DE3809909A1 - Device for carrying out control and/or regulation processes in a motor vehicle - Google Patents
Device for carrying out control and/or regulation processes in a motor vehicleInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Steuer- und/oder Regelungsvorgängen in einem Kraftfahrzeug mit einem von einer Rückstellfeder beaufschlagten Aktuator.The invention relates to a device for carrying out Control and / or regulation processes in a motor vehicle with an actuator loaded by a return spring.
In Kraftfahrzeugen werden Aktuatoren zur Steuerung bzw. Re gelung von physikalischen Größen eingesetzt. Diese Stellele mente sind zum Teil mit mechanischen Getrieben und Lagerstel len versehen. Zur Schmierung finden im allgemeinen Fette bzw. Öle Verwendung. Die Viskosität dieser Schmierstoffe steigt mit sinkender Temperatur. Dadurch erhöht sich die innere Reibung der Aktuatoren. Bei tiefen Temperaturen (ca. -20°C bis -40°C) reicht die Kraft der externen Rückstellfeder oft nicht mehr aus, um den Aktuator im stromlosen Zustand in seine Ruheposition zurückzustellen.Actuators for control or re used physical quantities. This Stellele elements are partly with mechanical gears and bearings len provided. In general, greases or Oils use. The viscosity of these lubricants increases with falling temperature. This increases the inner Friction of the actuators. At low temperatures (approx. -20 ° C down to -40 ° C) the force of the external return spring is often sufficient no longer out to the actuator in de-energized state to reset his resting position.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, die eine ausreichende Rückstell kraft des Aktuators über einen weiten Temperaturbereich, so mit sowohl bei hohen als auch bei tiefen Temperaturen sicher stellt.It is an object of the present invention, a device of to create the type mentioned, which has a sufficient provision force of the actuator over a wide temperature range, see above with safe at both high and low temperatures poses.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß ein temperaturabhängig formveränderliches, kraftübertragendes Element vorgesehen ist, das mit der Rückstellfeder zusammen wirkt. Unter einem derartigen Element soll bevorzugt ein so genanntes Memory-Element, d.h. ein Element aus einer Form gedächtnis-Legierung oder aber ein Thermobimetall verstanden werden, wobei die Elemente als Federn ausgebildet sind. Die Federn werden derart appliziert, daß sie bei tiefen Tempera turen eine Zusatz-Rückstellkraft bzw. ein Zusatz-Drehmoment erzeugen. Die daraus resultierende Erhöhung der Aktuatoren last ist insbesondere für elektromotorische bzw. elektromag netisch angetriebene Stellelemente unkritisch, da aufgrund des mit der Temperatur sinkenden elektrischen Widerstandes die Leistungsfähigkeit der Aktuatoren steigt.The object is achieved in that a Temperature-changing, force-transmitting Element is provided together with the return spring works. Under such an element, preferably such a called memory element, i.e. an element from a shape memory alloy or a thermal bimetal understood be, the elements are designed as springs. The Feathers are applied in such a way that they are at a low temperature tures an additional restoring force or an additional torque produce. The resulting increase in actuators load is especially for electromotive or electromag netisch driven control elements uncritical because of the electrical resistance falling with the temperature the performance of the actuators increases.
Grundsätzlich ergeben sich unterschiedliche Möglichkeiten, die Aktuator-Rückstellfedervorspannung zu erhöhen. Dies kann beispielsweise durch ein Memory-Element mit einem sogenannten Einwegeffekt und einer Memory-Element-Rückstellfeder oder durch ein Memory-Element mit einem sogenannten Zweiwegeffekt erfolgen. Beim Einwegeffekt wird die ursprüngliche Federform nur beim Erwärmen wieder angenommen. Beim Zweiwegeffekt liegt ein reversibles temperaturabhängiges Formänderungsver halten vor, wodurch in diesem Fall die Verwendung einer Memory-Element-Rückstellfeder nicht erforderlich ist. Memory- Elemente als solche sind Stand der Technik, es erübrigt sich daher auf deren Wirkungsweise näher einzugehen. Bei der Ver wendung von Thermobimetallen bietet es sich insbesondere an, diese mit einem Leerhub zu applizieren, so daß sich erst ab einer festgelegten Temperatur eine Zusatzkraft aufbaut.Basically there are different possibilities to increase the actuator return spring preload. This can for example by a memory element with a so-called One-way effect and a memory element return spring or through a memory element with a so-called two-way effect respectively. With the one-way effect, the original feather shape only accepted again when heated. With the two-way effect is a reversible temperature-dependent strain change ver hold, which in this case the use of a Memory element return spring is not required. Memory Elements as such are state of the art, it is not necessary therefore go into more detail on how they work. When ver thermo bimetals, it is particularly useful to apply this with an idle stroke, so that only from builds up an additional force at a specified temperature.
