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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator, insbesondere für eine Fahrzeugstelleinrichtung.
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Stelleinrichtungen
dieser Art können
bei Fahrzeugen beispielsweise als Klappenstelleinrichtungen zum
Einsatz kommen, bei denen zumindest ein Stellglied eine Klappe ist,
mit der ein durchströmbarer
Querschnitt in einer Gas führenden
Leitung des Fahrzeugs steuerbar ist. Eine derartige Klappenstelleinrichtung
kann beispielsweise in einem Frischgastrakt oder in einem Abgastrakt
einer Brennkraftmaschine oder einer Brennstoffzelle des Fahrzeugs
zur Anwendung kommen. Ebenso sind Stelleinrichtungen zum Verstellen
einer Leitschaufelgeometrie bei einer Turbine eines Abgasturboladers
bekannt. Ferner kann auch ein sogenanntes „Waste-Gate” eines Abgasturboladers
mittels einer solchen Stelleinrichtung betätigt werden.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
einen Aktuator der eingangs genannten Art bzw. für einen damit ausgestatteten
Stellantrieb eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich
insbesondere dadurch auszeichnet, dass sie kompakt baut und/oder
vergleichsweise große
Stellkräfte
bzw. Stellmomente erzeugen kann und/oder eine vereinfachte Montage
ermöglicht.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Aktuator,
der in einem Gehäuse
zumindest eine drehend antreibbare Welle enthält, diese mit einem Signalgeber
auszustatten, der mit einem berührungslos
arbeitenden Dreh winkelsensor zusammenwirkt. Durch diese Bauweise
kann die aktuelle Drehlage der jeweiligen Welle besonders einfach
erfaßt
werden. Der Aktuator bzw. die damit ausgestattete Stelleinrichtung
kann dadurch besonders zuverlässig
betrieben werden.
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Entsprechend
einer vorteilhaften Ausführungsform
kann der Drehwinkelsensor als Hallsensor ausgestaltet sein, der
Veränderungen
eines Magnetfelds detektiert. Zweckmäßig kann der Signalgeber ein
drehfest mit der jeweiligen Welle verbundener Permanentmagnet sein,
der so polarisiert ist, dass an einer gehäusefesten Stelle von der Drehbewegung der
Welle abhängige
Magnetfeldänderungen
detektierbar sind.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Ausführungsform,
bei welcher der Drehwinkelsensor zwei Leitelemente aufweist, die
so ausgestaltet sind, dass sie ein magnetisches Feld des Permanentmagneten
zumindest teilweisen zum Hallsensor umleiten, wobei die beiden Leitelemente
vom Hallsensor ausgehen und sich radial beabstandet zum Permanentmagneten
in Umfangsrichtung erstrecken. Es hat sich gezeigt, dass derartige
Leitelemente das Magnetfeld des Permanentmagneten, das bezüglich der
Rotationsachse der jeweiligen Welle grundsätzlich in alle Richtungen abstrahlt,
in Richtung des Hallsensors umgelenkt werden kann, wodurch im Bereich
des Hallsensors eine signifikante Verstärkung des Magnetfelds realisierbar
ist. Dementsprechend machen sich auch relativ kleine Veränderungen
des Magnetfelds durch Ändern
der Drehlage des Permanentmagneten verstärkt im Bereich des Hallsensors
bemerkbar, wodurch die Sensibilität und somit die Genauigkeit
des Drehwinkelsensors verbessert werden kann.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Stelleinrichtung,
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2 eine
perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines Aktuators,
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3 einen
Längsschnitt
durch ein Getriebe des Aktuators,
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4 eine
perspektivische Ansicht des teilweise geschnittenen Aktuators in
auseinander gezogener Darstellung,
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5 eine
perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht des Aktuators,
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6 eine
perspektivische Ansicht des Getriebes des Aktuators in einer auseinander
gezogenen Darstellung bei einer anderen Ausführungsform,
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7 eine
perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht des Aktuators aus 6,
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8 eine
perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht des Aktuators im
Bereich eines Elektromotors, bei verschlossener Einführöffnung,
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9 eine
perspektivische Ansicht des Aktuators aus 8 in einer
auseinander gezogenen Darstellung,
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10 eine
perspektivische Ansicht eines Kegelgetriebes,
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11 eine
Draufsicht des Kegelgetriebes,
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12 eine
Schnittansicht des Kegelgetriebes,
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13 eine
vergrößerte Ansicht
eines Kegelrads des Kegelgetriebes,
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14 ein
vergrößerter Ausschnitt
XIV des Kegelrads aus 13, und
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15 eine
vergrößerte Draufsicht
auf einen Zahn des Kegelrads entsprechend einer Blickrichtung XV
in 14.
