EP3602580A1 - Elektromagnetische betätigungsvorrichtung für ein schaltelement - Google Patents

Elektromagnetische betätigungsvorrichtung für ein schaltelement

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EP3602580A1
EP3602580A1 EP18708907.3A EP18708907A EP3602580A1 EP 3602580 A1 EP3602580 A1 EP 3602580A1 EP 18708907 A EP18708907 A EP 18708907A EP 3602580 A1 EP3602580 A1 EP 3602580A1
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EP
European Patent Office
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armature
throttle
region
component
electromagnetic actuator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18708907.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Speh
Martin Ruider
Michael Pantke
Thomas Schwegler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic actuator for a switching element according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.
  • a connection device for two waves with a stop damper comprises at least one spring element and a damper element in order to achieve good noise damping.
  • the at least one spring element causes a gentle absorption of the impact energy, while the at least one damper element converts the impact energy at least partially into heat energy.
  • Suitable damper elements consist of elastomers or foams or foamed materials, such as plastic or metal foams.
  • existing damper elements or fluid-filled cushions for example air-, oil- or gel-filled cushions, comprehensive damper elements are proposed also from fiber elements, for example made of GRP or CFRP discs with a synthetic resin matrix or the like.
  • Such spring elements consist for example of one or more coil springs, disc springs, corrugated springs or the like.
  • a narrow space is achieved when the spring element and the damper element are arranged in series with each other.
  • the above-described damper and spring elements of the stop damper are subject to undesired aging due to the mechanical loads and environmental influences, for example temperature and oil influences, which affect the damping properties of a stop damper over the service life.
  • the present invention has for its object to provide an electromagnetic actuator for a switching element is available, which is characterized by a long life and low noise emissions.
  • the electromagnet is a means for damping the actuating movement of an armature of the electromagnet in the direction of a region of Assigned coil means, by means of which the actuating speed of the armature from falling below a defined distance between one of the coil means facing region of the armature and the region of the coil means is reducible.
  • the device for damping comprises at least one component which is connected to the coil device and is operatively connected to the armature at least in regions, at least in regions.
  • the actuating movement of the armature near the stop on the coil device can be damped substantially without wear, whereby on the one hand the noise emissions arising on impact of the armature on the coil device are easily achieved and can be minimized and on the other hand provided for the damping of the positioning speed of the armature device is operated almost wear-free.
  • the operation of the device for damping the adjusting movement of the armature of the electromagnet over the entire life of the electromagnetic actuator in a structurally simple manner is available.
  • the component is designed as a pin-shaped element or the anchor with a pin-shaped element which engages at the latest from below the defined distance in a blind hole of the armature or the component and limits the chamber.
  • the component is formed at least as a circular segment-shaped element or the armature at least with a circular segment-shaped element which engages in a circular segment-shaped recess of the armature or the component at the latest from below the defined distance and limits the chamber, a high damping is achieved, without undesirable tilting moments in the area of the anchor.
  • the throttle device comprises a throttle region connecting the chamber to a low-pressure region, via which the fluid can be pushed out of the chamber during the actuating movement of the armature when the defined distance falls below the defined distance, the damping effect is achieved in a simple manner by designing the throttle region as a function of the respective application adjustable in a simple way.
  • the throttle device has a Teren the chamber with the low pressure region connecting throttle area, the throttle cross-section is greater than the throttle cross-section of the throttle area and over the below the defined distance fluid from the chamber is executable, displaced from the chamber fluid medium during the tightening of the armature initially mainly executed over the other throttle range from the chamber and dampen the actuating movement of the armature only to a small extent.
  • the fluid is discharged only over the throttle range of the throttle device and with greater damping of the actuating movement of the armature. This ensures that the armature is moved substantially undamped almost during the entire operation of the switching element and the adjusting movement of the armature is attenuated shortly before the stop of the armature on the coil means in a noise emissions and structural stress reducing scope.
  • the throttle region is designed with a throttle bore. Runs the throttle bore through the first component or by the second component, the throttle device can be produced with little effort.
  • the further throttle region is formed in a likewise structurally simple and inexpensive to produce embodiment of the electromagnetic actuator according to the invention as a throttle bore.
  • the electromagnetic actuating device according to the invention can again be produced in a simple manner.
  • the actuation comprises Supply unit, a return spring, the spring force acting counteracting the armature of the actuating force of the electromagnet.
  • 1 a is a schematic three-dimensional sectional view of an electromagnetic actuating device for a switching element in the de-energized operating state
  • Fig. 1b is a three-dimensional partial sectional view of the electromagnetic actuator of Fig. 1;
  • Fig. 2a is an enlarged partial sectional view of the electromagnetic actuator of Figure 1 in an intermediate position of an armature.
