WO2011032826A1 - Stellvorrichtung und kopplungseinrichtung - Google Patents

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WO2011032826A1
WO2011032826A1 PCT/EP2010/062690 EP2010062690W WO2011032826A1 WO 2011032826 A1 WO2011032826 A1 WO 2011032826A1 EP 2010062690 W EP2010062690 W EP 2010062690W WO 2011032826 A1 WO2011032826 A1 WO 2011032826A1
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WO
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bearing
axis
adjusting device
pivot
drive member
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PCT/EP2010/062690
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French (fr)
Inventor
Werner Schadler
Robert Ragogna
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Mahle International Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G7/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with one single controlled member; Details thereof
    • G05G7/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with one single controlled member; Details thereof characterised by special provisions for conveying or converting motion, or for acting at a distance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F02B37/183—Arrangements of bypass valves or actuators therefor
    • F02B37/186—Arrangements of actuators or linkage for bypass valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/66—Lift valves, e.g. poppet valves
    • F02M26/67—Pintles; Spindles; Springs; Bearings; Sealings; Connections to actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
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    • F02B37/24—Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a coupling device for a
  • Actuating device for actuating an actuator, in particular in a
  • the invention also relates to a device equipped with such a positioning device
  • actuators can be used, for. Ex. In the form of valve members or throttle members. For adjustment or for
  • Actuation of such actuators are adjusting devices of the type mentioned are used.
  • Such an adjusting device usually comprises an actuator for bidirectionally driving a drive member. Further, an output member to be connected to the respective actuator is provided, which is coupled by means of a coupling device with the drive member.
  • the adjusting devices can be exposed to comparatively high requirements with regard to tolerance compatibility as well as with regard to the actuating forces to be generated.
  • exhaust elements arranged on the exhaust side can be particularly stiff due to soot or the like.
  • manufacturing tolerances can cause relative positions between the actuator and the adjusting device to be compensated.
  • such adjusting devices should be particularly inexpensive to produce, especially if they come in the context of a mass production in motor vehicles for use.
  • the present invention deals with the problem for a
  • the invention is based on the general idea, the coupling device in such a way that on the one hand a pivot bearing for rotatable mounting between the drive member and driven member about an axis parallel to the longitudinal direction of the coupling device or to the direction of movement of the coupling device axis of rotation and on the other hand, a pivot bearing for pivotal mounting between the drive member and Output member has a transverse to the axis of rotation pivot axis.
  • Pivot bearings and pivot bearings are separate bearings. This makes it possible to specialize and optimize the respective bearing for each bearing function.
  • the invention uses the knowledge that it is necessary for a variety of applications only for the assembly and adjustment in the context of installation of the adjusting device, the To turn output member about the axis of rotation relative to the drive member to produce the desired tolerance compensation can. In operation of the
  • Pivotability between drive element and output element Based on this finding, the pivot bearing can be much simpler and thus realized cheaper, thereby reducing the total cost of z. Example can be lowered compared to a ball joint, even if two separate bearings are used.
  • Coupling device have a bearing housing on which both the
  • Swivel bearing have a cylindrical bearing journal whose
  • Longitudinal axis defines the pivot axis.
  • the bearing pin can be pivotally supported by a bearing ring on the bearing housing about the pivot axis, while at the same time the bearing ring rotatable about the axis of rotation
  • Bearing and the bearing ring formed while the pivot bearing is formed between the bearing ring and the bearing housing.
  • the axis of rotation runs coaxially to a longitudinal center axis of the bearing housing.
  • the pivot bearing between the journal and the bearing housing is formed directly while the pivot bearing is formed between the bearing housing and the drive member.
  • the axis of rotation is then defined by the longitudinal center axis of the drive member.
  • Fig. 1 is a side view of an adjusting device in the region of a
  • Fig. 2 is a sectional view of the adjusting device or the
  • FIG. 3 is a plan view of the adjusting device or the coupling device according to a viewing direction III in Fig. 1, 4 is an exploded view of the adjusting device or the coupling device of FIG. 1,
  • Fig. 5 is a perspective view of another adjusting device in
  • Fig. 8 is a longitudinal section as in Fig. 7, but rotated in a 90 °
  • an adjusting device 1 comprises an actuating drive 2, shown in simplified form in FIG. 2, for bidirectional driving
  • Actuator 1 a simplified in Fig. 2 illustrated actuator 5 are bidirectionally operated.
  • the actuator 5 is a valve member, for example a wastegate valve of an exhaust gas turbocharger.
  • the bidirectional adjustability includes linear and rotational
  • the adjusting device 1 further comprises a driven member 6 which is drive-coupled in the assembled state with the actuator 5 in a suitable manner, and a coupling device 7 which couples the drive member 4 with the output member 6.
  • a driven member 6 which is drive-coupled in the assembled state with the actuator 5 in a suitable manner
  • a coupling device 7 which couples the drive member 4 with the output member 6.
  • Coupling device 7 is indicated in Fig. 1 by a double arrow and denoted by 8.
  • the direction of movement 8 corresponds to a coupling direction of the coupling device 7, ie a direction in which the
  • Coupling device 7 compressive and tensile forces between the drive member 4 and the drive member 6 transmits.
  • the movement direction 8 corresponds to a longitudinal direction of the coupling device 7.
