ZWEISTUFIGER ELEKTROMOTORISCHER STELLANTRIEB FÜR EIN VENTIL TWO-STAGE ELECTRIC MOTOR ACTUATOR FOR A VALVE
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil mit einer Betätigungsvorrichtung zum Öffnen und Schließen, insbesondere Abgasrückführ- ventil für Verbrennungsmotoren, wobei die Betätigungsvorrichtung mit einem Stellorgan des Ventils verbunden ist. Abgasrückführventile für Verbrennungsmotoren werden zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen von Diesel- und Otto-Motoren eingesetzt. Mit Hilfe dieses Ventils werden der Verbrennungsluft Abgase beigemengt , so daß demVerbrennungsprozeß eine definierte Menge an Sauerstoff zugeführt wird. Zur Betätigung von Abgasrückführventilen werden meistens pyeu- matische Antriebe verwendet, die aber nur Auf/Zu-Positionen des Ventiles ermöglichen, daß heißt, daß keine Zwischenstellungen positioniert werden können.The invention relates to a valve with an actuating device for opening and closing, in particular an exhaust gas recirculation valve for internal combustion engines, the actuating device being connected to an actuator of the valve. Exhaust gas recirculation valves for internal combustion engines are used to reduce the fuel consumption and emissions of diesel and gasoline engines. With the help of this valve, exhaust gases are added to the combustion air, so that a defined amount of oxygen is supplied to the combustion process. Most of the time, pneumatic actuators are used to actuate exhaust gas recirculation valves, but they only allow open / close positions of the valve, which means that no intermediate positions can be positioned.
Beim Betätigen des Ventiles kann zum Öffnen des Ventils aufgrund der Druckverhältnisse ein erheblich erhöhter Kraftbedarf auftreten. Ablagerungen, die zu einem Verkleben des Ventils mit dem Ventilsitz führen, erhöhen zusätzlich die Öffnungskraft. Dagegen sind die Verstellkräfte des geöffneten Ventils um etwa eine Zehnerpotenz geringer .When the valve is actuated, a considerably increased power requirement can occur to open the valve due to the pressure conditions. Deposits that lead to the valve sticking to the valve seat also increase the opening force. In contrast, the adjustment forces of the open valve are about a power of ten lower.
Wegen diesem unterschiedlichen Verstellkräftebedarf sind Betätigungsvorrichtungen mit Getriebe bekannt, die eine nichtlineare Untersetzung, also höhere Kräfte zum Öffnen des Ventiles realisieren. Dazu kennt man Nockenantriebe (US 4561408), Exzenterantriebe (US 4840350) , Kurvenscheibenantriebe (US 5937835), Kurbelstangenantriebe (US 6102016). Damit lassen sich zwar kurze Verstellzeiten realisieren, jedoch haben diese Anordnungen den Nachteil, daß sie keine Zugkräfte aufnehmen können und so die Nullposition nur aufwendig zu ermitteln ist oder mechanisch aufgrund der Anzahl an Lagerstellen aufwendig bauen.Because of this different adjustment force requirement, actuators with gears are known which realize a non-linear reduction, that is, higher forces for opening the valve. In addition, one knows cam drives (US 4561408), eccentric drives (US 4840350), cam drives (US 5937835), crank rod drives (US 6102016). Although this makes it possible to achieve short adjustment times, these arrangements have the disadvantage that they cannot absorb any tensile forces and so the zero position can be determined only with difficulty or is mechanically complex to build due to the number of bearing points.
Es sind auch bereits Betätigungsvorrichtungen mit linearem Getriebe bekannt (US 6089536) . Dieser muß für die maximale
Verstellkraft über den gesamten Verstellweg dimensioniert sein, so daß dieses System bei gegebener Antriebskraft eine geringe Verstellgeschwindigkeit aufweis .Actuators with a linear gear are already known (US 6089536). This must be for the maximum Adjustment force must be dimensioned over the entire adjustment path, so that this system has a low adjustment speed for a given driving force.
Aus der DE 1 98 311 40 A1 ist ein Abgasrückführventil bekannt, das mit einem Hubmagneten arbeitet. Ungünstig ist hierbei die Tatsache, daß die maximale Verstellkraft in dem Punkt gefordert wird, in dem der Hubmagnet die geringste Kraft entwickelt. Zudem weisen Hubmagnete bei Verstellwegen im Bereich mehrerer Millimeter den Nachteil eines sehr hohen Strombedarfs auf. Weiterhin ergeben sich Nachteile gegenüber Getriebeanordnungen beim Öffnen des Ventils, da der Hubmagnet in Folge der erheblichen Kraftaufnahme zu hohem Überschwingen neigt .An exhaust gas recirculation valve is known from DE 1 98 311 40 A1, which works with a lifting magnet. The fact that the maximum adjusting force is required at the point at which the lifting magnet develops the least force is disadvantageous here. In addition, lifting magnets with adjustment paths in the range of several millimeters have the disadvantage of a very high power requirement. Furthermore, there are disadvantages compared to gearbox arrangements when the valve is opened, since the lifting magnet tends to overshoot due to the considerable force absorption.
Die vorgenannten elektromotorisch betriebenen Betätigungsvorrichtungen lassen sich zwar in Zwischenstellungen positionieren und weisen gegenüber pneumatischen hinsichtlich der Positioniergenauigkeit und der Verfügbarkeit der Antriebsenergie Vorteile auf, die vorbeschriebenen Nachteile machen diese Betätigungsvor- richtungen jedoch noch verbesserungswürdig.Although the above-mentioned actuators operated by an electric motor can be positioned in intermediate positions and have advantages over pneumatic ones with regard to the positioning accuracy and the availability of the drive energy, the disadvantages described above make these actuators still in need of improvement.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ventil mit einer Betätigungsvorrichtung zu schaffen, die einerseits in der Lage ist, das Ventil schnell und auch bei einer hohen Gegenkraft zu betätigen und die außerdem einen vergleichsweise großenThe object of the present invention is to provide a valve with an actuating device which, on the one hand, is able to actuate the valve quickly and also with a high counterforce and which also has a comparatively large one
Verstellweg mit hoher Positioniergenauigkeit aufweist . Außerdem soll der Energiebedarf der Betätigungsvorrichtung gering sein.Has adjustment path with high positioning accuracy. In addition, the energy requirement of the actuating device should be low.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Betätigungs- Vorrichtung einen mit dem Stellorgan verbundenen, elektromotorisch angetriebenen Schraubantrieb zum Positionieren des Stellorgans über einen langen Weg bei geringer Verstellkraft und einen mit dem Stellorgan verbundenen Hubaktuator mit kurzem Verstellweg und großer Verstellkraft aufweist.
Die eingesetzten Aktuatoren können entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich des Arbeitsbedarfs dimensioniert werden, wodurch einerseits eine kompakte Bauform und andererseits eine geringe Stromaufnahme erreicht wird. Je nach Kraftbedarf im Verlaufe des Verstellweges kann der jeweils passende Aktuator aktiviert werden. Hohe Öffnungskräfte können von dem Hubaktuator mit großer Verstellkraft und kleinem Weg überwunden werden, während bei geöffneten Ventil der Schraubantrieb eine Verstell- und Positionierbewegung über einen langen Hubweg bei geringer Stellkraft und exakter Positionierbarkeit ermöglicht .To solve this problem, it is proposed that the actuating device has an electric motor-driven screw drive connected to the actuator for positioning the actuator over a long distance with a low adjustment force and a stroke actuator connected to the actuator with a short adjustment path and a large adjustment force. The actuators used can be dimensioned according to the different requirements in terms of work requirements, which on the one hand achieves a compact design and on the other hand low power consumption. Depending on the power requirement in the course of the adjustment path, the appropriate actuator can be activated. High opening forces can be overcome by the stroke actuator with a large adjustment force and a small path, while when the valve is open, the screw drive enables an adjustment and positioning movement over a long stroke distance with a low force and exact positionability.
