CN104334852A - 致动设备和接头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于双方向地调节尤其内燃机的致动器(2)的致动设备，具有致动器驱动(4)以及联接设备(5)，联接设备连接至致动器驱动(4)以及致动器(2)，联接设备具有第一联接构件(7)、第二联接构件(8)和接头(9)，接头(9)将这两个联接构件(7、8)以关节连接方式连接至彼此。在以下紧凑结构中能够传递相对大的压缩力：接头(9)具有壳体(15)，壳体固定地连接至第一联接构件(7)并且具有支承室(16)，支承室朝向第二联接构件(8)敞口并且具有背向第一联接构件(7)的球段形第一支承面(19)，第一支承面的旋转中心(20)位于壳体(15)的纵向中心轴线(21)上，接头(9)具有支承壳(22)，支承壳固定地连接至第二联接构件(8)的轴(18)，布置在支承室(16)中并且具有球段形第一副支承面(23)，第一副支承面面向第一联接构件(7)，与第一支承面(19)以互补的方式定形并且平坦地支承第一支承面。

Description

致动设备和接头
技术领域
本发明涉及用于双方向地调节尤其内燃机的致动器的致动设备，具有权利要求1的前序部分的特征。本发明还涉及用于这种致动设备的接头。本发明最后涉及装备有这种致动设备的排气涡轮增压器。
背景技术
EP0976919B1公开了致动设备，用于双方向地调节内燃机的涡轮增压器的排气泄压阀。致动设备包括：致动器驱动，用于生成致动力；以及联接设备，用于将致动力从致动器驱动传递至由排气泄压阀形成的致动器。为此，联接设备在一侧驱动地连接至致动器驱动，在另一侧驱动地连接至致动器。联接设备包括至少第一联接构件、第二联接构件以及接头，接头将这两个联接构件以关节连接方式连接至彼此。在公知致动设备中，接头构造为球接头，球接头包括形成在第一联接构件上的球以及形成在第二联接构件上的柱形球座，球轴向地插入柱形球座中。在公知致动设备中，致动器驱动构造为线性驱动第一联接构件的气压驱动。第二联接构件经由杆装置连接至排气泄压阀，排气泄压阀安装成使得其能够绕枢转轴线枢转地移位。因而将致动器的线性调节移动转换成联接设备内部的致动器即排气泄压阀的旋转调节移动。
在这种致动设备中，其将运动学不同的致动移动(例如平移移动和旋转移动)彼此联接，为了避免联接设备内部的应力，联接设备内部必须存在至少一个接头。接头设计成使得其允许联接构件之间的不同倾斜角度。
能够使用同样具有这种构造的其他致动设备，例如用于调节可变涡轮机几何形状，或者用于调节新鲜空气系统的翼板，例如控制翼板、翻转翼板或者旋转翼板。
如果必须传递相对大的压缩力但同时仅可获得相对少的安装空间的话，作为球接头的接头构造会产生问题。降低的安装空间限制了能够使用的最大球直径。球直径越小，表面压力越大，并且能够传递的压缩力越小。
发明内容
本发明关注的问题是为上述提到类型的致动设备以及装备有其的排气涡轮增压器以及关联的接头提供改善的实施例，其特征尤其在于，以紧凑设计能够传递相对大的压缩力。
该问题根据本发明是通过独立权利要求的主题解决的。有利实施例形成从属权利要求的主题。
本发明是基于这样的总体构思：仅使用球段来代替接头内实际完整的球。因为球段能够利用整个安装空间，所以与实际完整的球必须收纳在相同安装空间中的情形相比，关联的球直径能够选择为很大。换句话说，所使用的球段具有球直径，其关联的球体远大于提供用于收纳球段的安装空间。加大的球直径引起了降低的表面压力，这允许传递较大的压缩力。