  • the coupling device 7 is designed such that it on the one hand rotatably couples the drive member 4 with the output member 6 about a rotation axis 9 which extends parallel to the direction of movement 8.
  • Coupling device 7 the drive member 4 with the output member. 6
  • the coupling device 7 comprises on the one hand a pivot bearing 1 1 for rotatable mounting between the drive member 4 and driven member 6 about the rotation axis 9 and on the other hand, a pivot bearing 12 for pivotal mounting between the drive member 4 and driven member 6 about the pivot axis 10. This remains the pivot bearing 1 1 and the Swivel bearing 12 two separate bearings.
  • the coupling device 7 is equipped with a bearing housing 13 in the embodiments shown here. At or in this bearing housing 13, the two bearings, so the pivot bearing 1 1 and the pivot bearing 12 are formed.
  • the pivot bearing 12 has a cylindrical bearing journal 14 whose longitudinal central axis 15 coincides with the pivot axis 10, as shown in FIGS. 1 to 4,
  • bearing housing 13 and on the other hand supported on the output member 6.
  • the bearing pin 14 is fixedly arranged on the output member 6 and in the bearing housing 13 arranged pivotable about the pivot axis 10.
  • the pivot bearing 12 is realized between the bearing pin 14 and the bearing housing 13.
  • the bearing pin 14 may also be arranged rotatably about the rotation axis 9 on the bearing housing 13. This is realized in the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, characterized in that the bearing pin 14 via a bearing ring 16 on
  • the bearing ring 16 has a central opening 17 which is penetrated by the output member 16. On both sides of this opening 17, the bearing ring 16 diametrically opposite each have a cylinder-segment-shaped bearing contour 18. On these bearing contours 18, the bearing pin 14 is supported in the direction of movement 8. In this bearing contours 18 of the bearing pin 14 is also pivotally mounted about the pivot axis 10. To realize the pivot bearing 1 1, the bearing ring 16 can now be rotatably supported on the bearing housing 13 about the axis of rotation 9. For this purpose, the bearing ring 16 can expediently have on a side facing away from the bearing contours 18 a flat bearing contour 19, which extends annularly and which surrounds the opening 17. About this flat bearing contour 19, the bearing ring 16 is supported on the bearing housing 13 and is relative to
  • Bearing housing 13 about the rotation axis 9 rotatable. For example, this indicates
  • Bearing housing 13 an inwardly projecting collar 20 on which the bearing ring 16 comes to bear on a bearing pin 14 facing the inside.
  • the coupling device 7 also has a bearing bracket 21, which is fixed to the bearing housing 13, for example.
  • Bearing bracket 21 simultaneously forms a closure for the cup-shaped
  • the drive member 4 is mounted on the bearing bracket 21, the drive member 4 is mounted. For example, the drive member 4 about a coupling axis 23rd
  • the drive member 4 is mounted by means of a shaft 24 on the bearing bracket 21, which is cylindrical and whose longitudinal central axis defines the coupling axis 23.
  • the bearing bracket 21 has a flat and in particular transverse to the axis of rotation 9 oriented bearing side 25, which is located on a side facing away from the drive member 4 side of the bearing bracket 21.
  • the bearing side 25 faces the driven member 6.
  • the dimensions of bearing bracket 21, bearing housing 13, bearing pin 14 and possibly the bearing ring 16 are coordinated so that the bearing pin 14 at this bearing side 25 of the bearing bracket 21 at least at a pressure load or
  • the output member 6 is designed here as a rod and penetrates through a
  • the passage opening 26 and the opening 17 have an opening width which is greater than a
  • the length of the bearing pin 14 in the pivot axis 10 is smaller than an inner diameter of the bearing housing 13. This results in the pivot axis 10 and parallel to the pivot axis 10 a game for the bearing pin 14 in the bearing housing 13. Through this game parallel to the pivot axis 10 additional relative adjustments between the drive member 4 and output member 6 can be realized, which is a
  • bearing pin 14 may be convexly curved outwardly at its end faces 27.
  • the bearing pin 14 forms in the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, the longitudinal end of the output member 6. It can be attached to the output member 6.
  • Output member 6 possible.
  • This integral formation can be advantageously produced by extrusion. This has the advantage that there are continuous stress lines between the bearing journal 14 and the output member 6, and therefore a notch effect between these parts is reduced. Furthermore, the diameter of the bearing journal 14 in relation to the output member 6 can be selected to be the same size or even larger, whereby the bearing forces in the region of the bearing journal 14 are optimized.
  • the output member 6 is rotatably supported on the bearing housing 13 via the pivot bearing 1 1.
  • Swivel bearing 12 is also the output member 6 pivotally mounted on the bearing housing 13.
  • Figs. 5 to 8 show another embodiment for the
  • Coupling device 7 which differs in principle from the embodiment shown in FIGS. 1 to 4 characterized in that on the pivot bearing 1 1 the
  • Drive member 4 is rotatably mounted on the bearing housing 13, while the output member 6 is pivotally mounted on the bearing housing 13 via the pivot bearing 12.
  • journal 28 is also provided in this embodiment, the longitudinal center axis 29 coincides with the pivot axis 10 and defines this.
