DE10207060A1

DE10207060A1 - Antriebseinheit einer Stelleinheit

Info

Publication number: DE10207060A1
Application number: DE10207060A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Witte; Josef Schnelker
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2003-08-28
Anticipated expiration: 2022-02-21
Also published as: DE10207060B4

Abstract

Üblicherweise werden Schaltklappenantriebswellen über aufwendige Gestänge und Hebel oder direkt über Stellantriebe mit eingebauter Lagerregelelektronik angetrieben. Nachteil des Antriebs über Gestänge und Hebel ist der hohe Montageaufwand und die große Anzahl benötigter Einzelteile. Bei direktem Antrieb der Schaltklappenantriebswelle über E-Motoren mit Lageregelelektronik können insbesondere die rückwirkend von der Schaltklappenantriebswelle auf das Getriebe des Stellmotors übertragenen Einflüsse nachteilige Auswirkungen erzielen. Des weiteren müßten hier mit hohem Montageaufwand genaueste Fluchtungs- und Fügetoleranzen eingehalten werden. DOLLAR A Hiergegen nutzt die neue Erfindung zur Entkopplung der Abtriebswelle (2) des Stellantriebs (1) von der Schaltklappenantriebswelle (6) einer drehelastische Kupplung (5) in Form einer Schraubenfeder, die formschlüssig mit den beiden Wellenenden verbunden ist. Hierdurch werden Beschädigungen am Stellantrieb (1) vermieden, da Schwingungen, Torsionen und Kräfte, die von der Schaltklappenantriebswelle (6) sonst direkt auf die Antriebseinheit (1) übertragen würden, durch die drehelastische Kupplung (5) in weitem Maße gedämpft werden. Des weiteren wird durch die erfindungsgemäße Ausführung die Anzahl der Bauteile minimiert und gleichzeitig der Montageaufwand erheblich reduziert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit einer Stelleinheit, insbesondere zur Schaltklappenverstellung bei einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Stellantrieb, mit einer Abtriebswelle, einer Kupplung und einer Schaltklappenantriebswelle mit damit verbundenen Schaltklappen.

Das Prinzip solcher Stelleinheiten zur Klappenverstellung ist allgemein bekannt und beispielsweise in DE 196 14 474 beschrieben.

Üblicherweise sind mehrere Schaltklappen über eine gemeinsame Schaltklappenantriebswelle miteinander verbunden. Die Lagerung der Schaltklappenantriebswelle erfolgt in der Regel in einem Gehäuse eines Luftansaugkanalsystems. Das Schwenken der Stellklappen erfolgt beispielsweise mit Hilfe eines Stellmotors, der über einen Hebel oder eine Stange mit einem mit der Schaltklappenantriebswelle verbundenen Antriebshebel verbunden ist. Eine andere Möglichkeit ist ein direkter Antrieb der Schaltklappenantriebswelle über einen Stellantrieb mit einer Lageregelelektronik, die die Schaltklappen in ihre Endlage, also sicher am mechanischen Anschlag anliegend, steuert.

Ein Nachteil dieser letztgenannten Antriebsart sind die hohen damit verbunden Kosten für die Lageregelelektronik. Ferner wird hierdurch die Anzahl der möglichen Fehlerquellen erhöht. Nachteil der Ausführung des Antriebes über Gestänge und Hebel sind ebenfalls die damit verbundenen höheren Anschaffungs- oder Fertigungskosten sowie die aufwendige Montage.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den Stellantrieb so auszuführen, daß obengenannte Nachteile vermieden werden, also Anschaffungs-, und Fertigungskosten sowie der Montageaufwand gesenkt werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine drehelastische Kupplung verwendet wird. Hierdurch kann ein kostengünstiger Stellantrieb, der nur über zwei integrierte Endlagenschalter verfügt, die den Stellantrieb, insbesondere einen Elektromotor stromlos schalten, benutzt werden. Mit einer solchen Stelleinheit können die Schaltklappen sicher in ihre Endlage am mechanischen Anschlag anliegend, geführt werden. Es ist nicht mehr notwendig, eine in der Praxis kaum zu realisierende Synchronisation der Schalterpositionen im Stellantrieb zu den Anschlagpositionen im Ansaugkanal durchzuführen. Zweitens besteht nicht mehr die Gefahr, daß nach dem Abschalten ein Nachlaufen des Antriebs bei bereits anliegenden Schaltklappen zu einer Beschädigung der Getriebekomponenten führt, was ein Blockieren des Systems zur Folge hätte. Des weiteren müssen keine genauen Fluchtungs- und Fügetoleranzen eingehalten werden, die nur mit hohem Aufwand darstellbar wären, da kein Verspannen des gesamten Getriebes beim Zusammenbau entstehen kann, wie es bei einer sonst notwendigen axialen, möglichst spielarmen Ankopplung des Stellantriebs an das Schaltklappenwellenende auftreten könnte. Auch die Übertragung von mechanischen Schwingungen und Torsionen insbesondere aus einem Saugrohr bzw. dem Schaltklappenantriebswellenbereich auf den Verstellantrieb werden durch die drehelastische Kupplung verhindert.

In einer günstigen Ausführungsform wird als drehelastische Kupplung eine Drehfeder verwendet, die die Drehbewegung der Abtriebswelle des Stellantriebs auf die axial angeordnete Schaltklappenantriebswelle in beide Drehrichtungen überträgt. Diese Drehfeder ist vorzugsweise eine Schraubenfeder mit diametral geformten Drahtenden, die in entsprechend ausgeformte Schlitze an den Enden der Schaltklappenantriebswelle und der Abtriebswelle eingreifen. Um die Funktionsweise der Drehfeder sicherzustellen, ist es des weiteren erforderlich, daß die innere Vorspannung der Drehfeder vom Betrag ausreichend höher ausgelegt wird, als das typische Reibmoment der Schaltklappenantriebswelle.

Durch diese erfindungsgemäße Ausführung kommt es aufgrund der drehelastischen Eigenschaften der Kupplung nicht zu einer Blockade oder Überlastung bzw. Zerstörung des Stellantriebs und die Anwendung eines kostengünstigen einfachen Auf-, Zustellers ohne aufwendige Regelelektronik wird ermöglicht. Ferner werden übliche Fluchtungsabweichungen von Schaltklappenantriebswelle und Antriebswelle auf einfache Weise ausgeglichen, wodurch der sonst nötige hohe Montageaufwand entfällt. Mit einer solchen erfindungsgemäßen Ausführung erhält man eine Antriebseinheit, die mit geringem Kostenaufwand zu realisieren ist, sich einfach montieren läßt und zusätzlich einen relativ kleinen Einbauraum benötigt.

Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Antriebseinheit ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
Fig. 2 zeigt eine Explosionsdarstellung der drehelastischen Kupplung mit der Abtriebswelle der Antriebseinheit und der Schaltklappenantriebswelle.
Die Antriebseinheit besteht aus einem Stellantrieb 1 in Form eines Elektromotors mit zwei integrierten Endlagenschaltern sowie der durch ihn angetriebenen Abtriebswelle 2. Diese Abtriebswelle 2 enthält an ihrem Ende eine Nut 3 zur Aufnahme eines ersten Drahtendes 4 einer Drehfeder 5. Diese Drehfeder 5 ist eine Schraubenfeder mit an beiden Seiten diametral geformten Drahtenden 4. Das zweite Drahtende 4' der Drehfeder 5 ist über eine entsprechend geformte Nut 3' am Ende einer Schaltklappenantriebswelle 6 formschlüssig mit dieser verbunden. Die Drehfeder 5 ist also um äußere Umfangsflächen 7 der Schaltklappenantriebswelle 6 bzw. der Abtriebswelle 2 gewickelt.
Die innere Vorspannung der Drehfeder 5 ist vom Betrag ausreichend höher ausgelegt als das typische Reibmoment der Schaltklappenantriebswelle 6.
Durch die formschlüssige Verbindung zwischen den Drahtenden 4, 4' und den Enden der Schaltklappenantriebswelle 6 und der Abtriebswelle 2 der Antriebseinheit 1können nun über die Drehfeder 5 Drehmomente übertragen werden, und somit die Schaltklappen 8 in beide Richtungen bewegt werden. Erreicht bei dieser Anordnung die Schaltklappenwelle 6 einen Endanschlag, dreht der Antrieb 1 selbst weiter und die Drehfeder 5 wird je nach Drehrichtung entweder etwas weiter vorgespannt oder aber entspannt. Sie reagiert also als elastische Kupplung in beide Drehrichtungen. Der Stellantrieb 1 kann demnach weiter drehen bis der jeweilige Endlagenschalter erreicht ist und der Elektromotor im Stellantrieb 1 stromlos geschaltet wird. Die dann erreichte Endlage der Klappen 8 wird mechanisch durch die Selbsthemmung des im Stellantrieb 1 vorhandenen Schneckengetriebes gehalten.
Mit dieser erfindungsgemäßen Ausführung der Antriebseinheit wird der Stellantrieb vor durch die Schaltklappenantriebswelle übertragenen negativen Einflüssen geschützt und somit seine Lebensdauer deutlich erhöht. Des weiteren wird durch diese Ausführung eine weitere Minimierung des Kosten- und Montageaufwandes erreicht, da die Einzelteile der Antriebseinheit kostengünstig zu beschaffen bzw. zu fertigen sind.

Claims

1. Antriebseinheit einer Stelleinheit, insbesondere zur Schaltklappenverstellung bei einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Stellantrieb, mit einer Abtriebswelle, einer Kupplung und einer Schaltklappenantriebswelle mit damit verbundenen Schaltklappen dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung eine drehelastische Kupplung (5) ist.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (1) ein Elektromotor ist, der über zwei integrierte Endlagenschalter verfügt.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drehelastische Kupplung (5) eine mit innerer Vorspannung gewickelte Drehfeder ist und die Drehbewegung der Abtriebswelle (2) des Stellantriebs (1) auf die Schaltklappenantriebswelle (6) in beide Richtungen überträgt.

4. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfeder (5) um äußere Umfangsflächen (7) der Schaltklappenantriebs- (6) und der Abtriebswelle (2) gewickelt ist.

5. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfeder (5) eine Schraubenfeder mit diametral geformten Drahtenden (4), (4') ist, die in entsprechend ausgeformte Nuten (3), (3') an den Enden der Schaltklappenantriebswelle (6) und der Abtriebswelle (2) eingreifen.

6. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Vorspannung der Drehfeder (5) vom Betrag ausreichend höher ausgelegt ist, als das typische Reibmoment der Schaltklappenantriebswelle (6).

7. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltklappenantriebswelle (6) und die Abtriebswelle (2) etwa den gleichen Durchmesser aufweisen.