DE10115151A1 - Non-jamming reversible electrical actuator for vehicle, e.g. air induction duct, has spur and worm gearing which includes slack stud and carrier, in its torque transmission system - Google Patents
Non-jamming reversible electrical actuator for vehicle, e.g. air induction duct, has spur and worm gearing which includes slack stud and carrier, in its torque transmission systemInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Stellantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem drehrichtungsumkehrbaren Antriebsmotor und einem diesem nachgeordneten Getriebe, welches ein Stirnradgetriebe und ein Schneckengetriebe umfaßt, wobei das mit der Motorwelle verbundene Antriebsritzel und das Abtriebsschneckenrad über ein Stirnrad und eine Schnecke verbunden sind.The invention relates to an electric actuator for a motor vehicle with a reversible drive motor and a subordinate gear, which comprises a spur gear and a worm gear, which with the Motor shaft connected drive pinion and the output worm wheel via a spur gear and a snail are connected.
Aus der deutschen Patentschrift DE 198 56 715 C1 ist ein solcher Stellantrieb bekannt, der mit einem selbsthemmenden Schneckengetriebe ausgebildet ist, das Stellbewegungen innerhalb eines durch externe Anschläge begrenzten Bereiches ausführt. Bei diesem Stellantrieb sind das Stirnrad und die Schnecke als ein einstückiges Stufenrad ausgebildet, das auf einer Achse zwischen zwei Anlauffedern gelagert ist, welche das Stufenrad an den Endpositionen des Stellbereiches jeweils mit einer axialen Federkraft beaufschlagen. Die sich an den Endpositionen spannende Anlauffeder dämpft das Drehmoment des Antriebsmotors in den Anschlägen ab, um ein Festklemmen der Schnecke an dem Antriebszahnsegment zu vermeiden.Such an actuator is known from German patent DE 198 56 715 C1, which is designed with a self-locking worm gear, the adjusting movements within an area delimited by external stops. With this Actuator, the spur gear and the worm are designed as a one-piece step gear, which is mounted on an axis between two thrust springs, which the stepped wheel to the Apply an axial spring force to each end position of the adjustment range. The The starting spring, which is tensioned at the end positions, dampens the torque of the Drive motor in the stops to prevent the worm from jamming Avoid drive tooth segment.
Ein derartiger Stellantrieb kann beispielsweise als Saugrohrsteller vorgesehen werden, der eine jeweils vollständige Stellbewegung zwischen zwei externen Anschlägen ausführt. Bei besonders einfachen und kostengünstigen Ausführungen des Stellantriebs erfolgt die Stellbewegung ungeregelt, wodurch aber ein Erkennen der Anschläge nicht möglich ist und der Stellantrieb ungebremst in die Endposition fährt.Such an actuator can be provided, for example, as an intake manifold actuator executes a complete actuating movement between two external stops. at particularly simple and inexpensive designs of the actuator are carried out Adjustment movement uncontrolled, which however makes it impossible to recognize the stops and the actuator moves to the end position without braking.
Bei einer Verwendung des Stellantriebs im Motorraum ist dieser zudem besonders widrigen Umgebungsbedingungen, insbesondere hohen Temperaturen ausgesetzt. Bei Temperaturen von 140°C und mehr im Stellantrieb ist der Wirkungsgrad des Antriebsmotors wegen des erhöhten ohmschen Widerstandes und der reduzierten Remanenz deutlich verringert, so daß, trotz der Anlauffedern, schon geringste Verklemmungen der Schnecke am Zahnsegment in der Anschlagsposition vom Motor nicht mehr sicher gelöst werden können.When the actuator is used in the engine compartment, it is also particularly difficult Environmental conditions, especially exposed to high temperatures. At temperatures of 140 ° C and more in the actuator is the efficiency of the drive motor because of the increased ohmic resistance and reduced remanence significantly reduced, see above that, despite the start-up springs, even the slightest jamming of the screw on Tooth segment in the stop position can no longer be safely removed from the motor.
