EP1362406A1 - Method and device for decoupling an actuator from a gear - Google Patents

Method and device for decoupling an actuator from a gear

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Publication number
EP1362406A1
EP1362406A1 EP01984709A EP01984709A EP1362406A1 EP 1362406 A1 EP1362406 A1 EP 1362406A1 EP 01984709 A EP01984709 A EP 01984709A EP 01984709 A EP01984709 A EP 01984709A EP 1362406 A1 EP1362406 A1 EP 1362406A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
actuator
actuator according
coupling part
spoke
disengaging
Prior art date
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Ceased
Application number
EP01984709A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Achim Neubauer
Joerg Aschoff
Werner Dilger
Rolf Pierenkemper
Martin-Peter Bolz
Jochen Moench
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1362406A1 publication Critical patent/EP1362406A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N15/00—Other power-operated starting apparatus; Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from groups F02N5/00 - F02N13/00
    • F02N15/02—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof
    • F02N15/04—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears
    • F02N15/043—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the gearing including a speed reducer
    • F02N15/046—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the gearing including a speed reducer of the planetary type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/20—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially using gears that can be moved out of gear
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/12—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with auxiliary limited movement of stators, rotors or core parts, e.g. rotors axially movable for the purpose of clutching or braking
    • H02K7/125—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with auxiliary limited movement of stators, rotors or core parts, e.g. rotors axially movable for the purpose of clutching or braking magnetically influenced
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/18—Machines moving with multiple degrees of freedom
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/19—Gearing

Definitions

  • servomotors are often used in commercial vehicles and passenger cars, e.g. for actuating the clutch or as geared actuator motors.
  • electric servomotors can also be used on components such as exhaust gas turbochargers to charge mixture-compressing combustion machines.
  • Exhaust gas turbochargers have so far been controlled via the negative pressure determined in the intake manifold; An automatable actuation possibility of such exhaust gas turbochargers is provided by the provision of an electric drive.
  • Servomotors which are usually used as clutch or gear actuators, comprise a direct current electric motor, on the armature shaft of which a slotted corner is meshed, which meshes with a worm wheel; further gear stages can also be provided.
  • the DC electric motor can be used to generate either a linear or a rotational movement.
  • DC motors can be used as servomotors on add-on components of crimping machines, such as an exhaust gas turbocharger. Its turbine impeller drives a compressor impeller, with which a better filling of the cylinders of a Nerbrem ungskraftmaschine can be achieved.
  • EP 0 683 852 B1 discloses an exhaust gas turbocharger for internal combustion engines.
  • the exhaust gas turbocharger comprises a drive shaft which is mounted in a housing with bearing means and which drives an exhaust gas-driven turbine impeller with the impeller of a compressor.
  • a gas flow control device is also provided, which is positioned upstream of the turbine impeller. is niert and serves to adjust the operating performance of the exhaust gas turbocharger.
  • an electrically drivable servomotor is provided for regulating the operation of the gas-flow control device via a linkage in response to an electrical signal, which depends at least on the discharge pressure of the compressor.
  • the housing element has a multi-start guide screw with an external thread, with which a screw member engages with a corresponding internal thread.
  • Either the screw member or the guide screw is arranged so that it or it moves generally in a straight line when the guide screw or the screw member rotates. So the rotation is converted into a movement of the gas flow control device.
  • the motor can either not be adjusted at all or only with relatively high forces.
  • it can no longer be adjusted from its guide vane ring positions at the time of the power failure. Is the guide vane ring on the exhaust gas turbocharger e.g. in the closed position - a flow through the exhaust gas is not possible - it must be ensured on the actuator that is paralyzed by a power failure that the exhaust gas turbocharger is not damaged by excessive engine speed if the accelerator is suddenly accelerated.
  • a shape memory element in the case of electrical drives with a worm drive and a spur gear, which works together with a toothed rack, a shape memory element can be arranged between the sprocket drive and the spur gear - for example an externally meshed pinion - which can be obtained, for example, as a heated wire or a heated spring element .
  • the thermal insulation behavior of the shape memory element can be used in an advantageous manner to produce a non-positive or positive connection between, for example, a power transmission element designed as a pinion gear or pinion, only when the actuator is energized.
  • a heatable shape memory element is also cut off from the power supply, so that its thermal expansion behavior changes the shape of the same. acts.
  • the change in shape of the shape memory element for example a spring element consisting of a NiTi alloy, causes the retraction of, for example, pin-shaped coupling elements from one or more of the power transmission components, so that they can be adjusted relative to one another.
  • the switching temperatures can be set within a wide range. Switching temperatures between - 30 ° C and 350 ° C can be achieved with NiTi alloys.
  • a disengagement element can be accommodated directly on the armature shaft of the electric actuator actuating the actuator.
  • the release element can be designed as a spring which surrounds the armature shaft of the electrical actuator and which is supported on a collar which is provided on the armature shaft.
  • the cogging torque built up by the electromagnetic field, acts between the blec packages of the armature and the stator, which is fixed to the housing.
  • the disengaging element exerts a u-anal force on the armature shaft that exceeds the actuating torque generated by the cogging torque, so that the armature shaft is in total, i.e. also the force transmission elements received on this, are placed out of engagement with the further force transmission elements.
  • a space-saving variant can be created by arranging the downstream transmission on the shaft; the pole pot extension, ie the extension of the housing of the part of the electrical actuator which receives the stator and the actuator shaft, can be provided with a bearing which also absorbs axial forces, so that only minor changes need to be made to already existing systems and the solution proposed according to the invention is economical can be implemented.
  • FIG. 3 an intermeshing worm wheel / pinion arrangement
  • Figure 6.1 is an individual representation of the worm wheel
  • FIG. 6.3 an individual illustration of the disengaging element
  • FIG. 7 shows a detail of the release element
  • FIG. 8.1 another embodiment variant with a release element integrated in the housing in the energized state
  • Figure 8.2 shows an embodiment variant with the release element integrated into the housing in the de-energized state.
  • a piston / cylinder arrangement is also known from the illustration according to FIG. 1, in which a piston moves up and down in a closed cylinder in the direction of movement 6.
  • a coupling element 2 is articulated on the piston movable in the cylinder, which is articulated with its articulation point 4 opposite the piston on a swivel lever 3.
  • the pivot lever 3, which in the illustration according to FIG. 1 is L-shaped, can be pivoted about a pivot axis 5 and describes a pivot path designated by the double arrow 7.
  • the illustration according to FIG. 2 shows an electric drive 12, which cooperates with a worm wheel 13 by means of an attachment shaft 11, on which, for example, a worm could be formed.
  • the worm wheel 13 is provided with an external worm gear toothing on the armature shaft 11 and can be rotated in both directions by the double arrow identified by reference numeral 14.
  • the worm wheel 13 of the gear arrangement 9 has a pinion 10 which is toothed, for example, with an external toothing, the external toothing of which cooperates with a toothed rack 8 which is provided with an external toothing on the side facing the pinion 10.
  • the toothed rack 8 is mounted in the articulation point 4 on a swivel lever 3, which in turn can be moved about a swivel axis 5 and whose free end carries out a swivel movement designated by reference numeral 7 in both directions of the double arrow.
  • FIG. 3 shows the arrangement of intermeshing pinion and externally toothed pinion 10.
  • the top view and the side view of a combined worm gear pinion arrangement show that both force transmission elements 10 and 13 are mounted coaxially to one another.
  • An outer worm gear is arranged on the outside of the pinion gear 13, while the pinion 10 is both provided with an outer gear which. both as a degree toothing and a helical
  • the external toothing 15 of the pinion 10 is not shown in the illustration according to FIG. 3;
  • the worm wheel 13 can be moved in both directions of the double arrow 14 shown in FIG. 3, depending on the direction of rotation of the electric actuator, on the connector shaft 11 of which a worm can be formed. From the representations according to FIGS. 4.1 and 4.2, the top view and the sectional view of a worm wheel / pinion arrangement according to FIG. 3 in the de-energized state come closer.
  • 4.1 shows the coaxial mounting of worm wheel 13 provided with external toothing 17 on a housing shell 18 and on a bearing shaft 16 supporting these elements.
  • the sectional view according to FIG. 4.2 shows the worm gear pinion arrangement in the de-energized state 23.
  • the pinion 10 provided with external teeth 15 is rotatably mounted on the bearing shaft 16.
  • the external toothing 15 of the pinion 10 functioning as a force transmission element can be both a straight toothing and a helical toothing.
  • the pinion 10, which is rotatably received on the bearing shaft 16, is partially embedded in a recess 26 of the worm wheel 13 and is enclosed by worm wheel 13 provided with external fencing 17.
  • the worm wheel 13 as shown in Figure 4.2 is rotatably mounted on the bearing shaft 16, e.g. shrunk onto these to produce a press fit.
  • latching openings 22 are formed on the force transmission element designed as pinion 10.
  • the side walls of the Einrastöf openings 22 - not shown here - can be provided with bevels to facilitate the insertion of coupling pins.
  • a housing shell 18 is provided on the end face of the outer gear 13 provided with an external fence 17.
  • the housing shell 18 encloses a disengaging element 19, which comprises an adjusting element 19.2, a coupling part 19.1 and a heating / insulation element 19.3.
  • the adjusting element 19.2 which is preferably designed as a spiral spring, can either be heated directly or indirectly heated by means of an insulation or heater 19.3 surrounding the adjusting element 19.2.
  • the adjusting element 19.2 can be used as a shape memory element.
  • the adjusting part 19.2 of the disengagement element 19 serving as a shape memory element acts on a coupling part 19.1 of the disengagement element.
  • the adjusting element 19.2 of the disengaging element 19 serving as the shape memory element is not heated by the heater 19.3, ie the pucking spring elements 20 supported in the housing 18 on an end face of the worm wheel 13 press the coupling part 19.1 in the direction of the non-heated foam memory element 19.2, so that the pin-shaped claws remain out of the plurality of latching openings 22, which remain on the end face of the power transmission element designed as pinion 10 opposite the coupling part 19.1.
  • a relative movement and the pinion 10 which can be rotated on the bearing shaft 16, relative to the worm wheel 13 rotated on the bearing shaft 16 is possible.
  • FIGS. 5.1, 5.2 From the representations according to FIGS. 5.1, 5.2, top view and representation of a Sclmeckem-ad / Pitzel order according to FIG. 3 in the energized state are shown in more detail.
  • the top view according to FIG. 5.1 corresponds to the representation already described in connection with FIG. 4.1.
  • the shape memory element which is preferably provided as a spiral spring 19.2, is activated by heating, i.e. by applying a voltage. A positive connection, a blocking of the power transmission elements 13 or 10 is only possible after switching on a supply voltage.
