DE10007611A1 - Drosselklappenstutzen - Google Patents
DrosselklappenstutzenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Drosselklappenstutzen, der zumindest ein Gehäuse (14) und einen in dem Gehäuse (14) angeordneten und ein bewegliches Element (6) antreibenden Stellantrieb (18) aufweist. Bei dem Drosselklappenstutzen soll nun der Herstellungs- und Montageaufwand ein besonders geringes Maß aufweisen und gleichzeitig beim Betrieb des Stellantriebs (18) eine besonders starke Erwärmung des Stellantriebs (18) zuverlässig vermieden sein. Hierzu ist das Gehäuse (14) aus Kunststoff (K) gefertigt und Funktionselemente des Stellantriebs (18) sind in dem Gehäuse (14) angeordnet und zumindest teilweise von Kunststoff (K) umgeben. Das bewegliche Element (6) ist dabei von einem Leitungsstutzen (4) umgeben, wobei ein Funktionselement des Stellantriebs (18) und der Leitungsstutzen (4) wärmeleitend miteinander verbunden sind.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Drosselklappenstutzen, der zumindest ein
Gehäuse und einen in dem Gehäuse angeordneten eine Drosselklappe auf
nehmenden Leitungsstutzen sowie einen die Drosselklappe antreibenden Stell
antrieb aufweist.
Ein solcher Drosselklappenstutzen ist aus der EP 0 337 099 A2 bekannt, der
eine Vorrichtung zur Regelung der Leistung einer zum Antrieb von Fahrzeugen
vorgesehenen Brennkraftmaschine beschreibt. Dabei weist der Drosselklap
penstutzen ein Gehäuse auf, in welchem ein als Elektromotor ausgebildeter
Stellmotor angeordnet ist. Der Stellantrieb treibt über Übertragungselemente
wie ein Untersetzungsgetriebe ein bewegliches Element an, das eine Drossel
klappe zur Regelung der Leistung der Brennkraftmaschine ist. Die Herstellung
der aus der EP 0 337 099 A2 bekannten Vorrichtung erfordert jedoch einen
besonders großen Herstellungs- und Montageaufwand aufgrund der Vielzahl
der herzustellenden und zu montierenden Teile.
Bei einem Drosselklappenstutzen mit einem Stellantrieb kann beim Betrieb des
Stellantriebs in dem Stellantrieb erzeugte Wärme zu einer besonders starken
Erwärmung der Komponenten des Stellantriebs führen. Ein unter ständiger be
sonders starker Erwärmung betriebener Stellantrieb ist jedoch in der Regel
störanfällig und weist eine besonders geringe Lebensdauer auf. Mit einer be
sonders kurzen Lebensdauer des Stellantriebs wiederum ist ein besonders ho
her Wartungs- und Reparaturaufwand des Drosselklappenstutzens verbunden,
wodurch die Betriebskosten des Drosselklappenstutzens außerordentlich hoch
ausfallen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drosselklappenstutzen
der oben genannten Art anzugeben, bei dem der Herstellungs- und Montage
aufwand ein besonders geringes Maß aufweist und gleichzeitig eine besonders
starke Erwärmung des Stellantriebs zuverlässig vermieden ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Gehäuse aus
Kunststoff besteht und Funktionselemente des Stellantriebs in dem Gehäuse
angeordnet und zumindest teilweise von Kunststoff umgeben sind, wobei die
Drosselklappe von einem wärmeleitenden Leitungsstutzen umgeben ist, wobei
ein Funktionselement des Stellantriebs und der wärmeleitende Leitungsstutzen
wärmeleitend miteinander verbunden oder einteilig ausgebildet sind.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass ein einen besonders
geringen Herstellungs- und Montageaufwand aufweisender Drosselklappen
stutzen eine besonders geringe Anzahl von Teilen umfassen sollte. Die Anzahl
der zu montierenden Teile fällt dann besonders gering aus, wenn ein eigen
ständiges Gehäuse für den Stellantrieb nicht erforderlich ist und wenn Funkti
onselemente des Stellantriebs in das Gehäuse des Stellantriebs integrierbar
sind. Das Gehäuse sollte dabei besonders einfach an die räumlichen Maße der
Funktionselemente des Stellantriebs anpassbar sein. Hierzu ist das Gehäuse
des Drosselklappenstutzens aus Kunststoff hergestellt, wobei das Gehäuse
des Drosselklappenstutzens sowohl als das Gehäuse des Drosselklappenstut
zens als auch als das Gehäuse des Stellantriebs ausgebildet ist.
