DE20100950U1

DE20100950U1 - Elektromagnetische Stellvorrichtung

Info

Publication number: DE20100950U1
Application number: DE20100950U
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2011-01-20
Also published as: US20020121828A1; US6556113B2

Description

- &igr; - ■

R.39990

22.12.2000

ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart

Elektromagnetische Stellvorrichtung

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektromagnetischen Stellvorrichtung, insbesondere für Automatikgetriebe in Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs

Bei solchen elektromagnetischen Stellvorrichtungen werden mittels der vom Elektromagneten erzeugten Magnetkraft hydraulische Regelfunktionen durchgeführt. Die Abhängigkeit zwischen dem der Magnetspule zugeführten Erregerstrom und dem ausgesteuerten Regeldruck wird durch die Regeldruck-Strom-Kennlinie der Stellvorrichtung beschrieben. Die Kennlinie verläuft stetig, ist spezifiziert und bildet die Grundlage für die Applikation im Kraftfahrzeug. Ein wesentliches Merkmal der Kennlinie ist ihre Steigung. Diese Steigung wird durch die Eigenschaften des Elektromagneten bestimmt. Schwankungen in den Fertigungstoleranzen der Einzelteile des Elektromagneten wirken sich aber auf den Magnetfluß und damit auf die Magnetkraft aus, so daß in den Kennlinien gleicher

R.39990

elektromagnetischer Stellvorrichtungen einer Fertigungsserie erhebliche Schwankungen in der Kennliniensteigung auftreten können.

Bei einer bekannten elektromagnetischen Stelleinrichtung mit einem Proportionalmagneten zur Betätigung von Proportionalventilen (EP 0 464 370 Bl) hat man zur Beseitigung des negativen Einflusses von Fertigungsstreuungen und Permeabilitätsunterschieden des Magnetmaterials auf die Magnetkraft des Proportionalmagneten und damit auf die Steigung der Kennlinie Mittel vorgesehen, mit denen der magnetische Widerstand des Eisenkreises auch noch nach dem Zusammenbau des Elektromagneten.bzw. der elektromagnetischen Stellvorrichtung in Grenzen.geändert werden kann, so daß der Elektromagnet bezüglich seiner Magnetkraft nachträglich justiert werden kann. Diese Mittel weisen eine das Mittelteil axial übergreifende, ferromagnetische Einstellhülse auf, die axial verschieblich ausgebildet ist und mit ihrem das Mittelteil überdeckenden oder überlappenden Abschnitt eine magnetisch gut leitende Verbindung.zwischen dem Mittelteil und dem Gehäuseboden herstellt. Die Einstellhülse ist hierzu in einer zentralen Bohrung im Gehäuseboden verschraubbar. Je nach Größe des das Mittelteil überdeckenden Hülsenabschnitts wird dem Magnetfluß im Eisenkreis partiell ein mehr oder weniger großer Querschnitt zur Verfügung gestellt und somit der dem magnetischen Fluß entgegenstehende magnetische Widerstand geändert. Das Maß der Überdeckung oder Überlappung bestimmt die Höhe des magnetischen Leitwertes und beeinflußt damit den magnetischen Gesamtwiderstand.

■ ··

. ■■ ' ■ R. 39990

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektromagnetische Stellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß der dem Magnetfluß zur Verfügung stehende Eisenquerschnitt bei der nachträglichen Justierung des Elektromagneten unverändert bleibt und dem konstanten magnetischen Widerstand des Eisenkreises ein einstellbarer magnetischer .Widerstand parallelgeschaltet ist. Damit kann die Justierung der Magnetkraft sehr feinfühlig vorgenommen werden. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Realisierung der Justiermittel sind konstruktiv einfach und fertigungstechnisch kostengünstig darstellbar. Die vorgenommene Justierung läßt sich mit einfachen Zusatzmitteln fixieren, so daß auch in rauher Betriebsweise eine Dejustierung der elektromagnetischen Stellvorrichtung nicht eintritt.

Die erfindungsgemäße elektromagnetische Stellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 hat den Vorteil einer fertigungstechnisch besonders kostengünstigen Konstruktion für die Justierung des Elektromagneten.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch.1 bzw. im Anspruch 9 angegebenen elektromagnetischen Stellvorrichtung möglich.

R.39990

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer elektromagnetischen

Stellvorrichtung für ein Automatikgetriebe von Kraftfahrzeugen, teilweise schematisiert, 10

Fig. 2 jeweils eine schematische Darstellung eines und 3 Längsschnitts des Elektromagneten in Fig. 1

gemäß zweier weiterer Ausführungsbeispiele.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die' in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Stellvorrichtung für ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs weist einen Elektromagneten 10 und ein als 3/2-Wegeventil 11 ausgebildetes Proportionalventil auf, das an der Stirnseite des Elektromagneten 10 festgelegt ist. Die Ventilanschlüsse sind mit P, A und T bezeichnet. Sie werden von einem als Doppelkolben-Schieber ausgebildeten Steuerschieber 12 gesteuert, der von dem Elektromagneten 10 betätigt wird.

Der Elektromagnet 10 weist ein topfförmiges Gehäuse 13 aus ferromagnetischem Material, das eine Magnetspule 14 umschließt, ein vom Gehäuseboden 131 koaxial abstrebendes, die Magnetspule 14 tragendes Mittelteil 15 aus ferromagnetischem Material (auch Magnetkern genannt) und einen dem Mittelteil 15 unter Belassung eines

R.39990

Arbeitsluftspalts 16 vorgelagerten, beweglichen Anker 17 aus ferromagnetische™. Material auf. Das Mittelteil 15 ist in eine koaxiale Öffnung 36 im Gehäuseboden 131 eingesetzt und steht über die außenliegende Bodenfläche des Gehäusebodens 131 vor. Mittelteil 15, Gehäuse 13 und Anker 17 bilden unter Einbeziehung des Arbeitsluftspalts 16 einen geschlossenen Eisenkreis für den von der Magnetspule 14 erzeugten Magnetfluß. Anker 17 und Steuerschieber 12 des 3/2-Wegeventils 11 liegen im Betrieb der Stellvorrichtung kraftschlüssig aneinander an. Eine Membranfeder 18, ist mittig fest mit dem Anker 17 verbunden und randseitig von dem Ventilkörper 111 am Gehäuse 13 festgespannt. Der Ventilkörper 111 ist durch eine Umbördelung 19 an der Stirnseite des Gehäuses 13 festgelegt. Der Anker 17 ist. von einer der Magnetkraft des Elektromagneten 10 entgegenwirkenden Rückstellfeder 20 und von der der Rückstellfeder 20 mit geringerer Federkraft entgegenwirkenden Membranfeder 18 beaufschlagt. Die Rückstellfeder 20 ist im Innern des hohlzylindrischen Mittelteils 15 angeordnet und auf einer im Anker 17 befestigten, koaxial in das Innere des Mittelteils 15 hineinragenden Tragstange 21 aufgeschoben. Die als Druckfeder ausgeführte Rückstellfeder 20 stützt sich einerseits am Anker 17 und andererseits an einem Spannglied 22 ab, das in einem in der Innenwand des Mittelteils 15 eingestochenen Innengewinde 23 verschraubbar ist. Als Spannglied 22 ist hier eine Einstellschraube 221 verwendet, die in einem Gleitlager 222 das vom Anker 17 abgekehrte Ende der von einem Zylinderstift aus nichtmagnetischem Material gebildeten Tragstange 21 aufnimmt. Durch mehr oder weniger tiefes Einschrauben des Spannglieds 22 kann die Rückstellfeder 20 mehr oder weniger vorgespannt werden. Die

-S-

■ R.39990

Magnetspule 14 besteht aus einem Spulenkörper 24. und einer vom Spulenkörper 24 aufgenommenen Erregerwicklung 25, die mehrlagig aus einem isolierten Wickeldraht, z.B. einem Kupferlackdraht, gewickelt ist. Zur Bestromung der Erregerwicklung 25 sind elektrische Anschlüsse 26 vorhanden, die in einer den Gehäuseboden 131 überdeckenden Abdeckung 27 aus isolierendem Material, z.B. Kunststoff, festgelegt sind. Die Abdeckung 27 kann ein Einzelbauteil sein, ist hier aber durch eine Kunststoffumspritzung realisiert, die den Gehäuseboden 131 und die Magnetspule 14 umschließt.

Infolge von Fertigungsstreuungen in den Toleranzen der Einzelbauteile des Elektromagneten 10 und Permeabilitätsschwankungen im Eisenmaterial unterliegt die Magnetkraft des Elektromagneten 10 innerhalb einer Fertigungsserie unvermeidlichen Streuungen, die sich negativ auf die Regeldruck-Strom-Kennlinie der Stellvorrichtung auswirken. Um diese Streuungen der Magnetkraft zu kompensieren, sind im Eisenkreis für den Magnetfluß Mittel zum Verändern des magnetischen"Widerstandes des Eisenkreises vorgesehen. Diese Mittel umfassen eine in das Mittelteil 15 von dessen Stirnseite her durch eine Sacklochbohrung mit einem gegenüber, dem lichten Durchmesser des Mittelteils 15 größeren Bohrungsdurchmesser hergestellte, hohlzylindrische Vertiefung 28 und ein in die Vertiefung 28 eingesetztes, hohlzylindrisches, ferromagnetisches Füllstück 29, dessen Stirnseite mit dem Boden der Vertiefung 28 einen Nebenluftspalt 30 begrenzt. Aufgrund der Anfasung des Stirnendes des Füllstücks 29 und der Schrägung im Übergangsbereich vom Boden zur Innenwand der Vertiefung 28 weist der Nebenluftspalt 30 zwei ringförmige Teilabschnitte

R.39990

auf, von denen der eine rechtwinklig zur Gehäuseachse und der andere spitzwinklig zur Gehäuseachse verläuft. Das hohlzylindrische oder hülsenförmige Füllstück 29 ist zur Einstellung der axialen Spaltbreite des Nebenluftspalts 30 in der.Vertiefung 28 axial verschiebbar und weist hierzu ein Außengewinde 31 auf, das in einem in die Innenwand der Vertiefung 28 eingestochenen Innengewinde 32 verschraubbar ist. Alternativ kann anstelle der Schraubgewinde ein Schiebesitz zwischen der Vertiefung 28 und dem Füllstück vorgesehen werden. Zum Verstellen besitzt das Füllstück 29 ein Innensechskant 33, in dem ein Hilfswerkzeug eingesteckt werden kann. Anstelle eines Innensechskant kann das Füllstück 29 auch einen Torx oder einen Schlitz besitzen. Die axiale Tiefe der Vertiefung 28 ist so festgelegt, daß der Boden der Vertiefung 28 einen axialen Abstand von der inneren Bodenfläche des Gehäusebodens 131 aufweist. Die Vertiefung begrenzt dadurch eine magnetische Engstelle im Eisenkreis, der der von dem Nebenluftspalt 30 gebildete magnetische Widerstand parallelgeschaltet ist.

■ .

Auf die vom Nebenluftspalt 30 abgekehrte Stirnseite des hohlzylindrischen Füllstücks 29 ist ein im Längsschnitt T-förmiges Formstück 34 aus amagnetischem Material, im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 aus Kunststoff aufgesetzt, das mit seinem Schaftteil formschlüssig in den Innensechskant eintaucht. Dieses Formstück 34 ist mit einem auf der Unterseite seines Querteils vorstehenden, ringförmigen Klemmrand 341 in eine auf der Außenseite der Abdeckung 27 eingebrachte koaxiale Ringnut 35 eingedrückt und damit unverschieblich an der Abdeckung 27 gehalten und deckt das Füllstück 29 von außen ab. Gleichzeitig sichert der in den

R.39990

Innensechskant 33 eintauchende Schaftteil des Formstücks die eingestellte Position des Füllstücks 29. Anstelle der Festklemmung des Formstücks 34 kann dieses auch mit der Abdeckung 27 z.B. durch Ultraschall· verschweißt werden. " ■

Nach dem Zusammenbau des Elektromagneten 10 und dessen Verbinden mit dem 3/2-Wegeventil 11 wird nunmehr der Elektromagnet 10 bezüglich seiner Magnetkraft so justiert, daß die gewünschte Steigung der Regeldruck-Strom-Kennlinie der elektromagnetischen Stellvorrichtung im vorgegebenen Toleranzbereich liegt. Hierzu wird in einem iterativen Prozeß die Rückstellkraft der Rückstellfeder 20 durch Drehen des Spannglieds 22 und die gewünschte Magnetkraft durch Verschieben des Füllstücks 29 in der Vertiefung 28 eingestellt, bis die gewünschte Steigung der Kennlinie erreicht ist. Danach wird das Formstück 34 in den Innensechskant 33 im Füllstück 29 eingesetzt und mit seinem Klemmrand 341 in die Ringnut 35 eingepreßt bzw. mit der Abdeckung 27 verschweißt. Damit.wird einerseits die vorgenommenen Einstellung des Füllstücks 29 gesichert und andererseits das hohle Innere von Füllstück 29, Spannglied und Mittelteil 15 verschlossen.

In Fig. 2 ist schematisch ein Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Elektromagneten 10' dargestellt,

wie er anstelle des Elektromagneten 10 in der . Stellvorrichtung gemäß Fig. 1 eingesetzt werden kann. Der Elektromagnet 10' gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von dem Elektromagneten gemäß Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß der Nebenluftspalt 30 sehr viel tiefer in das Mittelteil hinein verlagert ist und von zwei im Spaltabstand zueinander

• · ft··

R.39990

parallelen Flächen von Mittelteil 15 und Füllstück 29 begrenzt wird. Auf die Darstellung des Formstücks zum Verschließen des Füllstücks 29 und des Spulenkörpers der Magnetspule 14, die mit Kunststoff umspritzt ist, ist verzichtet worden. Der Gehäuseboden 131 ist wiederum von einer als Kunststoffumspritzung ausgeführten Abdeckung überzogen, in der eine entsprechende. Öffnung zur Betätigung von Spannglied 22 und Füllstück 29 vorgehalten ist, die mit dem Formstück verschlossen wird. Das Formstück übernimmt wiederum Sicherungsfunktion für die vorgenommene Einstellung von Spannglied 22 und Füllstück 22. Der Aufbau sowie die Funktionsweise des Elektromagneten 10' sind im übrigen wie zu Fig. 1 beschrieben, so daß gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist der Elektromagnet 10'' insoweit modifiziert, als der Nebenluftspalt 30 im Eisenkreis entfallen und durch eine magnetische Verengung ersetzt ist. Die Mittel zum Verändern des magnetischen Widerstandes des Eisenkreises weisen dazu einen im Gehäusemantel 132 des Gehäuses 10 angeordneten Abschnitt 4 begrenzter Länge mit einem reduzierten Querschnitt sowie einen auf dem Gehäusemantel 132 axial verschiebbaren Justierring 41 aus ferromagnetischem Material zur Veränderung des reduzierten Eisenquerschnitts auf. Der Abschnitt 40 im Gehäusemantel 132 wird dadurch gebildet, daß in die Innenwand des Gehäusemantels 132 eine Ringnut 42 eingestochen ist, die mit dem Kunststoffmaterial der die Erregerwicklung 25 der Magnetspule 14 umschließenden Kunststoffumspritzung ausgefüllt ist. Die durch den Abschnitt 40 gebildete sog. magnetische Engstelle im Eisenkreis erhöht insgesamt den

. - 10 -

■ . . R.39990

magnetischen Widerstand des Eisenkreises. Wird nunmehr der Justierring 41, der luftspaltlos auf dem Gehäusemantel 132 gleitet, auf den Abschnitt 40 aufgeschoben, so wird der magnetische Widerstand des Eisenkreises zunehmend verringert, so daß auch dadurch die Regeldruck-Strom-Kennlinie der Steuervorrichtung in Grenzen korrigiert werden kann. Mit Wegfall des Nebenluftspalts entfällt auch das Füllstück, und das hohlzylindrische Mittelteil 15 ist durchgängig ausgeführt und ebenso wie in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 in die zentrale Öffnung 36 im Gehäuseboden 131 eingesetzt. Dabei schließt die Stirnseite des Mittelteils 15 im wesentlichen mit der. Außenfläche des Gehäusebodens 131 ab.

Claims

1. Elektromagnetische Stellvorrichtung, insbesondere für Automatikgetriebe in Kraftfahrzeugen, mit einem Elektromagneten (10; 10'), der ein eine Magnetspule (14) umschließendes, topfförmiges Gehäuse (13) aus ferromagnetischem Material mit einem Gehäuseboden (131), ein vom Gehäuseboden (131) abstrebendes, die Magnetspule (14) tragendes, ferromagnetisches Mittelteil (15) und einen dem Mittelteil (15) unter Belassung eines Arbeitsluftspalts (16) vorgelagerten, beweglichen Anker (17) aufweist, der mit dem Gehäuse (13) und dem Mittelteil (15) einen einen magnetischen Widerstand für einen sich ausbildenden Magnetfluß besitzenden Eisenkreis bildet, und mit Mitteln zum Verändern des magnetischen Widerstandes, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verändern des magnetischen Widerstandes eine in das Mittelteil (15) eingebrachte axiale Vertiefung (28) und ein in die Vertiefung (28) eingesetztes, axial verschiebbares, ferromagnetisches Füllstück (29) aufweisen, das mit dem Boden der Vertiefung (28) einen Nebenluftspalt (30) begrenzt.

2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseboden (131) eine zentrale Öffnung (36) aufweist, in die das Mittelteil (15) eingesetzt ist.

3. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Vertiefung (28) so festgelegt ist, daß der Boden der Vertiefung (28) gegenüber dem Gehäuseboden (131) zurückversetzt ist.

4. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelteil (15) und das Füllstück (29) hohlzylindrisch ausgebildet sind und der vom Boden der Vertiefung (28) und dem Füllstück (29) begrenzte Nebenluftspalt (30) im wesentlichen ringförmig ist.

5. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllstück (29) ein Außengewinde (31) trägt und in die Vertiefung (28) ein Innengewinde (32) eingeschnitten ist, in dem das Füllstück (29) mit seinem Außengewinde (31) verschraubbar ist.

6. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Füllstück (29) und Vertiefung (28) ein Schiebesitz ausgebildet ist.

7. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß von einer vom Nebenluftspalt (30) abgekehrte Stirnseite des Füllstücks (29) her ein am Gehäuseboden (131) festlegbares Formstück (34) aus nicht ferromagnetischem Material in das Füllstück (29) dieses abdeckend, vorzugsweise formschlüssig, eingreift.

8. Stellvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Formstück (34) mit einem ringförmigen Klemmrand (341) in eine Ringnut (35) eingedrückt ist, die in einer den Gehäuseboden (131) überziehenden Abdeckung (27) aus amagnetischem Material, vorzugsweise Kunststoff, angeordnet ist.

9. Stellvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Formstück (34) mit einer den Gehäuseboden (131) überziehenden Abdeckung (27) aus amagnetischem Material, vorzugsweise Kunststoff, verschweißt ist.

10. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (17) von einer der Magnetkraft des Elektromagneten (10; 10') entgegenwirkenden Rückstellfeder (20) beaufschlagt ist, die im Innern des hohlzylindrischen Mittelteils (15) aufgenommen ist und sich einerseits am Anker (17) und andererseits an einem im Mittelteil (15) axial verstellbaren Spannglied (22) abstützt.

11. Stellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verändern des magnetischen Widerstands des Eisenkreises einen im Gehäusemäntel (132) des Gehäuses (13) angeordneten Abschnitt (40) begrenzter Länge mit einem reduzierten Mantelquerschnitt und einen auf dem Gehäusemantel (132) axial verschiebbaren Justierring (41) aus ferromagnetischem Material aufweisen.