Eine Ausführungsform sieht vor, daß der Hubaktuator mit kurzem Verstellweg und großer Verstellkraft durch einen elektrischen Hubmagneten oder einen Piezotranslator gebildet . Diese Hub- aktuatoren arbeiten mit sehr geringem Hub, der aber für den ersten Teil des Öffnungsweges , bei dem durch Verkleben des Ventiles und aufgrund der Gasdruckverhältnisse eine hohe Öffnungskraft erforderlich ist, zum "Loslösen" ausreicht. Es genügt dazu ein Hub von einem Bruchteil eines Millimeters, zum Beispiel 100 Mikrometer, um die bei geschlossenem Ventil einwirkenden Haltekräfte zu überwinden. Bei diesem geringen Hub können sehr hohe Verstellkräfte trotz kompakter Bauweise aufgebracht werden. Außerdem ist nur eine geringe Stromaufnahme des Aktuators vorhanden.One embodiment provides that the stroke actuator with a short adjustment path and a large adjustment force is formed by an electric stroke magnet or a piezotranslator. These stroke actuators work with a very small stroke, but this is sufficient for "detaching" for the first part of the opening path, in which a high opening force is required due to the valve sticking together and due to the gas pressure conditions. A stroke of a fraction of a millimeter, for example 100 micrometers, is sufficient to overcome the holding forces acting when the valve is closed. With this small stroke, very high adjustment forces can be applied despite the compact design. In addition, there is only a small current consumption by the actuator.
Zweckmäßigerweise ist als Antriebsmotor für den eine Spindel aufweisenden Schraubantrieb ein bürstenloser Gleichstrommotor oder ein Schrittmotor vorgesehen. Es genügen hierbei Antriebs- otoren kleiner Baugröße, da diese nur entsprechend den vergleichsweise geringen, aufzubringenden Verstellkräften bei geöffnetem Ventil dimensioniert sein müssen. So lassen sich eine kompakte Bauform und hohe Dynamiken realisieren.
Eine Ausführungsform sieht vor, daß das durch einen Ventilschaft gebildete Stellorgan stangenförmig ausgebildet ist und mit einem Rotor des elektromotorischen Antriebs sowie mit einer Spindel drehfest verbunden ist, daß der Stator des elektromotorischen Antriebs sowie der Stator des Hubaktuators miteinander verbunden sind und das die mit der Spindel kämmende Spindelmutter mit dem Kern des Hubaktuators verbunden ist.A brushless DC motor or a stepper motor is expediently provided as the drive motor for the screw drive having a spindle. In this case, drive motors of small size are sufficient, since they only have to be dimensioned in accordance with the comparatively small adjustment forces to be applied when the valve is open. This enables a compact design and high dynamics to be achieved. One embodiment provides that the actuator formed by a valve stem is rod-shaped and is rotatably connected to a rotor of the electromotive drive and to a spindle, that the stator of the electromotive drive and the stator of the stroke actuator are connected to each other and that to the spindle meshing spindle nut is connected to the core of the stroke actuator.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, daß das Stellorgan stangenförmig mit einer Spindel ausgebildet ist, die mit einer mit einem Rotor des elektromotorischen Antriebs verbundenen Spindelmutter kämmt, daß die Spindelmutter mit dem Kern des Hubaktuators vorzugsweise drehentkoppelt verbunden ist und daß der Stator des Hubaktuators, der Stator des elektromotorischen Antriebs sowie eine Linearführung mit Verdrehsicherung für das stangenförmige Stellorgan miteinander verbunden sind.Another embodiment provides that the actuator is rod-shaped with a spindle which meshes with a spindle nut connected to a rotor of the electromotive drive, that the spindle nut is preferably rotationally decoupled from the core of the stroke actuator, and that the stator of the stroke actuator, the stator of the electromotive drive and a linear guide with anti-rotation for the rod-shaped actuator are connected.
Beiden Ausführungsformen ist gemeinsam, daß sie kompakt aufgebaut sind und dadurch auch unter beengten Verhältnissen problemlos einsetzbar sind. Trotz des kompakten Aufbaus sind sowohl hohe Verstellkräfte als auch lange Verstellwege mit exakter Positionie- rung möglich.Both embodiments have in common that they are compact and can therefore be used without problems even in confined spaces. Despite the compact design, both high adjustment forces and long adjustment distances with exact positioning are possible.
Mit der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung ist auch eine Formatverstellung möglich, indem zur Realisierung hoher Kräfte über einen großen Verstellweg der Hubspindelaktuator zyklisch betätigt wird. Die Verstellung erfolgt dabei schrittweise. Beim Betätigen des Hubmagneten oder dergleichen Kurzhubaktuators erfolgt die Bewegung der Last und beim Zurücksetzen des Kurzhubaktuators wird die Spindel nachgestellt.A format adjustment is also possible with the actuating device according to the invention, in that the lifting spindle actuator is actuated cyclically to achieve high forces over a large adjustment path. The adjustment is made gradually. When the solenoid or similar short stroke actuator is actuated, the load moves and when the short stroke actuator is reset, the spindle is adjusted.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Hubaktuator durch einen zweiten Schraubantrieb gebildet ist, der im Vergleich zu dem ersten Schraubantrieb zum Positionieren des Stellorgans über einen langen Weg bei geringer Verstellkraft, einen kurzen Verstellweg bei großer Verstellkraft aufweist und daß dazu die Gewindesteigung des zweiten Schraubantriebs insbesondere
wesentlich kleiner ist als die des ersten Schraubantriebs . Bei dieser Aus führungs form können für die beiden Schraubantriebe rotatorische , insbesondere elektromotorische Antriebe eingesetzt werden. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, daß der durch den zweiten Schraubantrieb gebildete Hubaktuator einen Drehmagneten alsAn embodiment of the invention provides that the stroke actuator is formed by a second screw drive which, in comparison to the first screw drive for positioning the actuator over a long distance with a small adjustment force, has a short adjustment path with a large adjustment force and that the thread pitch of the second Screw drive in particular is significantly smaller than that of the first screw drive. In this embodiment, rotary, in particular electromotive drives can be used for the two screw drives. It is preferably provided that the stroke actuator formed by the second screw drive is a rotary magnet
Antrieb aufweist .Has drive.
