DE10123033A1 - Drosselvorrichtung für ein strömendes Medium - Google Patents

Abstract

Bei einer Drosselvorrichtung für ein strömendes Medium mit einem Ein- und Auslaß (12, 13) und mit zwei dazwischen zueinander koaxial angeordneten Drosselorganen, die jeweils mindestens ein Strömungsfenster (16, 17) zum Durchtritt eines vom Ein- zum Auslaß (12, 13) strömenden Mediumstroms aufweisen und zum Steuern des Mediumstroms relativ zueinander verdrehbar sind, sind zur Vermeidung von Reibung und Verschleiß zwischen den Drosselorganen und Sicherstellung einer Schließstellung ohne Leckströme die Drosselorgane als hohle Konen (15, 16) mit einem mindestens ein Strömungsfenster (17, 18) enthaltenden Konusmantel (151, 161) ausgebildet und die Konen (15, 16) konzentrisch zueinander so angeordnet, daß sie im Schließbereich der Drosselvorrichtung durch Verschiebemittel axial aufeinander zu verschoben werden (Fig. 1).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Drosselvorrichtung für ein strömendes Medium nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten Drosselvorrichtung zur Steuerung der Leerlaufluftmenge für eine Brennkraftmaschine (DE 38 01 084 A1) ist das äußere der koaxial angeordneten Drosselorgane als ein Gehäusetopf ausgebildet, der in eine Bypaßleitung hineinragt und mit dem lichten Querschnitt der Bypaßleitung kongruente, diametral im Topfmantel angeordnete Strömungsfenster aufweist. Das innere Drosselorgan ist rohrsegmentförmig mit einem Strömungsfenster im Rohrsegment ausgebildet und ragt mit seinem Umfang sehr dicht bis an die Innenwand des Topfmantels. Das innere Drosselorgan wird von einem Stellmotor verdreht, wobei sein Strömungsfenster mehr oder weniger in Überdeckung mit einem der Strömungsfenster im Topfmantel gebracht wird und hierdurch das topfmantelseitige Strömungsfenster mehr oder weniger freigegeben wird. Die Verdrehung des inneren Drosselorgans erfolgt dabei gegen die Kraft einer z. B. als Spiralfeder ausgebildeten Rückstellfeder, die bei nicht aktiviertem Stellmotor das innere Drosselorgan gegen einen Anschlag legt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Drosselvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß sie durch die konische Ausbildung der konzentrisch angeordneten beiden Drosselorgane und durch die axiale Relativverschiebbarkeit der beiden Drosselorgane im Schließbereich einerseits ohne die geringsten Leckströme vollkommen dicht schließt und andererseits im gesamten übrigen Stellbereich durch Minimierung der Reibung zwischen den Drosselorganen leichtgängig ist und damit nur kleine Stellkräfte benötigt, was sich vorteilhaft auf die Leistung und Baugröße eines elektrischen Stellmotors für das eine Drosselorgan auswirkt. Durch die minimierte Reibung zwischen den Drosselorganen sinkt auch deren Verschleiß, so daß die Lebensdauer der Drosselvorrichtung erhöht wird.

Die Größe der Strömungsfenster in den Drosselorganen kann beliebig gewählt werden, so daß durch den Austausch eines der beiden Drosselorgane gegen ein anderes mit anderer Fenstergröße die Steuerkennlinie der Drosselvorrichtung an den jeweiligen Anwendungsfall sehr leicht angepaßt werden kann.

Durch die Konizität und Verschiebbarkeit der Drosselorgane kann in einfacher Weise eine Selbstreinigung der Drosselvorrichtung realisiert werden, indem in einer separaten Reinigungsphase in der Schließstellung der Drosselvorrichtung einer der Konen in eine oszillierende Schwenkbewegung mit kleinem Schwenkbereich versetzt wird. Dadurch werden zwischen den Drosselorganen sich ablagernde Staub-, Ruß- oder Schmutzpartikel entfernt.

Alle Bauteile der Drosselvorrichtung können aus Kunststoff gefertigt werden, so daß die Drosselvorrichtung leichtgewichtig und kostengünstig hergestellt werden kann. Beim Kunststoffspritzen auftretende größere Fertigungstoleranzen führen nicht zu einer Undichtigkeit der Drosselvorrichtung in Schließstellung, so daß eine Nachbearbeitung der Kunststoffteile überflüssig ist.

