DE102015112688B4

DE102015112688B4 - Aktuator, insbesondere zum Ankoppeln an die Verstellwelle eines Verbrennungsmotors zum Einstellen des Expansionshubes und/oder des Verdichtungsverhältnisses

Info

Publication number: DE102015112688B4
Application number: DE102015112688.5A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Ovalo GmbH
Current assignee: Ovalo GmbH
Priority date: 2015-08-03
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2018-11-08
Anticipated expiration: 2035-08-04
Also published as: DE102015112688A1; DE102015112688A9

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, 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, und wobei das Getriebe (5) koaxial zum Antriebsmotor (2) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator, der einen Antriebsmotor, ein dem Antriebsmotor triebtechnisch nachgeschaltetes Getriebe und ein Abtriebselement aufweist.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Aktuatorsystem mit einem solchen Aktuator und mit einem Sensor zum Messen einer Drehstellung und/oder die Anzahl von Umdrehungen.
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.
Aus DE 10 2011 116 952 A1 ist ein Mehrgelenkskurbeltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen einer Kurbelwelle gelagerten Koppelgliedern und einer Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen einer Exzenterwelle gelagerten Anlenkpleueln, wobei jedes der Koppelglieder schwenkbar mit einem Kolbenpleuel eines Kolbens der Brennkraftmaschine und einem der Anlenkpleuel verbunden und die Drehwinkelstellung der Exzenterwelle mittels einer Stellvorrichtung innerhalb eines bestimmten Drehwinkelbereichs einstellbar ist, bekannt. Dabei ist vorgesehen, dass die Exzenterwelle mittels einer Sperrvorrichtung in wenigstens einer Drehwinkelsperrstellung festsetzbar ist. Konkret wird vorgeschlagen, dass die Stellvorrichtung ein Getriebe mit einem auf der Exzenterwelle drehfest angeordneten Antriebsrad aufweist. Insbesondere ist das Getriebe ein Schneckengetriebe, wobei das Abtriebsrad als Schneckenrad ausgebildet ist.
Aus EP 2 022 959 A2 ist eine Vorrichtung zum variablen Einstellen der Kompression bekannt, die einen Mehrgelenkskurbeltrieb aufweist und bei der eine Stellvorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Exzenterwelle eine Hebelanordnung umfasst. Über die Hebelanordnung kann die Exzenterwelle gedreht und damit eine gewünschte Drehwinkelstellung eingestellt werden.
DE 10 2011 120 162 A1 offenbart eine Verbrennungskraftmaschine mit einer variablen Verdichtung. Die Verbrennungskraftmaschine weist ein Zylinderkurbelgehäuse mit einer Mehrzahl an auf einer Kurbelwelle gelagerten und einen Hubkolben tragenden Pleuel auf. Die Kurbelwellenlagerung sind exzentrisch gelagert und miteinander drehfest verbunden. An einem der axial äußeren Kurbelwellenlager ist zumindest ein Zahnradsegment befestigt, wobei das Zahnrad zur Einleitung eines Drehmoments auf das Zahnradsegment zur Verstellung der exzentrischen Kurbelwellenlagerung einwirkt. Hierbei greift das Zahnrad senkrecht zu einer Drehachse einer Kurbelwelle und rechtwinklig zu einer Zylinderachse des Zylinderkurbelgehäuses in das Zahnradsegment.
DE 10 2010 062 047 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Verminderung des Spiels in einem Getriebe, insbesondere in einem Getriebe zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors mit variablem Verdichtungsverhältnis.
EP 1 450 021 A1 offenbart einen Hubkolbenmotor mit einem variablen Verdichtungsverhältnis. Die Vorrichtung offenbart auch ein Öl-Schmiersystem. In Abhängigkeit des Verdichtungsverhältnisses wird der Motor mittels des Öl-Schmiersystems mit Öl geschmiert. Die Einstellung des Verdichtungsverhältnisses und die Steuerung des Öldrucks erfolgt mittels einer elektronischen Motorkontrolleinheit.
