DE3918487C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche wird angewendet zum Betätigen der Drosselklappe eines Verbrennungsmotors, um die Antriebskraft eines Motors über ein Reduktionsgetriebe und eine elektromagnetische Kupplung auf die Abtriebswelle der motorgetriebenen Antriebsvorrichtung zu übertragen.

Fig. 3 ist ein Querschnitt einer gattungsgemäßen, aus der JP 56-10044 A bekannten, von einem Elektromotor angetriebenen Antriebsvorrichtung und Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 3. Gemäß diesen Figuren besitzt ein Elektromotor 1 eine Welle, auf der ein Ritzel 2 vorgesehen ist. Ein Stufenzahnrad 3 besteht aus einem großen Zahnrad 3a, das mit dem Ritzel 2 kämmt und einem kleinen Zahnrad 3b, das mit dem Abtriebszahnrad 5 kämmt. Das Ritzel 2, das Stufenzahnrad 3 und das Abtriebszahnrad 5 stellen ein Untersetzungsgetriebe dar. Am äußeren Umfang eines Kupplungsrotors 6 ist das Abtriebszahnrad 5 angeformt und dieser Rotor ist auf der Abtriebswelle 10 über ein Lager 10a drehbar gelagert. Axial neben dem Rotor 6 befindet sich eine bewegliche Kupplungsplatte 7 und ist über Rückholblattfedern 8 seitlich an einem Flansch angebracht, der auf der Abtriebswelle 10 befestigt ist. Auf der Abtriebswelle ist ein Kupplungsjoch 11 über ein Lager 10b drehbar gelagert und bildet den magnetischen Kreislauf einer elektromagnetischen Kupplung 13. Auf dem Joch 11 ist eine Spule 12 aufgewickelt. An einem Ende der Abtriebswelle 10 ist mit Hilfe einer Mutter 15 ein verschwenkbarer Hebel 14 befestigt, der eine Nut 14a aufweist, in der ein Draht 16 zum Antreiben einer äußeren Last aufgewickelt ist. Ferner ist eine Feder 17 vorgesehen, um den drehbaren Hebel 14 im Uhrzeigersinn, gesehen in der Richtung des Pfeiles in Fig. 1, zurückzustellen. Mit der Abtriebswelle 10 ist ein Potentiometer 18 verbunden und gibt einen Widerstandswert an, der dem Drehwinkel der Abtriebswelle entspricht. Die Bezugsziffern 19 und 20 bezeichnen Gehäuseabschnitte der Antriebsvorrichtung und die Bezugsziffern 21a und 21b sind Anschläge zum Begrenzen der Drehbewegung des verdrehbaren Hebels 14.

Es wird nun die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung dargestellt. Wenn eine Spannung an den Motor 1 angelegt wird, dreht er sich und das Drehmoment wird über das Ritzel 2 und das Stufenzahnrad 3 auf das Abtriebszahnrad 5 übertragen. Unter der Voraussetzung, daß durch die Spule 12 der elektromagnetischen Kupplung 13 kein Strom fließt, dreht sich der Kupplungsrotor 6 in Bezug auf die Abtriebswelle 10 frei, so daß keine Drehkraft auf die Abtriebswelle 10 übertragen wird. Wenn der Spule 12 Strom zugeführt wird, dann wird die bewegliche Kupplungsplatte 7 magnetisch von dem Rotor 6 angezogen, so daß die Drehkraft des Rotors 6 über die bewegliche Kupplungsplatte 7 und den Flansch 9 auf die Abtriebswelle 10 übertragen wird, um diese Welle zu verdrehen. Ein nicht dargestellter Steuerkreis stellt eine Verbindung zwischen dem Drehwinkel (Vorgabe-Wert) des verdrehbaren Hebels 14 und dem Motor 1 her, um auf diese Weise die Abtriebswelle 10 über die elektromagnetische Kupplung 13 zu verdrehen. Der Drehwinkel der Abtriebswelle 10 kann als eine Veränderung des Widerstandswertes des Potentiometers 18 ermittelt werden, der mit der Abtriebswelle 10 verbunden ist. Da der Steuerkreis den Motor 1 ferner so lange antreibt, bis der Widerstandwert des Potentiometers 18 mit dem gewünschten Wert übereinstimmt, kann ein gewünschter Drehwinkel des verdrehbaren Hebels 14 erreicht werden. Bei einer üblichen motorgetriebenen Antriebsvorrichtung, wie sie in ihrem Aufbau oben beschrieben worden ist, neigt das Schmierfett auf dem am Kupplungsrotor 6 ausgebildeten Abtriebszahnrad 5 dazu, auf die magnetisch anziehende Fläche des Rotors 6 zu spritzen, so daß die Reibungskraft vermindert wird und das von der elektromagnetischen Kupplung 13 übertragbare Drehmoment erheblich herabgesetzt wird.