Die erfindungsgemäße Drosselvorrichtung kann zur Luft- und Verbrennungsgemischsteuerung oder zur Abgasrückführung bei Brennkraftmaschinen verwendet werden. Dabei kann z. B. die Drosselvorrichtung direkt in das Luftansaugrohr oder in den Einlaßkrümmer der Brennkraftmaschine eingesetzt werden.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Drosselvorrichtung möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Verschiebemittel einen Anschlag und einen damit korrespondierenden Gegenanschlag, von denen jeweils einer an einem der Konen angeordnet ist, sowie ein Anschlag und Gegenanschlag in Achsrichtung aneinanderdrückendes Federelement auf. Zwischen Anschlag und Gegenanschlag ist mindestens ein axial vorstehendes Eintauchglied und mindestens ein damit korrespondierendes, axial zurückversetztes Aufnahmeglied vorgesehen, von denen eines am Anschlag und das andere am Gegenanschlag so angeordnet ist, daß in der Schließstellung der Drosselvorrichtung das Eintauchglied in das Aufnahmeglied eintaucht. Durch diese konstruktive Ausgestaltung wird in einfacher Weise ein Verschiebemechanismus für die Konen im Schließbereich der Drosselvorrichtung geschaffen und gleichzeitig die Reibung außerhalb des Schließbereichs zwischen den Konen gering gehalten; denn im übrigen Stellbereich liegen die Eintauchglieder, deren Zahl beispielsweise auf drei um 120° Umfangswinkel zueinander versetzt angeordnete Eintauchglieder beschränkt ist, an dem Anschlag oder Gegenanschlag an. Durch Abrundungen auf den Stirnseiten der Eintauchglieder wird die zwischen den Konen noch vorhandene Reibung auf die Auflagepunkte der Eintauchglieder beschränkt, wobei die Reibkraft durch das Federelement einer Andruckfeder aufgebracht wird. In diesem Stellbereich ist zwischen den Mantelflächen der beiden Konen ein Spaltabstand vorhanden, so daß hier keine Reibung erzeugt wird.

Zur Erzielung einer reproduzierbaren Steuerkennlinie der Drosselvorrichtung über den Verstellweg der Drosselorgane trägt gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung mindestens ein Konus auf seiner dem anderen Konus zugekehrten Mantelfläche einen das Strömungsfenster umschließenden Dichtungsring. Durch diesen Dichtungsring, der ohne nennenswerte Reibung an der ihm zugekehrten Mantelfläche des anderen Konus anliegt, wird bei teilweise in Überdeckung gebrachten Strömungsfenstern der Konen verhindert, daß Nebenluftströme über den Spalt zwischen den Mantelflächen fließen und zu einer nicht beherrschbaren Ungenauigkeit der Steuerkennlinie führen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist an einem der Enden der beiden Konen zwischen den einander zugekehrten Flächen der Konen eine Ringdichtung angeordnet, die auf einem der Konusmäntel befestigt ist. Durch diese Ringdichtung werden bei einer Anordnung der Drosselvorrichtung im Brennstoffaufbereitungstrakt einer Brennkraftmaschine Schäden in der Drosselvorrichtung durch sog. Saugrohrpatscher (Backfiring) vermieden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist im Gehäuse ein elektrischer Stellmotor mit einer Abtriebswelle angeordnet, die über ein Zwischengetriebe mit dem verdrehbar und axial verschiebbar ausgebildeten, inneren Konus gekoppelt ist. Durch die Anordnung des Stellmotors im Gehäuse selbst, wird der Stellmotor vom strömenden Medium umflossen, wodurch eine gute Wärmeabführung der im Stellmotor erzeugten Wärmeverluste erreicht wird. Die Wärmeabfuhr kann noch verbessert werden, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auf dem im Gehäuse aufgenommen Motorgehäuse Rippen oder sonstige Axialstege vorgesehen werden, die gleichzeitig zur Laminisierung der Strömung des Mediums benutzt werden können.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuse zweiteilig ausgebildet und weist zwei in einer quer zur Gehäuseachse ausgerichteten Ebene zusammensetzbare Gehäuseteile auf. Der eine Gehäuseteil enthält eine der Ein- und Auslaß bildenden Gehäuseöffnungen und das Motorgehäuse und der andere Gehäuseteil weist die andere Gehäuseöffnung und den äußeren Konus der beiden Konen auf. Durch diese konstruktive Ausgestaltung wird die Implementation der Konen, des elektrischen Stellmotors und des Getriebes in das Gehäuse wesentlich erleichtert. Die beiden Gehäuseteile werden in einem einfachen Fügungsprozeß durch Schnappelemente oder Ultraschweißen oder andere Verbindungsmittel oder -verfahren miteinander verbunden. Darüber hinaus ergibt sich die Möglichkeit, in der Verbindungsebene der beiden Gehäuseteile ein huftfilter oder ein Element zur Laminarisierung des strömenden Mediums, z. B. eine Schlitzscheibe, einzulegen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der mit der den Einlaß bildenden Gehäuseöffnung in Verbindung stehende Konus als Gitterstruktur aus zwei voneinander axial beabstandeten Ringen und die Ringe miteinander verbindende Stegen ausgeführt, wobei die von den Ringen und Stegen eingeschlossenen Felder des Konusmantels mit Ausnahme mindestens eines Feldes für ein Strömungsfenster mit einer flexiblen Schicht aus einem Dichtungsmaterial verschlossen sind. Durch das im Schließbereich der Drosselvorrichtung entstehende Vakuum in dem mit dem Einlaß in Verbindung stehenden Konus wölbt sich die flexible Schicht und vergrößert ihren Abstand zu der Mantelfläche des anderen Konus, so daß die Reibung zwischen den Konen weiter reduziert wird. Bei dieser konstruktiven Gestaltung stellen die flexiblen Schichten aus Dichtungsmaterial eine Dichtung zwischen den Mantelflächen der beiden Konen im gesamten Stellbereich her, so daß auf eine umlaufende Dichtung um die Strömungsfenster der Konen verzichtet werden kann.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in schematisierter Darstellung:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Drosselvorrichtung für ein strömendes Medium in Explosionsdarstellung,

