DE102015017286B3 - Actuator, in particular for coupling to the adjustment shaft of an internal combustion engine for setting the expansion stroke and/or the compression ratio - Google Patents
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Abstract
Aktuator (1), der einen Antriebsmotor (2), ein dem Antriebsmotor (2) triebtechnisch nachgeschaltetes Getriebe (5) und ein Abtriebselement (6) aufweist, gekennzeichnet durch eine Befestigungsschraube (21) zum Befestigen des Abtriebselements (6) an eine mittels des Aktuators (1) anzutreibende Antriebswelle (20) eines anzutreibenden Systems ohne den Aktuator (1) zu zerlegen oder Teile des Aktuators (1) zu demontieren, wobei die Befestigungsschraube (21) derart ausgebildet und derart angeordnet ist, dass sie nicht entnommen werden kann, wenn der Aktuator (1) nicht an ein anzutreibendes System angekoppelt ist, ohne hierfür Teile des Aktuators (1) zu demontieren oder zu zerstören.Actuator (1), which has a drive motor (2), a gear (5) downstream of the drive motor (2) and a driven element (6), characterized by a fastening screw (21) for fastening the driven element (6) to a Drive shaft (20) to be driven by the actuator (1) of a system to be driven without dismantling the actuator (1) or dismantling parts of the actuator (1), the fastening screw (21) being designed and arranged in such a way that it cannot be removed, when the actuator (1) is not coupled to a system to be driven, without dismantling or destroying parts of the actuator (1) for this purpose.
Description
Die Erfindung betrifft einen Aktuator, der einen Antriebsmotor, ein dem Antriebsmotor triebtechnisch nachgeschaltetes Getriebe und ein Abtriebselement aufweist.The invention relates to an actuator which has a drive motor, a gear mechanism downstream of the drive motor and an output element.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Aktuatorsystem mit einem solchen Aktuator und mit einem Sensor zum Messen einer Drehstellung und/oder die Anzahl von Umdrehungen.The invention also relates to an actuator system with such an actuator and with a sensor for measuring a rotational position and/or the number of revolutions.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Antriebssystem mit einem solchen Aktuator, der an einen Verbrennungsmotor des Antriebssystems zum Verändern des Expansionshubes und/oder des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors angekoppelt ist.The invention also relates to a drive system with such an actuator, which is coupled to an internal combustion engine of the drive system for changing the expansion stroke and/or the compression ratio of the internal combustion engine.
Aus
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Die bekannten Vorrichtungen sind nachteiliger Weise sehr aufwendig aufgebaut. insbesondere ist es aufwendig, die Aktuatoren an einen Verbrennungsmotor anzukoppeln.The disadvantage of the known devices is their construction is very complex. in particular, it is expensive to couple the actuators to an internal combustion engine.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aktuator anzugeben, der einfacher zuverlässiger montiert werden kann.It is therefore the object of the present invention to specify an actuator that can be installed more easily and reliably.
Die Aufgabe wird durch einen Aktuator gelöst, der gekennzeichnet ist durch eine Befestigungsschraube zum Befestigen des Abtriebselements an eine mittels des Aktuators anzutreibende Antriebswelle eines anzutreibenden Systems ohne den Aktuator zu zerlegen oder Teile des Aktuators zu demontieren, wobei die Befestigungsschraube derart ausgebildet und derart in dem Aktuator angeordnet ist, dass sie nicht entnommen werden kann, wenn der Aktuator nicht an ein anzutreibendes System angekoppelt ist, ohne hierfür Teile des Aktuators zu demontieren oder zu zerstören.The object is achieved by an actuator, which is characterized by a fastening screw for fastening the driven element to a drive shaft of a system to be driven, which is to be driven by means of the actuator, without disassembling the actuator or dismantling parts of the actuator, the fastening screw being designed in this way and in this way in the actuator is arranged so that it cannot be removed when the actuator is not coupled to a system to be driven without dismantling or destroying parts of the actuator.
Auf diese Weise ist vermieden, dass die Befestigungsschraube, beispielsweise beim Transport vom Hersteller des Aktuators zu einem Verwender, der den Aktuator an einen Verbrennungsmotor angekoppelt, versehentlich verloren geht. Das verliersichere Anordnen der Befestigungsschraube kann beispielsweise durch einen Kragen erreicht sein, der die axiale Beweglichkeit der Befestigungsschraube begrenzt. Beispielsweise kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Kragen bei einer Verschiebung der durch eine Hohlwelle verlaufenden Befestigungsschraube in Richtung auf den Antriebsmotor an einer Verengung der Hohlwelle - und bei einer Verschiebung in entgegengesetzter Richtung an dem Abtriebselement anschlägt. Bei dem Kragen kann es sich insbesondere um einen Kragen handeln, der dazu ausgebildet und angeordnet ist, das Abtriebselement an die anzutreibende Antriebswelle, insbesondere die Stirnseite der anzutreibenden Antriebswelle, zu pressen, was weiter unten noch ausführlich erläutert ist.In this way, it is avoided that the fastening screw accidentally gets lost, for example during transport from the manufacturer of the actuator to a user who couples the actuator to an internal combustion engine. The captive arrangement of the fastening screw can be achieved, for example, by a collar that limits the axial mobility of the fastening screw. For example, it can advantageously be provided that the collar strikes a constriction of the hollow shaft when the fastening screw running through a hollow shaft is displaced in the direction of the drive motor, and strikes the output element when it is displaced in the opposite direction. The collar can in particular be a collar which is designed and arranged to press the driven element onto the drive shaft to be driven, in particular the end face of the drive shaft to be driven, which is explained in detail further below.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung ist - nach einem eigenständigen Erfindungsgedanken - vorgesehen, dass der gesamte Aktuator als fertig montierte und funktionsfähige Baueinheit an ein mittels des Aktuators anzutreibendes System, das eine Antriebswelle aufweist, ankoppelbar ist, wobei eine drehstarre Verbindung des Abtriebselements mit der Antriebswelle herstellbar ist, ohne hierfür Teile des Aktuators demontieren zu müssen.In a particularly advantageous embodiment, it is provided - according to an independent inventive concept - that the entire actuator can be coupled as a fully assembled and functional unit to a system to be driven by the actuator, which has a drive shaft, with a torsionally rigid connection of the output element to the drive shaft can be produced without having to dismantle parts of the actuator for this purpose.
Dies hat den ganz besonderen Vorteil, dass der Aktuator als eigenständige, vom Hersteller fertig zusammengebaute und hinsichtlich einer ordnungsgemäßen Funktionsfähigkeit getestete Baueinheit vom Verwender mit einem anzutreibenden System gekoppelt werden kann.This has the very particular advantage that the actuator can be coupled to a system to be driven by the user as an independent unit that has been fully assembled by the manufacturer and tested for proper functionality.
Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft nicht notwendig, den Aktuator für das Ankoppeln an ein anzutreibendes System zu zerlegen, was zum einen den Montagevorgang an sich vereinfacht und darüber hinaus gewährleistet, dass der Aktuator in dem Zustand zum Einsatz kommt, in dem er hinsichtlich seiner Funktionsfähigkeit, insbesondere unmittelbar nach seiner Herstellung, getestet wurde.According to the invention, it is advantageously not necessary to disassemble the actuator for coupling to a system to be driven, which on the one hand simplifies the assembly process itself and also ensures that the actuator is used in the state in which it is functional, in particular tested immediately after its manufacture.
Wie weiter unten noch im Detail beschrieben ist, kann das mittels des Aktuators anzutreibende System beispielsweise ein Verbrennungsmotor, insbesondere ein Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug, sein, wobei der erfindungsgemäße Aktuator dazu dienen kann, den Expansionshub und/oder das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors einzustellen. Vorteilhaft kann der erfindungsgemäße Aktuator bei einer besonderen Ausführung als eigenständige und vollständig funktionsfähige Baueinheit an den Verbrennungsmotor angekoppelt und mit einer Verstellwelle des Verbrennungsmotors wirkverbunden werden, ohne dass der Monteur, der das Antriebssystem und/oder ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebssystem zusammenbaut, den Aktuator zuvor zerlegen und/oder in Einzelteilen an den Verbrennungsmotor montieren muss.As described in detail below, the system to be driven by the actuator can be, for example, an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine for a motor vehicle, in which case the actuator according to the invention can be used to set the expansion stroke and/or the compression ratio of the internal combustion engine. Advantageously, in a special embodiment, the actuator according to the invention can be coupled to the internal combustion engine as an independent and fully functional structural unit and operatively connected to an adjustment shaft of the internal combustion engine without the fitter who is assembling the drive system and/or a motor vehicle with such a drive system having to remove the actuator beforehand has to be disassembled and/or assembled in individual parts on the internal combustion engine.
