WO2022022766A1 - Aktor mit temperatursensor - Google Patents

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Tobias Köninger
Peter BIEGERT
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • G01K1/16—Special arrangements for conducting heat from the object to the sensitive element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F15B21/04—Special measures taken in connection with the properties of the fluid
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    • G—PHYSICS
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    • F15B2211/63—Electronic controllers
    • F15B2211/6303—Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6343—Electronic controllers using input signals representing a temperature

Definitions

  • the present invention relates to an actuator with a fluid channel for an operating medium and with a temperature sensor for determining the temperature of the operating medium.
  • a corresponding actuator which is designed as a pump actuator, is known, for example, from EP 3532 322 A1.
  • actuators with a fluid channel are also known as hydrostatic actuators, for example from DE 102011 014932 A1.
  • the actuator can in particular also be a manual actuator, consisting of a manually actuatable master cylinder and a slave cylinder connected to it via a hydraulic line.
  • DE 102018 103249 A1 discloses an arrangement for measuring the temperature of a stator of an electric machine, such as is used in a hybrid or electric drive train of a motor vehicle.
  • a temperature sensor surrounded by a protective cover is positioned directly and immediately between coils of the stator and releasably mounted with a gripping element of a connecting element on one turn of a winding of the stator. The signal is then connected, e.g. via plug contacts.
  • DE 102016220059 discloses a slave cylinder in which a temperature sensor is brought into direct contact with the fluid of the slave cylinder within the slave housing.
  • the sensor is arranged, for example, inside the housing of the slave cylinder and connected to a control unit/electronics via a cable or plug contact.
  • the object of the invention is to improve the mode of operation of the temperature sensor of a generic actuator.
  • the object of the invention is achieved by a generic actuator with the features of claim 1 and a method for determining the temperature of an operating medium of such an actuator according to claim 10.
  • the temperature sensor itself is not directly connected to the operating medium. Due to the indirect, thermally conductive contact of the temperature sensor to the operating medium, it is possible to select the positioning of the temperature sensor in such a way that there must be as few contact points as possible between the temperature sensor and an evaluation device. Fewer contact points always mean a simplified design, a simpler structure of the entire system and the avoidance of interface problems.
  • the fluid channel for the operating medium has a housing.
  • the housing comprises a conduction area which has thermal conduction that is thermally independent of this housing. This can improve the thermal connection between the operating medium and the sensor. Provision can also be made for the housing to have poorer heat conduction between the environment and the operating medium.
  • the housing can, for example, be designed to be essentially insulating. At least one conduction area is provided, in which a better, possibly higher heat conduction from the inside to the outside, i. H. between the operating medium and a temperature sensor provided outside the case than in other areas of the case. The contacting within this line area takes place directly with the operating medium, while there is an indirect or immedi applicable contacting of the temperature sensor outside, d. H. comes radially outside of the fluid channel.
  • the line area can accommodate a heat-conducting rod.
  • the rod is then constructed from a material which has an identical or greater thermal conductivity coefficient than the housing.
  • the axial extent of the rod is then provided in such a way that the rod at least pierces the inner surface of the housing, so that conductive contacting of the operating medium can be ensured. This alone can result in better heat transfer and rapid adaptation of the rod to a temperature change in the operating medium. This is only possible due to the lower mass of the rod, as well as possibly better contact with the operating medium.
  • the rod has an axial length which is designed in such a way that the rod protrudes through the inner surface of the housing in such a way that it comes into conductive contact with the operating medium both on a 1st axial end face and on a side face stands. Additionally or alternatively, the rod can also have an axial length so that it penetrates the outer surface of the housing at least far enough for conductive contact to occur, directly or indirectly, with the temperature sensor.
  • the rod to have a second axial end face, with the second end face directly contacting the temperature sensor.
  • the second end face then has a temperature that is at least dependent on the temperature of the operating medium.
  • An evaluation device can then determine the temperature of the operating medium as a function of the temperature determined by the temperature sensor on the second end face.
  • the rod has a blind hole for at least partially accommodating the temperature sensor. In this way, the interface between the rod, i. H. between the conductive element and the temperature sensor are increased.
  • a hole is integrated through the housing of the actuator between the circuit board and the fluid channel.
