DE102016119091B4 - Actuator for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator (10) für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Elektromotor (18), welcher eine Antriebswelle (62) antreibt, einer Elektronikeinheit (30), und einem zweistufigen Planetengetriebe (66), welches die Antriebswelle (62) mit einer Abtriebswelle (106) des Aktuators (10) verbindet. Das Planetengetriebe (66) umfasst ein Sonnenrad (70), welches an der Antriebswelle (62) ausgebildet ist, ein ortsfestes Hohlrad (98), welches mit einem Gehäuse (14) des Aktuators (10) verbunden ist, ein Abtriebswellenhohlrad (102), welches an der Abtriebswelle (106) ausgebildet ist, und Planetenräder (74, 79), welche über das Sonnenrad (70) antreibbar sind. Die Planetenräder (74) der ersten Getriebestufe (78) sind mit dem ortsfesten Hohlrad (98) im Eingriff und die Planetenräder (79) der zweiten Getriebestufe (82) sind mit dem Abtriebswellenhohlrad (102) im Eingriff sind. Das Planetengetriebe (66) umfasst ferner einen Planetenradträger (94), über welchen die Planetenräder (74, 79) der ersten und zweiten Getriebestufe (78, 82) gelagert sind. Die Planetenräder (74) der ersten Getriebestufe (78) sind an dem Planetenradträger (94) relativ zu den Planetenrädern (79) der zweiten Getriebestufe (82) verdrehbar gelagert und die Planetenräder (74) der ersten Getriebestufe (78) und die Planetenräder (79) der zweiten Getriebestufe (82) sind mit dem Sonnenrad (70) im Eingriff.The present invention relates to an actuator (10) for an internal combustion engine having an electric motor (18) which drives a drive shaft (62), an electronics unit (30), and a two-stage planetary gear (66) which drives the drive shaft (62) with an output shaft (106) of the actuator (10) connects. The planetary gear (66) comprises a sun gear (70) formed on the drive shaft (62), a fixed ring gear (98) connected to a housing (14) of the actuator (10), a driven shaft gear (102), which is formed on the output shaft (106), and planet gears (74, 79) which are drivable via the sun gear (70). The planetary gears (74) of the first gear stage (78) are engaged with the stationary ring gear (98) and the planet gears (79) of the second gear stage (82) are engaged with the output shaft ring gear (102). The planetary gear (66) further comprises a planet carrier (94), via which the planet gears (74, 79) of the first and second gear stage (78, 82) are mounted. The planetary gears (74) of the first gear stage (78) are rotatably mounted on the planet carrier (94) relative to the planet gears (79) of the second gear stage (82) and the planet wheels (74) of the first gear stage (78) and the planet wheels (79 ) of the second gear stage (82) are engaged with the sun gear (70).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktuator für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Elektromotor, welcher eine Antriebswelle antreibt, einer Elektronikeinheit, und einem zweistufigen Planetengetriebe, welches die Antriebswelle mit einer Abtriebswelle des Aktuators verbindet. Das Planetengetriebe umfasst ein Sonnenrad, welches an der Antriebswelle ausgebildet ist, ein ortsfestes Hohlrad, welches mit einem Gehäuse des Aktuators verbunden ist, ein Abtriebswellenhohlrad, welches an der Abtriebswelle ausgebildet ist, und Planetenräder, welche über das Sonnenrad antreibbar sind. Die Planetenräder der ersten Getriebestufe sind mit dem ortsfesten Hohlrad im Eingriff und die Planetenräder der zweiten Getriebestufe sind mit dem Abtriebswellenhohlrad im Eingriff. Das Planetengetriebe umfasst ferner einen Planetenradträger, über welchen die Planetenräder gelagert sind.The present invention relates to an actuator for an internal combustion engine with an electric motor which drives a drive shaft, an electronic unit, and a two-stage planetary gear, which connects the drive shaft with an output shaft of the actuator. The planetary gear includes a sun gear formed on the drive shaft, a stationary ring gear connected to a housing of the actuator, a driven shaft ring gear formed on the output shaft, and planet gears drivable via the sun gear. The planet gears of the first gear stage are engaged with the stationary ring gear and the planet gears of the second gear stage are engaged with the output shaft ring gear. The planetary gear further comprises a planet carrier, over which the planetary gears are mounted.
