WO2014005941A1

WO2014005941A1 - Stellvorrichtung und gelenk

Info

Publication number: WO2014005941A1
Application number: PCT/EP2013/063631
Authority: WO
Inventors: Peter Reinisch
Original assignee: Mahle International Gmbh
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2014-01-09
Also published as: KR20150003927A; EP2870337A1; DE102012211535A1; CN104334852A; CN104334852B; US9353676B2; KR101530507B1; US20150167542A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung (1) zum bidirektionalen Verstellen eines Stellglieds (2), insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einem Stellantrieb (4), und mit einer mit dem Stellantrieb (4) und dem Stellglied (2) verbundenen Kopplungseinrichtung (5), die einerstes Kopplungsglied (7), ein zweites Kopplungsglied (8) und ein Gelenk (9) aufweist, das die beiden Kopplungsglieder (7, 8) gelenkig miteinander verbindet. Bei kompakter Bauform lassen sich relativ große Druckkräfte übertragen, wenn das Gelenk (9) ein mit dem ersten Kopplungsglied (7) fest verbundenes Gehäuse (15) aufweist, das einen zum zweiten Kopplungsglied (8) offenen Lagerraum (16) mit einer vom ersten Kopplungsglied (7) abgewandten kugelsegmentförmigen ersten Lagerfläche (19) aufweist, deren Drehpunkt (20) auf der Längsmittelachse (21) des Gehäuses (15) liegt, und wenn das Gelenk (9) eine mit einem Schaft (18) des zweiten Kopplungsglieds (8) fest verbundene Lagerschale (22) aufweist, die im Lagerraum (16) angeordnet ist und die eine dem ersten Kopplungsglied (7) zugewandte, komplementär zur ersten Lagerfläche (19) geformte, kugelsegmentförmige, daran flächig anliegende erste Gegenlagerfläche (23) aufweist.

Description

Stellvorrichtung und Gelenk

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung zum bidirektionalen Verstellen eines Stellglieds, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft außerdem ein Gelenk für eine derartige Stellvorrichtung. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung noch einen Abgasturbolader, der mit einer derartigen Stellvorrichtung ausgestattet ist.

Aus der EP 0 976 919 B1 ist eine Stellvorrichtung zum bidirektionalen Verstellen eines Wastegate-Ventils eines Turboladers einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Stellvorrichtung umfasst einen Stellantrieb zum Erzeugen von Stellkräften sowie eine Kopplungseinrichtung zum Übertragen der Stellkräfte vom Stellantrieb auf das durch das Wastegate-Ventil gebildete Stellglied. Hierzu ist die Kopplungseinrichtung einerseits mit dem Stellantrieb und andererseits mit dem Stellglied antriebsverbunden. Die Kopplungseinrichtung umfasst dabei zumindest ein erstes Kopplungsglied, ein zweites Kopplungsglied und ein Gelenk, das die beiden Kopplungsglieder gelenkig miteinander verbindet. Bei der bekannten Stellvorrichtung ist das Gelenk als Kugelkopfgelenk ausgestaltet, das einen am ersten Kopplungsglied ausgebildeten Kugelkopf und eine am zweiten Kopplungsglied ausgebildete zylindrische Kugelaufnahme umfasst, in welche der Kugelkopf axial eingesetzt ist. Der Stellantrieb ist bei der bekannten Stellvorrichtung als Pneumatikantrieb ausgestaltet, der das erste Kopplungsglied linear antreibt. Das zweite Kopplungsglied ist über eine Hebelanordnung mit dem Wastegate-Ventil verbunden, das um eine Schwenkachse schwenkverstellbar gelagert ist. Somit wird innerhalb der Kopplungseinrichtung eine lineare Verstellbewegung des Stellglieds in eine drehende Verstell beweg ung des Wastegate-Ventils, also des Stellglieds gewandelt. Bei derartigen Stellvorrichtungen, die kinematisch unterschiedliche Stellbewegungen miteinander koppeln, beispielsweise eine translatorische Stellbewegung mit einer rotatorischen Stellbewegung, muss innerhalb der Kopplungseinrichtung zumindest ein Gelenk vorhanden sein, um Verspannungen innerhalb der Kopplungseinrichtung zu vermeiden. Das Gelenk ist dabei so gestaltet, dass es unterschiedliche Neigungswinkel zwischen den Kopplungsgliedern ermöglicht.

Andere Stellvorrichtungen, die ebenfalls einen derartigen Aufbau aufweisen können, lassen sich beispielsweise zum Verstellen einer variablen Turbinengeometrie oder zum Verstellen von Klappen einer Frischluftanlage verwenden, beispielsweise Steuerklappen, Tumbleklappen oder Drallklappen.