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Entsprechend 1 umfasst
eine Stelleinrichtung 1, die insbesondere fest in einem
Kraftfahrzeug eingebaut sein kann, einen Aktuator 2 sowie eine
Stellgliedanordnung 3. Im Beispiel besitzt die Stellgliedanordnung 3 mehrere,
hier vier Stellglieder 4, die exemplarisch als Klappen
ausgestaltet sind. Dementsprechend handelt es sich bei der Verstelleinrichtung 1 exemplarisch
um eine Klappenstelleinrichtung. Dabei dient das jeweilige Stellglied 4,
also die jeweilige Klappe 4 zum Steuern eines durchströmbaren Querschnitts
in einer durchströmbaren Lei tung 5,
und zwar bevorzugt in einem Fahrzeug. Beispielsweise ist die Stelleinrichtung 1 in
einem Frischgastrakt einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs angeordnet
und kann dort als Tumbleklappe und/oder als Drallklappe ausgestaltet
sein. Im Beispiel ist die Stelleinrichtung 1 in ein Saugmodul 6 integriert,
mit dem Frischgas auf die einzelnen Brennräume einer Brennkraftmaschine
verteilt wird. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, die Stelleinrichtung 1 z.
B. bei einem Brennstoffzellensystem beispielsweise zum Steuern des
Anodengases oder des Kathodengases oder des Abgases zu verwenden.
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Die
Stelleinrichtung 1 umfasst eine Betätigungswelle 7, mit
deren Hilfe die Stellglieder 4 betätigbar sind. Hierzu ist die
Betätigungswelle 7 um
ihre Längsmittelachse
drehend antreibbar, während
die Stellglieder 4 mehr oder weniger drehfest mit der Betätigungswelle 7 verbunden
sind.
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Der
Aktuator 2 besitzt ein Gehäuse 8, in dem ein
Elektromotor 9 angeordnet ist. Mit dem Elektromotor 9 ist
eine Abtriebswelle 10 des Aktuators 2 drehend
antreibbar. Dabei dreht die Antriebswelle 10 um ihre Längsmittelachse.
Zur Drehmomentübertragung zwischen
der Abtriebswelle 10 und der Betätigungswelle 7 ist
ein Kegelgetriebe 11 vorgesehen. Die Abtriebswelle 10 und
die Betätigungswelle 7 sind
relativ zueinander so orientiert, dass zwischen einer Rotationsachse 12 der
Abtriebswelle 10 und einer Rotationsachse 13 der
Betätigungswelle 7 ein
Winkel 14 vorliegt, der in einem Bereich von einschließlich 60° bis einschließlich 120° liegt und
der im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel bei etwa 90° liegt.
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Entsprechend 10 umfasst
das Kegelgetriebe 11 zwei Kegelräder, nämlich ein erstes Kegelrad 15 und
ein zweites Kegelrad 16, die in einem Eingriffsbereich 17 miteinander
in Eingriff stehen, um die gewünschte
Drehmomentübertragung
zwischen den Kegelrädern 15, 16 zu
realisieren. Das erste Kegelrad 15 ist mit der Abtriebswelle 10 fest
verbunden und ist bezüglich
der Rotationsachse 12 der Abtriebswelle 10 koaxial
angeordnet. Auf entsprechende Weise ist das zweite Kegelrad 16 drehfest
mit der Betätigungswelle 7 verbunden
und koaxial zur Rotationsachse 13 der Betätigungswelle 7 orientiert.
Die drehfeste Kopplung zwischen dem jeweiligen Kegelrad 15, 16 und
der jeweiligen Welle 7, 10 kann beispielsweise
durch einen Presssitz und/oder durch Formschluss realisiert werden.
Ebenso können
die Kegelräder 15, 16 mit
den Wellen 7, 10 verschweißt und/oder verklebt und/oder
verschraubt werden.