  • FIG. 2b shows the electromagnetic actuating device in an operating state corresponding to FIG. 2a in a three-dimensional partial sectional view
  • FIG. 3a shows the electromagnetic actuating device according to FIG. 1 in a representation corresponding to FIG. 2a, wherein the armature rests against a coil device of the actuating device without a gap; and Fig. 3b is a Fig. 2b corresponding representation of the electromagnetic actuator in a Fig. 3a corresponding operating state.
  • Fig. 1 is a three-dimensional sectional view of an electromagnetic actuator 1 for a switching element 2 is shown.
  • the switching element 2 is by means of an electromagnet 3 and one of the actuating force of the electromagnet 3 counteracting actuator 4 in an open operating state and in the closed operating state shown in Fig. L a transferred.
  • the electromagnet 3 is associated with a device 5 for damping the adjusting movement of an armature 6 of the electromagnet 3 in the direction of a region of a coil device 7 of the electromagnetic actuator 1.
  • a device 5 for damping the adjusting movement of an armature 6 of the electromagnet 3 in the direction of a region of a coil device 7 of the electromagnetic actuator 1.
  • the armature 6 is mounted on a plurality of distributed over the circumference of the actuator 1 arranged components 10A to 10D, which are designed here as pin elements, in the radial direction fixed to a further fixedly connected to the coil means 7 component 1 1.
  • the length of the pin elements 10A to 10D exceeds the axial length of the armature 6, whereby a maximum axial guide length for the armature 6 is achieved.
  • the axial length of two mutually opposite pin elements 10A and 10B is smaller than the axial length of the other pin elements 10C, 10D, so that in addition to the storage of the armature 6 on the coil means 7 in the manner described in more detail below a damping of Adjustment movement of the armature 6 near the stop on the coil means 7 can be realized.
  • the pin elements 10A and 10B are arranged in blind bores 6A, 6B of the armature 6, which are in operative connection with the low pressure area environment 14 of the actuating device 1 via a throttle device 12, 13, respectively.
  • the pin members 10A and 10B define with the anchor 6 in each case a chamber 14A, 15A within the armature 6, which are connected via the throttle devices 12, 13 with the environment 14 of the actuator 1.
  • the armature 6 In the operating state of the switching element 2 shown in FIG. 1 a, the armature 6 is displaced by a return spring 16 of the actuating unit 4 into its second end position, in which a region 8 of the armature 6 facing the coil device 7 extends maximally from an area 9 facing the armature 6 the coil device 7 is spaced.
  • this switching position of the armature 6 engages an internal toothing 17 of the armature 6 in an outer toothing 18 a radially disposed within the electromagnetic actuator 1 shaft 15 a.
  • the internal teeth 17 of the armature 6 in the switching position shown in Fig. 1 a of the armature 6 is in engagement with a tooth profile of another in Fig. 1 a not shown shaft, whereby the shaft 15 via the internal teeth 17 of the armature 6 with the other Shaft is rotatably connected.
  • the throttle devices 12 and 13 have substantially the same structure, which is why reference is made in the following description essentially only to the throttle device 12 and reference is made with respect to the further operation of the throttle device 13 to the operation of the throttle device 12 explained in more detail.
  • the throttling device 12 comprises a throttling region 19 which connects the chamber 14A to the surroundings 14 and which is formed at the end of the blind bore 6A with a throttle bore 20 which guides the end region of the blind bore 6A through the armature 6 independently of the axial position of the armature 6 the environment 14 connects.
  • the throttle device 12 comprises a further the chamber 14A with the environment 14 and in Fig. 1 b closer illustrated throttle region 21, which is also designed with a throttle bore 22, whose throttle cross section is greater than the throttle cross section of the throttle bore 20th
  • the chamber 14 A is both via the throttle region 19 and via the throttle region 21 connected to the environment 14.
  • the coil device 7 is energized in a conventional manner and the armature 6 from the switching position shown in Fig. 1 a of the then from the electromagnet. 3 generated magnetic field against the spring force of the return spring 16 in the direction of the coil means 7 adjusted in the axial direction.
  • the pin elements 10A and 10B increasingly dip into the chambers 14A and 15A.
  • hydraulic fluid arranged in the region of the chambers 14A and 15A is pushed out via the throttle devices 12 and 13 in the direction of the surroundings 14 of the actuating device 1.
  • Hydraulic fluid is present in the region of the chambers 14A and 15A because the electromagnetic actuating device 1 arranged in the interior of a vehicle transmission rotates with the shaft 15 during operation of the vehicle transmission and into a hydraulic fluid volume with a lower region 23 in the installation position of the vehicle transmission Oil sump of the vehicle transmission is immersed, so that the chambers 14 A and 15 A fill in the second end position of the armature 6 with hydraulic fluid.