Fig. 2 eine Ansicht der Drosselvorrichtung in Richtung Pfeil II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Drosselorgans der Drosselvorrichtung in Fig. 1-3,

Fig. 5 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 4 eines weiteren Ausführungsbeispiels des Drosselorgans,

Fig. 6 ausschnittweise einen Schnitt einer Abwicklung der einander zugekehrten Enden der Drosselorgane der Drosselvorrichtung in Fig. 1-3,

Fig. 7 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 6 gemäß einer modifizierten Ausbildung der Drosselorganenden,

Fig. 8 ausschnittweise eine perspektivische Ansicht der Drosselvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiels in Explosionsdarstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellte Drosselvorrichtung für ein strömendes Medium wird z. B. zum Einbau in das Kraftstoffaufbereitungssystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere in den Luftansaugstutzen, verwendet. Sie kann aber auch wie die eingangs beschriebene bekannte Drosselvorrichtung in einer Bypaßleitung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine verwendet werden.

Wie die Explosionsdarstellung gemäß Fig. 1 und die Schnittdarstellung gemäß Fig. 3 zeigen, weist die Drosselvorrichtung ein Gehäuse 11 mit zwei Gehäuseöffnungen 12, 13 auf, die wahlweise als Einlaß oder Auslaß für das strömende Medium genutzt werden können. In dem Ausführungsbeispiel der Drosselvorrichtung gemäß Fig. 1-3 wird entsprechend der in Fig. 3 eingezeichneten Strömungsrichtung des Mediums gemäß der Pfeile 14 die Gehäuseöffnung 12 als Einlaß und die Gehäuseöffnung 13 als Auslaß verwendet. Das Gehäuse 11 ist aus zwei Gehäuseteilen 111 und 112 zusammengesetzt, wobei die beiden Gehäuseteile 111 und 112 in einer zur Gehäuseachse quer verlaufenden Ebene aneinanderstoßen, miteinander verrastet und ggf. ultraschallverschweißt sind. Selbstverständlich können die beiden Gehäuseteile 111 und 112 auch durch andere Verbindungsmittel oder -verfahren miteinander lösbar oder unlösbar zu den kompletten Gehäuse 11 gefügt werden. Die beiden Gehäuseteile 111 und 112 sind aus Kunststoff gefertigt.

Die Drosselvorrichtung weist zwei im Gehäuse 11 zwischen den Gehäuseöffnungen 12, 13 plazierte, koaxial zueinander angeordnete Drosselorgane mit Strömungsfenstern zum Durchtritt eines zwischen den Gehäuseöffnungen 12, 13 durch das Gehäuse 11 strömende Mediumstroms auf, der durch Relativverdrehung der beiden Drosselorgane zueinander zwischen einem Maximum und Null gesteuert werden kann. Jedes Drosselorgan ist als hohler Konus 15 bzw. 16 ausgebildet, wobei die Konen 15, 16 konzentrisch zueinander so angeordnet sind, daß zwischen ihren Mantelflächen 151 und 161 ein Ringspalt verbleibt. Die Mantelflächen 151 und 161 weisen jeweils zwei diametral angeordnete Strömungsfenster 17 bzw. 18 auf. Der äußere Konus 15 ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 1-3 einstückig mit dem Gehäuseteil 111 des Gehäuses 11 ausgeführt und im Ausführungsbeispiel der Fig. 8 als eigenständiges Bauteil in den Gehäuseteil 111 eingesetzt und darin geeignet befestigt. Der innere Konus 15 ist gegenüber dem äußeren Konus 16 verdrehbar ausgebildet und wird im Schließbereich der Drosselvorrichtung noch zusätzlich axial verschoben, wobei die axiale Verschiebung aus der Verdrehbewegung des inneren Konus 15 abgeleitet wird. Der Schließbereich der Drosselvorrichtung ist derjenige Verdrehbereich des inneren Konus 15, in dem die Strömungsfenster 17, 18 in den Konen 15, 16 sich nicht überdecken. Die beiden Konen 15, 16 sind so im Gehäuse 11 angeordnet, daß der äußere Konus 16 von einer mit der Gehäuseöffnung 13 in Verbindung stehenden Gehäusekammer 19 umschlossen ist und der innere Konus 15 mit der Gehäuseöffnung 12 in Verbindung steht, wobei im Ausführungsbeispiel der Fig. 1-3 die eine offene Stirnseite des inneren Konus 15 deckungsgleich mit der Gehäuseöffnung 12 ist. An dem von dieser Stirnseite abgekehrten Ende ist der innere Konus 15 mit einem kegelförmigen Konusboden 152 abgeschlossen. Die gemeinsame Achse der Konen 15, 16 fluchtet mit den beiden Achsen der Gehäuseöffnungen 12, 13.

