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Die
Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung mit einer Antriebseinheit,
welche einen Elektromotor und eine vom Elektromotor angetriebene
Antriebswelle aufweist, und mit einer von der Antriebswelle angetriebenen
Getriebeeinheit, welche zumindest eine auf einer Schneckenwelle
angeordnete Schnecke aufweist; die mit einem Schneckenrad kämmt, sowie
einer mit der Getriebeeinheit gekoppelten Abtriebswelle, welche
mit einem anzutreibenden Bauteil direkt oder indirekt gekoppelt
ist und durch eine Öffnung
eines Gehäuses,
welches die Stellvorrichtung umgibt, nach außen ragt, so daß die Drehung
der Antriebseinheit untersetzt auf das anzutreibende Bauteil übertragbar
ist.
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Derartige
elektromotorische Stellvorrichtungen werden in einer Vielzahl von
Anmeldungen beschrieben und beispielsweise zur Verstellung von Klappen
in Verbrennungskraftmaschinen verwendet.
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So
beschreibt die
DE
196 07 285 A1 eine gattungsgemäße Stellvorrichtung, welche
als Umschalteinrichtung ausgeführt
ist, bei der eine Schnecke auf der Antriebswelle eines Elektromotors
angeordnet ist, welche mit einem Schneckenrad kämmt, das wiederum auf einer
Abtriebswelle angeordnet ist, so daß die Drehung des Elektromotors über die Schnecke
und das Schneckenrad, welche gemeinsam die Getriebeeinheit bilden,
auf die Abtriebswelle untersetzt übertragen wird. Auf der Abtriebswelle
ist dabei eine Klappe angeordnet, welche in eine einen fluidführenden
Kanal verschließende
oder öffnende Stellung
fahrbar ist. Die jeweiligen Endlagen der Klappe werden dabei durch
Anschläge
definiert, welche in dem durch die Klappe abzusperrenden Kanal angeordnet
sind, so daß der
Klappenkörper
in den Endlagen jeweils gegen diese Anschlagflächen anliegt.
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In
der
DE 43 09 904 wird
des weiteren eine Stellvorrichtung offenbart, bei der der Anschlag
zwischen der Schnecke und einer zusätzlichen an dem Schneckenrad
angeordneten Anschlagfläche
erfolgt, wobei diese Anschläge
in radialer Richtung oder in Umfangsrichtung zur Schneckenwelle
erfolgen, die Schnecke fest auf der Welle angeordnet ist und die Schneckenwelle
in Axialrichtung unverschieblich gelagert ist.
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Es
ist ebenfalls bekannt, das Schneckenrad lediglich als Schneckenradsegment
auszuführen, welches
zur Festlegung der Endstellungen der Klappe gegen Anschlagflächen, die
in einem Gehäuse der
Stellvorrichtung ausgebildet sind, anliegt.
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Allen
bekannten Ausführungen
ist es jedoch gemeinsam, daß durch
den immer vorhandenen Nachlauf des Elektromotors aufgrund seiner Schwungmasse
und somit der Schnecke ein Verbiss zwischen Schneckenrad und Schnecke
erfolgen kann, der gegebenenfalls durch den Motor der Stellvorrichtung
nicht mehr lösbar
ist, so dass ein Funktionsausfall der Stellvorrichtung die Folge
ist.
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Daher
ist es Aufgabe der Erfindung eine Stellvorrichtung bereit zu stellen,
bei der ein Verspannen zwischen Schnecke und Schneckenrad durch den
Nachlauf der Schwungmasse des Motors nach Abschalten und der daraus
folgende Verbiss zwischen Schnecke und Schneckenrad zuverlässig vermieden
wird, so dass die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit der Funktionsweise
der Stellvorrichtung gesteigert werden. Dabei soll gleichzeitig
der geringe Bauraumbedarf, die Einfachheit im Aufbau und die kostengünstige Herstellbarkeit
erhalten bleiben.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß das Schneckenrad
als Schneckenradsegment ausgeführt ist,
welches zumindest einen Anschlag mit einer Anschlagfläche aufweist,
wobei der Anschlag federnd ausgeführt ist und die Anschlagfläche in einer
Endstellung der Stellvorrichtung gegen einen korrespondierende Anschlagfläche anliegt,
die an der Schnecke oder der Schneckenwelle angeordnet ist, wobei das
Schneckenrad an einem zu dem zumindest einen federnd ausgeführten Anschlag
gerichteten Endbereich des Schneckenrades keine Zähne aufweist, so
daß das
Schneckenrad in der Endstellung gerade aus den Schneckenflanken
auskoppelt, wobei der federnde Anschlag eine Vorspannkraft in axialer
Richtung erzeugt, durch die das Schneckenrad bei Richtungsumkehr
der Drehung der Schnecke wieder in die Schneckenflanken eingreift.