Bevorzugt werden die genannten thermisch aktiven Elemente nur zur Vorspannungserhöhung der Aktuator-Rückstellfeder bei tiefen Temperaturen eingesetzt. Arbeitet letztere auf einem niedrigeren Kraft- bzw. Drehmomentenniveau, so führt dies da zu, daß nur sie dynamisch belastet wird, während das Memory- Element bzw. das Thermobimetall bei konstanter Temperatur statisch wirkende Elemente darstellen. Bei kleineren Last spielzahlen und/oder Hüben (etwa <104) können die thermisch aktiven Elemente auch direkt als Aktuatorrückstellfeder ein gesetzt werden. The thermally active elements mentioned are preferably only used to increase the preload of the actuator return spring at low temperatures. If the latter works at a lower level of force or torque, this leads to the fact that only it is dynamically loaded, while the memory element or the thermobimetal represent elements which act statically at constant temperature. With smaller load cycles and / or strokes (approximately <10 4 ), the thermally active elements can also be used directly as an actuator return spring.
Die Temperaturbeeinflussung des Elements wird in aller Regel durch die in dem das Element umgebenden Bereich vorgegebene Temperatur erfolgen. Daneben besteht die Möglichkeit, die Temperatur des Elementes durch Zu- bzw. Abschalten einer an dieses angelegten elektrischen Spannung zu beeinflussen und hierdurch eine Drehmoment- bzw. Kraftveränderung, insbesondere eine Erhöhung zu bewirken. Durch die mechanische Anordnung des Elements kann in jedem Fall eine Beeinflussung der Feder vorspannung erzielt werden. Das elektrisch beheizte Element kann sowohl als Memory-Element mit Einwegeffekt und Memory- Element-Rückstellfeder oder als Memory-Element mit Zweiweg effekt, d.h. ohne Memory-Element-Rückstellfeder eingesetzt werden, abgesehen hiervon als Thermobimetall.The temperature influence of the element is usually by the given in the area surrounding the element Temperature. There is also the option of Temperature of the element by switching an on or off to influence this applied voltage and a change in torque or force, in particular to cause an increase. Due to the mechanical arrangement the element can in any case influence the spring bias can be achieved. The electrically heated element can be used both as a memory element with one-way effect and memory Element return spring or as a memory element with two-way effect, i.e. inserted without memory element return spring apart from this as a bimetal.
Die Ausbildung des Memory-Elementes bzw. des Thermobimetalles ist nicht auf eine übliche Schraubendruckfeder oder eine Schraubenzugfeder beschränkt, es kommen hierfür die unter schiedlichsten Ausgestaltungen der Feder in Frage, beispiels weise in Art einer Schenkelfeder, einer Blattfeder, die ein- oder mehrlagig ausgeführt sein kann, einer Spiralfeder, auch als Flachspiralfeder, einer Drehstabfeder, einer konischen Druckfeder, einer Tellerfeder, einer Ringfeder usw.The formation of the memory element or the thermobimetal is not on a usual helical compression spring or one Tension spring limited, there are under various designs of the spring in question, for example wise in the manner of a leg spring, a leaf spring that or can be multi-layer, a coil spring, too as a flat spiral spring, a torsion bar spring, a conical Compression spring, a plate spring, a ring spring etc.