Zum Verdrehen des inneren Konus 15 relativ zu dem feststehenden äußeren Konus 16 ist im Gehäuse 11 ein elektrischer Stellmotor 20 angeordnet. Der Stellmotor 20 ist in einem Motorgehäuse 21 integriert, das seinerseits im Gehäuseteil 112 des Gehäuses 11 so befestigt ist, daß die Abtriebswelle 22 des Stellmotors 20 nach Zusammensetzen der beiden Gehäuseteile 111, 112 in den Gehäuseteil 112 hineinragt. Der mit seinem Kegel in das Innere des inneren Konus 15 hineinragende Konusboden 152 trägt auf seiner Außenseite einen mit dem Konusboden 152 einstückigen koaxialen Zapfen 23, der auf das in den Gehäuseteil 111 hineinragende Ende der Abtriebswelle 22 lose aufgesteckt ist und als Führung für die Abtriebswelle 22 dient. Die Abtriebswelle 22 ist in einem Lagerschild 24 drehbar aufgenommen und trägt ein drehfestes Antriebsritzel 25, das mit einem Zwischenrad 26 kämmt (Fig. 1 und 8). Das Zwischenrad 26 ist auf einer am Lagerschild 24 abstehenden Achse 27 drehbar gehalten und greift seinerseits in ein Zahnsegment 28 ein, das außen am Konusboden 152 angeordnet ist. Die beiden Konen 15, 16, das Motorgehäuse 21, das Lagerschild 24 sowie das aus Antriebsritzel 25, Zwischenrad 26 und Zahnsegment 28 bestehende Getriebe zwischen der Abtriebswelle 22 und dem verdrehbaren inneren Konus 15 sind aus Kunststoff gefertigt. Das Zahnsegment 28 und der Zapfen 23 sind dabei an den inneren Konus 15 mit angespritzt.

Wie in Fig. 1 und 3 zu sehen ist, ist auf dem Zapfen 23 eine als zylinderförmige Schraubendrehfeder ausgebildete Rückstellfeder 29 für den inneren Konus 15 aufgenommen, deren eines Federende 291 am Konusboden 152 und deren anderes Federende 292 am äußeren Konus 16 festgelegt ist. Die Anordnung der Rückstellfeder 29 ist so getroffen, daß sie bei nicht aktiviertem Stellmotor 20 den inneren Konus 15 in eine Verdrehlage zurückstellt, in welcher die Drosselvorrichtung schließt und den Mediumstrom zwischen den Gehäuseöffnung 12 und 13 sperrt. Hierbei nimmt der innere Konus 15 eine solche Verdrehlage ein, daß sich die Strömungsfenster 17, 18 in den Koren 15, 16 nicht überdecken. Um in dieser Verdrehlage eine auch nur geringe Strömung von den Strömungsfenstern 18 im Konus 16 entlang des zwischen den Mantelflächen 151 und 161 bestehenden Ringspalts zu den Strömungsfenstern 17 im inneren Konus 15 zu unterbinden, ist jedem Strömungsfenster 17 eine umlaufende Dichtung 30 zugeordnet, die auf der dem äußeren Konus 16 zugekehrten Außenseite der Mantelfläche 151 des inneren Konus 15 befestigt ist. Bei geeigneter Wahl des Dichtungsmaterials entsteht dadurch zwischen den beiden sich relativ zueinander verdrehenden Konen 15, 16 nur eine vernachlässigbare Reibung.