Die Befestigungsschraube kann insbesondere ein metrisches Gewinde, beispielsweise ein M10-Gewinde, aufweisen. Das Abtriebselement kann, was weiter unten noch im Detail beschrieben ist, insbesondere ein Abtrieb des Getriebes sein, der insbesondere biegeweich und gleichzeitig torsionssteif ausgebildet ist.The fastening screw can in particular have a metric thread, for example an M10 thread. The output element can, as will be described in detail further below, in particular be an output of the transmission, which is designed in particular to be flexible and at the same time torsionally rigid.
Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Befestigungsschraube sowohl durch das Getriebe, als auch durch den Antriebsmotor verläuft. Alternativ oder zusätzlich können der Kopf der Befestigungsschraube und das Abtriebselement auf gegenüberliegenden Seiten des Aktuators angeordnet sein. Diese Ausführungen haben den besonderen Vorteil, dass das Abtriebselement auch dann zuverlässig an einer Antriebswelle eines anzutreibenden Systems befestigt werden kann, wenn ihr andere Elemente des Getriebes und/oder des Antriebsmotors vorgelagert sind, die ein direktes Erreichen des Abtriebselement verhindern.In particular, it can advantageously be provided that the fastening screw runs both through the transmission and through the drive motor. Alternatively or additionally, the head of the fastening screw and the driven element can be arranged on opposite sides of the actuator. These designs have the particular advantage that the output element can also be reliably fastened to a drive shaft of a system to be driven if other elements of the transmission and/or the drive motor are positioned in front of it and prevent the output element from being reached directly.
Bei einer besonderen Ausführung weist der Aktuator einen Befestigungskanal auf, durch den hindurch die Befestigungsschraube zum Befestigen des Abtriebselements an eine mittels des Aktuators anzutreibende Antriebswelle führbar ist und/oder durch den hindurch ein Werkzeug zum Rotieren der Befestigungsschraube führbar ist. Bei einer solchen Ausführung kann beispielsweise auch eine Befestigungsschraube verwendet werden, die sich im montierten Zustand nicht durch den gesamten Aktuator erstreckt. Vielmehr ist es durchaus auch möglich, eine kürzere Befestigungsschraube, insbesondere eine Normschraube, zu verwenden. Eine solche Befestigungsschraube kann beispielsweise mit einem ausreichend langen Werkzeug bedient werden, dessen freies Ende beim Ankoppeln des Abtriebselements an die Antriebswelle des anzutreibenden Systems durch den Befestigungskanal bis zur Befestigungsschraube geführt wird.In a special embodiment, the actuator has a fastening channel through which the fastening screw for fastening the driven element to a drive shaft to be driven by the actuator can be guided and/or through which a tool for rotating the fastening screw can be guided. In such an embodiment, a fastening screw can also be used, for example, which does not extend through the entire actuator in the assembled state. Rather, it is also entirely possible to use a shorter fastening screw, in particular a standard screw. Such a fastening screw can be operated, for example, with a sufficiently long tool, the free end of which is guided through the fastening channel to the fastening screw when coupling the driven element to the drive shaft of the system to be driven.
Bei einer besonderen Ausführung ist der Befestigungskanal durch eine, insbesondere kreiszylinderförmige, Hülse begrenzt. Die Hülse kann zusätzlich auch die Funktion haben, den Befestigungskanal gegenüber unterschiedlichen Räumen des Aktuators, insbesondere gegenüber einem von Öl durchspülten Raum, abzugrenzen, was weiter unten noch im Detail erläutert ist. Insbesondere kann die Hülse eine oder mehrere Dichtflächen bereitstellen, die mit Dichtungen in Kontakt stehen, was ebenfalls weiter unten noch im Detail erläutert ist.In a special embodiment, the fastening channel is delimited by a sleeve, in particular a circular-cylindrical sleeve. In addition, the sleeve can also have the function of delimiting the fastening channel from different spaces of the actuator, in particular from a space flushed through with oil, which is explained in detail further below. In particular, the sleeve can provide one or more sealing surfaces that are in contact with seals, which is also explained in more detail below.
Die Hülse kann beispielsweise relativ zu einem Aktuatorgehäuse ortsfest angeordnet sein und insbesondere unmittelbar mit einem Aktuatorgehäuse verbunden sein. Alternativ ist es beispielsweise auch möglich, dass die Hülse relativ zum Abtriebselement ortsfest angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Hülse koaxial zum Getriebe und/oder koaxial zum Antriebsmotor angeordnet ist.The sleeve can, for example, be arranged in a stationary manner relative to an actuator housing and, in particular, can be connected directly to an actuator housing. Alternatively, it is also possible, for example, for the sleeve to be stationary relative to the driven element. Alternatively or additionally, it can also be provided that the sleeve is arranged coaxially to the gear and/or coaxially to the drive motor.
Bei einer besonderen Ausführung verläuft die Hülse sowohl durch das Getriebe, als auch durch den Antriebsmotor. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, das dass die Eingangsöffnung des Befestigungskanals und das Abtriebselement auf gegenüberliegenden Seiten des Aktuators angeordnet sind.In a special embodiment, the sleeve runs both through the gearbox and through the drive motor. In particular, it can advantageously be provided that the inlet opening of the fastening channel and the driven element are arranged on opposite sides of the actuator.
Bei einer besonderen Ausführung ist die Befestigungsschraube koaxial und/oder auf der Mittelachse des Aktuators angeordnet. Eine solche Ausführung ermöglicht es vorteilhaft, die Komponenten des Aktuators, insbesondere den Antriebsmotor und das Getriebe, koaxial zueinander anzuordnen, was insgesamt eine kompakte Bauform ermöglicht.In a particular embodiment, the fastening screw is arranged coaxially and/or on the central axis of the actuator. Such an embodiment advantageously makes it possible to arrange the components of the actuator, in particular the drive motor and the transmission, coaxially with one another, which makes a compact design possible overall.
Bei einer besonderen Ausführung ist die Befestigungsschraube dazu ausgebildet und angeordnet, im montierten Zustand des Aktuators an ein anzutreibendes System drehfest mit dem Abtriebselement verbunden zu sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Befestigungsschraube vorteilhaft dazu ausgebildet und angeordnet ist, insbesondere stirnseitig, in eine anzutreibende Antriebswelle eingeschraubt zu werden.In a special embodiment, the fastening screw is designed and arranged to be connected to the driven element in a rotationally fixed manner when the actuator is installed on a system to be driven. Alternatively or additionally, the fastening screw can advantageously be designed and arranged to be screwed into a drive shaft to be driven, in particular on the front side.
Beispielsweise kann die Befestigungsschraube einen vom Kopf axial beabstandeten Kragen aufweisen, der dazu ausgebildet und angeordnet ist, das Abtriebselement an die anzutreibende Antriebswelle, insbesondere die Stirnseite der anzutreibenden Antriebswelle, zu pressen.For example, the fastening screw can have a collar spaced axially from the head, which is designed and arranged to press the output element against the drive shaft to be driven, in particular the end face of the drive shaft to be driven.
Der Kragen kann einstückig zusammen mit der Befestigungsschraube oder wenigstens mit dem Schaft der Befestigungsschraube hergestellt sein. Es ist jedoch auch möglich, dass der Kragen als eigenständig hergestelltes Bauteil, beispielsweise als Clip oder Scheibe, insbesondere unlösbar an der Befestigungsschraube angebracht wird.The collar can be made in one piece with the fastening screw or at least with the shank of the fastening screw. However, it is also possible for the collar to be attached to the fastening screw as an independently manufactured component, for example as a clip or disk, in particular in a non-detachable manner.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung ragt die Befestigungsschraube im unmontierten Zustand des Aktuators aus einem Aktuatorgehäuse des Aktuators heraus, während sie im montierten Zustand, also wenn der Aktuator an ein anzutreibendes System angeschlossen ist, bündig mit dem Aktuatorgehäuse abschließt. Auf diese Weise kann der Monteur visuell überprüfen, ob die Anbindung des Aktuators korrekt erfolgt ist.In a particularly advantageous embodiment, the fastening screw protrudes from an actuator housing of the actuator in the unmounted state of the actuator, while in the mounted state, ie when the actuator is connected to a system to be driven, it terminates flush with the actuator housing. In this way, the fitter can visually check whether the actuator has been correctly connected.