Dabei ist eine besonders starke Erwärmung des Stellantriebs zuverlässig ver
mieden, wenn beim Betrieb des Stellantriebs die in dem Stellantrieb erzeugte
Wärme aus dem Stellantrieb abführbar ist. Als wärmeableitendes Element erweist
sich jedoch das aus Kunststoff gefertigte Gehäuse des Drosselklappen
stutzens und des Stellantriebs als ungeeignet, da sich das Gehäuse des Dros
selklappenstutzens und des Stellantriebs für eine besonders zuverlässige
Funktion des Stellantriebs nicht besonders stark erwärmen sollte. Daher sollte
ein Wärmeleiter an den Stellantrieb angeschlossen sein, über den beim Betrieb
des Stellantriebs die in dem Stellantrieb erzeugte Wärme aus dem Stellantrieb
und dem Gehäuse des Drosselklappenstutzens und des Stellantriebs abführbar
ist. Ein zusätzliches Bauteil des Drosselklappenstutzens kann hierbei entfallen,
wenn ein ohnehin in dem Drosselklappenstutzen vorgesehenes Teil als Wär
meleiter genutzt werden kann. Hierzu ist ein Funktionselement des Stellantriebs
wärmeleitend mit einem die Drosselklappe umgebenden Leitungsstutzen ver
bunden.
Vorteilhafterweise weisen das Funktionselement des Stellantriebs und der Lei
tungsstutzen zumindest an einer Stelle einen direkten Kontakt miteinander auf.
Dadurch ist ein unmittelbarer Wärmeübergang vom Funktionselement des
Stellantriebs auf den Leitungsstutzen gewährleistet, wodurch der Drosselklap
penstutzen eine besonders einfache und besonders störunanfällige Bauweise
aufweist. Zum Ausgleich von Passungenauigkeiten und für eine besonders
ausgeprägte Wärmeleitfähigkeit kann dabei die Verbindung der beiden Ele
mente beispielsweise durch Wärmeleitpaste unterstützt werden.
Der Leitungsstutzen besteht vorteilhafterweise im wesentlichen aus Metall.
Metall ist ein besonders guter Wärmeleiter, wodurch eine besonders zuverläs
sige Wärmeableitung der beim Betrieb des Stellantriebs in dem Stellantrieb er
zeugten Wärme sichergestellt ist. Vorteilhafterweise besteht dabei der Lei
tungsstutzen im wesentlichen aus Aluminium. Bauteile aus Aluminium lassen
sich besonders einfach mit hoher Passgenauigkeit fertigen, wodurch der Her
stellungsaufwand des Drosselklappenstutzens ein besonders geringes Maß
aufweist. Außerdem weist Aluminium ein besonders geringes Eigengewicht auf,
wodurch das Gewicht des Drosselklappenstutzens auf ein besonders geringes
Maß herabsetzbar ist.
Die beim Betrieb des Stellantriebs von dem Leitungsstutzen aufgenommene
Wärme wird über die durch den Leitungsstutzen strömende Luft aus dem Dros
selklappenstutzen abgeführt. Dies ist eine Maßnahme die Erwärmung des
Stellantriebs beim Betrieb des Stellantriebs besonders zuverlässig zu vermei
den.
Der Leitungsstutzen und das Funktionselement des Stellantriebs weisen vor
teilhafterweise Mittel auf, über die der Leitungsstutzen und das Funktionsele
ment des Stellantriebs relativ zueinander positionierbar sind. Dabei handelt es
sich bei den Mitteln vorteilhafterweise um Dome. Als Dome werden formschlüs
sige Verbindungen bezeichnet, über die ein erstes Bauteil relativ zu einem
zweiten Bauteil positionierbar ist. Durch diese Mittel lässt sich der bei der Her
stellung des Drosselklappenstutzens erforderliche Montageaufwand auf ein
besonders geringes Maß reduzieren, da der Leitungsstutzen und das Funkti
onselement des Stellantriebs besonders einfach miteinander verbindbar sind,
womit besonders kurze Montagezeiten des Drosselklappenstutzens verbunden
sind. Außerdem lassen sich hiermit durch Fertigungstoleranzen bedingte Pas
sungenauigkeiten beim Aneinanderfügen des Leitungsstutzens mit dem Funkti
onselement des Stellantriebs zuverlässig vermeiden, wodurch der Drosselklap
penstutzen einen besonders geringen Platzbedarf aufweist.
Die Mittel, über die der Leitungsstutzen und das Funktionselement des Stellan
triebs zueinander positionierbar sind, sind vorteilhafterweise sowohl einstückig
mit dem Leitungsstutzen als auch einstückig mit dem Funktionselement des
Stellantriebs des Drosselklappenstutzens herstellbar. Dadurch wird die Her
stellung des Drosselklappenstutzens vereinfacht, da die zusätzliche Montage
der jeweiligen Dome entfällt. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei den
Mitteln um verbindende Teile handeln, beispielsweise Nieten, Nägel oder
Schrauben, die sowohl an dem Leitungsstutzen als auch an dem Funktions
element des Stellantriebs zu befestigen sind. Weiterhin kann auch alternativ
oder zusätzlich eine Aneinanderpressung des Gehäuses des Stellantriebs mit
dem Leitungsstutzen vorgesehen sein.