Aktuatoren werden beispielsweise zur Verstellung von Klappen in Kraftfahrzeugen, wie bspw. Abgasklappen eingesetzt. Zur Verstellung solcher Klappen werden oft hohe Stellkräfte bzw. Momente benötigt. Zur Erzeugung solcher Stellkräfte bzw. Momente wird ein Drehmoment eines Elektromotors bspw. über ein Planetengetriebe untersetzt.Actuators are used, for example, for adjusting flaps in motor vehicles, such as exhaust flaps. To adjust such valves often high restoring forces or moments are required. To generate such restoring forces or torques, a torque of an electric motor is, for example, reduced by a planetary gear.
Die
Der Aktuator nach dem Stand der Technik hat die Nachteile, dass sehr viele Montageschritte notwendig sind. Beispielsweise sind die Planetenräder der ersten Getriebestufe verdrehfest mit den Planetenräder der zweiten Getriebestufe zu verbinden. Dazu ist ein zusätzlicher Verfahrensschritt notwendig. In einem weiteren Verfahrensschritt müssen die Planetenräder in dem Planetenradträger angeordnet werden, so dass eine Achse durch den Planetenradträger und die Planetenräder hindurchgeschoben werden muss, um die Planetenräder im Planetenradträger zu lagern.The actuator according to the prior art has the disadvantages that very many assembly steps are necessary. For example, the planet gears of the first gear stage to be rotationally connected to the planet gears of the second gear stage. This requires an additional process step. In a further method step, the planetary gears must be arranged in the planet carrier, so that an axis must be pushed through the planet carrier and the planet gears to support the planetary gears in the planet carrier.
Zusätzlich ist aus der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, einen Aktuator für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, welcher einfacher und wirtschaftlicher herstellbar ist und geringe Radialkräfte aufweist.The object of the present invention is thus to provide an actuator for an internal combustion engine, which is simpler and more economical to produce and has low radial forces.
Diese Aufgabe wird durch einen Aktuator für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an actuator for an internal combustion engine with the features of claim 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Aktuator sind die Planetenräder der ersten Getriebestufe an dem Planetenradträger relativ zu den Planetenrädern der zweiten Getriebestufe verdrehbar gelagert und die Planetenräder der ersten Getriebestufe und die Planetenräder der zweiten Getriebestufe sind mit dem Sonnenrad im Eingriff und der Aktuator weist ein Gehäuse auf, in dem der Elektromotor und die Elektronikeinheit angeordnet sind, und mit dem das ortsfeste Hohlrad fest verbunden ist und aus dem die Abtriebswelle nach außen ragt. Die Planetenräder der ersten Getriebestufe sind somit unabhängig von den Planetenrädern der zweiten Getriebestufe drehbar, so dass eine Winkelgeschwindigkeit der Planetenräder der ersten Getriebestufe unterschiedlich zu einer Winkelgeschwindigkeit der Planetenräder der zweiten Stufe sein kann, während die Lage der Achsen zueinander gleich bleibt. Dadurch entfallen Verfahrensschritte und konstruktive Maßnahmen, um die Planetenräder der ersten Getriebestufe mit den Planetenrädern der zweiten Getriebestufe verdrehfest zu verbinden. Der Aktuator ist dadurch einfacher und wirtschaftlicher herstellbar. Die Planetenräder beider Getriebestufen kämmen zudem mit dem Sonnenrad, so dass alle Planetenräder mit dem Hohlrad bzw. dem Abtriebswellenhohlrad und dem Sonnenrad in Kontakt sind. Dadurch werden die Planetenräder von dem Sonnenrad abgestützt, so dass eine geringe Radiallast an den Achsen der Planetenräder auftritt und das Drehmoment über mehrere Planetenräder übertragen wird. Dadurch wird ein guter Getriebewirkungsgrad erzielt und der Verschleiß minimiert. Die