  • FIG. 3 a and FIG. 3 b show the electromagnetic actuating device 1 according to FIG. 1 in an operating state in which the shaft 5 is completely separated from the further shaft and the armature 6 rests against the coil device 7 without a gap.
  • the further pin elements 10C and 10D are arranged for axial guidance of the armature 6 on the further component 1 1 in through holes, which is why an adjusting movement of the armature 6 is attenuated between the two end positions in these areas only to a small extent.
  • the damping effect of the device 5 for damping the adjusting movement of the armature 6 is variable in a simple manner with little effort by designing the diameter of the throttle bore 20.
  • the armature 6 is adjusted, which is designed with the throttle bore 20.
  • the blind holes 6 A and 6 B are arranged in the component 1 1 and the pin elements 10 A and 10 B are fixedly connected to the armature 6 and are adjusted together with the armature 6.

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Abstract

Es wird eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung (1) für ein Schaltelement (2), das mittels eines Elektromagneten (3) und einer der Stellkraft des Elektromagneten (3) entgegenwirkenden Betätigungseinheit (4) in einen geöffneten Betriebszustand und in einen geschlossenen Betriebszustand überführbar ist, beschrieben. Dem Elektromagneten (3) ist eine Einrichtung (5) zum Dämpfen der Stellbewegung eines Ankers (6) des Elektromagneten (3) in Richtung eines Bereiches (9) der Spuleneinrichtung (7) zugeordnet, mittels der die Stellgeschwindigkeit des Ankers (6) ab Unterschreiten eines definierten Abstandes zwischen einem der Spuleneinrichtung (7) zugewandten Bereich (8) des Ankers (6) und dem Bereich (9) der Spuleneinrichtung (7) reduzierbar ist. Die Einrichtung (5) zum Dämpfen umfasst wenigstens ein mit der Spuleneinrichtung (7) in Verbindung stehendes Bauteil (10A, 10B), das spätestens ab Unterschreiten des definierten Abstandes zumindest bereichsweise mit dem Anker (6) in Wirkverbindung steht, wobei mit zunehmendem Stellweg des Ankers (6) Fluid in einem die Stellgeschwindigkeit des Ankers (6) reduzierenden Umfang aus einer von dem Bauteil (10A, 10B) und dem Anker (6) begrenzten Kammer (14A, 15A) über eine Drosseleinrichtung (12, 13) ausschiebbar ist.

Description

Elektromagnetische Betätiqunqsvorrichtunq für ein Schaltelement
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung für ein Schaltelement gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der Praxis bekannte monostabile elektromagnetische Aktoren führen in eine vordefinierte Stellrichtung jeweils eine bestimmte Hubarbeit aus. Dabei ist die Stromrichtung zur Ansteuerung eines solchen elektromagnetischen Aktors vernachlässigbar. Zur Rückstellung des elektromagnetischen Aktors wird oftmals ein Federelement verwendet. Wird am elektromagnetischen Aktor eine Spannung angelegt, stellen sich ein Stromfluss und damit ein Magnetfeld ein. Dieses strominduzierte Magnetfeld zieht in an sich bekannter Art und Weise einen Anker an, wobei sich ein Luftspalt zwischen dem Anker und der Spuleneinrichtung verkleinert und die auf den Anker wirkende Magnetkraft exponentiell steigt. Im Endanschlag des Ankers ist der Luftspalt gleich Null und die auf den Anker einwirkende Magnetkraft sowie dessen Stellgeschwindigkeit zum Aufprallzeitpunkt des Ankers an einem Gehäuse einer Spuleneinrichtung des elektromagnetischen Aktors am höchsten. Um den beim Anschlagen des Ankers am Gehäuse der Spule entstehenden Lärm sowie dabei auftretende hohe Strukturbeanspruchungen zu mindern, ist die Stellgeschwindigkeit des Ankers vor dem Endanschlag zu reduzieren. Hierfür werden sogenannte Dämpfungseinrichtungen vorgesehen.
Aus der DE 10 2012 210 298 A1 ist eine Verbindungsvorrichtung für zwei Wellen mit einem Anschlagdämpfer bekannt. Der Anschlagdämpfer umfasst zumindest ein Federelement und ein Dämpferelement, um eine gute Geräuschdämpfung zu erreichen. Dabei bewirkt das mindestens eine Federelement eine sanfte Aufnahme der Aufprallenergie, während das mindestens eine Dämpferelement die Aufprallenergie zumindest zum Teil in Wärmenergie umwandelt. Geeignete Dämpferelemente bestehen aus Elastomeren oder aus Schaumstoffen bzw. geschäumten Materialien, wie Kunststoff- oder Metallschäumen. Des Weiteren werden auch aus Faserelementen, beispielsweise aus GFK- oder CFK-Scheiben mit einer Kunstharzmatrix oder dergleichen, bestehende Dämpferelemente oder fluidgefüllte Kissen, beispielsweise luft-, öl- oder gelgefüllte Kissen, umfassende Dämpferelemente vorgeschlagen. Zusätzlich nehmen geeignete Federelemente mechanische Stöße auf und federn diese ab, insbesondere durch elastischen Aufbau potenzieller Energie. Derartige Federelemente bestehen beispielsweise aus einer oder mehreren Schraubenfedern, Tellerfedern, Wellfedern oder dergleichen. Zusätzlich wird ein schmaler Bauraum erzielt, wenn das Federelement und das Dämpferelement in Reihe zueinander angeordnet sind.