Die Ausgestaltung des Gelenks als Kugelkopfgelenk kann dann problematisch sein, wenn vergleichsweise große Druckkräfte übertragen werden müssen, während gleichzeitig nur vergleichsweise wenig Bauraum zur Verfügung steht. Reduzierter Bauraum begrenzt den maximal verwendbaren Kugeldurchmesser. Je kleiner der Kugeldurchmesser, desto größer ist die Flächenpressung und desto geringer sind die übertragbaren Druckkräfte.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Stellvorrichtung der eingangs genannten Art bzw. für einen damit ausgestatteten Abgasturbolader bzw. für ein zugehöriges Gelenk eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass bei kompakter Bauweise vergleichsweise große Druckkräfte übertragbar sind.

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, innerhalb des Gelenks keine nahezu vollständige Kugel, sondern nur ein Kugelsegment zu verwenden. Da das Kugelsegment jedoch den gesamten Bauraum ausnutzen kann, lässt sich der zugehörige Kugeldurchmesser deutlich größer wählen als für den Fall, dass im selben Bauraum eine nahezu vollständige Kugel untergebracht werden muss. Mit anderen Worten, das verwendete Kugelsegment besitzt einen Kugeldurchmesser, dessen zugehörige Kugel deutlich größer ist als der zur Unterbringung des Kugelsegments vorgesehene Bauraum. Der vergrößere Kugeldurchmesser führt zu einer reduzierten Flächenpressung, was die Übertragung größerer Druckkräfte ermöglicht.

Im Einzelnen umfasst das erfindungsgemäße Gelenk ein mit dem ersten Kopplungsglied fest verbundenes Gehäuse, das einen zum zweiten Kopplungsglied offenen Lagerraum mit einer vom ersten Kopplungsglied abgewandten ku- gelsegmentförmigen ersten Lagerfläche aufweist, deren Drehpunkt auf der Längsmittelachse des Gehäuses liegt. Der Drehpunkt der ersten Lagerfläche entspricht dabei dem Kugelmittelpunkt der zugehörigen virtuellen Kugel. Ferner umfasst das Gelenk eine mit einem Schaft des zweiten Kopplungsglieds fest verbundene Lagerschale, die im Lagerraum angeordnet ist und die eine dem ersten Kopplungsglied zugewandte, komplementär zur ersten Lagerfläche geformte, kugelsegmentformige, daran flächig anliegende erste Gegenlagerfläche aufweist. Da die erste Gegenlagerfläche komplementär zur ersten Lagerfläche geformt ist und daran flächig anliegt, sind ein Drehpunkt der ersten Gegenlagerfläche und der Drehpunkt der ersten Lagerfläche identisch.

Zweckmäßig kann das Kugelsegment der zusammenwirkenden Lagerflächen so dimensioniert sein, dass eine bei ordnungsgemäßem und bestimmungsgemäßem Einsatz des Gelenks maximal zu erwartende Auslenkung zwischen den beiden Kopplungsgliedern zuverlässig durch die Größe des jeweils gewählten Ku- gelsegments abgedeckt ist. Je größer die mögliche Auslenkung zwischen den Kopplungsgliedern sein kann, desto größer ist auch das Kugelsegment zu wählen. Eine äußere Begrenzung der Lagerschale ist vorzugsweise derart gewählt, dass eine Verbindungslinie des äußersten Punktes der ersten Gegenlagerfläche auf der Lagerschale zum Kugelmittelpunkt auch bei maximaler Auslenkung zwischen den beiden Kopplungsgliedern die Längsmittelachse des Gehäuses nicht überschreitet.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform, bei der das Gelenk auch zur Übertragung vergleichsweise großer Zugkräfte geeignet ist, kann die zuvor genannte Lagerschale außerdem eine vom ersten Kopplungsglied abgewandte, kugelsegmentförmige zweite Gegenlagerfläche aufweisen, deren Drehpunkt mit dem Drehpunkt der ersten Gegenlagerfläche zusammenfällt. Des Weiteren um- fasst das Gelenk in diesem Fall außerdem einen Spannring, der den Schaft des zweiten Kopplungsglieds umschließt, der von der offenen Seite des Lagerraums her in den Lagerraum hineinragt, der am Gehäuse befestigt ist und der eine dem ersten Kopplungsglied zugewandte, komplementär zur zweiten Gegenlagerfläche geformte, kugelsegmentförmige, daran flächig anliegende zweite Lagerfläche aufweist. Auch hier entspricht ein Drehpunkt der zweiten Lagerfläche identisch dem Drehpunkt der zweiten Gegenlagerfläche. Die Lagerschale definiert somit mit ihren beiden Gegenlagerflächen zwei Kugelsegmente, deren zugehörige Kugeln konzentrisch angeordnet sind und dementsprechend denselben Kugelmittelpunkt besitzen.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann ein erster Radius der ersten Lagerfläche und der ersten Gegenlagerfläche größer sein als die Hälfte eines Außendurchmessers des Gehäuses. Zusätzlich oder alternativ kann ein zweiter Radius der zweiten Lagerfläche und der zweiten Gegenlagerfläche größer sein als die Hälfte eines Außendurchmessers des Gehäuses. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass die Krümmung der kugelsegmentförmigen Flächen vergleichsweise gering ist, also einen relativ großen Radius bzw. Durchmesser besitzen. Dies führt zu einer Reduzierung der im Gelenk auftretenden Flächenpressungen, wodurch die übertragbaren Druckkräfte bzw. Zugkräfte entsprechend vergrößert werden können.