Komponenten des Planetengetriebes können dadurch kleiner dimensioniert werden, so dass der Aktuator wirtschaftlicher herstellbar ist. Beispielsweise kann aufgrund der geringen Radiallast auf einen Käfig als Planetenradträger verzichtet werden.In the actuator according to the invention, the planetary gears of the first gear stage are rotatably supported on the planet gear relative to the planet gears of the second gear stage and the planet gears of the first gear stage and the planet gears of the second gear stage are engaged with the sun gear and the actuator has a housing in which the electric motor and the electronics unit are arranged, and with which the stationary ring gear is fixedly connected and from which the output shaft protrudes to the outside. The planetary gears of the first gear stage are thus rotatable independently of the planet gears of the second gear stage, so that an angular velocity of the planet gears of the first gear stage may be different from an angular velocity of the planet gears of the second stage, while the position of the axes remains equal to each other. This eliminates procedural steps and constructive measures to rotationally connect the planetary gears of the first gear stage with the planetary gears of the second gear stage. The actuator is thus easier and more economical to produce. The planet gears of both gear stages also mesh with the sun gear, so that all the planet gears with the ring gear and the output shaft and the sun gear are in contact. Thereby, the planet gears are supported by the sun gear, so that a small radial load on the axes of the planetary gears occurs and the torque is transmitted through a plurality of planetary gears. This achieves good transmission efficiency and minimizes wear. The components of the planetary gear can thereby be made smaller, so that the actuator can be produced more economically. For example, due to the low radial load can be dispensed with a cage as a planet carrier.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Verzahnung des Sonnenrades für beide Getriebestufen identisch, wobei sich eine Zähnezahl der Planetenräder und des Hohlrades der ersten Getriebestufe von einer Zähnezahl der Planetenräder und des Abtriebswellenhohlrades der zweiten Getriebestufe unterscheidet. Das Sonnenrad hat somit für beide Getriebestufen gleich viele Zähne. Die Zähne des Sonnenrades können sich somit über beide Getriebestufen erstrecken, so dass das Sonnenrad einfacher und damit wirtschaftlicher herstellbar ist und beide Planetenradsätze abgestützt werden.In a preferred embodiment of the invention, the teeth of the sun gear for both gear stages is identical, with a Number of teeth of the planet gears and the ring gear of the first gear stage of a number of teeth of the planet gears and the output shaft of the second gear stage differs. The sun gear thus has the same number of teeth for both gear stages. The teeth of the sun gear can thus extend over both gear stages, so that the sun gear is simpler and thus more economical to produce and both planetary gear sets are supported.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die erste Getriebestufe zwei Planetenräder auf. Vorzugsweise sind die Planetenräder an diametral gegenüberliegenden Seiten des Planetenradträgers angeordnet, so dass sich die entgegengesetzt wirkenden Kräfte aufheben. Dadurch kann auf eine Lagerung des Planetenradträgers auf einer Achse verzichtet werden. Der Aktuator kann dadurch einfacher und wirtschaftlicher hergestellt werden.In a further preferred embodiment of the invention, the first gear stage on two planet gears. Preferably, the planet gears are arranged on diametrically opposite sides of the planet carrier, so that cancel the opposing forces acting. This can be dispensed with storage of the planet carrier on an axis. The actuator can be made easier and more economical.