Nachteilhafterweise unterliegen die vorbeschriebenen Dämpfer- und Federelemente des Anschlagdämpfers aufgrund der im Betrieb jeweils angreifenden mechanischen Belastungen sowie Umwelteinflüssen, beispielsweise Temperatur- und Öleinflüssen, einer unerwünschten Alterung, die die Dämpfungseigenschaften eines Anschlagsdämpfers über der Lebensdauer beeinträchtigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung für ein Schaltelement zur Verfügung zu stellen, die durch eine hohe Lebensdauer und geringe Geräuschemissionen gekennzeichnet ist.
Bei der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung für ein Schaltelement, das mittels eines Elektromagneten und einer der Stellkraft des Elektromagneten entgegenwirkenden Betätigungseinheit in einen geöffneten Betriebszustand und in einen geschlossenen Betriebszustand überführbar ist, ist dem Elektromagneten eine Einrichtung zum Dämpfen der Stellbewegung eines Ankers des Elektromagneten in Richtung eines Bereiches der Spuleneinrichtung zugeordnet, mittels der die Stellgeschwindigkeit des Ankers ab Unterschreiten eines definierten Abstandes zwischen einem der Spuleneinrichtung zugewandten Bereich des Ankers und dem Bereich der Spuleneinrichtung reduzierbar ist.
Erfindungsgemäß umfasst die Einrichtung zum Dämpfen wenigstens ein mit der Spuleneinrichtung in Verbindung stehendes Bauteil, das spätestens ab Unterschreiten des definierten Abstandes zumindest bereichsweise mit dem Anker in Wirkverbindung steht, wobei mit zunehmendem Stellweg des Ankers Fluid in einem die Stellgeschwindigkeit des Ankers reduzierenden Umfang aus einer von dem Bauteil und dem Anker begrenzten Kammer über eine Drosseleinrichtung ausschiebbar ist. Durch das Ausschieben des Fluides aus der von dem Bauteil und dem Anker begrenzten Kammer über die Drosseleinrichtung ist die Stellbewegung des Ankers nahe des Anschlages an der Spuleneinrichtung im Wesentlichen verschleißfrei be- dämpfbar, womit einerseits beim Auftreffen des Ankers auf die Spuleneinrichtung auftretende Geräuschemissionen auf einfache Art und Weise minimierbar sind und andererseits die für die Bedämpfung der Stellgeschwindigkeit des Ankers vorgesehene Einrichtung nahezu verschleißfrei betrieben wird. Damit steht die Funktionsweise der Einrichtung zum Dämpfen der Stellbewegung des Ankers des Elektromagneten über der gesamten Lebensdauer der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung auf konstruktiv einfache Art und Weise zur Verfügung.
Bei einer konstruktiv einfachen und kostengünstig herstellbaren Ausführungsform der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung ist das Bauteil als ein stiftförmiges Element oder der Anker mit einem stiftförmigen Element ausgeführt, das spätestens ab Unterschreiten des definierten Abstandes in eine Sacklochbohrung des Ankers oder des Bauteils eingreift und die Kammer begrenzt.
Ist das Bauteil wenigstens als ein kreissegmentförmiges Element oder der Anker wenigstens mit einem kreissegmentförmigen Element ausgebildet, das spätestens ab Unterschreiten des definierten Abstandes in eine kreissegmentförmige Ausnehmung des Ankers oder des Bauteils eingreift und die Kammer begrenzt, ist eine hohe Dämpfung erzielbar, ohne dabei unerwünschte Kippmomente im Bereich des Ankers zu erzeugen.
Umfasst die Drosseleinrichtung einen die Kammer mit einem Niederdruckbereich verbindenden Drosselbereich, über den das Fluid während der Stellbewegung des Ankers ab Unterschreiten des definierten Abstandes aus der Kammer ausschiebbar ist, ist die Dämpfungswirkung auf einfache Art und Weise durch Auslegung des Drosselbereiches in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles auf einfache Art und Weise einstellbar.