详细来说，根据本发明的接头包括壳体，壳体固定地连接至第一联接构件并且具有支承室，支承室朝向第二联接构件敞口并且具有背向第一联接构件的球段形第一支承面，第一支承面的旋转中心位于壳体的纵向中心轴线上。第一支承面的旋转中心对应于关联的虚拟球体的中心点。接头进一步包括支承壳，支承壳固定地连接至第二联接构件的轴，布置在支承室中并且具有球段形第一副支承面，第一副支承面面向第一联接构件，与第一支承面以互补的方式定形以及平坦地支承第一支承面。因为第一副支承面与第一支承面以互补的方式定形以及平坦地支承后者，所以第一副支承面的旋转中心和第一支承面的旋转中心相同。
相互作用的支承面的球段能够有利地定尺寸为使得在每种情况下，所选择的球段的尺寸可靠地覆盖当适当预期的使用接头时这两个联接构件之间期望的最大偏转。联接构件之间的可能偏转越大，必须选择越大的球段尺寸。支承壳的外极限优选选择为，使得即使这两个联接构件之间发生最大偏转，支承壳上的第一副支承面的最外点与球中心点的连接线也不超过壳体的纵向中心轴线，。
根据特别有利的实施例，接头还适合于传递相对大的拉伸力，上述提到的支承壳还能够具有球段形第二副支承面，第二副支承面背向第一联接构件，其旋转中心重合于第一副支承面的旋转中心。此外，在该情况下，接头还包括夹紧环，夹紧环封闭第二联接构件的轴，该轴从支承室的敞口侧突出至支承室，紧固至壳体并且具有球段形第二支承面，第二支承面面向第一联接构件，与第二副支承面以互补的方式定形以及平坦地支承第二副支承面。在该情况下，第二支承面的旋转中心同样地对应于第二副支承面的旋转中心。支承壳因而用其两个副支承面限定了两个球段，它们关联的球体同心地布置并且对应地具有相同的球体中心点。
根据有利实施例，第一支承面以及第一副支承面的第一半径能够大于壳体的外径的一半。额外地或者可替换地，第二支承面以及第二副支承面的第二半径能够大于壳体的外径的一半。这些测量意味着球段形面的曲率相对小，也即，具有相对大的半径以及直径。这引起降低了接头中产生的表面压力，结果是，能够增加所能传递的压缩和/或拉伸力。
原则上，第一支承面和第一副支承面能够在它们的整个区域彼此抵靠支承。但是，根据有利实施例，第一支承面和第一副支承面能够设置成仅在环形区域彼此平坦地支承，而在由环形区域封闭的中央区域中它们轴向隔开于彼此。该设计使得接头能够在轴向方向上整个更紧凑。
根据有利发展，第一支承面能够设置成由封闭平坦中央区域的球段形环形区域限定。第一副支承面然后能够以与其互补的方式具有球段形环形区域以及由其封闭的敞口的中央区域。
额外地或者可替换地，第二支承面能够设置成由球段形环形区域形成。额外地或者可替换地，第二副支承面能够由球段形环形区域形成。
原则上，可想到的是，支承壳一体地形成在轴上。但是，这样的实施例是优选的，即支承壳与轴是独立部件并且固定地连接至轴。以这种方式构建的变型简化了各部件的生产。
根据有利发展，支承壳设计为独立部件，能够具有轴接收开口，轴接收开口穿过支承壳以及轴轴向地插入轴接收开口，轴的轴向端面沿轴向隔开于第一支承面。轴因而依靠支承壳仅间接支撑在壳体上。
根据另一有利实施例，第一支承面能够形成在插入部分上，其与壳体是独立部件并且插入支承室。使用这种插入部分使得能够在壳体外侧或者独立于壳体产生具有高精度的第一支承面，结果是，简化了壳体的生产。但是，原则上，可替换实施例还可想到，即第一支承面一体地形成在壳体上。
在有利设计例中，然后能够设置的是，插入部分依靠至少一个弹簧元件被预压得抵靠支承壳。因而彼此相互作用的面仍始终接触，结果是，能够降低相对移动、噪声以及磨损。
根据另一有利实施例，夹紧环能够以径向游隙封闭轴。该径向游隙位于接头的旋转中心有一定距离的点处，意味着轴相对于壳体或者相对于夹紧环的移动自由度能够预先确定。例如，轴能够绕接头的旋转中心偏转得离开轴以及壳体之间的共轴方位不多于20°或者不多于10°。径向游隙因而能够用以限定轴以及夹紧环之间的移动止挡。
根据另一有利实施例，夹紧环能够具有外螺纹。壳体能够在端部区域具有内螺纹，内螺纹以与夹紧环的外螺纹互补的方式定形，端部区域具有支承室的敞口侧。然后夹紧环能够螺栓接合至壳体。夹紧环的加紧转矩能够用来例如设定接头内的轴承间隙或者轴承摩擦。夹紧环能够具有径向颈，径向颈径向突出以及沿周向方向延伸，并且能够充当夹紧环以及壳体之间的轴向止挡。