Eine weitere Aus führungs form der erfindungsgemäßen Betätigungs Vorrichtung sieht vor , daß das durch einen Ventilschaft gebildete , stangenförmige Stellorgan in einer Linearführung mit Verdrehsicherung geführt und abschnittweise als Spindel ausgebildet ist , die mit einer mit einem Rotor des elektromotorischen Schraubantriebs verbundenen Spindelmutter kämmt , daß der vorzugsweise einen Drehmagneten aufweisende Hubaktuator ein mit seinem Rotor verbundenes Gewindestück mit einem Innengewinde geringer Steigung aufweist , welches mit einem Gegengewindestück mit Außengewinde kämmt , welches Gegengewindestück drehfest angeordnet ist und mit der Spindelmutter beziehungsweise dem damit verbundenen Rotor drehentkoppelt verbunden ist . Dieses Ausführungsbeispiel beinhaltet eine Betätigungsvorrichtung mit zwei elektromotorischen Schraubantrieben .A further embodiment of the actuating device according to the invention provides that the rod-shaped actuator formed by a valve stem is guided in a linear guide with anti-rotation device and is designed in sections as a spindle which meshes with a spindle nut connected to a rotor of the electromotive screw drive that preferably a lifting actuator having a rotating magnet has a threaded piece connected to its rotor with an internal thread with a small pitch, which meshes with a mating threaded piece with an external thread, which mating threaded piece is arranged in a rotationally fixed manner and is rotationally decoupled from the spindle nut or the rotor connected to it. This exemplary embodiment includes an actuating device with two electromotive screw drives.
Eine weitere , mögliche Aus führungs form einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung sieht vor, daß das durch einen Ventilschaft gebildete , stangenförmige Stellorgan in einer Linearführung mitAnother, possible embodiment of an actuating device according to the invention provides that the rod-shaped actuator formed by a valve stem in a linear guide
Verdrehsicherung geführt und abschnit tweise als Spindel ausgebildet ist , die mit einer Spindelmutter kämmt , daß die Spindelmutter über eine Grenzkraftkupplung mit dem Rotor des elektromotorischen Schraubantriebs verbunden ist , der mit einem vorzugsweise rohrförmigen Innengewindeteil drehfest verbunden ist , welches mit der ein Außengewinde tragenden Spindelmutter kämmt und daß dieses Gewinde eine kleinere Steigung aufweist als das Gewinde zwischen der Spindel und der Spindelmutter . Diese Betätigungsvorrichtung mit zwei unterschiedlichen Antriebs-
Übertragungswegen auf das Stellorgan erfordert nur einen einzigen motorischen Antrieb, wobei die Entkopplung der beiden Antriebszweige durch die Grenzkraftkupplung gegeben ist. Für eine geringe Verstellkraft ist der Schraubantrieb mit der größeren Gewindesteigung aktiviert und nach dem Auftreten einer höheren Last und Überschreiten einer durch die Grenzkraftkupplung vorgegebenen Grenz-Übertragungskraft wird der zweite Schraubantrieb mit der kleineren Gewindesteigung aktiviert.Anti-rotation guide and sections is designed as a spindle that meshes with a spindle nut, that the spindle nut is connected via a limit force coupling to the rotor of the electromotive screw drive, which is rotatably connected to a preferably tubular internal thread part, which meshes with the spindle nut carrying an external thread and that this thread has a smaller pitch than the thread between the spindle and the spindle nut. This actuator with two different drive Transmission paths to the actuator only require a single motor drive, the decoupling of the two drive branches being provided by the limit force coupling. For a low adjustment force, the screw drive with the larger thread pitch is activated and after the occurrence of a higher load and exceeding a limit transmission force specified by the limit force coupling, the second screw drive with the smaller thread pitch is activated.
Ebenfalls nur einen einzigen motorischen Antrieb erfordert gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung eine Betätigungsvorrichtung, bei der der Hubaktuator mit kurzem Verstellweg und großer Verstellkraft durch ein Planetengetriebe gebildet ist. Dabei ist das vorzugsweise durch einen Ventilschaft gebildete, stangenförmige Stellorgan in einer Linearführung mit Verdrehsicherung geführt und abschnittweise als Spindel ausgebildet, die mit einer Spindelmutter kämmt, wobei die Spindel und die ' Spindelmutter den Schraubantrieb bildet und wobei das Planetengetriebe zwischen der Spindelmutter und dem Rotor dieses Schraubantriebs angeordnet ist. Wird der Rotor angetrieben, so wird diese Rotationsbewegung über das Planetengetriebe auf die Spindelmutter übertragen. Die Spindelmutter dreht sich dadurch entsprechend der Untersetzung mit geringer Drehzahl und bedarfsweise hohen Drehmoment. Nach einem bestimmten Drehwinkel wird das Planetengetriebe blockiert, so daß die durch das Planetengetriebe gebildete, mechanische Untersetzungsstufe außer Funktion ist. Die Spindelmutter ist dadurch direkt an die Drehzahl des Rotors angekoppelt und läuft dementsprechend mit höherer Drehzahl und geringem Kraftniveau.According to a further proposal of the invention, only a single motor drive also requires an actuating device in which the stroke actuator with a short adjustment path and a large adjustment force is formed by a planetary gear. The rod-shaped actuator, which is preferably formed by a valve stem, is guided in a linear guide with anti-rotation device and is designed in sections as a spindle which meshes with a spindle nut, the spindle and the spindle nut forming the screw drive and the planetary gear between the spindle nut and the rotor of the latter Screw drive is arranged. If the rotor is driven, this rotational movement is transmitted to the spindle nut via the planetary gear. As a result, the spindle nut rotates according to the reduction at low speed and, if necessary, high torque. After a certain angle of rotation, the planetary gear is blocked, so that the mechanical reduction stage formed by the planetary gear is inoperative. The spindle nut is thus directly coupled to the speed of the rotor and accordingly runs at a higher speed and a lower level of force.
Zweckmäßigerweise weist die den Schraubantrieb und den Hubaktuator aufweisende Betätigungsvorrichtung einen Sensor auf, der mit einer Meß- und Steuereinrichtung verbunden ist, die eine Umschaltlogik zum wahlweisen Ansteuern des Schraubantriebs oder
des Hubaktuators in Abhängigkeit der erforderlichen Betätigungskraft aufweist. Insbesondere ist dabei dem elektromotorischen Antrieb für den Schraubantrieb eine Drehwinkel-Sensorik zugeordnet . Mit Hilfe der Drehwinkelsensorik kann der Nullpunkt während des Betriebs nachjustiert und so Toleranzen und Wärmedehnungen kompensiert werden. Außerdem kann die Meß- und Steuereinrichtung ein Blockieren des Spindelantriebs bei für diesen zu großen Verstellkräften erkennen und dann den Hubmagneten oder dergleichen Hubaktuator zum Öffnen des Ventils einsetzen.The actuating device comprising the screw drive and the stroke actuator expediently has a sensor which is connected to a measuring and control device which has a switching logic for selectively actuating the screw drive or of the stroke actuator depending on the required actuation force. In particular, an angle of rotation sensor system is assigned to the electric motor drive for the screw drive. With the help of the rotation angle sensor, the zero point can be readjusted during operation and thus tolerances and thermal expansion can be compensated. In addition, the measuring and control device can detect a blocking of the spindle drive when the adjustment forces are too great for it and then use the lifting magnet or similar lifting actuator to open the valve.
Zweckmäßigerweise ist zur Rückstellung des Stellorgans in eine vorgebbare Lage, insbesondere in Schließlage des Ventils ein Rückstellelement, vorzugsweise eine Rückstellfeder vorgesehen. Diese Rückstellfeder sorgt bei Störungen für eine Rückstellung des Systems in eine Fail-Save-Stellung, im vorliegenden Fall insbesondere in die Schließstellung des Ventils. Bei Betätigung des Schraubantriebes in Öffnungsrichtung wird die Drehfeder gespannt, so daß sie bei Störungen das Stellorgan in Ausgangslage, also in Schließstellung zurückpositionieren kann.A return element, preferably a return spring, is expediently provided for returning the actuator to a predeterminable position, in particular in the closed position of the valve. In the event of faults, this return spring ensures that the system is reset to a fail-save position, in the present case in particular to the valve's closed position. When the screw drive is actuated in the opening direction, the torsion spring is tensioned so that it can reposition the actuator in the initial position, ie in the closed position, in the event of faults.
Zusätzlicher Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichungen noch näher erläutert.Additional embodiments of the invention are listed in the further subclaims. The invention is explained in more detail below with its essential details using the drawings.
Es zeigt:It shows:
Fig.1 eine Längsschnittdarstellung eines ersten Ausführungs- beispieles eines Abgasrückführventils mit einem1 shows a longitudinal sectional view of a first exemplary embodiment of an exhaust gas recirculation valve with a
Hubmagnet als zweitem Hubaktuator,Solenoid as a second stroke actuator,
Fig. 2 eine Längsschnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles eines Abgasrückführventils,
Fig. 3 eine Längsschnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispieles eines Abgasrückführventils mit einem Drehmagnet als zweitem Hubaktuator,2 is a longitudinal sectional view of a second embodiment of an exhaust gas recirculation valve, 3 shows a longitudinal sectional view of a third exemplary embodiment of an exhaust gas recirculation valve with a rotary magnet as the second stroke actuator,
Fig. 4 eine Längsschnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispieles eines Abgasrückführventils mit einem einzigen Antrieb undFig. 4 is a longitudinal sectional view of a fourth embodiment of an exhaust gas recirculation valve with a single drive and
Fig. 5 eine Längsschnittdarstellung eines fünften Ausführungs- beispieles eines Abgasrückführventils, ebenfalls mit einem einzigen Antrieb.5 shows a longitudinal sectional illustration of a fifth exemplary embodiment of an exhaust gas recirculation valve, likewise with a single drive.
Ein in den Figuren 1 bis 5 gezeigtes Abgasrückfuhrventil 1,1a bis 1d, dient bei einem Verbrennungsmotor zur Rückführung von Abgas vom Auspuffbereich zurück in den Ansaugbereich für das Kraftstoff-Luft-Gemisch. Das Abgasrückfuhrventil 1, 1a bis 1d ist dazu an einem Gehäuse 2 mit einem Rückführkanal 3 angebaut, wobei die Durchströmrichtung der rückgeführten Verbrennungsgase durch die Pfeile PF1 gekennzeichnet ist. Der Rückführkanal 3 ist mit Hilfe eines in den Ausführungsbei- spielen als Kegelventil ausgebildeten Ventiles 4 verschließbar, wobei das Schließteil 5 im geschlossenen Zustand dicht an einem gehäuseseitigen Ventilsitz 6 anliegt.An exhaust gas recirculation valve 1,1a to 1d shown in FIGS. 1 to 5 is used in an internal combustion engine to recirculate exhaust gas from the exhaust area back into the intake area for the fuel-air mixture. For this purpose, the exhaust gas recirculation valve 1, 1a to 1d is attached to a housing 2 with a return duct 3, the direction of flow of the recirculated combustion gases being identified by the arrows PF1. The return duct 3 can be closed with the aid of a valve 4 designed as a cone valve in the exemplary embodiments, the closing part 5 lying tightly against a valve seat 6 on the housing side in the closed state.
Zum Öffnen und Schließen des Ventiles 4 ist eine Betätigungsvorrichtung 7 vorgesehen. Als Stellorgan und Verbindungselement zwischen dem Schließteil 5 des Ventiles und der Betätigungsvorrichtung 7 dient der stangenförmige Ventilschaft 8. Die Betätigungsvorrichtung 7 weist einen elektromotorisch angetrie- benen Schraubantrieb 9 sowie einen elektrischen Hubaktuator 10 auf. Der in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 u. 2 als Hubmagnet 11 ausgebildete Hubaktuator weist einen sehr kurzen Arbeitshub auf, kann dabei aber hohe Kräfte übertragen. Der Schraubantrieb, der im Ausführungsbeispiel als Spindelantrieb
ausgebildet ist, dient zur Verstellung des Ventiles über einen größeren Weg und auch zur genauen Positionierung. Sowohl der Hubaktuator 10 als auch der Schraubantrieb 9 sind mit einer hier nicht dargestellten Meß- und Steuereinrichtung verbunden, über die die Stromzuführung und Steuerung erfolgt. Auch weist diese Meß- und Steuereinrichtung eine Umschaltlogik zum wahlweisen Ansteuern entweder des Schraubantriebs oder des Hubaktuators auf.An actuating device 7 is provided for opening and closing the valve 4. The rod-shaped valve stem 8 serves as an actuator and connecting element between the closing part 5 of the valve and the actuating device 7. The actuating device 7 has an electric motor-driven screw drive 9 and an electric stroke actuator 10. The in the embodiments of FIG. 1 u. 2 designed as a solenoid 11 stroke actuator has a very short working stroke, but can transmit high forces. The screw drive, which in the exemplary embodiment is a spindle drive is designed to adjust the valve over a larger distance and also for precise positioning. Both the stroke actuator 10 and the screw drive 9 are connected to a measuring and control device, not shown here, via which the power supply and control takes place. This measuring and control device also has a switchover logic for selectively actuating either the screw drive or the stroke actuator.
Der Schraubantrieb kann als bevorzugte Antriebsmotoren einen bürstenlosen Gleichstrommotor oder einen Schrittmotor aufweisen. Der Rotor 12 des Schraubantrieb-Motors 13 ist gemäß Figur 1 drehfest mit dem auch die Rotorwelle bildeten Ventilschaft 8 verbunden. Um den Rotor 12 herum ist der Stator 14 des Motors 13 angeordnet. Am oberen Ende des Ventilschaftes 8 ist dieser mit einer Spindel 15 versehen, die mit einer Spindelmutter 16 kämmt. Wird der Motor 13 angesteuert, so daß sich sein Rotor 12 dreht, so bewegt sich die Spindel 15 innerhalb der Spindelmutter 16 in axialer Richtung, so daß je nach Drehrichtung das Ventil geschlossen oder geöffnet werden kann.The screw drive can have a brushless DC motor or a stepper motor as preferred drive motors. The rotor 12 of the screw drive motor 13 is connected in a rotationally fixed manner to the valve shaft 8 which also forms the rotor shaft. The stator 14 of the motor 13 is arranged around the rotor 12. At the upper end of the valve stem 8 it is provided with a spindle 15 which meshes with a spindle nut 16. If the motor 13 is driven so that its rotor 12 rotates, the spindle 15 moves within the spindle nut 16 in the axial direction, so that the valve can be closed or opened depending on the direction of rotation.
Der im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 und 2 durch einen elektrischen Hubmagneten 11 gebildete Hubaktuator 10 weist einen Stator 17 und einen relativ dazu bewegbaren Anker oder Kern 18 auf. Der Stator 17 trägt eine Spule 19 und bildeten einen Elektromagneten, der bei Bestromung den Kern 18 anzieht.The lifting actuator 10 formed in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2 by an electrical lifting magnet 11 has a stator 17 and an armature or core 18 which can be moved relative thereto. The stator 17 carries a coil 19 and formed an electromagnet that attracts the core 18 when energized.