Greift das Bauteil oder der Anker bereits vor Unterschreiten des definierten Abstandes in den Anker oder in das Bauteil ein und weist die Drosseleinrichtung einen wei- teren die Kammer mit dem Niederdruckbereich verbindenden Drosselbereich auf, dessen Drosselquerschnitt größer als der Drosselquerschnitt des Drosselbereiches ist und über den bis zum Unterschreiten des definierten Abstandes Fluid aus der Kammer ausführbar ist, wird das aus der Kammer verdrängte fluide Medium während des Anziehens des Ankers zunächst hauptsächlich über den weiteren Drosselbereich aus der Kammer ausgeführt und die Stellbewegung des Ankers nur in geringem Umfang gedämpft. Sobald eine Ausschieben von Fluid aus der Kammer über den weiteren Drosselbereich beendet ist, wird das Fluid nur noch über den Drosselbereich der Drosseleinrichtung und mit größerer Dämpfung der Stellbewegung des Ankers ausgeleitet. Damit wird erreicht, dass der Anker nahezu während der gesamten Betätigung des Schaltelementes im Wesentlichen ungedämpft bewegt wird und die Stellbewegung des Ankers erst kurz vor dem Anschlag des Ankers an der Spuleneinrichtung in einem Geräuschemissionen und Strukturbeanspruchungen reduzierenden Umfang gedämpft wird.
Bei einer konstruktiv einfachen und kostengünstig herstellbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung ist der Drosselbereich mit einer Drosselbohrung ausgeführt. Verläuft die Drosselbohrung durch das erste Bauteil oder durch das zweite Bauteil, ist die Drosseleinrichtung mit geringem Aufwand herstellbar.
Der weitere Drosselbereich ist bei einer ebenfalls konstruktiv einfachen und kostengünstig herstellbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung als Drosselbohrung ausgebildet.
Ist der weitere Drosselbereich als Drosselspalt ausgeführt, der von einem Außenbereich des Bauteiles oder des Ankers und einem mit dem Außenbereich zusammenwirkenden Innenbereich des Ankers oder des Bauteiles begrenzt ist, ist die erfindungsgemäße elektromagnetische Betätigungsvorrichtung wiederum auf einfache Art und Weise herstellbar.
Bei einer mit geringem Steuer- und Regelaufwand betreibbaren Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung umfasst die Betäti- gungseinheit eine Rückstellfeder, deren Federkraft am Anker der Betätigungskraft des Elektromagneten entgegenwirkend angreift.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die im nachfolgenden Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden.
Weitere Vorteile und vorteilshafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßigen Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
Fig. 1 a eine schematisierte dreidimensionale Schnittansicht einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung für ein Schaltelement in unbestromtem Betriebszustand;
Fig. 1 b eine dreidimensionale Teilschnittansicht der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung gemäß Fig. 1 ;
Fig. 2a eine vergrößerte Teilschnittansicht der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung gemäß Fig. 1 in einer Zwischenstellung eines Ankers;
Fig. 2b die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung in einem Fig. 2a entsprechenden Betriebszustand in einer dreidimensionalen Teilschnittansicht;
Fig. 3a die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung gemäß Fig. 1 in einer Fig. 2a entsprechenden Darstellung, wobei der Anker spaltfrei an einer Spuleneinrichtung der Betätigungsvorrichtung anliegt; und Fig. 3b eine Fig. 2b entsprechende Darstellung der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung in einem Fig. 3a entsprechenden Betriebszustand.
In Fig. 1 ist eine dreidimensionale Schnittansicht einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung 1 für ein Schaltelement 2 dargestellt. Das Schaltelement 2 ist mittels eines Elektromagneten 3 und einer der Stellkraft des Elektromagneten 3 entgegenwirkenden Betätigungseinheit 4 in einen geöffneten Betriebszustand und in den in Fig. l a gezeigten geschlossenen Betriebszustand überführbar.
Dem Elektromagneten 3 ist eine Einrichtung 5 zum Dämpfen der Stellbewegung eines Ankers 6 des Elektromagneten 3 in Richtung eines Bereiches einer Spuleneinrichtung 7 der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung 1 zugeordnet. Mittels der Einrichtung 5 ist die Stellgeschwindigkeit des Ankers 6 ab Unterschreiten eines definierten Abstandes zwischen einem der Spuleneinrichtung 7 zugewandten Bereich und dem dem Anker 6 zugewandten Bereich 9 der Spuleneinrichtung 7 in definiertem Umfang reduzierbar.