根据优选实施例，第一支承面。第一副支承面。第二支承面和第二副支承面能够朝向第二联接构件以凸形方式弯曲。由此能够实现在轴向方向上尤其紧凑的接头的设计。可替换地，但是，实施例还可想到的是，第一支承面、第一副支承面、第二支承面和第二副支承面能够朝向第二联接构件以凹形方式弯曲。
在根据本发明的排气涡轮增压器中，设置以上描述类型的至少一个致动设备以能够操作排气泄压阀或者可变涡轮机几何形状。排气涡轮增压器通常具有压缩新鲜空气的压缩机以及膨胀排气的涡轮机，压缩机以及涡轮机依靠共用驱动轴驱动地彼此连接。为了调整功率，优选在汽油发动机中，排气涡轮增压器或者其涡轮机能够具有排气泄压阀。可替换地，优选在柴油发动机中，涡轮机还能够设置有可变涡轮机几何形状以用于功率调整。原则上，还能够将涡轮机设置有排气泄压阀以及可变涡轮机几何形状二者。在该情况下，排气泄压阀能够用于例如用于急速加热下游的催化转换器。
根据本发明的接头能够用来产生关节式连接，关节式连接能够在第一联接构件和第二联接构件之间传递压缩及拉伸力，因而其特征在于壳体，壳体能够固定地连接至第一联接构件并且具有支承室，支承室具有轴向支承室开口以及面向支承室开口的球段形第一支承面，第一支承面的旋转中心位于壳体的纵向中心轴线上。接头进一步包括支承壳，支承壳能够固定地连接至第二联接构件的轴，以及布置在支承室中并且具有球段形第一副支承面，第一副支承面背向支承室开口，与第一支承面以互补的方式定形以及平坦地支承第一支承面。使得接头还能够传递拉伸力，可选地支承壳还能够设置成具有球段形第二副支承面，第二副支承面面向支承室开口，其旋转中心重合于第一副支承面的旋转中心。接头进一步包括夹紧环，夹紧环通过支承室开口轴向突出至支承室，紧固至壳体并且具有球段形第二支承面，第二支承面背向支承室开口，与第二副支承面以互补的方式定形以及平坦地支承第二副支承面。
本发明的进一步重要的特征及优势能够见于从属权利要求、附图、附图的附图说明。
显然，上述提到的以及下文仍将解释的特征能够不仅以每个例子中给出的组合使用，还能够以其他组合或单独使用，这并不超出本发明的范围。
附图说明
本发明的优选示范实施例示出于附图中并且更详细地解释在以下说明中，相同参考标记指代相同或者类似或者功能等同的部件。
在图中，
图1示意地示出了致动设备的高度简化视图，
图2示意地示出了致动设备的接头的截面图，
图3示意地示出了图2的接头的面图，但处于不同的组件状态a至e。
具体实施方式
根据图1，借助于致动设备1，能够根据双箭头3双方向地调节致动器2，致动设备1包括致动器驱动4和联接设备5。在图1的例子中，致动器2是涡轮增压器6的排气泄压阀。致动器驱动4是例如电动机，并且能够生成致动力，致动力能够是压缩力以及拉伸力二者。联接设备5在一侧驱动地连接至致动器驱动4，在另一侧驱动地连接至致动器2。联接设备5至少包括第一联接构件7、第二联接构件8和接头9，接头9以关节连接方式将这两个联接构件7、8连接至彼此。接头9能够进一步在这两个联接构件7、8之间传递致动器驱动4的拉伸以及压缩力。在例子中，致动器驱动4连接至第二联接构件8，第二联接构件8在该情况下是杆形状，借助于致动器驱动4，能够根据双箭头10双方向地调节以线性和/或平移方式调节第二联接构件8。但是，第一联接构件7依靠杆装置11驱动地连接至致动器2。杆装置11包括芯轴12，芯轴12安装成使得其能够绕旋转轴线13以旋转方式移动，使得能够根据双箭头14相对于旋转轴线13以旋转方式双方向地调节杆装置11因而调节致动器2。联接设备5因而形成致动设备4的平移致动移动与致动器2的旋转致动移动的联接。为了允许为此所需的这两个联接构件7、8之间的相对移动，接头9具有对应的自由程度。同时，接头9必须能够在拉伸以及压缩方向上传递相对大的力。
