DE10207060B4

DE10207060B4 - Antriebseinheit einer Stelleinheit

Info

Publication number: DE10207060B4
Application number: DE10207060.1A
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: 2022-06-02
Anticipated expiration: 2022-02-21
Also published as: DE10207060A1

Abstract

Antriebseinheit einer Stelleinheit miteinem Stellantrieb (1),einer Abtriebswelle (2) und einer Antriebswelle (6) mit zumindest einer mit der Antriebswelle (6) verbundenen Klappe (8) undeiner drehelastischen Kupplung, welche ein Drehmoment der Abtriebswelle (2) des Stellantriebs (1) auf die Antriebswelle (6) in beide Richtungen überträgt, dadurch gekennzeichnet, dassdie drehelastische Kupplung eine mit innerer Vorspannung gewickelte Drehfeder (5) ist, und eine formschlüssige Verbindung zwischen den Drahtenden (4, 4') der Drehfeder (5) und den Enden der Antriebswelle (6) und der Abtriebswelle (2) besteht, über die das Drehmoment übertragbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit einer Stelleinheit mit einem Stellantrieb, einer Abtriebswelle und einer Antriebswelle mit zumindest einer mit der Antriebswelle verbundenen Klappe und einer drehelastischen Kupplung, welche ein Drehmoment der Abtriebswelle des Stellantriebs auf die Antriebswelle in beide Richtungen überträgt.
Das Prinzip solcher Stelleinheiten zur Klappenverstellung ist allgemein bekannt und beispielsweise in DE 196 14 474 A1 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.
Auch ist es aus der WO 95/08068 A1 bekannt, eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle über eine Reibungskupplung miteinander zu verbinden. Dabei wird die Reibung durch eine Schraubenfeder übertragen, die möglichst eng um die Enden der Wellen gewickelt ist, so dass eine ständige Reibungskraft zwischen dem Innendurchmesser der Feder und dem Außendurchmesser der Welle übertragen wird, die zu einer Drehbewegungsübertragung mit Schlupf führt. Bei Klappenantrieben ist ein solcher Schlupf jedoch zu vermeiden, da Endlagenschalter sonst nicht korrekt schalten können. Des Weiteren entsteht ein relativ hoher Verschleiß.
Des Weiteren ist aus der DE 23 31 588 A1 eine Antriebsverbindung zwischen einem schwingungsgedämpft gelagerten Antriebsmotor und einer fest montierten Hydraulikpumpe bekannt, bei welcher der Antriebsmotor über zwei innere und zwei äußere Rohrstücke mit Innengewinde und einer Schraubenfeder mit einer Welle der Hydraulikpumpe gekoppelt ist.
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 und eine Verwendung einer drehelastischen Kupplung zur Drehmomentübertragung bei Klappenantrieben möglich ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die drehelastische Kupplung eine mit innerer Vorspannung gewickelte Drehfeder ist, und eine formschlüssige Verbindung zwischen den Drahtenden der Drehfeder und den Enden der Antriebswelle und der Abtriebswelle besteht, über die das Drehmoment übertragbar ist. 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.
Die Drehfeder ist vorzugsweise eine Schraubenfeder mit diametral geformten Drahtenden, die in entsprechend ausgeformte Schlitze an den Enden der Antriebswelle 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 Abtriebswelle 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.

1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
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 1 können 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

Antriebseinheit einer Stelleinheit mit einem Stellantrieb (1), einer Abtriebswelle (2) und einer Antriebswelle (6) mit zumindest einer mit der Antriebswelle (6) verbundenen Klappe (8) und einer drehelastischen Kupplung, welche ein Drehmoment der Abtriebswelle (2) des Stellantriebs (1) auf die Antriebswelle (6) in beide Richtungen überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die drehelastische Kupplung eine mit innerer Vorspannung gewickelte Drehfeder (5) ist, und eine formschlüssige Verbindung zwischen den Drahtenden (4, 4') der Drehfeder (5) und den Enden der Antriebswelle (6) und der Abtriebswelle (2) besteht, über die das Drehmoment übertragbar ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (1) ein Elektromotor ist, der über zwei integrierte Endlagenschalter verfügt.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehfeder (5) um äußere Umfangsflächen (7) der Antriebs- (6) und der Abtriebswelle (2) gewickelt ist.
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 Antriebswelle (6) und der Abtriebswelle (2) eingreifen.
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 Antriebswelle (6).
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (6) und die Abtriebswelle (2) etwa den gleichen Durchmesser aufweisen.