Grundsätzlich können die erste Lagerfläche und die erste Gegenlagerfläche vollflächig aneinander anliegen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann jedoch vorgesehen sein, dass die erste Lagerfläche und die erste Gegenlagerfläche nur in einem Ringbereich flächig aneinander anliegen, während sie in einem vom Ringbereich umschlossenen Zentralbereich axial voneinander beabstandet sind. Durch diese Bauweise ist es möglich, das Gelenk insgesamt in der Axialrichtung kompakter zu gestalten.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann dabei vorgesehen sein, die erste Lagerfläche durch einen kugelsegmentförmigen Ringbereich zu definieren, der einen ebenen Zentralbereich umschließt. Komplementär dazu kann die erste Gegenlagerfläche dann einen kugelsegmentförmigen Ringbereich und einen davon umschlossenen offenen Zentralbereich aufweisen.

Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die zweite Lagerfläche durch einen kugelsegmentförmigen Ringbereich gebildet ist. Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Gegenlagerfläche durch einen kugelsegmentförmigen Ringbereich gebildet sein.

Grundsätzlich ist denkbar, die Lagerschale integral am Schaft auszuformen. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei welcher die Lagerschale bezüglich des Schafts ein separates Bauteil ist, das fest mit dem Schaft verbunden ist. Eine derartige gebaute Variante vereinfacht die Herstellung der Einzelteile. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die als separates Bauteil konzipierte Lagerschale eine die Lagerschale durchsetzende Schaftaufnahmeöffnung aufweisen, in die der Schaft axial eingesetzt ist, wobei eine axiale Stirnseite des Schafts axial von der ersten Lagerfläche beabstandet ist. Der Schaft ist somit ausschließlich indirekt über die Lagerschale am Gehäuse abgestützt.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die erste Lagerfläche an einem Einsatzteil ausgeformt sein, das bezüglich des Gehäuses ein separates Bauteil ist und das in den Lagerraum eingesetzt ist. Die Verwendung eines derartigen Einsatzteils ermöglicht es, die erste Lagerfläche außerhalb des Gehäuses bzw. unabhängig vom Gehäuse mit hoher Präzision herzustellen, wodurch die Herstellung des Gehäuses vereinfacht wird. Grundsätzlich ist jedoch auch eine alternative Ausführungsform denkbar, bei welcher die erste Lagerfläche integral am Gehäuse ausgeformt ist.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann nun vorgesehen sein, das Einsatzteil mittels wenigstens eines Federelements gegen die Lagerschale vorzuspannen. Somit bleiben die miteinander zusammenwirkenden Flächen stets in Kontakt, wodurch Relativbewegungen, Geräusche und Verschleiß reduziert werden können.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Spannring den Schaft mit Radialspiel umschließen. Durch dieses Radialspiel, das sich an einer vom Drehpunkt des Gelenks entfernten Stelle befindet, kann die Bewegungsfreiheit des Schafts gegenüber dem Gehäuse bzw. gegenüber dem Spannring vorgegeben werden. Beispielsweise kann der Schaft um den Drehpunkt des Gelenks bis maximal 20° oder bis maximal 10° aus einer koaxialen Ausrichtung zwischen Schaft und Gehäuse ausgelenkt werden. Das Radialspiel kann somit zur Definition eines Bewegungsanschlags zwischen Schaft und Spannring genutzt werden.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Spannring ein Außengewinde aufweisen. Das Gehäuse kann in einem die offene Seite des Lagerraums aufweisenden Endbereich ein komplementär zum Außengewinde des Spannrings geformtes Innengewinde aufweisen. Der Spannring kann nun in das Gehäuse eingeschraubt sein. Durch ein Anzugsmoment für den Spannring kann beispielsweise ein Lagerspiel bzw. eine Lagerreibung innerhalb des Gelenks eingestellt werden. Der Spannring kann an einer vom Lagerraum abgewandten Seite einen radial abstehenden und in der Umfangsrichtung umlaufenden Radialkragen aufweisen, der als Axialanschlag zwischen Spannring und Gehäuse dienen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die erste Lagerfläche, die erste Gegenlagerfläche, die zweite Lagerfläche und die zweite Gegenlagerfläche zum zweiten Kopplungsglied hin konvex gekrümmt sein. Hierdurch lässt sich eine in der Axialrichtung besonders kompakte Bauform für das Gelenk realisieren. Alternativ ist jedoch auch eine Ausführungsform denkbar, bei welcher die erste Lagerfläche, die erste Gegenlagerfläche, die zweite Lagerfläche und die zweite Gegenlagerfläche zum zweiten Kopplungsglied hin konkav gekrümmt sind.

