DE19721549A1

DE19721549A1 - Electromagnetically operated actuator for vehicle braking system

Info

Publication number: DE19721549A1
Application number: DE1997121549
Authority: DE
Inventors: Dieter Kircher; Ralf Kaiser; Andre F L Goossens; Edwin Czarnetzki
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 1998-11-26

Abstract

The electromagnetically operated actuator has a heating element which heats the liquid (4) in the actuator housing (2). A coil (3) is formed as heating element. The coil is arranged on a metallic coil body (5) which lies with its thin wall jacket surface on the outer surface of the metallic actuator housing. The coil body may be made of anodised aluminium.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetisch betätigten Aktuator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an electromagnetically operated Actuator according to the preamble of patent claim 1.

Aktuatoren der vorgenannten Art werden vorzugsweise für Elektromagnetventile verwendet, die insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen Anwendung finden. Ein solcher elektromagnetisch betätigter Aktuator ist be reits aus der DE 44 06 777 A1 bekannt. Dieser ist innerhalb eines mit Bremsflüssigkeit beaufschlagten hülsenförmigen Gehäuses mit kleinem Laufspiel geführt, wobei zur Betätigung des am Aktuator angebrachten Ventilschließgliedes eine Stromspule vorgesehen ist, die bei elektromagnetischer Erre gung den Aktuator aus seiner ursprünglichen geschlossenen oder offenen Schaltposition bewegt, um im vorliegenden An wendungsfall den Bremsdruck innerhalb einer Radbremse kon stant zu halten, zu erhöhen oder zu verringern.Actuators of the aforementioned type are preferably used for Solenoid valves used, in particular for slip-controlled motor vehicle brake systems are used. Such an electromagnetically actuated actuator is be Already known from DE 44 06 777 A1. This is inside one sleeve-shaped with brake fluid Housing guided with small running play, being for actuation of the valve closing member attached to the actuator Current coil is provided for electromagnetic excitation movement of the actuator from its original closed or open shift position moved to present in the present the brake pressure within a wheel brake con keep, increase or decrease.

Damit eine einwandfreie Dichtfunktion des Ventilschließglie des und eine hinreichend genaue Führung des Aktuators im hülsenförmigen Gehäuse zustandekommt, sind entsprechend eng tolerierte Passungsspiele zwischen dem kolbenförmigen Aktua tor und dem hülsenförmigen Gehäuse einzuhalten. Dies führt zwangsläufig zu dem Nachteil, daß bei einem Betrieb des Ak tuators unter Tieftemperaturbedingung zwangsläufig durch die Viskositätszunahme der im Bereich des Aktuators befindlichen Flüssigkeit unerwünschte Schaltverzögerungen auftreten kön nen. Von besonders großem Einfluß sind derartige temperatur abhängige Viskositätsveränderungen im Hinblick auf die Ver wendung von Mineralölen.This ensures that the valve closing element functions properly des and a sufficiently precise guidance of the actuator in sleeve-shaped housing, are correspondingly narrow tolerated clearance between the piston-shaped actuator gate and the sleeve-shaped housing. this leads to inevitably to the disadvantage that when the Ak tuators inevitably due to the low temperature conditions Viscosity increase of those in the area of the actuator Liquid unwanted switching delays can occur nen. Such temperatures are of particularly great influence dependent viscosity changes with regard to the ver use of mineral oils.

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, einen elektromagne tisch betätigten Aktuator der eingangs genannten Art derart Zu gestalten, daß mit möglichst geringem baulichen als auch funktionellen Aufwand und weitgehender Beibehaltung des ur sprünglichen Aktuators im weiten Temperaturbereich sowie unter Verwendung unterschiedlicher Fluide die gewünschte, gleichbleibende Schaltcharakteristik des Aktuators erhalten bleibt.It is therefore the object of the invention to provide an electromagnetic table actuated actuator of the type mentioned above To design that with as little construction as possible functional effort and largely maintaining the ur original actuator in the wide temperature range as well the desired, using different fluids, receive constant switching characteristics of the actuator remains.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für einen elektromagne tisch betätigten Aktuator der gattungsbildenden Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 erreicht. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen im nach folgenden aus den Unteransprüchen als auch durch die Be schreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.This object is invented for an electromagnetic table actuated actuator of the generic type with the characterizing features of claim 1 achieved. Further features and advantages of the invention are discussed in the following from the dependent claims as well as by the Be description of an embodiment.

