DE3809909A1

DE3809909A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung von steuer- und/oder regelungsvorgaengen in einem kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE3809909A1
Application number: DE19883809909
Authority: DE
Inventors: Winfried Hahn
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1988-03-24
Filing date: 1988-03-24
Publication date: 1989-10-05

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Steuer- und/oder Regelungsvorgängen in einem Kraftfahrzeug mit einem von einer Rückstellfeder beaufschlagten Aktuator.

In Kraftfahrzeugen werden Aktuatoren zur Steuerung bzw. Re gelung von physikalischen Größen eingesetzt. Diese Stellele mente sind zum Teil mit mechanischen Getrieben und Lagerstel len versehen. Zur Schmierung finden im allgemeinen Fette bzw. Öle Verwendung. Die Viskosität dieser Schmierstoffe steigt mit sinkender Temperatur. Dadurch erhöht sich die innere Reibung der Aktuatoren. Bei tiefen Temperaturen (ca. -20°C bis -40°C) reicht die Kraft der externen Rückstellfeder oft nicht mehr aus, um den Aktuator im stromlosen Zustand in seine Ruheposition zurückzustellen.

Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, die eine ausreichende Rückstell kraft des Aktuators über einen weiten Temperaturbereich, so mit sowohl bei hohen als auch bei tiefen Temperaturen sicher stellt.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß ein temperaturabhängig formveränderliches, kraftübertragendes Element vorgesehen ist, das mit der Rückstellfeder zusammen wirkt. Unter einem derartigen Element soll bevorzugt ein so genanntes Memory-Element, d.h. ein Element aus einer Form gedächtnis-Legierung oder aber ein Thermobimetall verstanden werden, wobei die Elemente als Federn ausgebildet sind. Die Federn werden derart appliziert, daß sie bei tiefen Tempera turen eine Zusatz-Rückstellkraft bzw. ein Zusatz-Drehmoment erzeugen. Die daraus resultierende Erhöhung der Aktuatoren last ist insbesondere für elektromotorische bzw. elektromag netisch angetriebene Stellelemente unkritisch, da aufgrund des mit der Temperatur sinkenden elektrischen Widerstandes die Leistungsfähigkeit der Aktuatoren steigt.

Grundsätzlich ergeben sich unterschiedliche Möglichkeiten, die Aktuator-Rückstellfedervorspannung zu erhöhen. Dies kann beispielsweise durch ein Memory-Element mit einem sogenannten Einwegeffekt und einer Memory-Element-Rückstellfeder oder durch ein Memory-Element mit einem sogenannten Zweiwegeffekt erfolgen. Beim Einwegeffekt wird die ursprüngliche Federform nur beim Erwärmen wieder angenommen. Beim Zweiwegeffekt liegt ein reversibles temperaturabhängiges Formänderungsver halten vor, wodurch in diesem Fall die Verwendung einer Memory-Element-Rückstellfeder nicht erforderlich ist. Memory- Elemente als solche sind Stand der Technik, es erübrigt sich daher auf deren Wirkungsweise näher einzugehen. Bei der Ver wendung von Thermobimetallen bietet es sich insbesondere an, diese mit einem Leerhub zu applizieren, so daß sich erst ab einer festgelegten Temperatur eine Zusatzkraft aufbaut.

Bevorzugt werden die genannten thermisch aktiven Elemente nur zur Vorspannungserhöhung der Aktuator-Rückstellfeder bei tiefen Temperaturen eingesetzt. Arbeitet letztere auf einem niedrigeren Kraft- bzw. Drehmomentenniveau, so führt dies da zu, daß nur sie dynamisch belastet wird, während das Memory- Element bzw. das Thermobimetall bei konstanter Temperatur statisch wirkende Elemente darstellen. Bei kleineren Last spielzahlen und/oder Hüben (etwa <10⁴) können die thermisch aktiven Elemente auch direkt als Aktuatorrückstellfeder ein gesetzt werden.

Die Temperaturbeeinflussung des Elements wird in aller Regel durch die in dem das Element umgebenden Bereich vorgegebene Temperatur erfolgen. Daneben besteht die Möglichkeit, die Temperatur des Elementes durch Zu- bzw. Abschalten einer an dieses angelegten elektrischen Spannung zu beeinflussen und hierdurch eine Drehmoment- bzw. Kraftveränderung, insbesondere eine Erhöhung zu bewirken. Durch die mechanische Anordnung des Elements kann in jedem Fall eine Beeinflussung der Feder vorspannung erzielt werden. Das elektrisch beheizte Element kann sowohl als Memory-Element mit Einwegeffekt und Memory- Element-Rückstellfeder oder als Memory-Element mit Zweiweg effekt, d.h. ohne Memory-Element-Rückstellfeder eingesetzt werden, abgesehen hiervon als Thermobimetall.