  • this journal 28 is
  • On both sides of this bearing eye 30 of the bearing pin 28 projects into corresponding pin receptacles 31, which in a wall 32 of the Bearing housing 13 are provided for this purpose.
  • the bearing pin 28 is expediently pressed into the pin receptacles 31, while the output member 6 is mounted in its bearing eye 30 on the bearing pin 28 about the pivot axis 10 pivotally.
  • a reverse design is conceivable in which the bearing pin 28 is pressed into the bearing eye 30 and is rotatably mounted in the bearing seats 31 of the bearing housing 13. In any case, here also results in a configuration in which the
  • Output member 6 is supported, wherein the bearing pin 28 may be arranged in detail fixed to the output member 6 and the bearing housing 13 to the
  • Pivot axis 10 can be arranged pivotally.
  • the pivot bearing 1 1 is realized in the embodiment shown in FIGS. 5 to 8 with the aid of an annular step 33 which is formed on the bearing housing 13.
  • the annular step 33 is located on an inner side of the bearing housing 13.
  • a ring 34 is supported in the direction of movement 8.
  • This ring 34 which according to FIG. 6 may have an interruption 35, engages in an annular groove 36, which is formed on the drive member 3.
  • This ring 34 results in a rotatable about the axis of rotation 9 support between the drive member 4 and the bearing housing 13, wherein the ring 34 is rotatably disposed in the annular groove 36 about the axis of rotation 9 or is rotatably arranged on the annular step 33 about the axis of rotation 9. It is also possible that the ring 34 is rotatably supported both on the annular step 33 and in the annular groove 36 about the axis of rotation 9.
  • the output member 6 may have on an end facing the drive member 4 an end face 37 which is coaxially shaped to the pivot axis 10 of a cylinder segment.
  • the cylindrical shape of the end face 37 extends by about 180 ° or by about 120 °.
  • the drive member 4 at its the Output member 6 facing end have an end face 38 which is configured perpendicular to the axis of rotation 9.
  • Components are coordinated so that the drive member 4 is supported at least at a pressure force transmission on the output member 6, in which case the end face 38 of the drive member 4 on the end face 37 of
  • the wall 32 of the bearing housing 13 is provided with lateral interruptions 39, which allow the bearing eye 30 and a skirt 40 of the bearing eye 30 hineinerstreckt into the interruptions 39.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung (1) zum Betätigen eines Stellglieds (5), insbesondere bei einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, mit einem Stellantrieb (2) zum bidirektionalen Antreiben eines Antriebsglieds (4), mit einem Abtriebsglied (6), das mit dem Stellglied (5) antriebsverbunden oder antriebsverbindbar ist, und mit einer Kopplungseinrichtung (7), die das Antriebsglied (4) mit dem Abtriebsglied (6) um eine parallel zur Bewegungsrichtung (8) verlaufenden Drehachse (9) verdrehbar und um eine quer zur Drehachse (9) verlaufende Schwenkachse (10) verschwenkbar verbindet. Eine einfache Bauform lässt sich erreichen, wenn die Kopplungseinrichtung (7) ein Drehlager (11) zur drehbaren Lagerung zwischen Antriebsglied (4) und Abtriebsglied (6) um die Drehachse (9) aufweist und wenn die Kopplungseinrichtung (7) separat und zusätzlich zum Drehlager (11) ein Schwenklager (12) zur schwenkbaren Lagerung zwischen Antriebsglied (4) und Abtriebsglied (6) um die Schwenkachse (10) aufweist.

Description

Stellvorrichtung und Kopplungseinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kopplungseinrichtung für eine
Stellvorrichtung zum Betätigen eines Stellglieds, insbesondere bei einer
Brennkraftmaschine, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einer derartigen Stellvorrichtung ausgestattete
Brennkraftmaschine sowie eine zugehörige Verwendung.
Bei Brennkraftmaschinen existieren eine Vielzahl von Fluidpfaden, z. Bsp. zur Führung von Kühlmittel, Abgas, Frischluft und dergleichen. Um den Durchfluss dieser Fluide steuern zu können, lassen sich Stellglieder verwenden, z. Bsp. in Form von Ventilgliedern oder Drosselgliedern. Zur Verstellung bzw. zur
Betätigung derartiger Stellglieder kommen Stellvorrichtungen der eingangs genannten Art zum Einsatz. Eine derartige Stellvorrichtung umfasst üblicherweise einen Stellantrieb zum bidirektionalen Antreiben eines Antriebsglieds. Ferner ist ein mit dem jeweiligen Stellglied zu verbindendes Abtriebsglied vorgesehen, das mit Hilfe einer Kopplungseinrichtung mit dem Antriebsglied gekoppelt ist.
