EP1925797B1

EP1925797B1 - Stellantrieb für ein Stellorgan

Info

Publication number: EP1925797B1
Application number: EP20070117122
Authority: EP
Inventors: Stefan Emmert; Peter Distler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-11-23
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2027-09-25
Also published as: EP1925797A1; DE502007005743D1; DE102006055257A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Stellantrieb für ein Stellorgan, insbesondere für eine Drosselklappe im Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer bekannten Drosselklappenstelleinheit für eine Brennkraftmaschine ( DE 195 25 510 A1 ) weist das Stellergehäuse eine erste Aufnahmekammer für den Elektromotor und eine zweite Aufnahmekammer für ein Getriebe sowie einen hohlzylindrischen Drosselklappenstutzen auf, in dem eine Drosselklappe schwenkbar gelagert ist. Die Drosselklappe gibt je nach Schwenkstellung den Durchlassquerschnitt des Drosselklappenstutzens vollständig frei oder sperrt ihn weitgehend ab. Der Elektromotor ist in der ersten Aufnahmekammer fest verankert und ragt mit dem freien Ende der Motorwelle in die zweite Aufnahmekammer hinein. Auf dem freien Ende der Motorwelle sitzt drehfest ein Abtriebsritzel, das mit einem Zwischenrad des Getriebes kämmt. Das Zwischenrad sitzt drehbar auf einer Getriebeachse und steht über einen zweiten Zahnkranz in Eingriff mit einem Zahnrad, das auf einer die Drosselklappe tragenden Stellwelle befestigt ist. Die zweite Aufnahmekammer ist von einem Gehäusedeckel abgedeckt. Die Getriebeachse ist endseitig im Stellergehäuse und im Gehäusedeckel aufgenommen.
Ein weiteres Beispiel eines Stellantriebes wird in Dokument US-2005/0092293 gegeben.
In Fahrzeugen sind solche Drosselklappenstelleinheiten für Brennkraftmaschinen hohen Schüttelbelastungen ausgesetzt, die den Elektromotor stark beanspruchen. Daher ist es erforderlich, den Elektromotor sehr steif und spielfrei im Stellergehäuse zu verankern, damit sich die Schüttelbelastung am Elektromotor nicht durch Relativbewegung zwischen Motorgehäuse und Stellergehäuse weiter erhöht. Üblich ist eine Herstellung der Spielfreiheit zwischen Stellergehäuse und Motorgehäuse durch Verwendung von Schrauben und federnden Elementen, die ein Einspannen des Elektromotors unter Ausgleich von Teiletoleranzen ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Stellantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch das Heranziehen des Lagerschilds zur axial spielfreien Festlegung des Elektromotors in der Aufnahmekammer und dessen Überbördelung einerseits ein sehr einfaches, kostensparendes und für eine Automation geeignetes Montageverfahren angewendet und dabei andererseits sichergestellt wird, dass das dünnwandige und wenig stabile Motorgehäuse eines verwendeten, vorzugsweise leichtgewichtigen Elektromotors nicht verformt und damit auch der Elektromotor, z.B. im Bereich der am Motorgehäuse angeordneten Magnetpole, nicht beschädigt wird. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass die für eine Leichtgängigkeit des Übersetzungsgetriebes zum Stellorgan geforderten Abstände von Motor- und Getriebewellen beim axialen Einspannen des Elektromotors in der Aufnahmekammer eingehalten werden. Darüber hinaus lässt sich eine exakte Positionierung der Motorwelle vornehmen, da der Sitz des Motorwellenlagers im Lagerschild und der Außendurchmesser der Schildsegmente aufeinander abgestimmt mit einem einzigen Stanzwerkzeug hergestellt werden können.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Stellantriebs möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind für die Überbördelung der Schildsegmente Bördelelemente vorgesehen, die längs des Öffnungsrandes der Kammeröffnung einstückig an dem Stellergehäuse angeformt sind. Vorzugsweise werden die Bördelelemente von am Öffnungsrand der Kammeröffnung axial über die Kammeröffnung vorstehenden Erhebungen gebildet, die zum Aufbördeln auf die Schildsegmente axial flachdrückbar ausgebildet sind. Dabei ist die in Achsrichtung der Aufnahmekammer gesehene Höhe der Erhebungen, vorzugsweise mittels spanender Bearbeitung, auf ein vorbestimmtes Maß toleranzeng eingestellt. Dies hat den Vorteil, dass bei der Montage eine korrekte Verstemmung des Lagerschilds sichergestellt ist, da die zum Verformen der Erhebungen erforderliche Presskraft zunächst langsam und später sehr steil ansteigt und durch Begrenzung der Presskraft der Grad der Verformung sehr genau gesteuert werden kann. Damit wird eine spielfreie Verprägung bei geringer Belastung des Motorgehäuses erreicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt eines Stellantriebs für eine Drosselklappe im Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine mit Stellergehäuse und darin angeordnetem Elektromotor,
Fig. 2: ausschnittweise eine Draufsicht in Richtung Pfeil II des Ausschnitt II in Fig. 1,
Fig. 3: ausschnittweise einen Längsschnitt von Stellergehäuse und Elektromotor gemäß Schnittführung III - III in Fig. 2,
Fig. 4: eine gleiche Darstellung wie in Fig. 2 vor einer Verstemmung des Elektromotors im Stellergehäuse.

Der in Fig. 1 im Längsschnitt schematisiert dargestellte Stellantrieb dient zur Schwenkverstellung eines Stellorgans, das als Drosselklappe 11 im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Das Stellorgan kann aber auch eine Luftklappe in einer Klimaanlage oder ein sonstiges schwenkbares Element zur Steuerung eines Kanalquerschnitts sein.
Wie in Fig. 1 zu sehen ist, ist die Drosselklappe 11 in einem Drosselklappenstutzen 12 schwenkbar gelagert und mittels des Stellantriebs aus einer Grundstellung, der sog. Notlauf-oder Notluftposition, in welcher nur ein minimaler Luftdurchtrittsquerschnitt im Drosselklappenstutzen 12 freigegeben wird, in eine Schwenkendstellung überführbar, in welcher der im Drosselklappenstutzen 12 verfügbare Strömungsquerschnitt maximal freigegeben ist. Der Stellantrieb weist ein mit dem Drosselklappenstutzen 12 einstückiges Stellergehäuse 13 auf, das mit einem Gehäusedeckel 14 abgedeckt ist. Die Drosselklappe 11 ist an einer Stellwelle 15 befestigt, die im Drosselklappenstutzen 12 und im Stellergehäuse 13 schwenkbar gelagert ist und auf ihrem freien Ende ein Getrieberad 16 trägt. Im Stellergehäuse 13 ist eine erste Aufnahmekammer 17, die von dem Gehäusedeckel 14 abgedeckt ist, und eine zweite Aufnahmekammer 18 ausgebildet, die zur ersten Aufnahmekammer 17 hin frei ausläuft. In der ersten Aufnahmekammer 17 ist ein Übersetzungsgetriebe 20 angeordnet, das neben dem Getrieberad 16 ein Zwischenrad 19 und ein Antriebsritzel 21 umfasst. Das Zwischenrad 19 sitzt drehbar auf einer Getriebeachse 22, die einerseits im Stellergehäuse 13 und andererseits im Gehäusedeckel 14 aufgenommen ist. Das Zwischenrad 19 weist zwei Zahnkränze 191, 192 mit unterschiedlichem Zahnkreisdurchmesser und unterschiedlicher Zähnezahl auf. Der Zahnkranz 191 mit dem größeren Zahnkreisdurchmesser kämmt mit dem Antriebsritzel 21, und der Zahnkranz 192 mit dem kleineren Zahnkreisdurchmesser kämmt mit dem Getrieberad 16.
In die zweite Aufnahmekammer 18 ist ein Elektromotor 23 formschlüssig eingesetzt, der auf seiner in die erste Aufnahmekammer 17 hineinragenden Motorwelle 24 das Antriebsritzel 21 trägt. Am Elektromotor 23 vorstehende Steckkontakte, von denen ein Steckkontakt 25 in Fig. zu sehen ist, korrespondiert mit am Gehäusedeckel 14 festgelegten Gegenkontakten, von denen ein Gegenkontakt 26 in Fig. 1 zu sehen ist. Die Kontaktverbindungen dienen zur Stromversorgung und elektrischen Ansteuerung des Elektromotors 23. Zur Sensierung der Schwenkstellung der Drosselklappe 11 ist am Getrieberad 16 ein Schleifer 27 angebracht, der mit am Gehäusedeckel 14 angeordneten Schleifbahnen eines Potentiometers 28 zusammenwirkt.
Wie aus Fig. 1 und der ausschnittweisen Schnittdarstellung gemäß Fig. 3 hervorgeht, weist der Elektromotor 23 ein hohlzylindrisches Motorgehäuse 30 mit einer Zylinderwand 31 auf. Das Motorgehäuse 30 ist Teil des weiter nicht dargestellten Stators des Elektromotors 23 und trägt als Polrohr die Magnetpole des Elektromotors 23. Das an der Kammeröffnung 181 der zweiten Aufnahmekammer 18 liegende Stirnende des rohrförmigen oder hohlzylindrischen Motorgehäuses 30 ist von einem Lagerschild 32 abgedeckt, das als Stanzteil hergestellt ist. Zentral im Lagerschild 32 ist ein vorderes Lager 33 für die Motorwelle 24 gehalten. Ein zweites Lager 34 für die Motorwelle 24 befindet sich an dem vom vorderen Lager 33 abgekehrten hinteren Stirnende des Motorgehäuses 30. Dieses zweite Lager 34 ist entweder an einem weiteren Lagerflansch befestigt oder bei topfförmiger Ausbildung des Motorgehäuses 23 in einer zentralen Öffnung im Topfboden gehalten. Auf der in den Lagern 33, 34 gelagerten Motorwelle 24 ist in bekannter Weise der vom Stator umschlossene Rotor des Elektromotors 23 befestigt.
Wie aus der Schnittdarstellung in Fig. 3 in Verbindung mit der in Fig. 2 dargestellten ausschnittweisen Draufsicht des Elektromotors 23 zu erkennen ist, weist der Lagerschild 32 über den Umfang verteilt angeordnete Schildsegmente 321 auf, von denen in Fig. 2 ein Schildsegment und in Fig. 3 zwei Schildsegmente zu erkennen sind. Die Schildsegmente 321 ragen radial über die Innenwandfläche 311 der Zylinderwand 31 hinweg und enden bündig mit der Außenwandfläche 312 der Zylinderwand 31. Der übrige Bereich des Lagerschilds 32 hat einen Außendurchmesser, der dem lichten Durchmesser des Motorgehäuses 30 entspricht. Beim Einsetzen des Lagerschilds 32 in das Motorgehäuse 30 legen sich die Schildsegmente 321 in Aussparungen 35 ein, die in die Zylinderwand 31 von deren Stirnseite her eingebracht sind. Mindestens ein Schildsegment 321 liegt dabei in Umfangsrichtung mit minimalem Spiel, das für das Einlegen erforderlich ist, also quasi spiellos, in der zugeordneten Aussparung 35 ein. Nach Einlegen der Schildsegmente 321 in die Aussparungen 35 liegt der übrige Umfangsbereich des Lagerschilds 32 bündig an der Innenfläche 311 der Zylinderwand 31 an, wobei die Zylinderwand 31 mit einer axialen Höhe, die abhängig ist von der axialen Tiefe der Aussparungen 35, über die zum Antriebsritzel 22 weisende Stirnfläche des Lagerschilds 32 übersteht. Dieser überstehende Rand der Zylinderwand 31 ist abschnittweise auf den Lagerschild 32 aufgebördelt. Die Umbördelungsabschnitte sind in Fig. 2 mit 36 bezeichnet.
Die im Stellergehäuse 13 ausgeformte zweite Aufnahmekammer 18 ist mittels eines Spanwerkzeugs, z. B. eines Bohrers, auf ein genaues Durchmessermaß gebracht, so dass der Elektromotor 23 radial spielarm in die zweite Aufnahmekammer 18 einschiebbar ist. Nahe dem von der Kammeröffnung 181 abgekehrten Kammergrund 182 ist ein radial von der Zylinderwand 31 abstehender Ringsteg 37 ausgebildet. Der Ringsteg 37 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 38 auf, durch die beim Einsetzen des Elektromotors 23 das hintere Lager 34 hindurchtritt. Die der Kammeröffnung 181 zugekehrte Ringstegfläche bildet eine Anlageschulter 371, an der sich das Motorgehäuse 30 mit seinem hinteren Stirnende axial abstützt. Zur axialen spiellosen Festlegung des Elektromotors 23 in der zweiten Aufnahmekammer 18 ist eine Überbördelung der Schildsegmente 321 des Lagerschilds 32 vorgenommen. Hierzu sind längs des Öffnungsrands der Kammeröffnung 181 angeordnete Bördelelemente 39 vorgesehen, die einstückig an das Stellergehäuse 13 angeformt sind. Diese Bördelelemente 39 sind axial über die Kammeröffnung 181 vorstehende Erhebungen, die zum Aufbördeln auf die Schildsegmente 321 axial flachdrückbar ausgebildet sind. In Fig. 2 und 3 sind die Bördelelemente 39 nach Aufbördeln auf die Schildsegmente 321 dargestellt. Fig. 4 zeigt ein Bördelelement 39, das noch nicht zur Festlegung des Elektromotors 23 verformt ist. Das Flachdrücken der Erhebungen erfolgt mittels eines flachen Werkzeugs. Dabei weicht das Material in Richtung Kammeröffnung 181 aus und presst sich auf die Schildsegmente 321 auf. Anders als bei einer mit einem Verstemmwerkzeug herbeigeführten Umbördelung ist damit sichergestellt, dass keine Späne abgesprengt werden, die eine Schädigung des Übersetzungsgetriebes 20 herbeiführen könnten. Zugleich lässt sich die Presskraft zur Verformung der Erhebungen sehr genau einstellen, somit das Motorgehäuse 30 beim axialen Festsetzen des Elektromotors 23 sehr genau belasten und damit das Auftreten von Verformungen des Motorgehäuses 30 sicher verhindern. Um bei der Verformung die geringste Belastung des Motorgehäuses 30 zu erreichen, werden die zu verformenden Erhebungen mit einem spanenden Werkzeug feinbearbeitet, so dass ihre axiale Höhe sehr genau eingestellt ist. Diese Bearbeitung der Erhebungen lässt sich bei entsprechender Ausbildung des Spanwerkzeugs in einem einzigen Arbeitsvorgang zugleich mit der spanenden Bearbeitung der Innenwand der Aufnahmekammer 18 bewirken.

Claims

Stellantrieb für ein Stellorgan, insbesondere für eine Drosselklappe (11) im Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Stellergehäuse (13), in dem mindestens eine Aufnahmekammer (18) mit einer Kammeröffnung (181) vorgesehen ist, und mit einem in der Aufnahmekammer (18) festgelegten Elektromotor (23), der eine hohlzylindrisches Motorgehäuse (30) mit einer Zylinderwand (31) und mindestens einen an dem der Kammeröffnung (181) naheliegenden Stirnende des Motorgehäuses (30) angeordneten Lagerschild (32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerschild (32) über den Umfang verteilt angeordnete Schildsegmente (321) aufweist, die im Bereich von stirnseitig in die Zylinderwand (31) eingesenkten Aussparungen (35) über die Innenwandfläche (311) der Zylinderwand (31) hinaus radial vorstehen, und dass die Festlegung des Elektromotors (23) in der Aufnahmekammer (18) durch Überbördelung der Schildsegmente (321) vorgenommen ist.
Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schildsegment (321) in Umfangsrichtung mindestens spielarm, vorzugsweise spiellos, in der zugeordneten Aussparung (35) einliegt.
Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Außenkontur der Schildsegmente (321) bündig ist mit der Außenfläche (312) der Zylinderwand (31) und dass nahe dem von der Kammeröffnung (181) abgekehrten Kammergrund (182) der Aufnahmekammer (18) eine axiale Anlageschulter (371) angeordnet ist, an der sich das Motorgehäuse (30) abstützt.
Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (23) radial formschlüssig in der Aufnahmekammer (18) einliegt.
Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Überbördelung der Schildsegmente (321) längs des Öffnungsrands der Kammeröffnung (181) der Aufnahmekammer (18) angeordnete Bördelelemente (39) vorgesehen sind, die einstückig an das Stellergehäuse (13) angeformt sind.
Stellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bördelelemente (39) von am Öffnungsrand der Kammeröffnung (181) der Aufnahmekammer (18) axial über die Kammeröffnung (181) vorstehende Erhebungen gebildet sind, die zum Aufbördeln auf die Schildsegmente (321) axial flachdrückbar ausgebildet sind.
Stellantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in Achsrichtung der Aufnahmekammer (18) gesehene Höhe der Erhebungen, vorzugsweise mittels spanender Bearbeitung, auf ein vorbestimmte Maß toleranzeng eingestellt ist.
Stellantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmekammer (18) durch spanende Bearbeitung auf einen vorgegebenen, lichten Durchmesser gebracht ist und dass die spanende Bearbeitung der Aufnahmekammer (18) und der Erhebungen in demselben Arbeitsgang mit einem einzigen Werkzeug durchgeführt ist.
Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerschild (32) zumindest bereichsweise an der innen Wandfläche (311) der Zylinderwand (31) des Motorgehäuses (30) anliegt und dass ein über den Lagerschild (32) axial überstehender Rand der Zylinderwand (31) des Motorgehäuses (30) zumindest abschnittweise auf den Lagerschild (32) aufgebördelt ist.