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Title:
LINEAR ACTUATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/071276
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a linear actuator (8) for driving an actuating member (4) of an internal combustion engine of a motor vehicle, said linear actuator comprising two rolling bearings for scanning mutually opposing sides of a rib that is formed as a guide curve (16). The rib (17) has a variable width, against which the two sensing bodies are biased. In this way, undesired reaction forces are avoided.

Inventors:
WEIS CHRISTIAN (DE)
MIKOLAJEK CARSTEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/075460
Publication Date:
May 12, 2016
Filing Date:
November 02, 2015
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (DE)
International Classes:
F16H25/18
Domestic Patent References:
WO2015055548A12015-04-23
Foreign References:
DE102008000346A12009-08-20
US3374684A1968-03-26
US20060213292A12006-09-28
FR2096472A11972-02-18
KR20100042779A2010-04-27
US3344685A1967-10-03
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Claims:
Patentansprüche

1. Linearaktuator (8) zum Antrieb eines Stellgliedes (4) ins¬ besondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeu¬ ges, mit einer drehbaren Antriebswelle (12) und einem axi¬ al verschieblichen Stößel (11) zur Verstellung des Stell¬ gliedes (4), mit einer von der Antriebswelle (12) um eine Drehachse (24) angetriebenen Führungskurve (16) und mit einem die Führungskurve (16) abtastenden Führungsglied (18), wobei das Führungsglied (18) zwei Tastkörper (19, 20) hat und die Tastkörper (19, 20) gegen einander gegenü¬ berliegende Seiten der Führungskurve (16) vorgespannt sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Breite (b) der Führungskurve (16) variabel gestaltet ist.

2. Linearaktuator nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Breite (b) der Führungs¬ kurve (16) kontinuierlich über den gesamten Stellweg des Stößels (11) verändernd gestaltet ist.

3. Linearaktuator nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h

g e k e n n z e i c h n e t , dass die Führungskurve (16) in einem nahe der Drehachse (24) angeordneten Abschnitt (c) schmaler ist als in einem von der Drehachse (24) entfern¬ ten Abschnitt (d) .

4. Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Verbin¬ dungslinie der Tastkörper (19, 20) zur der Drehachse (24) versetzt ist.

5. Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Führungs¬ glied (18) ein Federelement (23) zur Vorspannung der Tast¬ körper (19, 20) aufeinander zu oder voneinander weg hat.

6. Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Führungs¬ kurve (16) eine hervorstehende Rippe (17) hat und dass die Tastkörper (19, 20) an einander gegenüberstehenden Seiten der Rippe (17) anliegen.

7. Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Tastkörper (19, 20) jeweils ein Wälzlager (21, 22) aufweisen.

8. Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Führungs¬ kurve (16) auf einer sich über einen Teilkreis erstrecken¬ de Scheibe (14) angeordnet ist, dass die Scheibe (14) auf ihren Umfang einen Teilzahnkranz (15) aufweist und dass ein von der Antriebswelle (12) angetriebenes Ritzel (13) den Teilzahnkranz (15) kämmt und dass die Tastkörper (19, 20) mit dem Stößel (11) eines Ventilkörpers (5) verbunden sind .

9. Linearaktuator nach einem der Ansprüche 5 bis 8, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Federele¬ ment (23) als bügeiförmiges, die beiden Tastkörper (19, 20) miteinander verbindendes Federblech gestaltet ist.

Description:
Beschreibung Linearaktuator

Die Erfindung betrifft einen Linearaktuator zum Antrieb eines Stellgliedes insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einer drehbaren Antriebswelle und einem axial verschieblichen Stößel zur Verstellung des Stellgliedes, mit einer von der Antriebswelle um eine Drehachse angetriebenen Führungskurve und mit einem die Führungskurve abtastenden Füh ¬ rungsglied, wobei das Führungsglied zwei Tastkörper hat und die Tastkörper gegen einander gegenüberliegende Seiten der Füh ¬ rungskurve vorgespannt sind.

Solche Linearaktuatoren werden beispielsweise von Abgasrück- führventilen bei Brennkraftmaschinen heutiger Kraftfahrzeuge eingesetzt. Die Vorspannung zweier Tastkörper gegen einander gegenüberliegende Seiten der Führungskurve dient dazu, einen spielfreien Antrieb des Stößels zu gewährleisten. Der Vorteil des bekannten Linearaktuators ist, dass sich die Führungskurve nahezu beliebig gestalten lässt und beispielsweise nichtlineare Kennlinien zwischen Drehwinkel der Antriebswelle und Stellweg des Stößels erzeugen lassen.

Jedoch besteht insbesondere bei nicht linearen Kennlinien das Problem, dass unerwünschte Reaktionskräfte zwischen den Tast ¬ körpern und der Führungskurve auftreten. Diese Reaktionskräfte müssen von einem Federelement aufgenommen werden, welches die Tastkörper gegen die gegenüberliegenden Seiten der Führungskur ¬ ve vorspannt. Die Reaktionskräfte und die Federkräfte führen zu mechanischen Belastungen und ungleichmäßigen Kraft-Weg-Kennli ¬ nien des Linearaktuators und sind damit unerwünscht. Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Linearaktuator der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass er uner ¬ wünschte Reaktionskräfte vermeidet.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Breite der Führungskurve variabel gestaltet ist.

Durch diese Gestaltung lässt sich eine spielfreie Führung des Stößels auch bei nicht linearen Kennlinien ermöglichen. Eine gleichmäßige Kraft-Weg-Kennlinie lässt sich durch die entspre ¬ chende Gestaltung der Breite der Führungskurve erreichen. Nahe der Drehachse kann dank der Erfindung eine andere Breite der Führungskurve vorgesehen sein als von der Drehachse entfernt. Damit kann der Linearaktuator eine progressive Kennlinie des Drehwinkels der Drehachse zum Stellweg des Stößels aufweisen. Die Kräfte an der Antriebswelle bleiben über den Drehwinkel konstant. Die Breite der Führungskurve wird so ausgelegt, dass über den gesamten Drehwinkel der Drehachse der Abstand der Tastkörper und damit auch die Vorspannkräfte immer konstant bleiben. Damit werden unerwünschte Reaktionskräfte vermieden.

Besonders gleichmäßige Kraft-Weg-Kennlinien lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach erreichen, wenn die Breite der Führungskurve kontinuierlich über den gesamten Stellweg des Stößels verändernd gestaltet ist .

Zur weiteren Vergleichmäßigung der Kraft-Weg-Kennlinie trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn die Führungskurve in einem nahe der Drehachse ange ¬ ordneten Abschnitt schmaler ist als in einem von der Drehachse entfernten Abschnitt. Vorzugsweise beträgt die Differenz der Breite der Abschnitte der Führungskurve ungefähr 0,1 bis 0,2 mm . Trifft eine Verbindungslinie der Tastkörper genau auf die Dreh ¬ achse, werden beim Antrieb der Antriebswelle Querkräfte er ¬ zeugt, die auf den Stößel übertragen werden. Solche Querkräfte lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach vermeiden, wenn eine Verbindungslinie der

Tastkörper zur Drehachse versetzt ist. Vorzugsweise beträgt der Versatz der Verbindungslinie ungefähr 1mm.

Ein beispielsweise durch Temperaturschwankungen hervorgerufenes Spiel der Tastkörper an der Führungskurve beim Antrieb des Stö ¬ ßels lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach vermeiden, wenn das Führungsglied ein Fe ¬ derelement zur Vorspannung der Tastkörper aufeinander zu oder voneinander weg hat.

Die Führungskurve könnte beispielsweise als Nut ausgebildet sein und die Tastkörper gegen die Wandung der Nut vorgespannt werden. Dies erfordert jedoch entweder eine besonders breite Nut oder sehr kleine Tastkörper. Bei Stellgliedern für Bauteile einer Brennkraftmaschine ist jedoch der Bauraum sehr begrenzt. Insbesondere für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen vorge ¬ sehene Linearaktuatoren weisen jedoch eine besonders hohe Sta ¬ bilität bei einem begrenzten Bauraum auf, wenn die Führungskur ¬ ve eine hervorstehende Rippe hat und wenn die Tastkörper an einander gegenüberstehenden Seiten der Rippe anliegen.

Seitliche Belastungen und Kippmomente im Linearaktuator lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfin ¬ dung besonders gering halten, wenn die Tastkörper jeweils ein Wälzlager aufweisen.

Eine vorgesehene Übersetzung des Linearaktuators lässt sich ge ¬ mäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach einstellen, wenn die Führungskurve auf einer sich über einen Teilkreis erstreckende Scheibe angeordnet ist, wenn die Scheibe auf ihren Umfang einen Teilzahnkranz aufweist und wenn ein von der Antriebswelle angetriebenes Ritzel den Teilzahn ¬ kranz kämmt und wenn die Tastkörper mit dem Stößel eines Ven ¬ tilkörpers verbunden sind.

Der Linearaktuator gestaltet sich gemäß einer anderen vorteil ¬ haften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders ein ¬ fach, wenn das Federelement als bügeiförmiges, die beiden Tast ¬ körper miteinander verbindendes Federblech gestaltet ist.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weite ¬ ren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in:

Fig. 1 schematisch einen Linearaktuator mit angrenzenden

Bauteilen eines Stellgliedes,

Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Darstellung des Li- nearaktuators aus Figur 1,

Fig. 3 den Linearaktuator aus Figur 1 in einer Schnittdar ¬ stellung durch das Führungsglied,

Fig. 4 eine Kennlinie des Linearaktuators aus Figur 1.

Figur 1 zeigt ein Abgasrückführungsventil 1 eines Kraftfahrzeu ¬ ges mit einem Abgaskanal 2 und einem Rückführungskanal 3. Das Abgasrückführungsventil 1 hat ein Stellglied 4 mit einem Ven ¬ tilkörper 5 und einen Ventilsitz 6. Ein von einem Elektromotor 7 angetriebener Linearaktuator 8 dient zum Antrieb des Stell ¬ gliedes 4. Der Linearaktuator 8 hat einen festen Anschlag 9 und einen zweiten, weichen Anschlag 10. Der zweite Anschlag 10 ist von dem Ventilsitz 6 gebildet, an dem der Ventilkörper 5 an- liegt. Der Linearaktuator 8 hat einen Stößel 11 zum Antrieb des Ventilkörpers 5.

Figur 2 zeigt perspektivisch und vergrößert den Linearaktuator 8 aus Figur 1. Hierbei ist zu erkennen, dass der Elektromotor 7 eine Antriebswelle 12 mit einem Ritzel 13 antreibt. Der Linea ¬ raktuator 8 hat eine sich über einen Teilkreis erstreckende Scheibe 14 mit einem auf dem Umfang angeordneten Teilzahnkranz 15. Die Scheibe ist um eine Drehachse 24 drehbar gelagert. Das Ritzel 13 treibt über den Teilzahnkranz 15 die Scheibe 14 an.

Auf der Scheibe 14 ist eine Führungskurve 16 mit einer Rippe 17 angeordnet. Ein die Führungskurve 16 abtastendes Führungsglied 18 hat zwei einander gegenüberstehende Tastkörper 19, 20. Die Tastkörper 19, 20 weisen jeweils ein als Kugellager ausgebilde- tes Wälzlager 21, 22 auf und sind über ein Federelement 23 mit ¬ einander verbunden. Das Federelement 23 ist bügeiförmig gestal ¬ tet und aus Federstahl gefertigt. Weiterhin ist das Federele ¬ ment 23 mit dem Stößel 11 verbunden. Durch Drehung der Scheibe 14 um die Drehachse 24 mittels An ¬ trieb des Elektomotors 7 rollen die Wälzlager 21, 22 der Tast ¬ körper 19, 20 auf der Rippe 17 der Führungskurve 16 ab. Dabei wird das Führungsglied 18 entsprechend der Form der Führungs ¬ kurve 16 auf und nieder bewegt. Diese Bewegung wird über den Stößel 11 auf den Ventilkörper 5 übertragen, welcher schließ ¬ lich das Abgasrückführungsventil 1 öffnet oder schließt.

Figur 3 zeigt den Linearaktuator 8 in einer Schnittdarstellung durch das Führungsglied 18. Durch die Schnittdarstellung ist das die Tastkörper 19, 20 mit dem Stößel 11 verbindende Feder ¬ element 23 aus Figur 2 nicht dargestellt. Hierbei ist zu erken ¬ nen, dass der Stößel 11 mit Berührpunkten der beiden Tastkörper 19, 20 an der Rippe 17 fluchtet. Jedoch fluchten die Berühr ¬ punkte der beiden Tastkörper 19, 20 an der Rippe 17 nicht mit der Drehachse 24 der Scheibe 14 und damit der Drehachse 24 der Führungskurve 16. Die Drehachse hat damit einen Versatz a zur Verbindungslinie der Tastkörper 19, 20. Damit hat auch der Stö ¬ ßel 11 den gleichen Versatz a zur Drehachse 24 der Rippe 17. Die Breite b der Rippe 17 verringert sich kontinuierlich über den gesamten Stellweg des Stößels 11. Hierzu hat die Führungs ¬ kurve 16 einen nahe der Drehachse 24 angeordneten Abschnitt c und einen der Drehachse 24 fernen Abschnitt d. Die Rippe 17 ist in dem nahe der Drehachse 24 angeordneten Abschnitt c schmaler als in einem von der Drehachse 24 entfernten Abschnitt d.

Figur 4 zeigt zur Verdeutlichung eine progressive Kennlinie des Stellwegs des Stößels 11 über den Drehwinkel der Drehachse 24.