  • the reaction time of the shape memory element 19.2 depends on the heating and is in the range of 1-2 seconds. If the adjusting element 19.2 is formed containing a NiTi alloy, the temperatures at which the adjusting element 19.2 performs its movement can be set within wide ranges. With the material combination mentioned, switching temperatures in the range between - 30 ° C and 350 ° C can be set.
  • the adjusting element 19.2 is preferably designed in such a way that it has a low hysteresis and the longest possible transition temperatures, which bring about the lowest possible thermal loads on the surroundings and little energy loss.
  • the worm wheel 13, provided with an external worm toothing 17, comprises a bearing shaft bore 27 with which the worm wheel 13 can be shrunk onto the bearing shaft 16.
  • the openings through which the pin-shaped claw elements of the coupling part 19.1 (see illustration according to FIG. 5.2) penetrate the worm wheel 13 are identified by position symbols 21.
  • the recess 26 can be germinated, which receives a part of the pinion 10, which cooperates with the worm wheel 13 and serves as a force transmission element.
  • the pinion 10 (not shown in FIG. 6.1) is arranged coaxially on the layer shaft 16 on which the scline corner wheel 13 could be attached by means of a press fit.
  • the illustration according to FIG. 6.2 shows an individual illustration of the force transmission element serving as a pinion.
  • the plan view of the pinion 10 shows that this also contains a bearing shaft bore 27 through which a bearing shaft 16 is felt, on which the pinion 10 is rotatably received.
  • a number of latching openings 22 are provided on the circumference of the pinion element 10, in the plan view according to FIG. 6.2, for example, eight latching openings 22.
  • the latching openings 22 are in a latching rastöffh igstiefe 28 formed, which ensure a safe retraction of the pin-shaped claws of the coupling part 19.1 of the disengaging element 19.
  • the wall 30 of the snap-in openings 22 can be provided with a bevel in order to make it easier to retract the pin-shaped claw elements formed on the coupling part 19.1. 5
  • the disengagement element 19 is shown in more detail in the illustration according to FIG. 6.3.
  • the disengaging element 19 as shown in FIG. 6.1 comprises a housing shell 18 on which an insulation / heating element 19.3 is arranged. This surrounds serving as the shape-memory element old element 19.2 such that the engaging member 19.2 is given by the 0 wall heating and a thermal expansion of the Anstellelementes is obtained 19.2, which ELEMENTS a displacement of the coupling member 19.1 against the action of remindstelle- 'allows 20th If the power supply to the heater on the heating element 19.3 breaks down, the adjusting element 19.2 assumes its original position, ie the coupling part 19.1 is reset by the force of the restoring elements 20 in the direction of the now unheated shape memory element 19.2.
  • FIG. 7 shows that the pins 29 of the coupling part 19.1 serving as claws can have slight bevels in their front area.
  • attached wall portions 30 may also be provided, as a result of which the friction between the pins 29 of the coupling part 19.1 and the walls of the latching openings 22 in the pinion 20 can be reduced.
  • an electric actuator 12 drives a gear arrangement 9, an output gear 40 which meshes with a drive wheel 41 of the gear arrangement being accommodated on the armature shaft 11 of the electrical actuator 12.
  • the shaft of the gear assembly 9 receiving the drive wheel 41 is mounted in bearings 42; a worm is formed on the shaft, which meshes with the external toothing 19 of a worm wheel 13.
  • the driven wheel 40 received on the armature shaft 11 of the electric actuator 12 transmits the torque at the transmission point 44 to the drive wheel 41.
  • the gear wheels 40 and 41 can be designed either in degrees or in helical teeth. 15 A Schrägverzahnimg of the gears 40 and 41 is for the sake of lung Geisseschentwick- desirable further facilitates the formation of a helical toothing easier meshing of the gears of gear teeth into one another "at initial and clutch engagement.
  • the stator sheet pallets 51 which represent the stator windings, as well as the armature sheet assemblies 50 on the armature shaft 11 have current flowing through them on the pole pot 52 and are therefore easily flowed by the permanent magnets against the force of the pretensioned release element 19 in FIG 8.1 shown operating position representing the energized state 54 held.
  • the preferably surrounding the armature shaft 11 Ausrüc element 5 19 is supported on a arranged in a housing part 48 radial / axial bearing 46 and on a formed on the Anlcerwelle 11 collar 47.
  • the position of the magnet shaft 11 shown in FIG. 8.1 relative to the pole pot housing 52 is also assumed each time the electrical actuator 12 is reversed, since the electromagnetic field does not collapse.
  • the spring force of the release element 19, which is preferably designed as a spiral spring, is so
  • the gear arrangement 9, which is connected downstream of the drive wheels 40, 41, is " preferably designed so that it represents as little resistance as possible against adjustment by forces of the actuating system, in order to ensure any adjustability even in the event of a power failure.
  • the gear arrangement 9 is therefore to design the worm formed on the bearing shaft 40 accommodated in the bearings 42 with as little self-locking as possible so that a relative adjustment of the worm and worm wheel 13 to one another is possible since the additional gear arrangement 9 for the decoupling makes an important contribution to a suitable choice of gear sizes Kaim provide gear reduction, it is often possible to dispense with strongly inhibiting gear elements and - as shown in the illustrations according to FIGS. 8.1 and 8.2 - to apply spur gears, planet gears or other smooth-running 2X1 gears.
  • FIG. 8.2 shows the arrangement according to FIG. 8.1 with the release element integrated in the housing in the de-energized state.
  • the torque transmission at the driven gear 40 and the drive gear 41 is decoupled by axial displacement of the shaft 11 in the pole pot housing 48.52 of the electrical actuator 12.
  • the thrust washer 45 is brought into contact with the housing part 48 by relaxing the prestressed locking element 19, i.e. the gears 40 and 41 are disengaged.
  • the armature shaft 11 of the electric actuator 12 is completely reset in its armature shaft bearing 53 in the pole pot housing 52.
  • the magnetic force causes the armature shaft to be drawn into its working position in such a way that the retracting movement is dampened by slow pretensioning of the pressing element 19. If the electric actuator 12 is controlled in such a way that it rotates slowly into its working position when the armature shaft is axially displaced 11, then the two toothings of the driven gear 40 and the driving gear 41 mesh well into one another.
  • the electrical actuator 12 When the electrical actuator 12 is in the energized state 54 as shown in FIG. 8.1, it must be ensured that the electrical actuator is energized with at least about 7 to 10% in normal operation in order to always obtain sufficiently large electromagnetic field forces which prevent unwanted end coupling or Prevent the armature shaft 11 from retracting into the energized state 54 at any time of operation.
  • the decoupling system proposed according to the invention can also be applied to brushless motors which are suitable for 42 volts, such as BLDC or SR motors.
  • brushless motors which are suitable for 42 volts, such as BLDC or SR motors.

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Abstract

The invention relates to an actuating drive for actuating drive components or adjustment components in vehicles. The actuating drive comprises an electrical actuator (12) actuating force transmitting elements (19, 13, 40, 41). Said elements transmit the adjustment stroke to the drive or adjustment components to be adjusted. A decoupling element (19) is provided, which interrupts the transmission of force by the force transmitting elements (10, 13; 40, 41) when the electric actuator is in a currentless state (23, 55).

Description

VORRICHTUNG ZUR ENTKOPPLUNG EINES ELEKTRISCHEN AKTUATORS VON EINEM GETRIEBEDEVICE FOR DECOUPLING AN ELECTRICAL ACTUATOR FROM A GEARBOX
Verfahren und Vorrichtung zur Entkopplung eines Aktiiators von einein GetriebeMethod and device for decoupling an actuator from a transmission
Technisches GebietTechnical field
Im Automobilbereich werden bei Nutzfahrzeugen und Personenkraftwagen häufig Stell- motoren eingesetzt, so z.B. zur Betätigung der Kupplimg oder als Getriebestellmotoren. Daneben lassen sich elektrische Stellmotoren auch an Komponenten wie Abgasturboladern zur Aufladung von gemischverdichtenden Verbremiungslαartmaschinen einsetzen. Ab- gasturbolader wurden bisher über den im Saugrohr ermittelten Unterdruck angesteuert; eine automatisierbare Betätigungsmöglichkeit solcher Abgasturbolader ist durch das Vor- sehen eines elektrischen Antriebes gegeben.In the automotive sector, servomotors are often used in commercial vehicles and passenger cars, e.g. for actuating the clutch or as geared actuator motors. In addition, electric servomotors can also be used on components such as exhaust gas turbochargers to charge mixture-compressing combustion machines. Exhaust gas turbochargers have so far been controlled via the negative pressure determined in the intake manifold; An automatable actuation possibility of such exhaust gas turbochargers is provided by the provision of an electric drive.
Stand der TechnikState of the art
Stellmotoren, die üblicherweise als Kupplungs- oder Getriebesteller eingesetzt werden, umfassen einen Gleichstrom-Elektromotor, auf dessen Ankerwelle eine Sclmecke ange- fonnt ist, welche mit einem Schneckenrad kämmt; es können darüber hinaus auch weitere Getriebestufen vorgesehen sein. Mittels des Gleichstrom-Elektromotors kann entweder eine Linear- oder eine Rotationsbewegung erzeugt werden.Servomotors, which are usually used as clutch or gear actuators, comprise a direct current electric motor, on the armature shaft of which a slotted corner is meshed, which meshes with a worm wheel; further gear stages can also be provided. The DC electric motor can be used to generate either a linear or a rotational movement.
Daneben können Gleichstrommotoren als Stellmotoren an Anbaukomponenten von Ver- breimungsl aftmaschinen wie z.B. einem Abgasturbolader eingesetzt werden. Dessen Turbinenlaufrad treibt ein Verdichterlaufrad an, mit welchem eine bessere Füllung der Zylinder einer Nerbrem ungskraftmaschine erreicht werden kann. In EP 0 683 852 Bl ist ein Abgasturbolader für Brennkraftmaschinen offenbart. Der Abgasturbolader umfaßt eine mit Lagermitteln in einem Gehäuse angebrachte Antriebswelle, die ein abgasgetriebenes Turbinenlaufrad mit dem Laufrad eines Verdichters antriebsmäßig verbindet. Es ist ferner eine Gasstrom-Steuervorrichtung vorgesehen, die stromaufwärts vom Tui'binenlaufrad positio- niert ist und zur Einstellung der Betriebsleistung des Abgasturboladers dient. Ferner ist ein elektrisch antreibbarεr Stellmotor zur Regulierung des Betriebes der Gas-Strom- Steuei-vorrichtung über ein Gestängemittel als Reaktion auf ein elektrisches Signal vorgesehen, das zumindest vom Austrittsdruck des Verdichters abhängt.In addition, DC motors can be used as servomotors on add-on components of crimping machines, such as an exhaust gas turbocharger. Its turbine impeller drives a compressor impeller, with which a better filling of the cylinders of a Nerbrem ungskraftmaschine can be achieved. EP 0 683 852 B1 discloses an exhaust gas turbocharger for internal combustion engines. The exhaust gas turbocharger comprises a drive shaft which is mounted in a housing with bearing means and which drives an exhaust gas-driven turbine impeller with the impeller of a compressor. A gas flow control device is also provided, which is positioned upstream of the turbine impeller. is niert and serves to adjust the operating performance of the exhaust gas turbocharger. Furthermore, an electrically drivable servomotor is provided for regulating the operation of the gas-flow control device via a linkage in response to an electrical signal, which depends at least on the discharge pressure of the compressor.