Durch eine solche Ausführung
wird trotz des Nachlaufens des Elektromotors aufgrund seiner Schwungmasse
und somit der Schnecke ein Verbeißen zwischen der Schnecke und
dem Schneckenrad zuverlässig
vermieden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Anschlag als Stabfeder ausgeführt, welche sich im wesentlichen
in zur Achse des Schneckenradsegmentes radialer Richtung erstreckt,
wodurch der federnde Anschlag auf einfache und kostengünstige Art
und Weise verwirklicht wird.
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In
einer weiterführenden
Ausführungsform ist
die Stabfeder einteilig mit dem Schneckenrad hergestellt, erstreckt
sich vom als Vollkreis ausgeführten Bereich
des Schneckenrades aus und ist unmittelbar neben dem Schneckenradsegment
angeordnet. Eine solche Ausführungsform
ist kostengünstig
ohne zusätzliche
Bauteile herzustellen und ermöglicht
eine in dieser Ausführungsform
maximale elastische und somit federnde Wirkung der Stabfeder zur
Erzeugung der Vorspannkraft.
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Vorteilhafterweise
sind die an der Schnecke oder der Schneckenwelle angeordneten Anschlagflächen im
wesentlichen ringförmig
und konzentrisch um die Schneckenwelle verlaufend ausgebildet, so daß beim Zusammenbau
des Getriebes die Stellung der Schnecke zum Schneckenrad nicht aufeinander abgestimmt
werden muß und
somit die Montage vereinfacht wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das zum Anschlag gerichtete Lager der Schneckenwelle eine
zum Schneckenrad gerichtete Ausnehmung auf, in die in der zumindest
einen Endstellung des Schneckenrades die Anschlagfläche der
Stabfeder gedreht ist, so daß der
Anschlag gegen die Anschlagfläche
der Schnecke erfolgt. Bei einer solchen Ausführung kann die Schnecke mit
der Schneckenwelle in herkömmlicher
Weise montiert werden und es sind keine zusätzlichen Bauteile für den Anschlag erforderlich.
Des weiteren wird durch die Ausnehmung am Lager die Möglichkeit
geschaffen, den Vorsprung mit dem Schneckenrad bis gegen die Schneckenspindel
zu drehen, so daß diese
direkt als Anschlag dienen kann. Somit wird eine kostengünstige einfach
herzustellende Ausführung
verwirklicht.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Schnecke zumindest drehfest auf der Antriebswelle und das
Schneckenrad zumindest drehfest auf der Abtriebswelle angeordnet
und für
beide Endstellungen der Stellvorrichtung ist jeweils ein Anschlag
ausgeführt,
der zwischen je einer der Anschlagflächen der Schnecke und einer
der Anschlagflächen
der beiden Stabfedern erfolgt. Dies begrenzt den notwendigen Platzbedarf
und legt die zwei Endstellungen mit Anschlag fest, wobei in beiden
Endstellungen ein Verbiß vermieden
wird.
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Durch
diese erfindungsgemäßen Ausführungsformen
erhöht
sich die Lebensdauer einer solchen einfachen und kostengünstig herstellbaren Stellvorrichtung
erheblich und es treten durch die Vermeidung einer Verspannung zwischen
Schneckenrad und Schnecke deutlich weniger Fehlfunktionen einer
solchen Stellvorrichtung auf. Die Stellvorrichtungen benötigen einen
geringen Bauraum und sind kostengünstig herzustellen.
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In
den Zeichnungen sind Stellvorrichtungen dargestellt, die nachfolgend
beschrieben werden.
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1 zeigt in Seitenansicht
eine Stellvorrichtung mit geöffnetem
Gehäuse
gemäß des Standes
der Technik.
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2 zeigt in Seitenansicht
eine Getriebeeinheit einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung.
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1 zeigt eine Stellvorrichtung 1,
welche beispielsweise als Auf-/Zusteller für Schaltklappen eines längenschaltbaren
Luftansaugkanalsystems verwendet wird.