Vorteilhafterweise ist das Gehäuse aus Kunststoff im Spritzgussverfahren fer
tigbar. Ein im Spritzgussverfahren hergestelltes Gehäuse ermöglicht durch die
Ausgestaltung der Spritzgussform eine besonders einfache Anpassung der
Gehäuseform an verschiedene Ausgestaltungen des Gehäuses des Drossel
klappenstutzens. Außerdem können die erforderlichen Funktionselemente des
Stellantriebes bei der Herstellung des Gehäuses in dieses besonders einfach
integriert werden. Hierzu werden zunächst die Funktionselemente in die Spritz
gussform eingelegt. Die Funktionselemente werden dann an den Stellen, an
denen sie nicht mit Kunststoff umgeben werden sollen, gegenüber der Spritz
gussform abgedichtet und anschließend wird die Spritzgussform mit Kunststoff
ausgegossen beziehungsweise ausgespritzt. Zusätzlich können auch weitere
Elemente des Drosselklappenstutzens wie zum Beispiel Lager, elektrische Ver
bindungen oder dergleichen in oder an dem Gehäuse aus Kunststoff des Dros
selklappenstutzens eingelegt oder angebracht werden. Damit ergibt sich gera
de bei der Serienproduktion von solchen Drosselklappenstutzen eine rationelle
Produktion, da hierbei der Herstellungs- und Montageaufwand des Drossel
klappenstutzens besonders gering ausfallen kann. Um elektrische Kurzschlüs
se zu vermeiden sollte dabei ein elektrisch nicht leitender Kunststoff zur Her
stellung des Gehäuses vorgesehen sein.
Vorteilhafterweise ist der Leitungsstutzen in das Gehäuse des Drosselklappen
stutzens integriert. Dann kann eine Fertigung des Kunststoffgehäuses mit Tole
ranzen an den für eine Aneinanderfügung des Drosselklappenstutzens mit dem
Leitungsstutzen vorgesehenen Stellen entfallen. Außerdem kann auch eine auf
hohe Passgenauigkeit des Leitungsstutzens ausgerichtete Fertigung entfallen,
wenn durch das Gehäuse die Aneinanderfügung des Funktionselements des
Stellantriebs mit dem Leitungsstutzen vorgegeben ist. Hierdurch weist der Her
stellungsaufwand des Kunststoffgehäuses ein besonders geringes Maß auf.
Der Stellantrieb ist vorteilhafterweise als Elektromotor ausgebildet. Ein Elekt
romotor ist besonders unanfällig gegen Störungen und daher besonders zu
einem Einsatz in einem Drosselklappenstutzen geeignet.
Vorteilhafterweise ist der als Elektromotor ausgebildete Stellantrieb ein Gleich
strommotor, der auch als DC-Motor in der Fachwelt bezeichnet wird. Dabei ist
zumindest der Rückschlusskörper des Elektromotors in dem Kunststoffgehäuse
des Drosselklappenstutzens angeordnet. Hierzu können ein oder mehrere die
ser Rückschlusskörper vor dem Spritzgießen des Kunststoffgehäuses in die
Spritzgussform eingelegt werden und mit Kunststoff umgossen beziehungswei
se umspritzt werden. Alternativ kann aber auch eine nachträgliche Einbringung
des Rückschlusskörpers in das Gehäuse des Drosselklappenstutzens vorgese
hen sein. Durch die Integration von Funktionselementen in dem Gehäuse aus
Kunststoff lässt sich bei Elektromotoren mit vielen Polen die Anzahl der zu
montierenden Bauteile auf ein besonders geringes Maß herabsetzen. Der
Drosselklappenstutzen weist dann eine besonders geringe Anzahl der zu mon
tierenden Bauteile auf, wenn vorteilhafterweise der Rückschlusskörper einteilig
als sogenanntes Polrohr ausgebildet ist.
Das Funktionselement des Stellantriebs, das wärmeleitend mit dem Leitungs
stutzen verbunden ist, ist vorteilhafterweise das Polrohr des Elektromotors. Das
im äußeren Bereich des Elektromotors angeordnete Polrohr eignet sich beson
ders als Wärmeleiter, da es die Wärme erzeugenden Funktionselemente des
Stellantriebs wie beispielsweise den Rotor umgibt. Außerdem ist das Polrohr
ein Funktionselement des Stellantriebs, das besonders einfach von einem Be
reich außerhalb des Stellantriebs zu erreichen ist.
Die Magnetschalen des als Gleichstrommotor ausgestalteten Elektromotors
sind vorteilhafterweise zumindest teilweise in dem Kunststoffgehäuse des
Drosselklappenstutzens angeordnet. Sollte eine Herstellung des Kunststoffge
häuses im Spritzgussverfahren vorgesehen sein, so können auch die perma
nentmagnetischen Magnetschalen vor dem Ausgießen der Spritzgussform des
Gehäuses in die Spritzgussform eingelegt werden, so dass die permanentmag
netischen Magnetschalen als weitere Funktionselemente in das Kunststoffge
häuse integrierbar sind. Alternativ kann jedoch auch eine nachträgliche Ein
bringung der Magnetschalen in das Gehäuse des Drosselklappenstutzens vorgesehen
sein. Das Einsetzen der Rückschlusskörper sowie der Magnetschalen
in die Spritzgussform kann automatisiert werden, so dass hier Fehlerquellen,
die bei einer manuellen Zusammensetzung nicht ausgeschlossen werden kön
nen, aufgrund der maschinellen Fertigung vermeidbar sind.