Wie schon eingangs erwähnt, erfährt der innere Konus 15 bei seinem Eindrehen in seine die vollständige Schließung der Drosselvorrichtung bewirkende Drehlage eine Axialverschiebung, bei welcher der innere Konus 15 tiefer in den äußeren Konus 16 eingeschoben wird, so daß der zwischen den Mantelflächen 151, 161 der Konen 15, 16 bestehende Ringspalt aufgehoben wird. Hierzu ist einerseits an dem der Gehäuseöffnung 12 zugekehrten Ende des äußeren Konus 16 ein radial nach innen vorspringender Ringsteg 31 (Fig. 8) ausgebildet, der bei der einstückigen Ausbildung des äußeren Konus 16 mit dem Gehäuse 11 gemäß Fig. 1-3 am Gehäuseteil 111 angeformt ist und die Gehäuseöffnung 12 umschließt, und andererseits der innere Konus 15 mit seiner vom Konusboden 152 abgekehrten kreisringförmigen Stirnfläche 152 durch die als Federelement mit axialer Federkraft wirkende Rückstellfeder 29 gegen den Ringsteg 31 axial vorgespannt. Zwischen dem Ringsteg 31 und der Stirnfläche 153 ist mindestens ein axial vorstehendes Eintauchglied 32 und mindestens ein damit korrespondierendes, axial zurückversetztes Aufnahmeglied 33 vorgesehen, von denen eines am Ringsteg 31 und das andere an der Stirnfläche 153 angeordnet ist. In dem Ausführungsbeispiel der Drosselvorrichtung gemäß Fig. 1-4 ist das mindestens eine Eintauchglied 32 durch drei auf der kreisringförmigen Stirnfläche 153 um 120° versetzt angeordnete, stiftartige Nocken 34 gebildet, deren freie Stirnenden kugelkappenförmig abgerundet sind (Fig. 4). Eine andere Anzahl von Nocken mit einem entsprechenden anderen Versatz ist möglich. Das mindestens eine Aufnahmeglied in dem Ringsteg 31 ist durch drei ebenfalls um 120° zueinander versetzt angeordnete Aussparungen 35 im Ringsteg 31 realisiert, deren eine Flanke 351 rampenartig abgeschrägt ist. Zur Verdeutlichung der konstruktiven Gestaltung von Eintauchglied 32 und Aufnahmeglied 33 ist in Fig. 6 ein Schnitt einer Abwicklung von Ringsteg 31 und Ende des inneren Konus 15 mit kreisringförmiger Stirnfläche 153 ausschnittweise dargestellt. Der innere Konus 15 ist dabei soweit verdreht, daß er kurz vor dem Schließbereich der Drosselvorrichtung liegt. Die Nocken 34 liegen dabei unter der von der Rückstellfeder 29 erzeugten axialen Verschiebekraft, die in Fig. 6 durch Pfeil 36 symbolisiert ist, an dem Ringsteg 31 an und halten damit den inneren Konus 15 gegen die axiale Verschiebekraft der Rückstellfeder 29 in seiner Position, in welcher zwischen den beiden Konen 15, 16 ein die Reibung zwischen den Mantelflächen 151, 161 der Konen 15, 16 vermeidender Ringspalt besteht. In dieser Position kann der Konus 15, mit nur geringer Stellkraft durch den elektronischen Stellmotor 20 verdreht und so der Durchflußstrom des Mediums gesteuert werden. Wird der innere Konus 15 weiter in Richtung Schließstellung gedreht (in Fig. 6 nach oben), so gleiten die Nocken 34 über die Flanken 351 in die Aussparungen 35, und der innere Konus 15 wird axial verschoben, so daß die Mantelflächen 151, 161 in Anlage zueinander kommen und jeglicher Luftdurchtritt zwischen den Mantelflächen 151, 161 hindurch unterbunden ist. Zusätzlich ist noch auf der kreisringförmigen Stirnfläche 153 ein Dichtungsring 37 angeordnet, der im Bereich der Nocken 34 ausgespart ist und sich beim Vorschieben des inneren Konus 15 an den Ringsteg 31 anlegt (Fig. 4 und 6).

Selbstverständlich ist es möglich, die Anordnung von Nocken 34 und Aussparungen 35 zu tauschen und die Nocken 34 am Ringsteg 31 und die Aussparungen 35 in der kreisringförmigen Stirnfläche 153 des inneren Konus 15 auszubilden.

Bei der Verwendung der Drosselvorrichtung im Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine können sog. Saugrohrpatscher (Backfirings) auftreten, die eine hohe Druckwelle im Innern der Drosselvorrichtung, teilweise mit Hitzerückschlag, auslösen und zu Schädigungen der Drosselvorrichtung führen können. Zum Schutz vor solchen Saugrohrpatschern ist an einem Ende der beiden Konen 15, 16 zwischen diesen eine Ringdichtung 38 vorgesehen, die den Ringspalt zwischen den Mantelflächen 151, 161 der beiden Konen 15, 16 abdichtet. Im Ausführungsbeispiel der Drosselvorrichtung gemäß Fig. 1-4 ist diese Ringdichtung 38 (Fig. 4) außen auf der Mantelfläche 151 des inneren Konus 15 an dem die kreisringförmige Stirnfläche 153 tragende Ende des inneren Konus 15 befestigt. Möglich ist auch die Anordnung der Ringdichtung 38 am anderen Ende des inneren Konus 15, wie dies in Fig. 5 illustriert ist.