Unabhängig von der Ankopplung des Abtriebselements an die Antriebswelle des anzutreibenden Systems kann beispielsweise das Aktuatorgehäuse ein Befestigungselement oder mehrere Befestigungselemente zur Befestigung an dem anzutreibenden System, beispielsweise an einem Gehäuse des anzutreibenden Systems oder einem Motorblock, aufweisen. Das Befestigungselement kann beispielsweise eine Befestigungsöse, durch die eine Schraube geführt werden kann und/oder einen Flansch aufweisen.Regardless of the coupling of the output element to the drive shaft of the system to be driven, the actuator housing can, for example, have one fastening element or several fastening elements for fastening to the system to be driven, for example to a housing of the system to be driven or an engine block. The fastening element can have, for example, a fastening eyelet through which a screw can be passed and/or a flange.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung ist die Befestigungsschraube zur Ankopplung eines Sensors ausgebildet, der die Drehstellung und/oder die Anzahl von Umdrehungen der Befestigungsschraube relativ zu einem Aktuatorgehäuse oder relativ zu einem aktuatorgehäusefesten Bauteil des Aktuators misst. Die mit dem Abtriebselement mitdrehende Befestigungsschraube kann auf diese Weise die zusätzliche Funktion erfüllen, die Drehbewegung des Abtriebselements und damit die Drehbewegung der Antriebswelle des angetriebenen Systems an einen Sensor zu übertragen. Der Sensor kann insbesondere an den Kopf der Befestigungsschraube angekoppelt werden. Eine solche Ausführung ermöglicht es insbesondere, den Sensor außerhalb eines Aktuatorgehäuses des Aktuators, insbesondere an der Außenseite des Aktuatorgehäuses, anzuordnen. Ein derart angeordneter Sensor ist besonders einfach für Montage- und/oder Reparaturarbeiten zugänglich. Insbesondere ist es auch möglich, den Sensor anzubringen, nachdem der Aktuator an ein anzutreibendes System angekoppelt wurde.In a particularly advantageous embodiment, the fastening screw is designed for coupling a sensor that measures the rotational position and/or the number of revolutions of the fastening screw relative to an actuator housing or relative to a component of the actuator that is fixed to the actuator housing. In this way, the fastening screw rotating with the driven element can fulfill the additional function of transmitting the rotational movement of the driven element and thus the rotational movement of the drive shaft of the driven system to a sensor. In particular, the sensor can be coupled to the head of the fastening screw. Such an embodiment makes it possible in particular to arrange the sensor outside of an actuator housing of the actuator, in particular on the outside of the actuator housing. A sensor arranged in this way is particularly easy to access for assembly and/or repair work. In particular, it is also possible to attach the sensor after the actuator has been coupled to a system to be driven.
Alternativ zu einer Befestigungsschraube kann auch vorgesehen sein, dass das Abtriebselement mittels einer Steckverbindung drehfest mit der Antriebswelle des anzutreibenden Systems, beispielsweise einer Verstellwelle eines Verbrennungsmotors, verbunden wird. Beispielsweise kann das Abtriebselement zwei außermittig angeordnete Bolzen aufweisen, die in zwei stirnseitige Passungen der anzutreibenden Welle eingreifen. Allerdings ist eine solche Lösung insoweit kritisch, als das Abtriebselement und die anzutreibende Antriebswelle ein axiales Spiel zueinander aufweisen können.As an alternative to a fastening screw, it can also be provided that the output element is connected in a torque-proof manner to the drive shaft of the system to be driven, for example an adjusting shaft of an internal combustion engine, by means of a plug connection. For example, the driven element can have two eccentrically arranged bolts, which engage in two end-side fits of the shaft to be driven. However, such a solution is critical insofar as the output element and the drive shaft to be driven can have axial play with respect to one another.
Wie bereits erwähnt, kann der Aktuator insbesondere an eine Verstellwelle eines Verbrennungsmotors angekoppelt sein, deren Drehstellung den Expansionshub und/oder das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors bestimmt. Zur Steuerung des Verbrennungsmotors ist es notwendig, dass die jeweils aktuelle Einstellung des Expansionshubs und/oder des Verdichtungsverhältnisses fortlaufend gemessen und überwacht wird. Hierzu beinhaltet der Verbrennungsmotor üblicher Weise einen eigenen Sensor, der die Drehstellung der Verstellwelle fortlaufend misst. Durch die oben beschriebene Ankopplung eines Sensors an den Aktuator, der die Drehstellung und/oder die Anzahl von Umdrehungen der der Befestigungsschraube relativ zu einem Aktuatorgehäuse oder relativ zu einem aktuatorgehäusefesten Bauteil des Aktuators misst, kann - nach einem eigenständigen Erfindungsgedanken - vorteilhaft auf einen eigenen Sensor, der im Verbrennungsmotor angeordnet ist, verzichtet werden. Vielmehr können die Drehstellung und/oder die Anzahl von Umdrehungen der Verstellwelle zuverlässig mittels des an die Befestigungsschraube angekoppelten Sensors gemessen und überwacht werden. Insoweit kann vorteilhaft bei einem Antriebssystem, das einen Verbrennungsmotor, einen erfindungsgemäßen Aktuator sowie einen an die Befestigungsschraube angekoppelten Sensor aufweist, vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor keinen Sensor zum Messen der Drehstellung der Verstellwelle aufweist und/oder dass eine Steuerungsvorrichtung die jeweils aktuelle Einstellung des Expansionshubes und/oder des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors ausschließlich mittels des an die Befestigungsschraube angekoppelten Sensors ermittelt.As already mentioned, the actuator can be coupled in particular to an adjustment shaft of an internal combustion engine, the rotational position of which determines the expansion stroke and/or the compression ratio of the internal combustion engine. In order to control the internal combustion engine, it is necessary for the current setting of the expansion stroke and/or the compression ratio to be continuously measured and monitored. For this purpose, the internal combustion engine usually includes its own sensor that determines the rotational position of the Ver control shaft continuously measures. The above-described coupling of a sensor to the actuator, which measures the rotational position and/or the number of revolutions of the fastening screw relative to an actuator housing or relative to a component of the actuator fixed to the actuator housing, can - according to an independent inventive idea - advantageously be attached to a separate sensor , which is arranged in the internal combustion engine, are dispensed with. Rather, the rotational position and/or the number of revolutions of the adjusting shaft can be measured and monitored reliably by means of the sensor coupled to the fastening screw. In this respect, in a drive system that has an internal combustion engine, an actuator according to the invention, and a sensor coupled to the fastening screw, it can be advantageously provided that the internal combustion engine does not have a sensor for measuring the rotational position of the adjustment shaft and/or that a control device records the current setting of the expansion stroke and/or the compression ratio of the internal combustion engine is determined exclusively by means of the sensor coupled to the fastening screw.
Es wäre zwar auch möglich, die Drehstellung des Abtriebselements und damit der Verstellwelle des Verbrennungsmotors indirekt dadurch zu messen, dass man die Umdrehungen des Antriebsmotors mittels eines Drehzahlsensors erfasst und über das Untersetzungsverhältnis des Getriebes auf die Winkelstellung des Abtriebselements zurückschließt. Dies wäre jedoch in der Praxis nicht ausreichend zuverlässig, weil auch dann ein Wert zurückgeliefert wird, wenn der Antriebsmotor zwar funktioniert, jedoch, beispielsweise aufgrund eines Defektes, kein Drehmoment an das Abtriebselement und/oder die Verstellwelle des Verbrennungsmotors übertragen wird. Dieses Problem besteht jedoch nicht, wenn direkt die Drehstellung und/oder die Anzahl der Umdrehungen der Befestigungsschraube gemessen werden.It would also be possible to measure the rotational position of the output element and thus the adjustment shaft of the internal combustion engine indirectly by detecting the revolutions of the drive motor using a speed sensor and deducing the angular position of the output element via the reduction ratio of the transmission. In practice, however, this would not be sufficiently reliable because a value is also returned if the drive motor is functioning but, for example due to a defect, no torque is being transmitted to the output element and/or the adjusting shaft of the internal combustion engine. However, this problem does not exist if the rotational position and/or the number of turns of the fastening screw are measured directly.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung weist der Aktuator zwei relativ zueinander abgedichtete Räume auf, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass in einem der Räume das Getriebe und in dem anderen der Räume der Antriebsmotor oder wenigstens Teile des Antriebsmotors oder ein Drehzahlsensor, der die Drehstellung und/oder die Anzahl der Umdrehungen der Abtriebswelle des Antriebsmotors misst, angeordnet sind. Der Drehzahlsensor kann insbesondere zusätzlich zu dem oben erwähnten Sensor, der die Drehstellung und/oder die Anzahl der Umdrehungen der Befestigungsschraube misst, vorhanden sein.In a particularly advantageous embodiment, the actuator has two spaces that are sealed relative to one another, it being possible in particular to provide for the transmission to be located in one of the spaces and the drive motor or at least parts of the drive motor or a speed sensor to be located in the other of the spaces / or measures the number of revolutions of the output shaft of the drive motor are arranged. The speed sensor can be present in particular in addition to the above-mentioned sensor, which measures the rotational position and/or the number of revolutions of the fastening screw.