Der Kern 18 ist in dem in Fig.1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Spindelmutter 16 verbunden, so daß bei einer Ansteuerung des Hubmagneten 11 dessen Hubbewegung über die Spindelmutter 16 und die Spindel 15 und damit auf den Ventilschaft 8 übertragen wird. Bei einer solchen Hubbewegung wird das Ventil 4 in Öffnungsrichtung gemäßt dem Pfeil PF2 bewegt.In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the core 18 is connected to the spindle nut 16, so that when the lifting magnet 11 is actuated, its lifting movement is transmitted via the spindle nut 16 and the spindle 15 and thus to the valve stem 8. With such a stroke movement, the valve 4 is moved in the opening direction according to the arrow PF2.
Der mit der Spindelmutter 16 fest verbundene Kern 18 ist über eine die Arbeitshubbewegung zulassende Verdrehsicherung 20 mit dem Stator 17 des Hubmagneten 11 verbunden.
Der Stator 17 und der Stator 14 des Schraubantriebes 9 bilden eine ortsfeste Einheit, die an ein Träger- und Gehäuseteil 21 der Betätigungsvorrichtung 7, die auch mit dem den Rückführkanal 3 aufweisenden Gehäuse 2 verbunden ist, angeschlossen ist. Durch die Kombination eines Schraubantriebes 9 mit einem Kurzhub- Aktuator 10 können große Verstellwege mit kleinem Kraftniveau (Schraubantrieb) und kleine Verstellwege mit großem Kraftniveau (Hubaktuator) einander überlagert werden. Beide Antriebe arbeiten gemeinsam auf den Ventilschaft 8. Je nach Kraftbedarf für eine Verstellung des Ventil-Schließteiles 5 kann der eine oder der andere Antrieb aktiviert werden. Der Hubaktuator 10 ist für eine sehr kleinen Hubbewegung ausgelegt, die beispielsweise im Zehntelmillimeterbereich liegen kann. Ein solcher kurzer Arbeitshub genügt aber um ein in Schließstellung durch Verbrennungsrückstände und dergleichen festsitzendes Schließteil 5 von seinem Ventilsitz 6 abzuheben. Sobald dies erfolgt ist, läßt sich das Ventil vergleichsweise leichtgängig positionieren, so daß dann auf den Schraubantrieb 9 umgeschaltet werden kann. Damit ist dann auch eine exakte Zwischenpositionie- rung des Schließteiles 5 und damit eine genaue Einstellung des Durchlaßquerschnittes möglich. Das Ventil kann somit nicht nur zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung sondern auch in jede Zwischenstellung exakt positioniert werden. Der für einen sehr kurzen Arbeitshub ausgelegte Hubaktuator 10 ermöglicht eine sehr kompakte Bauform und der Schraubantrieb 9 kann in gleicher Weise sehr kompakt ausgeführt sein, da dieser nur vergleichsweise geringe Verstellkräfte übertragen muß. Die Stromversorgung des elektromechanischen Hubmagneten 11 kann zumindest durch eine Kondensatorentladung unterstützt oder ausschließlich durch eine Kondensatorentladung gebildet sein. Da die Betätigung des Hubmagneten 11 nur jeweils über einen kurzen Zeitabschnitt erfolgt, genügt in den meisten Fällen die gespeicherte Kondensatorladung zur Betätigung. Entsprechend klein kann die Stromversorgungseinrichtung des Hubmagneten dimensioniert
sein .The core 18, which is fixedly connected to the spindle nut 16, is connected to the stator 17 of the lifting magnet 11 via an anti-rotation device 20 which permits the working stroke movement. The stator 17 and the stator 14 of the screw drive 9 form a stationary unit which is connected to a carrier and housing part 21 of the actuating device 7, which is also connected to the housing 2 having the return channel 3. By combining a screw drive 9 with a short-stroke actuator 10, large adjustment paths with a small force level (screw drive) and small adjustment paths with a large force level (stroke actuator) can be superimposed on one another. Both drives work together on the valve stem 8. Depending on the force required to adjust the valve closing part 5, one or the other drive can be activated. The stroke actuator 10 is designed for a very small stroke movement, which can be, for example, in the tenths of a millimeter range. Such a short working stroke is sufficient, however, to lift a closing part 5, which is stuck in the closed position due to combustion residues and the like, from its valve seat 6. As soon as this has taken place, the valve can be positioned comparatively smoothly, so that the screw drive 9 can then be switched over. An exact intermediate positioning of the closing part 5 and thus an exact adjustment of the passage cross section is then also possible. The valve can thus not only be positioned exactly between a closed position and an open position but also in any intermediate position. The stroke actuator 10 designed for a very short working stroke enables a very compact design and the screw drive 9 can be made very compact in the same way, since it only has to transmit comparatively small adjustment forces. The power supply of the electromechanical lifting magnet 11 can be supported at least by a capacitor discharge or can be formed exclusively by a capacitor discharge. Since the actuation of the solenoid 11 takes place only over a short period of time, the stored capacitor charge is sufficient for actuation in most cases. The power supply device of the lifting magnet can be dimensioned correspondingly small his .
Insgesamt können die beiden etwa koaxial angeordneten, gemeinsam auf den Ventilschaft 8 arbeitenden Antriebe in einem kleinen Träger- und Gehäuseteil 21 untergebracht werden.Overall, the two approximately coaxially arranged drives working together on the valve stem 8 can be accommodated in a small carrier and housing part 21.
Als Antriebsmotor 13 für den Schraubantrieb 9 ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 und 2 ein kollektorloser Gleichstrommotor vorgesehen, der mit einer Drehwinkel-Sensorik 22 ausgerüstet ist und eine exakte Positionierung ermöglicht. Für die Öffnungs- beziehungsweise Schließbewegung des Ventiles 4 führt der Rotor 12, 12a des Schraubantriebs-Motors 13 eine Drehbewegung über einige Umdrehungen in Abhängigkeit von der Ausbildung der Spindelübertragung aus. Für den Motor 13 kann ein in Großserie kostengünstig herstellbarer, sogenannter Dosenmotor mit Ringspulen eingesetzt werden. Motoren solcher Bauart werden auch für kleine Synchronmotoren oder für Schrittmotoren eingesetzt .A drive-less DC motor is provided as the drive motor 13 for the screw drive 9 in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2, which is equipped with a rotation angle sensor system 22 and enables exact positioning. For the opening or closing movement of the valve 4, the rotor 12, 12a of the screw drive motor 13 executes a rotary movement over a few revolutions depending on the design of the spindle transmission. For the motor 13, a so-called can motor with ring coils, which can be mass-produced inexpensively, can be used. Motors of this type are also used for small synchronous motors or for stepper motors.
Auch der Schraubantriebs-Motor des in Fig.2 gezeigten Schraubantriebs ist mit einem solchen Motor ausgerüstet, wobei hier ein Rotor 12a in etwas abgewandelter Bauform eingesetzt wird.The screw drive motor of the screw drive shown in FIG. 2 is also equipped with such a motor, a rotor 12a having a somewhat modified design being used here.
Der mit dem drehbaren Ventilschaft 8 verbundene Rotor 12 (Fig.1) ist wegen der axialen Hubverstellung etwas länger als der Stator ausgebildet, um in jeder Positionsstellung eine Überdeckung von Stator und Rotor zu erreichen.The rotor 12 (FIG. 1) connected to the rotatable valve stem 8 is designed to be somewhat longer than the stator because of the axial stroke adjustment in order to achieve an overlap of the stator and rotor in every position position.