Bei einem erfindungsgemäßen Abgasturbolader ist zumindest eine Stellvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art vorgesehen, um damit ein Waste-Gate- Ventil bzw. eine variable Turbinengeometrie betätigen zu können. Ein Abgasturbolader weist in üblicher Weise einen Verdichter zum Verdichten von Frischluft sowie eine Turbine zum Entspannen von Abgas auf, wobei Verdichter und Turbine durch eine gemeinsame Antriebswelle miteinander antriebsverbunden sind. Zur Leistungsregelung kann der Abgasturbolader bzw. seine Turbine ein Waste- Gate-Ventil aufweisen, vorzugsweise bei einem Benzinmotor. Alternativ kann die Turbine zur Leistungsregulierung auch mit einer variablen Turbinengeometrie ausgestattet sein, vorzugsweise bei einem Dieselmotor. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, die Turbine sowohl mit einem Waste-Gate-Ventil als auch mit einer variablen Turbinengeometrie auszustatten. In diesem Fall kann das Waste-Gate- Ventil z.B. zum raschen Erhitzen eines nachfolgenden Katalysators verwendet werden.

Ein erfindungsgemäßes Gelenk, das zum Herstellen einer Druck- und Zugkräfte übertragenden, gelenkigen Verbindung zwischen einem ersten Kopplungsglied und einem zweiten Kopplungsglied verwendet werden kann, charakterisiert sich somit durch ein fest mit dem ersten Kopplungsglied verbindbares Gehäuse, das einen eine axiale Lagerraumöffnung aufweisenden Lagerraum mit einer der Lagerraumöffnung zugewandten kugelsegmentförmigen ersten Lagerfläche aufweist, dessen Drehpunkt auf der Längsmittelachse des Gehäuses liegt. Ferner umfasst das Gelenk eine fest mit einem Schaft des zweiten Kopplungsglieds verbindbare Lagerschale, die im Lagerraum angeordnet ist und eine von der Lagerraumöffnung abgewandte, komplementär zur ersten Lagerfläche geformte, ku- gelsegmentförmige, daran flächig anliegende erste Gegenlagerfläche aufweist. Damit das Gelenk auch Zugkräfte übertragen kann, kann optional vorgesehen sein, dass die Lagerschale außerdem eine der Lagerraumöffnung zugewandte kugelsegmentförmige, zweite Gegenlagerfläche aufweist, deren Drehpunkt mit dem Drehpunkt der ersten Gegenlagerfläche zusammenfällt. Ferner umfasst das Gelenk dann außerdem einen Spannring, der durch die Lagerraumöffnung in den Lagerraum axial hineinragt, am Gehäuse befestigt ist und eine von der Lagerraumöffnung abgewandte, komplementär zur zweiten Gegenlagerfläche geformte, kugelsegmentförmige, daran flächig anliegende zweite Lagerfläche aufweist. 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 Komponenten beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch

Fig. 1 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer Stellvorrichtung,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Gelenks der Stellvorrichtung,

Fig. 3 Schnittansichten des Gelenks aus Fig. 2, jedoch bei unterschiedlichen Montagezuständen a bis e.

Entsprechend Figur 1 umfasst eine Stellvorrichtung 1 , mit deren Hilfe ein Stellglied 2 gemäß einem Doppelpfeil 3 bidirektional verstellbar ist, einen Stellantrieb 4 sowie eine Kopplungseinrichtung 5. Das Stellglied 2 ist im Beispiel der Figur 1 ein Wastegate-Ventil eines Turboladers 6. Der Stellantrieb 4 ist beispielsweise ein Elektromotor und kann Stellkräfte erzeugen, die sowohl Druckkräfte als auch Zugkräfte sein können. Die Kopplungseinrichtung 5 ist einerseits mit dem Stellan- trieb 4 und andererseits mit dem Stellglied 2 antriebsverbunden. Die Kopplungseinrichtung 5 umfasst hierzu ein erstes Kopplungsglied 7, ein zweites Kopplungsglied 8 sowie ein Gelenk 9, das die beiden Kopplungsglieder 7, 8 gelenkig miteinander verbindet. Ferner kann das Gelenk 9 die Zug- und Druckkräfte des Stellantriebs 4 zwischen den beiden Kopplungsgliedern 7, 8 übertragen. Im Beispiel ist der Stellantrieb 4 mit dem zweiten Kopplungsglied 8 verbunden, das hier stan- genförmig ausgestaltet ist und das mit Hilfe des Stellantriebs 4 gemäß einem Doppelpfeil 10 bidirektional und linear bzw. translatorisch verstellbar ist. Das erste Kopplungsglied 7 ist dagegen über eine Hebelanordnung 1 1 mit dem Stellglied 2 antriebsverbunden. Die Hebelanordnung 1 1 umfasst eine Spindel 12, die um eine Drehachse 13 drehverstellbar gelagert ist, so dass die Hebelanordnung 1 1 und somit das Stellglied 2 gemäß einem Doppelpfeil 14 bidirektional und bezüglich der Drehachse 13 drehend, also rotatorisch verstellt werden können. Die Kopplungseinrichtung 5 schafft somit die Kopplung einer translatorischen Stellbewegung der Stellvorrichtung 4 mit einer rotatorischen Stellbewegung des Stellglieds 2. Um die hierbei erforderlichen Relativbewegungen zwischen den beiden Kopplungsgliedern 7, 8 zu ermöglichen, besitzt das Gelenk 9 einen entsprechenden Freiheitsgrad. Gleichzeitig muss das Gelenk 9 vergleichsweise große Kräfte in der Zug- und in der Druckrichtung übertragen können.

Gemäß den Figuren 2 und 3 umfasst das Gelenk 9 ein Gehäuse 15, das im eingebauten Zustand fest mit dem ersten Kopplungsglied 7 verbunden ist. Das Gehäuse 15 weist einen Lagerraum 16 auf, der zum zweiten Kopplungsglied 8 hin offen ist und eine Lagerraumöffnung 17 besitzt. In Figur 2 ist vom zweiten Kopplungsglied 8 ein Schaft 18 gezeigt, der entweder integral am zweiten Kopplungsglied 8 ausgeformt sein kann oder an das zweite Kopplungsglied 8 angebaut werden kann. Der Lagerraum 16 weist ferner eine der Lagerraumöffnung 17 zugewandte und im Einbauzustand vom ersten Kopplungsglied 7 abgewandte kugelsegmentförmi- ge erste Lagerfläche 19 auf, deren Drehpunkt 20 auf einer Längsmittelachse 21 des Gehäuses 15 liegt. Das Gelenk 9 weist außerdem eine Lagerschale 22 auf, die mit dem Schaft 18 fest verbunden werden kann bzw. im montierten Zustand des Gelenks 9 bzw. der Stellvorrichtung 1 fest verbunden ist. Die Lagerschale 22 ist im Lagerraum 16 angeordnet und weist eine von der Lagerraumöffnung 17 abgewandte erste Gegenlagerfläche 23 auf, die komplementär zur ersten Lagerfläche 19 geformt ist, also ebenfalls kugelsegmentförmig gestaltet ist und an der ersten Lagerfläche 19 flächig anliegt. Ferner weist die Lagerschale 22 eine der Lagerraumöffnung 17 zugewandte zweite Gegenlagerfläche 24 auf, die ebenfalls kugelsegmentförmig gestaltet ist und deren Drehpunkt 25 mit dem Drehpunkt 20 der ersten Gegenlagerfläche 23 zusammenfällt. Der Drehpunkt 20 ist dabei für die erste Lagerfläche 19 und die erste Gegenlagerfläche 23 identisch. Die zweite Gegenlagerfläche 24 ist ebenfalls kugelsegmentförmig gestaltet.

Das Gelenk 9 umfasst außerdem einen Spannring 26, der im montierten Zustand den Schaft 18 umschließt und der von der offenen Seite des Lagerraums 16 her in die Lagerraumöffnung 17 eingesetzt ist und in den Lagerraum 16 hineinragt. Der Lagerring 26 ist am Gehäuse 15 befestigt und weist eine zweite Lagerfläche 27 auf, die kugelsegmentförmig ausgestaltet ist, die komplementär zur zweiten Gegenlagerfläche 24 geformt ist und die von der Lagerraumöffnung 17 abgewandt ist. Die zweite Lagerfläche 27 liegt flächig an der zweiten Gegenlagerfläche 24 an und besitzt denselben Drehpunkt 25. Letztlich fallen die Drehpunkte der vier kegelsegmentförmigen Flächen in einem gemeinsamen Mittelpunkt 28 zusammen, der einen Mittelpunkt konzentrischer Kugel bildet, auf denen die Kugelsegmentflächen der ersten Lagerfläche 19 und der ersten Gegenlagerfläche 23 einerseits sowie der zweiten Lagerfläche 27 und der zweiten Gegenlagerfläche 24 andererseits liegen. Das Gehäuse 15 besitzt einen Außendurchmesser 29. Die erste Lagerfläche 19 und die erste Gegenlagerfläche 23 besitzen bezüglich des gemeinsamen Mittelpunkts 28 bzw. bezüglich des gemeinsamen Drehpunkts 20 einen ersten Radius 30. Die zweite Lagerfläche 27 und die zweite Gegenlagerfläche 24 besitzen zum gemeinsamen Mittelpunkt 28 bzw. zum gemeinsamen Drehpunkt 25 einen zweiten Radius 31 . Der erste Radius 30 und der zweite Radius 31 sind jeweils größer als die Hälfte des Außendurchmessers 29. Somit ist ein erster Kugeldurchmesser, der zur ersten Lagerfläche 19 und zur ersten Gegenlagerfläche 23 gehört, größer als der Außendurchmesser 29. Entsprechendes gilt umso mehr für einen zweiten Kugeldurchmesser, der zur zweiten Lagerfläche 27 und zur zweiten Gegenlagerfläche 24 gehört.

Die erste Lagerfläche 19 und die erste Gegenlagerfläche 23 liegen nur in einem Ringbereich 32 flächig aneinander an. In einem vom Ringbereich 32 umschlossenen Zentralbereich 33 sind die erste Lagerfläche 19 und die erste Gegenlagerfläche 23 dagegen axial voneinander beabstandet. Die Axialrichtung wird dabei durch die Längsmittelachse 21 des Gehäuses 15 definiert. Für diese Bauform besitzt die erste Lagerfläche 19 einen kugelsegmentförmigen Ringbereich 34 und einen vom Ringbereich 34 umschlossenen ebenen Zentralbereich 35. Die erste Gegenlagerfläche 23 besitzt einen kugelsegmentförmigen Ringbereich 36 und einen vom Ringbereich 36 umschlossenen offenen Zentralbereich 37. Die zweite Lagerfläche 27 ist durch einen kugelsegmentförmigen Ringbereich 38 gebildet. Die zweite Gegenlagerfläche 24 ist durch einen kugelsegmentförmigen Ringbereich 39 gebildet.

Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ist die Lagerschale 22 bezüglich des Schafts 18 ein separates Bauteil, das mit dem Schaft 18 fest verbunden ist. Bevorzugt wird hier zur Verbindung eine Schweißverbindung 40 vorgese- hen, die zweckmäßig im offenen Zentralbereich 37 ausgebildet ist. Für diese Bauform besitzt die Lagerschale 22 eine Schaftaufnahmeöffnung 41 , welche die Lagerschale 22 durchsetzt. In diese Schaftaufnahmeöffnung 41 ist der Schaft 18 axial eingesetzt. Eine axiale Stirnseite 42 des Schafts 18 begrenzt den offenen Zentralbereich 37 und ist axial von der ersten Lagerfläche 19 beabstandet. Insbesondere liegt die ebene Stirnseite 42 dem ebenen Zentralbereich 35 gegenüber. Zumindest in der in Figur 1 gezeigten Ausgangsstellung, in der die Längsmittelachse 21 des Gehäuses 15 mit einer Längsmittelachse 43 des Schafts 18 zusammenfällt.

Im hier gezeigten Beispiel ist die erste Lagerfläche 19 an einem Einsatzteil 44 ausgeformt. Das Einsatzteil 44 bildet bezüglich des Gehäuses 15 ein separates Bauteil und ist in den Lagerraum 16 eingesetzt. In Figur 2 ist ein Federelement 45 angedeutet, das vorgesehen sein kann, um das Einsatzteil 44 gegen die Lagerschale 22 vorzuspannen. Das Federelement 45 kann hierzu einerseits an einer von der ersten Lagerfläche 19 abgewandten Rückseite 46 des Einsatzteils 44 und andererseits an einem der Lagerraumöffnung 17 gegenüberliegenden Lagerraumboden 47 oder in einer im Boden 47 ausgesparten Ausnehmung abgestützt sein.

Der Spannring 26 besitzt gegenüber dem Schaft 18 ein Radialspiel 48, das den Schaft 18 in der in Figur 2 gezeigten Ausgangsstellung gleichförmig in der Um- fangsrichtung umschließt. Hierdurch kann der Schaft 18 gegenüber dem Gehäuse 15 um den Mittelpunkt 28 räumlich gedreht werden. Das Radialspiel 48 ist dabei so dimensioniert, dass hierdurch eine vorbestimmte Schwenkversteilbarkeit für den Schaft 18 relativ zum Gehäuse 15 gewährleistet werden kann. Beispielsweise soll der Schaft 18 gegenüber dem Gehäuse 15 bis maximal 20° oder bis maximal 10° verschwenkbar sein, wobei sich der jeweilige Schwenkwinkel zwi- sehen der Längsmittelachse 21 des Gehäuses 15 und der Längsmittelachse 43 des Schafts 18 ausbildet, die sich im Mittelpunkt 28 schneiden.

Im Beispiel besitzt der Spannring 26 ein Außengewinde 49, während das Gehäuse 15 in einem die Lagerraumöffnung 17 aufweisenden Endbereich 50 ein komplementär zum Außengewinde 49 geformtes Innengewinde 51 besitzt. Der Spannring 26 ist somit in das Gehäuse 15 eingeschraubt. Durch die Einschraubtiefe bzw. durch ein Anzugsmoment des Spannrings 26 kann ein Lagerspiel in den durch die erste Lagerfläche 19 und die erste Gegenlagerfläche 23 und durch die zweite Lagerfläche 27 und die zweite Gegenlagerfläche 24 gebildeten Gleitlagern eingestellt werden.

Bei der hier gezeigten Ausführungsform sind die erste Lagerfläche 19, die erste Gegenlagerfläche 23, die zweite Lagerfläche 27 und die zweite Gegenlagerfläche 24 zur Lagerraumöffnung 17 hin konvex gekrümmt. Hierdurch ergibt sich in der Axialrichtung ein besonders kompakter Aufbau. Grundsätzlich könnten die genannten Flächen 19, 23, 27, 24 auch konkav gekrümmt sein.

Nachfolgend wird anhand der Figuren 3a-3e eine mögliche Montage des in Figur 2 gezeigten Gelenks 9 näher erläutert.

Zunächst wird gemäß Figur 3a der Schaft 18 in die Lagerschale 22 eingesetzt und fest damit verbunden, beispielsweise mittels einer Schweißverbindung 40.

Gemäß Figur 3b wird in das Gehäuse 15 bzw. in dessen Lagerraum 16 das Ein- satzteil 44 eingesetzt, das die erste Lagerfläche 19 besitzt. Anschließend wird gemäß Figur 3c der Schaft 18 mit der Lagerschale 22 in die Lageraufnahme 16 eingesetzt, wobei sich die erste Gegenlagerfläche 23 dann an der ersten Lagerfläche 19 abstützt. Anschließend wird gemäß Figur 3d der Spannring 26 montiert, bis die zweite Lagerfläche 27 die zweite Gegenlagerfläche 24 kontaktiert. Insbesondere sollen die miteinander zusammenwirkenden Flächen 19, 23 sowie 24, 27 spielfrei aneinander anliegen.

Gemäß Figur 3e ermöglicht das Gelenk 9 somit Schwenkbewegungen zwischen dem Gehäuse 15 und dem Schaft 18 um den Mittelpunkt 28.

Claims

Ansprüche

1 . Stellvorrichtung zum bidirektionalen Verstellen eines Stellglieds (2), insbesondere einer Brennkraftmaschine,

- mit einem Stellantrieb (4) zum Erzeugen von Stellkräften,

- mit einer mit dem Stellantrieb (4) antriebsverbundenen und mit dem Stellglied (2) antriebsverbindbaren Kopplungseinrichtung (5) zum Übertragen der Stellkräfte vom Stellantrieb (4) auf das Stellantrieb (2),

- wobei die Kopplungseinrichtung (5) ein erstes Kopplungsglied (7), ein zweites Kopplungsglied (8) und ein Gelenk (9) aufweist, das die beiden Kopplungsglieder (7, 8) gelenkig miteinander verbindet,

dadurch gekennzeichnet,

- dass das Gelenk (9) ein mit dem ersten Kopplungsglied (7) fest verbundenes Gehäuse (15) aufweist, das einen zum zweiten Kopplungsglied (8) offenen Lagerraum (16) mit einer vom ersten Kopplungsglied (7) abgewandten ku- gelsegmentförmigen ersten Lagerfläche (19) aufweist, deren Drehpunkt (20) auf der Längsmittelachse (21 ) des Gehäuses (15) liegt,

- dass das Gelenk (9) eine mit einem Schaft (18) des zweiten Kopplungsglieds (8) fest verbundene Lagerschale (22) aufweist, die im Lagerraum (16) angeordnet ist und die eine dem ersten Kopplungsglied (7) zugewandte, komplementär zur ersten Lagerfläche (19) geformte, kugelsegmentförmige, daran flächig anliegende erste Gegenlagerfläche (23) sowie eine vom ersten Kopplungsglied (7) abgewandte, kugelsegmentförmige, zweite Gegenlagerfläche (24) aufweist, deren Drehpunkt (25) mit dem Drehpunkt (20) der ersten Gegenlagerfläche (23) zusammenfällt, - dass das Gelenk (9) einen Spannring (26) aufweist, der den Schaft (18) des zweiten Kopplungsglieds (8) umschließt, der von der offenen Seite des Lagerraums (16) her in den Lagerraum (16) hineinragt, der am Gehäuse (15) befestigt ist und der eine dem ersten Kopplungsglied (7) zugewandte, komplementär zur zweiten Gegenlagerfläche (24) geformte, kugelsegmentförmige, daran flächig anliegende zweite Lagerfläche (27) aufweist.