根据图2和图3，接头9包括壳体15，壳体15当在安装状态时固定地连接至第一联接构件7。壳体15具有支承室16，支承室朝向第二联接构件8敞口并且具有支承室开口17。图2示出了第二联接构件8的轴18，轴18能够一体地形成在第二联接构件8上或者附接至第二联接构件8。
支承室16进一步具有球段形第一支承面19，当在安装状态时，第一支承面19面向支承室开口17并且背向第一联接构件7，其旋转中心20位于壳体15的纵向中心轴线21上。接头9还具有支承壳22，当接头9以及致动设备1在组装状态时，支承壳22能够固定地连接至轴18或者固定地连接。支承壳22布置在支承室16中，并且具有第一副支承面23，第一副支承面23背向支承室开口17以及与第一支承面19以互补的方式定形，也即，同样是球段形并且平坦地支承第一支承面19。支承壳22还具有第二副支承面24，第二副支承面24面向支承室开口17，同样是球段形，其旋转中心25重合于第一副支承面23的旋转中心20。用于第一支承面19和第一副支承面23的旋转中心20相同。第二副支承面24同样是球段形。
接头9还包括夹紧环26，夹紧环26当在组装状态时封闭轴18并且从支承室16的敞口侧插入支承室开口17并且突出至支承室16。支承件圈26紧固至壳体15，并且具有第二支承面27，第二支承面27是球段形，与第二副支承面24以互补的方式定形并且背向支承室开口17。第二支承面27平坦地支承第二副支承面24并且具有相同的旋转中心25。四个球段形面的旋转中心最终重合于共用中心点28，共用中心点28形成了同心球体的中心点，第一支承面19以及第一副支承面23在一个侧的球段面以及第二支承面27以及第二副支承面24在另一侧的球段面位于该同心球体上。
壳体15具有外径29。第一支承面19和第一副支承面23具有相对于共用中心点28和相对于共用旋转中心20的第一半径30。第二支承面27和第二副支承面24具有相对于共用中心点28和相对于共用旋转中心25第二半径31。第一半径30和第二半径31均大于外径29的一半。因而第一支承面19和第一副支承面23的第一球体直径大于外径29。这对应地同样适用于第二支承面27和第二副支承面24的第二球体直径。
第一支承面19和第一副支承面23仅在环形区域32彼此平坦地支承。但是，第一支承面19和第一副支承面23在由环区域32封闭的中央区域33中彼此隔开。轴向方向由壳体15的纵向中心轴线21限定。对于该设计，第一支承面19具有球段形环形区域34和由环形区域34封闭的平坦中央区域35。第一副支承面23具有球段形环形区域36以及由环形区域36封闭的敞口中央区域37。第二支承面27由球段形环形区域38形成。第二副支承面24由球段形环形区域39形成。
在此处示出的优选实施例中，支承壳22与轴18是独立部件，并且固定地连接至轴18。此处对于连接，优选设置焊接连接40，其有利地形成在敞口中央区域37中。对于该设计，支承壳22具有轴接收开口41，轴接收开口41穿过支承壳22。轴18轴向地插入至该轴接收开口41。轴18的轴向端面42定界了敞口中央区域37，并且轴向上隔开于第一支承面19。平坦端面42尤其与平坦中央区域35相对定位。至少在图1所示的开始位置，壳体15的纵向中心轴线21重合于轴18的纵向中心轴线43。
在此处示出的例子中，第一支承面19形成在插入部分44上。插入部分44形成为与壳体15是独立部件，并且插入支承室16。在图2，示出了弹簧元件45，其能够设置成将插入部分44预压成抵靠支承壳22。为此，弹簧元件45能够在一侧支撑在插入部分44背向第一支承面19的后侧46上，在另一侧支撑在与支承室开口17相对的支承室底部47上或者支撑在底部47中切出的凹槽中。
夹紧环26具有相对于轴18的径向游隙48，在图2所示的开始位置，径向游隙48在周向方向上均匀地环绕轴18,。从而轴18能够绕中心点28相对于壳体15在空间上旋转。径向游隙48定尺寸为使得能够确保轴18相对于壳体15以枢转方式移位的预定能力。例如，轴18应该能够相对于壳体15枢转不多于20°或者不多于10°，相应的枢转角度形成在壳体15的纵向中心轴线21和轴18的纵向中心轴线43之间，交叉于中心点28。
在该例子中，夹紧环26具有外螺纹49，而壳体15在端部区域50具有内螺纹51，内螺纹51以与外螺纹49互补的方式形成，端部区域50具有支承室开口17。夹紧环26因而螺栓接合至壳体15。夹紧环26的螺接深度和/或加紧转矩能够用来设定由第一支承面19和第一副支承面23形成以及由第二支承面27和第二副支承面24形成的滑动支承中的轴承间隙。
在此处示出的实施例中，第一支承面19、第一副支承面23、第二支承面27和第二副支承面24朝向支承室开口17以凸形方式弯曲。这在轴向方向上产生了特别紧凑的构造。原则上，所示面19、23、27、24还可以以凹形方式弯曲。
以下使用图3a-3e更详细地解释图2示出的接头的可能组装。
首先，将轴18插入支承壳22并且固定地连接至支承壳22，例如依靠焊接连接40，根据图3a。
根据图3b，将具有第一支承面19的插入部分44插入壳体15以及插入其支承室16。根据图3c，然后将具有支承壳22的轴18插入支承座16，第一副支承面23然后支撑在第一支承面19上。根据图3d，然后安装夹紧环26，直到第二支承面27接触第二副支承面24。尤其，彼此相互作用的面19、23和24、27应该以游隙自由的方式彼此支承。
根据图3e，接头9因而允许壳体15和轴18之间绕中心点28的枢转移动。

Claims (12)

1.一种用于双方向地调节尤其内燃机的致动器(2)的致动设备，
-具有致动器驱动(4)，用于生成致动力，
-具有联接设备(5)，其驱动地连接至所述致动器驱动(4)以及驱动地连接至所述致动器(2)以将致动力从所述致动器驱动(4)传递至所述致动器(2)，
-所述联接设备(5)具有第一联接构件(7)、第二联接构件(8)和接头(9)，所述接头(9)将这两个联接构件(7、8)以关节连接方式连接至彼此，
其特征在于，
-所述接头(9)具有壳体(15)，所述壳体固定地连接至所述第一联接构件(7)并且具有支承室(16)，所述支承室朝向所述第二联接构件(8)敞口并且具有背向所述第一联接构件(7)的球段形第一支承面(19)，第一支承面的旋转中心(20)位于所述壳体(15)的纵向中心轴线(21)上，
-所述接头(9)具有支承壳(22)，所述支承壳固定地连接至所述第二联接构件(8)的轴(18)，布置在支承室(16)中并且具有球段形第一副支承面(23)以及球段形第二副支承面(24)，所述第一副支承面面向所述第一联接构件(7)，与第一支承面(19)以互补的方式定形并且平坦地支承所述第一支承面，所述第二副支承面背向所述第一联接构件(7)，所述第二副支承面的旋转中心(25)重合于所述第一副支承面(23)的旋转中心(20)，
-所述接头(9)具有夹紧环(26)，所述夹紧环封闭所述第二联接构件(8)的轴(18)，所述轴(18)从所述支承室(16)的敞口侧突出至所述支承室(16)，紧固至所述壳体(15)并且具有球段形第二支承面(27)，所述第二支承面面向所述第一联接构件(7)，与第二副支承面(24)以互补的方式定形并且平坦地支承所述第二副支承面。
2.根据权利要求1所述的致动设备，其特征在于，
-所述第一支承面(19)和所述第一副支承面(23)的半径(30)大于所述壳体(15)的外径(29)的一半，和/或
-所述第二支承面(27)和所述第二副支承面(24)的第二半径(31)大于所述壳体(15)的外径(29)的一半。
3.根据权利要求1或2所述的致动设备，其特征在于，