Zwischen dem Rotor 12 und dem in Rotationsrichtung feststehenden Kern 18 des Hubmagneten 11 ist eine Rückstellfeder 23 angeordnet, durch die der Rotor 12 bei nicht angesteuertem Motor 13 in Schließrichtung des Ventiles bis in Schließstellung verdreht wird. Ausgehend von der Schließstellung des Ventiles wird also diese, als Dreh-Rückstellfeder ausgebildete Feder 23 vorgespannt, so daß im' Störungsfall die Feder-Speicherenergie zum Schließen des Ventiles zur Verfügung steht. Die Rückstellfeder 23 bildet somit eine Fail-Save-Feder .
Das Abgasrückfuhrventil 1a gemäß Fig.2 ist prinzipiell gleich aufgebaut wie das Abgasrückfuhrventil 1 gemäß Fig.1 und weist demnach ebenfalls einen Schraubantrieb 9 und einen Kurz- Hubaktuator 10 in Form eines Hubmagneten 11 auf. Der Hauptunter- schied besteht darin, daß die mechanische Konstruktion gemäß Fig.2 so konzipiert ist, daß sich das Ventil 4 mit dem Schließteil 5 und dem Ventilschaft 8 bei einer Hubverstellung nicht mitdreht. Der Ventilschaft 8 ist bei dieser Ausführungsform axial in einer Verdrehsicherung 24, die beim Durchtritt des Ventilschaftes 8 durch eine Öffnung in dem Träger- und Gehäuseteil 21 angeordnet ist, geführt.A return spring 23 is arranged between the rotor 12 and the core 18 of the lifting magnet 11, which core is fixed in the direction of rotation. Starting from the closed position of the valve so these, embodied as a rotational return spring spring 23 is biased so that is in the 'fault case, the spring-stored energy for closing the valve available. The return spring 23 thus forms a fail-save spring. The exhaust gas recirculation valve 1a according to FIG. 2 is basically constructed in the same way as the exhaust gas recirculation valve 1 according to FIG. 1 and accordingly also has a screw drive 9 and a short stroke actuator 10 in the form of a lifting magnet 11. The main difference is that the mechanical construction according to FIG. 2 is designed in such a way that the valve 4 with the closing part 5 and the valve stem 8 do not rotate when the stroke is adjusted. In this embodiment, the valve stem 8 is guided axially in an anti-rotation device 24, which is arranged when the valve stem 8 passes through an opening in the carrier and housing part 21.
Der den Antriebsbereich durchsetzende Abschnitt des Ventilschaftes 8 ist als Spindel 15a ausgebildet und kämmt mit einer Spindelmutter 16a, die drehfest mit dem Rotor 12a des Schraubantriebs-Motors 13 verbunden ist .The section of the valve stem 8 passing through the drive area is designed as a spindle 15a and meshes with a spindle nut 16a which is connected in a rotationally fixed manner to the rotor 12a of the screw drive motor 13.
Die Spindelmutter 16a stützt sich über ein Wälzlager 25 an dem Kern 18 des Hubmagneten 11 ab . Dadurch kann der Ventilschaft 8 bei Rotation der Spindelmutter 16a gemäß dem Doppelpeil Pf3 hin und her bewegt werden und bei Betätigung des Hubmagneten 11 wird die Hubbewegung des Kerns 18 über das Wälzlager 25 auf die Spindelmutter 16a übertragen, die ihrerseits diese Hubbewegung auf die Spindel 15a beziehungsweise den Ventilschaft 8 überträgt. In diesem Fall führt der Ventilschaft 8 und das damit verbundene Schließteil 5 eine Hubbewegung entsprechend dem Pfeil Pf2 in Öffnungsrichtung des Ventiles aus.The spindle nut 16a is supported by a roller bearing 25 on the core 18 of the solenoid 11. As a result, the valve stem 8 can be moved back and forth when the spindle nut 16a rotates in accordance with the double arrow Pf3 and when the solenoid 11 is actuated, the stroke movement of the core 18 is transmitted via the roller bearing 25 to the spindle nut 16a, which in turn transmits this stroke movement to the spindle 15a or transmits the valve stem 8. In this case, the valve stem 8 and the closing part 5 connected to it perform a lifting movement according to the arrow Pf2 in the opening direction of the valve.
Es ist auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 eine überlagerte Kurzhubbewegung durch den Hubmagneten 11 und eine Positionierbewegung mit größerem Verstellweg durch den Schraubantrieb 9 gegeben. Bei der Ausführungsform nach Fig.2 ist die Fail-Save-Rückstell- feder 23 zwischen dem drehfesten Ventilschaft 8 beziehungsweise einem an dessen Spindelende befindlichen Abschlußteil 26 und der sich bei einer Hubverstellung durch den Schraubantrieb 9 drehenden Spindelmutter 16a angeordnet.
Die Fig.3 und 4 zeigen Abgasrückführventile 1b, 1c, die Betätigungsvorrichtungen 7 mit zwei Schraubantrieben aufweisen. Der erste Schraubantrieb 9a beziehungsweise 9b ist zum Positionieren des Stellorgans 8 über einen langen Weg bei geringer Verstellkraft ausgelegt, während der zweite, den Hubaktuator 10 bildende Schraubantrieb 27 (Fig.3) beziehungsweise 28 (Fig.4) für einen kurzen Verstellweg bei großer Verstellkraft dimensioniert ist.Dies wird erreicht, indem die Gewindesteigung des zweiten Schraubantriebs 27 beziehungsweise 28 wesentlich kleiner ist als die des ersten Schraubantriebs 9a beziehungsweise 9b.In the embodiment according to FIG. 2 there is also a superimposed short stroke movement by the lifting magnet 11 and a positioning movement with a larger adjustment path by the screw drive 9. In the embodiment according to FIG. 2, the fail-save return spring 23 is arranged between the non-rotatable valve stem 8 or a closing part 26 located at its spindle end and the spindle nut 16a rotating during a stroke adjustment by the screw drive 9. 3 and 4 show exhaust gas recirculation valves 1b, 1c which have actuating devices 7 with two screw drives. The first screw drive 9a or 9b is designed for positioning the actuator 8 over a long distance with a low adjustment force, while the second screw drive 27 (FIG. 3) or 28 (FIG. 4) forming the stroke actuator 10 is designed for a short adjustment path with a large adjustment force This is achieved in that the thread pitch of the second screw drive 27 or 28 is significantly smaller than that of the first screw drive 9a or 9b.
Fig.3 zeigt ein Abgasrückführ-Ventil 1b, bei dem die Betätigungsvorrichtung 7 zwei Schraubantriebe mit unterschiedlichen Gewindesteigungen aufweist. Der Ventilschaft 8 ist an seinem inneren Ende als Spindel 15b ausgebildet, die mit einer mit dem Rotor 12b des ersten Schraubantriebes 9a verbundenen Spindelmutter 16b kämmt .3 shows an exhaust gas recirculation valve 1b, in which the actuating device 7 has two screw drives with different thread pitches. The valve stem 8 is formed at its inner end as a spindle 15b which meshes with a spindle nut 16b connected to the rotor 12b of the first screw drive 9a.