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Die
Stellvorrichtung 1 besteht aus einer Antriebseinheit 2,
die mit einer nicht dargestellten Steuerung zum Abschalten der Antriebseinheit 2 verbunden
ist, und über
welche eine Getriebeeinheit 3 angetrieben wird, die wiederum
mit einer Abtriebswelle 4 gekoppelt ist, auf welcher sich
entweder ein nicht dargestelltes anzutreibendes Bauteil, beispielsweise eine
oder mehrere Schaltklappen befinden oder welche mit einer entsprechenden
nicht dargestellten Stellwelle direkt gekoppelt ist. Die Abtriebswelle 4 ragt
dabei durch eine Öffnung 6,
welche in einem die gesamte Stellvor richtung 1 umgebenden
Gehäuse 7, welches
hier geöffnet
dargestellt ist, angeordnet ist.
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Die
Antriebseinheit 2 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel
aus einem Elektromotor 8 sowie einer von dem Elektromotor 8 direkt
angetriebenen Antriebswelle 9. Die Antriebswelle 9 dient gleichzeitig
als Schneckenwelle 10, auf der eine Schnecke 11 angeordnet
ist, die in zwei Lagern 12, 13, welche am Gehäuse 7 befestigt
sind, drehbar gelagert ist. Die beiden Lager 12, 13 sind
als Los-/Festlager ausgeführt.
Die Schnecke 11 steht im Eingriff mit den Zähnen 14 eines
Schneckenrades 15, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel
als Schneckenradsegment ausgeführt
ist. Dieses Schneckenradsegment 15 ist drehfest auf der
Abtriebswelle 4 angeordnet. Diese Drehfestigkeit wird im
Ausführungsbeispiel über eine
Nut-Federverbindung 16 hergestellt. In der Stellvorrichtung
gemäß des Standes
der Technik bilden die in Umfangsrichtung gesehenen Enden des Schneckenradsegmentes 15 Anschlagflächen 17, 18,
welche in den beiden Endstellungen der Stellvorrichtung 1 gegen
im Gehäuse 7 angeordnete
Anschlagflächen 19, 20 anliegen.
Durch den Nachlauf des Motors 8 und somit der Antriebswelle 9 und
der Schnecke 11 entsteht jedoch ein Verbiß zwischen
der Schnecke 11 und dem Schneckenradsegment 15.
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Ein
solcher Verbiss wird durch eine Ausführung der Stellvorrichtung 1 mit
einer Getriebeeinheit 3 gemäß 2 vermieden. Der Anschlag erfolgt hier nicht
mehr über
die Anschlagflächen 19, 20 im
Gehäuse 7,
sondern das Schneckenrad 15 ist so ausgeführt, daß es in
seinem Endbereich 21 keine Verzahnung mehr aufweist. Zusätzlich weist
das Schneckenrad 15 direkt neben dem als Kreissegment ausgeführten nicht
verzahnten Bereich 21 einen Anschlag 22 auf, der
als Stabfeder ausgeführt
ist. Diese erstreckt sich vom als Vollkreis 23 ausgeführten Bereich
des Schneckenrades 15 in zur Achse des Schneckenrades 15 radialer
Richtung. Die Anschlagfläche 24 ist
dabei am in radialer Richtung äußeren Bereich
der Stabfeder 22 angeordnet. Die Schnecke 11 weist
eine zu der Anschlagfläche 24 der
Stabfeder 22 korrespondierende Anschlagfläche 25 auf,
welche ringförmig
uns konzentrisch um die Antriebswelle 9, welche gleichzeitig
als Scheckenwelle 10 dient, verläuft. Die Anschlagfläche 25 ist
dabei so ausgebildet, daß ein
möglichst
großflächiger Anschlag
gegen die Anschlagfläche 24 verwirklicht
wird und dementsprechend ist die Abphasung dieser Anschlagfläche 25 abhängig von
der Form der Anschlagfläche 24 der Stabfeder 22,
welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel
gerade ausgeführt
ist, jedoch auch im oberen Bereich beispielsweise eine Biegung zur
Verdrehung der Anschlagrichtung aufweisen kann.
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Zur
Verwirklichung eines solchen Anschlags weist das Lager 12 der
Stellvorrichtung 1 eine Ausnehmung 26 auf, durch
die die Anschlagfläche 24 des
Schneckenrades 15 gegen die Anschlagfläche 25 der Schnecke 11 gedreht
werden kann.