Der Anker 6 ist über mehrere über den Umfang der Betätigungsvorrichtung 1 verteilt angeordnete Bauteile 10A bis 10D, die vorliegend als Stiftelemente ausgeführt sind, in radialer Richtung fest an einem weiteren mit der Spuleneinrichtung 7 fest verbundenen Bauteil 1 1 gelagert. Die Länge der Stiftelemente 10A bis 10D überschreitet die axiale Länge der Ankers 6, wodurch eine maximale axiale Führungslänge für den Anker 6 erreicht wird. Die axiale Länge von zwei einander gegenüber liegenden Stiftelementen 10A und 10B ist kleiner als die axiale Länge der weiteren Stiftelemente 10C, 10D, so dass über diese neben der Lagerung des Ankers 6 an der Spuleneinrichtung 7 in der nachfolgend näher beschriebenen Art und Weise eine Dämpfung der Stellbewegung des Ankers 6 nahe des Anschlages an der Spuleneinrichtung 7 realisierbar ist.
Die Stiftelemente 10A und 10B sind vorliegend in Sachlochbohrungen 6A, 6B des Ankers 6 angeordnet, die jeweils über eine Drosseleinrichtung 12, 13 mit der einen Niederdruckbereich darstellenden Umgebung 14 der Betätigungsvorrichtung 1 in Wirkverbindung stehen. Die Stiftelemente 10A und 10B begrenzen mit dem Anker 6 jeweils eine Kammer 14A, 15A innerhalb des Ankers 6, die über die Drosseleinrichtungen 12, 13 mit der Umgebung 14 der Betätigungsvorrichtung 1 verbunden sind.
In dem in Fig. 1 a dargestellten Betriebszustand des Schaltelementes 2 ist der Anker 6 von einer Rückstellfeder 16 der Betätigungseinheit 4 in seine zweite Endstellung verschoben, in der ein der Spuleneinrichtung 7 zugewandter Bereich 8 des Ankers 6 maximal von einem dem Anker 6 zugewandten Bereich 9 der Spuleneinrichtung 7 beabstandet ist. In dieser Schaltstellung des Ankers 6 greift eine Innenverzahnung 17 des Ankers 6 in eine Außenverzahnung 18 einer radial innerhalb der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung 1 angeordneten Welle 15 ein. Zusätzlich steht die Innenverzahnung 17 des Ankers 6 in der in Fig. 1 a gezeigten Schaltstellung des Ankers 6 in Eingriff mit einem Zahnprofil einer weiteren in Fig. 1 a nicht gezeigten Welle, womit die Welle 15 über die Innenverzahnung 17 des Ankers 6 mit der weiteren Welle drehfest verbunden ist.
Die Drosseleinrichtungen 12 und 13 weisen im Wesentlichen den gleichen Aufbau auf, weshalb in der nachfolgenden Beschreibung im Wesentlichen lediglich auf die Drosseleinrichtung 12 Bezug genommen wird und bezüglich der weiteren Funktionsweise der Drosseleinrichtung 13 auf die näher erläuterte Funktionsweise der Drosseleinrichtung 12 verwiesen wird.
Die Drosseleinrichtung 12 umfasst vorliegend einen die Kammer 14A mit der Umgebung 14 verbindenden Drosselbereich 19, der am Ende der Sacklochbohrung 6A mit einer Drosselbohrung 20 ausgebildet ist, die den Endbereich der Sacklochbohrung 6A durch den Anker 6 hindurch unabhängig von der axialen Stellung des Ankers 6 mit der Umgebung 14 verbindet. Zusätzlich umfasst die Drosseleinrichtung 12 einen weiteren die Kammer 14A mit der Umgebung 14 verbindenden und in Fig. 1 b näher dargestellten Drosselbereich 21 , der ebenfalls mit einer Drosselbohrung 22, ausgeführt ist, deren Drosselquerschnitt größer ist als der Drosselquerschnitt der Drosselbohrung 20.
In der in Fig. 1 a und Fig. 1 b dargestellten Schaltstellung des Ankers 6 ist die Kammer 14A sowohl über den Drosselbereich 19 als auch über den Drosselbereich 21 mit der Umgebung 14 verbunden. Liegt eine entsprechende Anforderung zum Lösen der drehfesten Verbindung zwischen der Welle 15 und der weiteren Welle vor, wird die Spuleneinrichtung 7 in an sich bekannter Art und Weise bestromt und der Anker 6 aus der in Fig. 1 a gezeigten Schaltstellung von dem dann vom Elektromagneten 3 erzeugten Magnetfeld entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 16 in Richtung der Spuleneinrichtung 7 in axialer Richtung verstellt. Während einer solchen Stellbewegung des Ankers 6 tauchen die Stiftelemente 10A und 10B zunehmend in die Kammern 14A und 15A ein. Dabei wird im Bereich der Kammern 14A und 15A angeordnetes Hydraulikfluid über die Drosseleinrichtungen 12 und 13 in Richtung der Umgebung 14 der Betätigungsvorrichtung 1 ausgeschoben.
Hydraulikfluid ist im Bereich der Kammern 14A und 15A deshalb vorhanden, weil die vorliegend im Innenraum eines Fahrzeuggetriebes angeordnete elektromagnetische Betätigungsvorrichtung 1 im Betrieb des Fahrzeuggetriebes mit der Welle 15 rotiert und mit einem in Einbaulage des Fahrzeuggetriebes unteren Bereich 23 in ein Hyd- raulikfluidvolumen bzw. einen Ölsumpf des Fahrzeuggetriebes eintaucht, so dass sich die Kammern 14A und 15A in der zweiten Endstellung des Ankers 6 mit Hydraulikfluid füllen.
Mit zunehmendem Stellweg des Ankers 6 und damit einhergehendem zunehmenden Eintauchen des Stiftelementes 10A in die Kammer 14A wird das in der Kammer 14A angeordnete Hydraulikfluid solange über beide Drosselbereiche 19 und 21 an die Umgebung 14 ausgeschoben, solange ein in Fig. 1 b dargestellter Mündungsbereich 22A der Drosselbohrung 22 der Drosseleinrichtung 12 vom Stiftelement 10A freigegeben ist. Ab einem definierten Stellweg des Ankers 6, zu dem ein definierter Abstand zwischen dem Bereich 8 des Ankers 6 und dem Bereich 9 der Spuleneinrichtung 7 vorliegt, wird der Mündungsbereich 22A der Drosselbohrung 22 des Drosselbereiches 21 in dem in Fig. 2a und Fig. 2B gezeigten Umfang vom Stiftelement 10A gesperrt, womit in der Kammer 14A vorhandenes Hydraulikfluid mit weiter zunehmendem Stellweg des Ankers 6 in Richtung der Spuleneinrichtung 7 nur noch über den Drosselbereich 19 in Richtung der Umgebung 14 ausführbar ist. Aufgrund der Auslegung der Drosselquerschnitte der Drosselbohrungen 20 und 22 wird die Stellbewegung des Ankers 6 nur in geringem Umfang gedämpft, solange die Drosselbohrung 22 vom Stiftelement 10A freigegeben ist. Ab dem Stellweg des Ankers 6, ab dem die Drosselbohrung 22 vom Stiftelement 10A überfahren ist, wird die Stellbewegung des Ankers 6 in Richtung der Spuleneinrichtung 7 aufgrund der Tatsache, dass für das Ausleiten des in der Kammer 14A vorhandenen Hydraulikfluides nunmehr ein wesentlich geringerer Strömungsquerschnitt im Bereich der Drosselbohrung 20 zur Verfügung steht, in wesentlich höherem Umfang gedämpft und damit die gewünschte Anschlagdämpfung des Ankers 6 an der Spuleneinrichtung 7 zur Verfügung gestellt. Dabei ist die axiale Lage des Mündungsbereiches 22A der Drosselbohrung 22 derart vorgesehen, dass die hohe Dämpfung der Stellbewegung des Ankers 6 erst kurz vor dem Anschlag des Ankers 6 am Bereich 9 der Spuleneinrichtung 7 vorliegt.
Fig. 3a und Fig. 3b zeigen die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung 1 gemäß Fig. 1 in einem Betriebszustand, in dem die Welle 5 von der weiteren Welle vollständig getrennt ist und der Anker 6 spaltfrei an der Spuleneinrichtung 7 anliegt. Die weiteren Stiftelemente 10C und 10D sind zur axialen Führung des Ankers 6 am weiteren Bauteil 1 1 in Durchgangsbohrungen angeordnet, weshalb eine Stellbewegung des Ankers 6 zwischen den beiden Endstellungen in diesen Bereichen nur in geringem Umfang gedämpft wird. Die Dämpfungswirkung der Einrichtung 5 zum Dämpfen der Stellbewegung des Ankers 6 ist auf einfache Art und Weise mit geringem Aufwand durch Auslegung des Durchmessers der Drosselbohrung 20 variierbar.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung 1 wird der Anker 6 verstellt, der mit der Drosselbohrung 20 ausgeführt ist. Darüber hinaus besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Sacklochbohrungen 6A und 6B im Bauteil 1 1 angeordnet sind und die Stiftelemente 10A und 10B mit dem Anker 6 fest verbunden sind und gemeinsam mit dem Anker 6 verstellt werden. Des Weiteren besteht auch die Möglichkeit, die Drosselbohrung 20 axial durch die Stiftelemente 10A und 10B zu führen und die Kammern 14A und 15A durch die Stiftelemente 10A und 10B mit der Umgebung 14 zu verbinden.
Unabhängig davon, in welchem Umfang die Stiftelemente 10A und 10B zur axialen Führung des Ankers 6 am Bauteil 1 1 vorgesehen sind oder nicht, ist das vorbeschriebene Wirkprinzip für die Anschlagdämpfung des Ankers 6 auf einfache Art und Weise realisierbar.
Bezuqszeichen elektromagnetische Betätigungsvorrichtung Schaltelement
Elektromagnet
Betätigungseinheit
Einrichtung
Anker
A, 6B Sacklochbohrung
Spuleneinrichtung
Bereich des Ankers
Bereich der Spuleneinrichtung
0A bis 10D Bauteil, Stiftelement
1 Bauteil
2, 13 Drosseleinrichtung
4 Umgebung
4A Kammer
5 Welle
5A Kammer
6 Rückstellfeder
7 Innerverzahnung
8 Außenverzahnung
9 Drosselbereich
0 Drosselbohrung
1 Drosselbereich
2 Drosselbohrung
2A Mündungsbereich der Drosselbohrung3 unterer Bereich

Claims

Patentansprüche
1 . Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung (1 ) für ein Schaltelement (2), das mittels eines Elektromagneten (3) und einer der Stellkraft des Elektromagneten (3) entgegenwirkenden Betätigungseinheit (4) in einen geöffneten Betriebszustand und in einen geschlossenen Betriebszustand überführbar ist, wobei dem Elektromagneten (3) eine Einrichtung (5) zum Dämpfen der Stellbewegung eines Ankers (6) des Elektromagneten (3) in Richtung eines Bereiches (9) einer Spuleneinrichtung (7) zugeordnet ist, mittels der die Stellgeschwindigkeit des Ankers (6) ab Unterschreiten eines definierten Abstandes zwischen einem der Spuleneinrichtung (7) zugewandten Bereich (8) des Ankers (6) und dem Bereich (9) der Spuleneinrichtung (7) reduzierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (5) zum Dämpfen wenigstens ein mit der Spuleneinrichtung (7) in Verbindung stehendes Bauteil (10A, 10B) um- fasst, das spätestens ab Unterschreiten des definierten Abstandes zumindest bereichsweise mit dem Anker (6) in Wirkverbindung steht, wobei mit zunehmendem Stellweg des Ankers (6) Fluid in einem die Stellgeschwindigkeit des Ankers (6) reduzierenden Umfang aus einer vom Bauteil (10A, 10B) und dem Anker (6) begrenzten Kammer (14A, 15A) über eine Drosseleinrichtung (12, 13) ausschiebbar ist.
2. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10A, 10B) als ein stiftförmiges Element oder der Anker (6) mit einem stiftförmigen Element ausgeführt ist, das spätestens ab Unterschreiten des definierten Abstandes in eine Sacklochbohrung (6A, 6B) des Anker (6) oder des Bauteils eingreift und die Kammer (14A, 15A) begrenzt.
3. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als ein kreissegmentförmiges Element oder der Anker mit einem kreissegmentförmigen Element ausgeführt ist, das spätestens ab Unterschreiten des definierten Abstandes in eine kreissegmentförmige Ausnehmung des Ankers oder des Bauteils eingreift und die Kammer begrenzt .
4. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (12, 13) einen die Kammer (14A, 15A) mit einem Niederdruckbereich (14) verbindenden Drosselbereich (19) umfasst, über den das Fluid während der Stellbewegung des Ankers (6) ab Unterschreiten des definierten Abstandes aus der Kammer (14A, 15A) ausschiebbar ist.
5. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10A, 10B) oder der Anker (6) bereits vor Unterschreiten des definierten Abstandes in den Anker oder das Bauteil eingreift, wobei die Drosseleinrichtung (12, 13) einen weiteren die Kammer (14A, 15A) mit dem Niederdruckbereich (14) verbindenden Drosselbereich (21 ) aufweist, dessen Drosselquerschnitt größer als der Drosselquerschnitt des Drosselbereiches (19) ist und über den bis zum Unterschreiten des definierten Abstandes Fluid aus der Kammer (14A) ausführbar ist.
6. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselbereich (19) mit einer Drosselbohrung (20) ausgeführt ist.
7. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselbohrung (20) durch das Bauteil oder durch den Anker (6) verläuft.
8. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Drosselbereich (21 ) mit einer Drosselbohrung (22) ausgebildet ist.
9. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Drosselbereich als Drosselspalt ausgeführt ist, der von einem Außenbereich des ersten Bauteiles oder Ankers und einem mit dem Außenbereich zusammenwirkenden Innenbereich des Ankers oder des Bauteiles begrenzt ist.
10. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (4) eine Rückstellfeder (16) umfasst, deren Federkraft am Anker (6) der Betätigungskraft des Elektromagneten (3) entgegenwirkend angreift.
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