Der zweite Schraubantrieb 27 weist als Antrieb einen Drehmagneten 29 auf, dessen Rotor 30 mit einem Gewindestück 31 verbunden ist, welches ein Innengewinde 32 geringer Steigung trägt. Das Gewindestück 31 kämmt mit seinem Innengewinde 32 mit einem Gegengewindestück 33 mit Außengewinde, daß drehfest und koaxial angeordnet ist . Das Gegengewindestück 33 ist mit der Spindelmutter 16b beziehungs- weise dem damit verbundenen Rotor 12b drehentkoppelt verbunden. Dazu ist ein Wälzlager 34 zwischen Rotor 12b und Gegengewindestück 33 angeordnet, über das eine Druckübertragung möglich ist. Zur drehfesten Lagerung des Gegengewindestückes 33 kann dieses mit einer radial nach innen vorstehenden Nase in eine Außenlängs- nut der Spindel 15b eingreifen.The second screw drive 27 has a rotary magnet 29 as the drive, the rotor 30 of which is connected to a threaded piece 31, which carries an internal thread 32 with a small pitch. The threaded piece 31 meshes with its internal thread 32 with a counter-threaded piece 33 with an external thread that is arranged in a rotationally fixed and coaxial manner. The counter-thread piece 33 is rotationally decoupled from the spindle nut 16b or the rotor 12b connected to it. For this purpose, a roller bearing 34 is arranged between the rotor 12b and the counter-thread piece 33, via which a pressure transmission is possible. For the rotationally fixed mounting of the counter thread piece 33, this can engage with a radially inwardly projecting nose in an outer longitudinal groove of the spindle 15b.
Wird der Drehmagnet 29 betätigt, so erfolgt eine Verdrehung des mit dem Rotor 30 verbundenen Gewindestückes 31. Das drehfest, jedoch längs verschiebbare Gegengewindestück 33 wird dadurch zu dem Rotor 12b hin bewegt und verschiebt diesen über das Wälzlager
34. Diese Bewegung wird über die Spindelmutter 15b auf den Ventilschaft 8 übertragen, so daß eine Hubbewegung entsprechend dem Pfeil Pf2 erfolgt. Durch die geringe Steigung des Gewindes 32 zwischen dem Gewindestück 31 und dem Gegengewindestück 33 kann eine hohe Kraft in Richtung des Pfeiles Pf 2 aufgebracht werden, die für die erste Öffnungsbewegung bei geschlossenem Ventil vorgesehen ist.If the rotary magnet 29 is actuated, the threaded part 31 connected to the rotor 30 is rotated. The non-rotatable but longitudinally displaceable counter-threaded part 33 is thereby moved towards the rotor 12b and displaces it via the roller bearing 34. This movement is transmitted via the spindle nut 15b to the valve stem 8, so that a lifting movement takes place according to the arrow Pf2. Due to the small pitch of the thread 32 between the threaded piece 31 and the counter-threaded piece 33, a high force can be applied in the direction of the arrow Pf 2, which is provided for the first opening movement when the valve is closed.
Für die weitere Verstellbewegung des Ventils kann der erste Schraubantrieb 9a angesteuert werden, so daß der Rotor 12b die Spindelmutter 16b antreibt und dabei den Ventilschaft wahlweise in Öffnungsrichtung oder Schließrichtung bewegt. Wird der Drehmagnet 29 nicht angesteuert, so wird er durch eine Rückstellfeder 35 wieder in seine ursprüngliche Ausgangslage gebracht . Wie auch bei den anderen Ausführungsbeispielen ist auch hier eine Fail-Save-Rückstellfeder 23 vorgesehen, mittels der das Ventil bei Störungen in Schließstellung gebracht werden kann.For the further adjustment movement of the valve, the first screw drive 9a can be activated, so that the rotor 12b drives the spindle nut 16b and thereby moves the valve stem either in the opening or closing direction. If the rotary magnet 29 is not activated, it is brought back to its original starting position by a return spring 35. As in the other exemplary embodiments, a fail-save return spring 23 is also provided here, by means of which the valve can be brought into the closed position in the event of faults.
Fig.4 zeigt eine Ausführungsform eines Abgasrückführ-Ventils 1c, bei dem die Betätigungsvorrichtung 7 ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 zwei Schraubantriebe mit Gewinden unterschiedlicher Steigung aufweist. Der durch eine Verdrehsicherung 24 längsgeführte Ventilschaft 8 weist auch hier einen Abschnitt mit einer Spindel 15c auf, die mit einer Spindelmutter 16c kämmt.FIG. 4 shows an embodiment of an exhaust gas recirculation valve 1c, in which the actuating device 7, like the exemplary embodiment according to FIG. 3, has two screw drives with threads of different pitch. The valve stem 8, which is longitudinally guided by an anti-rotation device 24, also has a section here with a spindle 15c which meshes with a spindle nut 16c.
Die Spindelmutter 16c ist über eine Grenzkraftkupplung 36 mit dem Rotor 12c des elektromotorischen Schraubantriebs 9c verbunden. Bei einer Drehung des Rotors 12c wird somit die Spindelmutter 16c über die Grenzkraftkupplung 36 mitgenommen und dadurch der Ventilschaft 8 in Schließ- oder Öffnungsrichtung bewegt.The spindle nut 16c is connected to the rotor 12c of the electromotive screw drive 9c via a limit force coupling 36. When the rotor 12c rotates, the spindle nut 16c is thus taken along via the limit force coupling 36 and the valve stem 8 is thereby moved in the closing or opening direction.
Die Spindelmutter 16c weist ein Außengewinde 37 auf, welches mit einem rohrförmigen Innengewindeteil 38 kämmt, daß drehfest mit dem Rotor 12c verbunden ist. Wird die Grenzkraft der zwischen Rotor 12c und Spindelmutter 16c angeordneten Grenzkraftkupplung
36 überschritten, so tritt eine Relativrotationsbewegung zwischen dem mit dem Rotor 12c verbundenen Innengewindeteil 38 und der Spindelmutter 16 c auf. Das dazwischen in Eingriff befindliche Gewinde 37 weist eine geringere Steigung auf, als das Gewinde zwischen der Spindel 15c und der Spindelmutter 16c, so daß in dieser Betriebssituation eine größere Antriebskraft bei kleinem Verstellweg auf den Ventilschaft 8 einwirkt.The spindle nut 16c has an external thread 37 which meshes with a tubular internal thread part 38 which is connected to the rotor 12c in a rotationally fixed manner. The limit force of the limit force coupling arranged between the rotor 12c and the spindle nut 16c 36 exceeded, a relative rotational movement occurs between the internal thread part 38 connected to the rotor 12c and the spindle nut 16c. The thread 37 engaged therebetween has a smaller pitch than the thread between the spindle 15c and the spindle nut 16c, so that in this operating situation a greater driving force acts on the valve stem 8 with a small adjustment path.