Vorzugsweise weist die zweite Getriebestufe drei Planetenräder auf. Die Planetenräder sind vorzugsweise symmetrisch an dem Planetenradträger gelagert. Dadurch heben sich die Kräfte an den Planetenrädern größtenteils gegenseitig auf. Dadurch kann auf eine Lagerung des Planetenradträgers auf einer Achse verzichtet werden. Der Aktuator kann dadurch einfacher und wirtschaftlicher hergestellt werden. Zudem werden die Abtriebskräfte auf mehrere Planetenräder verteilt, so dass diese kleiner dimensioniert werden können.Preferably, the second gear stage on three planet gears. The planet gears are preferably mounted symmetrically on the planet carrier. As a result, the forces on the planet gears largely cancel each other out. This can be dispensed with storage of the planet carrier on an axis. The actuator can be made easier and more economical. In addition, the output forces are distributed over several planet gears, so that they can be made smaller.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Abtriebswelle in einem Gehäuse des Aktuators gelagert. Zwischen Gehäuse und Abtriebswelle sind folglich Lager angeordnet, so dass die Abtriebswelle über das Gehäuse gelagert ist. Querkräfte auf die Abtriebswelle können dadurch optimal durch die Strukturelemente des Gehäuses aufgenommen werden.In a preferred embodiment, the output shaft is mounted in a housing of the actuator. Between the housing and the output shaft therefore bearings are arranged so that the output shaft is mounted on the housing. Transverse forces on the output shaft can be optimally absorbed by the structural elements of the housing.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Antriebswelle als Hohlwelle ausgebildet. Die Hohlwelle ist somit hohlzylindrisch ausgebildet. Die Hohlwelle ist somit ähnlich einem Rohr ausgebildet. Mit einer solchen Welle kann trotz hoher Biegefestigkeit Material eingespart werden. Dadurch können die Herstellungskosten des Aktuators gesenkt und das Gewicht reduziert werden.In a preferred embodiment of the invention, the drive shaft is designed as a hollow shaft. The hollow shaft is thus formed as a hollow cylinder. The hollow shaft is thus formed similar to a tube. With such a wave material can be saved despite high bending strength. As a result, the manufacturing cost of the actuator can be reduced and the weight can be reduced.
Insbesondere kann so die Antriebswelle auf der Abtriebswelle gelagert werden. Es sind somit zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle Lager angeordnet, über welche die Antriebswelle auf der Abtriebswelle gelagert ist. Dadurch wird ein hohes Maß an Koaxialität der Antriebswelle zur Abtriebswelle erzielt, so dass auch eine Drehung beider Wellen koaxial zueinander ist.In particular, so the drive shaft can be mounted on the output shaft. There are thus arranged between the drive shaft and output shaft bearing, via which the drive shaft is mounted on the output shaft. As a result, a high degree of coaxiality of the drive shaft to the output shaft is achieved, so that a rotation of both shafts is coaxial with each other.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Planetenradträger zwischen den Getriebestufen angeordnet. Der Planetenradträger ist somit zwischen den Planetenrädern der ersten Getriebestufe und den Planetenräder der zweiten Getriebestufe angeordnet. Die Planetenräder beider Getriebestufe können dadurch, durch lediglich ein einziges Element gelagert werden, welches zwischen den Getriebestufen angeordnet ist. Dadurch benötigt das Planetengetriebe weniger Bauraum. Ein solcher Planetenradträger weist zudem einen einfachen Aufbau auf.In a preferred embodiment of the invention, the planet carrier is arranged between the gear stages. The planet carrier is thus arranged between the planet gears of the first gear stage and the planet gears of the second gear stage. The planet gears of both gear stage can be stored by only a single element, which is arranged between the gear stages. As a result, the planetary gear requires less space. Such a planet carrier also has a simple structure.
Vorzugsweise ist der Planetenradträger als Ring ausgebildet, welcher an den den Getriebestufen zugewandten Seiten Achsen aufweist, auf denen die Planetenräder gelagert sind. Von den beiden Seitenflächen des Ringes ragen somit stiftförmige Elemente ab, welche die Achsen der Planetenräder bilden. Die Planetenräder werden somit lediglich durch die Achsen an dem Planetenradträger gelagert. Eine solche Lagerung ist einfach und wirtschaftlich herzustellen.Preferably, the planet carrier is designed as a ring, which has on the sides facing the gear stages axes on which the planetary gears are mounted. From the two side surfaces of the ring thus protrude pin-shaped elements which form the axes of the planetary gears. The planet gears are thus stored only by the axes of the planet carrier. Such storage is simple and economical to manufacture.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Elektromotor ein BLDC Motor ist. Aufgrund der fehlenden Bürsten ist ein solcher bürstenloser Gleichstrommotor platzsparender im Gehäuse anzuordnen. Durch den Wegfall von den verschleißenden Bürsten ist dieser Elektromotor zudem deutlich wartungsärmer.It is particularly advantageous if the electric motor is a BLDC motor. Due to the lack of brushes, such a brushless DC motor is space-saving to arrange in the housing. By eliminating the wear of brushes, this electric motor is also significantly less maintenance.