  • This channel is filled with a thermally conductive rod, which is glued in with a thermally poorly conductive material.
  • the rod thermally connects the fluid and temperature sensor on the board. At the same time, the electronics area and the fluid area are sealed off by the poorly conducting material.
  • the rod can be made of aluminum.
  • the figure shows a factor 1 purely schematically, in which only a detail of a fluid channel 3 is shown, which is encompassed by the housing 2 .
  • the housing 2 has an inner surface 10 which directly forms the boundary surface for the fluid channel 3 .
  • the operating medium 4 is located within the fluid 3. This can be brake fluid or hydraulic oil, for example.
  • the actuator 1 When the actuator 1 is actuated, the operating medium 4 is either completely removed from the actuator 1 or pumped, as would be the case in a pump actuator, or it is purely a matter of of the operating medium 4 between two points, as would be the case with a master/slave cylinder constellation or with a hydrostatic clutch actuator.
  • the conductivity i. H. here the thermal conductivity of the housing is increased.
  • the conductivity is increased here by providing a rod 5 for the connection between an inner surface 10 and an outer surface 13 of the housing 2.
  • the rod 5 can be made of a conductive material such as aluminum.
  • the housing 2 can have a bore into which the rod 5 is inserted and which is then tightly closed by a seal 8 around the rod 5 .
  • the seal 8 is thermally insulating and sealed for the operating medium 4.
  • the rod 5 is designed so long here that it extends into the operating medium 4 so that both a first axial end face 11 of the rod 5 and a part of its side surface 12 can come into direct contact with the operating medium 4 .
  • the rod 5 ends on the outer surface 13 of the housing 2, so that heat cannot be emitted to an environment.
  • the rod 5 then contacts directly at a contact point 15 a temperature sensor 6, which in turn is arranged or attached directly to a plate 7.
  • an evaluation device can then be located on this circuit board 7, which processes the measured temperature value of the temperature sensor 6 and thus, for example, readjusts an actuation by the actuator present here accordingly or, for example, guides operating medium 4 out of the fluid channel 3 or into the fluid channel 3 inserts into it.
  • the temperature of the operating medium 4 can also be determined via the measured temperature value.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktor (1) mit einem Fluidkanal (3) für ein Betriebsmedium (4) und mit einem Temperatursensor (6) zur Bestimmung der Temperatur des Betriebsmediums (4). Der Temperatursensor (6) weist dabei einen mittelbaren, wärmeleitenden Kontakt zum Betriebsmedium (4) auf.

Description

Aktor mit Temperatursensor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktor mit einem Fluidkanal für ein Betriebsmedium und mit einem T emperatursensor zur Bestimmung der T emperatur des Betriebsmediums.
Ein entsprechender Aktor, welcher als Pumpenaktor ausgebildet ist, ist z.B. aus der EP 3532 322 A1 bekannt.
Alternativ sind solche Aktoren mit einem Fluidkanal auch als hydrostatische Aktoren, bei spielsweise aus der DE 102011 014932 A1 bekannt.
Bei dem Aktor kann es sich insbesondere auch um einen manuellen Aktor, bestehend aus ei nem manuell betätigbaren Geberzylinder und einem über eine Hydraulikleitung mit diesem verbundenen Nehmerzylinder handeln.
Aus der DE 102018 103249 A1 ist eine Anordnung zur Temperaturerfassung eines Stators einer elektrischen Maschine, wie sie z.B. in einem hybriden- oder elektrischem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges verwendet wird bekannt. Zur möglichst exakten Temperaturerfassung des Stators der elektrischen Maschine wird ein mit einer Schutzhülle umgebender Tempera tursensor direkt und unmittelbar zwischen Spulen des Stators positioniert und mit einem Grei felement eines Verbindungselements lösbar an einer Windung einer Wicklung des Stators montiert. Die Signalanbindung erfolgt dann z.B. über Steckkontakte.