Im Ausführungsbeispiel ist die Grenzkraftkupplung 36 durch eine rotatorisch vorgespannte Feder gebildet, die mit einem Ende an der Spindelmutter 16c und mit dem anderen Ende an dem Rotor 12c beziehungsweise dem damit verbundenen Innengewindeteil 38 angreift. Ein Anschlag 39 dient zur Begrenzung der durch die vorgespannte Feder erfolgenden Relativverdrehung zwischen Spindelmutter 16c und Rotor 12c. Wird die durch die vorgespannte Feder beim Anschlag 39 vorhandene Andruckkraft überwunden, so tritt eine Relativdrehbewegung zwischen dem Innengewindeteil 38 und der Spindelmutter 16c auf, so daß das dazwischen befindliche Gewinde 37 für eine Hubbewegung des Ventilschaftes 8 sorgt. Dieser Betriebsfall tritt dann ein, wenn eine bestimmte Überlast vorhanden ist, was insbesondere bei der ersten Öffnungsbewegung des Ventils auftreten kann. Ist diese Überlast überwunden, wird der Schraubantrieb 28 mit geringer Steigung durch die rotatorisch vorgespannte Feder 40 in ihre Ursprungslage bis an den Anschlag 39 zurückgeführt. Der besondere Vorteil der in Fig.4 gezeigten Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung 7 liegt darin, daß für beide Schraubantrieb 27, 28 nur ein einziger Motor 13a erforderlich ist. Auch bei dieser Ausführungsform ist eine Drehwinkel-Sensorik 22 und eine Fail-Save-Rückstellfeder 23 vorgesehen.In the exemplary embodiment, the limit force coupling 36 is formed by a rotationally prestressed spring which engages at one end on the spindle nut 16c and at the other end on the rotor 12c or the internal thread part 38 connected to it. A stop 39 serves to limit the relative rotation between the spindle nut 16c and the rotor 12c which is caused by the prestressed spring. If the pressure force present by the prestressed spring at the stop 39 is overcome, then a relative rotational movement occurs between the internal thread part 38 and the spindle nut 16c, so that the thread 37 located therebetween provides for a lifting movement of the valve stem 8. This operating case occurs when a certain overload is present, which can occur in particular when the valve is opened for the first time. If this overload is overcome, the screw drive 28 is returned to its original position up to the stop 39 with a slight pitch by the rotationally prestressed spring 40. The particular advantage of the embodiment of the actuating device 7 shown in FIG. 4 is that only a single motor 13a is required for both screw drives 27, 28. In this embodiment, too, a rotation angle sensor system 22 and a fail-save return spring 23 are provided.
Fig.5 zeigt ein Abgasrückführ-Ventil 1d mit einer Betätigungsvorrichtung 7 , die einen Schraubantrieb 9d und einen durch ein Planetengetriebe 41 gebildeten Hubaktuator 10 mit kurzem Verstellweg und großer Verstellkraft aufweist. Der Ventilschaft
8 ist in einer Linearführung mit Verdrehsicherung 24 längsver- schieblich geführt und abschnittweise als Spindel 15d ausgebildet , die mit einer Spindelmutter 16d kämmt .5 shows an exhaust gas recirculation valve 1d with an actuating device 7, which has a screw drive 9d and a stroke actuator 10 formed by a planetary gear 41 with a short adjustment path and a large adjustment force. The valve stem 8 is guided so as to be longitudinally displaceable in a linear guide with anti-rotation device 24 and is designed in sections as a spindle 15d which meshes with a spindle nut 16d.
Der Motor 13b weist einen Rotor 12d auf, der mit einem bereichs- weise innenverzahntem Hohlrad 42 drehfest verbunden ist.The motor 13b has a rotor 12d which is connected in a rotationally fixed manner to a ring gear 42 which is partially internally toothed.
Das Plantengetriebe 41 ist zwischen dem Rotor 12d und der Spindelmutter 16d angeordnet. Dazu kämmt das Hohlrad 42 mit einem mit der Spindelmutter 16d verbundenen Planetenrad 43, welches mit einem koaxial zur Spindelmutter 16d angeordenten, fest- stehenden Sonnenrad 44 in Eingriff steht. Zwischen dem Rotor 12d und der Spindelmutter 16d ist eine begrenzte Verdrehung zulassender Drehanschlag 45 vorgesehen.The planetary gear 41 is arranged between the rotor 12d and the spindle nut 16d. For this purpose, the ring gear 42 meshes with a planet gear 43 which is connected to the spindle nut 16d and which meshes with a fixed sun gear 44 arranged coaxially to the spindle nut 16d. Between the rotor 12d and the spindle nut 16d, a limited rotation allowable rotation stop 45 is provided.
Wird der Rotor 12d angetrieben, so wird diese Rotationsbewegung über das Hohlrad 42 und das Planetenrad 43 auf die Spindelmutter 16d übertragen. Die Spindelmutter dreht sich dadurch entsprechend der Untersetzung mit geringer Drehzahl und bedarfsweise hohen Drehmoment. Dieser Betriebszustand dient für kleine Verstellwege mit hohem Kraftniveau. Nach einem bestimmten Drehwinkel, z.B. 40° blockiert der Drehanschlag 45 die Umlaufbewegung des Hohlrades 42, so daß die durch das Planetengetriebe 41 gebildete, mechanische Untersetzungsstufe außer Funktion ist. Die Spindelmutter ist dadurch direkt an die Drehzahl des Rotors 12d angekoppelt und läuft dementsprechend mit höherer Drehzahl als bei Zwischenschaltung des Planetengetriebes. Dadurch ergibt sich für den Ventilschaft 8 eine erhöhte Verstellgeschwindigkeit bei geringem Kraftniveau. Aufgrund der Reibungsverhältnisse wird bei einer Drehrichtungs- umkehr zunächst die Plantenstufe aktiviert, so daß zum Öffnen des Ventils 4 ein hohes Kraftniveau zur Verfügung steht. Die Spindelmutter 16d kann über eine durch eine Drehfeder gebildete Grenzkraftkupplung mit dem Rotor 12d verbunden sein. Durch diese Drehfeder ergibt sich eine mechanische Vorspannung, durch die die Planetenstufe nur in einer Drehrichtung ab einem bestimmten Kraftniveau zum Einsatz kommt.
Ohne eine solche Federvorspannung kann die Kombination von Planetengetriebe und Spindelantrieb auch zur Erhöhung von Auflösung und Dynamik eingesetzt werden. In diesem Fall kann die Zielposition mit grober Auflösung schnell vorpositioniert werden und durch Drehrichtungsumkehr mit Hilfe der Planetengetriebestufe fein positioniert werden.
If the rotor 12d is driven, this rotational movement is transmitted to the spindle nut 16d via the ring gear 42 and the planet gear 43. As a result, the spindle nut rotates according to the reduction at low speed and, if necessary, high torque. This operating state is used for small adjustment paths with a high level of force. After a certain angle of rotation, for example 40 °, the rotary stop 45 blocks the orbital movement of the ring gear 42, so that the mechanical reduction stage formed by the planetary gear 41 is inoperative. The spindle nut is thereby directly coupled to the speed of the rotor 12d and accordingly runs at a higher speed than when the planetary gear is interposed. This results in an increased adjustment speed for the valve stem 8 with a low level of force. Due to the friction, the planetary stage is activated when the direction of rotation is reversed, so that a high level of force is available to open valve 4. The spindle nut 16d can be connected to the rotor 12d via a limit force coupling formed by a torsion spring. This torsion spring results in a mechanical preload, by means of which the planetary stage is only used in one direction of rotation from a certain force level. Without such a spring preload, the combination of planetary gear and spindle drive can also be used to increase resolution and dynamics. In this case, the target position can be quickly pre-positioned with a coarse resolution and finely positioned by reversing the direction of rotation using the planetary gear stage.