DE102004062924B4 - setting device - Google Patents
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Abstract
Stelleinrichtung
für in
Kraftfahrzeugen verwendete Klappen, insbesondere Drall-, Drossel-
oder Abgasklappen, mit
einem eine Antriebswelle (12) drehenden
Elektromotor (10),
einer mit der Klappe verbundenen Abtriebswelle,
einer
zwischen der Antriebswelle (12) und der Abtriebswelle angeordneten
Getriebeeinrichtung (14, 18), und
einer Positionserfassungseinrichtung
zur Erfassung der Position der Abtriebswelle, wobei die Positionserfassungseinrichtung
zum Erfassen einer Position mindestens einen Positionsschalter (34,
40; 36, 40) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die
Positionserfassungseinrichtung zusätzlich eine mit der Antriebswelle
(12) verbundene Zähleinrichtung
(28, 30) zum Zählen
der Umdrehungen der Antriebswelle aufweist.Control device for flaps used in motor vehicles, in particular swirl, throttle or exhaust valves, with
an electric motor (10) rotating a drive shaft (12),
an output shaft connected to the flap,
a between the drive shaft (12) and the output shaft arranged transmission means (14, 18), and
a position detection device for detecting the position of the output shaft, wherein the position detection device for detecting a position has at least one position switch (34, 40, 36, 40),
characterized in that
the position detecting means additionally comprises a counter (28, 30) connected to the drive shaft (12) for counting the revolutions of the drive shaft.
Description
Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung für in Kraftfahrzeugen verwendete Klappen.The The invention relates to an adjusting device for vehicles used in motor vehicles Flaps.
In Kraftfahrzeugen werden sowohl im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine als auch im Abgassystem unterschiedliche Klappen, wie Drall-, Drossel- und Abgasklappen eingesetzt. Um die Klappen in eine gewünschte Position zu bringen, sind diese mit einer Steileinrichtung verbunden. Die Stelleinrichtung weist üblicherweise einen eine Antriebswelle drehenden Elektromotor auf. Die Antriebswelle ist über eine Getriebeeinrichtung mit einer Abtriebswelle verbunden. Die Abtriebswelle ist unmittelbar oder mittelbar, beispielsweise über ein zwischengeschaltetes Getriebe oder ein zwischengeschaltetes Gestänge mit der Klappe bzw. einer Schwenkachse der Klappe verbunden.In Motor vehicles are used both in the intake system of the internal combustion engine as well as in the exhaust system different flaps, such as swirl, throttle and exhaust flaps used. To move the flaps to a desired position to bring, these are connected with a steep device. The Actuator usually has a drive shaft rotating electric motor. The drive shaft is over a transmission device connected to an output shaft. The Output shaft is directly or indirectly, for example via a intermediate gear or an intermediate linkage with the flap or a pivot axis of the flap connected.
Um die Winkellage, d.h. die Position der Klappe feststellen zu können, ist es bekannt, innerhalb der Stelleinrichtung ein Potentiometer vorzusehen. Das Vorsehen eines Potentiometers weist jedoch den Nachteil auf, dass es auf Grund der vorhandenen Schleifkontakte starkem Verschleiß unterliegt.Around the angular position, i. it is possible to determine the position of the flap it is known to provide a potentiometer within the actuator. However, the provision of a potentiometer has the disadvantage that it is subject to heavy wear due to the existing sliding contacts.
Zum
Bestimmen von Endpositionen einer Klappe, wie den Positionen "offen" oder "geschlossen", ist es ferner aus
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stelleinrichtung für in Kraftfahrzeugen verwendete Klappen zu schaffen, mit der auf einfache Weise auch Zwischenpositionen der Klappen bestimmt bzw. angefahren werden können.task The invention is an adjusting device used in motor vehicles To create flaps, with the intermediate positions easily the flaps can be determined or approached.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.The solution The object is achieved according to the invention by the features of the claim 1.
Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung, die insbesondere zum Stellen von Drall-, Drossel- oder Abgasklappen sowie für Drehschieberventile geeignet ist, weist erfindungsgemäß eine Positionserfassungseinrichtung auf. Die Positionserfassungseinrichtung umfasst neben mindestens einem Positionsschalter zum Erfassen einer Position, insbesondere einer Endposition, eine mit der Antriebswelle der Stelleinrichtung verbundene Zähleinrichtung zum Zählen der Umdrehungen der Antriebswelle. Mit Hilfe der Zähleinrichtung ist es somit möglich, die Umdrehungen einer von einem Elektromotor angetriebenen Antriebswelle zu zählen. Durch das Vorsehen des mindestens einen Positionsschalters ist es ferner möglich, eine Position zu bestimmen. In Abhängigkeit des Übersetzungsverhältnisses der zwischengeschalteten Getriebeeinrichtung ist bekannt, um welchen Winkel die mit der Klappe verbundene Abtriebswelle durch eine Umdrehung der Antriebswelle gedreht wird. Ausgehend von einer Endposition ist es somit durch Zählen der Umdrehungen der Antriebswelle möglich, eine Zwischenposition der Klappe zu bestimmen bzw. anzufahren.The adjusting device according to the invention, in particular for setting swirl, throttle or exhaust flaps also for Rotary slide valves is suitable, according to the invention comprises a position detection device on. The position detection device comprises at least next a position switch for detecting a position, in particular a End position, one connected to the drive shaft of the actuator counting to count the revolutions of the drive shaft. With the help of the counting device is it thus possible the revolutions of a driven by an electric motor drive shaft to count. By providing the at least one position switch it is furthermore possible, to determine a position. Depending on the gear ratio the intermediate gear device is known to which Angle the output shaft connected to the flap by one turn the drive shaft is rotated. Starting from an end position is it thus by counting the revolutions of the drive shaft possible, an intermediate position to determine or approach the flap.
Vorzugsweise ist hierzu eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, die mit dem mindestens einen Positionsschalter sowie der Zähleinrichtung verbunden ist.Preferably For this purpose, an evaluation device is provided, which with the at least a position switch and the counter is connected.
Das Vorsehen nur eines Positionsschalters ist beispielsweise beim Anfahren unterschiedlicher Winkelstellungen, ausgehend von einer definierten Position bzw. einem Nullpunkt, möglich. Dies ist insbesondere bei 360°-Anwendungen möglich, bei denen ausgehend von einer definierten Position bzw. im definierten Nullpunkt ein Winkel mit Hilfe der erfindungsgemäßen Zähleinrichtung angefahren wird. Mit Hilfe der Auswerteeinrichtung ist es hierbei ferner möglich, durch Steuern der Drehrichtung des Motors den kleineren Winkel bzw. den kürzeren Weg zu verfahren. Dies ist insbesondere bei Drehschieberventilen vorteilhaft. Beispielsweise kann ein Drehschieberventil in dem Abgasrückführbereich mit gleichzeitiger Kühler-Bypassregelung verwendet werden. Hierdurch ist es möglich, unterschiedliche Abgastemperaturen oder Abgasmengen gleichzeitig zu steuern.The Providing only one position switch, for example, when starting different angular positions, starting from a defined position or a zero point, possible. This is especially true for 360 ° applications possible, in which, starting from a defined position or in the defined Zero point an angle is approached using the counter according to the invention. With the help of the evaluation it is also possible by Controlling the direction of rotation of the motor the smaller angle or the shorter Way to go. This is especially true with rotary valves advantageous. For example, a rotary valve in the exhaust gas recirculation area used with simultaneous radiator bypass control become. This makes it possible Different exhaust gas temperatures or exhaust gas quantities at the same time to control.
Insbesondere bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung für Klappen sind vorzugsweise zwei Positionsschalter, insbesondere zum Erfassen von Endpositionen, wie beispielsweise "Klappe offen" und "Klappe geschlossen" vorgesehen. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Zähleinrichtung können sodann Zwischenpositionen zwischen diesen beiden Endpositionen angefahren werden.Especially when using the adjusting device according to the invention for flaps are preferably two position switches, in particular for detecting of end positions, such as "flap open" and "flap closed" provided. With the help of the counter according to the invention can then intermediate positions between these two end positions approached become.