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Entsprechend
den 2 bis 7 besitzt der Elektromotor 9 eine
drehend antreibbare Antriebswelle 18, die hinsichtlich
ihrer Rotationsachse zweckmäßig koaxial
zur Rotationsachse 12 der Abtriebswelle 10 orientiert
ist. Der Aktuator 2 enthält in seinem Gehäuse 8 ein
Planetengetriebe 19. Über dieses
Planetengetriebe 19 ist die Antriebswelle 18 mit
der Abtriebswelle 10 antriebsverbunden. Das Planetengetriebe 19 besitzt
zumindest eine Getriebestufe 20 bzw. 21. Im Beispiel
sind genau zwei solche Getriebestufen 20, 21 vorgesehen.
Es ist klar, dass bei anderen Ausführungsformen auch nur eine
oder drei oder mehr derartige Getriebestufen 20, 21 vorgesehen
sein können.
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Jede
Getriebestufe 20, 21 besitzt ein Sonnenrad 22 bzw. 23 sowie
wenigstens zwei Planetenräder 24.
Im Beispiel weist jede Getriebestufe 20, 21 drei
Planetenräder 24 auf.
Das jeweilige Sonnenrad 22, 23 steht mit den zugehörigen Planetenrädern 24 in
Eingriff. Die Planetenräder 24 sind
jeweils an einem Planetenradträger 25 drehbar
gelagert und stehen außerdem
mit einem Hohlrad 26 in Eingriff. Dabei ist für beide
Getriebestufen 20, 21 hier ein gemeinsames Hohlrad 26 vorgesehen,
mit dem alle Planetenräder 24 der
beiden Getriebestufen 20, 21 in Eingriff stehen.
Bei genau zwei Getriebestufen 20, 21 ist die eine
eine antriebsseitige Getriebestufe 20, während die
andere eine abtriebsseitige Getriebestufe 21 ist. Bei drei
oder mehr Getriebestufen 20, 21 sind zwischen
der antriebsseiti gen und der abtriebsseitigen Getriebestufe zumindest
eine oder mehrere Zwischenstufen angeordnet. Bei der antriebsseitigen Getriebestufe 20 ist
das Sonnenrad 22 drehfest mit der Antriebswelle 18 verbunden.
Im Unterschied dazu ist bei der abtriebsseitigen Getriebestufe 21 der Planetenradträger 25 mit
der Abtriebswelle 10 drehfest verbunden. Dabei ist zwischen
der Abtriebswelle 10 und dem jeweiligen Planetenradträger 25 ein
axialer Eingriff vorgesehen, der auf einem möglichst großen Durchmesser erfolgt, um
möglichst
große Drehmomente übertragen
zu können.
Dieser Drehmoment übertragende
Eingriff kann beispielsweise als Steckverbindung ausgestaltet sein.
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Bei
der hier vorgestellten bevorzugten Ausführungsform sind die Planetenräder 24 der
Getriebestufen 20, 21 Gleichteile. Außerdem sind
die Planetenradträger 25 als
Gleichteile ausgestaltet. Im Beispiel ist der jeweilige Planetenradträger 25 drehfest
mit dem Sonnenrad 23 der jeweils nachfolgenden Getriebestufe
verbunden. Dies wird bevorzugt dadurch realisiert, dass das jeweilige
Sonnenrad 23 der Folgestufe integral mit dem Planetenradträger 25 der
vorausgehenden Stufe hergestellt ist. Da die Planetenradträger 25 hier
Gleichteile sind, wird auch der Planetenradträger 25 der abtriebsseitigen
Getriebestufe 21 mit einem derartigen Sonnenrad 23 versehen,
obwohl er an sich kein derartiges Sonnenrad 23 benötigt, da
die Drehmomentübertragung
zur Abtriebswelle 10 zweckmäßig nicht über dieses zusätzliche
Sonnenrad 23, sondern auf andere Weise erfolgt, nämlich bevorzugt
auf einem größeren Durchmesser
unmittelbar über
den Planetenradträger 25.
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Das
Sonnenrad 22 der eingangsseitigen Getriebestufe 20 ist
drehfest mit der Antriebswelle 18 verbunden und ist daher
insbesondere kein Gleichteil zu den Sonnenrädern 23 der Planetenradträger 25. Im
Unterschied dazu können
die Sonnenräder 23 der auf
die eingangsseitige Getriebestufe 20 folgenden Getriebestufen
wieder als Gleichteile ausgestaltet sein. Ebenso ist es möglich, alle
Sonnerä der 22, 23 als
Gleichteile auszugestalten, wenn sie separat von den Planetenradträgern 25 hergestellt
werden und im Rahmen der Montage auf geeignete Weise drehfest mit
der Antriebswelle 18 bzw. mit dem jeweiligen Planetenradträger 25 verbunden
werden.