Darüber hinaus schlägt der magnetische Fluß, der durch den durch die Spule 12 fließenden Strom erzeugt wird, auf den Kupplungsrotor 6, die Abtriebswelle 10 und den Flansch 9 durch, die alle aus magnetischem Werkstoff hergestellt sind. Dies hat zur Folge, daß der wirksame Magnetfluß, der zwischen dem Kupplungsrotor 6 und der beweglichen Kupplungsplatte 7 besteht, herabgesetzt wird, wodurch ebenfalls eine Verminderung des übertragbaren Drehmoments der elektromagnetischen Kupplung hervorgerufen wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine motorgetriebene Antriebsvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, bei der das Drehmoment der elektromagnetischen Kupplung größer wird.

Die Lösung erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.

In weiterer Ausgestaltung soll auch die Zuverlässigkeit der elektromagnetischen Kupplung verbessert werden, was durch den Gegenstand des Anspruches 2 geschieht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Querschnitt einer motorgetriebenen Antriebsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 3;

Fig. 3 ist ein Querschnitt einer üblichen motorgetriebenen Antriebsvorrichtung;

Fig. 4 ist eine Vorderansicht der Ausführungsform nach Fig. 1;

Fig. 5 ist ein Querschnitt längs der Linie V-V in Fig. 1;

Fig. 6 ist ein Querschnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 1;

Fig. 7 ist ein Querschnitt einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 ist eine Vorderansicht der Ausführungsform nach Fig. 7;

Fig. 9 zeigt einen Querschnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 7, und

Fig. 10 ist ein ähnlicher Querschnitt wie der in Fig. 9, wobei die Wirkungsweise des Freilaufes dargestellt wird.

Genaue Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Fig. 1 ist ein Querschnitt einer motorgetriebenen Antriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Fig. 4 ist eine Vorderansicht davon. Gemäß Fig. 1 hat ein Motor 1 eine Abtriebswelle, auf der ein Ritzel 2 angeformt oder einstückig ausgebildet ist. Ein erstes Stufenzahnrad 3 umfaßt ein großes Zahnrad 3a, das mit dem Ritzel 2 kämmt und ein kleines Zahnrad 3b, das mit dem großen Zahnrad 4a eines zweiten Stufenzahnrades kämmt, wobei das kleine Zahnrad 4b mit dem Abtriebszahnrad 5 kämmt. Das Ritzel 2, das erste und zweite Stufenzahnrad 3/4 und das Abtriebszahnrad 5 stellen ein Untersetzungsgetriebe dar.

Ein Kupplungsrotor 6 ist an einem Ende mit dem Abtriebszahnrad 5 verbunden und bildet am anderen Ende eine magnetisch anziehende Fläche 6a und ist drehbar auf der Abtriebswelle 10 gelagert. Gegenüber dem Rotor 6 liegt eine bewegliche Kupplungsplatte 7, die auf einer Seite des Flansches 9 über Rückholfedern 8 befestigt ist, wobei der Flansch 9 seinerseits auf der Welle 10 befestigt ist.

An dem Kupplungsrotor 6 ist ein Kupplungsjoch 11 angeordnet, auf dem eine Spule 12 aufgewickelt ist, die zusammen den magnetischen Kreislauf der elektromagnetischen Kupplung 13 bilden.

Ein Gehäuseteil 22 ist auf der Seite des Untersetzungsgetriebes 4 und ein Gehäuseteil 23 ist auf der Seite des Motors 1 und der elektrischen Kupplung 13 vorgesehen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.

Wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, die ihrerseits ein Querschnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 1 ist, ist die bewegliche Kupplungsplatte 7 mit einem daran befindlichen Vorsprung 7a ausgebildet, der zusammen mit den am Gehäuseteil 23 gebildeten Anschläge 23a und 23b als Begrenzung des Drehwinkels der Abtriebswelle 10 dient.

An einem Ende der Abtriebswelle 10 ist mit Hilfe einer Mutter 15 ein verdrehbarer Hebel 14 befestigt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, und dieser Hebel hat eine Nut 14a, in der ein Draht 16 zum Antreiben einer äußeren Last, wie z. B. der Drosselklappe eines Verbrennungsmotors liegt. Eine Rückholfeder 17 dient zum Zurückholen des verdrehbaren Hebels 14 im Uhrzeigersinn, wenn die Vorrichtung aus der Richtung des Pfeiles in Fig. 1 betrachtet wird.

Mit der Abtriebswelle 10 ist ein Potentiometer 18 verbunden, das einen veränderlichen Widerstandswert abgibt, und zwar entsprechend dem Drehwinkel der Abtriebswelle 10. Zwischen den Gehäuseteilen 22 und 23 ist ein Trennblech 44 vorgesehen, um das Untersetzungsgetriebe 4, das aus dem Ritzel 2 des Motors, dem ersten und zweiten Stufenzahnrad 3/4 und dem Abtriebszahnrad 5 der elektromagnetischen Kupplung 13 besteht, vom Kupplungsrotor 6 und der beweglichen Kupplungsplatte 7 zu trennen.

An der Innenumfangsfläche sowohl am linken als auch am rechten Ende des Kupplungsrotors 6 sind Gleitlager 24 aus nicht-magnetischem Werkstoff mit geringer magnetischer Durchlässigkeit vorhanden, um den Rotor drehbar auf der Abtriebswelle 10 zu lagern. Zwischen dem Kupplungsrotor 6 und dem Flansch 9 ist eine Beilagescheibe 25 eines ähnlichen, nichtmagnetischen Werkstoffes angeordnet.

Ein Teil des magnetischen Flusses, der durch den Strom erzeugt wird, der durch die Kupplungsspule 12 fließt, wird durch die Gleitlager 24 aus nicht-magnetischem Material blockiert, die zwischen dem Kupplungsrotor 6 und der Abtriebswelle 10 angeordnet sind und ferner durch die Beilagescheibe 25 aus nicht-magnetischem Material, die zwischen dem Kupplungsrotor 6 und dem Flansch 9 liegt. Das Eindringen des magnetischen Flusses in die Abtriebswelle 10 und den Flansch 9 wird daher sehr wesentlich herabgesetzt. Dies hat das Ergebnis, daß fast der gesamte magnetische Fluß durch die magnetische Anziehungsfläche des Rotors 6 und die bewegbare Kupplungsplatte 7 geleitet wird, wodurch eine Verbesserung der magnetischen Anziehungskraft der elektromagnetischen Kupplung erzielt wird.

Als nächstes wird nun die Wirkungsweise beschrieben. Wenn eine Spannung über die Zuleitungsdrähte 25a und 25b (Fig. 5) an den Motor angelegt wird, dreht sich dieser und sein Drehmoment wird über das Ritzel 2, das erste und zweite Stufenrad 3 und 4 auf das Abtriebszahnrad 5 übertragen. In diesem Zustand ist der Kupplungsrotor 6 frei drehbar in Bezug auf die Abtriebswelle 10, wenn kein Strom durch die Spule 12 der elektromagnetischen Kupplung 13 fließt; das Drehmoment wird infolge dessen nicht auf die Abtriebswelle 10 übertragen.

Wenn ein Strom über äußere Zuleitungsdrähte 26a und 26b (Fig. 5) und die Spule 12 fließt, wird die bewegliche Kupplungsplatte 7 magnetisch vom Rotor 6 angezogen, so daß die Drehbewegung des Rotors 6 über die bewegliche Kupplungsplatte 7 und den Flansch 9 auf die Abtriebswelle 10 übertragen wird. In einem Fall, in dem ein Steuerausschlag eines nicht dargestellten Steuerkreises während eines Vorganges des Herstellens eines Drehwinkels der Abtriebswelle 10 größer wird als ein angestrebter Wert, ist es möglich, den Drehwinkel der Abtriebswelle 10 durch den Vorsprung 7a der beweglichen Kupplungsplatte 7 und durch die Anschläge 23a und 23b zu begrenzen. Da das Untersetzungsgetriebe und die elektromagnetische Kupplung gemäß der Erfindung durch das Trennblech 44 getrennt sind, wird durch dieses Trennblech jede Bewegung eines Schmiermittels vom ersten und zweiten Stufenrad 3 und 4 und vom Abtriebszahnrad 5 auf die magnetische Anzugsfläche 6a und auf die bewegliche Kupplungsplatte der elektromagnetischen Kupplung hin verhindert, so daß eine Verminderung der magnetischen Kupplungskraft der elektromagnetischen Kupplung 13 vermieden wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel, bei dem das Untersetzungsgetriebe von der elektromagnetischen Kupplung durch das Trennblech abgetrennt ist, gibt es keine Bewegung von Schmiermittel von der Seite des Untersetzungsgetriebes zur Seite der elektromagnetischen Kupplung, so daß eine Verbesserung der Zuverlässigkeit der elektromagnetischen Kupplung erreicht wird. Es ist ferner möglich, den Motor, das Untersetzungsgetriebe und die elektromagnetische Kupplung an dem Trennblech anzumontieren, so daß in diesem Falle die Eingriffsgenauigkeit der Zahnräder verbessert und ihre Abnutzung oder ihr Abrieb vermindert werden kann.

Mit den nicht-magnetischen Teilen, die zwischen dem Kupplungsrotor und der Abtriebswelle und zwischen dem Kupplungsrotor und dem Flansch angeordnet sind, wird das Eindringen des magnetischen Flusses ferner wesentlich herabgesetzt, woraus eine wesentliche Verbesserung der magnetischen Kupplungskraft der elektromagnetischen Kupplung herrührt, d. h. daß das übertragungsfähige Drehmoment erhöht wird. Ferner ist es möglich, das Ausmaß der elektromagnetischen Kupplung und den Energieverbrauch herabzusetzen.

Beim Vorhandensein eines Vorsprungs 7a, der an der beweglichen Kupplungsplatte 7 vorhanden ist und von Anschlägen 23a und 23b am Gehäuse 23, stößt der Anschlag-Vorsprung 7a der beweglichen Kupplungsplatte 7 gegen die Anschläge 23a oder 23b, um eine weitere Drehbewegung der Abtriebswelle 10 zu begrenzen, wenn ein gewollter Wert der Abtriebswelle 10 jeweils am Ende des Schwenkbereiches erreicht ist und der Betrag der darüber hingehenden Drehbewegung des Hebels 14 groß ist. Obwohl ein Drehmoment des Motors in diesem Fall auf das Ritzel 2, des erste und zweite Stufenzahnrad 3 und 4, das Abtriebszahnrad 5 und auf den Kupplungsrotor 6 einwirkt, wirkt nur eine Zugkraft, die von der äußeren Last herrührt, auf die Rückholfeder 8, nicht aber eine Last in Druckrichtung. Ein Übertragungs-Drehmoment der elektromagnetischen Kupplung 13 wird auf einen Wert festgesetzt, der größer ist als der Antrieb durch die äußere Last und kleiner als die Biegebeanspruchung und der erlaubte Flächendruck des Zahnrades.

Das Stop-Drehmoment des Motors, das dann erzeugt wird, wenn die Drehbewegung des Motors durch ein Anstoßen der beweglichen Kupplungsplatte gegen den Anschlag bei einer Überdreh-Bewegung des schwenkbaren Hebels angehalten wird, wirkt daher nicht auf die Rückholfeder und auf diese Weise wird deren Verbiegen verhindert, so daß eine sehr verläßliche motorgetriebene Antriebsvorrichtung das Ergebnis ist.

Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Fig. 8 ist eine Seitenansicht davon.

In den Fig. 7 und 8 hat eine motorgetriebene Antriebsvorrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel einen Aufbau, der im wesentlichen derselbe ist, wie der nach Fig. 1.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Freilauf 32 in dem Kupplungsabschnitt zwischen der Abtriebswelle 10 und der beweglichen Kupplungsplatte 7 vorgesehen. Der Freilauf 32 besteht, wie dies in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist, aus einem äußeren Ring 33, der an seiner Innenfläche mit einer Vielzahl von keilförmigen Flächen 33a und einer Vielzahl von Nadelrollen 34 ausgebildet ist, die zwischen dem äußeren Ring 33 und der Abtriebswelle 10 angeordnet sind. Der äußere Ring 33 ist in einem Nabenabschnitt 7c der Kupplungsplatte 7 eingepaßt.