2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

- dass ein Radius (30) der ersten Lagerfläche (19) und der ersten Gegenlagerfläche (23) größer ist als die Hälfte eines Außendurchmessers (29) des Gehäuses (15), und/oder

- dass ein zweiter Radius (31 ) der zweiten Lagerfläche (27) und der zweiten Gegenlagerfläche (24) größer ist als die Hälfte eines Außendurchmessers (29) des Gehäuses (15).

3. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die erste Lagerfläche (19) und die erste Gegenlagerfläche (23) nur in einem Ringbereich (32) flächig aneinander anliegen und in einem vom Ringbereich (32) umschlossenen Zentralbereich (33) axial voneinander beabstandet sind.

4. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Lagerschale (22) bezüglich des Schafts (18) ein separates Bauteil ist, das fest mit dem Schaft (18) verbunden ist.

5. Stellvorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (22) eine die Lagerschale (22) durchsetzende Schaftauf- nahmeöffnung (41 ) aufweist, in die der Schaft (18) axial eingesetzt ist, wobei eine axiale Stirnseite (42) des Schafts axial von der ersten Lagerfläche (19) beabstandet ist.

6. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass die erste Lagerfläche (19) an einem Einsatzteil (44) ausgeformt ist, das bezüglich des Gehäuses (15) ein separates Bauteil ist und in den Lagerraum (16) eingesetzt ist.

7. Stellvorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Einsatzteil (44) mittels wenigstens eines Federelements (45) gegen die Lagerschale (22) vorgespannt ist.

8. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Spannring (26) den Schaft (18) mit Radialspiel (48) umschließt.

9. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet,

- dass der Spannring (26) ein Außengewinde (49) aufweist,

- dass das Gehäuse (15) in einem die offene Seite des Lagerraums (16) aufweisenden Endbereich (50) ein komplementär zum Außengewinde (49) des Spannrings (26) geformtes Innengewinde (51 ) aufweist,

- dass der Spannring (26) in das Gehäuse (15) eingeschraubt ist.

10. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

dass die erste Lagerfläche (19), die erste Gegenlagerfläche (23), die zweite Lagerfläche (27) und die zweite Gegenlagerfläche (24) zum zweiten Kopplungsglied (8) hin konvex gekrümmt sind.

1 1 . Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine,

- mit einem Verdichter zum Aufladen von der Brennkrafmaschine zuzuführender Frischluft,

- mit einer mit dem Verdichter antriebsgekoppelten Turbine zum Entspannen von von der Brennkraftmaschine abzuführendem Abgas,

- mit einer Stellvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Betätigen eines Waste-Gate-Ventils oder einer variablen Turbinengeometrie.

12. Gelenk zum Herstellen einer Druck- und Zugkräfte übertragenden, gelenkigen Verbindung zwischen einem ersten Kopplungsglied (7) und einem zweiten Kopplungsglied (8),

gekennzeichnet durch

- ein fest mit dem ersten Kopplungsglied (7) verbindbares Gehäuse (15), das einen eine axiale Lagerraumöffnung (17) aufweisenden Lagerraum (16) mit einer der Lagerraumöffnung (17) zugewandten, kugelsegmentförmigen ersten Lagerfläche (19) aufweist, deren Drehpunkt (20) auf der Längsmittelachse (21 ) des Gehäuses (15) liegt,

- eine fest mit einem Schaft (18) des zweiten Kopplungsglieds (8) verbundene oder verbindbare Lagerschale (22), die im Lagerraum (16) angeordnet ist und eine von der Lagerraumöffnung (17) abgewandte, komplementär zu ersten Lagerfläche (19) geformte, kugelsegmentförmige, daran flächig anliegende erste Gegenlagerfläche (23) sowie eine der Lagerraumöffnung (17) zugewandte, kugelsegmentförmige, zweite Gegenlagerfläche (24) aufweist, deren Dreh- punkt (25) mit dem Drehpunkt (20) der ersten Gegenlagerfläche (23) zusammenfällt,

- einen Spannring (26), der durch die Lagerraumöffnung (17) in den Lagerraum (16) axial hineinragt, am Gehäuse (15) befestigt ist und eine von der Lagerraumöffnung (17) abgewandte, komplementär zur zweiten Gegenlagerfläche (24) geformte, kugelsegmentformige, daran flächig anliegende zweite Lagerfläche (27) aufweist.