Der in Fig. 5 perspektivisch dargestellte innere Konus 15' kann anstelle des in Fig. 4 dargestellten inneren Konus 15 in der Drosselvorrichtung gemäß Fig. 1-3 verwendet werden. Der Konus 15' besteht nicht wie der Konus 15 gemäß Fig. 4 aus einem geschlossenen Konusmantel mit zwei diametralen Ausnehmungen für die Strömungsfenster 17 sondern aus einer Gitterstruktur, die sich aus zwei voneinander beabstandeten Ringen 40, 41 unterschiedlichen Durchmessers und aus die beiden Ringe 40, 41 miteinander verbindenden Stegen 42, die in einer Kegelmantelebene um gleiche Umfangswinkel zueinander versetzt angeordnet sind, zusammensetzt. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 sind insgesamt vier Stege 42 vorhanden, die den Kegelmantel in vier getrennte Felder unterteilen, die jeweils in Axialrichtung durch die Ringe 40, 41 und in Umfangsrichtung durch die Stege 42 begrenzt sind. Zwei dieser Felder bilden die beiden sich diametral gegenüberliegenden Strömungsfenster 17, und die beiden anderen Felder sind mit einer flexiblen Schicht 43 aus einem Dichtungsmaterial verschlossen. Die gewählte Schichtdicke erlaubt dabei eine Einwölbung der flexiblen Schicht 43 nach innen unter der Wirkung eines im Inneren des inneren Konus 15' entstehenden Unterdrucks. Durch diese Einwölbung wird die flexible Schicht 43 von ihrer Anlage an der Mantelfläche 161 des äußeren Konus 16 abgehoben und so die Reibung zwischen den Konen 15', 16 reduziert.

Für die axiale Abstützung des inneren Konus 15' an dem Ringsteg 31 des äußeren Konus 16 gegen die axiale Verschiebekraft der Rückstellfeder 29 sind an der kreisringförmigen Stirnfläche 153 des Konus 15', also an der kreisringförmigen freien Stirnfläche des durchmesserkleineren Rings 40, wiederum Eintauchglieder 32 angeordnet, die hier als drei um 120° Umfangswinkel zueinander versetzt angeordnete, rampenartig ansteigende, axiale Vorsprünge 44 ausgebildet sind. Wie die in Fig. 7 ausschnittweise im Schnitt dargestellten Abwicklungen von Ring 40 und Ringsteg 31 am äußeren Konus 16 zeigen, sind die entsprechenden Aufnahmeglieder 33 im Ringsteg 31 als Vertiefungen 45 ausgebildet, die die Vorsprünge 44 formschlüssig aufnehmen können, so daß nunmehr in der Schließstellung des inneren Konus 15', wie diese in Fig. 7 dargestellt ist, die Vorsprünge 44 in die Vertiefungen 45 eintauchen und die kreisringförmige Stirnfläche 153 unter Zwischenlage des Dichtungsrings 30, der wiederum im Bereich der Vorsprünge 44 ausgespart ist, an dem Ringsteg 31 anliegt.

Um Staub-, Ruß- oder Schmutzpartikel, die sich zwischen den Mantelflächen 151, 161 der Konen 15 bzw. 15', 16 absetzen und zu Undichtigkeiten in der Schließstellung der Drosselvorrichtung führen können, zu entfernen, ist vorgesehen, daß in einer bei stillstehender Brennkraftmaschine eingeleiteten Reinigungsphase der Drosselvorrichtung der elektrische Stellmotor 20 in Vibration versetzt wird, in welcher er eine oszillierende Schwenkbewegung des inneren Konus 15 bzw. 15' in einem kleinen Schwenkbereich herbeiführt. Um diese oszillierende Schwenkbewegung des inneren Konus 15 bzw. 15' zu ermöglichen, müssen die Aufnahmeglieder 33 im Ringsteg 31 eine solche oszillierende Bewegung der einliegenden Eintauchglieder 32 ermöglichen können. Wie Fig. 6 und 7 zeigen, sind daher die Aussparungen 35 bzw. die Vertiefungen 45 im Ringsteg 31 in Umfangsrichtung gesehen wesentlich breiter ausgeführt als dies für die Aufnahme des Nockens 34 oder des Vorsprungs 44 erforderlich wäre.