Je nach Anwendungsgebiet können die Stellvorrichtungen vergleichsweise hohen Anforderungen hinsichtlich Toleranzverträglichkeit sowie hinsichtlich der zu erzeugenden Stellkräfte ausgesetzt sein. Beispielsweise können abgasseitig angeordnete Stellglieder durch Ruß oder dergleichen besonders schwergängig sein. Ebenso können Herstellungstoleranzen dazu führen, dass Relativlagen zwischen dem Stellglied und der Stellvorrichtung auszugleichen sind. Darüber hinaus sollen derartige Stellvorrichtungen besonders preiswert herstellbar sein, insbesondere dann, wenn sie im Rahmen einer Großserie bei Kraftfahrzeugen zur Anwendung kommen. Beispielsweise ist es möglich, die Kopplungseinrichtung mit einem
Kugelkopfgelenk auszustatten, wodurch das Antriebsglied mit dem Abtriebsglied um eine parallel zur Bewegungsrichtung verlaufende Drehachse verdrehbar und um eine Schar von quer zur Drehachse verlaufenden Schwenkachsen
verschwenkbar verbunden ist. Ein derartiges Kugelkopfgelenk kann
vergleichsweise teuer sein.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine
Kopplungseinrichtung bzw. für eine Stellvorrichtung der eingangs genannten Art bzw. für eine damit ausgestattete Brennkraftmaschine bzw. für eine zugehörige Verwendung eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine preiswerte Herstellbarkeit auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der
unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Kopplungseinrichtung so auszugestalten, dass sie einerseits ein Drehlager zur drehbaren Lagerung zwischen Antriebsglied und Abtriebsglied um eine parallel zur Längsrichtung der Kopplungseinrichtung bzw. zur Bewegungsrichtung der Kopplungseinrichtung verlaufende Drehachse und andererseits ein Schwenklager zur schwenkbaren Lagerung zwischen Antriebsglied und Abtriebsglied um eine quer zur Drehachse verlaufende Schwenkachse aufweist. Drehlager und Schwenklager sind dabei separate Lager. Dadurch ist es möglich, das jeweilige Lager für die jeweilige Lagerfunktion zu spezialisieren und zu optimieren. Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, dass es für eine Vielzahl von Anwendungen nur für die Montage und Justage im Rahmen des Einbaus der Stellvorrichtung erforderlich ist, das Abtriebsglied um die Drehachse relativ zum Antriebsglied zu verdrehen, um den gewünschten Toleranzausgleich herstellen zu können. Im Betrieb der
Stellvorrichtung benötigt die Kopplungseinrichtung dann nur noch die
Verschwenkbarkeit zwischen Antriebsglied und Abtriebsglied. Beruhend auf dieser Erkenntnis kann das Drehlager sehr viel einfacher und somit preiswerter realisiert werden, wodurch insgesamt die Herstellungskosten z. Bsp. im Vergleich zu einem Kugelkopfgelenk gesenkt werden können, auch wenn zwei separate Lager zum Einsatz kommen.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann die
Kopplungseinrichtung ein Lagergehäuse aufweisen, an dem sowohl das
Drehlager als auch das Schwenklager ausgebildet sind. Hierdurch kann die Kopplungseinrichtung trotz der beiden Lager kompakt realisiert werden.
Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das
Schwenklager einen zylindrischen Lagerzapfen aufweisen, dessen
Längsmittelachse die Schwenkachse definiert.
Bei einer ersten alternativen Ausführungsform kann der Lagerzapfen über einen Lagerring am Lagergehäuse um die Schwenkachse verschwenkbar abgestützt sein, während gleichzeitig der Lagerring um die Drehachse drehbar am
Lagergehäuse abgestützt ist. Das Schwenklager ist somit zwischen dem
Lagerzapfen und dem Lagerring ausgebildet, während das Schwenklager zwischen dem Lagerring und dem Lagergehäuse ausgebildet ist. Die Drehachse verläuft dabei koaxial zu einer Längsmittelachse des Lagergehäuses.
Bei einer zweiten alternativen Ausführungsform wird das Schwenklager zwischen dem Lagerzapfen und dem Lagergehäuse direkt gebildet, während das Drehlager zwischen dem Lagergehäuse und dem Antriebsglied ausgebildet ist. Die
Drehachse wird dann durch die Längsmittelachse des Antriebsglieds definiert.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Stellvorrichtung im Bereich einer
Kopplungseinrichtung,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Stellvorrichtung bzw. der
Kopplungseinrichtung entsprechend Schnittlinien II in Fig. 1 ,
Fig. 3 eine Draufsicht der Stellvorrichtung bzw. der Kopplungseinrichtung entsprechend einer Blickrichtung III in Fig. 1 , Fig. 4 eine auseinander gezogene Darstellung der Stellvorrichtung bzw. der Kopplungseinrichtung aus Fig. 1 ,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer anderen Stellvorrichtung im
Bereich der Kopplungseinrichtung,
Fig. 6 eine Einzelteildarstellung der Stellvorrichtung bzw. der
Kopplungseinrichtung aus Fig. 5,
Fig. 7 einen Längsschnitt der Stellvorrichtung aus bzw. der
Kopplungseinrichtung Fig. 5,
Fig. 8 einen Längsschnitt wie in Fig. 7, jedoch in einer um 90° gedrehten
Schnittebene.
Entsprechend den Fig. 1 bis 8 umfasst eine Stellvorrichtung 1 einen in Fig. 2 vereinfacht dargestellten Stellantrieb 2 zum bidirektionalen Antreiben
entsprechend einem Doppelpfeil 3 eines Antriebsglieds 4. Mit Hilfe der
Stellvorrichtung 1 kann ein in Fig. 2 vereinfacht dargestelltes Stellglied 5 bidirektional betätigt werden. Beispielsweise handelt es sich beim Stellglied 5 um ein Ventilglied, bspw. ein Wastegate-Ventil eines Abgasturboladers. Die bidirektionale Verstellbarkeit beinhaltet lineare und rotatorische
Verstell beweg ungen des Stellglieds 5 zwischen zwei Endstellungen.
