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Die Erfindung betrifft einen zur Betätigung eines Abgasrückführungsventils geeigneten Kugelgewindetrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein gattungsgemäßer Kugelgewindetrieb ist aus der
DE 10 2018 116 899 A1 bekannt. Der bekannte Kugelgewindetrieb umfasst eine axial unverschiebliche, drehangetriebene Gewindemutter und eine entlang der Gewindemutter axial verschiebliche Gewindespindel, wobei die Gewindespindel über eine Kupplungseinrichtung, nämlich Oldham-Kupplung, drehfest mit einer axial verlagerbaren Ventilstange verbunden ist, und wobei die Ventilstange koaxial und radial verschieblich zu der Gewindespindel angeordnet ist.
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Ein ebenfalls für ein Abgasrückführungssystem geeignetes Spindelelement eines Kugelgewindetriebs ist in der
WO 2019/001612 A1 beschreiben. Dieses Spindelelement umfasst eine Gewindespindel, die an einem ihrer Enden mit einem Stangenelement verbunden ist, wobei die Verbindung zwischen der Gewindespindel und dem Stangenelement durch Reibschweißen hergestellt ist.
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Eine mögliche Ausgestaltung einer Spindelmutter eines Gewindetriebs ist in der
DE 10 2016 209 119 A1 offenbart. Auch diese Spindelmutter ist zur Verwendung in einer Stellvorrichtung einer Vorrichtung zur Abgasrückführung eines Verbrennungsmotors vorgesehen.
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Die
EP 2 683 927 B1 offenbart eine Nadelhülse zur Schwenklagerung einer Drosselklappenwelle einer Regeleinrichtung zur Abgasrückführung in einer Brennkraftmaschine. Der Außenring dieser Nadelhülse ist als bordlose Zylinderhülse ausgebildet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zur Betätigung eines Abgasrückführungsventils eines Verbrennungsmotors geeigneten, gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickelten Kugelgewindetrieb anzugeben, welcher sich durch eine besonders gute Anpassung auf unterschiedliche, im realen Einsatz gegebenen Betriebsbedingungen auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kugelgewindetrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Kugelgewindetrieb umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption eine als Hohlspindel ausgebildete Gewindespindel und eine mit der Gewindespindel über eine Kupplung drehfest gekoppelte Stange, wobei die Stange mit Radialspiel durch die Gewindespindel gesteckt ist. Die Kupplung ist an einer ersten Stirnseite der Gewindespindel angeordnet und zum Ausgleich eines Achsversatzes zwischen der Stange und der Gewindespindel ausgebildet. Komponenten der Kupplung sind ein erstes Anschlagelement sowie ein Kupplungselement, welches die Gewindespindel kontaktiert. Das Kupplungselement ist sowohl in Relation zum Anschlagelement als auch in Relation zur Gewindespindel begrenzt verlagerbar. Weiter weist der Kugelgewindetrieb ein zweites die Gewindespindel in Axialrichtung abstützendes Anschlagelement auf. Dieses zweite Anschlagelement ist auf der der Kupplung gegenüberliegenden Stirnseite der Gewindespindel angeordnet.
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Erfindungsgemäß weist das Kupplungselement mehrere gekrümmte Gleitflächen auf, welche einerseits das erste Anschlagelement und andererseits die Gewindespindel kontaktieren. Damit ist ein Kippgelenk realisiert, mit welchem die Stange gegenüber der Gewindespindel zumindest geringfügig kippbar ist, wobei zugleich die Rotation der Gewindespindel 1:1 auf die Rotation der Stange übertragen wird.
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Bei einer während des Betriebs des Kugelgewindetriebs möglichen Verkippung der Stange gegenüber der Gewindespindel bleibt die Größe der Kontaktflächen zwischen Gewindespindel, Kupplung und Stange zumindest näherungsweise unverändert. Insbesondere ist ein Kippen auf eine Kante prinzipbedingt ausgeschlossen. Vorzugsweise weist zumindest eine der Gleitflächen des Kupplungselementes eine zylindrisch gekrümmte Form auf. Ebenso kann mindestens eine der Gleitflächen des Kupplungselementes sphärisch gekrümmt sein.
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Gemäß einer möglichen Ausgestaltung weist die das erste Anschlagelement kontaktierende Gleitfläche des Kupplungselementes eine zylindrisch gekrümmte Form auf, wogegen die die Gewindespindel kontaktierende Gleitfläche des Kupplungselementes eine sphärisch gekrümmte Form aufweist. Bei der sphärisch gekrümmten Gleitfläche des Kupplungselementes handelt es sich vorzugsweise um eine konkav gekrümmte Fläche.
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Unabhängig davon, ob die Gleitflächen, als geometrische Flächen betrachtet, in eine Ebene abrollbar sind, wie dies bei einer zylindrischen Fläche der Fall ist, oder räumlich gekrümmt, das heißt nicht in eine Ebene ausbreitbar sind, ist in bevorzugter Ausgestaltung die dem ersten Anschlagelement zugewandte Gleitfläche des Kupplungselementes durch zwei in einer gemeinsamen Ebene liegende, gekrümmte Führungsflügel unterbrochen, welche in eine entsprechend gekrümmte Ausnehmung im ersten Anschlagelement eingreifen.
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In prinzipiell vergleichbarer Weise weist die Gewindespindel vorzugsweise auf ihrer dem Kupplungselement zwei in einer gemeinsamen Ebene liegende, gekrümmte Führungsflügel auf, welche in eine entsprechend gekrümmte Ausnehmung im Kupplungselement eingreifen.
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Das zweite die Gewindespindel in Axialrichtung abstützende Anschlagelement kann als Stützblech ausgebildet sein, welches die Gewindespindel in Radialrichtung überragt. Auch eine spanabhebende Herstellung oder Nachbearbeitung des zweiten Anschlagelementes kommt in Betracht. Das Stützblech kann beispielsweise durch Verstemmung mit der Stange verbunden sein.
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Unabhängig von der Technologie, mit welcher das zweite Anschlagelement hergestellt wurde, ist durch dieses Anschlagelement, ebenso wie durch das auf der gegenüberliegenden Stirnseite der Gewindespindel angeordnete Kupplungselement, vorzugsweise eine konkave, sphärisch gekrümmte Gleitfläche gebildet, an welcher sich eine entsprechend gekrümmte stirnseitige Gleitfläche der Gewindespindel abstützt.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung sind an beiden Stirnseiten der Gewindespindel spiegelsymmetrisch zueinander geformte Gleitflächen ausgebildet. Insbesondere weisen diese Gleitflächen der Spindel eine konvexe, sphärisch gekrümmte Form auf.
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Das erste Anschlagelement kann ein- oder mehrteilig aufgebaut sein und ist typischerweise aus Stahl, insbesondere nicht rostendem Stahl, gefertigt. Entsprechendes gilt für den Aufbau und den Werkstoff der Stange. Bei dieser über die Kupplung mit der Gewindespindel gekoppelten Stange handelt es sich in bevorzugter Anwendung um eine Ventilstange eines Abgasrückführungssystems. Für diese Anwendung ist ein geringer Hub der Stange ausreichend, welcher ohne Kugelrückführung des Kugelgewindetriebs bewerkstelligbar ist.
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Im Unterschied zum Anschlagelement ist das Kupplungselement vorzugsweise aus Sintermetall gefertigt. Eine einfache Entformbarkeit des als Sinterteil ausgebildeten Kupplungselementes ist trotz seiner zahlreichen Funktionsflächen, insbesondere in Form von Gleitflächen und Führungsflügeln, gegeben.
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Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 in einer Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kugelgewindetriebs,
- 2 Komponenten eines gegenüber 1 modifizierten Kugelgewindetriebs.
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Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile, Konturen oder Flächen sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Kugelgewindetrieb ist zur Verwendung in einem Abgasrückführungssystem eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus und der Funktion eines solchen Systems wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Der Kugelgewindetrieb 1 umfasst eine als Hohlspindel ausgebildete Gewindespindel 2, die als Abtriebselement des Kugelgewindetriebs 1 fungiert. Der Kugelgewindetrieb 1 arbeitet ohne Wälzkörperrückführung. Das Gewinde der Spindel 2 ist mit 3 bezeichnet. Im Gewinde 3 abrollende Wälzkörper, das heißt Kugeln, sind ebenso wie eine zugehörige Spindelmutter, die das Antriebselement des Kugelgewindetriebs 1 darstellt, nicht dargestellt. Die Gewindespindel 2 ist als abtriebsseitiges Element des Kugelgewindetriebs 1 über eine Kupplung 4, auf welche im Folgenden noch näher eingegangen wird, drehfest mit einer Ventilstange 5, kurz auch als Stange bezeichnet, gekoppelt. In der Anordnung nach 1 befindet sich das zu betätigende Ventil auf der rechten Seite des dargestellten Abschnitts der Stange 5. Die Verschieberichtung der Stange 5 ist mit VR bezeichnet.
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Die Gewindespindel 2 schlägt in beiden Axialrichtungen an einem ersten Anschlagelement 6 beziehungsweise an einem zweiten Anschlagelement 17 an. Bei dem ersten Anschlagelement 6 handelt es sich um eine Komponente der Kupplung 4, das heißt einer Ausgleichskupplung. Eine weitere Komponente der Kupplung 4 ist in Form eines Kupplungselementes 7 gegeben, welches auch als Schubgelenk bezeichnet wird und axial zwischen dem Anschlagelement 6 und der Gewindespindel 2 angeordnet ist. Konzentrisch zur Mittelachse MA des Kugelgewindetriebs 1 sind eine Bohrung 8 im Anschlagelement 6, eine Bohrung 9 im Kupplungselement 7, sowie eine Bohrung 10 in der Gewindespindel 2 angeordnet. Die Ventilstange 6 ist in der Bohrung 8 des Anschlagelements 6 gehalten und durchzieht mit Spiel in Radialrichtung die beiden Bohrungen 9, 10. Das zweite Anschlagelement 17 ist als Stützblech ausgeführt.
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Das Anschlagelement 6 ist im Fall von 1 mehrteilig und im Fall von 2 einteilig ausgebildet. Im erstgenannten Fall sind zwei Teile des Anschlagelementes 6, nämlich eine Anschlagscheibe 11 und ein Anschlagbolzen 12, mittels einer Schweißverbindung 16 fest miteinander verbunden. An den Anschlagbolzen 12 schließt ein Verlängerungsbolzen 13 an, welcher über eine Zwischenhülse 22 mit einem Führungselement 14 verbunden ist, das auch als T-Bar bezeichnet wird. Eine in 1 erkennbare Schweißverbindung zwischen dem Führungselement 14 und der Zwischenhülse 22 ist mit 15 bezeichnet.
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Das lediglich in 1 erkennbare, jedoch auch in der Variante nach 2 vorhandene Stützblech 17 umfasst einen Außenabschnitt 18, welcher eine flächige Form hat und die Gewindespindel 2 in Radialrichtung überragt. Der Außenabschnitt 18 geht über in einen äußeren zylindrischen Abschnitt 19, dessen Außendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser der Gewindespindel 2 ist. An den äußeren zylindrischen Abschnitt 19 schließt sich radial nach innen ein gewölbter Lagerungsabschnitt 20 des Stützblechs 17, das heißt des zweiten Anschlagelementes, an. Auf der Innenseite des Stützblechs 17 ist durch den Lagerungsabschnitt 20 eine sphärische, konkave Gleitfläche 23 gebildet. Radial nach innen wird das Stützblech 17 abgeschlossen durch einen inneren zylindrischen Abschnitt 21, welcher auch als Aufnahmeabschnitt bezeichnet wird. Im Aufnahmeabschnitt 21 ist die Ventilstange 5 durch Verstemmung gehalten. Alternativ kommt eine Schweiß- oder Lötverbindung zwischen der Ventilstange 5 und dem Stützblech 17 in Betracht. Der mit dem Durchmesser der Ventilstange 5 übereinstimmende Innendurchmesser des Aufnahmeabschnitts 21 ist mit D21 bezeichnet. Der Durchmesser D21 ist, um das geforderte Radialspiel zwischen der Ventilstange und der Gewindespindel 2 herzustellen, signifikant kleiner als der mit D2 bezeichnete Innendurchmesser der Gewindespindel 2.
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Die Gleitfläche 23 des Stützblechs 17 kontaktiert eine korrespondierend geformte, konvexe Gleitfläche 24 der Gewindespindel 2. An ihrer gegenüberliegenden Stirnseite weist die Gewindespindel 2 eine Gleitfläche 25 auf, welche spiegelsymmetrisch zur Gleitfläche 24 ausgebildet ist. Die Gleitfläche 25 kontaktiert eine konkave Gleitfläche 26 des Kupplungselementes 7. Ferner weist das Kupplungselement 7 eine Gleitfläche 27 auf, welche das erste Anschlagelement 6 kontaktiert.
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Das Kupplungselement 7 ist in den Ausführungsbeispielen als Sinterteil aus Metall gefertigt. Auf der dem ersten Anschlagelement 6 zugewandten Seite des Kupplungselementes 7 sind durch dieses zwei Führungsflügel 28 gebildet, welche in einer gemeinsamen Ebene liegen und in eine schlitzförmige Ausnehmung 29 im Anschlagelement 6 eingreifen. In der Draufsicht auf die Ebene, in welcher die Führungsflügel 28 liegen, weist jeder Führungsflügel 28 eine gekrümmte Form auf. Im Kupplungselement 7 befindet sich weiter eine schlitzförmige Ausnehmung 31, welche in einer Ebene liegt, die gegenüber der Ebene, in welcher die Führungsflügel 28 liegen, um 90 Grad gekippt ist. In die Ausnehmung 31 greifen zwei Führungsflügel 30 ein, welche integrale Bestandteile der Gewindespindel 2 sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugelgewindetrieb
- 2
- Gewindespindel
- 3
- Gewinde
- 4
- Kupplung
- 5
- Stange, Ventilstange
- 6
- erstes Anschlagelement
- 7
- Kupplungselement, Schubgelenk
- 8
- Bohrung im Anschlagelement
- 9
- Bohrung im Kupplungselement
- 10
- Bohrung in der Gewindespindel
- 11
- Anschlagscheibe
- 12
- Anschlagbolzen
- 13
- Verlängerungsbolzen
- 14
- Führungselement
- 15
- Schweißverbindung zwischen Führungselement und Verlängerungsbolzen
- 16
- Schweißverbindung zwischen Anschlagscheibe und Anschlagbolzen
- 17
- Stützblech, zweites Anschlagelement
- 18
- Außenabschnitt des Stützblechs
- 19
- äußerer zylindrischer Abschnitt des Stützblechs
- 20
- Lagerungsabschnitt des Stützblechs
- 21
- Aufnahmeabschnitt des Stützblechs, innerer zylindrischer Abschnitt
- 22
- Zwischenhülse
- 23
- Gleitfläche des Stützblechs
- 24
- Gleitfläche der Gewindespindel
- 25
- Gleitfläche der Gewindespindel
- 26
- Gleitfläche des Kupplungselementes, spindelseitig
- 27
- Gleitfläche des Kupplungselementes, anschlagseitig
- 28
- Führungsflügel des Kupplungselementes
- 29
- Ausnehmung im Anschlagelement
- 30
- Führungsflügel der Gewindespindel
- 31
- Ausnehmung im Kupplungselement
- D2
- Innendurchmesser der Gewindespindel
- D21
- Durchmesser des Aufnahmeabschnitts des Stützblechs
- MA
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018116899 A1 [0002]
- WO 2019/001612 A1 [0003]
- DE 102016209119 A1 [0004]
- EP 2683927 B1 [0005]
