DE102004006292A1

DE102004006292A1 - Stellantrieb

Info

Publication number: DE102004006292A1
Application number: DE200410006292
Authority: DE
Inventors: Stefan Köhler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2004-02-09
Filing date: 2004-02-09
Publication date: 2005-08-25

Abstract

Der Stellantrieb besteht aus einem Motor (1), dessen Antriebswelle (2) fest mit einem zum Motor (1) benachbart angeordneten, ringförmigen Anschlag (3a) verbunden ist. An ihrem, dem ringförmigen Anschlag (3a) abgewandten Bereich ist die Antriebswelle (2) von einem ringförmigen Teil (5) umgeben, das fest mit der Antriebswelle (2) verbunden ist und das an seiner, dem ringförmigen Anschlag (3a) zugewandten Stirnfläche alternierend ineinander übergehende Vorsprünge (5a) und Vertiefungen (5b) aufweist, die kreisförmig auf dieser Stirnfläche angeordnet sind. Neben dem ringförmigen Teil (5) ist in Richtung auf den ringförmigen Anschlag (3a) ein Antriebszahnrad (6) angeordnet, das nicht mit der Antriebswelle (2) verbunden ist. An dessen Stirnfläche, die dem ringförmigen Teil (5) zugewandt ist, sind ebenfalls alternierend ineinander übergehende weitere Vorsprünge (6a) und weitere Vertiefungen (6b) angeordnet, die im Betrieb komplementär in die Vorsprünge (5a) und Vertiefungen (5b) des ringförmigen Teiles (5) eingreifen. Zwischen dem Antriebszahnrad (6) und dem ringförmigen Anschlag (3a) ist eine Tellerfeder (7) unter Vorspannung angeordnet. Gegenstand ist ferner die Verwendung des Stellantriebs als Antrieb in einem Drosselklappenstutzen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stellantrieb sowie auf eine Verwendung des Stellantriebs. Stellantriebe sind bekannt. Sie dienen in der Regel zur Kraftübertragung drehbar gelagerter Teile. Als eigentliches Antriebselement werden dabei in der Regel Motoren eingesetzt. Bei vielen Stellantrieben ist jedoch nachteilig, dass in Störfällen, in denen es schlagartig zu einem Blockieren eines drehbaren Teiles kommt, der jeweilige Motor zunächst auch weiterhin in Betrieb bleibt und somit auch weiterhin Kräfte auf drehbare Teile übertragen werden. Dies kann nachteilig dazu führen, dass Zähne von Zahnsegmenten abbrechen oder ganze Teile, die mit dem Stellantrieb in Verbindung stehen, durch Bruch zerstört werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stellantrieb zu schaffen, bei dem eine nachteilige hohe Kraftübertragung auf Bauteile, die mit dem Stellantrieb verbunden sind, auch dann vermieden wird, wenn ein Antriebszahnrad in einem Störfall schlagartig blockiert wird und der antreibende Motor nicht umgehend abgeschaltet werden kann. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Verwendung für den Stellantrieb zu schaffen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch einen Stellantrieb gelöst, der aus einem Motor besteht, dessen Antriebswelle fest mit einem zum Motor benachbart angeordneten, ringförmigen Anschlag verbunden ist, bei dem die Antriebswelle an ihrem, dem ringförmigen Anschlag abgewandten Bereich von einem ringförmigen Teil umgeben ist, das fest mit der Antriebswelle verbunden ist und das an seiner, dem ringförmigen Anschlag zugewandten Stirnfläche alternierend ineinander übergehende Vorsprünge und Vertiefungen aufweist, die kreisförmig auf dieser Stirnfläche angeordnet sind und bei dem neben dem ringförmigen Teil in Richtung auf den ringförmigen Anschlag ein Antriebszahnrad, das nicht mit der Antriebswelle verbunden ist, um die Antriebswelle angeordnet ist, dessen Stirnfläche, die dem ringförmigen Teil zugewandt ist, ebenfalls alternierend ineinander übergehende weitere Vorsprünge und weitere Vertiefungen aufweist, die im Betrieb komplementär in die Vorsprünge und Vertiefungen des ringförmigen Teiles eingreifen, und bei dem zwischen dem Antriebszahnrad und dem ringförmigen Anschlag eine Tellerfeder unter Vorspannung angeordnet ist. Als Motor wird in der Regel ein Elektromotor eingesetzt. Der ringförmige Anschlag kann in Einzelfällen Unterbrechungen aufweisen und lässt sich konstruktiv vielseitig gestalten. Bei dem dem ringförmigen Anschlag abgewandten Bereich der Antriebswelle kann es sich beispielsweise um das Ende der Antriebswelle handeln. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Das ringförmige Teil und das Antriebszahnrad sowie die Antriebswelle weisen dieselbe Längsachse auf. Die Vorsprünge und Vertiefungen einerseits sowie die weiteren Vorsprünge und die weiteren Vertiefungen andererseits gehen jeweils alternierend ineinander über, worunter zu verstehen ist, dass keinerlei Ecken oder Kanten angeordnet sind. Die Vorsprünge und Vertiefungen sind zu den weiteren Vorsprüngen und den weiteren Vertiefungen komplementär ausgebildet. Dies bedeutet, dass sie im Betrieb bündig ineinander in Eingriff stehen. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass es auch im Störfall des Stellantriebs nicht zu einer ungewollten erhöhten Kraftübertragung und dabei zu Zerstörungen angetriebener Teile kommt, wenn das Antriebszahnrad schlagartig blockiert wird. In diesem Fall dreht der Motor weiter, was dazu führt, dass die Antriebswelle zusammen mit dem ringförmigen Teil weiterdreht. Da das Antriebszahnrad dann blockiert ist, führt dies zwangsläufig dazu, dass die Vorsprünge des ringförmigen Teiles dann gegen die weiteren Vorsprünge des Antriebszahnrades drücken, das dann gegen die Tellerfeder gedrückt wird, so dass die Vorspannung dadurch erhöht wird. Es kommt somit zu einem Wechsel zwischen einem Andrücken der Vorsprünge gegen die weiteren Vorsprünge einerseits und dem komplementären Eingreifen der Vorsprünge in die weiteren Vertiefungen andererseits, was in vorteilhafter Weise dazu führt, dass der ringförmige Teil weiterhin einer Drehbewegung unterzogen werden kann, wobei eine kontinuierlich wachsende Kraftübertragung vom ringförmigen Teil auf das Antriebszahnrad jedoch vermieden wird. Dadurch ist gewährleistet, dass das blockierte Antriebszahnrad auch keine zusätzlichen Kräfte auf weitere Teile, die mit dem Stellantrieb verbunden sind, übertragen kann, so dass diese vor einer Beschädigung geschützt sind. Für viele Einsatzzwecke ist es dabei ausreichend, dass die Vorsprünge und die Vertiefungen sowie die weiteren Vorsprünge und die weiteren Vertiefungen jeweils für sich gesehen eine Tiefe beziehungsweise eine Höhe aufweisen, die zwischen 0,4 mm und 0,5 mm liegt. In seltenen Fällen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, die Vorsprünge und Vertiefungen einerseits sowie die weiteren Vorsprünge und die weiteren Vertiefungen andererseits so klein auszubilden, dass man von Reibflächen sprechen kann, deren Reibungskraft im Störfall überwunden wird.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Vorsprünge und Vertiefungen sowie die im Betrieb komplementär zu diesen angeordneten weiteren Vorsprünge und weiteren Vertiefungen im Querschnitt jeweils einen längeren Schenkel und einen kürzeren Schenkel bilden, deren Winkel α zueinander im Bereich von 55° bis 135° liegt, wobei der längere Schenkel im Betrieb jeweils der Richtung der aufzunehmenden Kraft F zugewandt ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass im Störfall die dem ringförmigen Anschlag zugewandte Stirnfläche des ringförmigen Teiles und die Stirnfläche des Antriebszahnrades, die dem ringförmigen Teil zugewandt ist, zueinander schneller in eine Relativbewegung versetzt werden können. Im Störfall wird dadurch eine Impulsübertragung auf Teile, die mit dem Stellantrieb verbunden sind, nahezu vollständig vermieden.

Gegenstand der Erfindung ist schließlich noch die Verwendung des Stellantriebs als Antrieb in einem Drosselklappenstutzen. Dabei ist vorteilhaft, dass eine Vorsorge für den Störfall auch innerhalb des Drosselklappenstutzens in vorteilhafter Weise geschaffen werden kann, wobei gleichzeitig der dafür erforderliche Bauraum minimiert werden kann, der innerhalb des Drosselklappenstutzens sehr begrenzt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung (1, 2) näher und beispielhaft erläutert. Es zeigen:
1 den Stellantrieb im Längsschnitt,
2 eine Vertiefung im Querschnitt mit dem längeren Schenkel und dem kürzeren Schenkel.
In 1 ist der Stellantrieb im Längsschnitt dargestellt. Er besteht aus einem Motor 1, dessen Antriebswelle 2 fest mit der Innenseite des als ringförmiger Anschlag 3a direkt zum Motor 1 benachbart angeordneten, drehbaren Innenringes eines Kugellagers 3 verbunden ist. Das Kugellager 3 ist mit dem Außenring 3b in einem Gehäuse 4 fixiert. Als Gehäuse 4 kann beispielsweise das Lagerschild des Motors 1 dienen. Die Antriebswelle 2 ist an ihrem, dem ringförmigen Anschlag 3a abgewandten Bereich von einem ringförmigen Teil 5 umgeben, das fest mit der Antriebswelle 2 verbunden ist und das an seiner, dem ringförmigen Anschlag 3a zugewandten Stirnfläche alternierend ineinander übergehende Vorsprünge 5a und Vertiefungen 5b aufweist, die kreisförmig auf dieser Stirnfläche angeordnet sind. Neben dem ringförmigen Teil 5 ist in Richtung auf das Kugellager 4 ein Antriebszahnrad 6 angeordnet, das nicht mit der Antriebswelle 2 verbunden ist. Zwischen dem Antriebszahnrad 6 und der Antriebswelle 2 ist eine Gleitlagerung 6c angeordnet. Das ringförmige Teil, das Antriebszahnrad 6 sowie die Antriebswelle 2 weisen dieselbe Längsachse auf. Die Stirnfläche des Antriebszahnrades 6, die dem ringförmigen Teil 5 zugewandt ist, weist ebenfalls alternierend ineinander übergehende weitere Vorsprünge 6a und weitere Vertiefungen 6b auf, die im Betrieb komplementär in die Vorsprünge 5a und Vertiefungen 5b des ringförmigen Teiles 5 eingreifen. Zwischen dem Antriebszahnrad 6 und dem drehbaren Innenring des ringförmigen Anschlages 3a ist eine Tellerfeder 7 unter Vorspannung angeordnet. Im normalen Betrieb wird die Drehbewegung ausgehend vom Motor 1 über die Antriebswelle 2 auf das ringförmige Teil 5 übertragen, das über seine Vorsprünge 5a und seine Vertiefungen 5b mit dem Antriebszahnrad 6 im Eingriff steht, wodurch eine Übertragung der Drehbewegung vom ringförmigen Teil 5 in analoger Weise auf das Antriebszahnrad 6 erfolgen kann. Die Tellerfeder 7 unterstützt dabei die Anpressung des Antriebszahnrades 6 gegen das ringförmige Teil 5. Das Antriebszahnrad 6 steht mit beweglichen Teilen (nicht dargestellt) im Eingriff und treibt diese somit an. Kommt es nun im Störfall zu einem schlagartigen Blockieren des Antriebszahnrades 6, wird die Drehbewegung vom Motor 1, der Antriebswelle 2 und des ringförmigen Teiles 5 zunächst fortgeführt. Durch die Anordnung der Vorsprünge 5a und der Vertiefungen 5b im ringförmigen Teil 5 einerseits und die Anordnung der weiteren Vorsprünge 6a und der weiteren Vertiefungen 6b des Antriebszahnrades 6 sowie durch die Anordnung der Tellerfeder 7 wird jedoch erreicht, dass im Störfall zunächst die Vorsprünge 5a gegen die weiteren Vorsprünge 6a drücken. Dadurch wird zunächst das Antriebszahnrad 6 in Richtung der Längsachse zum Kugellager 3 hin verschoben. Bei weiterer Drehbewegung des ringförmigen Teiles 5 kommt es dann jedoch wieder zu einem komplementären Eingriff des ringförmigen Teiles 5 in die Stirnfläche des Antriebszahnrades 6, das dann wieder zum ringförmigen Teil 5 in Längsrichtung verschoben wird. Beide Positionen wechseln sich alternierend ab, wobei eine kontinuierlich wachsende Kraftübertragung vom ringförmigen Teil 5 auf das Antriebszahnrad 6 vermieden wird.
Auf diese vorteilhafte Weise werden die beweglichen Teile, die mit dem Stellantrieb in Verbindung stehen, im Störfall nicht durch zusätzliche Kräfte belastet oder sogar zerstört.
In 2 ist eine Vertiefung 5b im Längsschnitt dargestellt, die einen längeren Schenkel 8 und einen kürzeren Schenkel 9 bildet. Der längere Schenkel 8 und der kürzere Schenkel 9 bilden einen Winkel α zueinander im Bereich von 55° bis 135°. Der längere Schenkel 8 ist im Betrieb jeweils der Richtung der aufzunehmenden Kraft F zugewandt. Eine solche Ausgestaltung der Vertiefung 5b, die der komplementären Ausgestaltung der Vorsprünge (nicht dargestellt) entspricht, erleichtert die Relativbewegung zwischen dem ringförmigen Teil (nicht dargestellt) und dem Antriebszahnrad (nicht dargestellt).

Claims

Stellantrieb, der aus einem Motor (1) besteht, dessen Antriebswelle (2) fest mit einem zum Motor (1) benachbart angeordneten, ringförmigen Anschlag (3a) verbunden ist, bei dem die Antriebswelle (2) an ihrem, dem ringförmigen Anschlag (3a) abgewandten Bereich von einem ringförmigen Teil (5) umgeben ist, das fest mit der Antriebswelle (2) verbunden ist und das an seiner, dem ringförmigen Anschlag (3a) zugewandten Stirnfläche alternierend ineinander übergehende Vorsprünge (5a) und Vertiefungen (5b) aufweist, die kreisförmig auf dieser Stirnfläche angeordnet sind und bei dem neben dem ringförmigen Teil (5) in Richtung auf den ringförmigen Anschlag (3a) ein Antriebszahnrad (6), das nicht mit der Antriebswelle (2) verbunden ist, um die Antriebswelle (2) angeordnet ist, dessen Stirnfläche, die dem ringförmigen Teil (5) zugewandt ist, ebenfalls alternierend ineinander übergehende weitere Vorsprünge (6a) und weitere Vertiefungen (6b) aufweist, die im Betrieb komplementär in die Vorsprünge (5a) und Vertiefungen (5b) des ringförmigen Teiles (5) eingreifen, und bei dem zwischen dem Antriebszahnrad (6) und dem ringförmigen Anschlag (3a) eine Tellerfeder (7) unter Vorspannung angeordnet ist.
Stellantrieb nach Anspruch 1, bei dem die Vorsprünge (5a) und Vertiefungen (5b) sowie die im Betrieb komplementär zu diesen angeordneten weiteren Vorsprünge (6a) und weiteren Vertiefungen (6b) im Querschnitt jeweils einen längeren Schenkel (8) und einen kürzeren Schenkel (9) bilden, deren Winkel α zueinander im Bereich von 55° bis 135° liegt, wobei der längere Schenkel (8) im Betrieb jeweils der Richtung der aufzunehmenden Kraft F zugewandt ist.
Verwendung des Stellantriebs nach Anspruch 1 oder 2 als Antrieb in einem Drosselklappenstutzen.