Der Aktuator kann zwei relativ zueinander abgedichtete Räume aufweisen, von denen einer dazu ausgebildet und angeordnet ist, an ein Ölschmierungssystem, insbesondere ein Ölschmierungssystem des anzutreibenden Systems, angeschlossen zu werden. In diesem Raum können insbesondere das Getriebe oder wenigstens Teile des Getriebes angeordnet sein, was den Vorteil hat, dass eine ausreichende Schmierung des Getriebes sichergestellt ist.The actuator can have two spaces that are sealed relative to one another, one of which is designed and arranged to be connected to an oil lubrication system, in particular an oil lubrication system of the system to be driven. In particular, the gear or at least parts of the gear can be arranged in this space, which has the advantage that sufficient lubrication of the gear is ensured.
Beispielsweise wenn das anzutreibende System als Verbrennungsmotor ausgebildet ist, besteht das Problem, dass das unter Druck stehende Motorenöl oder die von ihm transportierten Schmutz- und Abriebpartikel, das bei einem PKW-Motor bis zu 5 bar aufweisen kann, auch in Bereiche des Aktuators gelangen könnte, wo es Schaden anrichten kann. Hierzu gehören insbesondere die Aktuatorelektronik und der Bereich des Drehzahlsensors, der die Anzahl der Umdrehungen der Abtriebswelle des Antriebsmotors und/oder die Winkelstellung der Abtriebswelle des Antriebsmotors erfasst. Aus diesem Grund kann vorteilhaft vorgesehen sein, diese Bereiche mittels Dichtungen zu schützen, wobei wenigstens eine Dichtung, insbesondere auch im Bereich der Befestigungsschraube, angeordnet sein kann, was nachfolgend erläutert ist.For example, if the system to be driven is designed as an internal combustion engine, there is the problem that the pressurized engine oil or the dirt and abrasion particles transported by it, which can have up to 5 bar in a car engine, could also get into areas of the actuator where it can do harm. These include, in particular, the actuator electronics and the area of the speed sensor, which detects the number of revolutions of the output shaft of the drive motor and/or the angular position of the output shaft of the drive motor. For this reason, it can advantageously be provided that these areas are protected by means of seals, in which case at least one seal can be arranged, in particular also in the area of the fastening screw, which is explained below.
Bei einer besonderen Ausführung weist der Aktuator zwei relativ zueinander abgedichtete Räume auf, wobei einer der Räume mit einem Gas, insbesondere mit Luft, gefüllt ist. In diesem Raum können sich insbesondere elektronische Bauteile, wie beispielsweise ein Drehzahlsensor, der die Drehstellung und/oder die Anzahl der Umdrehungen der Abtriebswelle des Antriebsmotors misst, befinden. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass sich in diesem Raum der Antriebsmotor oder wenigstens Teile des Antriebsmotors befinden. Der andere der zwei Räume kann, wie oben beschrieben, vorteilhaft das Getriebe oder Teile des Getriebes beinhalten und/oder an ein Ölschmierungssystem angeschlossen sein.In a special embodiment, the actuator has two spaces that are sealed relative to one another, one of the spaces being filled with a gas, in particular with air. Electronic components in particular, such as a speed sensor, which measures the rotational position and/or the number of revolutions of the output shaft of the drive motor, can be located in this space. In particular, it can also be provided that the drive motor or at least parts of the drive motor are located in this space. As described above, the other of the two spaces can advantageously contain the gearbox or parts of the gearbox and/or be connected to an oil lubrication system.
Beispielsweise wenn der Aktuator in der Weise aufgebaut ist, dass sich in einem der Räume der Antriebsmotor und in dem anderen, mit Öl beaufschlagten Raum das triebtechnisch nachgeschaltetes Getriebe befindet, ist es notwendig, die Räume im Bereich der Abtriebswelle des Antriebsmotors und/oder im Bereich der Antriebswelle des Getriebes relativ zueinander abzudichten. Hierbei ist dem Umstand Rechnung zu tragen, dass die Dichtung zwischen Bauteilen angeordnet sein muss, die sich im Betrieb relativ zueinander mit hoher Geschwindigkeit bewegen. Insoweit sind die Räume bei einer besonderen Ausführung mittels wenigstens einer Dichtung relativ zueinander abgedichtet, die als nichtschleifende Dichtung und/oder als dynamische Dichtung und/oder als rotatorische Dichtung und/oder als Spaltdichtung und/oder als Dichtung, die zum Abdichten einen Zentrifugaleffekt nutzt, und/oder als Labyrinthdichtung ausgebildet ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Dichtung trotz der Relativbewegung eine ausreichend hohe Lebensdauer aufweist.For example, if the actuator is constructed in such a way that the drive motor is located in one of the spaces and the downstream transmission is located in the other space that is exposed to oil, it is necessary to close the spaces in the area of the output shaft of the drive motor and/or in the area seal the drive shaft of the transmission relative to each other. In this case, the fact that the seal must be arranged between components that move relative to one another at high speed during operation must be taken into account. In that regard, the spaces are sealed relative to each other in a particular embodiment by means of at least one seal, which is a non-abrasive seal and/or a dynamic seal and/or a rotary seal and/or a gap seal and/or a seal that uses a centrifugal effect for sealing, and/or is designed as a labyrinth seal. This ensures that the seal has a sufficiently long service life despite the relative movement.
Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Dichtung einerseits an der Befestigungsschraube anliegt und/oder mit der Befestigungsschraube zusammenwirkt und andererseits an der Innenseite einer Hohlwelle anliegt und/oder mit einer Hohlwelle zusammenwirkt. Die Hohlwelle kann insbesondere die Antriebswelle des Getriebes und/oder die Abtriebswelle des Antriebsmotors sein. Es ist alternativ auch möglich, dass die Hohlwelle drehfest mit einer Antriebswelle des Getriebes oder einer Abtriebswelle des Antriebsmotors verbunden ist. Die Dichtung kann insbesondere an der Innenseite einer Hohlwelle anliegen und/oder mit einer Hohlwelle zusammenwirken, die drehfest mit einem Wellengenerator des als Spanungswellengetriebe ausgebildeten Getriebes verbunden ist.In particular, it can advantageously be provided that the seal on the one hand bears against the fastening screw and/or interacts with the fastening screw and on the other hand bears on the inside of a hollow shaft and/or interacts with a hollow shaft. The hollow shaft can in particular be the drive shaft of the transmission and/or the output shaft of the drive motor. Alternatively, it is also possible for the hollow shaft to be connected in a torque-proof manner to an input shaft of the transmission or an output shaft of the drive motor. The seal can in particular bear against the inside of a hollow shaft and/or interact with a hollow shaft which is connected in a torque-proof manner to a wave generator of the transmission designed as a voltage wave transmission.
Um eine ringförmige Dichtung montieren zu können, kann die Befestigungsschraube im Dichtungsbereich eine Durchmesserverdickung aufweisen, wobei der Durchmesser dort größer oder gleich dem Durchmesser des Kopfs der Befestigungsschraube ist. Auf diese Weise kann die Befestigungsschraube mit samt der Dichtung beim Zusammensetzen von Antriebsmotor und Getriebe montiert werden, nämlich insbesondere der Kopf der Befestigungsschraube durch die Dichtung gesteckt werden. In order to be able to mount an annular seal, the fastening screw can have a thickened diameter in the sealing area, the diameter there being greater than or equal to the diameter of the head of the fastening screw. In this way, the fastening screw can be installed together with the seal when the drive motor and transmission are assembled, namely, in particular, the head of the fastening screw can be inserted through the seal.
Alternativ könnte eine mehrteilige Dichtung, beispielsweise eine aus zwei Halbsegmenten zusammensetzbare Dichtung, verwendet werden.Alternatively, a multi-part seal, for example a seal that can be assembled from two half-segments, could be used.
Die Verwendung einer Hohlwelle hat den besonderen Vorteil, dass durch das Innere der Hohlwelle die Befestigungsschraube, insbesondere der Schaft der Befestigungsschraube, verlaufen kann.The use of a hollow shaft has the particular advantage that the fastening screw, in particular the shank of the fastening screw, can run through the interior of the hollow shaft.