Aus der DE 102016220059 ist ein Nehmerzylinder bekannt, bei welchem ein Temperatur sensor in direkten Kontakt mit dem Fluid des Nehmerzylinders innerhalb des Nehmergehäu ses gebracht wird. Der Sensor ist dafür beispielsweise innerhalb des Gehäuses des Neh merzylinders angeordnet und über ein Kabel oder Steckkontakt mit einer Ansteuerung / Elekt ronik verbunden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung die Wirkweise des Temperatursensors eines gattungsgemä ßen Aktors zu verbessern.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen gattungsgemäßen Aktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines Betriebsmediums solch eines Aktors gemäß Anspruch 10 gelöst. Erfindungsgemäß ist der Temperatursensor selber nicht unmittelbar mit dem Betriebsmedium verbunden. Durch den mittelbaren, wärmeleitenden Kontakt des Temperatursensors zum Be triebsmedium ist es möglich, die Positionierung des Temperatursensors so zu wählen, dass möglichst wenig Kontaktstellen zwischen dem Temperatursensor und einer Auswerteeinrich tung vorhanden sein müssen. Weniger Kontaktstellen bedeutet dabei auch immer eine verein fachte Konstruktion, ein einfacherer Aufbau des gesamten Systems und die Vermeidung von Schnittstellenproblemen.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Fluidkanal für das Betriebsmedium ein Ge häuse aufweist. Das Gehäuse umfasst dabei einen Leitungsbereich, der eine thermisch von diesem Gehäuse unabhängige Wärmeleitung aufweist. Hierdurch kann die thermische Ver bindung zwischen Betriebsmedium und Sensor verbessert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Gehäuse im Übrigen eine schlechtere Wärmeleitung zwischen der Umgebung und dem Betriebsmedium aufweist. Das Gehäuse kann zum Beispiel im Wesentlichen isolie rend ausgebildet sein. Es ist wenigstens ein Leitungsbereich vorgesehen, in welchem eine bessere, ggf. höhere Wärmeleitung von innen nach außen, d. h. zwischen dem Betriebsmedi um und einem außerhalb des Gehäuses bereitgestellten Temperatursensors vorhanden ist, als in anderen Bereichen des Gehäuses. Die Kontaktierung innerhalb dieses Leitungsbereichs erfolgt zum Betriebsmedium dabei unmittelbar, während es zu einer mittelbaren oder unmit telbaren Kontaktierung des Temperatursensors außerhalb, d. h. radial außerhalb des Fluidka nals kommt.
Der Leitungsbereich kann hierfür einen wärmeleitenden Stab aufnehmen. Der Stab ist hierfür dann aus einem Material aufgebaut, welches einen identischen oder größeren Wärmeleitkoef fizienten als das Gehäuse aufweist. Die axiale Ausdehnung des Stabs ist dann so vorgese hen, dass der Stab die Innenfläche des Gehäuses wenigstens durchstößt, sodass eine leiten de Kontaktierung des Betriebsmediums sichergestellt werden kann. Alleine hierdurch kann be reits eine bessere Wärmeübertragung und schnelle Anpassung des Stabes an eine Tempera turänderung des Betriebsmediums erfolgen. Dieses ist alleine auf der geringeren Masse des Stabes, als auch auf eine ggf. bessere Kontaktierung mit dem Betriebsmedium möglich.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Stab eine axiale Länge aufweist, die so ausgebildet ist, dass der Stab so durch die Innenfläche des Gehäuses durchragt, dass er sowohl an einer 1. axialen Stirnfläche als auch an einer Seitenfläche leitender Berührung mit dem Betriebsmedium steht. Zusätzlich oder alternativ kann der Stab weiterhin eine axiale Länge aufweisen sodass er die Außenfläche des Gehäuses wenigstens so weit durchstößt, dass es zu einer leitenden Kon taktierung, mittelbar oder unmittelbar mit dem Temperatursensor kommt.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Stab eine 2. axiale Stirnfläche aufweist wobei die 2. Stirnfläche unmittelbar den Temperatursensor kontaktiert. Die 2. Stirnfläche weist dann eine Temperatur auf, die wenigstens von der Temperatur des Betriebsmedium abhängig ist. Eine Auswerteeinrichtung kann dann in Abhängigkeit von der durch den Temperatursensor an der 2. Stirnfläche bestimmten Temperatur die Temperatur des Betriebsmediums bestimmen.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Stab ein Sackloch zur wenigstens teil weisen Aufnahme des Temperatursensors aufweist. Auf diese Weise kann die Berührungsflä che zwischen Stab, d. h. zwischen leitendem Element und Temperatursensor vergrößert wer den.
