DE102013220721A1

DE102013220721A1 - Linearaktuator

Info

Publication number: DE102013220721A1
Application number: DE201310220721
Authority: DE
Inventors: Christian Weis; Carsten Mikolajek
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2015-04-16
Also published as: WO2015055548A1; US20160258391A1; CN105637256B; EP3094885A1; CN105637256A; US10054084B2

Abstract

Ein Linearaktuator (8) zum Antrieb eines Stellgliedes (4) einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges hat zwei Tastkörper (19, 20) zur Abtastung einander gegenüberliegender Seiten einer Führungskurve (16). Die Führungskurve (16) hat eine hervorstehende Rippe (17), gegen die die beiden Tastkörper (19, 20) vorgespannt sind. Hierdurch hat der Linearaktuator (8) eine hohe Stabilität und ermöglicht ein spielfreies Abtasten der Führungskurve (16).

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearaktuator zum Antrieb eines Stellgliedes insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einer drehbaren Antriebswelle und einem axial verschieblichen Stößel zur Verstellung des Stellgliedes, mit einer von der Antriebswelle angetriebenen Führungskurve und mit einem die Führungskurve abtastenden Führungsglied.
Solche Linearaktuatoren sind beispielsweise von Abgasrückführventilen bei Brennkraftmaschinen heutiger Kraftfahrzeuge aus der Praxis bekannt. Bei diesen Linearaktuatoren hat das Führungsglied einen Kulissenstein oder ein Kugellager und ragt in die als Führungsnut ausgebildete Führungskurve hinein. Zwischen dem Führungsglied und der Führungskurve besteht zwangsläufig ein Spiel. Ein solches Spiel ist jedoch insbesondere bei zum Antrieb von Stellgliedern an Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen meist nicht erwünscht.
Man könnte daran denken, durch Einschränkung von Toleranzen das Spiel zwischen Stellglied und Führungskurve soweit wie möglich zu reduzieren. Jedoch begrenzen bei Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen insbesondere Temperaturwechsel und Betriebskräfte die Möglichkeit zur Verringerung der Toleranzen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Linearaktuator der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass er einen besonders spielfreien Antrieb des Stößels ermöglicht und Betriebskräften von Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen zuverlässig standhält.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Führungsglied zwei Tastkörper hat und dass die Tastkörper gegen einander gegenüberliegende Seiten der Führungskurve vorgespannt sind.
Durch diese Gestaltung werden Betriebskräfte der Brennkraftmaschine in beiden Antriebsrichtungen des Stößels von jeweils einem Tastkörper abgestützt. Da zumindest einer der Tastkörper vorgespannt ist, wird die Führungskurve spielfrei abgetastet. Dies führt zu einem spielfreien Antrieb des Stößels. Damit lässt sich das Stellglied besonders genau regeln. Die Vorspannung ermöglicht zudem die zuverlässige Dämpfung von Betriebskräften der Brennkraftmaschine. Der Linearaktuator hat hierduch eine besonders hohe mechanische Festigkeit und Robustheit bei Lastwechseln.
Der bauliche Aufwand zur Vorspannung der Tastkörper lässt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders gering halten, wenn das Führungsglied ein Federelement zur Vorspannung der Tastkörper aufeinander zu oder voneinander weg hat.
Die Führungskurve könnte beispielsweise als Nut ausgebildet sein und die Tastkörper gegen die Wandung der Nut vorgespannt werden. Dies erfordert jedoch entweder eine besonders breite Nut oder sehr kleine Tastkörper. Bei Stellgliedern für Bauteile einer Brennkraftmaschine ist jedoch Bauraum sehr begrenzt. Die Tastkörper benötigen bei Belastungen der Brennkraftmaschine ausreichende Stabilität und damit entsprechende Abmessungen. Insbesondere für die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges vorgesehene Linearaktuatoren weisen jedoch eine besonders hohe Stabilität bei einem begrenzten Bauraum auf, wenn die Führungskurve eine hervorstehende Rippe hat und dass die Tastkörper an einander gegenüberstehenden Seiten der Rippe anliegen.
Seitliche Belastungen und Kippmomente im Linearaktuator lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders gering halten, wenn Berührpunkte der beiden Tastkörper an der Führungskurve fluchtend zur Achse des Stößels angeordnet sind.
Die Tastkörper könnten beispielsweise als Gleitkörper aufgebaut sein. Solche Gleitkörper erfordern jedoch eine dauerhafte Schmierung und sind meist empfindlich bei Temperaturwechseln und mechanischen Stoßbelastungen. Insbesondere für die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges vorgesehene Linearaktuatoren weisen jedoch eine dauerhafte Stabilität auf, wenn die Tastkörper jeweils ein Wälzlager aufweisen. Durch diese Gestaltung können die Wälzlager auf der Führungskurve abrollen.
Eine vorgesehene Übersetzung des Linearaktuators lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach einstellen, wenn die Führungskurve auf einer sich über einen Teilikreis erstreckende Scheibe angeordnet ist, wenn die Scheibe auf ihren Umfang einen Teilzahnkranz aufweist und wenn ein von der Antriebswelle angetriebenes Ritzel den Teilzahnkranz kämmt. Weiterhin weist der Linearaktuator hierdurch besonders geringe Abmessungen auf.
Eine hohe mechanische Anschlagfestigkeit lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach erreichen, wenn ein feststehender Anschlag in den Bewegungsbereich der Scheibe hineinragt. Dies trägt zur weiteren Erhöhung der Stabilität des Linearaktuators bei.
Der bauliche Aufwand zur Begrenzung der Bewegungen des Stößels trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn ein mit dem Stößel verbundener Ventilkörper einen zweiten Anschlag aufweist.
Der Linearaktuator gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn das Federelement bügelförmig die beiden Tastkörper miteinander verbindendes Federblech gestaltet ist. Weiterhin führt diese Gestaltung zur Verringerung der Anzahl an Bauteilen des Linearaktuators.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
1 schematisch einen Linearaktuator mit angrenzenden Bauteilen eines Stellgliedes,
2 eine vergrößerte perspektivische Darstellung des Linearaktuators aus 1.
1 zeigt ein Abgasrückführungsventil 1 eines Kraftfahrzeuges mit einem Abgaskanal 2 und einem Rückführungskanal 3. Das Abgasrückführungsventil 1 hat ein Stellglied 4 mit einem Ventilkörper 5 und einen Ventilsitz 6. Ein von einem Elektromotor 7 angetriebener Linearaktuator 8 dient zum Antrieb des Stellgliedes 4. Der Linearaktuator 8 hat einen festen Anschlag 9 und einen zweiten, weichen Anschlag 10. Der zweite Anschlag 10 ist von dem Ventilsitz 6 gebildet, an dem der Ventilkörper 5 anliegt. Der Linearaktuator 8 hat einen Stößel 11 zum Antrieb des Ventilkörpers 5.
2 zeigt perspektivisch und vergrößert den Linearaktuator 8 aus 1. Hierbei ist zu erkennen, dass der Elektromotor 7 eine Antriebswelle 12 mit einem Ritzel 13 antreibt. Der Linearaktuator 8 hat eine sich über einen Teilkreis erstreckende Scheibe 14 mit einem auf dem Umfang angeordneten Teilzahnkranz 15. Das Ritzel 13 treibt über den Teilzahnkranz 15 die Scheibe 14 an. Auf der Scheibe 14 ist eine Führungskurve 16 mit einer Rippe 17 angeordnet. Ein die Führungskurve 16 abtastendes Führungsglied 18 hat zwei einander gegenüberstehende Tastkörper 19, 20. Die Tastkörper 19, 20 weisen jeweils ein als Kugellager ausgebildetes Wälzlager 21, 22 auf und sind über ein Federelement 23 miteinander verbunden. Das Federelement 23 ist bügelförmig gestaltet und aus Federstahl gefertigt. Weiterhin ist das Federelement 23 mit dem Stößel 11 verbunden.
Durch Drehung der Scheibe mittelst Antrieb des Elektomotors rollen die Wälzlager der Tastkörper auf der Rippe der Führungskurve ab. Dabei wird das Führungsglied entsprechend der Form der Führungskurve auf den Drehpunkt der Scheibe zu oder von diesem weg bewegt. Diese Bewegung wird über den Stößel auf den Ventilkörper übertragen, welcher schließlich das Abgasrückführungsventil öffnet oder schließt. Wie in den 1 und 2 zu erkennen ist, fluchten die Achse des Stößels 11 mit Berührpunkten der beiden Tastkörper 19, 20 an der Rippe 17. Zudem fluchtet die Achse des Stößels 11 mit der Drehachse der Scheibe 14.