Weiterhin können bei der Integration der permanentmagnetischen Magnet
schalen in das Kunststoffgehäuse diese vollständig von Kunststoff umschlos
sen sein. Die Umschließung der Magnetschalen ist hierbei nicht auf die Stirn-
und Längsseiten beschränkt, sondern umfasst auch den Bereich der Umfangs
oberfläche der Magnetschalen. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn
das Gehäuse des Drosselklappenstutzens im Spritzgussverfahren hergestellt
wird. Durch diese Ausgestaltung wirkt das Kunststoffgehäuse als Halterung für
die Magnetschalen, wodurch ein Ablösen von Fragmenten der Magnetschalen
zuverlässig vermieden ist. Magnetschalen sind häufig außerordentlich spröde
und neigen üblicherweise zu Rissbildungen, wodurch ein Ablösen von Frag
menten begünstigt wird. Ein sich von einer Magnetschale abgelöstes Fragment
kann einen magnetischen Kurzschluss hervorrufen, der wiederum eine Herab
setzung des maximal erzeugbaren Drehmomentes verursacht. Des weiteren
kann ein abgelöstes Fragment eine mechanische Blockierung des Motors ver
ursachen.
Vorteilhafterweise weist das Gehäuse des Drosselklappenstutzens Halteele
mente zum Halten der Magnetschalen auf. Hierdurch gestaltet sich das Einset
zen der Magnetschalen in das Kunststoffgehäuse nach dessen Herstellung be
sonders einfach, da die für die Magnetschalen vorgesehenen Plätze durch die
Halteelemente eindeutig vorgegeben sind. Die Halteelemente sind dabei derart
ausgestaltet, dass sie einen ausreichenden Halt der Magnetschalen an dem
Kunststoffgehäuse besonders zuverlässig gewährleisten. Vorteilhafterweise
sind hierbei die Halteelemente als einstückig mit dem Kunststoffgehäuse aus
gebildete Stege und/oder Federn ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich können
darüber hinaus als Halteelemente zum Halten der Magnetschalen auch federnde
Elemente wie beispielsweise Clipse vorgesehen sein, die entweder einstü
ckig mit dem Gehäuse herstellbar oder aber separat bereitstellbar sind.
Alternativ zu dem bisher beschriebenen Einsatz eines Gleichstrommotors ist
der Elektromotor vorteilhafterweise als sogenannter elektronisch kommutierter
Elektromotor ausgestaltet, der in der Fachwelt auch als EC-Motor bezeichnet
wird. Bei diesem elektronisch kommutierten Elektromotor sind die Wicklungen,
die den Stator bilden, in das Kunststoffgehäuse integriert. Der Rotor trägt die
Rückschlusskörper sowie die Magnetschalen. Ein elektronisch kommutierter
Elektromotor weist üblicherweise ein besonders hohes Drehmoment bedingt
durch die besondere Nähe von Rotor und Stator auf. Außerdem ist bei einer
geregelten Bestromung der Wicklungen des Rotors eine besonders präzise
Regelung der Drehzahl des elektronisch kommutierten Elektromotors gewähr
leistet.
Sowohl der Gleichstrommotor als auch der elektronisch kommutierte Elektro
motor können als Innenläufer- oder Außenläufermotor ausgebildet sein. Je
nach Art der Spannungsversorgung wird dabei der Stellantrieb, insbesondere
der Elektromotor beziehungsweise ein Elektromagnet, mit Gleichspannung o
der mit Wechselspannung betrieben.