Es wird somit ein Aktuator für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, welcher einfacher und somit wirtschaftlicher herstellbar ist. There is thus provided an actuator for an internal combustion engine, which is simpler and thus more economical to produce.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. In diesen zeigen:
-
1 : Längsschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Aktuators für eine Verbrennungskraftmaschine, und -
2 : Explosionszeichnung des Aktuators.
-
1 FIG. 3: a longitudinal section of the actuator according to the invention for an internal combustion engine, and FIG -
2 : Exploded view of the actuator.
Die
An einem axialen Ende des Rotors
Der Rotor
Die erste Getriebestufe
Die Planetenräder
Ein zu der Elektronikeinheit
Die Antriebswelle
Der beschriebene erfindungsgemäße Aktuator weist somit einen verbesserten Aufbau auf, so dass die Herstellbarkeit vereinfacht ist und damit die Herstellungskosten reduziert sind.The described actuator according to the invention thus has an improved structure, so that the manufacturability is simplified and thus the manufacturing costs are reduced.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel eines Aktuators beschränkt ist, sondern verschiedene Modifikationen und konstruktive Änderungen denkbar sind. Beispielsweise ist das Planetengetriebe nicht auf die gezeigte Anzahl an Planetenrädern beschränkt, so dass auch eine dazu verschiedene Anzahl an Planetenrädern verwendbar ist. Auch kann sich die Zähnezahl des Sonnenrades zwischen erster Getriebestufe und zweiter Getriebestufe ändern.It should be clear that the scope of protection is not limited to the described embodiment of an actuator, but various modifications and design changes are conceivable. For example, the planetary gear is not limited to the number of planetary gears shown, so that even a different number of planetary gears is used. Also, the number of teeth of the sun gear between the first gear and second gear can change.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Aktuatoractuator
- 1414
- Gehäusecasing
- 1818
- Elektromotorelectric motor
- 2222
- Statorstator
- 2626
- Rotorrotor
- 3030
- Elektronikeinheitelectronics unit
- 3434
- Platinecircuit board
- 3838
- Kommutierungssensorcommutation
- 4242
- magnetisch leitfähiges Elementmagnetically conductive element
- 4646
- Kontaktecontacts
- 5050
- Steckerbuchsesocket
- 5454
- StatorverschaltungseinheitStatorverschaltungseinheit
- 5858
- Verbindungselementconnecting member
- 6262
- Antriebswelledrive shaft
- 6666
- Planetengetriebeplanetary gear
- 7070
- Sonnenradsun
- 7474
- Planetenrad erste GetriebestufePlanetary gear first gear stage
- 7878
- erste Getriebestufefirst gear stage
- 7979
- Planetenrad zweite GetriebestufePlanetary gear second gear
- 8282
- zweite Getriebestufesecond gear stage
- 8686
- Verzahnunggearing
- 9090
- Achseaxis
- 9494
- Planetenradträgerplanet
- 9898
- Hohlradring gear
- 102102
- AbtriebswellenhohlradAbtriebswellenhohlrad
- 106106
- Abtriebswelleoutput shaft
- 110110
- Zähne Planetenrad erste GetriebestufeTeeth planet gear first gear stage
- 111111
- HohlradzähneHohlradzähne
- 112112
- Zähne Planetenrad zweite GetriebestufeTeeth planet gear second gear stage
- 113113
- AbtriebswellenhohlradzähneAbtriebswellenhohlradzähne
- 114114
- Dichtungpoetry
- 115115
- erstes Abtriebswellenlagerfirst output shaft bearing
- 118118
- zweites Abtriebswellenlagersecond output shaft bearing
- 119119
- radiale Außenseiteradial outside
- 120120
- Verbindungsabschnittconnecting portion
- 122122
- erstes Antriebswellenlagerfirst drive shaft bearing
- 126126
- zweites Antriebswellenlagersecond drive shaft bearing
- 130130
- Sensormagnetsensor magnet
- 134134
- Positionssensorposition sensor
- UA U A
- AntriebswellenaußenumfangDrive shaft outer periphery
- UI U I
- AntriebswelleninnenumfangDrive shaft inner periphery
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R083 | Amendment of/additions to inventor(s) | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: TERPATENT PARTGMBB, DE Representative=s name: TERPATENT PATENTANWAELTE TER SMITTEN EBERLEIN-, DE |