Das Gehäuseniittel weist eine ein Außengewinde aufweisende mehrgängige Führungsschraube auf, mit der ein Schraubglied mit einem entsprechenden Innengewinde in Eingriff steht. Entweder das Schraubglied oder die Führungsschraube ist so angeordnet, daß es bzw. sie sich bei der Drehung der Führungsschraube bzw. des Schraubglieds allgemein geradli- nig bewegt. So wird die Drehung in eine Bewegung der Gas-Strom-Steuereinrichtung umgewandelt.The housing element has a multi-start guide screw with an external thread, with which a screw member engages with a corresponding internal thread. Either the screw member or the guide screw is arranged so that it or it moves generally in a straight line when the guide screw or the screw member rotates. So the rotation is converted into a movement of the gas flow control device.
Bei Stromausfall an dem als Gleichstrommotor ausgebildeten elektrischen Antrieb ist eine Verstellung des Motors entweder gar nicht oder nur mit relativ hohen Kräften möglich. Bei Einsatz an einem Abgasturbolader läßt sich dieser aus seiner zum Zeitpunkt des Stromausfalles herrschenden Leitschaufelringstellungen nicht mehr verstellen. Steht der Leitschaufelring am Abgasturbolader z.B. in geschlossener Position - ist eine Durchströmung durch das Abgas nicht möglich - so muß am bei durch Stromausfall lahmgelegten Stellantrieb sichergestellt sein, daß bei plötzlichem Gasgeben der Abgasturbolader nicht durch eine zu hohe Drehzahl Schaden nimmt.In the event of a power failure on the electric drive designed as a direct current motor, the motor can either not be adjusted at all or only with relatively high forces. When used on an exhaust gas turbocharger, it can no longer be adjusted from its guide vane ring positions at the time of the power failure. Is the guide vane ring on the exhaust gas turbocharger e.g. in the closed position - a flow through the exhaust gas is not possible - it must be ensured on the actuator that is paralyzed by a power failure that the exhaust gas turbocharger is not damaged by excessive engine speed if the accelerator is suddenly accelerated.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Mittels der in den Ausfuhrungsvarianten der Erfindung nachfolgenden dargestellten Lö- sungen lassen sich eine Reihe von Vorteilen in bezug auf eine Verstellung eines Abgasturboladers mit elektrischem Stellantrieb bei Stromausfall an diesem erzielen.By means of the solutions shown in the embodiment variants of the invention, a number of advantages can be achieved in relation to the adjustment of an exhaust gas turbocharger with an electric actuator in the event of a power failure on the latter.
Erfindungsgemäß läßt sich bei elektrischen Antrieben mit einem Schneckenantrieb und einem Stirnrad, welches mit einer Zahnstange zusammenarbeitet, zwischen Sclmeckenan- trieb und Stirnrad - z.B. ein außenverzalmtes Ritzel - ein Formgedächtnis-Element anordnen, welches z.B. als ein beheizbarer Draht oder ein beheizbares Federelement beschaffen sein kann. Das Wärmedelmungsverhalten des Formgedächtnis-Elementes kann in vorteilhafter Weise dazu benutzt werden, nur im bestromten Zustand des Stellantriebes eine kraft- oder formschlüssige Verbindung zwischen z.B. als Sclmeckenrad oder Ritzel ausgebildeten Kraftübertragungselementen herzustellen. Bei Stromausfall am elektrischen Alctuator ist auch ein beheizbar ausgeführtes Formgedächtnis-Element von der Stromversorgung abgeschnitten, so daß dessen Wärmedehnungsverhalten eine Formänderung an demselben be- wirkt. Die Formänderung des Formgedächtnis-Elementes, z.B. ein aus einer NiTi- Legierung bestehendes Federelement, bewirkt das Zurückfahren von beispielsweise stif - föπnig ausgebildeten Kupplungselementen aus einer oder mehrerer der Kraftübertragungskomponenten, so daß diese relativ zueinander verstellbar sind.According to the invention, in the case of electrical drives with a worm drive and a spur gear, which works together with a toothed rack, a shape memory element can be arranged between the sprocket drive and the spur gear - for example an externally meshed pinion - which can be obtained, for example, as a heated wire or a heated spring element , The thermal insulation behavior of the shape memory element can be used in an advantageous manner to produce a non-positive or positive connection between, for example, a power transmission element designed as a pinion gear or pinion, only when the actuator is energized. In the event of a power failure on the electrical actuator, a heatable shape memory element is also cut off from the power supply, so that its thermal expansion behavior changes the shape of the same. acts. The change in shape of the shape memory element, for example a spring element consisting of a NiTi alloy, causes the retraction of, for example, pin-shaped coupling elements from one or more of the power transmission components, so that they can be adjusted relative to one another.
Wird ein derart ausgestalteter Antrieb zur Versteilung an einem Abgasturbolader an einer Verbremiungskraftmaschine eingesetzt, lassen sich dessen Turbinensteiler und der stromlose Stellantrieb sofort voneinander entkoppeln. Die Reibkräfte sind nach der Entkopplung so gering, daß schon geringe Strömungskräfte ein sicheres Öffnen des Leitschaufelrings am Abgasturbolader ermöglichen. Damit ist dieser wirksam vor Beschädigungen bei Stromausfall am elektrischen Stellantrieb geschützt.If a drive designed in this way is used to position an exhaust gas turbocharger on a combustion engine, its turbine divider and the currentless actuator can be immediately decoupled from one another. After decoupling, the frictional forces are so low that even small flow forces enable the guide vane ring on the exhaust gas turbocharger to be opened safely. This effectively protects it from damage in the event of a power failure on the electric actuator.
Durch die erfindungsgemäß geschilderte Ausfithrungsvariante ist eine Entkopplung eines Getriebes nach Vornahme geringfügiger Modifikationen am Stellantrieb möglich,Due to the embodiment variant described according to the invention, a decoupling of a transmission is possible after minor modifications have been made to the actuator.
so daß weitestgehend auf bewährte Baukomponenten zurückgegriffen werden kann. Bei Einsatz von Formgedächtnis-Elementen aus NiTi-Legierungen lassen sich die Schalttemperaturen in einem weiten Bereich einstellen. Mit NiTi-Legierungen lassen sich Schalttemperaturen zwischen - 30°C und 350°C erzielen.so that proven components can be used as far as possible. When using shape memory elements made of NiTi alloys, the switching temperatures can be set within a wide range. Switching temperatures between - 30 ° C and 350 ° C can be achieved with NiTi alloys.
In einer weiteren Ausfuhrungsvariante des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens läßt sich ein Ausrückelement an der Ankerwelle des den Stellantrieb betätigenden elektrischen Aktuators unmittelbar aufnehmen. Das Ausrückelement läßt sich im einfachsten Fall als eine die Ankerwelle des elektrischen Aktuators umgebende Feder ausbilden, die sich an einem Bund, der auf der Ankerwelle vorgesehen ist, abstützt. Bei Stromausfall wirkt zwischen den Blec paketen des Ankers und des gehäusefest angeordneten Ständers das Rastmoment, aufgebaut durch das elektromagnetische Feld. Das Ausrückelement übt auf die Ankerwelle eine die durch das Rastmoment erzeugte Stellkrau übersteigende u-anslatori- sche Kraft aus, so daß die Ankerwelle in toto, d.h. auch die an dieser aufgenommenen Kraft bertragungselemente, außer Eingriff mit den weiteren Kraftübertragungselementen gestellt werden.In a further embodiment variant of the idea on which the invention is based, a disengagement element can be accommodated directly on the armature shaft of the electric actuator actuating the actuator. In the simplest case, the release element can be designed as a spring which surrounds the armature shaft of the electrical actuator and which is supported on a collar which is provided on the armature shaft. In the event of a power failure, the cogging torque, built up by the electromagnetic field, acts between the blec packages of the armature and the stator, which is fixed to the housing. The disengaging element exerts a u-anal force on the armature shaft that exceeds the actuating torque generated by the cogging torque, so that the armature shaft is in total, i.e. also the force transmission elements received on this, are placed out of engagement with the further force transmission elements.
In bestromten Zustand sind die Wicklungen des elektrischen Aktuators stromd tirchflossen und werden daher problemlos von den Permanentmagneten gegen die Kraft eines gespannten Ausrückelementes in der Betriebsposition gehalten. Es köimen Arbeits- und End- positionsgeber am elektrischen Aktuator vorgesehen werden, ohne daß aufwendige Modi- fikatonen an diesem vorzunehmen sind. Mit dieser Ausfuhrungsvariante der erfindungsgemäßen Lösung kann durch Anordnung des nachgeordneten Getriebes auf der Anlcerwelle eine platzsparende Variante geschaffen werden; die Poltopfverlängerung, d.h. die Verlängerung des Gehäuses des den Ständer und die A-nlcerwelle aufnehmenden Teils des elektrischen Aktuators kann mit einem auch axial Kräfte aufnehmenden Lager versehen werden, so daß lediglich geringfügige Änderungen an bereits bestehenden Systemen vorzunehmen sind und sich die erfmdungsgemäß vorgeschlagene Lösung wirtschaftlich umsetzen läßt.In the energized state, the windings of the electrical actuator are current-carrying and are therefore easily held in the operating position by the permanent magnets against the force of a tensioned release element. Work and end position transmitters can be provided on the electrical actuator without the need for complex modifications. With this embodiment variant of the solution according to the invention, a space-saving variant can be created by arranging the downstream transmission on the shaft; the pole pot extension, ie the extension of the housing of the part of the electrical actuator which receives the stator and the actuator shaft, can be provided with a bearing which also absorbs axial forces, so that only minor changes need to be made to already existing systems and the solution proposed according to the invention is economical can be implemented.
Zeichnungdrawing
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend en detail erläutert.The invention is explained in detail below with reference to the drawing.