Aus DE 10 2011 116 429 A1 ist eine Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, bekannt. Die Stelleinrichtung weist wenigstens ein Getriebe auf, über welches das Verdichtungsverhältnis einstellbar ist und welches ein Sonnenrad, ein erstes Hohlrad, ein koaxial zu dem ersten Hohlrad angeordnetes zweites Hohlrad und wenigstens ein mit dem Sonnenrad und mit den Hohlrädern über jeweilige Verzahnungen im Eingriff stehendes Planetenradelement umfasst, wobei die Hohlräder mittels wenigstens eines Federelements in axialer Richtung miteinander verspannt sind.
Die bekannten Vorrichtungen sind nachteiliger Weise sehr aufwendig aufgebaut. Insbesondere ist es aufwendig, die Aktuatoren an einen Verbrennungsmotor anzukoppeln.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aktuator anzugeben, der einfacher und zuverlässiger montiert werden kann.
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, 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, und wobei das Getriebe koaxial zum Antriebsmotor angeordnet ist.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Alternativ könnte eine mehrteilige Dichtung, beispielsweise eine aus zwei Halbsegmenten zusammensetzbare Dichtung, verwendet werden.
Die Verwendung einer Hohlwelle hat den besonderen Vorteil, dass durch das Innere der Hohlwelle die Befestigungsschraube, insbesondere der Schaft der Befestigungsschraube, verlaufen kann.
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.
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.
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.
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.
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.
Es ist jedoch beispielsweise auch möglich, dass das Getriebe von einer anderen Getriebeart ist. Beispielsweise kann das Getriebe auch als Planetengetriebe ausgebildet sein.
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.
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.
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.
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.
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.
Vorzugsweise ist das Hohlrad mittels einer Hohlradlageranordnung relativ zu einem Gehäuse und/oder der Symmetrieachse des Spannungswellengetriebes drehbar, jedoch ortsfest gelagert.
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.
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.
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.
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.
Von ganz besonderem Vorteil ist ein Kraftfahrzeug, das einen erfindungsgemäßen Aktuator und/oder ein erfindungsgemäßes Antriebssystem beinhaltet.
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:

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.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators 1 der einen Antriebsmotor 2 mit einem Rotor 3 und einem Stator 4 beinhaltet. Außerdem beinhaltet der Aktuator 1 ein dem Antriebsmotor 2 triebtechnisch nachgeschaltetes Getriebe 5, das koaxial zum Antriebsmotor 2 angeordnet ist und das ein Abtriebselement 6 aufweist. Der Rotor 3 ist drehfest mit einer Hohlwelle 7 verbunden, die als Abtriebswelle des Antriebsmotors 2 fungiert und einen Wellengenerator 8 des als Spannungswellengetriebe ausgebildeten Getriebes 5 antreibt und einstückig mit diesem verbunden ist. Die Hohlwelle 7 ist mittels zweier Wälzlager 18 drehbar gelagert.
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.
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.
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.
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.
Die Befestigungsschraube 21 ist mittig und koaxial sowohl zu dem Getriebe 5, als auch zu dem Antriebsmotor2 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.
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 Aktuators1, 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.
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.
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.
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.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuatorsystems mit einem Aktuator 1 wie er in 1 dargestellt ist und mit einem Sensor 32 der die Drehstellung und/oder die Anzahl von Umdrehungen der Befestigungsschraube 21 relativ zu dem Aktuatorgehäuse 14 misst. Der Sensor 32 ist an den Kopf 22 der Befestigungsschraube 21 angekoppelt und dessen Gehäuse 33 an dem Aktuatorgehäuse 14 befestigt. Insbesondere kann an dem Kopf 22 ein magnetisches Geberelement 34 befestigt sein, dessen Drehstellung von einem Detektorelement 35 des Sensors 32 erfasst wird. Die mit dem Abtriebselement 6 mitdrehende Befestigungsschraube 21 erfüllt auf diese Weise die zusätzliche Funktion, die Drehbewegung des Abtriebselements 6 und damit die Drehbewegung der Antriebswelle 20 des angetriebenen Systems 19 an den Sensor 32 zu übertragen.
3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebssystems, insbesondere für ein Kraftfahrzeug und/oder einen Personenkraftwagen, das einen Verbrennungsmotor 36 und einen an den Verbrennungsmotor 36 angekoppelten, erfindungsgemäßen Aktuator 1 zum Verändern des Expansionshubes und/oder des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors 36 aufweist.
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.
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.