Es zeigt die einzige Fig. 1 exemplarisch den Aufbau eines Aktuators 1, der als kolbenförmiges Bauteil innerhalb eines mit Flüssigkeit beaufschlagten Aktuatorengehäuses 2 mit re lativ kleinem Laufspiel geführt ist. Dem kolbenförmigen Ak tuator 1 ist eine Stromspule 3 zugeordnet, die bei elektro magnetischer Erregung den Aktuator 1 aus seiner abbildungs gemäßen Grundstellung bewegt. Im vorliegenden Ausführungs beispiel ist das Aktuatorengehäuse 2 aus einem metallischen Dünnblechteil, vorzugsweise mittels Tiefziehverfahren her gestellt und im oberen Endbereich deckel- oder domförmig ausgeführt. Dieser Bereich bildet gleichzeitig den Anschlag für die eine Endstellung des Aktuators 1, an dessen vom Dom bereich des Aktuatorengehäuses 2 abgewandten Stirnseite im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein stößelförmiges Ventil schließglied 9 angebracht ist, das mit seinem Schaft einen Magnetkern 8 durchgreift. Da sowohl das Ventilschließglied 9 als auch der Magnetkern 8 im Hinblick auf die beschriebene Erfindung von untergeordneter Bedeutung sind, werden jene Bauteile nicht im Detail dargestellt oder gar beschrieben. Aus der Fig. 1 geht vielmehr deutlich hervor, daß der kol benförmige Aktuator 1 mit äußerst kleinem Radialspiel im hülsenförmigen Aktuatorgehäuse 2 geführt ist, womit ein bei einer Hubbewegung des Aktuators 1 notwendiger Flüssigkeits austausch zwischen den oberhalb und unterhalb des Aktuators 1 gelegenen Hohlräumen im Aktuatorengehäuse 2 vorwiegend über die bei maßstabsgerechter Betrachtung des Aktuators 1 gleichfalls relativ klein ausgeführten Flüssigkeitsaus gleichsbohrungen 10 innerhalb des Aktuators 1 erfolgt. Dies führt bei der vorgestellten Konstruktion des Aktuators 1 zu einem unerwünscht veränderten Schaltverhalten, sobald im Tieftemperaturbetrieb eine entsprechende Viskositätszunahme der Flüssigkeit eintritt. Daher schlägt die Erfindung vor, die im Aktuatorengehäuse 2 befindliche Flüssigkeit 4 mittels eines Heizelementes aufzuheizen, was im vorliegenden Aus führungsbeispiel verblüffend einfach durch die zur elektro magnetischen Betätigung des Aktuators 1 zwangsläufig vorhan dene Stromspule 3 ermöglicht wird. Der hiermit beispielhaft vorgestellte Lösungsgedanke schließt jedoch nicht aus, bei Bedarf anstelle der abbildungsgemäßen Stromspule 3 weitere, separate Heizelemente ähnlicher Bauform und Wirkungsweise zu verwenden. Um jedoch den baulichen als auch funktionellen Aufwand zur Betätigung des Aktuators 1 möglichst gering zu halten, zeichnet sich vorliegendes Ausführungsbeispiel als besonders günstig aus, da die Stromspule sowohl zum Vorhei zen der Flüssigkeit 4 im Aktuatorengehäuse 2 als auch zur Auslösung der eigentlichen Hubbewegung des Aktuators 1 ver wendet werden kann. Die Größe der Temperaturerhöhung in der Stromspule 3 wird hierbei durch entsprechende Wahl der elek trischen Strom- und Spannungsgröße und mit einer entspre chend festgelegten Aufheiz-Einschaltdauer der Stromspule 3 realisiert, so daß sich die Flüssigkeit 4 in Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit des die Stromspule 3 aufnehmenden Spulenkörpers 5 und dem gewählten Aktuatorengehäuse 2 ent sprechend aufheizt. Zu diesem Zweck ist die Stromspule 3 auf einem metallischen Spulenkörper 5 angeordnet, der mit seiner möglichst dünnwandigen Mantelfläche an der gleichfalls dünn wandigen Außenfläche des metallischen Aktuatorengehäuses 2 anliegt. Für den Spulenkörper 5 eignet sich besonders im Bereich der Kontaktfläche zum Aktuatorengehäuse 2 (Bereich des Metallkerns) ein aus vorzugsweise anodisiertem Aluminium bestehender Werkstoff. Der die Stromspule 3 tragende Spulen körper 5 ist von einem am Aktuatorengehäuse 2 anliegenden, den Spulenkörper 5 zumindest teilweise umschließenden Joch ringgehäuse 6 begrenzt, der zur Übertragung des Magnetflus ses und damit zur Magnetkreisverbindung aus einem magneti schen Werkstoff, vorzugsweise Automatenstahl gefertigt ist. Um eine unerwünschte Wärmeableitung der als Heizelement wirksamen Stromspule 3 in Richtung auf das Jochringgehäuse 6 und auf den das Aktuatorengehäuse 2 sowie auf das den Ma gnetkern 8 aufnehmenden metallischen Ventilträgerteil un terhalb der Stromspule 3 zu verhindern, werden als thermi sche Isolatoren 7 zwei beiderseits zur Stirnfläche des Spu lenkörpers 5 angeordnete Kunststoffscheiben, die vorzugs weise aus Polyamid bestehen können, positioniert. Hierdurch wird der Wärmefluß von der Stromspule 3 in Richtung des Jochringgehäuses 6 und dem den Magnetkern 8 aufnehmenden Ventilträgerteil bewußt unterbrochen.The sole Fig. 1 an example of the structure of an actuator 1, which is guided as a piston-like component within a liquid loaded with actuators housing 2 with concentration relative small running clearance. The piston-shaped actuator 1 is assigned a current coil 3 , which moves the actuator 1 from its illustrated basic position in the case of electromagnetic excitation. In the present embodiment, for example, the actuator housing 2 is made of a thin sheet metal part, preferably by means of a deep-drawing process, and is designed in the upper end region in a lid or dome shape. This area also forms the stop for the one end position of the actuator 1 , on its end facing away from the dome area of the actuator housing 2 in the present exemplary embodiment a plunger-shaped valve closing member 9 is attached, which engages with its shaft a magnetic core 8 . Since both the valve closing member 9 and the magnetic core 8 are of secondary importance with regard to the described invention, those components are not shown in detail or even described. From Fig. 1 is rather evident that the kol benförmige actuator 1 is carried out with an extremely small radial play in sleeve-shaped actuator housing 2, which is a necessary in a reciprocating motion of the actuator 1 liquid exchange between the above and below of the actuator 1 located cavities in the actuator casings 2 predominantly via the liquid out compensation bores 10, which are likewise relatively small in scale when the actuator 1 is viewed within the actuator 1 . In the proposed construction of the actuator 1, this leads to an undesirably changed switching behavior as soon as a corresponding increase in viscosity of the liquid occurs in low-temperature operation. Therefore, the invention proposes heating the liquid 4 located in the actuator housing 2 by means of a heating element, which is surprisingly simple in the present exemplary embodiment from the current coil 3 which is inevitably provided for the electromagnetic actuation of the actuator 1 . However, the concept of solution presented here by way of example does not exclude the use of further, separate heating elements of a similar design and mode of operation instead of the current coil 3 shown in the illustration. However, in order to keep the structural and functional expenditure for actuating the actuator 1 as low as possible, the present exemplary embodiment is particularly advantageous because the current coil both for preheating the liquid 4 in the actuator housing 2 and for triggering the actual stroke movement of the actuator 1 can be used. The size of the temperature increase in the current coil 3 is realized by appropriate choice of the elec trical current and voltage size and with a correspondingly set heating-up duration of the current coil 3 , so that the liquid 4 in dependence on the thermal conductivity of the current coil 3 receiving Coil body 5 and the selected actuator housing 2 heated accordingly. For this purpose, the current coil 3 is arranged on a metallic coil bobbin 5 , which with its thin-walled outer surface rests against the likewise thin-walled outer surface of the metallic actuator housing 2 . A material consisting of preferably anodized aluminum is particularly suitable for the coil former 5 in the area of the contact surface with the actuator housing 2 (area of the metal core). The current coil 3 supporting bobbin 5 is of a present at the actuator casings 2, the bobbin 5 at least partially surrounding yoke ring housing defines 6, the rule for transmitting the Magnetflus ses and thus to magnetic circuit connection of a magneti material, preferably mild steel is made. In order to prevent undesired heat dissipation of the current coil 3, which acts as a heating element, in the direction of the yoke ring housing 6 and the actuator housing 2 and the metallic valve carrier part accommodating the magnetic core 8 underneath the current coil 3 , thermal insulators 7 are used on both sides of the end face the Spu lenkörpers 5 arranged plastic discs, which may be made of polyamide, positioned. As a result, the heat flow from the current coil 3 in the direction of the yoke ring housing 6 and the valve carrier part receiving the magnetic core 8 is deliberately interrupted.