所述第一支承面(19)和所述第一副支承面(23)仅在环形区域(32)中彼此平坦地支承，在由所述环形区域(32)封闭的中央区域(33)中沿轴向彼此隔开。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的致动设备，其特征在于，
所述支承壳(22)与所述轴(18)是独立部件，并且固定地连接至所述轴(18)。
5.根据权利要求4所述的致动设备，其特征在于，
所述支承壳(22)具有轴接收开口(41)，所述轴接收开口穿过所述支承壳(22)，所述轴(18)轴向地插入所述轴接收开口，所述轴的轴向端面(42)轴向隔开于所述第一支承面(19)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的致动设备，其特征在于，
所述第一支承面(19)形成在插入部分(44)上，所述插入部分(44)与所述壳体(15)是独立部件并且插入所述支承室(16)。
7.根据权利要求6所述的致动设备，其特征在于，
所述插入部分(44)依靠至少一个弹簧元件(45)被预压得抵靠所述支承壳(22)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的致动设备，其特征在于，
所述夹紧环(26)以径向游隙(48)封闭所述轴(18)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的致动设备，其特征在于，
-所述夹紧环(26)具有外螺纹(49)，
-所述壳体(15)在端部区域(50)具有内螺纹(51)，所述内螺纹以与所述夹紧环(26)的所述外螺纹(49)互补的方式定形，所述端部区域(50)具有所述支承室(16)的敞口侧，
-所述夹紧环(26)螺栓接合至所述壳体(15)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的致动设备，其特征在于，
-所述第一支承面(19)、所述第一副支承面(23)、所述第二支承面(27)和所述第二副支承面(24)朝向所述第二联接构件(8)以凸形方式弯曲。
11.一种用于内燃机的排气涡轮增压器，
-具有压缩机，用于增压要供给至所述内燃机的新鲜空气，
-具有涡轮机，其驱动地联接至所述压缩机，用于膨胀要从所述内燃机排放的排气，
-具有根据权利要求1至10中任一项所述的致动设备(1)，用于操作排气泄压阀或者可变涡轮机几何形状。
12.一种接头，用于产生关节式连接，所述关节式连接在第一联接构件(7)和第二联接构件(8)之间传递压缩及拉伸力，其特征在于，
-壳体(15)，其能够固定地连接至所述第一联接构件(7)并且具有支承室(16)，所述支承室具有轴向支承室开口(17)和球段形第一支承面(19)，所述第一支承面面向所述支承室开口(17)，所述第一支承面的旋转中心(20)位于所述壳体(15)的纵向中心轴线(21)上，
-支承壳(22)，其固定地连接或者能够固定地连接至所述第二联接构件(8)的轴(18)，布置在支承室(16)中并且具有球段形第一副支承面(23)以及球段形第二副支承面(24)，所述第一副支承面背向所述支承室开口(17)，与第一支承面(19)以互补的方式定形并且平坦地支承所述第一支承面，所述第二副支承面面向所述支承室开口(17)，所述第二副支承面的旋转中心(25)重合于所述第一副支承面(23)的旋转中心(20)，
-夹紧环(26)，其通过所述支承室开口(17)轴向突出至所述支承室(16)，紧固至所述壳体(15)并且具有球段形第二支承面(27)，所述第二支承面背向所述支承室开口(17)，与第二副支承面以互补的方式定形(24)并且平坦地支承所述第二副支承面。
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