Innerhalb eines Bewegungsbereiches, der durch die Anschläge 35a und 35b gemäß Fig. 8 bestimmt ist, werden die Abtriebswelle 10 und der daran befestigte schwenkbare Hebel 14 durch die Antriebskraft des Motors 1 im Gegenuhrzeigersinn in Richtung in Fig. 8 verdreht und treiben auf diese Weise eine äußerliche Last, wie z. B. eine Drosselklappe über einen Draht 16 an. Im Uhrzeigersinn werden sie durch die Antriebskraft des Motors und die Rückholfeder 17 zurückgestellt. Die Wirkungsweise des Freilaufes während des Antriebes innerhalb des Bewegungsbereiches ist wie folgt:

Wenn die Kupplungsplatte 7 durch den Motor 1 über die vom Kupplungsrotor 6 angezogene, bewegliche Kupplungsplatte im Gegenuhrzeigersinn verdreht wird, treten die Nadelrollen 34 innerhalb des Freilaufes 32 in die Schrägflächen 33a des äußeren Ringes 33 ein und verklemmen sich mit diesen durch die Relativdrehung des mit der Kupplungsplatte 7 und der Abtriebswelle 10 verbundenen Ringes 33, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist und auf diese Weise wird eine Übertragung des Drehmoments möglich. In diesem Zustand wird eine Zugkraft auf die Rückholfedern 8 ausgeübt. Wenn die Kupplungsplatte 7 durch den Motor 1 im Uhrzeigersinn verdreht wird, wird die Abtriebswelle 10 durch die Rückholfeder 17 im Uhrzeigersinn verdreht. Wenn die relative Drehgeschwindigkeit der Abtriebswelle 10 in Bezug auf die Kupplungsplatte 7 jedoch groß ist, dreht sie sich in einem Zustand, bei dem die Nadelrollen 34 an den Schrägflächen 33a anliegen. In diesem Fall wird also eine Zugkraft auf die Rückholfedern 8 ausgeübt. Wenn die relative Drehgeschwindigkeit der Abtriebswelle in Bezug auf die Kupplungsplatte 7 jedoch klein ist, sind die Nadelrollen 34 von den Schrägflächen 33a entfernt und die Kupplungsplatte läuft frei. In diesem Fall wird auf die Rückholfedern 8 weder eine Zug- noch eine Druckkraft ausgeübt.

Wenn der verdrehbare Hebel 14 im Uhrzeigersinn verdreht wird und wenn dann vom Motor 1 nach dem Anstoßen am Anschlag 35a wegen des Freilaufes ein Drehmoment in Uhrzeigerrichtung auf die Antriebswelle 10 aufgebracht wird, heben sich die Nadelrollen 34 von den Schrägflächen 33a ab (Fig. 10) und laufen frei um die Abtriebswelle 10 herum, die jetzt stillsteht. Auf diese Weise werden zu diesem Zeitpunkt weder eine Zug- noch eine Druckkraft auf die Rückholfeder ausgeübt.

Claims (3)

1. Motorgetriebene Antriebsvorrichtung mit

• - einem elektrischen Motor (1),
• - einer Vielzahl von Stufenzahnrädern (3, 4),
• - einem Abtriebszahnrad (5) zum Übertragen des Drehmoments des Motors über die Stufenräder (3, 4), die zusammen mit dem Abtriebszahnrad (5) ein Untersetzungsgetriebe bilden,
• - einem Kupplungsrotor (6), dessen eines Ende mit dem Abtriebszahnrad (5) gekuppelt ist und dessen anderes Ende mit einer magnetischen Anziehungsfläche (6a) versehen ist,
• - einer Abtriebswelle (10), auf der der Kupplungsrotor (6) gelagert ist,
• - einer beweglichen Kupplungsplatte (7), die über Rückholfedern (8) an einem auf der Abtriebswelle (10) befestigten Flansch (9) neben der magnetischen Anziehungsfläche (6a) angebracht ist,
• - einer Kupplungsspule (12) zum magnetischen Kuppeln der magnetischen Anziehungsfläche (6a) des Kupplungsrotors (6) mit der beweglichen Kupplungsplatte (7), wenn ein Strom durch sie hindurchfließt, wobei der Kupplungsrotor (6) und die bewegliche Kupplungsplatte (7) eine elektromagnetische Kupplung (13) darstellen,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß nichtmagnetische Gleitlager (24) zwischen dem Kupplungsrotor (6) und Antriebswelle (10) angeordnet sind und
• - daß eine nichtmagnetische Beilagscheibe (25) zwischen den Endflächen des Kupplungsrotors (6) und des Flansches (9) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Trennblech (44) zum Trennen des Untersetzungsgetriebes von der elektromagnetischen Kupplung (13).