Vorteilhafterweise ist der Stellantrieb des Drosselklappenstutzens zum Bewe
gen der Drosselklappe in Abhängigkeit einer Sollwertvorgabe für die Leistungs
abgabe der Brennkraftmaschine vorgesehen. Durch diese Ausführung des
Drosselklappenstutzens ist beim Betrieb des Drosselklappenstutzens die in
dem Stellantrieb erzeugte Wärme über die zum Verbrennungsort des Treib
stoffs strömende Luft abführbar.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, dass durch
die Integration einer Anzahl von Funktionselementen des Stellantriebs in das
Kunststoffgehäuse die Herstellung und Montage des Drosselklappenstutzens
ein besonders geringes Maß aufweist. Hierbei sind der Leitungsstutzen und ein
Funktionselement des Stellantriebs über formschlüssige Verbindungen fest zueinander
positionierbar, wodurch die Anordnung dieser beiden Teile zueinander
einen besonders geringen Platzbedarf erfordert. Eine Herstellung des Kunst
stoffgehäuses im Spritzgussverfahren ermöglicht das Eingießen des wärmelei
tenden Elements und einer Anzahl von Funktionselementen in das Gehäuse,
wodurch der Zeitaufwand der Montage des Drosselklappenstutzens besonders
gering ausfällt. Dabei kann das Gehäuse eine Anzahl von Ausnehmungen auf
weisen, in die passgenau bewegliche Elemente des Drosselklappenstutzens
einlegbar sind, wodurch die für die Montage zu leistende Arbeit besonders
einfach ausfällt. Weiterhin ist beim Betrieb des Drosselklappenstutzens die in
dem Stellantrieb erzeugte Wärme besonders zuverlässig über den Leitungs
stutzen abführbar, der wärmeleitend mit der Drosselklappe des Drosselklap
penstutzens verbunden ist. Da hierbei die Drosselklappe zur Steuerung der
Zufuhr eines Strömungsmediums vorgesehen ist, kann über das Strömungs
medium eine Ableitung der in dem Stellantrieb erzeugten Wärme aus dem
Drosselklappenstutzen erfolgen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher er
läutert. Darin zeigen:
Fig. 1: schematisch einen Längsschnitt durch einen Drosselklappenstut
zen,
Fig. 2: schematisch einen Querschnitt durch den Drosselklappenstutzen
nach Fig. 1.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugs
zeichen versehen.
Eine zum Antrieb eines Fahrzeugs vorgesehene Brennkraftmaschine weist zur
Steuerung ihrer Leistungsabgabe einen Drosselklappenstutzen 2 auf. Der
Drosselklappenstutzen 2 sitzt in dem Fahrzeug im Ansaugkanal der Brenn
kraftmaschine und dient zur Einstellung der Masse des dem Verbrennungsort
zuzuführenden Strömungsmediums S, das als Kraftstoff-Luft-Gemisch ausge
bildet sein kann. Hierdurch wird die Leistung der Brennkraftmaschine bestimmt.
Das Fahrzeug sowie die Brennkraftmaschine und ihr Ansaugkanal sind in der
Zeichnung nicht näher dargestellt.
Der Drosselklappenstutzen 2 gemäß Fig. 1 weist ein als Leitungsstutzen 4
ausgebildetes wärmeleitendes Bauteil auf. Der Leitungsstutzen ist im wesentli
chen aus Aluminium A hergestellt und beinhaltet zur Leistungssteuerung des
Fahrzeugs eine Drosselklappe 6, die den Leitungsquerschnitt des Leitungsstut
zens beim Betrieb des Drosselklappenstutzens 2 mehr oder weniger ver
schließt beziehungsweise freigibt. Die Drosselklappe 6 ist auf einer Drossel
klappenwelle 8 angeordnet, die an einer Antriebsseite 10 des Drosselklappen
stutzens 2 mit einem Getriebe 12 verbunden ist.
Der Leitungsstutzen 4 ist in einem aus Kunststoff K gefertigten Gehäuse 14
angeordnet, in das eine Antriebseinrichtung 16 des Drosselklappenstutzens 2
integriert ist. Die Antriebseinrichtung 16 umfasst einen Stellantrieb 18, der als
Elektromotor ausgebildet ist und eine Anzahl von Funktionselementen umfasst.
Ein erstes Funktionselement des Stellantriebs 18 ist ein als Polkörper ausgebil
deter Rückschlusskörper 24, der im Bereich der Antriebseinrichtung 16 in dem
Gehäuse 14 angeordnet ist. Ein Polrohr ist ein einstückig ausgeführter Rück
schlusskörper 24. Alternativ kann der Rückschlusskörper 24 auch mehrteilig
ausgeführt sein.
Der Rückschlusskörper 24 des Stellantriebs 18 weist eine erste und eine zweite
formschlüssige Verbindung oder Dom 26 auf, die einstückig mit dem Rück
schlusskörper 24 hergestellt worden sind. In die negativ oder weiblich ausgebil
deten Dome 26 des Rückschlusskörpers 24 greifen zwei entsprechend positiv
oder männlich ausgebildete Dome 28 des Leitungsstutzens 4, die ebenfalls
einstückig mit dem Leitungsstutzen 4 hergestellt worden sind. Der Rück
schlusskörper 24 und der Leitungsstutzen 4 sind bei der Montage in besonders
einfacher Weise mit Hilfe der Dome 26 und 28 aneinander zu fügen. Hierdurch
sind auch durch Fertigungstoleranzen bedingte Passungenauigkeiten der Ver
bindung des Leitungsstutzens 4 mit dem Rückschlusskörper 24 an der Stelle
30 vermeidbar, wodurch die Verbindung der beiden Elemente einen besonders
geringen Platzbedarf aufweist.
In dem Gehäuse 14 sind innerhalb des Rückschlusskörpers 24 Magnetschalen
32 als weitere Funktionselemente des Stellantriebs 18 angeordnet. Der Rück
schlusskörper 24 und die Magnetschalen 32 umfassen eine Ausnehmung 34
des Gehäuses 14, in der ein Rotor 36 mit einer Welle 38 angeordnet ist. In der
Ausnehmung 34 befindet sich außerdem ein Polwender 40, der mit der Welle
38 des Rotors 36 in nicht näher dargestellter Weise verbunden ist. Weiterhin
weist die Ausnehmung 34 des Gehäuses 14 im Bereich des Polwenders 40
sogenannte Kohlebürsten auf, was in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist.