Infolge der sich während des beschleunigten Stellvorganges aufbauenden Dynamik schlägt das Abtriebselement mit einem deutlich höheren Moment in den Anschlag, als der Stellantrieb kraft seines Motors zum Herausfahren erzeugen kann. Das hohe Anschlagsmoment verstärkt die zum stromlosen Halten benötigte Selbsthemmung des Getriebes, da die von außen auf das Getriebe wirkenden Entspannungskräfte aller durch den Aufschlag verformten, dem Stellantrieb nachgeschalteten, Bauteile zu einer erheblichen Reibungserhöhung an der Schneckenverzahnung und an der jeweils abstützenden Schneckenaxialfläche führen und somit das herkömmlich aus Schnecke und Stirnrad bestehende, einteilige Stufenrad festklemmen. Für eine sichere Selbsthemmung, auch unter Schwingungsbelastungen, ist dieses gewollt.As a result of the dynamics building up during the accelerated setting process the output element with a significantly higher moment in the stop than the Actuator can generate by pulling out its motor. The high The stop torque increases the self-locking of the Gearbox, since the relaxation forces acting on the gearbox from the outside all through the Impact deformed components downstream of the actuator to a considerable extent Increased friction on the worm teeth and on the respective supporting Lead worm axial surface and thus the conventional from worm and spur gear Clamp existing one-piece step wheel. For safe self-locking, even under Vibration exposure, this is wanted.
Zum Lösen der Verspannung muß der Motor bei Bestromungsumkehr das infolge seiner Einteiligkeit mit der Schnecke verspannte und somit festsitzende Stirnrad des Stufenrades drehen. Da ihm hierfür nur die geringe Übersetzung der Stirnradstufe zur Verfügung steht, ist er dazu oftmals nicht in der Lage. Die Folge ist ein Blockieren des Stellantriebs im Anschlag.To release the tension, the motor must reverse the current due to its One-piece spur gear of the stepped gear, which is braced with the worm and thus stuck rotate. Since only the low gear ratio of the spur gear is available for this purpose he is often unable to do so. The result is a blockage of the actuator in the stop.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung den elektrischen Stellantrieb auf einfache und kostengünstige Weise so auszubilden, daß ein Blockieren des Stellantrieb beim Herausfahren aus dem Anschlag sicher vermieden wird.It is therefore the object of the invention the electric actuator in a simple and inexpensive way so that blocking the actuator when Driving out of the stop is safely avoided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Stirnrad und die Schnecke als separate Bauteile ausgeführt sind, daß das Stirnrad auf der Schnecke drehbar gelagert ist, daß an dem Stirnrad ein Mitnehmer und an der Schnecke ein Nocken angeformt ist, und daß die Drehmomentübertragung vom Stirnrad zur Schnecke über den Mitnehmer und den Nocken erfolgt.This object is achieved in that the spur gear and the worm are designed as separate components that the spur gear rotatably mounted on the screw is that a driver is formed on the spur gear and a cam on the worm, and that the torque transmission from the spur gear to the worm via the driver and the Cam is done.
Dem Anlaufmoment des Antriebsmotors wird somit durch einen unbelasteten und somit freidrehenden Anlaufbereich Dynamik hinzugefügt, um den Impuls des Anschlagens der nun bewegten Ankermasse auf die verspannte Schnecke zu nutzen. Um den Anlauffreigang des Motors zu bewirken wäre auch die Verwendung einer spielbehafteten Klauenkupplung geeignet; eine solche wäre aber als zusätzliche Baugruppe zwischen Motor und erstem Getriebeteil weitaus aufwendiger und auch kostspieliger zu fertigen.The starting torque of the drive motor is thus unloaded and thus free spinning start area dynamics added to the impulse of striking the now to use moving anchor mass on the tensioned screw. To the start-up clearance of the To effect the motor would also be the use of a claw clutch with play suitable; such would be an additional assembly between the engine and the first Gear part to manufacture far more complex and also more expensive.