Wie bereits erwähnt, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Aktuator einen Befestigungskanal bereitstellt, der, insbesondere radial, von einer Hülse begrenzt ist. Auch bei einer solchen Ausführung ist es möglich, dass der Aktuator, wie oben beschrieben, zwei relativ zueinander abgedichtete Räume aufweist. Zur Abdichtung der Räume gegeneinander kann wenigstens eine Dichtung vorgesehen sein, in die an der Hülse, insbesondere an der Außenseite oder der Stirnseite der Hülse, anliegt und/oder mit der Hülse zusammenwirkt. Wenn eine Dichtung einerseits zwischen der Abtriebswelle des Antriebsmotors und/oder der Antriebswelle des Getriebes und der Hülse andererseits angeordnet ist, ist dem Umstand Rechnung zu tragen, dass die Dichtung zwischen Bauteilen angeordnet ist, die sich im Betrieb relativ zueinander mit hoher Geschwindigkeit bewegen. Insoweit ist es von Vorteil eine Dichtung zu verwenden, die als nichtschleifende Dichtung und/oder als dynamische Dichtung und/oder als rotatorische Dichtung und/oder als Spaltdichtung und/oder als Dichtung, die zum Abdichten einen Zentrifugaleffekt nutzt, und/oder als Labyrinthdichtung ausgebildet ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Dichtung trotz der Relativbewegung eine ausreichend hohe Lebensdauer aufweist.As already mentioned, it can advantageously be provided that the actuator provides a fastening channel which is delimited, in particular radially, by a sleeve. It is also possible in such an embodiment for the actuator, as described above, to have two spaces that are sealed relative to one another. At least one seal can be provided to seal off the spaces from one another, which seal bears against the sleeve, in particular on the outside or the end face of the sleeve, and/or interacts with the sleeve. If a seal is arranged on the one hand between the output shaft of the drive motor and/or the input shaft of the gearbox and the sleeve on the other hand, account must be taken of the fact that the seal is arranged between components which move relative to one another at high speed during operation. In this respect, it is advantageous to use a seal that is designed as a non-abrasive seal and/or as a dynamic seal and/or as a rotary seal and/or as a gap seal and/or as a seal that uses a centrifugal effect for sealing and/or as a labyrinth seal is. This ensures that the seal has a sufficiently long service life despite the relative movement.
Unabhängig von der oben beschrieben Dichtung, die unterschiedliche Räume des Aktuators gegeneinander abdichtet, kann vorteilhaft eine Gehäusedichtung vorhanden sein, die das Aktuatorgehäuse, insbesondere den mit Gas gefüllten Raum des Aktuators, gegenüber dem den Aktuator umgebenen Raum abdichtet. Auf diese Weise ist vorteilhaft beispielsweise verhindert, dass Schmutz in den mit Gas gefüllten Raum des Aktuators eindringt. Insbesondere kann die Gehäusedichtung einerseits an einem Aktuatorgehäuse des Aktuators anliegen und/oder mit einem Aktuatorgehäuse des Aktuators zusammenwirken und andererseits an der Befestigungsschraube, insbesondere an dem Kopf der Befestigungsschraube, anliegen und/oder mit der Befestigungsschraube, insbesondere mit dem Kopf der Befestigungsschraube, zusammenwirken.Regardless of the seal described above, which seals different spaces of the actuator from one another, a housing seal can advantageously be present, which seals the actuator housing, in particular the gas-filled space of the actuator, from the space surrounding the actuator. This advantageously prevents, for example, dirt from penetrating into the gas-filled space of the actuator. In particular, the housing seal can on the one hand bear against an actuator housing of the actuator and/or interact with an actuator housing of the actuator and on the other hand bear against the fastening screw, in particular the head of the fastening screw, and/or interact with the fastening screw, in particular with the head of the fastening screw.
Beispielsweise kann eine Gehäusedichtung im Bereich des Kopfs der Befestigungsschraube vorgesehen sein, die zwischen dem Kopf und dem Aktuatorgehäuse abdichtet. Hierbei wird vorteilhaft ausgenutzt, dass der Kopf der Befestigungsschraube nur kleine und langsame Drehwinkel relativ zum Aktuatorgehäuse ausführt. Daher kann hier insbesondere auch eine schleifende Dichtung verwendet werden.For example, a housing seal can be provided in the area of the head of the fastening screw, which seals between the head and the actuator housing. Advantage is taken of the fact that the head of the fastening screw executes only small and slow angles of rotation relative to the actuator housing. Therefore, in particular, a rubbing seal can also be used here.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung stellt die Befestigungsschraube, insbesondere im Bereich des Schaftes und/oder im Bereich des Kopfes, wenigstens eine Dichtungsfläche für die Dichtung und/oder die Gehäusedichtung bereit. Vorzugsweise weist die Befestigungsschraube im Bereich der Dichtungsfläche kein Gewinde auf. Insoweit erfüllt die Befestigungsschraube - nach einem unabhängigen Erfindungsgedanken - nicht nur die Funktion, eine Ankopplung des Abtriebselements an die Verstellwelle des Verbrennungsmotors zu ermöglichen, sondern auch die Funktion, Teil eines Dichtungssystems oder mehrerer Dichtungssysteme zu sein.In a particularly advantageous embodiment, the fastening screw provides at least one sealing surface for the seal and/or the housing seal, in particular in the area of the shaft and/or in the area of the head. The fastening screw preferably has no thread in the area of the sealing surface. In this respect, the fastening screw - according to an independent inventive idea - not only fulfills the function of enabling the output element to be coupled to the adjustment shaft of the internal combustion engine, but also the function of being part of a sealing system or several sealing systems.
Das Getriebe kann vorteilhaft als Spannungswellengetriebe ausgebildet sein. Insbesondere kann das Getriebe vorteilhaft als Spannungswellengetriebe in Form eines Ringgetriebes ausgebildet sein. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Abtriebselement ein innenverzahntes Hohlrad aufweist.The transmission can advantageously be designed as a tension shaft transmission. In particular, the transmission can advantageously be designed as a tension shaft transmission in the form of a ring transmission. In particular, it can advantageously be provided that the output element has an internally toothed ring gear.
Es ist jedoch beispielsweise auch möglich, dass das Getriebe von einer anderen Getriebeart ist. Beispielsweise kann das Getriebe auch als Planetengetriebe ausgebildet sein.However, it is also possible, for example, for the transmission to be of a different type of transmission. For example, the gear can also be designed as a planetary gear.
Es wurde jedoch erkannt, dass sich die bei Ankopplung eines Aktuators an ein Ankoppelende einer anzutreibenden Welle, das in radialer und/oder axialer Richtung Schwingungsbewegungen, wie beispielsweise Taumelbewegungen, ausführt, auftretenden Kräfte und Drehmomente besonders nachteilig auswirken, je größer das Spiel des Getriebes ist. Es wurde daher weiter erkannt, dass die grundsätzliche Verwendung eines Spannungswellengetriebes, das naturgemäß spielfrei ist, für derartige Anwendungen, zu denen auch die Ankopplung an eine Verstellwelle eines Verbrennungsmotors zum Einstellen des Expansionshubes und/oder des Verdichtungsverhältnisses gehört, besonders vorteilhaft ist.However, it has been recognized that the forces and torques occurring when an actuator is coupled to a coupling end of a shaft to be driven, which executes oscillating movements, such as wobbling movements, in the radial and/or axial direction, have a particularly disadvantageous effect the greater the play in the transmission . It was therefore further recognized that the basic use of a stress shaft transmission, which is naturally free of backlash, is particularly advantageous for such applications, which also include the coupling to an adjustment shaft of an internal combustion engine for setting the expansion stroke and/or the compression ratio.
Ein Spannungswellengetriebe ist zumeist in der Weise aufgebaut, dass es ein starres, kreisförmiges und innenverzahntes Hohlrad, das als Circularspline bezeichnet wird, und ein radialflexibles außenverzahntes Zahnrad, das im Inneren des starren innenverzahnten Hohlrades angeordnet ist und als Flexspline bezeichnet wird, aufweist. In dem außenverzahnten Zahnrad ist ein zumeist elliptischer Wellengenerator mittels eines Wälzlagers drehbar angeordnet, der das radialflexible außenverzahnte Zahnrad zu einer elliptischen Form verformt, um die Verzahnungen des innenverzahnten Zahnrades und des radialflexiblen außenverzahnten Zahnrades an jedem Ende der Ellipsen-Hauptachse miteinander in Eingriff zu bringen.A stress wave transmission is usually constructed in such a way that it has a rigid, circular and internally toothed ring gear, which is referred to as a circular spline, and a radially flexible externally toothed gear, which is arranged inside the rigid internally toothed ring gear and is referred to as a flexspline. In the externally toothed gear, a mostly elliptical wave generator is rotatably arranged by means of a rolling bearing, which deforms the radially flexible externally toothed gear into an elliptical shape to mesh the teeth of the internally toothed gear and the radially flexible externally toothed gear at each end of the ellipse major axis.