Besonders bevorzugt ist es, als Zähleinrichtung einen mit der Antriebswelle verbundenen Magneten vorzusehen, der mit einem ortsfesten Sensor zur Magnetfelderfassung zusammenwirkt. Bei dem Sensor handelt es sich vorzugsweise um einen Hall-Sensor bzw. Hall-Schalter. Durch den ortsfesten Sensor wird eine Magnetfeldänderung detektiert, die beim Vorsehen eines einfachen Magneten jeweils einer Umdrehung der Antriebswelle entspricht. Insbesondere bei Elektromotoren mit hoher Drehzahl und einem entsprechenden Übersetzungsverhältnis der Getriebeeinrichtung kann durch das Vorsehen eines einfachen Magneten eine ausreichende Genauigkeit der zu bestimmenden Winkellage erzielt werden. Um diese Genauigkeit weiter zu erhöhen bzw. um Elektromotoren mit geringerer Drehzahl einsetzen zu können, kann ein mehrpoliger Magnet vorgesehen sein. Jede durch den Sensor detektierte Magnetfeldänderung entspricht somit dann keiner vollständigen Umdrehung der Antriebswelle, sondern einer Drehung der Antriebswelle um einen bestimmten Winkel. Bei einem beispielsweise 18-poligen, mit der Antriebswelle verbundenen Magneten entspricht eine Magnetfeldänderung somit einer Drehung der Antriebswelle um 20°. Je nach Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung entspricht dies einer Winkeländerung der Klappe um nur wenige Grad. Es ist somit auf einfache Weise möglich, die Position der Klappe exakt zu bestimmen.It is particularly preferred to provide a counting device with a magnet connected to the drive shaft, which cooperates with a stationary sensor for magnetic field detection. The sensor is preferably a Hall sensor or Hall switch. By the stationary sensor, a magnetic field change is detected, which corresponds to the provision of a simple magnet in each case one revolution of the drive shaft. In particular, in electric motors with high speed and a corresponding transmission ratio of the transmission device can by providing a simple magnets sufficient accuracy of the angular position to be determined can be achieved. In order to further increase this accuracy or to use electric motors at a lower speed, a multi-pole magnet can be provided. Each detected by the sensor magnetic field change thus corresponds to no complete rotation of the drive shaft, but a rotation of the drive shaft by a certain angle. In an example, 18-pin, connected to the drive shaft magnet corresponds to a magnetic field change thus a rotation of the drive shaft by 20 °. Depending on the configuration of the transmission device, this corresponds to an angle change of the flap by only a few degrees. It is thus possible in a simple manner, to determine the position of the flap exactly.
Die vorzugsweise zwei Positionsschalter zum Erfassen der Position, insbesondere der beiden Endpositionen weisen vorzugsweise jeweils einen Magneten, insbesondere einen Stiftmagneten auf, wobei die Magnete in einem Abstand zur Abtriebswelle mit dieser verbunden sind. Vorzugsweise sind die Magnete mit einem mit der Abtriebswelle verbundenen Zahnrad verbunden. Vorzugsweise wirken die Magnete mit einem gemeinsamen ortsfesten Sensor, insbesondere einem Hall-Schalter, zusammen. Durch den Sensor wird somit ein Magnetfeld erfasst, so dass eine Position bestimmt werden kann. Hierbei sind die vorzugsweise zwei Stiftmagnete vorzugsweise unterschiedlich ausgerichtet, so dass auf Grund der Richtung des Magnetfeldes bestimmt werden kann, um welche Position es sich handelt.The preferably two position switches for detecting the position, in particular the two end positions preferably each have a magnet, In particular, a pin magnet, wherein the magnets in one Distance to the output shaft connected to this. Preferably are the magnets with a gear connected to the output shaft connected. Preferably, the magnets act with a common stationary sensor, in particular a Hall switch together. By The sensor is thus detected a magnetic field, so that a position can be determined. These are preferably two pin magnets preferably oriented differently, so that due to the Direction of the magnetic field can be determined to which position it is about.