Über die Kohlebürsten, deren Funktion alternativ auch durch ein anderes span
nungsübertragendes Teil ausführbar ist, wird beim Betrieb des Stellantriebs 18
eine Spannung über den Polwender 40 an den Rotor 36 übertragen, wodurch
eine bestimmte Drehzahl des Rotors 36 und seiner Welle 38 einstellbar ist. Der
Rotor 36, die Welle 38, der Polwender 40 und die Kohlebürsten sind weitere
Funktionselemente des Stellantriebs 18.
Der Stellantrieb 18 umfasst weiterhin ein Lager 42, das zum Lagern der Welle
38 des Rotors 36 vorgesehen und in einer zweiten Ausnehmung 44 des Ge
häuses 14 angeordnet ist. Der Rotor 36 ist über eine dem Stellantrieb 18 zuge
ordnete Axialsicherung 46 drehbewegbar, aber axial gesichert festgesetzt. Die
Welle 38 des Rotors 36 ist über ein Zahnrad 48 und einen Zahnriemen 50 mit
einem Zahnrad 52 verbunden, das wiederum mit dem Getriebe 18 der Drossel
klappenwelle 8 in Verbindung steht, wobei die Art der Verbindung in der Zeich
nung nicht näher dargestellt ist.
Die annähernd kreisförmige Ausbildung des Rückschlusskörpers 24 und die
annähernd halbkreisförmige Ausbildung der Magnetschalen 32 sind Fig. 2
entnehmbar, die einen Querschnitt des Drosselklappenstutzens 2 gemäß Fig.
1 zeigt. Der annähernd kreisförmige und als Polrohr ausgebildete Rückschluss
körper 24 umschließt die Magnetschalen 32 konzentrisch, die ebenfalls wiederum
konzentrisch den Rotor 36 umschließen, in dem die Welle 38 angeordnet
ist.
Die Magnetschalen 32 sind über Halteelemente innerhalb der für den Rotor 36
vorgesehen Ausnehmung 34 in dem Gehäuse 14 festgesetzt. Die Halteele
mente sind als Feder 54 und Steg 56 ausgebildet, die bei Betrachtung der Fig.
2 senkrecht in die Fig. 2 oder senkrecht aus der Fig. 2 herauslaufen. Sowohl
die Feder 54 als auch der Steg 56 sind einstückig mit dem Gehäuse 14 bei
dessen Herstellung erstellt worden. Alternativ kann aber auch eine nachträgli
che Einbringung der als Feder 54 und als Steg 56 ausgebildeten Halteelemente
in das Gehäuse 14 vorgesehen sein.
Die Magnetschalen 32 sind als eine erste und eine zweite annähernd halb
kreisförmige Magnetschale 32 ausgebildet, sie können aber auch mehr als zwei
Teile umfassen. Die einander zugewandten Enden 58 der beiden Magnet
schalen 32 sind in Umfangrichtung der Magnetschalen 32 durch die Feder 54
belastet und die beiden entgegengesetzten Enden 60 der Magnetschalen 32
sind gegen den als Anschlag ausgebildeten Steg 56 beaufschlagbar. Der Ge
genpart zu dem Steg 56 ist also die Feder 54, die in Umfangsrichtung die je
weilige Magnetschale 32 gegen den Steg 56 drückt, und damit die jeweilige
Magnetschale 32 durch Kraftschluss hält. Zur Verbesserung der Halteeigen
schaften können die Längskonturen des Stegs 56 und die sich daran anschlie
ßenden Längskonturen der Magnetschalen 32 hinterschnitten sein. Dadurch ist
beim Einsetzen der Magnetschalen 32 in das Gehäuse 14, sofern dies nach
der Herstellung des Gehäuses 14 vorgesehen ist, ein Herausspringen dersel
ben vermieden. Die Außenkonturen der Feder 54 beziehungsweise des Stegs
56 sind dabei so gewählt, dass sie maximal mit der nach innen gerichteten Au
ßenoberfläche der Magnetschalen 32 abschließen, damit der Bewegungsbe
reich des Rotors 36 nicht beeinträchtigt wird.