Die Einschaltzeit der Stromspule 3 zum Zwecke der Aufheizung der Flüssigkeit wird im wesentlichen durch die Wicklungs temperatur der Stromspule 3 bestimmt, die zwar im Hinblick auf die Aufheizung der Flüssigkeit 4 meßbar ist, die jedoch mit recht guter rechnerischen Annäherung an den Ist-Wert bei Kenntnis der Umgebungstemperatur, der Spulenspannung als auch unter Bezugnahme auf die an sich bekannten Spulenkenn daten (Ohmscher Widerstand) ermittelt und zur Festlegung der Einschaltdauer zum Aufheizen der Stromspule 3 herangezogen werden kann. Die Erfindung ist hierbei nicht auf die Verwen dung eines Gleichstromspulenstroms zur Aufheizung der Flüs sigkeit 4 beschränkt, da auch ein Aufheizen der Stromspule 3 mit Wechselstrom infolge der dabei entstehenden Wirbelströme im Aktuator 1 (Magnetanker) die gewünschte Erwärmung der Flüssigkeit 4 ermöglicht. The turn-on time of the current coil 3 for the purpose of heating the liquid is essentially determined by the winding temperature of the current coil 3 , which is measurable with regard to the heating of the liquid 4 , but with a fairly good mathematical approximation to the actual value when known the ambient temperature, the coil voltage and also with reference to the coil data known per se (ohmic resistance) and can be used to determine the on-time for heating the current coil 3 . The invention is not limited to the use of a direct current coil current for heating the liquid 4 , since heating the current coil 3 with alternating current as a result of the eddy currents thereby generated in the actuator 1 (magnet armature) enables the desired heating of the liquid 4 .

