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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Aktuatoranordnung zur Befestigung an einem Aggregat mit Merkmalen des Anspruchs 1, sowie eine Fahrzeugbaugruppe mit Merkmalen des Anspruchs 10.
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Elektromagnetische Aktuatoren können zur Steuerung von verschiedenen Funktionen eingesetzt werden. Ein derartiger Aktuator ist bspw. aus
EP 1 844 378 B1 bekannt.
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Ein elektromagnetischer Aktuator weist üblicherweise einen Elektromagneten auf, der mit einem Steuergerät verbunden ist. Das Steuergerät kann die Spannungsversorgung für die Spule des Elektromagneten darstellen. Das Steuergerät ist in der Regel in unmittelbarer Nähe des Elektromagneten angebracht, da dadurch eine kurze Verbindung vom Elektromagneten zur Steuergerät gewährleistet und eine kompakte Bauform erzielt werden kann.
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Um möglichst große Stellkräfte des Aktuators zu erreichen, muss ein möglichst hoher Stellstrom bzw. eine entsprechend hohe Spannung bereitgestellt werden. Dies sorgt für eine Erwärmung des Steuergeräts sowie des Elektromagneten.
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Nachteilig dabei ist, dass das Steuergerät und der Elektromagnet sich gegenseitig aufwärmen und eine zulässige maximale Temperatur überschreiten können. Damit die maximale Temperatur nicht überschritten wird, wird der Elektromagnet mit einem geringeren Stellstrom bzw. mit geringerer Spannung betrieben, was zu einer geringeren Stellkraft des Aktuators und damit zu Leistungseinbußen führt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Aktuatoranordnung zur Befestigung an einem Aggregat vorgeschlagen. Die Aktuatoranordnung umfasst einen elektromagnetischen Aktuator mit mindestens einer elektrischen Spule (Elektromagnet) und einem innerhalb der Spule (axial) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verschieblich gelagerten Anker. Der Anker kann zumindest teilweise magnetisch oder ferromagnetisch ausgebildet sein. Der Anker ist durch Bestromung der elektrischen Spule, insbesondere aufgrund magnetischer Wechselwirkung zwischen der bestromten Spule und dem Anker, zwischen der ersten Position und der zweiten Position verlagerbar, insbesondere aus der ersten Position in die zweite Position verlagerbar.
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Die Aktuatoranordnung umfasst ein Steuergerät zur Steuerung des elektromagnetischen Aktuators und insbesondere zur Bestromung der elektrischen Spule (bzw. des Elektromagneten). Das Steuergerät kann als „Electronic Control Unit“ (ECU) oder als „Electronic Control Modul“ (ECM) ausgebildet sein.
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Die Aktuatoranordnung weist eine Befestigungseinrichtung zur Befestigung des elektromagnetischen Aktuators an dem Aggregat auf, wobei das Steuergerät an der Befestigungseinrichtung (unmittelbar oder mittelbar) angeordnet ist.
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Das Aggregat kann als Motor oder Getriebe ausgebildet sein. Das Aggregat stellt für den Aktuator insbesondere eine Wärmesenke dar. Mit anderen Worten kann die Wärme der Aktuatoranordnung an das Aggregat abgegeben bzw. über das Aggregat abgeführt werden. Dadurch kann die vom Steuergerät erzeugte Wärme über die Befestigungseinrichtung zum Aggregat hin abfließen. Dabei wird insbesondere verhindert, dass die vom Steuergerät erzeugte Wärme in Richtung der Spule des Aktuators abließt und diese erwärmt oder umgekehrt. Mit anderen Worten wird der Wärmetransport zwischen der Spule und dem Steuergerät verhindert oder zumindest minimiert.
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Der Aktuator kann als ein (reiner) Elektromagnet, als ein elektromagnetisch betätigtes Schieberventil oder als ein elektromagnetisch betätigtes Sitzventil ausgebildet sein. Das Steuergerät, die Spule und/oder der Aktuator können jeweils umgossen, insbesondere kunststoffumgossen sein. Das Steuergerät kann mindestens drei Anschlüsse zum Verbinden mit einer Fahrzeugbaugruppe und mindestens zwei Anschlüsse zum Verbinden mit dem Aktuator aufweisen.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Befestigungseinrichtung als eine, insbesondere metallische, Federklammer ausgebildet sein. Die Federklammer kann Abschnitte mit unterschiedlichen (Blech-)dicken aufweisen und/oder mit unterschiedlichen Materialen aufweisen. Damit kann die Befestigungseinrichtung mit einfachen Mitteln realisiert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Federklammer mindestens einen Federarm, insbesondere zwei Federarme, zur Kontaktierung des Aktuators aufweisen. Die Federklammer kann den Aktuator ausschließlich mittels des Federarms bzw. der Federarme kontaktieren. Insbesondere kontaktiert die Federklammer den Aktuator außerhalb des Federarms nicht. Der Federarm bzw. die Federarme können als separate Teile ausgebildet sein und an die Federklammer angeschweißt oder angenietet werden. Alternativ kann die Federklammer insgesamt einstückig ausgebildet sein. Die Federklammer kann aus einem Blech gestanzt oder geschnitten sein, bspw. mittels Laser, und/oder durch Umformen in ihre Form gebracht werden. Der Federarm bzw. die Federarme können eine vom restlichen Teil der Federklammer unterschiedliche (Blech-) Dicke aufweisen und/oder aus einem anderen Material ausgebildet sein. So kann bspw. für den Federarm bzw. die Federarme dünnwandiges, hochfestes Blech verwendet werden (bessere Federeigenschaften), für den Rest der Federklammer könnte dickeres Blech verwendet werden, was eine bessere Wärmeleitung gewährleistet.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Befestigungseinrichtung eine Berührungsfläche aufweisen und den Aktuator, insbesondere ausschließlich, mit der Berührungsfläche kontaktieren. Die Berührungsfläche kann zusammenhängend oder aus einzelnen, mehreren, insbesondere zwei, Teilflächen, ausgebildet sein. Die Berührungsfläche kann kleiner als 10 mm2 sein. Die Berührungsfläche kann sich jeweils an dem oder den Federarmen befinden. Die Befestigungseinrichtung kann den Aktuator an dem von dem Aggregat abgewandtem Ende (axiales Ende), insbesondere punktuell, kontaktieren. Insbesondere kontaktiert die Befestigungseinrichtung den Aktuator ausschließlich an der Berührungsfläche. Insbesondere kontaktiert die Befestigungseinrichtung den Aktuator außerhalb der Berührungsfläche nicht. Durch die relativ kleine Berührungsfläche kann gewährleistet werden, dass der Wärmetransport zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Aktuator weitgehend minimiert wird.
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Gemäß einer Weiterbildung können die Befestigungseinrichtung und das Steuergerät als eine Baugruppe ausgebildet sein. Das Steuergerät kann auf der Befestigungseinrichtung vormontiert sein. Die Befestigungseinrichtung kann mit dem Steuergerät mittels einer Klebe-, Schraub- und/oder Nietverbindung, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig, verbunden sein. Damit kann die Handhabung des Steuergeräts und der Befestigungseinrichtung (als eine Baugruppe bzw. einteilig ausgebildet) vereinfacht werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das Steuergerät (bzw. die Baugruppe aus Steuergerät und Befestigungseinrichtung) mit dem Aktuator mittels einer lösbaren Verbindung, insbesondere mittels einer Rast-, Clip- und/oder Steckverbindung (mechanisch und/oder elektrisch) verbunden sein. Insbesondere kontaktiert das Steuergerät den Aktuator ausschließlich über die lösbare Verbindung. Mit anderen Worten, das Steuergerät kontaktiert den Aktuator außerhalb der lösbaren Verbindung vorzugsweise nicht. Damit kann der Wärmetransport zwischen dem Steuergerät und dem Aktuator minimiert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann zwischen dem Steuergerät und der Spule ein Luftspalt und/oder ein wärmeisolierendes Medium angeordnet sein. Hierdurch wird ein Wärmetransport vom Steuergerät zur Spule bzw. von der Spule zum Steuergerät verhindert oder zumindest weiter reduziert.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Befestigungseinrichtung mindestens eine Anschraublasche (bzw. ein Anschraubohr), insbesondere zwei Anschraublaschen (bzw. Anschraubohren), zur Befestigung an dem Aggregat mittels mindestens einer Schraube, insbesondere mittels zweier Schrauben, aufweisen. Hierdurch kann die Befestigungseinrichtung (und damit das Steuergerät) und der Aktuator einfach und sicher an dem Aggregat befestigt werden. Insbesondere kontaktiert das dem Aggregat zugewandte (axiale) Ende des Aktuators und/oder die Anschraublasche (bzw. die Anschraublaschen) das Aggregat spaltfrei. Dadurch kann der Wärmetransport vom Aktuator zum Aggregat und/oder der Wärmetransport von der Befestigungseinrichtung (und damit vom Steuergerät) zum Aggregat maximiert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das Steuergerät eine der Spule zugewandte Seite mit einer Kontaktfläche aufweisen. Das Steuergerät kann die Befestigungseinrichtung mittels der Kontaktfläche, insbesondere spaltfrei, kontaktieren. Die Kontaktfläche kann den größten Teil der der Spule zugewandten Seite, insbesondere die gesamte der Spule zugewandte Seite, des Steuergeräts darstellen (bilden). Damit kann der Wärmetransport vom Steuergerät zur Befestigungseinrichtung maximiert werden. Mit anderen Worten, die vom Steuergerät erzeugte Wärme kann über die Befestigungseinrichtung (in Richtung Aggregat) abgeführt werden.
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Erfindungsgemäß wird eine Fahrzeugbaugruppe, umfassend mindestens ein Aggregat und mindestens eine Aktuatoranordnung gemäß obiger Ausführungen vorgeschlagen. Die Aktuatoranordnung kann an dem Aggregat befestigt, insbesondere verschraubt, sein.
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Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zur Aktuatoranordnung verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung der Fahrzeugbaugruppe können die im Zusammenhang mit der Aktuatoranordnung beschriebenen und/oder die nachfolgend noch erläuterten Maßnahmen dienen.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Ansicht einer Stirnseite einer Aktuatoranordnung;
- 2 eine Seitenansicht der Aktuatoranordnung gemäß 1;
- 3 die Aktuatoranordnung gemäß 2 und ein Aggregat; und
- 4 eine Schnittansicht der Aktuatoranordnung gemäß 2.
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Die 1 und 2 zeigen eine Ansicht einer Stirnseite und eine Seitenansicht einer Aktuatoranordnung 10, wobei die beiden Ansichten orthogonal zueinander orientiert sind.
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Die Aktuatoranordnung 10 weist einen elektromagnetischen Aktuator 12 auf. Der Aktuator 12 umfasst eine elektrische Spule 14 und einen innerhalb der Spule 14 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verschieblich gelagerten Anker 16, wobei der Anker 16 mittels Bestromung der elektrischen Spule 14 aus der ersten Position in die zweite Position verlagert werden kann (vgl. 4).
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Die Aktuatoranordnung 10 weist ein Steuergerät 18 zur Steuerung des Aktuators 12 und Bestromung der elektrischen Spule 14 auf. Die Aktuatoranordnung 10 weist weiter eine Befestigungseinrichtung 20 zur Befestigung des Aktuators 12 an einem Aggregat 22 auf (vgl. 3).
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Vorliegend ist die Befestigungseinrichtung 20 in Form einer metallischen Federklammer 24 ausgebildet. Die Federklammer 24 weist zwei Federarme 26 auf (vgl. 1 und 2). Die Federklammer 24 weist eine Berührungsfläche 28 auf, mit der die Federklammer 24 den Aktuator 12 kontaktiert. Vorliegend ist die Berührungsfläche 28 an den beiden Federarmen 26 in Form von zwei voneinander räumlich getrennten Teilbereichen (ein Teilbereich je Federarm 26) ausgebildet.
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Das Steuergerät 18 ist mit dem Aktuator 12 mittels einer lösbaren Verbindung 30 verbunden. Das Steuergerät 18 weist eine der Spule 14 zugewandte Seite 38 mit einer Kontaktfläche 40 auf. Das Steuergerät 18 ist an der Federklammer 24 angeordnet und kontaktiert diese mittels der Kontaktfläche 40 spaltfrei.
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Zwischen der Federklammer 24 (und damit dem Steuergerät 18) und dem Aktuator 12 (und damit der Spule 14) ist ein Luftspalt 32 angeordnet. Die Federklammer 24 weist vorliegend zwei Anschraublaschen 34 auf, die zur Befestigung an dem Aggregat 22 jeweils mittels einer Schraube 36 dienen (vgl. 1 und 3).
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3 zeigt die Aktuatoranordnung 10 gemäß 2 und das Aggregat 22. Die Aktuatoranordnung 10 ist an das Aggregat 22 mittels zweier Schrauben 36 angeschraubt. Dabei pressen die Federarme 26 der Federklammer 24 den Aktuator 12 an das Aggregat 22 an, sodass der Aktuator 12 mit seinem dem Aggregat 22 zugewandten Ende bzw. seiner dem Aggregat 22 zugewandten Stirnseite spaltfrei an dem Aggregat 22 anliegt (bzw. das Aggregat 22 spaltfrei kontaktiert). Das Aggregat 22 ist in 3 lediglich schematisch angedeutet. Das Aggregat 22 stellt eine Wärmesenke für die Aktuatoranordnung 10 dar. In 3 sind mehrere Wärmetransportpfade mittels Pfeilen dargestellt.
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Die vom Steuergerät 18 erzeugte Wärme wird über die Kontaktfläche 40 an die Federklammer 24 abgegeben. Die Wärme fließt dann über die Federklammer 24 und die Anschraublaschen 34 der Federklammer 24 in das Aggregat 22. Dieser Wärmetransportpfad ist in 3 mittels Pfeilen angedeutet.
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Die von der Spule 14 des Aktuators 12 erzeugte Wärme wird direkt an das Aggregat 22 (über die Kontaktfläche zwischen dem Aktuator 12 und dem Aggregat 22) abgegeben. Dieser Wärmetransportpfad ist in 3 mittels eines Pfeils angedeutet.
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Wie aus den mittels Pfeilen angedeuteten Wärmetransportpfaden ersichtlich ist, wird ein Wärmetransport zwischen dem Steuergerät 18 und dem Aktuator 12 (bzw. der Spule 14 des Aktuators 12) verhindert oder zumindest reduziert.
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4 zeigt eine Schnittansicht der Aktuatoranordnung 10 gemäß 2. Der Aktuator 12 weist einen hydraulischen Bereich 42 und einen elektromagnetischen Bereich 44 auf. Der hydraulische Bereich 42 des Aktuators 12 umfasst ein Ventilgehäuse 46, in dem ein Ventilkolben 48 verschieblich gelagert ist. Der Ventilkolben 48 ist mittels einer Rückstellfeder 50, welche in einem Federlager 52 des Ventilgehäuses 46 gelagert ist, in Richtung des elektromagnetischen Bereichs 44 des Aktuators 12 (in 4 nach rechts) vorgespannt.
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Der hydraulische Bereich 42 und der elektromagnetische Bereich 44 des Aktuators 12 sind mittels zweier O-Ringe 54 abgedichtet.
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Der elektromagnetische Bereich 44 des Aktuators 12 umfasst die Spule 14, die in einem Spulenkörper 56 eingebettet und innerhalb eines Magnetgehäuses 58 angeordnet ist. Das Magnetgehäuse 58 ist vorliegend zylindrisch ausgebildet und weist an seinem ersten axialen (dem hydraulischen Bereich 42 zugewandten) Ende eine Flussscheibe 60 mit einem Magnetkern 62 auf. Das Magnetgehäuse 58 weist an seinem zweiten axialen, dem ersten axialen Ende gegenüberliegenden, Ende eine Magnetscheibe 64 auf.
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Im elektromagnetischen Bereich 44 des Aktuators 12 ist ein Polrohr 66 angeordnet, welches innerhalb der Spule 14, der Magnetscheibe 64 und der Flussscheibe 60 angeordnet ist. Innerhalb des Polrohrs 66 ist der Magnetkern 62 angeordnet. Im Polrohr 66 ist zudem der Anker 16 verschieblich gelagert. Zwischen dem Anker 16 und dem Polrohr 66 ist ein Lagerfilm 68 angeordnet. Der Anker 16 ist mittels eines Betätigungsstiftes 70 mit dem (vorgespannten) Ventilkolben 48 des hydraulischen Bereichs 42 des Aktuators 12 verbunden.
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Die Rückstellfeder 50 drückt den Ventilkolben 48 in 4 nach rechts. Dadurch wird der Anker 16 über den Betätigungsstift 70 ebenfalls in 4 nach rechts gedrückt (erste Position des Ankers 16). Wird nun die Spule 14 bestromt, wird der Anker 16 aufgrund magnetischer Wechselwirkung in 4 nach links (gegen die Federkraft der Rückstellfeder 50) verlagert (zweite Position des Ankers 16). Wird die Bestromung der Spule 14 abgebrochen (deaktiviert), unterbleibt die Kraft, die aufgrund der magnetischen Wechselwirkung den Anker in die zweite Position verlagert, sodass der Anker 16 mittels der Rückstellfeder 50 wieder in die erste Position verlagert wird.
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Der Aktuator 12 weist mehrere erste Kontaktpins 72 und das Steuergerät 18 weist mehrere zweite Kontaktpins 74 auf. Die ersten Kontaktpins 72 und die zweiten Kontaktpins 74 sind an der lösbaren Verbindung 30 der Aktuatoranordnung 10 jeweils elektrisch miteinander verbunden. Das Steuergerät 18 weist eine Leiterplatine 76 auf, auf der mehrere Elektronikbauteile 78 und die zweiten Kontaktpins 74 angeordnet sind. Das Steuergerät 18 weist mehrere dritte Kontaktpins 80 auf, die auf der Leiterplatine 76 angeordnet sind und in eine Steckverbindung 82 hineinragen.
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Über die Steckverbindung 82 und die dritten Kontaktpins 80 kann eine Batteriespannung und ein Steuer-Signal (BUS-Signal) an das Steuergerät 18 übermittelt werden. Über die zweiten Kontaktpins 74 und die ersten Kontaktpins 72 kann eine Spannung (bzw. ein Stellstrom) zur Bestromung der Spule 14 an den Aktuator 12 abgegeben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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