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Bei
den Ausführungsformen
der 3 bis 5 bildet das Hohlrad 26 einen
integralen Bestandteil des Gehäuses 8,
das zur Aufnahme des Elektromotors 9 dient. Im Unterschied
dazu zeigen die 6 und 7 eine Ausführungsform,
bei welcher das Hohlrad 26 in einem Einsatzteil 27 ausgebildet
ist, das bezüglich
des übrigen
Gehäuses 8 ein
separates Bauteil bildet. Durch die Verwendung eines derartigen
Einsatzteils 27 kann die Vormontierbarkeit des Planetengetriebes 19 verbessert
werden.
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Der
Elektromotor 9 besitzt entsprechend den 4 bis 7 an
seinem dem Planetengetriebe 19 zugewandten vorderen Ende 28 zumindest
eine, hier zwei Aussparungen 29. Im eingebauten Zustand greifen
in diese Aussparungen 29 komplementäre Stege 30 axial
ein. Diese Stege 30 sind integrale Bestandteile des Gehäuses 8 bzw.
des Einsatzteils 27. Hierdurch wird im Einbauzustand eine
Drehmomentabstützung
zwischen dem Elektromotor 9 und dem Gehäuse 8 bzw. dem Einsatzteil 27 realisiert.
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Das
Gehäuse 8 nimmt
den Elektromotor 9 und das Planetengetriebe 19 auf
bzw. das Einsatzteil 27. Gemäß 1 ist die
Abtriebswelle 10 aus dem Gehäuse 8 herausgeführt und
außerhalb
des Gehäuses 8 drehfest
mit einem Antriebsglied verbunden, das im gezeigten Beispiel durch
das erste Kegelrad 15 gebildet ist. Grundsätzlich kann
es sich bei dem mit der Antriebswelle 10 antreibbaren Antriebsglied um
ein beliebiges Antriebsglied handeln, wie z. B. ein Ritzel oder
ein Hebel oder ein Zahnrad oder ein Kupplungselement oder eine Kupplung
zur di rekten Drehmomentübertragung
oder eine beliebige Kombination der vorstehend genannten Antriebsglieder.
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Entsprechend 2 kann
eine der Wellen des Aktuators 2 innerhalb des Gehäuses 8 mit
einem Signalgeber 31 ausgestattet sein. Im Beispiel ist
die Abtriebswelle 10 drehfest mit dem Signalgeber 31 verbunden,
so dass eine Rotation der Abtriebswelle 10 mit einer Rotation
des Signalgebers 31 einhergeht. Des Weiteren enthält das Gehäuse 8 einen Drehwinkelsensor 32,
der so ausgestaltet ist, dass er mit dem Signalgeber 31 berührungslos
zusammenwirkt. Insbesondere handelt es sich beim Drehwinkelsensor 32 um
einen Hallsensor, der im Folgenden ebenfalls mit 32 bezeichnet
wird. Der Hallsensor 32 detektiert Änderungen eines magnetischen
Feldes. Zweckmäßig wird
als Signalgeber 31 daher ein Permanentmagnet verwendet,
der im Folgenden ebenfalls mit 31 bezeichnet wird. Der
Permanentmagnet 31 ist drehfest mit der Abtriebswelle 10 verbunden und
dabei so polarisiert, dass eine Drehbewegung die Abtriebswelle 10 das
magnetische Feld im Bereich des Hallsensors 32 verändert. Hierdurch
kann der Hallsensor 32 die Rotation der Abtriebswelle 10 detektieren.
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Um
die Genauigkeit des Drehwinkelsensors 32 bzw. die winkelmäßige Auflösung des
Drehwinkelsensors 32 zu verbessern, sind hier zwei Leitelemente 33 vorgesehen.
Diese sind so ausgestaltet, dass sie ein magnetisches Feld des Permanentmagneten 31 zumindest
teilweise zum Hallsensor 32 umleiten. Beispielsweise können derartige
Leitelemente 33 durch Metallblech gebildet sein. Die Leitelemente 33 erstrecken
sich ausgehend vom Hallsensor 32 radial beabstandet zum
Permanentmagneten 31 und bezogen auf die Rotationsachse 12 der
Abtriebswelle 10 in Umfangsrichtung. Beispielsweise erstreckt
sich jedes Leitelement 33 um etwa 90°, so dass sie zusammen den Permanentmagneten 31 etwa
um 180° umgreifen.
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Zur
axialen Positionierung der Leitelemente 33 kann es gemäß 4 und 5 vorgesehen sein,
einzelne Zähne 34 einer
Verzahnung 35 des Hohlrades 26 axial an einer
vom Elektromotor 9 abgewandten Seite zu verlängern. An
diesem axial verlängerten
Zahn 34 kann das jeweilige Leitelement 33 axial
zur Anlage kommen, wodurch es im Gehäuse 8 stabil positioniert
ist. Das Gehäuse 8 enthält außerdem im
Bereich des Hallsensors 32 eine Durchgangsöffnung 36,
durch die der Hallsensor 32 in das Innere des Gehäuses 8 hineinragen
kann und durch die der Hallsensor 32 mit einer hier nicht
näher dargestellten
bzw. nicht näher
bezeichneten Auswerteschaltung gekoppelt ist.
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Entsprechend 2 kann
außerdem
vorgesehen sein, innerhalb des Gehäuses 8 eine Rückstellfeder 67 anzuordnen,
die sich einerseits am Gehäuse 8 und
andererseits an einer der Wellen, bevorzugt an der Abtriebswelle 10 abstützt. Durch
die Rückstellfeder 67 kann
der Aktuator 2 bzw. seine Abtriebswelle 10 in
eine Endstellung oder in eine zwischen zwei Endstellungen liegende
Ausgangsstellung oder Neutralstellung vorgespannt sein. Hierdurch
kann insbesondere eine Notlauffunktion für die jeweilige Stelleinrichtung 1 realisiert
werden, falls es zu einem Stromausfall kommt und der Elektromotor 9 nicht
mehr angesteuert werden kann.
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Entsprechend
den 8 und 9 ist zur Unterbringung des
Elektromotors 9 im Gehäuse 8 ein Motoraufnahmeraum 37 ausgebildet,
der zweckmäßig zylindrisch
gestaltet ist und in den der Elektromotor 9 durch eine
Einführöffnung 38 bezüglich seiner Antriebswelle 18 axial,
also koaxial zur Rotationsachse 12 der Abtriebswelle 10 einführbar ist.
Dabei kommt der Elektromotor 9 bei der in 8 gezeigten Einbaulage
an seinem vorderen Ende 28 an einem Boden 39 des
Motoraufnahmeraums 37 axial zur Anlage. Im Unterschied
dazu ragt der Elektromotor 9 an seinem vom Planetengetriebe 19 entfernten
oder abgewandten hinteren Ende 40 axial aus der Einführöffnung 38 heraus.
Zum Verschließen
der Einführöffnung 38 und
zum Positionieren des Elektromotors 9 im Gehäuse 8 ist
ein Deckel 41 vorgesehen, der an das Gehäuse 8 anschraubbar
ist. An diesem Deckel 41 kommt der Elektromotor 9 mit
seinem hinteren Ende 40 axial zur Anlage.
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Das
Gehäuse 8 weist
hierzu in einem Einführabschnitt 42,
der die Einführöffnung 38 aufweist, ein
Außengewinde 43 auf.
Komplementär
dazu weist der Deckel 41 einen Gewindeabschnitt 44 auf,
der mit einem entsprechenden Innengewinde 45 versehen ist.
Des Weiteren weist der Deckel 41 einen Topfabschnitt 46 auf,
der eine zylindrische Wand 47 und einen Boden 48 besitzt.
An diesem Boden 48 kommt das hintere Ende 40 des
Elektromotors 9 im montierten Zustand axial zur Anlage.
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Der
Deckel 41 besitzt außerdem
zwischen dem Topfabschnitt 46 und dem Gewindeabschnitt 44 einen Übergangsabschnitt 49.
Dieser ist als axiale Zugfeder ausgestaltet und ermöglicht eine
axiale Vorspannung des Elektromotors 9 gegen den Boden 39 des
Motoraufnahmeraums 37.