Die Stellvorrichtung 1 umfasst des Weiteren ein Abtriebsglied 6 das im montierten Zustand mit dem Stellglied 5 auf geeignete Weise antriebsgekoppelt ist, sowie eine Kopplungseinrichtung 7, welche das Antriebsglied 4 mit dem Abtriebsglied 6 koppelt. Insgesamt ergibt sich dadurch eine bidirektional verstellbare Einheit aus Antriebsglied 4, Kopplungseinrichtung 7 und Abtriebsglied 6. Eine entsprechende Bewegungsrichtung der
Kopplungseinrichtung 7 ist in Fig. 1 durch einen Doppelpfeil angedeutet und mit 8 bezeichnet. Die Bewegungsrichtung 8 entspricht dabei einer Kopplungsrichtung der Kopplungseinrichtung 7, also einer Richtung, in welcher die
Kopplungseinrichtung 7 Druck- und Zugkräfte zwischen dem Antriebsglied 4 und dem Antriebsglied 6 überträgt. Außerdem entspricht die Bewegungsrichtung 8 einer Längsrichtung der Kopplungseinrichtung 7.
Die Kopplungseinrichtung 7 ist so konzipiert, dass sie einerseits das Antriebsglied 4 mit dem Abtriebsglied 6 um eine Drehachse 9 verdrehbar koppelt, die sich parallel zur Bewegungsrichtung 8 erstreckt. Andererseits koppelt die
Kopplungseinrichtung 7 das Antriebsglied 4 mit dem Abtriebsglied 6
verschwenkbar um eine Schwenkachse 10, die sich quer zur Drehachse 9 erstreckt. Hierzu umfasst die Kopplungseinrichtung 7 einerseits ein Drehlager 1 1 zur drehbaren Lagerung zwischen Antriebsglied 4 und Abtriebsglied 6 um die Drehachse 9 und andererseits ein Schwenklager 12 zur schwenkbaren Lagerung zwischen Antriebsglied 4 und Abtriebsglied 6 um die Schwenkachse 10. Dabei bleiben das Drehlager 1 1 und das Schwenklager 12 zwei separate Lager.
Die Kopplungseinrichtung 7 ist bei den hier gezeigten Ausführungsformen mit einem Lagergehäuse 13 ausgestattet. An oder in diesem Lagergehäuse 13 sind die beiden Lager, also das Drehlager 1 1 und das Schwenklager 12 ausgebildet.
Bei der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform weist das Schwenklager 12 einen zylindrischen Lagerzapfen 14 auf, dessen Längsmittelachse 15 entsprechend Fig. 4 mit der Schwenkachse 10 zusammenfällt bzw. die
Schwenkachse 10 definiert. Dieser Lagerzapfen 14 ist einerseits am
Lagergehäuse 13 und andererseits am Abtriebsglied 6 abgestützt. Im Einzelnen ist der Lagerzapfen 14 fest am Abtriebsglied 6 angeordnet und im Lagergehäuse 13 um die Schwenkachse 10 schwenkbar angeordnet. Auf diese Weise wird zwischen dem Lagerzapfen 14 und dem Lagergehäuse 13 das Schwenklager 12 realisiert. Zur Realisierung des Drehlagers 1 1 kann der Lagerzapfen 14 außerdem um die Drehachse 9 drehbar am Lagergehäuse 13 angeordnet sein. Realisiert wird dies bei der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass sich der Lagerzapfen 14 über einen Lagerring 16 am
Lagergehäuse 13 in der Bewegungsrichtung 8 abstützt. Der Lagerring 16 weist eine zentrale Öffnung 17 auf, die vom Abtriebsglied 16 durchsetzt ist. Beiderseits dieser Öffnung 17 weist der Lagerring 16 diametral gegenüberliegend je eine zylindersegmentförmige Lagerkontur 18 auf. Auf diesen Lagerkonturen 18 stützt sich der Lagerzapfen 14 in der Bewegungsrichtung 8 ab. In diesen Lagerkonturen 18 ist der Lagerzapfen 14 außerdem um die Schwenkachse 10 schwenkbar gelagert. Zur Realisierung des Drehlagers 1 1 kann nun der Lagerring 16 am Lagergehäuse 13 um die Drehachse 9 drehbar abgestützt sein. Zweckmäßig kann der Lagerring 16 hierzu an einer von den Lagerkonturen 18 abgewandten Seite eine ebene Lagerkontur 19 aufweisen, die sich ringförmig erstreckt und welche die Öffnung 17 umschließt. Über diese ebene Lagerkontur 19 stützt sich der Lagerring 16 am Lagergehäuse 13 ab und ist dabei relativ zum
Lagergehäuse 13 um die Drehachse 9 drehbar. Beispielsweise weist das
Lagergehäuse 13 einen nach innen vorstehenden Kragen 20 auf, auf dem der Lagerring 16 an einer dem Lagerzapfen 14 zugewandten Innenseite zur Anlage kommt.