Insbesondere kann als Getriebe vorteilhaft ein Spannungswellengetriebe mit einem Wellengenerator, einem außenverzahnten Flexspline und einem innenverzahnten, mit dem Flexspline in Zahneingriff stehenden Hohlrad verwendet werden. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Spannungswellengetriebe zum Übertragen eines Drehmomentes auf eine anzutreibende Welle, deren Ankoppelende fremdangetrieben eine axiale und/oder radiale Bewegung ausführt, ein das Hohlrad aufweisendes Abtriebselement beinhaltet, das torsionssteif und gleichzeitig biegeweich ausgebildet ist und die übrigen Teile des Aktuators von der fremdangetrieben axialen und/oder radialen Bewegung zumindest teilweise, insbesondere vollständig, entkoppelt. Insbesondere kann das Abtreibeelement vorteilhaft eine torsionssteif und gleichzeitig biegeweiche Abtriebsglocke aufweisen.In particular, a stress wave gear with a wave generator, an externally toothed flexspline and an internally toothed ring gear meshing with the flexspline can advantageously be used as the gear. In particular, it can advantageously be provided that the stress shaft transmission for transmitting torque to a shaft to be driven, the coupling end of which executes an externally driven axial and/or radial movement, contains an output element having the ring gear, which is torsionally rigid and at the same time flexible, and the other parts of the actuator at least partially, in particular completely, decoupled from the externally driven axial and/or radial movement. In particular, the driven element can advantageously have a torsionally rigid and at the same time flexible driven bell.
Zusätzlich zur Spielfreiheit, die im Wesentlichen das Spannungswellengetriebe selbst vor einer Beschädigung schützt, werden durch die vorzugsweise biegeweiche und torsionssteife, topfförmige Abtriebsglocke des Abtriebselements insbesondere die übrigen Teile des Aktuators nachhaltig vor einer Beschädigung durch radiale und/oder axiale Schwingungsbewegungen, insbesondere Taumelbewegungen, des Ankoppelendes der Welle, an die der Aktuator angekoppelt ist, geschützt.In addition to the freedom from backlash, which essentially protects the stress shaft transmission itself from damage, the preferably flexible and torsionally rigid, pot-shaped output bell of the output element protects the other parts of the actuator in particular from damage caused by radial and/or axial vibrational movements, in particular wobbling movements, of the coupling end of the shaft to which the actuator is coupled.
Das Abtriebselement kann vorteilhaft eine Abtriebswelle aufweisen. insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Abtriebswelle mittels der Befestigungsschraube an der anzutreibenden Welle des mittels des Aktuators anzutreibenden Systems befestigt wird. Hierzu kann die Abtriebswelle eine, insbesondere koaxiale und/oder mittige Durchgangsbohrung aufweisen, durch die die Befestigungsschraube verläuft, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Abtriebswelle zwischen einem Kragen der Befestigungsschraube und der anzutreibenden Welle eingeklemmt wird.The output element can advantageously have an output shaft. In particular, it can advantageously be provided that the output shaft is fastened by means of the fastening screw to the shaft to be driven of the system to be driven by means of the actuator. For this purpose, the output shaft can have a particularly coaxial and/or central through hole through which the fastening screw runs, it being possible in particular for the output shaft to be clamped between a collar of the fastening screw and the shaft to be driven.
Vorzugsweise ist das Hohlrad mittels einer Hohlradlageranordnung relativ zu einem Gehäuse und/oder der Symmetrieachse des Spannungswellengetriebes drehbar, jedoch ortsfest gelagert.Preferably, the ring gear is rotatable by means of a ring gear bearing arrangement relative to a housing and/or the axis of symmetry of the tension shaft transmission, but is mounted in a stationary manner.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Abtriebsglocke“ ein Bauteil verstanden, das dazu geeignet und angeordnet ist, ein Drehmoment von dem Hohlrad auf eine Abtriebswelle zu übertragen, wobei die Abtriebsglocke nicht notwendigerweise die Form einer klassischen Glocke, wie beispielsweise einer Kirchenglocke, aufzuweisen braucht. Beispielsweise kann die auch topfförmig und/oder asymmetrisch ausgebildet sein. Die Abtriebsglocke muss nicht notwendigerweise rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Abtriebsglocke auch mehrere, zumindest teilweise radial angeordnete Speichen aufweisen. Insbesondere muss die Abtriebsglocke nicht notwendiger Weise eine geschlossene Wandung aufweisen. Jedoch ist eine rotationssymmetrische Ausführung der Abtriebsglocke, insbesondere in Form eines Topfes oder in einer klassische Glockenform, besonders vorteilhaft, da bei einer derartige Ausführung eine Unwucht vermieden ist und die aufzunehmenden radialen und/oder axialen Kräfte unabhängig von der Drehstellung stets dieselbe Verformung hervorrufen.For the purposes of the present invention, the term "output bell" means a component that is suitable and arranged to transmit torque from the ring gear to an output shaft, with the output bell not necessarily having the shape of a classic bell, such as a church bell. needs to show. For example, it can also be pot-shaped and/or asymmetrical. The output bell does not necessarily have to be rotationally symmetrical. For example, the output bell can also have a plurality of spokes which are arranged at least partially radially. In particular, the output bell does not necessarily have to have a closed wall. However, a rotationally symmetrical design of the output bell, in particular in the form of a pot or in a classic bell shape, is particularly advantageous since an imbalance is avoided with such a design and the radial and/or axial forces to be absorbed always cause the same deformation regardless of the rotational position.
Durch das biegeweiche und torsionssteife Abtriebselement, das beispielsweise eine vorzugsweise biegeweiche und torsionssteife, topfförmige Abtriebsglocke beinhaltet kann, in Kombination mit der ortsfesten Lagerung des Hohlrades, werden der Flexspline, sowie der Wellengenerator und/oder ein Dynamicspline und/oder eine Hohlradlagerung wirkungsvoll von den radialen und/oder axialen Bewegungen, insbesondere Taumelbewegungen, die die Antriebswelle des angekoppelten Systems, insbesondere eine Verstellwelle zum Einstellen des Expansionshubes und/oder das Verdichtungsverhältnisses, ausführt, zumindest weitgehend, entkoppelt, ohne dass die spielfreie Übertragbarkeit eines Drehmomentes von dem Spannungswellengetriebe auf die Antriebswelle nachteilig beeinflusst wird. Die Hohlradlagerung, die insbesondere als Gleitlager ausgeführt sein kann, muss daher allenfalls einen kleinen Restanteil der radialen und/oder axialen Bewegungen, insbesondere Taumelbewegungen, aufnehmen.The flexspline and the shaft generator and/or a Dynamicspline and/or a ring gear bearing are effectively separated from the radial and/or axial movements, in particular wobbling movements, which the drive shaft of the coupled system, in particular an adjusting shaft for adjusting the expansion stroke and/or the compression compression Ratio, performs, at least largely, decoupled without the backlash-free transferability of torque from the tension shaft gear to the drive shaft is adversely affected. The ring gear bearing, which can in particular be designed as a slide bearing, must therefore at most absorb a small remaining portion of the radial and/or axial movements, in particular wobbling movements.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung sind ein Abtriebsbauteil des Antriebsmotors und ein Antriebsbauteil des Getriebes als separat hergestellte Bauteile ausgebildet, die drehfest miteinander verbunden sind. insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Abtriebsbauteil des Antriebsmotors und das Antriebsbauteil des Getriebes mittels wenigstens eines Klemmbauteils drehfest miteinander verbunden sind. Das Klemmbauteil kann beispielsweise als gewelltes und/oder elastisches und/oder zylinderförmig gebogenes Band insbesondere Blechband, und/oder als geschlitzter Ring und/oder als gewelltes Zylinderfederrohr ausgebildet sein. Eine solche Ausführung hat den ganz besonderen Vorteil, dass der Antriebsmotor und das Getriebe getrennt voneinander, insbesondere in unterschiedlichen Fertigungslinien, hergestellt werden können, was den Herstellungsprozess des Aktuators insgesamt effizienter macht. Beispielsweise kann ein Antriebsbauteil des Getriebes, insbesondere der Wellengenerator, eine Ausnehmung aufweisen, in die das Abtriebsbauteil des Antriebsmotors, nämlich eine Abtriebswelle sowie das Klemmbauteil eingesteckt und so reibschlüssig miteinander verbunden werden. Eine besonders gute Klemmwirkung, bei der ein Durchrutschen sicher verhindert ist und die dennoch einfach montierbar ist, weist eine Ausführung auf, bei der zur drehstarren Ankopplung der Abtriebswelle des Antriebes mehrere Klemmbauteile mechanisch parallel geschaltet sind.In a particularly advantageous embodiment, an output component of the drive motor and a drive component of the transmission are designed as separately manufactured components that are connected to one another in a torque-proof manner. In particular, it can advantageously be provided that the driven component of the drive motor and the drive component of the transmission are connected to one another in a torque-proof manner by means of at least one clamping component. The clamping component can be designed, for example, as a corrugated and/or elastic and/or cylindrically bent strip, in particular sheet metal strip, and/or as a slotted ring and/or as a corrugated cylindrical spring tube. Such an embodiment has the very special advantage that the drive motor and the transmission can be manufactured separately from one another, in particular on different production lines, which makes the manufacturing process of the actuator more efficient overall. For example, a drive component of the transmission, in particular the shaft generator, can have a recess into which the output component of the drive motor, namely an output shaft and the clamping component, are inserted and thus connected to one another by friction. A particularly good clamping effect, in which slipping is reliably prevented and which is nevertheless easy to assemble, has an embodiment in which several clamping components are mechanically connected in parallel for the torsionally rigid coupling of the output shaft of the drive.