Es zeigt:It shows:
15 Figuren 1, 2 aus dem Stand der Technik bekamite Stellantriebe,15 Figures 1, 2 from the prior art gotite actuators,
Figur 3 eine ineinander gesteckte Schneckenrad-/Ritzelanordnung,FIG. 3 an intermeshing worm wheel / pinion arrangement,
Figuren 4.1, 4.2 Draufsicht und Schnittdarstellung der Schnecken0 rad/Ritzelanordnung gemäß Figur 3 in unbestromtem Zustand,4.1, 4.2 top view and sectional view of the worm wheel / pinion arrangement according to FIG. 3 in the de-energized state,
Figur 5.1, 5.2 Draufsicht und Schnittdarstellung der Schneckenrad/Ritzelanordnung gemäß Figur 3 in bestromtem Zustand,5.1, 5.2 top view and sectional view of the worm wheel / pinion arrangement according to FIG. 3 in the energized state,
Figur 6.1 eine Einzeldarstellung des SchneckenradesFigure 6.1 is an individual representation of the worm wheel
Figur 6.2 eine Einzeldarstellung des Ritzels,6.2 an individual representation of the pinion,
Figur 6.3 eine Einzeldarstellung des Ausrückelementes,FIG. 6.3 an individual illustration of the disengaging element,
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Figur 7 ein Detail des Ausrückelementes,FIG. 7 shows a detail of the release element,
Figur 8.1 eine weitere Ausführungsvariante mit gehäuseintegriertem Ausrük- kelement in bestromtem Zustand undFIG. 8.1 another embodiment variant with a release element integrated in the housing in the energized state and
_._)_._)
Figur 8.2 eine Ausführungsvariante mit gehäuseintegriertem Ausrückelement in unbestromtem Zustand. AusführuiigsvariantenFigure 8.2 shows an embodiment variant with the release element integrated into the housing in the de-energized state. Ausführuiigsvarianten
Den Darstellungen gemäß der Figuren 1 und 2 sind aus dem Stande der Technik bekannte Stellantriebe entnehmbar.Actuators known from the prior art can be seen from the representations according to FIGS. 1 and 2.
Auch aus der Darstellung gemäß Figur 1 ist eine Kolben-/Zylinderanordnung bekannt, bei der sich ein Kolben in einem geschlossenen Zylinder in Bewegungsrichtung 6 auf- und abbewegt. In Anlenkpunlct 4 ist ein Koppelelement 2 am im Zylinder bewegbaren Kolben angelenlct, welches mit seinem dem Kolben gegenüberliegenden Anlenkpunlct 4 an einem Schwenkhebel 3 gelenkig gelagert ist. Der Schwenkhebel 3, der in der Darstellung gemäß Figur 1 in L-Form ausgebildet ist, ist um eine Schwenkachse 5 verschwenkbar und beschreibt einen mit dem Dooppelpfeil 7 bezeichneten Schwenkweg. Der Darstellung gemäß Figur 2 ist ein Elektroantrieb 12 entnehmbar, der mittels einer Anlcerwelle 11, auf welchem z.B. eine Schnecke angeformt sein kamt, mit einem Schneckenrad 13 zusammenarbeitet. * Das Schneckenrad 13 ist mit einer zur auf der Ankerwelle 11 korrespondierenden Schnek- kenradaußenverzahnung versehen und in beide Richtungen des mit Bezugszeichen 14 identifizierten Doppelpfeiles verdrehbar.. Koaxial zum . Schneckenrad 13 der Getriebeanordnung 9 ist ein z.B. mit einer Außenverzahnung verzahntes Ritzel 10 gelagert, dessen Außenverzahnung mit einer Zahnstange 8 zusammenarbeitet, die an der dem Ritzel 10 zuweisenden Seite mit einer Außenverzahnung versehen ist. Die Zahnstange 8 ist im Anlenk- pυnkt 4 an einem Schwenkhebel 3 gelagert, der seinerseits um eine Schwenkachse 5 bewegbar ist und dessen freies Ende eine mit Bezugszeichen 7 bezeichnete Schwenkbewegung in beide Richtungen des Doppelpfeiles ausführt.A piston / cylinder arrangement is also known from the illustration according to FIG. 1, in which a piston moves up and down in a closed cylinder in the direction of movement 6. In articulation point 4, a coupling element 2 is articulated on the piston movable in the cylinder, which is articulated with its articulation point 4 opposite the piston on a swivel lever 3. The pivot lever 3, which in the illustration according to FIG. 1 is L-shaped, can be pivoted about a pivot axis 5 and describes a pivot path designated by the double arrow 7. The illustration according to FIG. 2 shows an electric drive 12, which cooperates with a worm wheel 13 by means of an attachment shaft 11, on which, for example, a worm could be formed. * The worm wheel 13 is provided with an external worm gear toothing on the armature shaft 11 and can be rotated in both directions by the double arrow identified by reference numeral 14. The worm wheel 13 of the gear arrangement 9 has a pinion 10 which is toothed, for example, with an external toothing, the external toothing of which cooperates with a toothed rack 8 which is provided with an external toothing on the side facing the pinion 10. The toothed rack 8 is mounted in the articulation point 4 on a swivel lever 3, which in turn can be moved about a swivel axis 5 and whose free end carries out a swivel movement designated by reference numeral 7 in both directions of the double arrow.
Die Darstellung gemäß Figur 3 zeigt die Anordnung von ineinander gesteckten Steckeπxad- und außenverzahntem Ritzel 10. Der Draufsicht und der Seitenansicht einer kombinierten Schneckenrad-Ritzelanordnung ist entnehmbar, daß beide Kraftübertragungselemente 10 bzw. 13 koaxial zueinander gelagert sind. An der Außenseite des Sclmeckenrades 13 ist eine Schneckenradaußenverzahnung angeordnet, während das Ritzel 10 sowohl mit einer Außenverzahnung versehen ist, die. sowohl als eine Gradverzahnung als auch eine Schräg-The illustration according to FIG. 3 shows the arrangement of intermeshing pinion and externally toothed pinion 10. The top view and the side view of a combined worm gear pinion arrangement show that both force transmission elements 10 and 13 are mounted coaxially to one another. An outer worm gear is arranged on the outside of the pinion gear 13, while the pinion 10 is both provided with an outer gear which. both as a degree toothing and a helical
verzahnung beschaffen sein kann. Die Außenverzahnung 15 des Ritzels 10 ist in der Darstellung gemäß Figur 3 ist nicht dargestellt; das Schneckenrad 13 läßt sich in beide Rich- tungen des in Figur 3 gezeigten Doppelpfeiles 14 bewegen, je nach Drehrichtαng des elektrischen Aktuators, an dessen Anlcerwelle 11 eine Schnecke angeformt sein kann. Aus den Darstellungen gemäß der Figuren 4.1 bzw. 4.2 gehen Draufsicht und Schnittdarstellung einer Schneckenrad-/Ritzelanordnung gemäß Figur 3 in unbestromtem Zustand näher hevor.gearing can be created. The external toothing 15 of the pinion 10 is not shown in the illustration according to FIG. 3; The worm wheel 13 can be moved in both directions of the double arrow 14 shown in FIG. 3, depending on the direction of rotation of the electric actuator, on the connector shaft 11 of which a worm can be formed. From the representations according to FIGS. 4.1 and 4.2, the top view and the sectional view of a worm wheel / pinion arrangement according to FIG. 3 in the de-energized state come closer.
Aus der Draufsicht gemäß der Darstellung in Figur 4.1 geht die koaxiale Lagerung von mit einer Außenverzahnung 17 versehenem Schneckenrad 13 an einer Gehäuseschale 18 sowie an einer diese Elemente lagernden Lagerwelle 16 näher hervor.4.1 shows the coaxial mounting of worm wheel 13 provided with external toothing 17 on a housing shell 18 and on a bearing shaft 16 supporting these elements.
Die Schnittdarstellung gemäß Figur 4.2 zeigt die Schneckenrad- Ritzelanordntιng in unbe- stromtem Zustand 23. Auf der Lagerungswelle 16 ist das mit einer Außenverzahnung 15 versehene Ritzel 10 verdrehbar gelagert. Bei der Außenverzahnung 15 des als Kraftübertragungselement fungierenden Ritzels 10 kann es sich sowohl um eine Gradverzahnung wie auch um eine Schrägverzabnung handeln. Das Ritzel 10, welches auf der Lagerwelle 16 verdrehbar aufgenommen ist, ist teilweise in einer Ausnehmung 26 des Schneckenrades 13 eingelassen und wird von mit einer Außenverzaimung 17 versehenen Schneckenrad 13 umschlossen. Das Schneckenrad 13 gemäß der Darstellung in Figur 4.2 ist drehfest auf der Lagerwelle 16 gelagert, z.B. auf diese einen Pressitz erzeugend aufgeschrumpft.The sectional view according to FIG. 4.2 shows the worm gear pinion arrangement in the de-energized state 23. The pinion 10 provided with external teeth 15 is rotatably mounted on the bearing shaft 16. The external toothing 15 of the pinion 10 functioning as a force transmission element can be both a straight toothing and a helical toothing. The pinion 10, which is rotatably received on the bearing shaft 16, is partially embedded in a recess 26 of the worm wheel 13 and is enclosed by worm wheel 13 provided with external fencing 17. The worm wheel 13 as shown in Figure 4.2 is rotatably mounted on the bearing shaft 16, e.g. shrunk onto these to produce a press fit.
Am als Ritzel 10 ausgebildeten Kraftübertragungselement sind gemäß der Darstellung in Figur 4.2 einander gegenüberliegend Einrastöffnungen 22 ausgebildet. Die Seitenwände der Einrastöf nungen 22 können - hier nicht dargestellt - mit Anschrägungen versehen sein, um das Einfahren von Kupplungsstiften zu erleichtern.According to the illustration in FIG. 4.2, latching openings 22 are formed on the force transmission element designed as pinion 10. The side walls of the Einrastöf openings 22 - not shown here - can be provided with bevels to facilitate the insertion of coupling pins.
An der Stirnseite des mit einer Außenverzaimung 17 versehenen Sclmeckenrades 13 ist eine Gehäuseschale 18 vorgesehen. Die Gehäuseschale 18 umschließt ein Ausrückelement 19, welches ein Anstellelement 19.2, einen Kupplungsteil 19.1 sowie ein Heizungs- /Isolationselement 19.3 umfaßt. In der Ausführungsvariante, die in den Figuren 4.1 bzw. 4.2 dargestellt ist, kann das vorzugsweise als Spiralfeder ausgebildete Anstellelement 19.2 entweder direkt beheizt werden oder mittels einer das Anstellelement 19.2 umschließenden Isolation bzw. Heizer 19.3 mittelbar beheizt werden. Dadurch läßt sich das Anstellelement 19.2 als ein Formgedächtnis-Element einsetzen. Das als Formgedächtnis-Element dienende Anstellteil 19.2 des Ausrtickelementes 19 wirkt auf ein Kupplungsteil 19.1 des Ausrückelementes ein. Dieses ist mittels eines oder mehrerer Rückstellfederelementε 20 gegen eine Stirnwand des Schneckenrades 13 vorgespannt. Am Kupplungsteil 19.1 sind darüber hin- aus das Sclmeckem-ad 13 in Bohrungen 21 oder Öffnungen durchsetzende stiitförmigε Klauen angebracht, welche in die bereits erwähnten Eimastöffhungen 22 des als Ritzel 10 konfigurierten Kraftübertragungselementes einfahren. In der Schnittdarstellung der Schnecken-/Ritzelanordnung gemäß Figur 4.2 befindet sich das Ausrückelement 19 in einer eine Relativdrehung zwischen dem Kraftübertragungsele- menten Schneckenrad 13 und Ritzels 10 ermöglichenden Position. In diesem Zustand ist das als Formgedächtnis-Element dienende Anstellelement 19.2 des Ausrückelementes 19 durch die Heizung 19.3 nicht beheizt, d.h. die im Gehäuse 18 sich an einer Stirnseite des Schneckenrades 13 abstützenden Pαickstellfedεrelεmente 20 drücken das Kupplungsteil 19.1 in Richtung auf das nicht beheiztes Foimgedächtnis-Element 19.2, so daß die stift- föπnigen Klauen aus der Mehrzahl von Einrastöffnungen 22, die an der dem Kupplungsteil 19.1 gegenüberliegenden Stirnseite des als Ritzel 10 ausgebildeten Kraftübertragungsele- mentes ausgefaliren bleiben. Durch Ausrücken der stiftförmigen Klauen aus den Einrastöffnungen 22 ist eine Relativbewegung und des Ritzels 10, welches auf der Lagerungswelle 16 verdrehbar ist, relativ zu dem auf der Lagerangswelle 16 drehtest aufgenoimnenen Schneckenrad 13 möglich.A housing shell 18 is provided on the end face of the outer gear 13 provided with an external fence 17. The housing shell 18 encloses a disengaging element 19, which comprises an adjusting element 19.2, a coupling part 19.1 and a heating / insulation element 19.3. In the embodiment variant, which is shown in FIGS. 4.1 and 4.2, the adjusting element 19.2, which is preferably designed as a spiral spring, can either be heated directly or indirectly heated by means of an insulation or heater 19.3 surrounding the adjusting element 19.2. As a result, the adjusting element 19.2 can be used as a shape memory element. The adjusting part 19.2 of the disengagement element 19 serving as a shape memory element acts on a coupling part 19.1 of the disengagement element. This is prestressed by means of one or more return spring elements 20 against an end wall of the worm wheel 13. On the coupling part 19.1 there are furthermore stiit-shaped claws which penetrate the bores 21 or openings in bores 21 or openings and which move into the egg mast openings 22 of the power transmission element configured as pinion 10. In the sectional view of the worm / pinion arrangement according to FIG. 4.2, the disengaging element 19 is in a position which enables a relative rotation between the power transmission elements worm wheel 13 and pinion 10. In this state, the adjusting element 19.2 of the disengaging element 19 serving as the shape memory element is not heated by the heater 19.3, ie the pucking spring elements 20 supported in the housing 18 on an end face of the worm wheel 13 press the coupling part 19.1 in the direction of the non-heated foam memory element 19.2, so that the pin-shaped claws remain out of the plurality of latching openings 22, which remain on the end face of the power transmission element designed as pinion 10 opposite the coupling part 19.1. By disengaging the pin-shaped claws from the latching openings 22, a relative movement and the pinion 10, which can be rotated on the bearing shaft 16, relative to the worm wheel 13 rotated on the bearing shaft 16 is possible.
Aus den Darstellungen gemäß der Figuren 5.1, 5.2 gehen Draufischt und Darstellung einer Sclmeckem-ad-/Pitzelanordnung gemäß Figur 3 in bestromten Zustand näher hervor.From the representations according to FIGS. 5.1, 5.2, top view and representation of a Sclmeckem-ad / Pitzel order according to FIG. 3 in the energized state are shown in more detail.
Die Draufsicht gemäß Figur 5.1 entspricht der im Zusammenhang mit Figur 4.1 bereits beschriebenen Darstellung.The top view according to FIG. 5.1 corresponds to the representation already described in connection with FIG. 4.1.
Aus der Scftnittdarstellung 5.2 der Schneckenrad-/Ritzelanordnung im bestromten Zustand 24 geht hervor, daß in diesem Falle die durch Beheizung des Formgedächtnis-Elementes, d.h. Anstellelement 19.2, erzeugte Dilatation gegen die Rückstellfedern 20 wirkt, die sich an einer Stirnseite des Schneckenrades 13 abstützen. Durch die Dilatation des Anstellele- mentes 19.2 bei direkter Bestromung oder bei Beheizung über die Gehäuseschale 18 wird das Kupplungsteil 19.1 gegen die Wirkung der Rückstellfedern 20 in Richtung auf das Schneckenrad 13 bewegt. Die am Kupplungsrad 19.1 ausgebildeten, stiftfönnig beschaffenen Klauen fahren in die Einrastöffnungen 22 des als Kraftübertragungselementes dienenden Ritzels 10 ein. Dadurch wird eine formschlüssige Verbindung zwischen dem auf der Lagerwelle 16 drehfest aufgenoimnenen, mit einer Außenverzaimung 17 versehenen Scl eckemad 13 und dem auf der Lagerwelle 16 drehbar aufgenommenen Ritzels 10 hergestellt. In diesem - dem bestromten Zustand 24 eines elektrischen Aktuators 12 wiedergebenden Zustand - ist die Kraftübertragung zwischen den Kraftübertragungselementen 10 bzw. 13 hergestellt. Die Einfahrbewegung der am Kupplungsteil 19.1 vorzugsweise stift- förmig ausgebildeten Klauenelemente in die Einrastöffnungen 22 an der dem Kupplungsteil 39.1 gegenüberliegenden Stirnseite des Ritzels 10, wird durch eine langsame lΛ- Drehung des elektrischen Aktuators 12 unterstützt, so daß nach Einschalten der Versor- gungsspannung ein sicheres Einfahren der stiftfönnigen Klauenelemente des Kupplungsteiles 19.1 in die Einrastöffnungen 22 des Ritzels 10 gewährleistet werden kann.From the sectional view 5.2 of the worm wheel / pinion arrangement in the energized state 24 it can be seen that in this case the dilatation produced by heating the shape memory element, ie adjusting element 19.2, acts against the return springs 20 which are supported on an end face of the worm wheel 13. The coupling part 19.1 is moved in the direction of the worm wheel 13 against the action of the return springs 20 due to the dilatation of the adjusting element 19.2 in the case of direct energization or heating via the housing shell 18. The claws, which are designed on the clutch wheel 19.1 and are in the form of pins, move into the latching openings 22 of the pinion 10 serving as a force transmission element. As a result, a positive connection is established between the corner nut 13, which is non-rotatably mounted on the bearing shaft 16 and provided with an external fence 17, and the pinion 10 which is rotatably received on the bearing shaft 16. In this state, which represents the energized state 24 of an electrical actuator 12, the force transmission between the force transmission elements 10 and 13 is established. The retraction movement of the preferably pin-shaped on the coupling part 19.1 jaw members into the latching apertures 22 on the coupling part 39.1 opposite end face of the pinion gear 10 is supported by a slow l Λ- rotation of the electric actuator 12 so that after switching on the Versor- supply voltage a safe retraction of the pin-shaped claw elements of the coupling part 19.1 into the latching openings 22 of the pinion 10 can be ensured.
Das vorzugsweise als Spiralfeder 19.2 beschaffene Formgedächtnis-Element wird durch Beheizung aktiviert, d.h. durch das Anliegen einer Spannung. Eine formschlüssige Verbindung, eine Verblockung der Kraftübertragungselemente 13 bzw. 10 ist nur nach Einschalten einer Versorgungsspannung möglich. Die Reaktionszeit des Formgedächtnis-Elementes 19.2 ist von der Beheizung abhängig und liegt im Bereich von 1 - 2 Sekunden. Wird das Anstellelement 19.2 eine NiTi-Legierung enthaltend ausgebildet, lassen sich die Tempera- turen, bei denen das Anstellelement 19.2 seine Bewegung ausfuhrt, in weiten Bereichen einstellen. Bei der erwähnten Materialkombination lassen sich Schalttemperaturen im Bereich zwischen - 30°C und 350°C einstellen. Das Anstellelement 19.2 wird bevorzugt so gestaltet, daß es eine geringe Hysterese sowie längstmögliche Umwandlungstemperaturen aufweist, tun möglichst geringe thermische Belastungen der Umgebung und geringen Energieverlust herbeizufuhren.The shape memory element, which is preferably provided as a spiral spring 19.2, is activated by heating, i.e. by applying a voltage. A positive connection, a blocking of the power transmission elements 13 or 10 is only possible after switching on a supply voltage. The reaction time of the shape memory element 19.2 depends on the heating and is in the range of 1-2 seconds. If the adjusting element 19.2 is formed containing a NiTi alloy, the temperatures at which the adjusting element 19.2 performs its movement can be set within wide ranges. With the material combination mentioned, switching temperatures in the range between - 30 ° C and 350 ° C can be set. The adjusting element 19.2 is preferably designed in such a way that it has a low hysteresis and the longest possible transition temperatures, which bring about the lowest possible thermal loads on the surroundings and little energy loss.
Aus der Darstellung gemäß Figur 6.1 geht eine Einzeldarstellung des Sclmeckenrades näher hervor.From the representation according to FIG. 6.1 an individual representation of the gear wheel can be seen in more detail.
Aus der Draufsicht gemäß Figur 6 1 ist erkeimbar, daß das Schneckenrad 13, versehen mit einer Schneckenaußenverzahnung 17, eine Lagerwellenbohrung 27 umfaßt, mit welchem das Schneckenrad 13 auf die Lagerwelle 16 aufgeschrumpft werden kann. Im Schneckenrad 13 sind mit Positionszeichen 21 die Öffnungen bezeichnet, durch welche die stiftför- migen Klauenelemente des Kupplungsteiles 19.1 (vergleiche Darstellung gemäß Figur 5.2) das Schneckenrad 13 durchsetzen. In der Schnittdarstellung gemäß Figur 6.1 ist die Ausnehmung 26 erkeimbar, welche einen Teil des mit dem Schneckenrad 13 zusammenarbeitenden als Kraftübertragungselement dienenden Ritzels 10 aufnimmt. Das in Figur 6.1 nicht dargestellte Ritzel 10 ist koaxial auf der Lageningswelle 16 auf der das Sclineckenrad 13 mittels eines Pressitzes befestigt werden kamt, angeordnet.From the top view according to FIG. 6 1 it can be seen that the worm wheel 13, provided with an external worm toothing 17, comprises a bearing shaft bore 27 with which the worm wheel 13 can be shrunk onto the bearing shaft 16. In the worm wheel 13, the openings through which the pin-shaped claw elements of the coupling part 19.1 (see illustration according to FIG. 5.2) penetrate the worm wheel 13 are identified by position symbols 21. In the sectional view according to FIG. 6.1, the recess 26 can be germinated, which receives a part of the pinion 10, which cooperates with the worm wheel 13 and serves as a force transmission element. The pinion 10 (not shown in FIG. 6.1) is arranged coaxially on the layer shaft 16 on which the scline corner wheel 13 could be attached by means of a press fit.