Die Ausbildung des Memory-Elementes bzw. des Thermobimetalles ist nicht auf eine übliche Schraubendruckfeder oder eine Schraubenzugfeder beschränkt, es kommen hierfür die unter schiedlichsten Ausgestaltungen der Feder in Frage, beispiels weise in Art einer Schenkelfeder, einer Blattfeder, die ein- oder mehrlagig ausgeführt sein kann, einer Spiralfeder, auch als Flachspiralfeder, einer Drehstabfeder, einer konischen Druckfeder, einer Tellerfeder, einer Ringfeder usw.

Weitere Vorteile, Merkmale und insbesondere Anwendungsmöglich keiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der fol genden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem als Memory-Element mit Einwegeffekt ausgebildeten temperaturabhängig formveränderlichen, kraft übertragenden Element mit einer Darstellung der Anordnung für einen Temperaturbereich von etwa 0 bis 140°C,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung für ein Temperaturbereich von 0 bis -40°C,

Fig. 3 eine Darstellung entsprechend der in Fig. 1 für ein Memory-Element mit Zweiwegeffekt im Temperaturbereich von 0 bis 140°C,

Fig. 4 eine Darstellung gemäß Fig. 3 für den Tempera turbereich von 0 bis -40°C,

Fig. 5 eine weitere mögliche Anordnung eines Memory- Elementes mit Einwegeffekt in einem Temperatur bereich von 0 bis 140°C und

Fig. 6 eine Darstellung gemäß Fig. 5 für den Tempera turbereich von 0 bis -40°C.

In den Figuren ist das Memory-Element mit M, die Memory-Element- Rückstellfeder mit F ₁ und die Aktuator-Rückstellfeder mit F ₂ bezeichnet. x ist der jeweils vom Aktuator erzeugte Be tätigungsweg, s der vom thermisch aktiven Element, somit vom Memory-Element M erzeugte Vorspannweg der Aktuator-Rückstell feder F ₂. Obwohl bei den Ausbildungen nach den Fig. 1 bis 6 nur translatorische Anwendungsfälle gezeigt sind, versteht es sich von selbst, daß gleichfalls rotatorische Anwendungs fälle für die Federungen möglich sind, in diesen Fällen sind die Größen x und s als Winkel zu betrachten, x wäre dann der vom Aktuator erzeugte Betätigungswinkel s der vom thermisch aktiven Element erzeugte Vorspannwinkel der Aktuator-Rück stellfeder.

Fig. 1 zeigt im Temperaturbereich von 0 bis 140°C das als Schraubenzugfeder ausgebildete Memory-Element, dessen Wick lungen auf Block gesetzt sind. Das Memory-Element M ist auf einer Seite in einem stationären Teil 1 gehalten, die andere Seite in einer in Richtung des Pfeiles s bewegbaren, parallel zum staionären Teil 1 angeordneten Platte 2. Innerhalb des von den Wicklungen des Memory-Elementes M umgebenen lichten Raumes ist die als Schraubendruckfeder ausgebildete Memory- Element-Rückstellfeder F ₁ angeordnet, die sich entsprechend am stationären Teil 1 und an der Platte 2 abstützt. Parallel zum staionären Teil 1 und im Abstand von der Platte 2 ist ein weiteres stationäres Teil 3 vorgesehen. Auf der dem stationären Teil 1 abgewandten Seite des stationären Teils 3 sind beabstandet voneinander zwei Lager 4 vorgesehen, in denen der Aktuator 5 in Richtung des Pfeiles x längs verschieblich geführt ist. Der Aktuator 5 durchsetzt eine Ausnehmung im stationären Teil 3 und nimmt an seinem der Plat te 2 zugewandten Ende eine Platte 6 mit seitlichen Führungen 7 auf. Zwischen den beiden Platten 2 und 6 ist die als Schraubendruckfeder ausgebildete Aktuator-Rückstellfeder F ₂ angeordnet. Etwa in der Mitte zwischen den beiden stationären Teilen 1 und 3 befindet sich ein in den Bewegungsweg s der Platte 2 hineinragendes weiteres stationäres Teil 8 mit einer Aufnahmeöffnung für die Aktuator-Rückstellfeder F ₂.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Variante weist ein Memory-Element M mit Einwegeffekt auf, das über die Umge bungstemperatur gesteuert wird.

In dem in Fig. 1 gezeigten Temperaturbereich, somit bei Temperaturerhöhung leistet das Memory-Element M ab ca. 0°C Arbeit, so daß die einzelnen Wicklungen des Memory-Elementes M auf Block gesetzt werden und es wird die geleistete Arbeit in der Memory-Element- Rückstellfeder F ₁ gespeichert. Durch die Kontraktion des Memory-Elementes M stellt sich in der Aktuator-Rückstellfe der F ₂ eine reduzierte Vorspannung ein.