Wie bereits erwähnt, ist ein Antriebssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug und/oder einen Personenkraftwagen, von besonderem Vorteil, das einen Verbrennungsmotor und einen an den Verbrennungsmotor angekoppelten, erfindungsgemäßen Aktuator zum Verändern des Expansionshubes und/oder des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors aufweist. Hierbei kann insbesondere vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor eine Verstellwelle aufweist, wobei durch Verändern der Drehstellung der Verstellwelle der Expansionshub und/oder das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors veränderbar ist und wobei das Abtriebselement drehfest mit der Verstellwelle verbunden ist und/oder koaxial zur Verstellwelle angeordnet ist. Wie ebenfalls bereits erwähnt kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor keinen Sensor zum Messen der Drehstellung der Verstellwelle aufweist, und/oder dass eine Steuerungsvorrichtung die jeweils aktuelle Einstellung des Expansionshubes und/oder des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors ausschließlich mittels eines unmittelbar an den Aktuator angekoppelten Sensors ermittelt. Darüber hinaus kann der Aktuator vorteilhaft, zumindest teilweise, an das Ölversorgungssystem des Verbrennungsmotors angeschlossen sein.As already mentioned, a drive system, in particular for a motor vehicle and/or a passenger car, is of particular advantage which has an internal combustion engine and an actuator according to the invention coupled to the internal combustion engine for changing the expansion stroke and/or the compression ratio of the internal combustion engine. It can be particularly advantageous here for the internal combustion engine to have an adjustment shaft, in which case the expansion stroke and/or the compression ratio of the internal combustion engine can be changed by changing the rotational position of the adjustment shaft, and the output element is connected to the adjustment shaft in a rotationally fixed manner and/or is arranged coaxially with the adjustment shaft . As also already mentioned, it can advantageously be provided that the internal combustion engine does not have a sensor for measuring the rotational position of the adjusting shaft, and/or that a control device determines the current setting of the expansion stroke and/or the compression ratio of the internal combustion engine exclusively by means of a sensor coupled directly to the actuator determined. In addition, the actuator can advantageously be connected, at least partially, to the oil supply system of the internal combustion engine.
Von ganz besonderem Vorteil ist ein Kraftfahrzeug, das einen erfindungsgemäßen Aktuator und/oder ein erfindungsgemäßes Antriebssystem beinhaltet.A motor vehicle that contains an actuator according to the invention and/or a drive system according to the invention is of particular advantage.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielhaft und schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleich wirkende Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators, -
2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuatorsystems mit einem Aktuator mit einem Sensor, -
3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebssystems, -
4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators, -
5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators, und -
6 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators.
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1 a first embodiment of an actuator according to the invention, -
2 an embodiment of an actuator system according to the invention with an actuator with a sensor, -
3 an embodiment of a drive system according to the invention, -
4 a second embodiment of an actuator according to the invention, -
5 a third embodiment of an actuator according to the invention, and -
6 a fourth embodiment of an actuator according to the invention.
Das Spannungswellengetriebe weist einen außenverzahnten, ringförmigen Flexspline 9 auf. Der Wellengenerator 8 ist mittels zweier Wälzlager 10, 11 drehbar in dem ringförmigen Flexspline 9 gelagert und verformt diesen in eine ovale Form derart, dass der Flexspline 9 mit seiner Außenverzahnung sowohl in die Innenverzahnung eines ersten Hohlrades, nämlich eines Dynamicsplines 12, als auch in die Innenverzahnung eines zweiten Hohlrades, nämlich eines Circularsplines 13, eingreift. Der Dynamicspline 12 ist drehfest in einem Aktuatorgehäuse 14 befestigt.The tension shaft transmission has an externally toothed, ring-shaped
Das Spannungswellengetriebe weist ein Abtriebselement 6 auf, das den Circularspline 13 und eine mit diesem drehfest verbundene topfförmige Abtriebsglocke 16, sowie eine Abtriebswelle 17 aufweist. Die Abtriebsglocke 16 ist einstückig gemeinsam mit dem Circularspline 13 und der Abtriebswelle 17 hergestellt. Die Abtriebsglocke 16 ist biegeweich und gleichzeitig torsionssteif ausgebildet.The tension shaft transmission has an
Der gesamte Aktuator 1 ist als fertig montierte und funktionsfähige Baueinheit an ein mittels des Aktuators 1 anzutreibendes System 19, das eine Antriebswelle 20 aufweist, ankoppelbar, wobei eine drehstarre Verbindung des Abtriebselements 6 mit der Antriebswelle 20 herstellbar ist, ohne hierfür Teile des Aktuators demontieren zu müssen. Die Antriebswelle 20 kann beispielsweise eine Verstellwelle zum Verstellen des Expansionshubes und/oder des Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors sein.The
Der Aktuator weist eine Befestigungsschraube 21 zum Befestigen des Abtriebselements 6 an die mittels des Aktuators 1 anzutreibende Antriebswelle 20 auf. Die Befestigungsschraube 21 weist ein Gewinde 15 auf und ist stirnseitig in eine Gewindebohrung 29 der Antriebswelle 20 eingeschraubt, wodurch die Abtriebswelle 17 des Abtriebselements 6 zwischen einem Kragen 28 und der Stirnseite der Antriebswelle 20 eingeklemmt ist.The actuator has a
Die Befestigungsschraube 21 ist mittig und koaxial sowohl zu dem Getriebe 5, als auch zu dem Antriebsmotor 2 angeordnet und verläuft sowohl durch das Getriebe 5, als auch durch den Antriebsmotor 2. Der Kopf 22 der Befestigungsschraube 21 und das Abtriebselement 6 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Aktuators angeordnet.The
Der Aktuator 1 weist zwei relativ zueinander abgedichtete Räume auf, wobei in einem der Räume das Getriebe 5 und in dem anderen der Räume der Antriebsmotor 2 sowie ein Drehzahlsensor 23, der die Drehstellung und/oder die Anzahl der Umdrehungen der Hohlwelle 7 des Antriebsmotors 2 misst, angeordnet sind. Der Raum des Aktuators 1, in dem das Getriebe 5 angeordnet ist, ist dazu ausgebildet und angeordnet, an ein Ölschmierungssystem, insbesondere ein Ölschmierungssystem des anzutreibenden Systems 19, angeschlossen zu werden. Der Raum, in dem das Getriebe 5 angeordnet ist, ist mittels einer ersten Dichtung 24 und mittels einer zweiten Dichtung 25 relativ zu dem Raum, in dem der Antriebsmotor 2 sowie ein Drehzahlsensor 23 angeordnet ist, abgedichtet. Die Dichtungen sind als nichtschleifende Dichtungen ausgebildet um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass sie jeweils mit Bauteilen in Kontakt stehen, die sich relativ zueinander mit großer Geschwindigkeit bewegen. Die erste Dichtung 24 befindet sich räumlich zwischen dem Wellengenerator 8 und einer Trennwand 26.The
Die zweite Dichtung 25 liegt einerseits an der Befestigungsschraube 21 und andererseits an der Innenseite der Hohlwelle 7 an. Im Bereich der zweiten Dichtung 25 weist die Befestigungsschraube 21 eine Durchmesserverdickung 27 auf, so dass die zweite Dichtung 25 einen so großen Innendurchmesser aufweisen kann, dass der Kopf 22 der Befestigungsschraube 21 beim Zusammenbau des Aktuators 1 durch die zweite Dichtung 25 hindurch gesteckt werden kann.The
Unabhängig von den oben beschrieben Dichtungen 24, 25, die die unterschiedliche Räume des Aktuators gegeneinander abdichten, ist eine Gehäusedichtung 30 vorhanden, die das Aktuatorgehäuse 14 gegenüber dem den Aktuator 1 umgebenen Raum abdichtet. Die Gehäusedichtung 30 liegt einerseits an einem Aktuatorgehäuse 14 und andererseits an dem Kopf 22 der Befestigungsschraube 21 an. Hierbei wird vorteilhaft ausgenutzt, dass der Kopf 22 der Befestigungsschraube 21 nur kleine und langsame Drehwinkel relativ zum Aktuatorgehäuse 14 ausführt. Daher kann als Gehäusedichtung 30 insbesondere auch eine schleifende Dichtung verwendet werden.Regardless of the
Die Befestigungsschraube 21 ist derart ausgebildet und in dem Aktuator 1 angeordnet, dass sie nicht aus dem Aktuator 1 entnommen werden kann, ohne hierfür Teile des Aktuators 1 zu demontieren oder zu zerstören. Dies insbesondere auch dann, wenn der Aktuator 1 noch nicht an ein anzutreibendes System 19 angekoppelt ist. Das verliersichere Anordnen der Befestigungsschraube 21 ist insbesondere durch den Kragen 28 erreicht sein, der die axiale Beweglichkeit der Befestigungsschraube 21 begrenzt. Wenn der Aktuator 1 noch nicht an ein anzutreibendes System 19 angekoppelt ist, schlägt der Kragen 28 bei einer Verschiebung Befestigungsschraube 21 in Richtung auf den Antriebsmotor 2 an einer Verengung 31 der Hohlwelle 7 an, während er bei einer Verschiebung in entgegengesetzter Richtung an dem Abtriebselement 6 anschlägt.The
An die Befestigungsschraube 21 ist ein Sensor 32 angeordnet, der die Drehstellung und/oder die Anzahl von Umdrehungen der der Befestigungsschraube 21 und damit einer angekoppelten Verstellwelle 37 relativ zu dem Aktuatorgehäuse 14 misst und den Messwert an eine elektronische Steuerungsvorrichtung 38 übermittelt. Die Steuerungsvorrichtung 38 steuert unter Berücksichtigung des übermittelten Messwertes weitere Einstellungen des Verbrennungsmotors, wie beispielsweise den Zündzeitpunkt und/oder die Nockenwelleneinstellung. Die mit der Verstellwelle 37 mitdrehende Befestigungsschraube 21 erfüllt die zusätzliche Funktion, die Drehbewegung des Abtriebselements und damit die Drehbewegung der Verstellwelle an den Sensor 32 zu übertragen.A
Durch die oben beschriebene Ankopplung des Sensors 32 an den Aktuator 1, der die Drehstellung und/oder die Anzahl von Umdrehungen der der Befestigungsschraube 21 relativ zu dem Aktuatorgehäuse 14 misst, kann vorteilhaft auf einen eigenen Sensor, der im Verbrennungsmotor 36 angeordnet ist, verzichtet werden. Insoweit kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor 36 keinen eigenen Sensor zum Messen der Drehstellung der Verstellwelle 37 aufweist und dass die Steuerungsvorrichtung 38 die jeweils aktuelle Einstellung des Expansionshubes und/oder des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors 36 ausschließlich mittels des an die Befestigungsschraube 21 angekoppelten Sensors ermittelt.Due to the above-described coupling of
Die Befestigungsschraube 21 kann mit einem ausreichend langen Werkzeug bedient werden, dessen freies Ende beim Ankoppeln des Abtriebselements 6 an die Antriebswelle 20 des anzutreibenden Systems 19 durch den Befestigungskanal 39 bis zum Kopf 22 der Befestigungsschraube 21 geführt wird.The
Der Befestigungskanal 39 ist durch eine kreiszylinderförmige Hülse 41 begrenzt. Die Hülse hat zusätzlich auch die Funktion, den Befestigungskanal 39 gegenüber unterschiedlichen Räumen des Aktuators 1 abzugrenzen. Die Hülse 41 stellt außenseitig und stirnseitig jeweils eine Dichtfläche bereit. An der stirnseitigen Dichtfläche liegt eine erste Dichtung 42 an, die außerdem mit dem Abtriebselement 6 in Kontakt steht. An der außenseitigen Dichtfläche liegt eine zweite Dichtung 43, die außerdem mit der Hohlwelle 7 in Kontakt steht und die vorzugsweise als nichtschleifende Dichtung ausgebildet ist.The
Die Hülse 41 ist relativ zu einem Aktuatorgehäuse 14 ortsfest angeordnet und unmittelbar mit dem Aktuatorgehäuse 14 verbunden. Die Hülse 41 verläuft sowohl durch das Getriebe 5, als auch durch den Antriebsmotor 2, wobei die Eingangsöffnung 44 des Befestigungskanals 39 und das Abtriebselement 6 auf gegenüberliegenden Seiten des Aktuators 1 angeordnet sind. Die Eingangsöffnung 44 des Befestigungskanals 39 ist mit einem abnehmbaren Deckel 45 verschlossen, der Verhindert, dass die Befestigungsschraube 21 vor dem Ankoppeln des Aktuators 1 an ein anzutreibendes System 19 verloren geht und der im montierten Zustand des Aktuators 1 das Eindringen von Schmutz verhindert.The
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Aktuatoractuator
- 22
- Antriebsmotordrive motor
- 33
- Rotorrotor
- 44
- Statorstator
- 55
- Getriebetransmission
- 66
- Abtriebselementoutput element
- 77
- Hohlwellehollow shaft
- 88th
- Wellengeneratorwave generator
- 99
- Flexsplineflexspline
- 1010
- Wälzlagerroller bearing
- 1111
- Wälzlagerroller bearing
- 1212
- Dynamicsplinedynamic spline
- 1313
- Circularsplinecircular spline
- 1414
- Aktuatorgehäuseactuator housing
- 1515
- Gewindethread
- 1616
- Abtriebsglockeoutput bell
- 1717
- Abtriebswelleoutput shaft
- 1818
- Wälzlagerroller bearing
- 1919
- anzutreibendes Systemsystem to be driven
- 2020
- Antriebswelledrive shaft
- 2121
- Befestigungsschraubemounting screw
- 2222
- KopfHead
- 2323
- Drehzahlsensorspeed sensor
- 2424
- erste Dichtungfirst seal
- 2525
- zweite Dichtungsecond seal
- 2626
- Trennwandpartition wall
- 2727
- Durchmesserverdickungdiameter thickening
- 2828
- Kragencollar
- 2929
- Gewindebohrungthreaded hole
- 3030
- Gehäusedichtunghousing seal
- 3131
- Verengungconstriction
- 3232
- Sensorsensor
- 3333
-
Gehäuse des Sensors 32
Sensor housing 32 - 3434
- Geberelementencoder element
- 3535
- Detektorelementdetector element
- 3636
- Verbrennungsmotorcombustion engine
- 3737
- Verstellwelleadjusting shaft
- 3838
- Steuerungsvorrichtungcontrol device
- 3939
- Befestigungskanalmounting channel
- 4040
- Unterlegscheibewasher
- 4141
- Hülsesleeve
- 4242
- erste Dichtungfirst seal
- 4343
- zweite Dichtungsecond seal
- 4444
- Eingangsöffnungentrance opening
- 4545
- DeckelLid
- 4646
- Klemmbauteilclamping component
- 4747
- erstes gedichtetes Lagerfirst sealed bearing
- 4848
- zweites gedichtetes Lagersecond sealed bearing
Claims (23)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015017286.7A DE102015017286B3 (en) | 2015-08-03 | 2015-08-03 | Actuator, in particular for coupling to the adjustment shaft of an internal combustion engine for setting the expansion stroke and/or the compression ratio |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015017286.7A DE102015017286B3 (en) | 2015-08-03 | 2015-08-03 | Actuator, in particular for coupling to the adjustment shaft of an internal combustion engine for setting the expansion stroke and/or the compression ratio |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102015017286B3 true DE102015017286B3 (en) | 2023-05-04 |
Family
ID=85987010
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102015017286.7A Active DE102015017286B3 (en) | 2015-08-03 | 2015-08-03 | Actuator, in particular for coupling to the adjustment shaft of an internal combustion engine for setting the expansion stroke and/or the compression ratio |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Citations (6)
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-
2015
- 2015-08-03 DE DE102015017286.7A patent/DE102015017286B3/en active Active
Patent Citations (6)
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Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Ekbert Hering, Karl-Heinz Molder: Grundwissen des Ingenieurs. 14. Auflage. München : Carl Hanser, 2007. - ISBN 978-3-446-22814-6 |
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R020 | Patent grant now final |