Die Darstellung gemäß Figur 6.2 zeigt eine Einzeldarstellung des als Ritzel dienenden Kraftübeπragungselementes .The illustration according to FIG. 6.2 shows an individual illustration of the force transmission element serving as a pinion.
Aus der Draufsicht auf das Ritzel 10 geht hervor, daß dieses ebenfalls eine Lagerwellen- bohrung 27 enthält, durch welche eine Lagerungswelle 16 gefühlt ist, auf der das Ritzel 10 drehbar aufgenommen ist. Es sind eine Anzahl von Einrastöfftiungen 22 am Umfang des Ritzelelementes 10 vorgesehen, in der Draufsicht gemäß Figur 6.2 z.B. 8 Einrastöffnungen 22. Die Einrastöfαiungεn 22 sind gemäß der Schnittdarstellung in Figur 6.2 in einer Ein- rastöffh igstiefe 28 ausgebildet, die ein sicheres Einfahren der stiftförmigen Klauen des Kupplungsteiles 19.1 des Ausrückelementes 19 gewährleisten. Die Wandung 30 der Einrastöffnungen 22 kann mit einer Anschrägung versehen werden, um ein leichteres Einfahren der am Kupplungsteil 19.1 ausgebildeten stiftfönnigen Klauenelemente zu erleichtem. 5The plan view of the pinion 10 shows that this also contains a bearing shaft bore 27 through which a bearing shaft 16 is felt, on which the pinion 10 is rotatably received. A number of latching openings 22 are provided on the circumference of the pinion element 10, in the plan view according to FIG. 6.2, for example, eight latching openings 22. According to the sectional illustration in FIG. 6.2, the latching openings 22 are in a latching rastöffh igstiefe 28 formed, which ensure a safe retraction of the pin-shaped claws of the coupling part 19.1 of the disengaging element 19. The wall 30 of the snap-in openings 22 can be provided with a bevel in order to make it easier to retract the pin-shaped claw elements formed on the coupling part 19.1. 5
Aus der Darstellung gemäß Figur 6.3 geht das Ausrückelement 19 näher hervor. Das Ausrückelement 19 gemäß der Darstellung in Figur 6.1 umfaßt eine Gehäuseschale 18, an welcher eine Isoiation-/Heizelement 19.3 angeordnet ist. Diese umgibt das als Formgedächtnis-Element dienende alte Element 19.2 derart, daß das Anstellelement 19.2 durch die 0 Wandung beheizbar ist und eine Wärmedehnung des Anstellelementes 19.2 erzielt wird, welches eine Verschiebung des Kupplungsteiles 19.1 gegen die Wirkung der Rückstelle- ' lemente 20 ermöglicht. Bricht die Stromversorgung der Heizung am Heizelement 19.3 zusammen, nimmt das Anstellelement 19.2 seine ursprüngliche Position ein, d.h. das Kupplungsteil 19.1 wird durch die Kraft der Rückstellelemente 20 in Richtung auf das nun un- 5 beheizte Formgedächtnis-Element 19.2 zurückgestellt.The disengagement element 19 is shown in more detail in the illustration according to FIG. 6.3. The disengaging element 19 as shown in FIG. 6.1 comprises a housing shell 18 on which an insulation / heating element 19.3 is arranged. This surrounds serving as the shape-memory element old element 19.2 such that the engaging member 19.2 is given by the 0 wall heating and a thermal expansion of the Anstellelementes is obtained 19.2, which ELEMENTS a displacement of the coupling member 19.1 against the action of Rückstelle- 'allows 20th If the power supply to the heater on the heating element 19.3 breaks down, the adjusting element 19.2 assumes its original position, ie the coupling part 19.1 is reset by the force of the restoring elements 20 in the direction of the now unheated shape memory element 19.2.
Der Darstellung gemäß Figur 7 läßt sich entnehmen, daß die als Klauen dienenden Stifte 29 des Kupplungsteiles 19.1 in ihrem vorderen Bereich leichte Anschrägungen aufweisen können. In den Einrastsöffn igen 22, die im als Kraftübertragungselement dienenden Rit- 0 zel 10 aufgenoimnen sind, kömien ebenfalls angesclirägte Wandtmgen 30 vorgesehen sein, wodurch sich die Reibung zwischen den Stiften 29 des Kupplungsteiles 19.1 und den Wandungen der Einrastöffnungen 22 im Ritzel 20 herabsetzen läßt.The illustration according to FIG. 7 shows that the pins 29 of the coupling part 19.1 serving as claws can have slight bevels in their front area. In the latching openings 22, which are accommodated in the pinion 10 serving as a force transmission element, attached wall portions 30 may also be provided, as a result of which the friction between the pins 29 of the coupling part 19.1 and the walls of the latching openings 22 in the pinion 20 can be reduced.
Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme ist gewährleistet, daß bei Beschädigung des alsAs an additional security measure, it is ensured that if the as
--> Formgedächtnis-Element dienenden Anstεllteiles 19.2 die beiden Rückstellfedern 20 die angeschrägten Stifte 29 des Kupplungsteiles 19.1 aus den Einrastöffnungen 22 des Ritzels 10 hinausdrücken. ι-> Shape memory element serving fitting part 19.2, the two return springs 20 push the tapered pins 29 of the coupling part 19.1 out of the latching openings 22 of the pinion 10. ι
Die Stromversorgung des als Foπnogedächtnis-Element dienenden Anstellelementes 19.2 0 oder der diese umgebenden Isolation bzw. Heizungselement 19.3 kaim durch hochfiexible Litzen erfolgen, da die Schnecken-ZRitzelanordnung 10, 13 nur wenige Umdrehungen ausfuhrt. Nach Abschalten des Fahrzeugmotors fährt der elektrische Alctuator 12 stets in seine Äusgangsstellimg zuilick. Die Beheizung des Anstellelementes 19.2 kamt entweder durch direkte Bestromung desselben erfolgen; diese kamt jedoch auch über die nur eine beheizba- 5 re Wandung 19.3 an der Gehäuseschale 18 vorgenommen werden. Aus der Darstellung gemäß Figur 8.1 geht eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung' mit gehäuseintegriertem Rückelement in bestromtem Zustand hervor.The power supply to the actuating element 19.2 0 serving as a phono memory element or the insulation or heating element 19.3 kaim surrounding it is provided by highly flexible strands, since the worm-pinion arrangement 10, 13 only executes a few revolutions. After the vehicle engine has been switched off, the electrical actuator 12 always moves into its starting position. The heating of the adjusting element 19.2 came either by direct energization of the same; however, this also takes place via the only one heatable wall 19.3 on the housing shell 18. From the view in Figure 8.1 is a further embodiment of the present invention proposed solution 'with gehäuseintegriertem return element in energized state produces.
5 Eine elektrischer Aktuator 12 treibt im bestromten Zustand 54 eine Getriebeanordnung 9 an, wobei auf der Ankerwelle 11 des elelctrischen Aktuators 12 ein Abtriebsrad 40 aufgenoimnen ist, welches mit einem Antriebsrad 41 der Getriebeanordnung kämmt. Die das Antriebsrad 41 aufnehmende Welle der Getriebeanordnimg 9 ist in Lagern 42 gelagert; an der Welle ist eine Schnecke angeformt, die mit der Außenverzahnung 19 eines Schnecken- 10 rades 13 kämmt.5 In the energized state 54, an electric actuator 12 drives a gear arrangement 9, an output gear 40 which meshes with a drive wheel 41 of the gear arrangement being accommodated on the armature shaft 11 of the electrical actuator 12. The shaft of the gear assembly 9 receiving the drive wheel 41 is mounted in bearings 42; a worm is formed on the shaft, which meshes with the external toothing 19 of a worm wheel 13.
Das auf der Ankerwelle 11 des elektrischen Aktuators 12 aufgenommεne Abtriebsrad 40 überträgt das Moment an der Übertragungsstelle 44 an das Antriebsrad 41. Die Zahnräder 40 bzw. 41 kömien entweder in Grad- oder auch in Schrägverzahnung ausgebildet sein. 15 Eine Schrägverzahnimg der Zahnräder 40 bzw. 41 ist aus Gründen der Geräuschentwick- lung anzustreben, ferner erleichtert die Ausbildung einer Schräg Verzahnung ein leichteres Einspuren der Zahnräder aus Verzahnungen ineinander "bei Aus- und Einkupplung.The driven wheel 40 received on the armature shaft 11 of the electric actuator 12 transmits the torque at the transmission point 44 to the drive wheel 41. The gear wheels 40 and 41 can be designed either in degrees or in helical teeth. 15 A Schrägverzahnimg of the gears 40 and 41 is for the sake of lung Geräuschentwick- desirable further facilitates the formation of a helical toothing easier meshing of the gears of gear teeth into one another "at initial and clutch engagement.
Im bestromten Zustand 54 des elektrischen Aktuators 12, sind die am Poltopf 52 aufge- 0 noimiienen, die Ständerwicklungen repräsentierenden Ständerblechpalcete 51 als auch die Ankerblechpakete 50 auf der Ankerwelle 11 stromdurchflossen und werden daher problemlos von den Permanentmagneten gegen die Kraft des vorgespannten Ausrückelementes 19 der in Figur 8.1 dargestellten den bestromten Zustand 54 repräsentierenden Betriebsposition gehalten. Das vorzugsweise die Ankerwelle 11 umgebende Ausrüc element 5 19 stützt sich dabei an einem in einem Gehäuseteil 48 angeordneten Radial-/ Axiallager 46 und an einem an der Anlcerwelle 11 ausgebildeten Bund 47 ab. Die in Figur 8.1 wiedergegebene Lage der Anlcerwelle 11 relativ zum Poltopfgehäuse 52 wird auch bei jeder Ric - timgsumkehr des elelctrischen Aktuators 12 eingenommen, da das eleldromagnetische Feld nicht zusammenbricht. Bei Stromausfall hingegen wirkt zwischen den Blechpaketen 50 der 30 Aiicerwelle 11 und den am Ständer Blechpaketen 51 an der Imienseite des Poltopfgehäuses 52 lediglich das Rastmoment, d.h. die Kraft, mit der die Blechpakete 50, 51 von den Permanentmagneten in Position g toehalten werden.In the energized state 54 of the electric actuator 12, the stator sheet pallets 51, which represent the stator windings, as well as the armature sheet assemblies 50 on the armature shaft 11 have current flowing through them on the pole pot 52 and are therefore easily flowed by the permanent magnets against the force of the pretensioned release element 19 in FIG 8.1 shown operating position representing the energized state 54 held. The preferably surrounding the armature shaft 11 Ausrüc element 5 19 is supported on a arranged in a housing part 48 radial / axial bearing 46 and on a formed on the Anlcerwelle 11 collar 47. The position of the magnet shaft 11 shown in FIG. 8.1 relative to the pole pot housing 52 is also assumed each time the electrical actuator 12 is reversed, since the electromagnetic field does not collapse. In the event of a power failure, on the other hand, only the cogging torque acts between the laminated core 50 of the 30 shaft 11 and the laminated core 51 on the stator on the imia side of the pole pot housing 52, i.e. the force with which the laminated cores 50, 51 are held in position g by the permanent magnets.