Die Kopplungseinrichtung 7 weist außerdem eine Lagerkonsole 21 auf, die am Lagergehäuse 13 befestigt ist, bspw. mittels einer Schweißnaht 22. Die
Lagerkonsole 21 bildet gleichzeitig einen Verschluss für das topfförmige
Lagergehäuse 13. An der Lagerkonsole 21 ist das Antriebsglied 4 angebracht. Beispielsweise kann das Antriebsglied 4 um eine Kopplungsachse 23
verschwenkbar an der Lagerkonsole 21 angebracht sein, wobei sich auch diese Kopplungsachse 23 quer zur Drehachse 9 erstreckt. Beispielsweise ist das Antriebsglied 4 mittels einer Welle 24 an der Lagerkonsole 21 angebracht, die zylindrisch ausgestaltet ist und deren Längsmittelachse die Kopplungsachse 23 definiert.
Vorzugsweise besitzt die Lagerkonsole 21 eine ebene und insbesondere quer zur Drehachse 9 orientierte Lagerseite 25, die sich an einer vom Antriebsglied 4 abgewandten Seite der Lagerkonsole 21 befindet. Hierdurch ist die Lagerseite 25 dem Abtriebsglied 6 zugewandt. Die Dimensionierungen von Lagerkonsole 21 , Lagergehäuse 13, Lagerzapfen 14 und gegebenenfalls des Lagerrings 16 sind so aufeinander abgestimmt, dass sich der Lagerzapfen 14 an dieser Lagerseite 25 der Lagerkonsole 21 zumindest bei einer Druckbelastung bzw.
Druckkraftübertragung abstützt.
Das Abtriebsglied 6 ist hier als Stange ausgestaltet und dringt durch eine
Durchgangsöffnung 26 in das Innere des Lagergehäuses 13. Ferner durchsetzt das Abtriebsglied 6 die Öffnung 17 des Lagerrings 16. Die Durchgangsöffnung 26 und die Öffnung 17 besitzen eine Öffnungsweite, die größer ist als ein
Querschnitt des Abtriebsglieds 6. Ferner ist die Länge des Lagerzapfens 14 in der Schwenkachse 10 kleiner als ein Innendurchmesser des Lagergehäuses 13. Hierdurch ergibt sich in der Schwenkachse 10 bzw. parallel zur Schwenkachse 10 ein Spiel für den Lagerzapfen 14 im Lagergehäuse 13. Durch dieses Spiel parallel zur Schwenkachse 10 können zusätzliche Relativverstellungen zwischen Antriebsglied 4 und Abtriebsglied 6 realisiert werden, was einen
Toleranzausgleich im Rahmen der Montage der Stellvorrichtung erleichtert.
Darüber hinaus kann der Lagerzapfen 14 an seinen Stirnseiten 27 nach außen konvex gekrümmt sein. Der Lagerzapfen 14 bildet bei der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform das Längsende des Abtriebsglieds 6. Er kann an das Abtriebsglied 6 angebaut sein. Ebenso ist eine integrale Ausformung des Lagerzapfens 14 am
Abtriebsglied 6 möglich. Diese integrale Ausformung kann in vorteilhafter Weise durch Fließpressen erzeugt werden. Dies hat den Vorteil, dass zwischen dem Lagerzapfen 14 und dem Abtriebsglied 6 durchgehende Spannungslinien vorhanden sind und daher eine Kerbwirkung zwischen diesen Teilen reduziert ist. Weiterhin kann der Durchmesser des Lagerzapfens 14 im Verhältnis zu dem Abtriebsglied 6 gleich groß oder sogar größer gewählt werden, wodurch die Lagerkräfte im Bereich des Lagerzapfens 14 optimiert werden.
Bei der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform ist über das Drehlager 1 1 das Abtriebsglied 6 am Lagergehäuse 13 drehbar gelagert. Über das
Schwenklager 12 ist ebenfalls das Abtriebsglied 6 am Lagergehäuse 13 schwenkbar gelagert.
Die Fig. 5 bis 8 zeigen eine andere Ausführungsform für die
Kopplungseinrichtung 7, die sich prinzipiell von der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass über das Drehlager 1 1 das
Antriebsglied 4 am Lagergehäuse 13 drehbar angeordnet ist, während über das Schwenklager 12 das Abtriebsglied 6 am Lagergehäuse 13 schwenkbar angeordnet ist.
Zur Realisierung des Schwenklagers 12 ist auch bei dieser Ausführungsform ein Lagerzapfen 28 vorgesehen, dessen Längsmittelachse 29 mit der Schwenkachse 10 zusammenfällt bzw. diese definiert. Für diesen Lagerzapfen 28 ist das
Abtriebsglied 6 mit einem Lagerauge 30 ausgestattet, das vom Lagerzapfen 28 durchsetzt ist. Beiderseits dieses Lagerauges 30 ragt der Lagerzapfen 28 in entsprechende Zapfenaufnahmen 31 hinein, die in einer Wandung 32 des Lagergehäuses 13 dafür vorgesehen sind. Dabei ist der Lagerzapfen 28 zweckmäßig in die Zapfenaufnahmen 31 eingepresst, während das Abtriebsglied 6 in seinem Lagerauge 30 am Lagerzapfen 28 um die Schwenkachse 10 verschwenkbar gelagert ist. Grundsätzlich ist auch eine umgekehrte Bauform denkbar, bei welcher der Lagerzapfen 28 in das Lagerauge 30 eingepresst ist und in den Lageraufnahmen 31 des Lagergehäuses 13 drehbar gelagert ist. In jedem Fall ergibt sich auch hier eine Konfiguration, bei welcher sich der
Lagerzapfen 28 einerseits am Lagergehäuse 13 und andererseits am
Abtriebsglied 6 abstützt, wobei sich der Lagerzapfen 28 im einzelnen fest am Abtriebsglied 6 angeordnet sein kann und am Lagergehäuse 13 um die
Schwenkachse 10 schwenkbar angeordnet sein kann.
Das Drehlager 1 1 ist bei der in den Fig. 5 bis 8 gezeigten Ausführungsform mit Hilfe einer Ringstufe 33 realisiert, die am Lagergehäuse 13 ausgebildet ist. Die Ringstufe 33 befindet sich dabei an einer Innenseite des Lagergehäuses 13. An dieser Ringstufe 33 ist ein Ring 34 in der Bewegungsrichtung 8 abgestützt.
Dieser Ring 34, der entsprechend Fig. 6 eine Unterbrechung 35 aufweisen kann, greift in eine Ringnut 36 ein, die am Antriebglied 3 ausgeformt ist. Über diesen Ring 34 ergibt sich eine um die Drehachse 9 drehbare Abstützung zwischen Antriebsglied 4 und Lagergehäuse 13, wobei der Ring 34 in der Ringnut 36 um die Drehachse 9 verdrehbar angeordnet ist oder an der Ringstufe 33 um die Drehachse 9 verdrehbar angeordnet ist. Ebenso ist es möglich, dass sich der Ring 34 sowohl an der Ringstufe 33 als auch in der Ringnut 36 um die Drehachse 9 verdrehbar abstützt.
Das Abtriebsglied 6 kann an einem dem Antriebsglied 4 zugewandten Ende eine Stirnseite 37 aufweisen, die koaxial zur Schwenkachse 10 zylindersegmentförmig geformt ist. Beispielsweise erstreckt sich die Zylinderform der Stirnseite 37 um etwa 180° oder um etwa 120°. Ferner kann das Antriebsglied 4 an seinem dem Abtriebsglied 6 zugewandten Ende eine Stirnseite 38 aufweisen, die senkrecht zur Drehachse 9 eben ausgestaltet ist. Die Abmessungen der einzelnen
Komponenten sind so aufeinander abgestimmt, dass sich das Antriebsglied 4 zumindest bei einer Druckkraftübertragung am Abtriebsglied 6 abstützt, wobei dann die Stirnseite 38 des Antriebsglieds 4 an der Stirnseite 37 des
Abtriebsglieds 6 zur Anlage kommt. Dabei erfolgt diese Abstützung in einer senkrecht zur Schwenkachse 10 verlaufenden Richtung. Ferner erfolgt diese Kraftübertragung unabhängig von der Schwenklage des Abtriebsglieds 6 frei von Drehmomenten, da die zylindersegmentförmige bzw.
kreiszylindersegmentförmige Stirnseite 37 die vom Antriebsglied 4 eingeleitete Kraft drehmomentfrei auf den Lagerzapfen 28 überträgt.
Die Wandung 32 des Lagergehäuses 13 ist mit seitlichen Unterbrechungen 39 versehen, die es ermöglichen, dass sich das Lagerauge 30 bzw. eine Einfassung 40 des Lagerauges 30 bis in die Unterbrechungen 39 hineinerstreckt.

Claims

Ansprüche
1 . Stellvorrichtung zum Betätigen eines Stellglieds (5), insbesondere bei einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug,
- mit einem Stellantrieb (2) zum bidirektionalen Antreiben eines Antriebsglieds (4),
- mit einem Abtriebsglied (6), das mit dem Stellglied (5) antriebsverbunden oder antriebsverbindbar ist,
- mit einer Kopplungseinrichtung (7), die das Antriebsglied (4) mit dem
Abtriebsglied (6) um eine parallel zur Bewegungsrichtung (8) der
Kopplungseinrichtung (7) verlaufenden Drehachse (9) verdrehbar und um eine quer zur Drehachse (9) verlaufende Schwenkachse (10) verschwenkbar verbindet,
- wobei die Kopplungseinrichtung (7) ein Drehlager (1 1 ) zur drehbaren
Lagerung zwischen Antriebsglied (4) und Abtriebsglied (6) um die Drehachse (9) aufweist,
- wobei die Kopplungseinrichtung (7) separat und zusätzlich zum Drehlager (1 1 ) ein Schwenklager (12) zur schwenkbaren Lagerung zwischen Antriebsglied (4) und Abtriebsglied (6) um die Schwenkachse (10) aufweist.
2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kopplungseinrichtung (7) ein Lagergehäuse (13) aufweist, an dem das Drehlager (1 1 ) und das Schwenklager (12) ausgebildet sind.
3. Stellvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schwenklager (12) einen zylindrischen Lagerzapfen (14; 28) aufweist, dessen Längsmittelachse (15; 29) koaxial zur Schwenkachse (10) verläuft und der einerseits am Lagergehäuse (13) und andererseits am Abtriebsglied (6) abgestützt ist.
4. Stellvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lagerzapfen (14; 28) fest am Abtriebsglied (6) angeordnet ist und im oder am Lagergehäuse (13) um die Schwenkachse (10) schwenkbar angeordnet ist.
5. Stellvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lagerzapfen (14) im oder am Lagergehäuse (13) auch um die
Drehachse (9) drehbar angeordnet ist.
6. Stellvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich der Lagerzapfen (14) über einen Lagerring (16) am Lagergehäuse (13) in der Bewegungsrichtung (8) abstützt, der eine vom Abtriebsglied (6)
durchsetzte zentrale Öffnung (17) und beiderseits davon je eine
zylindersegmentförmige Lagerkontur (18) aufweist, auf denen sich der
Lagerzapfen (14) abstützt und in denen der Lagerzapfen (14) um die
Schwenkachse (10) schwenkbar gelagert ist.
7. Stellvorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (16) gegenüber den zylindersegmentförmigen Lagerkonturen (18) eine die Öffnung (17) ringförmig umschließende ebene Lagerkontur (19) aufweist, mit der er sich am Lagergehäuse (13) abstützt und über die er um die Drehachse (9) drehbar am Lagergehäuse (13) gelagert ist.
8. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass am Lagergehäuse (13) eine Lagerkonsole (21 ) befestigt ist, an welcher das Antriebsglied (4) angebracht ist.
9. Stellvorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lagerkonsole (21 ) eine dem Abtriebsglied (6) zugewandte ebene Lagerseite (25) aufweist, an welcher sich der Lagerzapfen (14) zumindest bei einer Druckkraftübertragung abstützt.
10. Stellvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Antriebsglied (4) um eine quer zur Bewegungsrichtung (8) verlaufende Kopplungsachse (23) drehbar an der Lagerkonsole (21 ) gelagert ist.
1 1 . Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Antriebsglied (4) über das Drehlager (1 1 ) am Lagergehäuse (13) drehbar angeordnet ist, während das Abtriebsglied (6) über das Schwenklager (12) am Lagergehäuse (13) schwenkbar angeordnet ist.
12. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenklager (12) einen Lagerzapfen (28) aufweist, dessen
Längsmittelachse (29) koaxial zur Schwenkachse (10) verläuft, der das
Abtriebsglied (6) in einem Lagerauge (30) durchsetzt und der beiderseits des Lagerauges (30) in eine Wandung (32) des Lagergehäuses (13) hineinragt.
13. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 1 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Drehlager (1 1 ) eine am Lagergehäuse (13) ausgebildete Ringstufe (33) aufweist, an der ein Ring (34) abgestützt ist, der in eine am Antriebsglied (4) ausgebildete Ringnut (36) eingreift, wobei der Ring (34) an der Ringstufe (33) und/oder in der Ringnut (36) um die Drehachse (9) drehbar gelagert ist.
14. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Abtriebsglied (6) an einem dem Antriebsglied (4) zugewandten Ende koaxial zur Schwenkachse (10) eine zylindersegmentförmige Stirnseite (37) aufweist.
15. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Antriebsglied (4) an einem dem Abtriebsglied (6) zugewandten Ende senkrecht zur Drehachse (9) eine ebene Stirnseite (38) aufweist.
16. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich das Antriebsglied (4) über seine dem Abtriebsglied (6) zugewandte Stirnseite (38) zumindest bei einer Druckkraftübertragung am Abtriebsglied (6) an dessen, dem Antriebsglied (4) zugewandter Stirnseite (37) abstützt.
17. Verwendung einer Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, zum Betätigen eines Wastegates einer Turbine eines Abgasturbolader.
18. Verwendung einer Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, zum Betätigen einer variablen Geometrie eines Abgasturboladers, insbesondere einer Turbine oder eines Verdichters des Turboladers.
19. Verwendung einer Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, zum Betätigen eines Abgasventils.
20. Verwendung einer Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, zum Betätigen eines Abgasrückführventils
21 . Verwendung einer Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, zum Betätigen eines Frischluftventils.
22. Verwendung einer Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, zum Betätigen einer, insbesondere frischluftseitigen oder abgasseitigen, Klappenanordnung.
23. Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einer Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
24. Kopplungseinrichtung zum Koppeln eines Antriebsglieds (4) mit einem Abtriebsglied (6), insbesondere für eine Stellvorrichtung (1 ) zum Betätigen eines Stellglieds (5),
- wobei die Kopplungseinrichtung (7) das Antriebsglied (4) mit dem
Abtriebsglied (6) um eine Drehachse (9) verdrehbar und um eine quer zur Drehachse (9) verlaufende Schwenkachse (10) verschwenkbar verbindet, - wobei die Kopplungseinnchtung (7) ein Drehlager (1 1 ) zur drehbaren
Lagerung zwischen Antriebsglied (4) und Abtriebsglied (6) um die Drehachse (9) aufweist,
- wobei die Kopplungseinrichtung (7) separat und zusätzlich zum Drehlager (1 1 ) ein Schwenklager (12) zur schwenkbaren Lagerung zwischen Antriebsglied (4) und Abtriebsglied (6) um die Schwenkachse (10) aufweist.
25. Kopplungseinrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch wenigstens eines der kennzeichnenden Merkmale eines der Ansprüche 2 bis 16.
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