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In
der gezeigten, bevorzugten Ausführungsform
weist der Übergangsabschnitt 49 einen
ringförmigen
Kragen 50 auf. Dieser ist radial einerseits, hier radial
innen mit dem Topfabschnitt 47 und radial andererseits,
hier radial außen
mit dem Gewindeabschnitt 44 fest verbunden. Insbesondere
ist der gesamte Deckel 41 aus einem Stück hergestellt, das integral
die einzelnen Abschnitte, also den Topfabschnitt 46, den
Gewindeabschnitt 44 und den Übergangsabschnitt 50 aufweist.
Beispielsweise handelt es sich beim Deckel 41 um ein Blechformteil
oder um ein Kunststoffspritzformteil.
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Der Übergangsabschnitt 50 bewirkt
eine axiale Positionierung des Topfabschnitts 46 relativ
zum Gewindeabschnitt 44. Ferner ist der Übergangsabschnitt 50 so
ausgestaltet, dass ein axialer Abstand des Gewindeabschnitts 44 vom
Boden 48 des Topfabschnitts 46 gegen eine Rückstellkraft
des Übergangsabschnitts 49 vergrößert werden
kann. Der Übergangsabschnitt 49 wirkt
dabei wie eine Feder.
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Zweckmäßig sind
nun Deckel 41, Gehäuse 8 und
Elektromotor 9 so aufeinander abgestimmt, dass sich die
Zugfeder, die durch den Übergangsabschnitt 49 gebildet
ist, beim Aufschrauben des Deckels 41 spannt und dadurch
die erwünschte
axiale Vorspannung des Elektromotors 9 gegen den Boden 39 im Motoraufnahmeraum 37 erzeugt.
Bei aufgeschraubtem Deckel 41 ist der Elektromotor 9 dann
zwischen den Böden 39 und 48 eingespannt.
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Im
gezeigten Beispiel ist im Bereich der Einführöffnung 38 eine Dichtung 51 zwischen
dem Einführabschnitt 42 und
dem Deckel 41 angeordnet. Besonders zweckmäßig ist
dabei die hier gezeigte Ausführungsform,
bei welcher sich die Dichtung 51 an einem Übergang 52 zwischen
dem Übergangsabschnitt 49 und
dem Gewindeabschnitt 44 befindet. Beim Festschrauben des
Deckels 41 wird die Dichtung 51 komprimiert, wodurch
die gewünschte
Dichtigkeit realisierbar ist.
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Bei
den gezeigten Ausführungsformen
besitzt der Boden 48 des Topfabschnitts 46 eine
Mulde 53. Diese ist bezüglich
des Deckels 41 zentral angeordnet und topfförmig ausgestaltet.
In diese Mulde 53 ragt ein zylindrischer Vorsprung 54 des
Elektromotors 9 hinein. Besagter Vorsprung 54 geht
vom hinteren Ende 40 des Elektromotors 9 axial
ab. Besagter Vorsprung 54 kann beispielsweise ein hier
nicht näher
dargestelltes Lager für
die Antriebswelle 18 des Elektromotors 9 aufweisen.
Zweckmäßig sind
der Vorsprung 54 und die Mulde 53 hinsichtlich
ihrer Dimensionierung so aufeinander abgestimmt, dass zum einen
eine radiale Abstützung
des Vorsprungs 54 an einer Wand 55 der Mulde 53 erfolgt.
Zum anderen ist der Vorsprung 54 in axialer Richtung von
einem Boden 56 der Mulde 53 beabstandet. Dementsprechend
realisiert die Mulde 53 lediglich eine Zentrierung des
Vorsprungs 54 bezüglich
der Rotationsachse der Antriebswelle 18. Die axiale Verspannung des
Elektromotors 9 erfolgt dagegen außerhalb der Mulde 53 über den
Boden 48 des Deckels 41.
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Während der
Deckel 41 beispielsweise aus einem Metall hergestellt ist,
besteht das Gehäuse 8 im Übrigen bevorzugt
aus einem Kunststoff. Durch den federelastischen Übergangsabschnitt 49 können thermisch
bedingte Dehnungen, die innerhalb des Gehäuses 8, des Deckels 41 und
des Elektromotors 9 zu unterschiedlichen Längenänderungen
führen können, federelastisch
aufgenommen werden.