Der erfindungsgemäße Stellantrieb erzeugt Anlauffreigang und Losreißimpuls innerhalb der Getriebebaugruppe. Stirnrad und Schnecke sind nicht einteilig sondern als Montagegruppe gefügt. Das Stirnrad ist so auf der Schnecke gelagert, daß es auch bei hoher Belastung der Anlaufflächen der Schnecke, wie sie bei einer Anschlagsverklemmung vorkommen, keinen Axialkräften ausgesetzt ist. Die Drehmomentübertragung zur Schnecke übernimmt ein Mitnehmer, der nach großem Freigang bei Drehrichtungsumkehr auf den Nocken der Schnecke schlägt. Der Freigang zwischen dem Mitnehmer und dem Nocken ist so bemessen, daß der Antriebsmotor beim Durchfahren desselben seine Maximaldrehzahl erreicht, um einen maximalen Losbrechimpuls auszulösen. Da sich die Mitnehmer hinter der ersten Getriebestufe befinden, ist dies infolge der Übersetzung ins Langsame problemlos möglich. Weiterhin wirkt positiv, daß die Übersetzung der ersten Getriebestufe die für den Losbrechimpuls verantwortlichen Massenträgheitsmomente der Motorbauteile verstärkt.The actuator according to the invention generates start-up clearance and tear-free pulse within the Transmission assembly. The spur gear and worm are not in one piece but as an assembly group together. The spur gear is mounted on the worm in such a way that it is loaded even under high loads No contact surfaces of the screw, as they occur with a stop jam Is exposed to axial forces. The torque transmission to the worm takes over Driver, which after a large clearance when reversing the direction of rotation on the cam of the Snail beats. The clearance between the driver and the cam is like this dimensioned so that the drive motor when driving through it its maximum speed reached to trigger a maximum breakaway pulse. Since the drivers are behind the are in the first gear stage, this is no problem due to the slow translation possible. It also has a positive effect that the translation of the first gear stage for the Breakaway moment responsible for the inertia of the motor components.
Vorteilhaft ist auch, daß das Stirnrad und die Schnecke besonders einfach, nämlich durch einfaches Zusammenstecken montierbar sind und daß für die erfindungsgemäße Ausgestaltung keine weiteren zusätzlichen Bauteile benötigt werden. Besonders vorteilhaft für die wirtschaftliche Gestaltung ist es, wenn das Stirnrad und die Schnecke aus einem PTFE(= Teflon)-gefüllten Kunststoff bestehen, da hierdurch auch auf Schmiermittel und zusätzliche Lagerkomponenten verzichtet werden kann.It is also advantageous that the spur gear and the worm are particularly simple, namely by simple assembly can be assembled and that for the invention Design no additional components are required. Particularly advantageous for the economical design it is when the spur gear and the worm from one PTFE (= Teflon) -filled plastic, as this also means lubricants and additional bearing components can be dispensed with.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stellantriebs ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.An embodiment of an actuator according to the invention is in the drawing shown and is explained in more detail below with reference to the drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 den Aufbau eines Stellantriebs in einem geöffnet dargestelltem Gehäuse; Figure 1 shows the structure of an actuator in an open housing shown.
Fig. 2 eine Einzeldarstellung des Stirnrads; Fig. 2 is a detail view of the spur gear;
Fig. 3 eine Einzeldarstellung der Schnecke; Fig. 3 is a detail view of the screw;
Fig. 4 einen Ausschnitt aus der Getriebebaugruppe des Stellantriebs. Fig. 4 shows a section of the gear assembly of the actuator.
In der Fig. 1 ist ein Stellantrieb gezeigt, der beispielsweise als Saugrohrsteller in Kraftfahrzeugen verwendet werden kann.In FIG. 1, an actuator is shown, which can be used for example as Saugrohrsteller in motor vehicles.
Der Stellantrieb besteht aus einem umsteuerbaren Gleichstrommotor (1), der mit einem Gehäuse (9) mechanisch verbunden ist. Um eine möglichst platzsparende, schlanke Gestaltung des Stellantriebs zu erreichen, ist das dem Gleichstrommotor (1) nachgeschaltete Getriebe in der Verlängerung der Motorlängsachse angeordnet. The actuator consists of a reversible DC motor ( 1 ) which is mechanically connected to a housing ( 9 ). In order to achieve a space-saving, slim design of the actuator, the gear downstream of the DC motor ( 1 ) is arranged in the extension of the longitudinal axis of the motor.
Das Getriebe umfaßt ein Stirnradgetriebe und ein Schneckengetriebe, wobei das mit der Motorwelle verbundene Antriebsritzel (3) über ein Stirnrad (12) und eine Schnecke (13) mit dem Abtriebsschneckenrad (8) verbunden ist.The transmission comprises a spur gear and a worm gear, the drive pinion ( 3 ) connected to the motor shaft being connected to the driven worm gear ( 8 ) via a spur gear ( 12 ) and a worm ( 13 ).
Hierbei sind das Stirnrad (12) und die Schnecke (13) als separate Bauteile ausgeführt und das Stirnrad (12) auf der Schnecke (13) drehbar gelagert. An die Schnecke (13) ist einstückig ein Nocken (4) angeformt, der bei einer Bewegung des Stirnrads (12) mit einem einstückig an das Stirnrad (12) angeformten Mitnehmer (2) zusammenwirkt, so daß bei einer Bewegung des Stirnrads (12) die Drehmomentübertragung vom Stirnrad (12) auf die Schnecke (13) über den Mitnehmer (2) und den Nocken (4) erfolgt. Der Mitnehmer (2) kann dabei ebenfalls die Form eines Nockens oder vorteilhaft auch eine kreissegmentförmige Ausgestaltung aufweisen.The spur gear ( 12 ) and the worm ( 13 ) are designed as separate components and the spur gear ( 12 ) is rotatably mounted on the worm ( 13 ). A cam (4) is connected to the screw (13) formed in one piece, which cooperates with a movement of the spur gear (12) having an integrally formed at the spur gear (12) carrier (2), so that during a movement of the spur gear (12) the torque transmission from the spur gear ( 12 ) to the worm ( 13 ) via the driver ( 2 ) and the cam ( 4 ). The driver ( 2 ) can also have the shape of a cam or advantageously also a circular segment-shaped configuration.
Die Schnecke (13) ist auf einer, in der Fig. 1 nicht erkennbaren Achse zwischen zwei Anlauffedern (6) gelagert, welche die Schnecke (13) in den Endpositionen des Stellbereiches jeweils mit einer axialen Federkraft beaufschlagen. Die Anlauffedern (6) sind als zweischenklige Blattfedern ausgebildet, wobei sich die Federschenkel etwa v-förmig gegenüberstehen. Die Anlauffedern sind in Aufnahmetaschen (10) des Gehäuses (9) gehaltert. Die stirnseitigen Endabschnitte der Schnecke (4) sind als Axialanlaufbereiche (7) ausgebildet und liegen an den Anlauffedern (6) an.The worm ( 13 ) is mounted on an axis, which cannot be seen in FIG. 1, between two start-up springs ( 6 ), which each apply an axial spring force to the worm ( 13 ) in the end positions of the adjustment range. The start-up springs ( 6 ) are designed as two-leg leaf springs, the spring legs being approximately V-shaped. The start-up springs are held in receiving pockets ( 10 ) of the housing ( 9 ). The front end sections of the screw ( 4 ) are designed as axial run-up areas ( 7 ) and rest on the run-up springs ( 6 ).
Die Funktionsweise des Stellantriebs ist die folgende: Eine nicht dargestellte Steuerschaltung bestromt den Gleichstrommotor (1), welcher mittels seines Antriebsritzels (3) das Stirnrad (12) antreibt. Der am Stirnrad (12) angeformte Mitnehmer (2) betätigt den an der Schnecke (13) angeformten Nocken (4) und damit die Schnecke (13), welche wiederum über das Abtriebszahnsegment (8) eine in der Fig. 1 nicht dargestellte, senkrecht zur Papierebene aus dem Gehäuse (9) herausgeführte Abtriebswelle antreibt.The operation of the actuator is as follows: A control circuit, not shown, energizes the DC motor ( 1 ), which drives the spur gear ( 12 ) by means of its drive pinion ( 3 ). The driver ( 2 ) formed on the spur gear ( 12 ) actuates the cam ( 4 ) formed on the worm ( 13 ) and thus the worm ( 13 ), which in turn, via the driven tooth segment ( 8 ), is a vertical one, not shown in FIG. 1 drives the output shaft led out of the housing ( 9 ) to the paper plane.
Der maximale Stellbereich ist dabei entweder durch interne Gehäuseanschläge (11) oder, in den meisten Fällen, durch die externe Anschläge des durch die Abtriebswelle angetriebenen Gegenstandes vorgegeben. Wird einer der Anschläge erreicht, so kämmt die Schnecke (13) an dem nun feststehenden Abtriebszahnsegment (8), wodurch sich die Schnecke (13) auf ihrer Achse in Richtung auf eine der Anlauffedern (6) verschiebt. Die sich dadurch spannende Anlauffeder (6) dämpft dabei das Drehmoment des Gleichstrommotors (1) ab. The maximum setting range is specified either by internal housing stops ( 11 ) or, in most cases, by the external stops of the object driven by the output shaft. If one of the stops is reached, the worm ( 13 ) meshes on the now fixed output tooth segment ( 8 ), causing the worm ( 13 ) to move on its axis in the direction of one of the start-up springs ( 6 ). The starting spring ( 6 ), which is thereby exciting, dampens the torque of the DC motor ( 1 ).