Das Gehäuse 14 der Antriebseinrichtung 16 und des als Leitungsstutzen aus
gebildeten wärmeleitenden Bauteils 4 ist aus Kunststoff K und im Spritzguss
verfahren hergestellt. Durch die zur Herstellung des Gehäuses 14 vorgesehene
Spritzgussform sind dabei neben den Ausnehmungen 34 und 44 weitere Aus
nehmungen des zu erstellenden Gehäuses 14 vorgegeben, in die starre
und/oder bewegliche Funktionselemente des Stellantriebs 18 sowie Teile der
Antriebseinrichtung 16 und/oder des Drosselklappenstutzens 2 nach der Fer
tigstellung des Gehäuses 14 einlegbar sind. Dabei sind auch die zur Halterung
der ersten und der zweiten Magnetschale vorgesehenen Halteelemente, also
Feder 54 und Steg 56, so von der Spritzgussform vorgegeben, dass mit Hilfe
der Feder 54 und des Stegs 56 die Magnetschalen 32 nach der Herstellung des
Gehäuses 14 in dem Gehäuse 14 zu befestigen sind.
Zur Herstellung des Gehäuses 14 werden Funktionselemente des Stellantriebs
18 und bedarfsweise weitere Teile der Antriebseinrichtung 16 und/oder des
Drosselklappenstutzens 2, die in der Zeichnung nicht näher dargestellt sind, in
die Spritzgussform eingelegt und fixiert. Hierzu eignen sich insbesondere starre
Teile des Stellantriebs 18, der Antriebseinrichtung 16 und/oder des Drossel
klappenstutzens 2, die fest von Kunststoff K umschlossen werden sollen. Der
Leitungsstutzen 4 und der Rückschlusskörper 24 werden zunächst über die
Dome 26 und 28 fest zueinander positioniert und anschließend in die Spritz
gussform eingelegt. Sobald alle Funktionselemente des Stellantriebs 18 und
weitere Teile der Antriebseinrichtung 16 wie beispielsweise Kabelführungen zur
Stromversorgung des Stellantriebs 18 in der Spritzgussform fixiert sind wird
diese mit Kunststoff K ausgespritzt. Um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden
ist dabei das Material des Kunststoffs elektrisch nicht leitend.
Nach der Herstellung des Gehäuses 14, das zumindest den Rückschlusskörper
24 und der Leitungsstutzen 4 aufweist, werden zur Montage der Antriebsein
richtung 16 in dem Gehäuse 14 weitere Funktionselemente des Stellantriebs 18
und weitere Teile der Antriebseinrichtung 16 angeordnet. Dabei gestaltet sich
die Montage der Funktionselemente des Stellantriebs 18 und weiterer Teile der
Antriebseinrichtung 16 besonders einfach durch zahlreiche formschlüssige
Ausgestaltungen des Gehäuses 14, die dieses neben den Ausnehmungen 34
und 44 aufweist. In das Gehäuse 14 des Drosselklappenstutzens 2 gemäß Fig.
1 ist insbesondere die nachträgliche Montage der Magnetschalen 32 mit
Hilfe der einstückig mit dem Gehäuse 14 hergestellten Halteelemente Feder 54
und Steg 56 vorgesehen. Außerdem ist nach der Herstellung des Gehäuses 14
eine Einbringung des Rotors 36 gemeinsam mit seiner Welle 38 sowie des
Polwenders 40, des Lagers 42, der Axialsicherung 46, der Zahnräder 48 und
52, des Zahnriemens 50, des Getriebes 18, der Drosselklappe 6 und der Dros
selklappenwelle 8 in das Gehäuse 14 der Antriebseinrichtung 16 vorgesehen.
Beim Betrieb des Drosselklappenstutzens 2 tritt durch die Drosselklappe 6 das
Strömungsmedium S hindurch, dessen Durchfluss über die Stellung der Dros
selklappe 6 gesteuert wird. Das Strömungsmedium S strömt dabei senkrecht in
die Fig. 1 hinein oder tritt senkrecht aus ihr heraus. Die Stellung der Drossel
klappe 6 wird dabei über den Stellantrieb 18 der Antriebseinrichtung 16 einge
stellt. Hierzu wird der Stellantrieb 18 mit Strom gespeist, was in der Zeichnung
nicht näher dargestellt ist. Die Bespeisung des Stellantriebs 18 mit Strom hat
zur Folge, dass der Rotor 36 des Stellantriebs 18 eine Drehbewegung ausführt.
Die stromführenden Funktionselemente des Stellantriebs 18 und die Rotations
bewegung des Rotors 36 erzeugen Wärme W. Diese Wärme W kann sich ver
kürzend auf die Lebensdauer des Stellantriebs 18 auswirken. Um dies zu ver
meiden, ist der als Polrohr ausgebildete Rückschlusskörper 24 des Stellan
triebs 18 mit dem als Leitungsstutzen ausgebildeten wärmeleitenden Bauteil 4
des Drosselklappenstutzens 2 verbunden. Über den aus Aluminium A gefertig
ten Leitungsstutzen 4 wird die beim Betrieb des Stellantriebs 18 in dem Stel
lantrieb 18 erzeugte Wärme W aus dem Stellantrieb 18 heraus entlang der in
Fig. 1 und Fig. 2 mit Hilfe eines Pfeils dargestellten Richtung 62 abgeführt.
Der Leitungsstutzen 4 wird wiederum durch das durch den Drosselklappenstut
zen 2 hindurchtretende Strömungsmedium S gekühlt, so dass auch der Lei
tungsstutzen 4 vor einer übermäßigen Erwärmung zuverlässig geschützt ist.