Die Federkraft des bevorzugt als Spiralfeder ausgebildeten Ausrückelementes 19 ist soThe spring force of the release element 19, which is preferably designed as a spiral spring, is so
_) _1 ausgelegt, daß sie eine Federkraft aufbringt, die die Haltekraft, die durch die Pennanent magnete ausgeübt wird übersteigt, so daß das Ausrückelement 19 die Ankerwεile I I und das daran aufgenommene mit einem einer Anlaufscheibe 45 versehene Antriebsrad 40 in Richtung auf das Ankerlager 53 drückt. Dadurch wird die Kraftübertragung zwischen den Verzahnungen von Abtriebsrad 40 und Antriebsrad 1 aufgehoben. Das Ausrückelement 19 fährt in seinen in Figur 8.2 dargestellten nahezu entspannten Zustand und drückt die A-nkerwelle 11 in das Ankerwellenlager 53 hinein._ ) _1 designed that it applies a spring force that exceeds the holding force that is exerted by the Pennanent magnets, so that the disengaging element 19, the Ankerwεile II and the drive wheel 40 provided thereon with a thrust washer 45 in the direction of the armature bearing 53rd suppressed. This will force the transmission between the Gears of driven gear 40 and drive gear 1 canceled. The disengaging element 19 moves into its almost relaxed state shown in FIG. 8.2 and presses the anchor shaft 11 into the armature shaft bearing 53.
Die Getriebeanordnung 9, die der Antriebsrädern 40, 41 nachgeschaltet ist, wird "bevorzugt so ausgelegt, daß diese einen möglichst geringen Widerstand gegen Verstellung durch Kräfte des Stellsystems darstellt, um eine beliebige Verstellbarkeit auch bei Stromausfall zu gewährleisten. Im dargestellten Beispiel der Getriebeanordnung 9 ist daher die an der in den Lagern 42 aufgenoimnenen Lagerungswelle 40 angeformte Schnecke mit möglichst wenig Selbsthemmung auszulegen, so daß eine Relatiwerstellung von Schnecke und Schneckenrad 13 zueinander möglich ist. Da die zusätzliche Getriebeanordnung 9 für die Entkopplung bei geeigneter Wahl der Zahnradgrößen einen wichtigen Beitrag für eine Untersetzung bzw. Übersetzungsmöglichkeit liefern kaim, ist es häufig möglich, auf stark hemmende Getriebeglieder zu verzichten und sich - wie in den Darstellungen gemäß der Figuren 8.1 und 8.2 gezeigt - auf Stirnräder, Planetenräder oder andere leichtgängige Getriebe 2X1 bescln-änken.The gear arrangement 9, which is connected downstream of the drive wheels 40, 41, is " preferably designed so that it represents as little resistance as possible against adjustment by forces of the actuating system, in order to ensure any adjustability even in the event of a power failure. In the example shown, the gear arrangement 9 is therefore to design the worm formed on the bearing shaft 40 accommodated in the bearings 42 with as little self-locking as possible so that a relative adjustment of the worm and worm wheel 13 to one another is possible since the additional gear arrangement 9 for the decoupling makes an important contribution to a suitable choice of gear sizes Kaim provide gear reduction, it is often possible to dispense with strongly inhibiting gear elements and - as shown in the illustrations according to FIGS. 8.1 and 8.2 - to apply spur gears, planet gears or other smooth-running 2X1 gears.
Figur 8.2 zeigt die Anordnung gemäß Figur 8.1 mit Gehäuse integriertem Ausrückelement in unbestromten Zustand.FIG. 8.2 shows the arrangement according to FIG. 8.1 with the release element integrated in the housing in the de-energized state.
Bei Stromausfall wird eine Entkopplung der Momentenübertragung an Abtriebsrad 40 und A_ntriebsrad 41 durch Axialverschiebttng der An erwelle 11 im Poltopfgehäuse 48. 52 des elektrischen Aktuators 12 erzielt. In diesem Zustand wird durch Entspannung des vorgespannten Amsrückelementes 19 eine Anlage der Anlaufscheibe 45 am Gehäuseteil 48 er- zielt, d.h. die Zahnräder 40 bzw. 41 sind außer Eingriff gestellt. In diesem Zustand ist die Ankerwelle 11 des elektrischen Aktuators 12 vollständig in ihr Ankerwellenlager 53 im Poltopf gehäuse 52 zurückgestellt.In the event of a power failure, the torque transmission at the driven gear 40 and the drive gear 41 is decoupled by axial displacement of the shaft 11 in the pole pot housing 48.52 of the electrical actuator 12. In this state, the thrust washer 45 is brought into contact with the housing part 48 by relaxing the prestressed locking element 19, i.e. the gears 40 and 41 are disengaged. In this state, the armature shaft 11 of the electric actuator 12 is completely reset in its armature shaft bearing 53 in the pole pot housing 52.
Wird der elektrische Aktuator nach Wiederherstellung der Stromversorgung wieder be- strömt, bewirkt die Magnetkraft ein Hineinziehen der Amkerwelle in ihre Arbeitsposition derart, daß durch langsame Vorspannung des Amdrückelementes 19 die Einfahrlbewegung gedämpft wird. Wird der elektrische Aktuator 12 so gesteuert, daß er sich bei Axialver- scMebung 11 der Ankerwelle in ihre Arbeitsposition langsam dreht, so kömien die beiden Verzahnungen von Abtriebsrad 40 bzw. Antriebsrad 41 gut ineinander einspuren.If the electrical actuator is energized again after the power supply has been restored, the magnetic force causes the armature shaft to be drawn into its working position in such a way that the retracting movement is dampened by slow pretensioning of the pressing element 19. If the electric actuator 12 is controlled in such a way that it rotates slowly into its working position when the armature shaft is axially displaced 11, then the two toothings of the driven gear 40 and the driving gear 41 mesh well into one another.
Um die momentane Position der Ankerwelle 11 zu erfassen, kaim diese nach dem Eιτei- chen ihrer Betriebsposition in eine Endlage gefahren werden, in der ein Endpositonsgeber angeordnet ist, der einer Fahrzeugelektronik die reale Position der Ankerwelle 11 des elek- trischen Aktuators 11 übennittelt. Auf diese Art und Weise läßt sich eine Stromausfallsituation gleichsam beliebig oft wiederholen, abhängig nur von der Lebensdauer der Anlauf- scheibe 45.In order to detect the instantaneous position of the armature shaft 11, after the operating position has been adjusted, it can be moved into an end position in which an end position transmitter is arranged which communicates to vehicle electronics the real position of the armature shaft 11 of the electrical trical actuator 11 practiced. In this way, a power failure situation can be repeated as often as desired, depending only on the life of the thrust washer 45.
Die wiederholbare Notftuiktion der in den Figuren 8.1 bzw. 8.2 in bestromten Zustand 54 bzw. bei ausgefallener Stromversorgung 55 dargestellte Stellantrieb ist der wesentliche Vorteil der erfmdungsgemäß vorgeschlagenen Anordnung. Durch die mögliche Anordnung der Getriebeanordnung 9 in Fortsetzung der Anlcerwelle 1 1 benötigt diese Lösung kaum mehr Bauraum als bekannte Lösungen. Die Verlängerung des Poltopfes 51, das zusätzlich vorzusehende Ausrückelement 19 sowie das auch Axialkräfte aufnehmende Lager 46 stellen relativ geringe Modifikationen an bestehenden Systemen dar und lassen sich daher wirtschaftlich umsetzen. Die in der Getriebeanordnung 9 vorliegende Über- bzw. Untersetzung läßt sich direkt ausnutzen.The repeatable emergency tuction of the actuator shown in FIGS. 8.1 and 8.2 in the energized state 54 or when the power supply 55 has failed is the essential advantage of the arrangement proposed according to the invention. Due to the possible arrangement of the gear arrangement 9 in continuation of the shaft 11, this solution requires hardly more space than known solutions. The extension of the pole pot 51, the additional release element 19 to be provided, and the bearing 46, which also absorbs axial forces, represent relatively minor modifications to existing systems and can therefore be implemented economically. The step-up or step-down ratio present in the gear arrangement 9 can be used directly.
Im bestromten Zustand 54 des elektrischen Aktuators 12 gemäß der Darstellung in Figur 8.1 ist zu gewährleisten, daß der elektrische Aktuator im Normalbetrieb peπiianent mit mindestens etwa 7 bis 10 % bestromt ist, um stets genügend große eleketromagnetische Feldkräfte zu bekommen, die ein ungewolltes Endkoppeln bzw. Einfahren der Ankerwelle 11 zu jedem Betriebszeitpunkt in bestromten Zustand 54 verhindern.When the electrical actuator 12 is in the energized state 54 as shown in FIG. 8.1, it must be ensured that the electrical actuator is energized with at least about 7 to 10% in normal operation in order to always obtain sufficiently large electromagnetic field forces which prevent unwanted end coupling or Prevent the armature shaft 11 from retracting into the energized state 54 at any time of operation.
Als Antrieb oder Initiator der Axialverschiebung der Anlcerwelle 1 1 sind neben der in Figur 8.1 bzw. 8.2 gezeigten Möglichkeit der Anordnung eines Ausrückelementes 19, verschiedene andere Lösungen denkbar. Bei ausreichendem Eigengewicht und entsprechender geometrischer Anordnung kaim eine Verschiebung der Anlcerwelle 11 auch durch die Ge- wichtslcrart vorgenommen werden. Ein weiteres mögliches anwendbares Prinzip ist die Verwendimg einer Sclirägverzalmung bei der zusätzlichen Getriebeanordnung 9, die eine Iviaftkomponente in der gewünschten Richtung auf die Anlcenvelle 11 ausübt. Daneben lassen sich auch pneumatische oder hydraulische Antriebe vorsehen, wenn ohnehin ein solcher Antrieb in der Nähe des elektrischen Aktuators 12 vorhanden ist. Femer kann ein zusätzlicher Permanentmagnet vorgesehen, z.B. in der Nähe des der Anlaufscheibe 45 der ohne Bestromung auch noch zumindest für eine gewisse Zeit funktioniert.In addition to the possibility of arranging a disengaging element 19 shown in FIGS. 8.1 and 8.2, various other solutions are conceivable as the drive or initiator of the axial displacement of the clutch shaft 11. If the weight is sufficient and the geometrical arrangement is appropriate, the anchor shaft 11 can also be shifted by the weight. Another possible applicable principle is the use of a self-tapping system with the additional gear arrangement 9, which exerts an integral component in the desired direction on the auxiliary shaft 11. In addition, pneumatic or hydraulic drives can also be provided if such a drive is present in the vicinity of the electrical actuator 12 anyway. An additional permanent magnet can also be provided, e.g. in the vicinity of the thrust washer 45, which also functions for at least a certain time without energization.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Entkopplungssystem läßt sich auch auf 42 Volt taugliche bürstenlose Motoren wie beispielsweise BLDC- oder SR-Motoren anwenden. B ezugszeichenlisteThe decoupling system proposed according to the invention can also be applied to brushless motors which are suitable for 42 volts, such as BLDC or SR motors. List of reference symbols
I Kolben-/Zylinderanordnung 2 KoppelelementI piston / cylinder arrangement 2 coupling element
3 Schwenkhebel3 swivel levers
4 Anlenlcpunkt4 articulation point
5 Schwenkachse5 swivel axis
6 Bewegungsrichtung Kolben 7 Schwenkbewegung6 Direction of movement piston 7 Swiveling movement
8 Zahnstange 9 Getriebeanordnimg8 rack 9 gear arrangement
10 Ritzel10 sprockets
I I Anlcerwelle 12 Elektro- AntriebI I Anlcerwelle 12 electric drive
13 Schneckenrad13 worm wheel
14 Drehrichtung14 direction of rotation
15 Außenverzahnung15 external teeth
16 Lagerwelle 17 Schneckenverzahnung16 bearing shaft 17 worm teeth
18 Gehäuseschale18 housing shell
19 Ausrückelement19 release element
19.1 Kupplungsteil19.1 Coupling part
19.2 Anstellteil 19.3 Isolation/Heizung19.2 Control part 19.3 Insulation / heating
20 Rückstellfeder20 return spring
21 Bohrung21 hole
22 Einrastöffnimg22 snap-in opening
23 Unbestromter Zustand 24 Verblöd ter Zustand, bestromt23 de-energized state 24 stupid state, energized
25 Eingefahrenes Ausrückelement25 Retracted release element
26 Ritzelaufnahme26 sprocket mount
27 Lagerwellenbohrung27 bearing shaft bore
28 Eimastöffhungstiefe 29 Angeschrägter Stift aus Kupplungsteil28 Egg mast opening depth 29 Tapered pin from coupling part
30 Angeschrägte Wandung Einrastöffnung30 Sloping wall, snap-in opening
31 Kraftübeitraguπgsrichtung31 direction of force transmission
32 Teller Abtriebsrad32 plates output gear
Antriebsraddrive wheel
Lagercamp
Käimnende Verzahnung (gerade/scb-räg)Combed teeth (straight / scb-räg)
Kraftübertr agungs stellePower transmission point
Anlaufscheibethrust washer
AxiaL/RadiallagerAxial / radial bearings
Wellenbundshaft collar
Gehäuseteilhousing part
Trennfugeparting line
Anker-BlechpaketAnchor laminated core
Ständer-BlechpaketStand-laminated core
PoltopfgehäusePoltopfgehäuse
AnkerwellenlagerArmature shaft bearings
Bestromter ZustandCurrent condition
Unbestromter Zustand De-energized state

Claims

Patentansprüche claims
1. Stellantrieb zur Betätigung von Antriebskomponenten oder Verstellkon ponenten an Fahrzeugen, wobei der Stellantrieb einen elektrischen Aktuator (12) umfaßt, der auf Kraftubertragungselemente (19, 13; 40, 41) einwirkt, mit dem die Stellbewegung an die zu verstellende Antriebs- oder Verstellkomponente übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausrückelement (19) vorgesehen ist, welches im stromlosen Zustand des elelctrischen Aktuators (12) die Kraftübertragung durch die Kraftübertragungselemente (10, 13; 40, 41) unterbricht.1. Actuator for actuating drive components or Verstellkon components on vehicles, wherein the actuator comprises an electric actuator (12) which acts on power transmission elements (19, 13; 40, 41) with which the actuating movement to the drive or adjusting component to be adjusted is transmitted, characterized in that a disengaging element (19) is provided which interrupts the power transmission through the power transmission elements (10, 13; 40, 41) in the de-energized state of the electrical actuator (12).
i Stellantrieb gemäß Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausriickelement (19) von einem Gehäuse (18, 48) umschlossen ist und einem Wellenelement (11, 16) gegenüberliegend oder dieses umschließend aufgenommen ist.i Actuator according to spoke 1, characterized in that the Ausreickelement (19) is enclosed by a housing (18, 48) and a shaft element (11, 16) opposite or this is received.
3. Stellantrieb. gemäß Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausriickelement (19) sich an einem Btmd (47) einer Anlcerwelle (I I) oder über ein Kupplungsteil (19.1) an einem Kraftübertragungselement (13) abstützt.3. Actuator. According to spoke 1, characterized in that the release element (19) is supported on a Btmd (47) of a connector shaft (II) or via a coupling part (19.1) on a force transmission element (13).
4. Stellantrieb gemäß Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausriickelement (19) spiralfederförmig beschaffen ist.4. Actuator according spoke 1, characterized in that the Ausriickelement (19) is spiral-shaped.
5. Stellantrieb gemäß Ansprach 1, dadurch gekemizeichnet, daß das Ausrückelement5. Actuator according spoke 1, characterized in that the release element
(19) ein Kupplungsteil (19.1), ein Anstellteil (19.2) sowie ein Heizungs- /Isolationselement (19.3) umfaßt(19) comprises a coupling part (19.1), an adjusting part (19.2) and a heating / insulation element (19.3)
6. Stellantrieb gemäß Anspruch 5, dadurch gekemizeichnet, daß das Ausriickelement (19) direkt beheizbar ist.6. Actuator according to claim 5, characterized in that the Ausriickelement (19) is directly heated.
7. Steilanüieb gemäß Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anstellteil (19.2) des Ausrückelemente (19) eine Formgedächtnis -Legierung enthält. 7. Steilanüieb according spoke 5, characterized in that the adjusting part (19.2) of the disengaging elements (19) contains a shape memory alloy.
8. Stellantrieb gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsteil (19.1) des Ausrückelementes (19) mittels eines oder mehrerer Federelemente (20) gegen einen Anschlag (13) vorgespannt ist.8. Actuator according to claim 5, characterized in that the coupling part (19.1) of the disengaging element (19) by means of one or more spring elements (20) against a stop (13) is biased.
9. Stellantrieb gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Kupplungsteil (19.1) des Ausrückelementes (19) stiftfönnige Klauen (29) ausgebildet sind, die in Einrastöffnungen (22) eines Kraftübertragungselementes (10) einrasten.9. Actuator according to claim 5, characterized in that on the coupling part (19.1) of the disengaging element (19) pin-shaped claws (29) are formed which engage in latching openings (22) of a power transmission element (10).
10. Stellantrieb gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die am Kupplungsteil (19.1) des Ausrückelementes (19) ausgebildeten stiftföπnigen Klauen (29) und die10. Actuator according to claim 9, characterized in that the on the coupling part (19.1) of the release element (19) formed pin-shaped claws (29) and
Wandtmgen (30) der Einrastöffnungen (22) mit abgeschrägten Wandungs verlaufen versehen sind.Wall portions (30) of the snap-in openings (22) are provided with bevelled walls.
11. Stellantrieb gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anfahren des elektrischen Aktuators (12) dieser einen Bruchteil einer Umdrehung ausführt, um ein aufgrund der Erwärmung des Antriebsteiles (19.2) des Ausrückelernentes (19) hervorgerufenes Einfahren des Kupplungsteiles (19.1) in die Einrastöffnungen (22) der Kraftübertragungsko ponente (10) zu ermöglichen.11. Actuator according to claim 5, characterized in that when the electric actuator (12) starts up, it performs a fraction of a revolution in order to retract the coupling part (19.1) into the coupling element due to the heating of the drive part (19.2) of the disengaging element (19) To enable snap-in openings (22) of the power transmission component (10).
12. Steilantrieb gemäß Anspruch 5, dadurch gekeimzeiclmet, daß das Anstellelement (19.2) mittelbar über das es umgebende Gehäuse (18) beheizbar ist.12. Steep drive according to claim 5, characterized gekeimzeiclmet that the adjusting element (19.2) can be heated indirectly via the housing (18) surrounding it.
Stellantrieb gemäß Ansprach 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausriickelement (19) auf der Ankerwelle (11) eines elektrischen Aktuators (12) aufgenommen ist.Actuator according to spoke 4, characterized in that the release element (19) is received on the armature shaft (11) of an electric actuator (12).
14. Stellantrieb gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Abniebsrad rangierendes Kraftübertragungselement (14) mit einer Anlaufscheibe (45) als Axialanschlag auf der Anlcerwelle (11) des elektrischen Aktuators (12) aufgenommen sind.14. Actuator according to claim 4, characterized in that a as a Abniebsrad shunting power transmission element (14) with a thrust washer (45) as an axial stop on the Anlcerwelle (11) of the electric actuator (12) are received.
15. Stellantrieb gemäß Ansprach 13, dadurch gekemizeichnet, daß die Ankeπvelle (I I) verschieblich im Poltopfgehäuse (48, 52) aufgenommen ist. 15. Actuator according spoke 13, characterized in that the Ankeπvelle (II) is slidably received in the pole pot housing (48, 52).
16. Stellantrieb gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Ankerwellε (11) dεs εlektrischen Aktuators (12) ein Betriebspositionsgeber und ein Endpositi- onsgeber aufgenommen sind.16. Actuator according to claim 13, characterized in that an operating position transmitter and an end position transmitter are accommodated on the armature shaft (11) of the electric actuator (12).
17. Stellantrieb gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Aktuator (12) im Betrieb so bestromt ist, daß die zwischen Anker-Blechpaketen (50) und Ständer-Blechpaketen (51) wirkenden elektromagnetischen Kräfte diejenigen, die durch das Ausrückelement (19) erzeugt werden, übersteigen. 17. Actuator according to claim 13, characterized in that the electrical actuator (12) is energized during operation so that the electromagnetic forces acting between the armature laminated core (50) and stator laminated core (51) are those caused by the disengaging element (19th ) are generated, exceed.
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