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Zudem übernimmt
hier der Deckel 41 im montierten Zustand auch die Funktion
eines Kühlblechs
für den
Elektromotor 9, um die Verlustenergie des Elektromotors 9 an
die umgebende Atmosphäre abzugeben.
Hierbei wird die Wärme
des Elektromotors 9 über
die Fläche
seines hinteren Endes 40 an die Fläche des Bodens 48 des
Deckels 41 übertragen,
der z. B. aus Metallblech hergestellt ist. Die Wärme kann somit an die umgebende
Atmosphäre
abgegeben werden, wodurch der Elektromotor 9 gekühlt wird.
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Entsprechend
den 10 bis 15 besitzen
die Kegelräder 15, 16 des
Kegelgetriebes 11 eine besondere Verzahnung und/oder Zahnform. 15 zeigt
dabei einen einzelnen Zahn 57 eines der Kegelräder 15, 16.
Erkennbar besitzt dieser Zahn 57 in seinem radialen Verlauf
eine nach außen
gewölbte
oder konvexe Zahnflanke 58. Die Zahnflanke 58 besitzt somit
eine Wölbung 59,
die von einem axialen Ende 60 zum anderen axialen Ende 61 des
jeweiligen Zahns 57 zunächst
zunimmt und wieder abnimmt.
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In 15 ist
ein Segment eines Teilkreises 62 des jeweiligen Kegelrads 15, 16 eingetragen.
Erkennbar ist die Wölbung 59 der
Zahnflanken 58 bei einer bevorzugten Ausführungsform
so gestaltet, dass besagter Teilkreis 62 in einem Schnittpunkt 63 mit
der Zahnflanke 58 senkrecht auf einer Tangente 64 steht,
die im Schnittpunkt 63 an der Zahnflanke 58 anliegt.
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Die
hier vorgeschlagene gewölbte
oder konvexe Zahnflankengeometrie der Kegelräder 15 führt zu einer
punktförmigen
Kontaktierung im Eingriffsbereich 17 über die Zahnflanken 58.
Die gewählte Formgebung
für die
Zahnflanken 58 kann Lageabweichungen zwischen den Rotationsachsen 12 und 13 der
Abtriebswelle 10 und der Betätigungswelle 7 ausgleichen.
Zum Beispiel sind die Kegelräder 15, 16 für einen
Winkel 14 zwischen den Rotationsachsen 12, 13 ausgelegt,
der beispielsweise 90° beträgt. Die Auslegung
der Kegelräder 15, 16 definiert
dabei einen Sollzustand. Aufgrund von Montagetoleranzen ergibt sich
jedoch nach dem Zusammenbau des Aktuators 2 bzw. die Stelleinrichtung 1 eine
Ist-Situation, die von der Soll-Vorgabe in der Regel abweicht. So können die
Rotationsachsen 12, 13 der Abtriebswelle 10 und
der Betätigungswelle 7 im
montierten Zustand einen von 90° abweichenden
Winkel 14 einschließen.
Des Weiteren ist es durchaus möglich,
dass sich die beiden Rotationsachsen 12, 13 nicht
schneiden, was ebenfalls zu einer Lageabweichung der mit den Wellen 10, 7 fest
verbundenen Kegelrädern 15, 16 führt. In 11 sind
exemplarisch mit strichpunktierten Linien Lageabweichungen der einen
Rotationsachse 12, 13 dargestellt, die von der
hier vorgeschlagenen Verzahnung des Kegelgetriebes 11 noch
tolerierbar sind. Die eine Linie 65 definiert beispielsweise eine
Soll-Orientierung der einen Rotationsachse, während die andere Linie 66 eine
noch tolerierbare Ist-Orientierung der jeweiligen Rotationsachse
repräsentiert.
Erkennbar ist außerdem,
dass auch eine gewisse Exzentrizität zwischen den beiden Rotationsachsen 12, 13 tolerierbar
ist.
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Zusätzlich reicht
es aus, eines der beiden Kegelräder 15, 16 in
der beschriebenen Weise zu verzahnen. Bevorzugt werden jedoch beide
Kegelräder 15, 16 mit
der beschriebenen Verzahnung ausgestattet. Bevorzugt ist eine Ausführungsform,
bei welcher beide Kegelräder 15, 16 als
Gleichteile ausgestaltet sind. Die Kegelräder 15, 16 können insbesondere
aus Kunststoff hergestellt sein, wobei eine Spritzformung bevorzugt
ist.