Weitere Vorteile, Merkmale und insbesondere Anwendungsmöglich keiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der fol genden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt:Further advantages, features and in particular possible applications The present invention results from the fol ing description of several preferred embodiments in conjunction with the drawings. It shows:
Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem als Memory-Element mit Einwegeffekt ausgebildeten temperaturabhängig formveränderlichen, kraft übertragenden Element mit einer Darstellung der Anordnung für einen Temperaturbereich von etwa 0 bis 140°C, Fig. 1, the device according to the invention with a trained as a memory element with one-way effect temperature dependent variable-shape, force-transmitting element with a representation of the arrangement for a temperature range of about 0 to 140 ° C,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung für ein Temperaturbereich von 0 bis -40°C, Fig. 2 shows one of Fig. 1 representation corresponding to a temperature range of 0 to -40 ° C,
Fig. 3 eine Darstellung entsprechend der in Fig. 1 für ein Memory-Element mit Zweiwegeffekt im Temperaturbereich von 0 bis 140°C, Fig. 3 is a representation corresponding to Fig. 1, for a memory element with two-way effect in the temperature range from 0 to 140 ° C
Fig. 4 eine Darstellung gemäß Fig. 3 für den Tempera turbereich von 0 bis -40°C, Fig. 4 is a representation according to FIG. 3 for the temperature turbereich 0 to -40 ° C,
Fig. 5 eine weitere mögliche Anordnung eines Memory- Elementes mit Einwegeffekt in einem Temperatur bereich von 0 bis 140°C und Fig. 5 shows another possible arrangement of a memory element with a one-way effect in a temperature range from 0 to 140 ° C and
Fig. 6 eine Darstellung gemäß Fig. 5 für den Tempera turbereich von 0 bis -40°C. Fig. 6 is an illustration of FIG. 5 for the tempera ture range from 0 to -40 ° C.
In den Figuren ist das Memory-Element mit M, die Memory-Element- Rückstellfeder mit F 1 und die Aktuator-Rückstellfeder mit F 2 bezeichnet. x ist der jeweils vom Aktuator erzeugte Be tätigungsweg, s der vom thermisch aktiven Element, somit vom Memory-Element M erzeugte Vorspannweg der Aktuator-Rückstell feder F 2. Obwohl bei den Ausbildungen nach den Fig. 1 bis 6 nur translatorische Anwendungsfälle gezeigt sind, versteht es sich von selbst, daß gleichfalls rotatorische Anwendungs fälle für die Federungen möglich sind, in diesen Fällen sind die Größen x und s als Winkel zu betrachten, x wäre dann der vom Aktuator erzeugte Betätigungswinkel s der vom thermisch aktiven Element erzeugte Vorspannwinkel der Aktuator-Rück stellfeder.In the figures, the memory element is designated by M , the memory element return spring by F 1 and the actuator return spring by F 2 . x is the actuation path generated in each case by the actuator, s the preload path of the actuator return spring F 2 generated by the thermally active element, and thus by the memory element M. Although shown in the embodiments according to FIGS. 1 to 6 only translational applications, it goes without saying that also rotational application cases are possible for the suspensions, in these cases, the sizes of x and to consider s as angles, x would be then the actuation angle generated by the actuator s the prestressing angle of the actuator return generated by the thermally active element.
Fig. 1 zeigt im Temperaturbereich von 0 bis 140°C das als Schraubenzugfeder ausgebildete Memory-Element, dessen Wick lungen auf Block gesetzt sind. Das Memory-Element M ist auf einer Seite in einem stationären Teil 1 gehalten, die andere Seite in einer in Richtung des Pfeiles s bewegbaren, parallel zum staionären Teil 1 angeordneten Platte 2. Innerhalb des von den Wicklungen des Memory-Elementes M umgebenen lichten Raumes ist die als Schraubendruckfeder ausgebildete Memory- Element-Rückstellfeder F 1 angeordnet, die sich entsprechend am stationären Teil 1 und an der Platte 2 abstützt. Parallel zum staionären Teil 1 und im Abstand von der Platte 2 ist ein weiteres stationäres Teil 3 vorgesehen. Auf der dem stationären Teil 1 abgewandten Seite des stationären Teils 3 sind beabstandet voneinander zwei Lager 4 vorgesehen, in denen der Aktuator 5 in Richtung des Pfeiles x längs verschieblich geführt ist. Der Aktuator 5 durchsetzt eine Ausnehmung im stationären Teil 3 und nimmt an seinem der Plat te 2 zugewandten Ende eine Platte 6 mit seitlichen Führungen 7 auf. Zwischen den beiden Platten 2 und 6 ist die als Schraubendruckfeder ausgebildete Aktuator-Rückstellfeder F 2 angeordnet. Etwa in der Mitte zwischen den beiden stationären Teilen 1 und 3 befindet sich ein in den Bewegungsweg s der Platte 2 hineinragendes weiteres stationäres Teil 8 mit einer Aufnahmeöffnung für die Aktuator-Rückstellfeder F 2. Fig. 1 shows in the temperature range from 0 to 140 ° C, the memory element designed as a tension spring, the windings are set on block. The memory element M is held on one side in a stationary part 1 , the other side in a plate 2 which is movable in the direction of the arrow s and is arranged parallel to the stationary part 1 . Arranged within the clear space surrounded by the windings of the memory element M is the memory element return spring F 1 , which is designed as a helical compression spring and is supported accordingly on the stationary part 1 and on the plate 2 . Another stationary part 3 is provided parallel to the stationary part 1 and at a distance from the plate 2 . On the side of the stationary part 3 facing away from the stationary part 1, two bearings 4 are provided at a distance from one another, in which the actuator 5 is guided so as to be longitudinally displaceable in the direction of the arrow x . The actuator 5 passes through a recess in the stationary part 3 and receives a plate 6 with lateral guides 7 at its end facing the plate 2 . The actuator return spring F 2, which is designed as a helical compression spring, is arranged between the two plates 2 and 6 . Approximately in the middle between the two stationary parts 1 and 3 there is a further stationary part 8 protruding into the movement path s of the plate 2 with a receiving opening for the actuator return spring F 2 .