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Erhält nun die
Stellvorrichtung 1 über
die nicht dargestellte Steuerung ein Signal zum Einschalten des
Elektromotors 8 wird die Antriebswelle 9 und somit
die darauf angeordnete Schnecke 11 in Drehung versetzt,
wobei die Drehgeschwindigkeit der Schnecke 11 der Drehgeschwindigkeit
des Elektromotors 8 entspricht. Über den Eingriff von Schneckenflanken 27 der
Schnecke 11 in die Zähne 14 des Schneckenrades 15 wird
die Drehung der Schnecke 11 wiederum in eine Drehung des
Schneckenradsegmentes 15 untersetzt übertragen, wobei die Abtriebswelle 4,
auf der das Schneckenradsegment 15 drehfest befestigt ist,
im rechten Winkel zur Achsrichtung der Schneckenwelle 10 angeordnet
ist. Die Drehung der Abtriebswelle 4 wird nun beispielsweise
auf einen nicht dargestellten Klappenkörper der auf der Abtriebswelle 4 angeordnet
sein kann, übertragen,
wobei die Drehung durch die Untersetzung deutlich langsamer ist
als die Drehung des Elektromotors 8. Die Größe des Teilkreises
des Schneckensegmentes 15 entspricht dabei im wesentlichen
dem Verstellwinkel beispielsweise der Klappenvorrichtung.
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Wird
nun eine der Endstellungen erreicht und über eine nicht dargestellte
Positionserfassungseinrichtung erfasst, gibt die Steuerung dem Elektromotor 8 das
Signal zu stoppen. In diesem Moment sollte nur ungefähr noch
ein letzter Zahn 14 in Eingriff mit einer Flanke 27 der
Schneckenspindel 11 stehen. Gleichzeitig schlägt die Anschlagfläche 24 der
Stabfeder gegen die Anschlagfläche 25 der
Schnecke 11. Durch den Nachlauf des Motors 8 dreht
sich die Schnecke 11 ein wenig weiter, wobei gleichzeitig auch
der letzte Zahn 14 nicht mehr in die korrespondierende
Schneckenflanke 27 eingreift. Die Stabfeder 22 wird
leicht gebogen, so daß eine
Vorspannkraft des Schneckenradsegmentes 15 gegenüber der Schnecke 11 erzeugt
wird. Aufgrund des Nichteingriffs der Zähne 14 in dieser Stellung
entsteht jedoch kein Verbiß zwischen
Schnecke 11 und Schneckenrad 15.
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Wird
nun aufgrund eines erneuten Steuersignals der Motor 8 in
umgekehrter Richtung angetrieben, so greift durch die entgegengesetzte
Drehung der Schnecke 11 und die Vorspannkraft der Stabfeder 22 gerade
wieder der dann erste Zahn 14 wieder in die Flanke 27 der
Schnecke 11 ein, so daß das Schneckenradsegment 15 in
entgegengesetzter Richtung gedreht wird, die Stabfeder 22 wieder
entspannt wird und durch die Ausnehmung 26 des Lagers 12 hindurch
gedreht wird und entsprechend die auf der Abtriebswelle 4 angeordneten
anzutreibenden Bauteile bis zur entgegengesetzten Endstellung gedreht
werden können.
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Es
sollte klar sein, daß die
in 2 dargestellte Ausführung üblicherweise
mit zwei zahnlosen Endbereichen des Schneckenradsegmentes 15 sowie
mit zwei Stabfedern 22 für Anschläge in beiden Endstellungen
der Stellvorrichtung ausgerüstet
wird.
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Eine
derartig ausgeführte
Stellvorrichtung verhindert zuverlässig einen Verbiß beziehungsweise
ein Verspannen zwischen der Schnecke und dem Schneckenrad in den
jeweiligen Anschlagstellungen beziehungsweise Endstellungen der
Stellvorrichtung und benötigt
gleichzeitig aufgrund der extrem einfach gewählten Bauform sehr wenig Raum.
Zusätzlich
ist sie aufgrund der geringen Bauteileanzahl einfach zu montieren
und kostengünstig
herzustellen. Fehlfunktionen werden vermieden und eine lange Lebensdauer
ist die Folge.
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Es
sollte deutlich sein, daß auch
anders ausgeführte
Stellvorrichtungen beispielsweise mit einem umfangreicheren Getriebe
beziehungsweise Stellvorrichtungen mit denen beliebig viele Stellungen
angefahren werden können,
bei denen jedoch lediglich auf die erfindungsgemäße Weise ein Verbiß zwischen
Schnecke und Schneckenrad vermieden werden soll in den Schutzbereich
des Hauptanspruchs fallen. Ebenso kann die Ausführung der Anschlagflächen und
insbesondere die Form der Stabfeder unterschiedlich gewählt werden,
um einen Anschlag in einem unterschiedlichen Winkel zur Achsrichtung
der Schnecke verwirklichen zu können.