BezugszeichenlisteReference list

11

Aktuator
Actuator

22nd

Aktuatorgehäuse
Actuator housing

33rd

Stromspule
Current coil

44th

Flüssigkeit
liquid

55

Spulenkörper
Bobbin

66

Jochringgehäuse
Yoke ring housing

77

Isolator
insulator

88th

Magnetkern
Magnetic core

99

Ventilschließglied
Valve closing member

1010th

Flüssigkeitsausgleichsbohrung.
Liquid compensation hole.

Claims

1. Elektromagnetisch betätigter Aktuator, insbesondere Ven tilaktuator, der innerhalb eines mit Flüssigkeit beauf schlagten Aktuatorgehäuses mit kleinem Laufspiel geführt ist, mit einer dem Aktuator zugeordneten Stromspule, die bei elektromagnetischer Erregung den Aktuator aus seiner ursprünglichen Schaltposition bewegt, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Heizelement vorgesehen ist, das die im Aktuatorgehäuse (2) befindliche Flüssigkeit (4) auf heizt.1. Electromagnetically actuated actuator, in particular Ven tilaktuator, which is guided within an actuator housing impinged with liquid with a small running clearance, with a current coil assigned to the actuator, which moves the actuator from its original switching position with electromagnetic excitation, characterized in that a heating element It is provided that heats the liquid ( 4 ) located in the actuator housing ( 2 ).

2. Elektromagnetisch betätigter Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Ausführung einer Ände rung der Schaltposition des Aktuators (1) mittels des Heizelementes die Flüssigkeit (4) elektrisch aufgeheizt ist.2. Electromagnetically actuated actuator according to claim 1, characterized in that the liquid ( 4 ) is electrically heated by means of the heating element before executing a change in the switching position of the actuator ( 1 ).

3. Elektromagnetisch betätigter Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspule (3) als Heizelement ausgebildet ist.3. Electromagnetically actuated actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the current coil ( 3 ) is designed as a heating element.

4. Elektromagnetisch betätigter Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspule (3) durch einen elektrischen Strom und eine elektrische Spannung definierter Größe und Dauer die Flüssigkeit (4) über ein die Wärmeleitfähigkeit begünstigendes Aktuatorgehäuse (2) aufheizt.4. Electromagnetically actuated actuator according to claim 1, characterized in that the current coil ( 3 ) by an electrical current and an electrical voltage of defined size and duration heats the liquid ( 4 ) via an actuator housing ( 2 ) which favors thermal conductivity.

5. Elektromagnetisch betätigter Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspule (3) auf einem metallischen Spulenkörper (5) angeordnet ist, der mit seiner dünnwandigen Mantelfläche an der Außenfläche des metallischen Aktuatorgehäuses (2) anliegt.5. Electromagnetically actuated actuator according to claim 1, characterized in that the current coil ( 3 ) is arranged on a metallic coil body ( 5 ) which bears with its thin-walled outer surface on the outer surface of the metallic actuator housing ( 2 ).

6. Elektromagnetisch betätigter Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper (5) zumin dest im Bereich des Aktuatorgehäuses (2) aus Aluminium besteht, das vorzugsweise anodisiert ist.6. Electromagnetically actuated actuator according to claim 5, characterized in that the coil body ( 5 ) at least in the region of the actuator housing ( 2 ) consists of aluminum, which is preferably anodized.

7. Elektromagnetisch betätigter Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Stromspule (3) tra gende Spulenkörper (5) von einem am Aktuatorgehäuse (2) anliegenden, den Spulenkörper (5) zumindest teilweise umhüllenden Jochringgehäuse (6) begrenzt ist, wobei zwi schen dem Jochringgehäuse (6) und dem Spulenkörper (5) ein thermischer Isolator (7) angebracht ist.7. Electromagnetically actuated actuator according to claim 5, characterized in that the current coil ( 3 ) tra ing coil body ( 5 ) of an actuator housing ( 2 ) adjacent, the coil body ( 5 ) at least partially enveloping yoke ring housing ( 6 ) is limited, wherein between the yoke ring housing ( 6 ) and the coil former ( 5 ) a thermal insulator ( 7 ) is attached.

8. Elektromagnetisch betätigter Aktuator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Isolator (7) aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus Polyamid besteht.8. Electromagnetically actuated actuator according to claim 7, characterized in that the thermal insulator ( 7 ) consists of a plastic, preferably of polyamide.

9. Verfahren zum Betrieb eines elektromagnetisch betätigten Aktuators, insbesondere Ventilaktuator, nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich net, daß die Einschaltzeit der Stromspule (3) zur Auf heizung der Flüssigkeit (4) abhängig von der Wicklungs temperatur der Stromspule (3) erfolgt.9. A method of operating an electromagnetically actuated actuator, in particular a valve actuator, according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that the on time of the current coil ( 3 ) for heating the liquid ( 4 ) depends on the winding temperature of the current coil ( 3 ) is done.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungstemperatur näherungsweise nach Erfassen der Umgebungstemperatur, der Spulenspannung sowie dem Ohm schen Widerstand der Stromspule (3) errechnet wird. 10. The method according to claim 9, characterized in that the winding temperature is calculated approximately after detecting the ambient temperature, the coil voltage and the ohmic resistance of the current coil ( 3 ).

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufheizung der Flüssigkeit (4) an der Stromspule (3) eine Gleichstromquelle angeschlossen ist.11. The method according to claim 9, characterized in that a DC power source is connected to the heating of the liquid ( 4 ) on the current coil ( 3 ).

12. Verfahren zum Betrieb eines Aktuators nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufheizung der Flüssig keit (4) die Stromspule (3) von Wechselstrom durchflos sen ist.12. A method of operating an actuator according to claim 9, characterized in that for heating the liquid speed ( 4 ), the current coil ( 3 ) of alternating current is sen.