Bei einer Drehrichtungsumkehr kann der des Gleichstrommotors (1) aufgrund der Entkopplung von Stirnrad (12) und Schnecke (13) bis zu seiner Maximaldrehzahl hochlaufen bis der Mitnehmer (2) erneut mit dem Nocken (4) der Schnecke (13) zum Eingriff kommt und dabei gegebenenfalls ein klemmendes Schneckengetriebe freischlägt.If the direction of rotation is reversed, that of the DC motor ( 1 ) can run up to its maximum speed due to the decoupling of the spur gear ( 12 ) and the worm ( 13 ) until the driver ( 2 ) engages again with the cam ( 4 ) of the worm ( 13 ) and if necessary, a jamming worm gear strikes.
Die Fig. 2 bis 4 verdeutlichen den Aufbau des Stellantriebs anhand der Darstellung einzelner Komponenten. Die Fig. 2 zeigt eine Einzeldarstellung des Stirnrads (12), bei dem der Mitnehmer (2) als ein einstückig angeformtes Kreissegment ausgebildet ist, welches sich über einen Winkelbereich von ca. 120° erstreckt. Durch die Festlegung des Winkelbereiches, über den sich der Mitnehmer (2) erstreckt, kann der Freilaufbereich des Gleichstrommotors bei Drehrichtungsumkehr vorgegeben werden. Das Stirnrad (12) ist so auf dem achsförmigen Grundkörper der in der Fig. 3 dargestellten Schnecke (13) gelagert, daß bei einer Drehbewegung des Stirnrads (12) der Mitnehmer (2) den Nocken (4) und damit auch die Schnecke (13) mitdreht. Figs. 2 to 4 illustrate the structure of the actuator based on the representation of individual components. Fig. 2 shows an individual representation of the spur gear ( 12 ), in which the driver ( 2 ) is designed as an integrally molded circular segment which extends over an angular range of approximately 120 °. By defining the angular range over which the driver ( 2 ) extends, the freewheeling range of the DC motor can be specified when the direction of rotation is reversed. The spur gear ( 12 ) is mounted on the axis-shaped base body of the worm ( 13 ) shown in FIG. 3 so that when the spur gear ( 12 ) rotates, the driver ( 2 ) causes the cam ( 4 ) and thus also the worm ( 13 ) turns.
Dies wird besonders aus der Darstellung der Fig. 4 deutlich, welche einen Ausschnitt aus der Getriebebaugruppe des Stellantriebs zeigt. Der achsförmige Grundkörper der Schnecke (13) ist hier auf einer Achse (5) zwischen zwei Anlauffedern (6) gelagert. Da sich der Mitnehmer (2) und der Nocken (4) hinter der ersten Getriebestufe befinden, ist infolge der Übersetzung ins Langsame schon mit geringem Freigang zwischen dem Mitnehmer (2) und dem Nocken (4) garantiert, daß der Anschlag bei maximaler Motordrehzahl erfolgt, womit ein maximaler Losbrechimpuls erzeugt wird. Dabei ist zudem vorteilhaft, daß die den Losbrechimpuls erzeugenden Massenträgheitsmomente der beschleunigten Motorbauteile durch die Übersetzung verstärkt werden. This is particularly clear from the illustration in FIG. 4, which shows a section of the gear assembly of the actuator. The axis-shaped base body of the screw ( 13 ) is mounted here on an axis ( 5 ) between two start-up springs ( 6 ). Since the driver ( 2 ) and the cam ( 4 ) are located behind the first gear stage, it is guaranteed that there is little clearance between the driver ( 2 ) and the cam ( 4 ) due to the slow translation, so that the stop occurs at maximum engine speed , with which a maximum breakaway pulse is generated. It is also advantageous that the mass moments of inertia of the accelerated engine components generating the breakaway pulse are amplified by the translation.
11
Gleichstrommotor
DC motor
22
Mitnehmer
takeaway
33
Antriebsritzel
pinion
44
Nocken
cam
55
Achse
axis
66
Anlauffedern
start-up springs
77
Axialanlaufbereiche
Axialanlaufbereiche
88th
Abtriebsschneckenrad (Abtriebszahnsegment)
Output worm wheel (output tooth segment)
99
Gehäuse
casing
1010
Aufnahmetaschen
receiving pockets
1111
interne Gehäuseanschläge
internal housing stops
1212
Stirnrad
spur gear
1313
Schnecke
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