Der Drosselklappenstutzen 2 ist mit besonders geringem Herstellungs- und
Montageaufwand herstellbar, da schon bei der Herstellung des Gehäuses 14
eine Vielzahl von Funktionselementen des Stellantriebs 18 sowie von Teilen
der Antriebseinrichtung 16 und/oder des Drosselklappenstutzens 2 in das Ge
häuse 14 integrierbar sind. Hierbei ist durch die formschlüssige Verbindung des
Leitungsstutzens 4 mit dem Rückschlusskörper 24 ein besonders geringer
Platzbedarf des Drosselklappenstutzens 2 bei einem besonders geringen Her
stellungsaufwand des Drosselklappenstutzens 2 sichergestellt. Gleichzeitig ist
beim Betrieb des Drosselklappenstutzens 2 eine besonders starke Erwärmung
des Stellantriebs 18 dadurch vermieden, dass die beim Betrieb des Stellan
triebs 18 in dem Stellantrieb 18 erzeugte Wärme W über den Leitungsstutzen 4
und zusätzlich über das Strömungsmedium S aus dem Stellantrieb 18 abführ
bar ist.
Claims (19)
1. Drosselklappenstutzen zur Steuerung der Leistung einer Brennkraftma
schine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, der zumindest ein Gehäuse
(14) und einen in dem Gehäuse (14) angeordneten eine Drosselklappe
(6) aufnehmenden Leitungsstutzen (4) sowie ein die Drosselklappe (6)
antreibenden Stellantrieb (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (14) aus Kunststoff (K) besteht und Funktionselemente
des Stellantriebs (18) in dem Gehäuse (14) angeordnet und zumindest
teilweise von Kunststoff (K) umgeben sind, wobei die Drosselklappe (6)
von einem wärmeleitenden Leitungsstutzen (4) umgeben ist und wobei
ein Funktionselement des Stellantriebs (18) und der Leitungsstutzen (4)
wärmeleitend miteinander verbunden oder einteilig ausgebildet sind.
2. Drosselklappenstutzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Funktionselement des Stellantriebs (18) und der Leitungsstut
zen (4) zumindest an einer Stelle (30) unmittelbar miteinander verbun
den sind.
3. Drosselklappenstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass der Leitungsstutzen (4) im wesentlichen
aus Metall besteht.
4. Drosselklappenstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass der Leitungsstutzen (4) im wesentlichen
aus Aluminium (A) besteht.
5. Drosselklappenstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, das der Leitungsstutzen (4) und das Funktions
element des Stellantriebs (18) Mittel aufweisen, über die der Leitungs
stutzen (4) und das Funktionselement des Stellantriebs (18) relativ zu
einander positionierbar sind.
6. Drosselklappenstutzen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, das
die Mittel als Dome (26, 28) ausgebildet sind.
7. Drosselklappenstutzen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Mittel des Leitungsstutzens (4) einstückig mit dem
Leitungsstutzen (4) und die Mittel des Funktionselements des Stellan
triebs (18) einstückig mit dem Funktionselements des Stellantriebs (18)
ausgeführt sind.
8. Drosselklappenstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) im Spritzgussverfahren
hergestellt ist.
9. Drosselklappenstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass der Leitungsstutzen (4) in dem Gehäuse
(14) angeordnet ist.
10. Drosselklappenstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (18) als Elektromotor aus
gebildet ist.
11. Drosselklappenstutzen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
dass der Elektromotor ein Gleichstrommotor ist, von dem zumindest
dessen Rückschlusskörper (24) in dem Gehäuse (14) angeordnet ist.
12. Drosselklappenstutzen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
dass der Rückschlusskörper (24) als Polrohr ausgebildet ist.
13. Drosselklappenstutzen nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn
zeichnet, dass das Funktionselement des Stellantriebs (18) der Rück
schlusskörper (24) ist.
14. Drosselklappenstutzen nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die Magnetschalen (32) des Elektromotors zu
mindest teilweise in dem Gehäuse (14) angeordnet sind.
15. Drosselklappenstutzen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse (14) Halteelemente zum Halten der Magnetschalen
(32) aufweist.
16. Drosselklappenstutzen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
dass die Halteelemente einstückig mit dem Gehäuse (14) hergestellte
Federn (54) sind.
17. Drosselklappenstutzen nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Halteelemente einstückig mit dem Gehäuse (14) her
gestellte Stege (56) sind.
18. Drosselklappenstutzen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
dass der Elektromotor ein elektronisch kommutierter Elektromotor ist,
von dem zumindest dessen Wicklungen in dem Gehäuse (14) angeord
net sind.
19. Drosselklappenstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (18) zum Bewegen der
Drosselklappe in Abhängigkeit einer Sollwertvorgabe für die Leistungs
abgabe der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
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Date | Code | Title | Description |
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SIEMENS AG, 80333 MUENCHEN, DE |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |