichen Anker in einem Ankerraum und ein Lager, wobei zumindest der Kern und das Polrohr den Ankerraum bilden, wobei eine Ankerblende des Ankers eine Drossel zwischen dem ersten und zweiten Fluiddepot bildet und die Ankerstange mittels des Lagers gelagert ist, wobei das Polrohr und das Lager den Entlüftungsspalt bilden.
Die Dämpfung des Aktors 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.
Es versteht sich, dass eine Baugruppe für ein Kraftfahrzeug, etwa ein Getriebe, ein Kühlkreislauf, eine Dämpfeinheit oder dergleichen, mit wenigstens einem elektromagnetischen Aktor, der an einem Fluidraum und innerhalb 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 „Befüllen des Fluidraums mit Fluid oder Bereitstellen eines mit Fluid gefüllten Fluidraums“; „Montieren des Aktors an einem Fluidraum“; 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 an einem Fluidraum 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 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 mit einer Drossel 7 und einer Ankerstange 8, 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 der Anker mit der Drossel 7 und der Ankerstange 8 aufgenommen ist. Die Drossel 7 ist in 1 als Ankerblende ausgebildet, die zu dem Polrohr 3 und dem Kern 4 radial innenliegend ausgebildet ist. Innerhalb der Ankerblende ist die Ankerstange 8, die mittels eines Lagers 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 Entlüftungsspalt 15 ausgebildet ist, der als Ankerraumbelüftung dient.
Wird der Aktor 1 mit dem Fluidraum 16 in Fluidverbindung gebracht, befüllt sich der Aktor durch axiale Hübe des Aktors 1, wenn dieser noch nicht mit Fluid befüllt ist. Die Befüllung erfolgt, indem Fluid, hier Öl, von dem Fluidraum 16 in den Spalt 18 zwischen der Ankerstange 8 und dem Kern 4 kriecht. Dort strömt es über die radiale Bohrung 11 in die axiale Bohrung 10 weiter in den Ankerraum 6. Die Ankerstange 8 weist in dem Ankerraum 6 zwei Bohrungen 12 und 13 auf, die einen Abschnitt des Fluidpfads 9 zwischen dem Fluiddepot 19 und dem Fluiddepot 20 bilden.
Wenn sich die Ankerblende axial bewegt, strömt Öl zwischen einem ersten Fluiddepot 19 und einem zweiten Fluiddepot 20. Dabei gelangt Öl von einem Fluiddepot 19, 20 in das jeweils andere Fluiddepot 20, 19, indem Öl durch Hübe der Ankerblende durch Abschnitte des Fluidpfads 9, nämlich den Bereich zwischen den Bohrungen 12 und 13, geschoben wird.
Hebt sich die Ankerstange 8, wird diese von dem Vorsprung 17 des Kerns verschlossen. Somit wird verhindert, dass sich der Aktor während des Betriebs entleert.
Die Ankerstange 8 ist entlang einer Längsachse des Aktors 1 ausgebildet und definiert somit auch die axiale Bewegungsrichtung des Ankers.
2 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 Ölraum mit Öl befüllt. In dem Schritt S2 wird der Aktor an einem Ölraum, insbesondere eines Getriebes, montiert. In dem Schritt S3 wird eine Befüllsequenz mit einer oder mehrerer axialer Bewegungen des Ankers, um den Ankerraum mit Öl zu befüllen, gestartet. Es versteht sich, dass insbesondere die Reihenfolge der Schritte S1 und S2 austauschbar ist. Anstatt den Ölraum mit Öl zu befüllen, kann auch ein Öl enthaltender Ölraum bereitgestellt werden. Dies gilt auch für Fluidräume, die andere Fluide als Öl enthalten.
Bezugszeichen

1: Aktor
2: Spule
3: Polrohr
4: Kern
5: Lager
6: Ankerraum
7: Drossel
8: Ankerstange
9: Fluidpfad
10: Bohrung
11: Bohrung
12: Bohrung
13: Bohrung
14: Gehäuse
15: Entlüftungsspalt
16: Fluidraum
17: Vorsprung
18: Spalt
19: erstes Fluiddepot
20: zweites Fluiddepot
S1-S3: Verfahrensschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013213713 A1 [0002]

Claims

Elektromagnetischer Aktor (1) für eine Baugruppe, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, welche einen Fluidraum (16) aufweist, der eingerichtet ist, mit dem Aktor (1) in Fluidverbindung zu stehen, wenn der Aktor (1) in der Baugruppe montiert ist, mit einem beweglichen Anker in einem Ankerraum (6), wobei der Anker eine bewegliche Ankerstange (8) aufweist, wobei der Aktor (1) eingerichtet ist, den Ankerraum (6) mit Fluid, insbesondere Öl, zu befüllen, indem die Ankerstange (8) eine Bewegung ausführt, welche Fluid über einen Fluidpfad (9) von dem Fluidraum (16) in den Ankerraum (6) saugt, wenn die Ankerstange (8) mit dem Fluidraum (16) in Fluidverbindung steht.
Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 1, wobei der Fluidpfad (9) zumindest teilweise mittels einer axialen Bohrung (10) oder Vertiefung der Ankerstange (8), einer fluidraumseitigen radialen Bohrung (11) der Ankerstange (8) und wenigstens einer ankerraumseitigen Bohrung (12; 13) der Ankerstange (8) ausgebildet ist.
Elektromagnetischer Aktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ankerstange (8) an einem fluidraumseitigem Ende von einem Kern (4) radial umschlossen ist und zwischen dem Kern (4) und der Ankerstange (8) ein Spalt (18) existiert, der einen Abschnitt des Fluidpfads (9) bildet.
Elektromagnetischer Aktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Ankerraum (6) eine Dämpfung gewährleistet, indem der Ankerraum (6) ein erstes Fluiddepot (19) und ein zweites Fluiddepot (20) aufweist, wobei das erste und das zweite Fluiddepot (19, 20) mittels eines Abschnitts des Fluidpfads (9) in einer Fluidverbindung stehen.
Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 4, wobei die Dämpfung über den Strömungswiderstand des Fluidpfads (9) zwischen den Fluiddepots (19, 20) einstellbar ist.
Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Ankerstange (8) eine erste ankerraumseitige, radiale Bohrung (12) und eine zweite ankerraumseitige, radiale Bohrung (13) aufweist, die zusammen mit der axialen Bohrung (10) oder Vertiefung den Fluidpfad (9) zwischen dem ersten und zweiten Fluiddepot (19, 20) bilden und die Dämpfung insbesondere über einen Durchmesser der radialen Bohrungen (12, 13) einstellbar ist.
Elektromagnetischer Aktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Fluidentleerung des Ankerraums (6) während des Betriebs des Aktors (1) verhindert wird, indem die fluidraumseitige Bohrung (11) der Ankerstange während eines Hubs des Aktors überdeckt 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 umfasst, mit Fluid zu befüllen.
Elektromagnetischer Aktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Ankerraum (6) an einem dem Fluidraum (16) gegenüberliegendem Ende einen Entlüftungsspalt (15) aufweist, der eine Ankerraumbelüftung gewährleistet.
Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 8, 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 in dem Ankerraum (6) und mit - einem Lager (5), wobei zumindest der Kern (4) und das Polrohr (3) den Ankerraum (6) bilden, wobei eine Ankerblende des Ankers eine Drossel (7) zwischen dem ersten und zweiten Fluiddepot bildet und die Ankerstange (8) mittels des Lagers (5) gelagert ist, wobei das Polrohr (3) und das Lager (5) den Entlüftungsspalt (15) bilden.
Baugruppe, insbesondere Getriebe, Kühlkreislauf, Dämpfeinheit oder dergleichen, für ein Kraftfahrzeug mit einem Fluidraum (16) und wenigstens einem elektromagnetischen Aktor (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der an einem Fluidraum (16) und innerhalb der Baugruppe angeordnet ist.
Verfahren zum Befüllen eines elektromagnetischen Aktors (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit Fluid, insbesondere Öl, mit den folgenden Schritten: - Befüllen (S1) des Fluidraums mit Fluid oder Bereitstellen eines mit Fluid gefüllten Fluidraums; - Montieren (S2) des Aktors an einem Fluidraum; - Starten (S3) einer ein oder mehrere axiale Bewegungen des Ankers umfassende Befüllsequenz, um den Ankerraum (6) mit Fluid zu befüllen.