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Variante weist ein Memory-Element M mit Einwegeffekt auf, das über die Umge bungstemperatur gesteuert wird.The variant shown in FIGS . 1 and 2 has a memory element M with a one-way effect, which is controlled via the ambient temperature.
In dem in Fig. 1 gezeigten Temperaturbereich, somit bei Temperaturerhöhung leistet das Memory-Element M ab ca. 0°C Arbeit, so daß die einzelnen Wicklungen des Memory-Elementes M auf Block gesetzt werden und es wird die geleistete Arbeit in der Memory-Element- Rückstellfeder F 1 gespeichert. Durch die Kontraktion des Memory-Elementes M stellt sich in der Aktuator-Rückstellfe der F 2 eine reduzierte Vorspannung ein.In the temperature range shown in FIG. 1, thus when the temperature rises, the memory element M does work from approx. 0 ° C., so that the individual windings of the memory element M are set to block and the work done in the memory Element return spring F 1 saved. The contraction of the memory element M results in a reduced preload in the actuator reset of the F 2 .
Die Aktuator-Rückstellfeder F 2 erzeugt eine definierte Rückstellkraft auf den Aktuator 5. Wegen der auf Block gesetzten Wicklungen des Memory-Elementes M unterliegt dieses während der Betätigung des Aktuators 5 nur einer statischen Beanspruchung. Bei einer Temperaturer niedrigung unter 0°C dehnt die Memory-Element-Rückstellfeder F 1 das Memory-Element M und spannt die Aktuator-Rückstellfe der F 2 vor. Dabei verrichtet die Memory-Rückstellfeder F 1 Arbeit. Das Energieniveau der Aktuator-Rückstellfeder F 2 wird infolgedessen um die von der Memory-Element-Rückstellfeder F 1 geleistete Arbeit erhöht. Bei vorgespannter Aktuator-Rück stellfeder F 2 liegt die Platte 2 am stationären Teil 8 an, so daß die über den Aktuator 5 in die Aktuator-Rückstellfeder F 2 eingeleitete Kräfte wiederum nur zu einer statischen Be anspruchung des Memory-Elementes M führen. The actuator return spring F 2 generates a defined return force on the actuator 5 . Because of the windings of the memory element M which are placed on a block, the memory element M is only subjected to a static load during the actuation of the actuator 5 . At a temperature lower than 0 ° C, the memory element return spring F 1 stretches the memory element M and biases the actuator return spring F 2 . The memory return spring F 1 does its job. The energy level of the actuator return spring F 2 is consequently increased by the work performed by the memory element return spring F 1 . In the case of a prestressed actuator return spring F 2 , the plate 2 is in contact with the stationary part 8 , so that the forces introduced into the actuator return spring F 2 via the actuator 5 in turn only lead to a static loading of the memory element M.
Die Fig. 3 und 4 verdeutlichen den Einsatz eines Memory- Elementes M mit Zweiwegeffekt, in diesem Fall kann auf die Memory-Element-Rückstellfeder F 1 verzichtet werden. FIGS. 3 and 4 illustrate the use of a memory element M with two-way effect, in this case, can be dispensed to the memory-element return spring F1.