Durch eine weiterhin vorgesehene Anordnung des Temperatursensors unmittelbar auf einer Platine können weitere Schnittstellen vermieden und Probleme verhindert werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass durch das Gehäuse des Aktors ein Loch zwischen der Platine und dem Fluidkanal integriert wird. Dieser Kanal wird mit einem thermisch leitfähigen Stab ausgefüllt, der mit einem thermisch schlecht leitenden Material ein geklebt wird.
Der Stab verbindet Fluid und Temperatursensor auf der Platine thermisch. Gleichzeit ist der Elektronikbereich und Fluidbereich durch das schlecht leitende Material abgedichtet.
Der Stab kann aus Aluminium bestehen.
Eine Ausführungsform der Erfindung, auf die die Erfindung aber nicht beschränkt ist, und aus der sich weitere schutzfähige Merkmale ergeben können ist in der einzigen Figur dargestellt.
Die Figur zeigt rein schematisch einen Faktor 1 , bei dem ausschließlich ein Ausschnitt eines Fluidkanals 3 dargestellt ist, welcher durch das Gehäuse 2 umfasst wird. Das Gehäuse 2 weist eine Innenfläche 10 auf, welche unmittelbar die Begrenzungsfläche für den Fluidkanal 3 bildet. Innerhalb des Fluid kann 3 befindet sich das Betriebsmedium 4. Hierbei kann es sich beispielsweise um Bremsflüssigkeit oder Hydrauliköl handeln. Das Betriebsmedium 4 wird bei einer Betätigung durch den Aktor 1 entweder vollständig aus den Aktor 1 entfernt bzw. ge pumpt, wie es in einem Pumpenaktor der Fall wäre oder es handelt sich um eine reine Verla- gerung des Betriebsmediums 4 zwischen zwei Punkten, wie es bei einer Geber- Nehmerzylinderkonstellation bzw. bei einem hydrostatischen Kupplungsaktor der Fall wäre.
Innerhalb des Gehäuses 2 befindet sich ein Leitungsbereich 9, in welchem die Leitfähigkeit, d. h. hier die thermische Leitfähigkeit des Gehäuses heraufgesetzt ist. Die Heraufsetzung der Leitfähigkeit geschieht hier durch das Bereitstellen eines Stabes 5 zur Verbindung zwischen einer Innenfläche 10 und einer Außenfläche 13 des Gehäuses 2. Der Stab 5 kann dabei aus einem leitfähigen Material, wie zum Beispiel Aluminium gebildet sein. Das Gehäuse 2 kann hierfür eine Bohrung aufweisen, in welche der Stab 5 hineingesteckt ist und welche anschlie ßend durch eine Dichtung 8 um den Stab 5 herum dicht verschlossen ist. Die Dichtung 8 ist dabei thermisch isolierend und dicht für das Betriebsmedium 4.
Der Stab 5 ist hier so lang ausgeführt, dass er bis in das Betriebsmedium 4 hineinreicht, so- dass sowohl eine erste axiale Stirnfläche 11 des Stabes 5 als auch ein Teil seiner Seitenflä che 12 unmittelbar mit dem Betriebsmedium 4 in Kontakt kommen kann. Auf der Außenfläche 13 des Gehäuses 2 endet in dem hier dargestellten Fall der Stab 5, so dass es nicht zu einer Wärmeabgabe an eine Umgebung kommen kann. Der Stab 5 kontaktiert dann unmittelbar an einer Kontaktstelle 15 einen Temperatursensor 6, welcher wiederum unmittelbar auf einer Pla tine 7 angeordnet bzw. angebracht ist. Auf dieser Platine 7 kann sich dann insbesondere eine Auswerteeinrichtung befinden, welche den gemessenen Temperaturwert des Temperatur sensors 6 verarbeitet und so zum Beispiel eine Betätigung durch den hier vorliegenden Aktor entsprechend neu justiert oder zum Beispiel Betriebsmedium 4 aus dem Fluidkanal 3 führt bzw. in den Fluidkanal 3 hinein fügt. Auch kann über den gemessenen Temperaturwert, die Temperatur des Betriebsmediums 4 bestimmt werden.
Auf diese Weise kann eine kompakte Temperatursensorik bereitgestellt werden, welche ohne viel Kontaktstellen und Kontaktflächen auf sichere Weise eine genaue Temperatur des Be triebsmediums 4 bestimmen kann. Bezuqszeichenliste Aktor Gehäuse Fluidkanal Betriebsmedium Stab Temperatursensor Platine Dichtung Leitungsbereich Innenfläche erste Stirnfläche Seitenfläche Außenfläche Zweite Stirnfläche Kontaktstelle

Claims

Patentansprüche
1. Aktor (1) mit einem Fluidkanal (3) für ein Betriebsmedium (4) und mit einem Tempera tursensor (6) zur Bestimmung der Temperatur des Betriebsmediums (4), dadurch ge kennzeichnet, dass der Temperatursensor (6) einen mittelbaren, wärmeleitenden Kon takt zum Betriebsmedium (4) aufweist.
2. Aktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal (3) ein Ge häuse (2) aufweist, wobei das Gehäuse (2) einen Leitungsbereich (9) umfasst, in wel chem eine im Vergleich zum übrigen Gehäuse (2) thermisch unabhängige, insbeson dere höhere Wärmeleitung zur unmittelbaren Kontaktierung des Betriebsmediums (4) einerseits und mittelbaren oder unmittelbaren Kontaktierung des Temperatursensors (6) vorhanden ist.
3. Aktor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsbereich (9) ei nen wärmeleitenden Stab (5) aufnimmt, der Stab (5) aus einem Material besteht, wel ches einen identischen oder größeren Wärmeleitkoeffizienten als das Gehäuse (2) aufweist und der Stab (5) eine axiale Ausdehnung aufweist, so dass der Stab (5) die Innenfläche (10) des Gehäuses (2) wenigstens durchstößt, so dass eine leitende Kon taktierung des Betriebsmediums (4) hergestellt wird.
4. Aktor (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (5) eine axiale Länge aufweist, so dass er sowohl an einer ersten axialen Stirnfläche (11), als auch an einer Seitenfläche (12) in leitender Berührung mit dem Betriebsmedium (4) steht.
5. Aktor (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (5) eine axiale Länge aufweist, so dass er die Außenfläche (13) des Gehäuses (2) we nigstens durchstößt und eine leitende Kontaktierung mit dem Temperatursensor (6) herstellt.
6. Aktor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (5) eine zweite axiale Stirnfläche (14) aufweist, die zweite Stirnfläche (14) unmittelbar den Tempera tursensor (6) kontaktiert, die zweite Stirnfläche (14) eine Temperatur aufweist, die we nigstens von der Temperatur des Betriebsmediums (4) abhängt und eine Auswerteein richtung in Abhängigkeit von der durch den Termperatursensor (6) bestimmten Tempe- ratur der zweiten Stirnfläche (14) die Temperatur des Betriebsmediums (4) bestimmt.
7. Aktor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (5) eine zweite axiale Stirnfläche (14) aufweist, die zweite Stirnfläche (14) unmittelbar den Tempera tursensor (6) kontaktiert, die zweite Stirnfläche (14) eine Temperatur aufweist, die der Temperatur des Betriebsmediums (4) entspricht und der Temperatursensor (6) über eine Bestimmung der Temperatur der zweiten axialen Stirnfläche (14) unmittelbar die Temperatur des Betriebsmediums (4) ermittelt.
8. Aktor (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (5) ein Sackloch zur wenigstens teilweisen Aufnahme des Temperatursensors (6) auf weist.
9. Aktor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensors (6) unmittelbar auf einer Platine (7) angeordnet ist.
10. Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines Betriebsmediums (4) eines Aktors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatur sensor (6) eine Temperatur misst, die durch einen mittelbaren Kontakt des Tempera tursensors (6) mit dem Betriebsmedium (4) an einer Kontaktstelle (15) entsteht und aus der gemessenen Temperatur an der Kontaktstelle (15) die Temperatur des Be triebsmediums (4) bestimmt wird.
PCT/DE2021/100547 2020-07-28 2021-06-29 Aktor mit temperatursensor WO2022022766A1 (de)

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