Die Aktuator-Rückstellfeder F ₂ erzeugt eine definierte Rückstellkraft auf den Aktuator 5. Wegen der auf Block gesetzten Wicklungen des Memory-Elementes M unterliegt dieses während der Betätigung des Aktuators 5 nur einer statischen Beanspruchung. Bei einer Temperaturer niedrigung unter 0°C dehnt die Memory-Element-Rückstellfeder F ₁ das Memory-Element M und spannt die Aktuator-Rückstellfe der F ₂ vor. Dabei verrichtet die Memory-Rückstellfeder F ₁ Arbeit. Das Energieniveau der Aktuator-Rückstellfeder F ₂ wird infolgedessen um die von der Memory-Element-Rückstellfeder F ₁ geleistete Arbeit erhöht. Bei vorgespannter Aktuator-Rück stellfeder F ₂ liegt die Platte 2 am stationären Teil 8 an, so daß die über den Aktuator 5 in die Aktuator-Rückstellfeder F ₂ eingeleitete Kräfte wiederum nur zu einer statischen Be anspruchung des Memory-Elementes M führen.

Die Fig. 3 und 4 verdeutlichen den Einsatz eines Memory- Elementes M mit Zweiwegeffekt, in diesem Fall kann auf die Memory-Element-Rückstellfeder F ₁ verzichtet werden.

Bei den bisher beschriebenen Anordnungen kann das Memory- Element M auch durch Anlegen einer elektrischen Spannung beheizt werden. Die Wärmezufuhr kann dabei indirekt über ein Heizelement oder unmittelbar durch Anlegen der elektrischen Spannung an das elektrisch leitfähige Memory-Element M er folgen.

Die bisher beschriebenen Anordnungen können auch mit der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Variante realisiert werden. Bei dieser ist zwischen den stationären Teilen 1 und 8 ein entsprechend dem stationären Teil 8 ausgebildetes weiteres stationäres Teil 9 vorgesehen, an dessen dem stationären Teil 8 zugewandten Seite die Platte 2 anlegbar ist. Im Unterschied zu der Darstellung in den Fig. 1 und 2 ist das auf dem Einwegeffekt basierende Memory-Element M als Schraubendruck feder ausgebildet, die die Aktuator-Rückstellfeder F ₂ um schließt und sich zwischen der Platte 2 und dem stationären Teil 3 abstützt. Bei Temperaturen über ca. 0°C gemäß der Darstellung in Fig. 5 leistet das Memory-Element M Arbeit. Es dehnt sich und erhöht somit die Vorspannung der Memory- Element-Rückstellfeder F ₁, dabei wird die Vorspannung der Aktuator-Rückstellfeder F ₂ herabgesetzt. Bei Temperaturen unter ca. 0°C gemäß der Darstellung in Fig. 6 liegt die weiche martensitische Kristallstruktur im Memory-Element M vor, so daß es durch die Memory-Element-Rückstellfeder F ₁ kontrahiert wird und sich die Vorspannung der Aktuator-Rück stellfeder F ₂ erhöht. Auch die in den Fig. 5 und 6 ge zeigte Variante kann mit einem Memory-Element mit Zweiweg effekt realisiert werden. In diesem Fall wäre die Memory- Element-Rückstellfeder F ₁ überflüssig.

Bei allen gezeigten Varianten besteht die Möglichkeit das Memory-Element M durch ein Thermobimetall zu ersetzen. Auch beim Einsatz eines Thermobimetalles kann auf die Feder F ₁ verzichtet werden.

Die aufgezeigten Anordnungen sehen einen temperaturabhängigen Hub der aktiven Elemente Thermobimetall oder Memory-Element vor. Der Hub der aktiven Elemente bleibt vom Weg x bzw. der Lastspielzahl unbeeinflußt. Eine solche Auslegung ist wegen der begrenzten Dauerfestigkeit der aktiven Elemente empfeh lenswert. Bei kleiner Lastspielzahl des Aktuators (bis max. 10⁴) kann das aktive Element auch direkt als Aktuator-Rück stellfeder eingesetzt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Durchführung von Steuer- und/oder Rege lungsvorgängen in einem Kraftfahrzeug mit einem von einer Rückstellfeder (F ₂) beaufschlagten Aktuator (5), dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturab hängig formveränderliches, kraftübertragendes Element (M) vorgesehen ist, das mit der Rückstellfeder (F ₂) zusammen wirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element als Memory-Element (M) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 gekennzeichnet durch ein Memory-Element (M) mit Einwegeffekt, das mit einer Memory- Element-Rückstellfeder (F ₁) zusammenwirkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Memory-Element (M) mit Zweiwegeffekt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element als Thermobimetall ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Element (M) auf eine Temperaturer höhung mit einer Expansion reagiert.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Element (M) auf eine Temperaturer höhung mit einer Kontraktion reagiert.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Temperaturbeeinflussung des Elements (M) durch die Umgebungstemperatur erfolgt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Temperaturbeeinflussung des Elements (M) durch eine an dieses angelegte elektrische Spannung erfolgt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastspielzahl und/oder der Hub des Elementes (M) unabhängig von der Lastspielzahl und/ oder dem Hub des Aktuators (5) ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastspielzahl und/oder der Hub des Elements (M) abhängig von der Lastspielzahl und/oder dem Hub des Aktuators (5) ist.