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Aktuator 1 einen Befestigungskanal 39 auf, durch den hindurch eine Befestigungsschraube 21 zu dem Abtriebselements 6 führbar ist. Außerdem kann durch den Befestigungskanal 39 ein Werkzeug zum Rotieren der Befestigungsschraube 21 eingeführt werden. Bei dieser Ausführung erstreckt sich die Befestigungsschraube 21 im montierten Zustand nicht durch den gesamten Aktuator 1. Vielmehr ist die Befestigungsschraube 21 kürzer ausgeführt, als die Befestigungsschraube 21 des in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels. Insbesondere kann die Befestigungsschraube 21 als Normschraube ausgebildet sein. Zwischen dem Kopf 22 der Befestigungsschraube 21 und der Abtriebswelle 17 ist eine, insbesondere genormte, Unterlegscheibe 40 angeordnet.
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.
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.
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.
5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators 1. Bei dieser Ausführung sind die Hohlwelle 7, als Abtriebsbauteil des Antriebsmotors 2, und der Wellengenerator 8 als separat hergestellte Bauteile ausgebildet, die drehfest miteinander verbunden sind. Der Wellengenerator 8 weist eine mittige Ausnehmung auf, in die Hohlwelle 7 mit Hilfe eines Klemmbauteils 46 reibschlüssig und drehfest eingefügt ist. Das Klemmbauteil 46 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.
6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators 1, das dem in 1 gezeigten, ersten Ausführungsbeispiel ähnelt. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Hohlwelle 7 mit einem ersten gedichteten Lager 47 rotierbar gelagert, die die bei dem ersten Ausführungsbeispiel vorhandene erste Dichtung 24 hinsichtlich der Dichtungsfunktion ersetzt. Außerdem weist die Befestigungsschraube 21 nicht die Durchmesserverdickung 27 auf, die die Befestigungsschraube 21 des ersten Ausführungsbeispiel aufweist. Auch ist die zweite Dichtung 25 nicht vorhanden. Vielmehr ist die Befestigungsschraube 21 mittels eines zweiten gedichteten Lagers 48 rotierbar relativ zu der Hohlwelle 7 gelagert, so dass das zweite gedichtete Lager 48 die Dichtungsfunktion übernimmt, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel die zweite Dichtung 25 ausübt.
Bezugszeichenliste

1: Aktuator
2: Antriebsmotor
3: Rotor
4: Stator
5: Getriebe
6: Abtriebselement
7: Hohlwelle
8: Wellengenerator
9: Flexspline
10: Wälzlager
11: Wälzlager
12: Dynamicspline
13: Circularspline
14: Aktuatorgehäuse
15: Gewinde
16: Abtriebsglocke
17: Abtriebswelle
18: Wälzlager
19: anzutreibendes System
20: Antriebswelle
21: Befestigungsschraube
22: Kopf
23: Drehzahlsensor
24: erste Dichtung
25: zweite Dichtung
26: Trennwand
27: Durchmesserverdickung
28: Kragen
29: Gewindebohrung
30: Gehäusedichtung
31: Verengung
32: Sensor
33: Gehäuse des Sensors 32
34: Geberelement
35: Detektorelement
36: Verbrennungsmotor
37: Verstellwelle
38: Steuerungsvorrichtung
39: Befestigungskanal
40: Unterlegscheibe
41: Hülse
42: erste Dichtung
43: zweite Dichtung
44: Eingangsöffnung
45: Deckel
46: Klemmbauteil
47: erstes gedichtetes Lager
48: zweites gedichtetes Lager

Claims

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, 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, und wobei das Getriebe (5) koaxial zum Antriebsmotor (2) angeordnet ist.
Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Befestigungsschraube (21) koaxial zum Antriebsmotor (2) und/oder zum Getriebe (5) angeordnet ist, und/oder dass b. die Befestigungsschraube (21) einen Kragen (28) aufweist, der die axiale Beweglichkeit der Befestigungsschraube (21) begrenzt, und/oder dass c. die Befestigungsschraube (21) einen Kragen (28) aufweist, der die axiale Beweglichkeit der Befestigungsschraube (21) begrenzt, wobei der Kragen (28) bei einer Verschiebung der durch eine Hohlwelle (7) verlaufenden Befestigungsschraube (21) in Richtung auf den Antriebsmotor (2) an einer Verengung der Hohlwelle (7) - und bei einer Verschiebung in entgegengesetzter Richtung an dem Abtriebselement (6) anschlägt.
Aktuator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Aktuator (1) als fertig montierte und funktionsfähige Baueinheit an ein mittels des Aktuators (1) anzutreibendes System, das eine Antriebswelle (20) aufweist, ankoppelbar ist, wobei eine drehstarre Verbindung des Abtriebselements (6) mit der Antriebswelle (20) herstellbar ist, ohne hierfür Teile des Aktuators (1) demontieren zu müssen.
Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Befestigungsschraube (21) sowohl durch das Getriebe (5), als auch durch den Antriebsmotor (2) verläuft, und/oder dass b. der Kopf (22) der Befestigungsschraube (21) und das Abtriebselement (6) auf gegenüberliegenden Seiten des Aktuators (1) angeordnet sind.
Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass a. der Aktuator (1) einen Befestigungskanal (39) aufweist, durch den hindurch die Befestigungsschraube (21) führbar ist und/oder durch den hindurch ein Werkzeug zum Rotieren der Befestigungsschraube (21) führbar ist, und/oder dass b. der Aktuator (1) einen Befestigungskanal (39) aufweist, der durch eine Hülse (41) begrenzt ist, und/oder dass c. der Aktuator (1) einen Befestigungskanal (39) aufweist, der durch eine kreiszylinderförmige Hülse (41) begrenzt ist, und/oder dass d. der Aktuator (1) einen Befestigungskanal (39) aufweist, der durch eine relativ zum Aktuatorgehäuse (14) ortsfeste oder relativ zum Abtriebselement (6) ortsfeste Hülse (41) begrenzt ist, und/oder dass e. der Aktuator (1) einen Befestigungskanal (39) aufweist, der radial durch eine koaxial zum Getriebe (5) und/oder koaxial zum Antriebsmotor (2) ausgerichtete Hülse (41) begrenzt ist, und/oder dass f. der Aktuator (1) einen Befestigungskanal (39) aufweist, der sowohl durch das Getriebe (5), als auch durch den Antriebsmotor (2) verläuft, und/oder dass g. der Aktuator (1) einen Befestigungskanal (39) aufweist, wobei dessen Eingangsöffnung und das Abtriebselement (6) auf gegenüberliegenden Seiten des Aktuators (1) angeordnet sind.
Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Befestigungsschraube (21) dazu ausgebildet und angeordnet ist, im montierten Zustand des Aktuators (1) an ein anzutreibendes System drehfest mit dem Abtriebselement (6) verbunden zu sein, und/oder dass b. die Befestigungsschraube(21) dazu ausgebildet und angeordnet ist, in eine anzutreibende Antriebswelle (20) eingeschraubt zu werden, und/oder dass c. die Befestigungsschraube (21) dazu ausgebildet und angeordnet ist, stirnseitig in eine anzutreibende Antriebswelle (20) eingeschraubt zu werden, und/oder dass d. die Befestigungsschraube (21) einen von dem Kopf (22) axial beabstandeten Kragen (28) aufweist, der dazu ausgebildet und angeordnet ist, das Abtriebselement (6) an die anzutreibende Antriebswelle (20) zu pressen, und/oder dass e. die Befestigungsschraube (21) einen von dem Kopf (22) axial beabstandeten Kragen (28) aufweist, der dazu ausgebildet und angeordnet ist, das Abtriebselement (6) an die Stirnseite der anzutreibenden Antriebswelle (20) zu pressen.
Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsschraube (21) im unmontiertem Zustand des Aktuators (1) aus einem Aktuatorgehäuse (14) des Aktuators (1) herausragt und/oder im montierten Zustand des Aktuators (1) an ein anzutreibendes System bündig mit dem Aktuatorgehäuse (14) abschließt.
Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Befestigungsschraube (21) zur Ankopplung eines Sensors (32) ausgebildet ist, der die Drehstellung und/oder die Anzahl von Umdrehungen der Befestigungsschraube (21) relativ zu einem Aktuatorgehäuse (14) oder relativ zu einem aktuatorgehäusefesten Bauteil des Aktuators (1) misst, oder dass b. der Kopf (22) der Befestigungsschraube (21) zur Ankopplung eines Sensors (32) ausgebildet ist, der die Drehstellung und/oder die Anzahl von Umdrehungen der Befestigungsschraube (21) relativ zu einem Aktuatorgehäuse (14) oder relativ zu einem aktuatorgehäusefesten Bauteil des Aktuators (1) misst.
Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass a. der Aktuator (1) zwei relativ zueinander abgedichtete Räume aufweist, und/oder dass b. der Aktuator (1) zwei relativ zueinander abgedichtete Räume aufweist, wobei in einem der Räume das Getriebe (5) und in dem anderen der Räume der Antriebsmotor (2) oder wenigstens Teile des Antriebsmotors (2) oder ein Drehzahlsensor (23) angeordnet sind, und/oder dass c. der Aktuator (1) zwei relativ zueinander abgedichtete Räume aufweist, wobei einer der Räume dazu ausgebildet und angeordnet ist, an ein Ölschmierungssystem angeschlossen zu werden, und/oder dass d. der Aktuator (1) zwei relativ zueinander abgedichtete Räume aufweist, wobei einer der Räume dazu ausgebildet und angeordnet ist, an ein Ölschmierungssystem des anzutreibenden Systems angeschlossen zu werden, und/oder dass e. der Aktuator (1) zwei relativ zueinander abgedichtete Räume aufweist, wobei einer der Räume mit Öl und der andere mit einem Gas gefüllt ist, und/oder dass f. der Aktuator (1) zwei relativ zueinander abgedichtete Räume aufweist, wobei einer der Räume mit Öl und der andere mit Luft gefüllt ist.
Aktuator (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Räume mittels wenigstens einer Dichtung (42, 43) relativ zueinander abgedichtet sind, 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.
Aktuator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Dichtung (42, 43) an der Befestigungsschraube (21) anliegt und/oder mit der Befestigungsschraube (21) zusammenwirkt, und/oder dass b. die Dichtung (42, 43) an der Innenseite einer Hohlwelle (7) anliegt und/oder mit einer Hohlwelle (7) zusammenwirkt, und/oder dass c. die Dichtung (42, 43) an der Innenseite einer Hohlwelle (7) anliegt und/oder mit einer Hohlwelle (7) zusammenwirkt, die eine Antriebswelle (20) des Getriebes (5) und/oder eine Abtriebswelle (17) des Antriebsmotors (2) ist oder die drehfest mit einer Antriebswelle (20) des Getriebes (5) oder einer Abtriebswelle (17) des Antriebsmotors (2) verbunden ist, und/oder dass d. die Dichtung (42, 43) an der Innenseite einer Hohlwelle (7) anliegt und/oder mit einer Hohlwelle (7) zusammenwirkt, die drehfest mit einem Wellengenerator (8) des als Spanungswellengetriebe ausgebildeten Getriebes (5) verbunden ist, und/oder dass e. die Dichtung (42, 43) an einer Hülse (41) anliegt und/oder dass f. die Dichtung (42, 43) an einer koaxial ausgerichteten Hülse (41) anliegt und/oder dass g. die Dichtung (42, 43) mit einer Hülse (41) zusammenwirkt, die einen Befestigungskanal (39) umgibt, durch den hindurch eine Befestigungsschraube (21) zum Befestigen des Abtriebselements (6) an eine mittels des Aktuators (1) anzutreibende Antriebswelle führbar ist und durch den hindurch ein Werkzeug zum Rotieren der Befestigungsschraube (21) führbar ist.
Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass a. eine Gehäusedichtung (30) vorhanden ist, die einerseits an einem Aktuatorgehäuse (14) des Aktuators (1) anliegt und/oder einem Aktuatorgehäuse (14) des Aktuators (1) zusammen wirkt, und die andererseits an der Befestigungsschraube (21) anliegt und/oder mit der Befestigungsschraube (21) zusammen wirkt, und/oder dass b. eine Gehäusedichtung (30) vorhanden ist, die einerseits an einem Aktuatorgehäuse (14) des Aktuators (1) anliegt und/oder einem Aktuatorgehäuse (14) des Aktuators (1) zusammen wirkt, und die andererseits an dem Kopf (22) der Befestigungsschraube (21) anliegt und/oder mit dem Kopf (22) der Befestigungsschraube (21) zusammen wirkt, und/oder dass c. der Aktuator (1) zwei relativ zueinander abgedichtete Räume aufweist, wobei einer der Räume mit Öl und der andere mit einem Gas gefüllt ist, wobei eine Gehäusedichtung (30) vorhanden ist, die den mit Gas gefüllten Raum gegenüber dem den Aktuator (1) umgebenden Raum abdichtet.
Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Befestigungsschraube (21) wenigstens eine Dichtungsfläche bereitstellt, und/oder dass b. die Befestigungsschraube (21) wenigstens eine Dichtungsfläche bereitstellt, die mit einer Dichtung (42, 43) oder einer Gehäusedichtung (30) in Kontakt steht, und/oder dass c. die Befestigungsschraube (21) wenigstens eine Dichtungsfläche bereitstellt und im Bereich der Dichtungsfläche eine Durchmesserverdickung aufweist, und/oder dass d. die Befestigungsschraube (21) wenigstens eine Dichtungsfläche bereitstellt und im Bereich der Dichtungsfläche einen Durchmesser aufweist, der größer oder gleich dem Durchmesser des Kopfs (22) der Befestigungsschraube (21) ist.
Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (5) als Spannungswellengetriebe ausgebildet ist und/oder dass das Getriebe (5) als Ringgetriebe ausgebildet ist und/oder dass das Abtriebselement (6) ein innenverzahntes Hohlrad aufweist.
Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass a. ein Abtriebsbauteil des Antriebsmotors (2) und ein Antriebsbauteil des Getriebes (5) als separat hergestellte Bauteile ausgebildet sind, die drehfest miteinander verbunden sind, oder dass b. ein Abtriebsbauteil des Antriebsmotors (2) und ein Antriebsbauteil des Getriebes (5) als separat hergestellte Bauteile ausgebildet sind, die mittels wenigstens eines Klemmbauteils (46) drehfest miteinander verbunden sind, oder dass c. ein Abtriebsbauteil des Antriebsmotors (2) und ein Antriebsbauteil des Getriebes (5) als separat hergestellte Bauteile ausgebildet sind, die mittels wenigstens eines Klemmbauteils (46) drehfest miteinander verbunden sind, das als gewelltes und/oder elastisches und/oder zylinderförmig gebogenes Band und/oder als elastisches und/oder zylinderförmig gebogenes Blechband und/oder als geschlitzter Ring ausgebildet ist.
Aktuatorsystem mit einem Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und mit einem Sensor (32), der die Drehstellung und/oder die Anzahl von Umdrehungen der Befestigungsschraube (21) relativ zu einem Aktuatorgehäuse (14) oder relativ zu einem aktuatorgehäusefesten Bauteil des Aktuators (1) misst.
Antriebssystem mit a. einem Verbrennungsmotor und mit einem an den Verbrennungsmotor angekoppelten Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zum Verändern des Expansionshubes und/oder des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors, oder mit b. einem Verbrennungsmotor und mit einem an den Verbrennungsmotor angekoppelten Aktuatorsystem nach Anspruch 16 zum Verändern des Expansionshubes und/oder des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors.
Antriebssystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor eine Verstellwelle (37) aufweist, wobei durch Verändern der Drehstellung der Verstellwelle (37) der Expansionshub und/oder das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors veränderbar ist und wobei das Abtriebselement (6) drehfest mit der Verstellwelle (37) verbunden ist und/oder koaxial zur Verstellwelle (37) angeordnet ist.
Antriebssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass a. der Verbrennungsmotor keinen Sensor zum Messen der Drehstellung der Verstellwelle aufweist, und/oder dass b. eine Steuerungsvorrichtung die jeweils aktuelle Einstellung des Expansionshubes und/oder des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors ausschließlich mittels des an die Befestigungsschraube (21) angekoppelten Sensors (32) ermittelt.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) zwei relativ zueinander abgedichtete Räume aufweist, wobei einer der Räume an das Ölversorgungssystem des Verbrennungsmotors angeschlossen ist.
Kraftfahrzeug beinhaltend einen Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und/oder mit einem Aktuatorsystem nach Anspruch 16 und/oder mit einem Antriebssystem nach einem der Ansprüche 17 bis 20.
Verwendung eines Aktuators (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 oder eines Aktuatorsystems nach Anspruch 16 zum Verändern des Expansionshubes und/oder des Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors.
Verwendung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) bzw. das Aktuatorsystem mittels der Befestigungsschraube (21) an den Verbrennungsmotor angekoppelt wird.