Claims

Linearaktuator (8) zum Antrieb eines Stellgliedes (4) insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einer drehbaren Antriebswelle (12) und einem axial verschieblichen Stößel (11) zur Verstellung des Stellgliedes (4), mit einer von der Antriebswelle (12) angetriebenen Führungskurve (16) und mit einem die Führungskurve (16) abtastenden Führungsglied (18), dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsglied (18) zwei Tastkörper (19, 20) hat und dass die Tastkörper (19, 20) gegen einander gegenüberliegende Seiten der Führungskurve (16) vorgespannt sind.
Linearaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsglied (18) ein Federelement (23) zur Vorspannung der Tastkörper (19, 20) aufeinander zu oder voneinander weg hat.
Linearaktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungskurve (16) eine hervorstehende Rippe (17) hat und dass die Tastkörper (19, 20) an einander gegenüberstehenden Seiten der Rippe (17) anliegen.
Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Berührpunkte der beiden Tastkörper (19, 20) an der Führungskurve (16) fluchtend zur Achse des Stößels (11) angeordnet sind.
Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastkörper (19, 20) jeweils ein Wälzlager (21, 22) aufweisen.
Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungskurve (16) auf einer sich über einen Teilkreis erstreckende Scheibe (14) angeordnet ist, dass die Scheibe (14) auf ihren Umfang einen Teilzahnkranz (15) aufweist und dass ein von der Antriebswelle (12) angetriebenes Ritzel (13) den Teilzahnkranz (15) kämmt.
Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein feststehender Anschlag (9) in den Bewegungsbereich der Scheibe (14) hineinragt.
Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Stößel (11) verbundener Ventilkörper (5) einen zweiten Anschlag (10) aufweist.
Linearaktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (23) bügelförmig die beiden Tastkörper (19, 20) miteinander verbindendes Federblech gestaltet ist.