Bei der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung handelt es sich somit um eine Stelleinrichtung, mit der unterschiedliche Winkel, vorzugsweise im Bereich von 20–350°, angefahren werden können. Wie vorstehend ausgeführt, sind auch 360°-Steileinrichtungen möglich. Hierbei erfolgt die Erfassung der Winkel vorzugsweise berührungslos. Durch eine bevorzugte Anordnung des mindestens einen Stiftmagnets an einem mit der Abtriebswelle verbundenen Zahnrad können auf einfache Weise vorzugsweise zwei Endpositionen definiert werden. Die beiden Endpositionen oder eine beliebige andere Position können somit auf einfache Weise, je nach Kundenanforderung, durch unterschiedliche Positionierung der beiden Stiftmagnete variiert werden.at the adjusting device according to the invention acts It is thus an adjusting device, with the different Angle, preferably in the range of 20-350 °, can be approached. As above executed are also 360 ° -teileinrichtungen possible. Here, the detection of the angle is preferably contactless. By a preferred arrangement of the at least one pin magnet on a gear connected to the output shaft can on simple way preferably two end positions are defined. The two end positions or any other position can thus in a simple way, depending on the customer requirement, by different Positioning of the two pin magnets can be varied.
Auf Grund der bevorzugten Anordnung mindestens eines Magnets im Abstand zu der Abtriebswelle und eines Magnets an der Antriebswelle ist es möglich, ein ggf. bestehendes Getriebespiel herauszurechnen. Hierdurch ist es möglich, ein genaueres Anfahren eines Winkels zu realisieren.On Reason the preferred arrangement of at least one magnet in the distance to the output shaft and a magnet on the drive shaft it is possible to calculate any existing gear play. This is it is possible to realize a more accurate approach of an angle.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Steileinrichtung besteht darin, dass diese als rein digitales System realisiert werden kann. Jeder Magnetfeldsensor muss insofern nur zwei Zustände detektieren. Die Änderung des Magnetfelds, die auf Grund von Alterung und auf Grund von äußeren Einflüssen, wie Temperaturschwankungen hervorgerufen werden kann, beeinträchtigt die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung somit nicht.One further advantage of the steepening device according to the invention exists in that it can be realized as a purely digital system. Each magnetic field sensor must detect only two states insofar. The change the magnetic field due to aging and due to external influences, such as Temperature fluctuations can be caused to affect the reliability and accuracy of the adjusting device according to the invention thus Not.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als Magnetfeldsensor ein bipolarer gelatchter Hall-Sensor verwendet. Mit Hilfe eines derartigen Sensors ist es möglich, an einem Stiftmagneten die Drehrichtung zu erkennen. Durch Verwenden eines derartigen Hall-Sensor, der zusätzlich eine Drehrichtungsdetektion ermöglicht, besteht die Möglichkeit, auf unerwünschte Klappenbewegungen reagieren zu können.at a particularly preferred embodiment is used as a magnetic field sensor, a bipolar latched Hall sensor. With the help of such a sensor, it is possible to use a pin magnet to recognize the direction of rotation. By using such a Hall sensor, the additional a direction of rotation detection allows it is possible, on unwanted Flap movements to be able to respond.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein unipolarer Hall-Sensor und zwei gleichgerichtete Magnete verwendet. Hierdurch ist es möglich, die Stellung zwischen den beiden Magneten detektieren zu können, da der Hall-Sensor nur in den Endpositionen schaltet. Eine eindeutige Zuordnung des Arbeitsbereichs ist hierbei durch die unterschiedlichen Winkel möglich, wobei der Arbeitsbereich kleiner als der restliche Winkelbereich ist.at a further preferred embodiment becomes a unipolar Hall sensor and two rectified magnets used. This makes it possible to Detect position between the two magnets, since the Hall sensor only switches in the end positions. A unique one Assignment of the work area is here by the different Angle possible, the working area being smaller than the remaining angular range is.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.following the invention will be described with reference to a preferred embodiment explained in more detail in the accompanying drawings.
Es zeigen:It demonstrate:
Die
Stelleinrichtung weist einen Elektromotor
Zum
Zählen
der Umdrehungen der Antriebswelle
Zur
Bestimmung von Endpositionen sind Endpositionsschalter vorgesehen,
die im dargestellten Ausführungsbeispiel
je Schalter einen Stiftmagneten
Zur
Bestimmung einer Endposition ist auf der Leiterplatte
Es
ist somit mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung möglich, nach
Anfahren einer Endposition durch Zählen der Umdrehungen der Antriebswelle
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