Um Verwirbelungen des Mediumstroms in der Gehäusekammer 19 zu vermeiden, kann beim Fügen der beiden Gehäuseteile 111, 112 zu dem Gehäuse 11 in die Fügeebene noch eine Schlitzscheibe 46 eingesetzt werden, wie dies in Fig. 1 und 3 zu sehen ist. Diese Schlitzscheibe 46 sorgt für eine weitgehend laminare Strömung im Bereich des die Gehäuseöffnung 13 aufweisenden Gehäuseteils 112. Zusätzlich können auch noch Stromleitelemente 47, z. B. in Form von auf dem Motorgehäuse 21 angeordneten, sich axial erstreckenden Rippen, vorgesehen werden. Diese Rippen dienen dann gleichzeitig zur Abfuhr von im Stellmotor 20 entstehenden Wärmeverlusten.

Die in Fig. 8 perspektivisch und ausschnittweise dargestellte Drosselvorrichtung stimmt weitgehend mit der vorstehend beschriebenen Drosselvorrichtung überein, so daß gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Sie ist nur insoweit modifiziert, als der äußere Konus 16 nicht integraler Teil des Gehäuses 11 sondern ein separates Bauteil ist, das in geeigneter Weise im Gehäuseteil 111 befestigt wird. Der Ringsteg 31 zur axialen Anlage der kreisringförmigen Stirnfläche 153 des inneren Konus 15 ist - wie aus Fig. 8 ersichtlich - an dem der Gehäuseöffnung 12 im Gehäuseteil 111 zugekehrten Stirnende des äußeren Konus 16 ausgebildet. Auf die Darstellung der in dem Ringsteg 31 eingearbeiteten Aufnahmeglieder 33 für die Eintauchglieder 32 an der Stirnfläche 153 des inneren Konus 15 ist verzichtet worden.

Bei geeigneter Ausgestaltung der Zu- und Abluftgeometrie der Drosselvorrichtung, z. B. als integraler Bestandteil des Luftansaugstutzens oder der Bypassleitung, kann auf das Gehäuse 11 verzichtet werden und die gehäuselose Drosselvorrichtung als sog. "stand-alone"-Komponente für die Integration am Einbauort angeboten werden.

Claims (21)

1. Drosselvorrichtung für ein strömendes Medium mit einem Ein- und Auslaß und mit zwei dazwischen zueinander koaxial angeordneten Drosselorganen, die jeweils mindestens ein Strömungsfenster (17, 18) zum Durchtritt eines vom Ein- zum Auslaß strömenden Mediumstroms aufweisen und zum Steuern des Mediumstroms relativ zueinander verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Drosselorgan als hohler Konus (15, 16) mit einem das mindestens eine Strömungsfenster (17, 18) enthaltenden Konusmantel (151, 161) ausgebildet ist, daß die Konen (15, 16) konzentrisch zueinander mit Spaltabstand zwischen ihren Konusmänteln (151, 161) angeordnet und relativ zueinander axial verschiebbar sind und daß an mindestens einem Konus (15) angreifende Verschiebemittel vorgesehen sind, die in einem durch die sich nicht überdeckenden Strömungsfenster (17, 18) definierten Schließbereich der Drosselvorrichtung wirksam sind und eine axiale Relativverschiebung der Konen (15) in eine den Spaltabstand zwischen den Konusmänteln (151, 161) reduzierende Richtung herbeiführen.

2. Drosselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebemittel so ausgebildet sind, daß die axiale Relativverschiebung aus der Verdrehung mindestens eines Konus (15) erzwungen wird.

3. Drosselvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebemittel einen Anschlag und einen damit zusammenwirkenden Gegenanschlag, von denen jeweils einer an einem der Konen (15, 16) angeordnet ist, sowie ein Anschlag und Gegenanschlag in Achsrichtung der Konen (15, 16) aneinanderdrückendes Federelement aufweisen und daß zwischen Anschlag und Gegenanschlag mindestens ein axial vorstehendes Eintauchglied (32) und mindestens ein damit korrespondierendes, axial zurückversetztes Aufnahmeglied (33) vorgesehen sind, von denen eines am Anschlag und eines am Gegenanschlag so angeordnet ist, daß im Schließbereich der Drosselvorrichtung das Eintauchglied (32) in das Aufnahmeglied (33) eintaucht.

4. Drosselvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der beiden Glieder (32, 33) mit einer in Umfangsrichtung der Konen (15, 16) sich erstreckenden Auflaufschräge versehen ist, die so angeordnet ist, daß bei Verlassen des Schließbereichs der Drosselvorrichtung das andere Glied (32, 33) auf die Auflaufschräge aufläuft.

5. Drosselvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Anschlag von einer kreisringförmigen Stirnfläche (153) des inneren Konus (15) und der Gegenanschlag von einem am äußeren Konus (16) angeordneten, radial nach innen vorspringenden Ringsteg (31) gebildet ist.

6. Drosselvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintauchglied (32) als ein an der Stirnfläche (153) abstehender Nocken (34) und das Aufnahmeglied (33) als eine in den Ringsteg (31) eingearbeitete Aussparung (35) mit einer abgeschrägten Flanke (351) ausgebildet ist.

7. Drosselvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintauchglied (32) als ein rampenartig ansteigender Vorsprung (44) an der Stirnfläche (153) und das Aufnahmeglied (33) als eine in den Ringsteg (31) eingearbeitete, den Vorsprung (44) aufnehmende Vertiefung (46) ausgebildet ist.

8. Drosselvorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ringsteg (31) und Stirnfläche (153) ein Dichtungsring (37) angeordnet ist, der an einem der Konen (15) befestigt und im Bereich des von dem Konus (15) getragenen Glieds (32) ausgespart ist.

9. Drosselvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Konus (15) auf seiner dem anderen Konus (16) zugekehrten Mantelfläche (151) einen das mindestens eine Strömungsfenster (17) umschließenden Dichtungsring (30) trägt.

10. Drosselvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende der beiden Konen (15, 16) zwischen den einander zugekehrten Flächen der Konusmäntel (151, 161) eine Ringdichtung (38) angeordnet ist, die auf einer der einander zugekehrten Flächen der Konusmäntel (151) befestigt ist.

11. Drosselvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Konus (16) feststehend und der andere Konus (15) um eine gemeinsame Konusachse verdrehbar und längs der Konusachse verschiebbar ausgebildet ist.

12. Drosselvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Konus (16) der äußere der beiden Konen (15, 16) ist und in einem Gehäuse (11) mit zwei, Ein- und Auslaß bildenden Gehäuseöffnungen (12, 13) so integriert ist, daß eine Gehäuseöffnung (13) mit einer den äußeren Konus (16) umgebenden Gehäusekammer (19) und eine Gehäuseöffnung (12) mit dem Innern des inneren Konus (15) jeweils in Verbindung steht, und daß der innere Konus (15) an seinem von der Gehäuseöffnung (12) abgekehrten Ende durch einen Konusboden (152) verschlossen ist.

13. Drosselvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Konus (16) einstückig mit dem Gehäuse (11) ausgeführt ist.

14. Drosselvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (11) ein elektrischer Stellmotor (20) mit einer Abtriebswelle (22) angeordnet ist und daß die Abtriebswelle (22) über ein Zwischengetriebe (25-28) mit dem inneren Konus (15) gekoppelt ist.

15. Drosselvorrichtung nach einem der Ansprüche 12-14, dadurch gekennzeichnet, daß am inneren Konus (15) eine Rückstellfeder (29) angreift, die den inneren Konus (15) mit einer Federkraft beaufschlagt, die eine Drehung des inneren Konus (15) in Richtung Schließstellung der Drosselvorrichtung bewirkt.

16. Drosselvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das die Konen (15, 16) verschiebende Federelement an dem inneren Konus (15) angreift und von der Rückstellfeder (29) gebildet ist.

17. Drosselvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (29) als zylinderförmige Schraubendrehfeder ausgebildet ist.

18. Drosselvorrichtung nach einem der Ansprüche 15-17, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (29) und ein Zahnsegment (28) des Zwischengetriebes (25-28) an der Außenseite des Konusbodens (152) des inneren Konus (15) angeordnet sind.

19. Drosselvorrichtung nach einem Ansprüche 14-18, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Stellmotor (20) in einem Motorgehäuse (21) aufgenommen ist, das im Gehäuse (11) mit einer zu der gemeinsamen Achse der Konen (15, 16) fluchtenden Gehäuseachse befestigt ist.

20. Drosselvorrichtung nach einem der Ansprüche 12-19, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) zwei Gehäuseteile (111, 112) aufweist, daß der eine Gehäuseteil (112) die eine Gehäuseöffnung (13) und das Motorgehäuse (21) enthält und der andere Gehäuseteil (111) die andere Gehäuseöffnung (12) und den äußeren Konus (16) aufweist und daß die beiden Gehäuseteile (111, 112) in einer sich quer zu der gemeinsamen Achse der Konen (15, 16) erstreckenden Ebene aneinandergesetzt sind.

21. Drosselvorrichtung nach einem der Ansprüche 12-20, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der den Einlaß bildenden Gehäuseöffnung (12) in Verbindung stehende Konus (15') als Gitterstruktur aus zwei axial voneinander beabstandeten Ringen (40, 41) und die Ringe (40, 41) miteinander verbindenden Stegen (42) ausgeführt ist und daß die von den Ringen (40, 41) und Stegen (42) eingeschlossenen Felder im Konusmantel (151) mit Ausnahme mindestens eines das Strömungsfenster (17) bildenden Feldes mit einer flexiblen Schicht (43) aus einem Dichtungsmaterial verschlossen sind.