Bei den bisher beschriebenen Anordnungen kann das Memory- Element M auch durch Anlegen einer elektrischen Spannung beheizt werden. Die Wärmezufuhr kann dabei indirekt über ein Heizelement oder unmittelbar durch Anlegen der elektrischen Spannung an das elektrisch leitfähige Memory-Element M er folgen.In the arrangements described so far, the memory element M can also be heated by applying an electrical voltage. The supply of heat can follow indirectly via a heating element or directly by applying the electrical voltage to the electrically conductive memory element M er.
Die bisher beschriebenen Anordnungen können auch mit der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Variante realisiert werden. Bei dieser ist zwischen den stationären Teilen 1 und 8 ein entsprechend dem stationären Teil 8 ausgebildetes weiteres stationäres Teil 9 vorgesehen, an dessen dem stationären Teil 8 zugewandten Seite die Platte 2 anlegbar ist. Im Unterschied zu der Darstellung in den Fig. 1 und 2 ist das auf dem Einwegeffekt basierende Memory-Element M als Schraubendruck feder ausgebildet, die die Aktuator-Rückstellfeder F 2 um schließt und sich zwischen der Platte 2 und dem stationären Teil 3 abstützt. Bei Temperaturen über ca. 0°C gemäß der Darstellung in Fig. 5 leistet das Memory-Element M Arbeit. Es dehnt sich und erhöht somit die Vorspannung der Memory- Element-Rückstellfeder F 1, dabei wird die Vorspannung der Aktuator-Rückstellfeder F 2 herabgesetzt. Bei Temperaturen unter ca. 0°C gemäß der Darstellung in Fig. 6 liegt die weiche martensitische Kristallstruktur im Memory-Element M vor, so daß es durch die Memory-Element-Rückstellfeder F 1 kontrahiert wird und sich die Vorspannung der Aktuator-Rück stellfeder F 2 erhöht. Auch die in den Fig. 5 und 6 ge zeigte Variante kann mit einem Memory-Element mit Zweiweg effekt realisiert werden. In diesem Fall wäre die Memory- Element-Rückstellfeder F 1 überflüssig.The arrangements described so far can also be implemented with the variant shown in FIGS. 5 and 6. In this case, between the stationary parts 1 and 8, a further stationary part 9 is provided, corresponding to the stationary part 8 , on the side facing the stationary part 8, the plate 2 can be placed. In contrast to the representation in FIGS . 1 and 2, the memory element M based on the one-way effect is designed as a helical compression spring, which closes the actuator return spring F 2 and is supported between the plate 2 and the stationary part 3 . At temperatures above about 0 ° C as shown in Fig. 5, the memory element M does the job. It expands and thus increases the pretension of the memory element return spring F 1 , and the pretension of the actuator return spring F 2 is reduced. At temperatures below about 0 ° C as shown in Fig. 6, the soft martensitic crystal structure is in the memory element M , so that it is contracted by the memory element return spring F 1 and the bias of the actuator return spring F 2 increased. The variant shown in FIGS. 5 and 6 can also be realized with a memory element with a two-way effect. In this case, the memory element return spring F 1 would be superfluous.
Bei allen gezeigten Varianten besteht die Möglichkeit das Memory-Element M durch ein Thermobimetall zu ersetzen. Auch beim Einsatz eines Thermobimetalles kann auf die Feder F 1 verzichtet werden.In all the variants shown, it is possible to replace the memory element M with a bimetal. The spring F 1 can also be dispensed with when using a thermal bimetal.
Die aufgezeigten Anordnungen sehen einen temperaturabhängigen Hub der aktiven Elemente Thermobimetall oder Memory-Element vor. Der Hub der aktiven Elemente bleibt vom Weg x bzw. der Lastspielzahl unbeeinflußt. Eine solche Auslegung ist wegen der begrenzten Dauerfestigkeit der aktiven Elemente empfeh lenswert. Bei kleiner Lastspielzahl des Aktuators (bis max. 104) kann das aktive Element auch direkt als Aktuator-Rück stellfeder eingesetzt werden.The arrangements shown provide for a temperature-dependent stroke of the active elements thermobimetal or memory element. The stroke of the active elements remains unaffected by the path x or the number of load cycles. Such a design is recommended because of the limited fatigue strength of the active elements. If the actuator has a small number of load cycles (up to max. 10 4 ), the active element can also be used directly as an actuator return spring.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |