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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Aktorik zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine und eine Aktorik zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zur Montage einer Aktorik gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1, 9 bzw. 10 näher definierten Art.
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Beispielsweise befassen sich
US 8 726 858 B2 ,
EP 2 787 196 B1 und
DE 10 2008 060 932 A1 mit der Gestaltung von Verstellvorrichtungen zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine. In den vorgenannten Vorrichtungen müssen zunächst an eine Verstellwelle mehrere Verbindungselemente, ein Getriebe und anschließend ein Elektromotor als Antrieb angebracht werden. Da mehrere Bauteile an der Brennkraftmaschine montiert werden müssen, bedingt dies eine aufwendige Montage der Verstellvorrichtung. Außerdem ist die Handhabung mehrerer Bauteile in der Lieferkette erforderlich, wodurch insbesondere mehr Verpackungsmaterial nötig ist und der Herstellungsaufwand erhöht wird. Zudem muss die sensible Zentrierung von Getriebe und Elektromotor an der Brennkraftmaschine vorgenommen werden, wodurch der Montageaufwand weiter erhöht wird. Durch einen dabei möglichen Achsversatz zwischen Getriebe und Elektromotor ist eine solche Anordnung verschleißanfällig. Zudem entstehen an den zu montierenden Bauteilen zahlreiche Dichtstellen, insbesondere zwischen dem ölgeschmierten Getriebe und der Umgebung. Dies erhöht die Zahl der Bauteile und die Gefahr einer Leckage. Diese Ausgestaltungen erfordern daher eine große Zahl von Bauteilen und benötigen einen großen Bauraum.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Aktorik der vorgenannten Art hinsichtlich ihres Aufbaues und ihrer Montage zu vereinfachen und kostengünstig zu gestalten. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Montage einer solchen Aktorik anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale der Patentansprüche 9 oder 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es wird eine Aktorik mit einer Stellwelle zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine mit einem Elektromotor und einem Getriebe zur Übersetzung und Übertragung einer vom Elektromotor erzeugten Drehbewegung vorgeschlagen. Dabei sind Elektromotor und Getriebe zu einer vormontierten Baueinheit verbunden, die mit dem Getriebe drehfest an der Stellwelle koaxial aufgesteckt ist. Auf diese Weise ist die Baueinheit an der Stellwelle in einem Montageschritt montierbar. Dabei richtet sich die Baueinheit an der Stellwelle automatisch aus. Eine Zentrierung von Getriebe und Elektromotor während der Montage an der Brennkraftmaschine und ein Achsversatz zwischen diesen Bauteilen werden vermieden. Die Aktorik kann so einfach aufgebaut und die Anzahl der Bauteile sowie die Zahl der Dichtstellen deutlich reduziert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Getriebe mit einem feststehenden Außenring ausgeführt, der eine Innenverzahnung aufweist und stirnseitig an einem Gehäuse des Elektromotors axial angebunden ist. Durch die Anbindung des Außenrings an das Gehäuse des Elektromotors wird eine sehr genaue Zentrierung zwischen Elektromotor und Getriebe erreicht, wodurch der Verschleiß beider Bauteile erheblich reduziert wird. Außerdem kann so eine zusätzliche separate Anbindung des Getriebes an die Brennkraftmaschine vermieden werden. Außenring und Gehäuse sind dabei auf einfache Weise, beispielsweise durch eine Schraubenverbindung, miteinander verbunden. Denkbar ist auch, Außenring und Gehäuse einteilig auszuführen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Getriebe einen abtriebsseitigen Ring auf, der in die Innenverzahnung des feststehenden Außenrings eingreift.
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Vorzugsweise ist der abtriebsseitige Ring im Bereich seiner Verzahnung elastisch verformbar ausgebildet und am Innendurchmesser von einem zentralen Antriebselement mit einer elliptischen Außenkontur antreibbar. Auf diese Weise ist das Getriebe mit flexiblem Verzahnungseingriff, insbesondere als sogenanntes Wellgetriebe, ausgeführt, wobei der Innenring als ein sogenannter Wave Generator und der außenverzahnte Ring als ein sogenannter Flexring dient. Der außenverzahnte Ring bildet dabei ein hochübersetzendes elastisches Übertragungselement, das die vom Elektromotor an einer Motorwelle erzeugte Drehbewegung des Antriebselements als Stellbewegung direkt auf das Kopplungsmodul bzw. auf die Stellwelle überträgt. Das Wellgetriebe zeichnet sich durch eine hohe Übersetzung und Steifigkeit sowie geringen Bauraum aus. Der verformbare außenverzahnte Ring ist mit dem topfförmigen Ansatz in Blech, insbesondere durch Tiefziehen, besonders einfach herstellbar.
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Denkbar ist auch, statt einem Wellgetriebe eine andere Übertragungseinrichtung vorzusehen, wie beispielsweise ein Planetengetriebe oder ein Exzentergetriebe.
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Alternativ kann je nach Einsatz- und Betriebsbedingungen das zentrale Antriebselement als Wave Generator direkt am Innendurchmesser des Flexrings angreifen, wodurch der radiale Bauraum verringert werden kann. Das zentrale Antriebselement ist vorzugsweise über ein Kupplungselement mit einer Motorwelle des Elektromotors drehfest verbunden. Als Kupplungselement kann besonders vorteilhaft eine einen Achsversatz ausgleichende Kupplung, beispielsweise eine Oldham-Kupplung, verwendet werden.
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Der außenverzahnten Ring bildet vorzugsweise einen topfförmigen Ansatz mit einem zentralen Nabenabschnitt, in den ein Kopplungsmodul aufgenommen ist, mit dem die Baueinheit auf die Stellwelle spielfrei aufgesteckt ist. Dadurch sind Geräusche und Verschleiß deutlich reduzierbar. Hierbei kann das Kopplungsmodul beispielsweise mit einer Innenverzahnung ausgeführt sein, mit der es auf die Stellwelle formschlüssig drehfest aufgesteckt ist. Das Kopplungsmodul ist auf diese Weise besonders einfach in das Getriebe integrierbar. Mit dem Kopplungsmodul als Kopplungsadapter ist die Baueinheit an verschiedene Einbauverhältnisse einfach anpassbar und am Getriebe direkt mit der Stellwelle über eine einfach montierbare drehfeste steckbare Verbindung verbindbar. Dadurch werden zusätzliche Bauteile vermieden und eine besonders bauraumsparende Anordnung erreicht. Das Kopplungsmodul kann in vorteilhafter Weise als einteiliger ringförmiger Einsatz in den Nabenabschnitt zur Befestigung einfach drehfest eingepresst sein. Alternativ kann auch eine andere ein Drehmoment übertragende Verbindung, insbesondere eine Schweißverbindung, vorgesehen sein.
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Vorzugsweise ist der topfförmige Ansatz des abtriebsseitigen Rings vom Außenring zumindest abschnittsweise bauraumsparend umfasst. Der Außenring bildet auf diese Weise einen Getriebetopf, der vollständig abgedichtet mit Getriebeöl befüllt werden kann, wodurch eine Beschichtung diese Bauteils vermeidbar ist.
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Die erfindungsgemäße Baueinheit ist mit einer einzigen Befestigungsfläche axial abgedichtet an der Brennkraftmaschine befestigbar.
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Die Befestigungsfläche kann auf einfache Weise an einem Befestigungsflansch ausgebildet sein, mit dem die gesamte Baueinheit nach dem Aufstecken an der Stellwelle an der Brennkraftmaschine in einem Montageschritt an der Brennkraftmaschine axial abgedichtet anlegbar und befestigbar ist. Zur Befestigung kann beispielsweise eine Schraubenverbindung mit mehreren über den Umfang des Befestigungsflansches verteilt angeordneten Befestigungsöffnungen vorgesehen sein.
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In besonders vorteilhafter Weise ist hierbei der Befestigungsflansch am Außenumfang des Gehäuses des Elektromotors ausgebildet. Vorzugsweise ist dabei die Befestigungsfläche auf axialer Höhe der Anlage von Gehäuse und Außenring angeordnet. Auf diese Weise ist die Baueinheit getriebeseitig mit dem Außenring bzw. dem Getriebe vollständig in einen ölführenden Raum der Brennkraftmaschine einsteckbar und am Befestigungsflansch an der Brennkraftmaschine abgedichtet befestigbar. Hierdurch ist der ölführende Raum und der in diesem angeordnete getriebeseitige Teil der Baueinheit an dem an der Brennkraftmaschine anliegenden Befestigungsflansch zur Umgebung hin abdichtet, wodurch ein zusätzliches Gehäuse für das Getriebe und zusätzliche Dichtmittel zur Abdichtung desselben vermieden werden.
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Eine einfache Befestigung des Außenrings am Gehäuse des Elektromotors ist erreichbar, wenn der Außenring an einer axialen Stirnseite einen nach radial innen eingezogenen Bord oder Rand aufweist, an dem er axial anliegend am Gehäuse über eine Schraubenverbindung mit diesem verbunden ist.
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Bevorzugt ist an die Baueinheit ein Elektronikmodul angebunden, in das ein oder mehrere Sensoren zur Erfassung des Betriebszustands des Elektromotors integriert und auf diese Weise verschiedene Sensoranordnungen adaptiert werden können. Außerdem können in das Elektronikmodul Komponenten für eine Leistungselektronik aufgenommen werden. Dadurch wird ein zusätzliches Steuergerät für die Aktorik vermieden. Eine einfache Anbindung des Elektronikmoduls an das Gehäuse ist durch Klammern oder Schraubenverbindung möglich. Vorzugsweise bildet das Elektronikmodul einen Teil des Gehäuses des Elektromotors und umfasst diesen abschnittsweise. Das Elektronikmodul ist bevorzugt in Kunststoff ausgeführt.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Baueinheit ein Steckermodul aufweist, das zur elektrischen Verbindung nach außen, insbesondere als Anschluss für ein Steuergerät der Brennkraftmaschine, dient und an der Außenseite des Elektronikmoduls angebunden ist. Dadurch sind an die Aktorik bzw. Baueinheit verschiedene Stecker auf einfache Weise anschließbar, ohne dass eine Umkonstruktion des Elektromotors notwendig ist. Die Anbindung kann insbesondere durch Schraubenverbindung oder Laserschweißen erfolgen. Das Steckermodul ist bevorzugt in Kunststoff ausgeführt.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn der Elektromotor mit einem Statormodul ausgebildet, das mit der Innenseite des Gehäuses des Elektromotors verbunden ist. Vorzugsweise ist dabei das Gehäuse über ein erstes Radialkugellager und das Statormodul über ein zweites Radialkugellager auf der Motorwelle des Elektromotors abgestützt.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn der Elektromotor ein Rotormodul aufweist, das am Außendurchmesser vom Statormodul durch einen geringfügigen radialen Luftspalt beabstandet umfasst ist und auf der Motorwelle des Elektromotors drehfest verbunden angeordnet ist.
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Stator- und Rotormodul bilden jeweils den modular aufgebauten Stator bzw. Rotor des Elektromotors und sind durch Anpassung, insbesondere der Wicklung und der Magnete, an verschiedene elektromagnetische Leistungsgrößen und Einsatzbedingungen einfach adaptierbar, ohne dass die die Baueinheit der Aktorik, insbesondere das Gehäuse des Elektromotors, umkonstruiert werden muss.
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Die erfindungsgemäße Aktorik kann in integrierter Bauweise aus verschieden Modulen aufgebaut werden, nämlich bestehend aus Getriebe, Elektromotor, Kopplungsmodul, Elektronikmodul, Steckermodul, Statormodul und Rotormodul. Die Module können zur Anpassung der Baueinheit an verschiedene Einbauverhältnisse und Betriebsbedingungen gruppiert vorgehalten werden, wodurch Herstellung und Montage vereinfacht werden. Dabei sind die Schnittstellen zwischen den Modulen derart ausgestaltet, dass durch Wahl verschiedener Einzelkomponenten eine beliebige Variation von Aktoren als vormontierte Baueinheiten aufgebaut werden kann, um eine optimale Adaption an verschiedene Anwendungsfälle zu erreichen.
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Die Baueinheit bildet auf diese Weise einen modular aufgebauten Aktor, durch den eine von diesem erzeugte Stellbewegung auf die Stellwelle zur variablen Steuerung der Verdichtung der Brennkraftmaschine übertragbar ist.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch eine Aktorik zur Verstellung einer Stellwelle zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine oder zur Verstellung einer Nockenwelle zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine gelöst, wobei die Aktorik einen Elektromotor und ein Getriebe zur Übersetzung und Übertragung einer vom Elektromotor erzeugten Drehbewegung aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Elektromotor und Getriebe zu einer vormontierten Baueinheit verbunden sind, wobei die Baueinheit mit dem Getriebe drehfest an der Stellwelle koaxial aufsteckbar ist. Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße Aktorik neben einer Verwendung zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine auch zur Verstellung einer Nockenwelle zur variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine verwendbar.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin auch durch ein Verfahren zur Montage einer Aktorik zur Verstellung einer Stellwelle zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine gelöst, wobei die Aktorik einen Elektromotor und ein Getriebe zur Übersetzung und Übertragung einer vom Elektromotor erzeugten Drehbewegung aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Aktorik mit Elektromotor und Getriebe als eine vormontierte Baueinheit in einem Montageschritt drehfest auf der Stellwelle koaxial aufgesteckt wird. Vorzugsweise wird die Baueinheit mit einer Befestigungsfläche in einem Montageschritt an der Brennkraftmaschine anliegend abgedichtet befestigt. Zur Vormontage werden Getriebe und Elektromotor zu einer Baueinheit miteinander verbunden, wobei vorzugsweise ein Außenring des Getriebes mit einem Gehäuse des Elektromotors über eine Schraubenverbindung axial anliegend verbunden wird.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Aktorik zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine,
- 2 die Aktorik an der Brennkraftmaschine angeordnet.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in 1 beispielhaft in einer Einzelansicht dargestellte Aktorik zur Verstellung einer nicht dargestellten Stellwelle zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine weist einen elektrischen Antrieb, der durch einen Elektromotor 1 gebildet wird, und ein Getriebe 2 zur Übersetzung einer vom Elektromotor 1 erzeugten Antriebsbewegung und Übertragung dieser auf die Stellwelle auf. Elektromotor 1 und Getriebe 2 sind zu einer vormontierten Baueinheit verbunden, die mit dem Getriebe 2 drehfest auf die Stellwelle koaxial aufsteckbar ist. Auf diese Weise sind Baueinheit und Stellwelle durch eine besonders einfache steckbare Verbindung verbindbar. Die Stellwelle ist insbesondere als Kontroll- oder Exzenterwelle zur Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine ausgeführt.
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Zum Aufstecken an der Stellwelle weist das Getriebe 2 ein Kopplungsmodul 3 auf. Elektromotor 1, Getriebe 2 und Kopplungsmodul 3 sind koaxial hintereinander angeordnet. Das Getriebe 2 ist mit einem feststehenden Außenring 4 mit einer Innenverzahnung ausgeführt, der an seiner dem Elektromotor 1 zugewandten axialen Stirnseite an einem Gehäuse 5 des Elektromotors 1 axial anliegt und mit diesem über axiale Schraubenverbindungen 6 verbunden ist. Hierzu ist der Außenring 4 an der besagten Stirnseite mit einem ringförmigen Bord 7 nach radial innen eingezogen und bildet eine plane axiale Anlagefläche, mit der er radial außen an einem am Außenumfang des Gehäuses 5 ausgebildeten Befestigungsflansches 10 und radial innen an einer axial parallel gegenüberliegenden Seitenwand 8 des Gehäuses 5 durch die Schraubenverbindungen 6 axial angezogen anliegt. Der Bord 7 ist dabei in eine korrespondierende axiale Vertiefung am Befestigungsflansche 10 und an der Seitenwand 8 des Gehäuses 5 eingelassen. Die Vertiefung bildet radial außen am Befestigungsflansche 10 einen axialen Ringabsatz 9, der den Außendurchmesser des Bords 7 am Rand radial außen anliegend umfasst. Am Ringabsatz 9 ist eine sehr genaue Zentrierung und Fixierung des Außenrings 4 und somit des Getriebes 2 des Elektromotors 1 möglich. Am Bord 7 sind mehre mehreren über den Umfang verteilt angeordneten axiale Befestigungsöffnungen zur Aufnahme der Schrauben für die Schraubenverbindungen 6 vorgesehen, die mit axialen Gewindebohrungen an der Seitenwand 8 bzw. im Gehäuse 5 korrespondieren. Dabei sind die Schrauben mit ihrem Kopf in die Innenseite des Bords 7 eingelassen. Mit der Seitenwand 8 fluchtend ist ein am Außendurchmesser des Gehäuses 5 der nach außen abstehende Befestigungsflansch 10 ausgebildet, der nach dem Aufstecken der Baueinheit an der Stellwelle mit einer Befestigungsfläche 29 an der Brennkraftmaschine flächig anlegbar und an mehreren über den Umfang verteilt angeordneten axialen Befestigungsöffnungen 30 und durch eine nicht dargestellte Schraubenverbindung axial an der Brennkraftmaschine abgedichtet befestigbar ist.
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Das Getriebe 2 weist einen abtriebsseitigen Ring 11 mit einer Außenverzahnung auf, der im Bereich seiner Verzahnung elastisch verformbar ausgebildet ist und als flexibles Verzahnungselement in die Innenverzahnung des Außenrings 4 abschnittsweise eingreift. Der Ring 11 bildet an seiner vom Elektromotor 1 abgewandten Seite einen topfförmigen axialen Ansatz 12, der einteilig mit dem Ring 11 ausgeführt vom Außenring 4 abschnittsweise umfasst ist. Der Außenring 4 bildet auf diese Weise einen abgedichteten Getriebetopf, der mit Öl zur Schmierung des Getriebes 2 befüllt werden kann. Der Ansatz 12 ist an seiner vom Elektromotor 1 abgewandten äußeren Stirnseite topfartig nach radial innen eingezogen und bildet dort einen zentralen Nabenabschnitt 14, in den das Kopplungsmodul 3 aufgenommen ist. Das Kopplungsmodul 3 ist als einteiliger ringförmiger Einsatz mit einer Innenverzahnung ausgeführt, der in den Nabenabschnitt 14 eingepresst ist und an dem die Baueinheit auf die Stellwelle, insbesondere auf eine korrespondierende Keilverzahnung am Außendurchmesser der Stellwelle, drehfest aufsteckbar ist.
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Der abtriebsseitigen Ring 11 ist am Innendurchmesser von einem zentralen Antriebselement 15 mit elliptischer Außenkontur antreibbar. Das Getriebe 2 ist auf diese Weise als Wellgetriebe ausgeführt. Der abtriebsseitigen Ring 11 bildet dabei einen sogenannten Flexring und das zentrale Antriebselement 15 einen sogenannten Wave Generator. Letzteres ist über ein Kupplungselement 16 auf einer Motorwelle 17 des Elektromotors 1 vormontiert angeordnet und drehfest mit dieser verbunden. Dabei ist die Motorwelle 17 mit ihrem getriebeseitigen Ende an einer radial innen an der axialen Seitenwand 8 des Gehäuses 5 ausgebildeten zentralen Öffnung hindurchgeführt, die ein Lagerauge für ein erstes Radialkugellager 26 zur Abstützung bildet. Am Außendurchmesser des Antriebselements 15 ist ein Wälzlager mit elastischem Laufring, vorzugsweise ein Kugellager, angebracht. Das Antriebselement 15 verformt durch seine elliptische Außenkontur über den Außenring des Wälzlagers den elastischen außenverzahnten Ring 11. Dadurch greift im Bereich der großen Ellipsenachse die Außenverzahnung des Rings 11 in die Innenverzahnung des feststehenden Außenrings 4 nur abschnittsweise ein. Der außenverzahnte Ring 11 bildet so ein hochübersetzendes elastisches Übertragungselement, das die vom Elektromotor 1 an der Motorwelle 17 erzeugte Drehmoment bzw. Drehbewegung als Stellbewegung direkt auf das Kopplungsmodul 3 bzw. die Stellwelle überträgt. Das Kupplungselement 16 ist vorzugsweise als eine einen Achsversatz zwischen Getriebe 2 und Elektromotor 1 ausgleichende Kupplung, insbesondere eine Oldham-Kupplung, ausgeführt.
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Der Außenring 4 mit der Innenverzahnung, der Ring 11 mit seiner Außenverzahnung und das Antriebselement 15 mit seiner elliptischen Außenkontur sind konzentrisch zueinander und in einer Kraftwirkungslinie angeordnet.
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An der vom Getriebe 2 abgewandten Seite des Gehäuses 5 ist ein in Kunststoff ausgeführtes Elektronikmodul 18 axial angeschlossen, das als Teil des Gehäuses 5 den Elektromotor 1 radial außen umfasst. Das Elektronikmodul 18 liegt dabei am Gehäuse 5 axial flächig abgedichtet an. Das Elektronikmodul 18 ist durch mehrere Klammern 19 am Außendurchmesser an Gehäuse 5 axial angebunden. An seinem stirnseitigen axialen Ende bildet das Elektronikmodul 18 radial innen eine zentrale Montageöffnung 20, die durch eine lösbare Abdeckung 21 verschlossen ist. In der Montageöffnung 20 ist ein Sensor-Platinenmodul 22 geringfügig axial beabstandet von dem vom Getriebe 2 abgewandten freien Ende der Motorwelle 17 angeordnet. Das Sensor-Platinenmodul 22 kann mehrere Sensoren und Komponenten für eine Leistungselektronik zur Steuerung der Aktorik aufnehmen. Auf diese Weise ist das Elektronikmodul 18 an verschiedene Sensorkonzepte einfach adaptierbar, ohne dass der Elektromotor 1 und sein Gehäuse 5 verändert werden müssen. Am Außendurchmesser des Elektronikmoduls 18 ist ein durch Laserschweißen festverbundenes Steckermodul 23 angebracht, das zur elektrischen Verbindung nach außen, insbesondere als Verbindung zu einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine, dient.
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Der Außenring 4, das Gehäuse 5 mit dem Elektronikmodul 18 sind koaxial hintereinander angeordnet und liegen direkt aneinander an.
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Der Elektromotor 1 weist ein einen modular aufgebauten Stator bildendes feststehendes Statormodul 24 mit einer in einen ringförmigen Träger 25 aufgenommenen Wicklung auf. Der Träger 25 ist in Kunststoff ausgeführt und radial außen einerseits am Innendurchmesser des Gehäuses 5 und andererseits am Innendurchmesser des Elektronikmoduls 18 abgestützt. Radial innen ist der Träger 25 mit einem an seiner vom Getriebe 2 abgewandten Seite ausgebildeten Lagerauge über ein zweites Radialkugellager 27 auf der Motorwelle 17 gelagert. Axial zwischen erstem und zweitem Radialkugellager 26, 27 ist ein den modular aufgebauten Rotor des Elektromotors 1 bildendes Rotormodul 28 auf der Motorwelle 17 drehfest angeordnet und dabei am Außendurchmesser von der Wicklung des Statormoduls 24 durch einen geringfügigen radialen Luftspalt beabstandet umfasst.
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Die erfindungsgemäße Aktorik kann durch ihre modular aufgebaute Baueinheit modulweise an verschiedene Einbauverhältnisse und Betriebsbedingungen angepasst werden. Dabei sind die Schnittstellen zwischen den Modulen derart ausgestaltet, dass verschiedene Varianten der Module einfach angebunden werden können. Beispielsweise ist das Getriebe 2 in verschieden Abmessungen und Ausgestaltungen durch die Schraubenverbindung am Außenring 4 einfach am Gehäuse 5 des Elektromotors 1 befestigbar, ohne dass der Elektromotor 1 oder sein Gehäuse 5 verändert werden müssen. Dabei ist das Kopplungsmodul 3 in beliebig an die Einbauverhältnisse der Stellwelle angepasster Ausführung im Nabenabschnitt 14 des Getriebes 2 befestigbar, ohne dass dieses verändert werden muss. Die axiale Länge des Ansatzes 12 ist ebenfalls an die Einbauverhältnisse an der Brennkraftmaschine anpassbar, ohne dass das Kopplungsmodul 3 oder das Getriebe 2 im Übrigen verändert werden muss. Der Befestigungsflansch 10 am Gehäuse 5 des Elektromotors 1 ist einfach an die Einbauverhältnisse anpassbar, ohne dass Veränderungen am Gehäuse 5 oder Elektromotor 1 erforderlich sind. So sind auch Stator- und Rotormodul 24, 28 insbesondere mit verschiedenen Wicklungen und Magneten zur Anpassung der Leistungsgrößen an die Einsatz- und Betriebsbedingungen verwendbar, ohne dass dadurch Veränderungen am Gehäuse 5 des Elektromotors 1 erforderlich werden. In das Elektronikmodul 18 können zur Adaption verschiedener Sensorkonzepte unterschiedliche Sensor-Platinenmodule 22 aufgenommen werden. Dabei müssen weder der Elektromotor 1 noch sein Gehäuse 5 angepasst werden. Das Sensor-Platinenmodul 22 ist auch in endmontiertem Zustand der Baueinheit durch die Montageöffnung 20 und die lösbare Abdeckung 21 einfach montier- oder austauschbar. Am Steckermodul 23 ist die Baueinheit an verschiedene elektrische Anschlüsse einfach anpassbar, ohne dass am Elektronikmodul 18 bzw. am Gehäuse 5 Änderungen erforderlich sind.
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In 2 ist die erfindungsgemäße Aktorik mit einer Stellwelle 13 zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Aktorik ist an einer angedeuteten Brennkraftmaschine 31 befestigt angeordnet. Elektromotor 1 und Getriebe 2 sind zu einer Baueinheit verbunden, die getriebeseitig mit dem Kopplungsmodul 3 auf der Stellwelle 13 koaxial aufgesteckt und mit dieser drehfest verbunden ist. Dabei ist die Stellwelle 13 in einem ölführenden Raum der Brennkraftmaschine 31 angeordnet. Die Baueinheit ist getriebeseitig mit dem Außenring 4 und dem von diesem radial außen umfassten außenverzahnten Ring 11 mit dem Ansatz 12 koaxial zur Stellwelle 13 in den ölführenden Raum an einer Öffnung an der Brennkraftmaschine, beispielsweise an einem Kurbelgehäuse derselben, koaxial eingesteckt. Hierbei ist die Baueinheit am ringförmigen Befestigungsflansch 10 des Gehäuses 5 des Elektromotors 1 mit der ringförmigen Befestigungsfläche 29 an einer korrespondierenden Befestigungsfläche der Brennkraftmaschine 31 axial flächig abgedichtet angelegt. Dabei dient der Befestigungsflansch 10 mit der Befestigungsfläche 29 sowohl zur Befestigung als auch als Dichtfläche zur Abdichtung. Gegebenenfalls kann auch eine Dichtung vorgesehen sein. Am Befestigungsflansch 10 sind über den Umfang verteilt mehrere axiale Befestigungsöffnungen 30 ausgeführt, an denen dieser mit durch eine gestrichelte Linie angedeutete Schraubenverbindungen 32 an der Brennkraftmaschine 31 angezogen und befestigt ist. Da der Außenring 4 stirnseitig am Befestigungsflansch 10 des Gehäuses 5 axial angelegt ist, befinden sich die Anlage des Außenrings 4 am Befestigungsflansch 10 und die Befestigungsfläche 29 auf etwa gleicher axialer Höhe.
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Auf diese Weise ist die Baueinheit getriebeseitig mit dem Außenring 4 und den von diesem umfassten außenverzahnten Ring 11 und dessen Ansatz 12, dem Antriebselement 15 und den vom Außenring 4 in die Öffnung bzw. in den ölführenden Raum der Brennkraftmaschine 31 eingesteckt, während der vom Gehäuse 5 umfasste Elektromotor 1 außerhalb angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, das gesamte Getriebe 2 im abgedichteten ölführenden Raum der Brennkraftmaschine 31 anzuordnen, der an der Befestigungsfläche 29 des Befestigungsflanschs 10 zur Umgebung hin abgedichtet ist. Hierbei entsteht nur eine einzige Dichtstelle zwischen der Brennkraftmaschine 31 und der Baueinheit nämlich an der Befestigungsfläche 29 des Befestigungsflanschs 10. Die Baueinheit kann mit geringfügigem radialen Spiel am Außendurchmesser des Außenrings 4 zum Rand der Öffnung in den ölführenden Raum der Brennkraftmaschine 31 eingesteckt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor
- 2
- Getriebe
- 3
- Kopplungsmodul
- 4
- Außenring
- 5
- Gehäuse
- 6
- Schraubenverbindung
- 7
- Bord
- 8
- Seitenwand
- 9
- Ringabsatz
- 10
- Befestigungsflansch
- 11
- Ring
- 12
- Ansatz
- 13
- Stellwelle
- 14
- Nabenabschnitt
- 15
- Innenring
- 16
- Kupplungselement
- 17
- Motorwelle
- 18
- Elektronikmodul
- 19
- Klammer
- 20
- Montageöffnung
- 21
- Abdeckung
- 22
- Sensor-Platinenmodul
- 23
- Steckermodul
- 24
- Statormodul
- 25
- Träger
- 26
- Radialkugellager
- 27
- Radialkugellager
- 28
- Rotormodul
- 29
- Befestigungsfläche
- 30
- Befestigungsöffnung
- 31
- Brennkraftmaschine
- 32
- Schraubenverbindung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8726858 B2 [0002]
- EP 2787196 B1 [0002]
- DE 102008060932 A1 [0002]
