DE102007003314A1

DE102007003314A1 - Stelleinrichtung für eine Abgasstauklappe

Info

Publication number: DE102007003314A1
Application number: DE200710003314
Authority: DE
Inventors: Stefan Keul
Original assignee: Kuester Automotive Control Systems GmbH
Current assignee: Kuester Automotive Control Systems GmbH
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2027-01-18
Also published as: DE102007003314B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung zur Betätigung einer in einer Abgaseinrichtung (10) eines Verbrennungsmotors auf einer Welle (12; 112) schwenkbar gelagerten Klappe. Hierbei ist eine Kopplungseinrichtung (14; 114) vorgesehen, welche antriebsseitig an ein Zug-Druckmittel (18, 20; 118, 120) und abtriebsseitig an die Welle (12; 112) gekoppelt ist. Die mechanische Kopplung zwischen Welle (12; 112) und Zug-Druckmittel (18, 20; 118, 120) ist zur richtungsumkehrenden bidirektionalen Umwandlung von Translationsbewegungen in Drehbewegungen vorgesehen (Figur 3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung zur Betätigung einer in einer Abgaseinrichtung eines Verbrennungsmotors auf einer Welle schwenkbar gelagerten Klappe, insbesondere einer Abgasstauklappe.
Stand der Technik
Ventil- oder Klappenvorrichtungen zur Veränderung des Strömungswegs von Abgasen eines Verbrennungsmotors in einer Abgaseinrichtung, wie etwa in einer Auspuffanlage von Kraftfahrzeugen, sind als solche im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Insbesondere bei Verbrennungsmotoren mit mehr als sechs Zylindern werden abhängig von bestimmten Fahrsituationen einzelne Zylinder abgeschaltet. Im Abgasstrang verstellbar angeordnete Abgasklappen dienen hier zur Aufrechterhaltung eines erforderlichen Gegendrucks in der Abgaseinrichtung.
Ferner ist es möglich, mit Hilfe von verstellbaren Abgasklappen das Motorengeräusch zu beeinflussen, sodass sich dieses bei den unterschiedlichen Betriebszuständen des Motors mit unterschiedlich ab- oder zugeschalteten Zylindern nur geringfügig und kaum wahrnehmbar ändert.
Aus der DE 10 2004 061 381 A1 ist eine Abgasklappeneinrichtung bekannt, bei welcher eine mit der Klappenwelle verbundene Hebeleinrichtung mittels eines Bowdenzugs betätigbar ist. Der Bowdenzug kann hierbei angeblich die zum Öffnen und Schließen der Abgasklappe erforderlichen Zug- und Druckkräfte übertragen.
Der dort als Drahtseil ausgebildete Innenzug des Bowdenzugs ist mit einer Gelenkverbindung an der Hebeleinrichtung angelenkt. Die äußere Ummantelung des Bowdenzugs erstreckt sich bis zu einem Halteelement, welches über Stützelemente beabstandet vom Abgasrohr angeordnet ist. Da das ortsfeste Halteelement, bis zu welchem sich der Außenzug erstreckt, sowohl vom Abgasrohr als auch von der mit der Klappenwelle verbundenen Hebeleinrichtung beabstandet angeordnet ist, lassen sich insbesondere über den Bowdenzug übertragene Druckkräfte nur schwerlich auf die Klappenwelle übertragen.
Vor allem in dem Bereich, in welchem das innere Drahtseil keine Ummantelung aufweist, wird es schon bei nur leichten Druckbeanspruchungen einer Verformung unterliegen, anstatt die vom Bowdenzug übertragbaren Druckkräfte verlustfrei auf die Hebeleinrichtung zu übertragen.
Aus der DE 10 2005 033 601 A1 ist ferner eine elektromechanische Stelleinrichtung für eine Abgasstauklappe bekannt, bei welcher ebenfalls Zug- und Druckkräfte mittels eines Betätigungszuges an die Klappenwelle übertragen werden. Hierbei ist an der Klappeneinrichtung ein federbelastetes Rückstellelement vorgesehen, welches zum Drehen der Klappe ausgebildet ist. Das in Form eines Betätigungs- oder Seilzuges ausgebildete Kraftübertragungselement ist hierbei insbesondere als Zugmittel vorgesehen, sodass letztlich nur eine von einem elektromotorischen Antrieb aufbringbare Zugkraft auf die Klappeneinrichtung übertragen werden muss.
Bei den vorbekannten Stelleinrichtungen für Abgasklappen ist es unter anderem von Nachteil, dass zur Übertragung von Stellkräften, insbesondere von Zug- oder Druckkräften gesonderte kraftübertragende Elemente, die speziell entweder zur Übertragung einer Zugkraft oder einer Druckkraft ausgelegt sind. Demzufolge ist oftmals ein Anbringen weiterer Verstell- oder Rückstellelemente an der Welle der Abgasklappe nötig, um auf die Klappe eine bidirektionale Drehbewegung ausüben zu können. Zudem werden bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zur Klappenbetätigung stets eine Vielzahl unterschiedlich beweglicher und miteinander mechanisch wechselwirkender Funktionsteile verwendet.
Aufgabenstellung
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine eingangs erwähnte Stelleinrichtung für eine Abgasklappe derart weiterzuentwickeln, dass mit einer möglichst geringen Anzahl beweglicher Funktionsteile eine direkte und effiziente Kraftübertragung zur Verfügung gestellt wird. Zudem soll die auf die Stelleinrichtung einwirkende thermische Beanspruchung minimiert und Herstellungs- sowie Montagekosten bzw. -Aufwand reduziert werden. Auch hat die Erfindung eine effiziente und reibungsarme Anbindung von kraftübertragenden Elementen an die Abgasklappe zu Ziel.
Erfindung und vorteilhafte Wirkungen
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit Hilfe einer Stelleinrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Stelleinrichtung gemäß der Erfindung ist zur Betätigung einer in einer Abgaseinrichtung eines Verbrennungsmotors auf einer Welle schwenkbar gelagerten Klappe ausgebildet und weist eine Kopplungseinrichtung auf, die antriebsseitig an ein Zug-Druckmittel und abtriebsseitig an die Welle gekoppelt ist. Dabei ist die Kopplungseinrichtung zur Übertragung einer vom Zug-Druckmittel ausgehenden Zugkraft in eine erste Rotationsbewegung der Welle und zur Übertragung einer vom Zug-Druckmittel ausgehenden Druckkraft in eine zweite Rotationsbewegung der Welle ausgebildet. Die erste und die zweite Rotationsbewegung sind hierbei zueinander entgegengesetzt bzw. gegenläufig.
Mit Hilfe dieser Stelleinrichtung wird ein einfach zu bewerkstelligender Mechanismus mit lediglich drei miteinander wechselwirkenden Funktionsteilen zur Verfügung gestellt, der obendrein mit nur einem einzigen Kraftübertragungselement eine bidirektionale Drehbewegung für die zu betätigende Abgasklappe realisierbar ist. Die Kopplungseinrichtung kann hierbei direkt angrenzend an die Abgaseinrichtung angeordnet sein.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die aus der Abgaseinrichtung herausführende Abgasklappenwelle direkt mit der Kopplungseinrichtung in Eingriff steht. Das Zug-Druckmittel ist hierbei gleichermaßen zur Übertragung von annähernd gleichgroßen Zugkräften und Druckkräften ausgebildet.
Durch eine reversible und bidirektionale Kopplung einer vom Zug-Druckmittel zur Verfügung gestellten Translationsbewegung in eine Rotationsbewegung der Klappenwelle kann die Stelleinrichtung gänzlich ohne zusätzliche Rückstellelemente, wie Rückstellfedern, ausgebildet werden. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise die Anzahl benötigter funktioneller Bauteile reduziert, welche gerade in einer Anordnung nahe der Abgaseinrichtung aufgrund der Hitzeentwicklung extremen Belastungen ausgesetzt wären.
Solche extremen thermischen Beanspruchungen können sich letztlich im Dauer- und Langzeitbetrieb einschränkend auf die Funktionalität der Funktionsteile auswirken. Durch die erfindungsgemäße Reduzierung von nahe an der Abgaseinrichtung angeordneten beweglichen Bauteilen kann der sich auf die Funktionalität der Stelleinrichtung negativ auswirkende thermische Einfluss reduziert werden.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Kopplungseinrichtung ein mit der Welle drehfest verbundenes Stellelement auf, an welchem ein Endabschnitt des Zug-Druckmittels radial von der Welle beabstandet angelenkt ist. Hierbei ist insbesondere das Zug-Druckmittel in einem Schwenkbereich des Stellelements zwangsgeführt.
Unter einem Schwenkbereich, im Sinne der Erfindung ist derjenige Bereich zu verstehen, den das Stellelement in radialer Richtung, bezogen auf die Welle zwischen den verschiedenen Stellungen der Abgasklappe einnehmen kann. Im Falle einer scheibenförmigen Ausgestaltung des Stellelements bleibt dieser Schwenkbereich im Wesentlichen konstant und hat die Gestalt einer kreisförmigen Fläche, während hingegen bei einer kurbel- oder hebelartigen Ausgestaltung des Stellelements der Schwenkbereich durch eine bogen- oder kreissegmentartig ausgebildete Fläche beschrieben werden kann innerhalb derer das als Kurbel oder Hebel ausgebildete Stellelement drehbeweglich gelagert ist.
Dieser Schwenkbereich, in welchem das Zug-Druckmittel vollständig zwangsgeführt ist, schließt sich unmittelbar angrenzend an die Drehachse des Stellelements und somit an die Welle der Abgasklappe an.
Durch diese definierte und rigide Zwangsführung in unmittelbarer Umgebung des Anlenkpunktes des Zug-Druckmittels an das Stellelement wird erreicht, dass nicht nur Zugkräfte, wie im Stand der Technik bekannt, sondern vor allem auch Druckkräfte vergleichbar den Zugkräften auf das Stellelement und somit auf die Klappenwelle übertragen werden können. Insoweit ist für die Betätigung der Abgasklappe keinerlei Rückstellelement, wie etwa eine Spiralfeder, erforderlich.
Für die Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass das Zug-Druckmittel als Betätigungszug ausgebildet ist. Dieser weist typischerweise einen als Zug-Druckkabel ausgebildeten Innenzug und einen den Innenzug umgebenden Außenzug auf. Am Anlenkpunkt an das Stellelement ragt der mit dem Stellelement in Eingriff stehende Innenzug nur geringfügig aus dem Außenzug heraus. Der Außenzug ist hierbei vorzugsweise räumlich fixiert. Er kann zum Beispiel mittels eines dafür vorgesehenen Halteelements unmittelbar angrenzend an den Schwenkbereich des Stellelements festgelegt sein.
Alternativ ist auch denkbar, das Zug-Druckmittel als Zug-Druckstange auszubilden, welche an das Stellelement angelenkt ist und dabei zumindest transversal zur Erstreckung des Zug-Druckmittels, das heißt senkrecht zur Axialrichtung des Zug-Druckmittels fixiert ist.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Zug-Druckmittel im Schwenkbereich des Stellelements nahezu vollkommen linear geführt ist. Zur effizienten Zug- vor allem aber Druckübertragung ist eine starre Ausgestaltung des Zug-Druckmittels oder aber eine starre lineare Zwangsführung, in welcher das Zug-Druckmittel lediglich in Längsrichtung, nicht aber in Querrichtung zu seiner Längserstreckung bewegt werden kann, von Vorteil. Auf diese Art und Weise kann effektiv vermieden werden, dass das Zug-Druckmittel bei einer hohen Druckbeanspruchung eigenmächtig eine Ausgleichsbewegung durchführt, welche zulasten der Kraftübertragung ginge.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem stellelementseitigen Endabschnitt des Zug-Druckmittels und dem Stellelement selbst ein Ausgleichsmechanismus vorgesehen. Dieser ermöglicht eine Ausgleichsbewegung zwischen dem zwangsgeführten Endabschnitt des Zug-Druckmittels und dem Stellelement, sodass eine Bewegung des stellelementseitigen Anlenkpunktes des Zug-Druckmittels senkrecht zu dessen Zwangsführung bei einer Verstellbewegung ausgeglichen werden kann. Demzufolge ist das Zug-Druckmittel nicht an einem fixen, sondern einem räumlich veränderbaren Anlenkpunkt mit dem Stellelement gekoppelt.
Von Vorteil weist das Stellelement eine, bezogen auf die Welle sich in Radialrichtung erstreckende Nut auf. In dieser Nut ist der mit dem Stellelement in Eingriff bringbare Endabschnitt des Zug-Druckmittels in Radialrichtung verschieblich angelenkt oder gelagert. Innerhalb dieser Nut ist das mit dem Stellelement und somit mit der Welle koppelbare Ende des Zug-Druckmittels linear zwangsgeführt. Wird nun mit Hilfe des Zug-Druckmittels eine Zug- oder Druckkraft radial beabstandet von der Welle auf das Stellelement übertragen, bewegt sich dieses infolge der Krafteinleitung.
Infolge einer Rotation des hebel- oder kurbelähnlich ausgebildeten Stellelements verändert sich sowohl die vertikale als auch die horizontale Ortskoordinate des Anlenkpunktes. Ist nun der mit dem Stellelement verbundene Endabschnitt des Zug-Druckmittels in einer Richtung, etwa in der Vertikalen, zwangsgeführt, so kann aufgrund des Ausgleichsmechanismus zwischen Stellelement und Zug-Druckmittel eine Rotationsbewegung derart erfolgen, dass die Vertikalkomponente des Anlenkpunktes bei der Drehbewegung im Wesentlichen konstant bleibt und sich lediglich die Horizontalkomponente des Anlenkpunktes entlang der eindimensionalen Translationsbewegung des Zug-Druckmittels bewegt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Zug-Druckmittel um den am Stellelement angelenkten Endabschnitt transversal zu seiner Längserstreckung räumlich fixiert ist. Dies dient einer optimalen Druckkraftübertragung und wirkt etwaigen flexiblen Ausgleichsbewegungen des Zug-Druckmittels entgegen.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der an das Stellelement ankoppelbare Endabschnitt des Zug-Druckmittels mittels einer am Gehäuse der Kopplungseinrichtung vorgesehenen Linearführung fixiert ist. Die räumliche Fixierung des Zug-Druckmittels kann daher ohne gesonderte Fixierelemente erfolgen. Der Betätigungszug ist beispielsweise direkt an das Gehäuse der Kopplungseinrichtung, welche das Stellelement umgibt, angeordnet.
Nach einer weiteren Ausführung ist zur mechanischen Kopplung des Zug-Druckmittels mit dem Stellelement eine Zug-Druckstange vorgesehen ist. Mittels einer solchen z. B. an einen Betätigungszug gekoppelten Zug-Druckstange können insbesondere Druckkräfte effizient und nahezu verlustfrei übertragen werden.
Nach einer Weiterbildung ist zudem vorgesehen, einen Außenzug des Betätigungszuges am Gehäuse der Kopplungseinrichtung anzuordnen. So stützt sich der Betätigungszug, bzw. sein Außenzug am Gehäuse für die Kopplungseinrichtung ab, während der sich in den Innenraum des Gehäuses erstreckende Teil oder Endabschnitt des Innenzugs mit dem Stellelement gekoppelt ist. Vorzugsweise ist hierbei der Außenzug des Betätigungszuges fest mit dem Gehäuse verbunden, während der Innenzug des Betätigungszuges mit dem innerhalb des Gehäuses angeordneten Stellelement in Eingriff oder in mechanischer Wirkverbindung steht.
Von Vorteil verläuft der Innenzug in einem als Zwangsführung ausgebildeten Gehäuseabschnitt. Beispielsweise kann eine gehäuseseitige Anbindung für den Betätigungszug hülsen- oder schlauchartig ausgebildet sein und kann somit als seitliche Führung, bzw. Zwangsführung für den Innenzug dienen. Der schlauch- oder hülsenartig ausgebildete Gehäuseabschnitt kann insbesondere entweder von einer Gehäusewandung nach außen hervorstehen oder sich aber auch zum Innenraum des Gehäuses hin als Vertiefung erstrecken.
Der sich in den Innenraum des Gehäuses erstreckende Teil des Betätigungszugs kann entweder direkt oder über ein weiteres Zug- und/oder Druckkraft übertragendes Element gekoppelt sein. Dieses weitere Kopplungselement kann z. B. als Zug-Druckstange ausgebildet sein. Von Vorteil ist auch diese zwangsgeführt, sodass sie ausschließlich Zug- und/oder Druckkräfte aber keine oder kaum Kräfte in Querrichtung überträgt.
Insoweit kann die am und/oder im Gehäuse für die Kopplungseinrichtung vorgesehene Zwangsführung sowohl eine Zwangsführung für den Innenzug des Betätigungszuges als auch eine Zwangsführung für eine mit dem Innenzug verbundene, vorzugsweise mit dem Innenzug verpresste Zug-Druckstange sein. Zur Führung einer Zug-Druckstange können insbesondere weitere Führungselemente, wie etwa parallel zueinander verlaufende Führungsschienen innerhalb und/oder außerhalb des Gehäuses vorgesehen werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stellelement formschlüssig oder einstückig mit der Welle verbunden ist. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der aus der Abgaseinrichtung hinausführende und in die Kopplungseinrichtung hineinragende Endabschnitt der Welle der Abgasklappe ein kantiges, insbesondere ein Vierkant- oder Sechskantprofil aufweist, sodass das Stellelement mit einer korrespondierenden Ausnehmung versehen, direkt auf die Welle aufgeschoben und somit drehfest mit dieser verbunden werden kann.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stellelement scheibenartig ausgebildet ist und in Umfangsrichtung zumindest bereichsweise einen an ein Gehäuse der Kopplungseinrichtung unmittelbar angrenzenden Bogenabschnitt aufweist, an welchem das Zug-Druckmittel zumindest bereichsweise entlang geführt ist. Bei dieser Ausführungsform ist das Zug-Druckmittel zumindest kreissegmentartig und bereichsweise um das scheibenartig ausgebildete Stellelement herum zwangsgeführt. Auch hier können nicht nur Zug-, sondern insbesondere auch Druckkräfte nahezu verlustfrei übertragen werden.
Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass am Bogenabschnitt in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Aufnahme- oder Halteelemente für das Zug-Druckmittel vorgesehen sind. Das Zug-Druckmittel kann also im Bereich des Bogenabschnitts fest mit dem Stellelement verbunden werden.
Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass das Zug-Druckmittel in Umfangsrichtung des Stellelements über einen Winkelbereich von mindestens 60° bis 120° am Bogenabschnitt und möglicherweise darüber hinaus entlang geführt ist. Durch diese Festlegung des Zug-Druckmittels über ein Bogensegment um die Nabe der Welle der Abgasklappe herum kann im Gegensatz zu herkömmlichen Seilrollen erreicht werden, dass nicht nur Zug-, sondern vor allem Druckkräfte vom Betätigungszug auf das scheibenartige Stellelement übertragen werden können.
Bei einer Anbindung bzw. Führung des flexiblen Zug-Druckmittels am Bogenabschnitt bzw. am Stellelement sind die Aufnahme- bzw. Haltelemente zur radialen Fixierung des Zug-Druckmittels am Bogenabschnitt vorgesehen. Die Aufnahme- bzw. Halteelemente sind hierbei dazu ausgebildet, das am Bogenabschnitt anliegende oder aufliegende Zug-Druckmittel zumindest bereichsweise axial zu übergreifen. Die einzelnen Aufnahme- bzw. Halteelemente sind beispielsweise in Axialrichtung vom Bogenabschnitt herauskragend und zur Bogenabschnittsfläche bogenförmig geneigt angeordnet, sodass das Zug-Druckmittel klemmend zwischen den Aufnahme- bzw. Halteelemententen und der Bogenabschnittsfläche gehalten bzw. fixiert werden kann.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Stellelement ein in Umfangsrichtung vom Bogenabschnitt versetzt oder benachbart angeordnetes Anbindungselement aufweist, welches zur Befestigung, Anlenkung oder Aufnahme eines Endabschnitts des Zug-Druckmittels am Stellelement ausgebildet ist. Das freie Ende des Zug-Druckmittels, wie etwa der Endabschnitt eines Innenzugs eines Betätigungszugs kommt typischerweise an dem radial zur Welle beabstandeten Anbindungselement zu liegen. Die Anbindung des freien Endes des Zug-Druckmittels am Anbindungselement des Stellelements kann beispielsweise mittels Verpressen oder dergleichen form- oder kraftschlüssigen Verbindungsmechanismen erfolgen.
Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse der Kopplungseinrichtung im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und unmittelbar an der Abgaseinrichtung angeordnet ist. Die Zylinderachse fällt hierbei im Wesentlichen mit der Welle der Abgasklappe zusammen. Durch die unmittelbar angrenzende Anordnung der Kopplungseinrichtung an der Abgaseinrichtung kann zum einen Bauraum eingespart und eine besonders kompakte Bauweise zur Verfügung gestellt werden.
Insbesondere erlaubt die geringe Anzahl beweglicher Elemente der Kopplungseinrichtung eine unmittelbare Anordnung an die Abgaseinrichtung. Der nur mit einer geringen Anzahl an beweglichen Funktionsteilen auskommende Aufbau der Kopplungseinrichtung erlaubt eine derartige Anordnung unmittelbar angrenzend an das heiße Abgasrohr. Aufgrund der geringen Anzahl beweglicher Bauteile und der überaus effizienten Kopplung zwischen Zug-Druckmittel und drehbarem Stellelement kann trotz extremer thermischer Beanspruchungen ein reibungsloser und zuverlässiger Betrieb der Stelleinrichtung zur Verfügung gestellt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Zug-Druckmittel mit einem Außenzug tangential angrenzend an das Gehäuse der Kopplungseinrichtung angeordnet und mit einem Innenzug im Gehäuseinneren an das Stellelement angelenkt ist. Hierbei kann insbesondere vorgesehen werden, den Außenzug sogar einstückig in das Gehäuse der Kopplungseinrichtung zu integrieren. Dies kann unter fertigungsrationellen Gesichtspunkten insbesondere bei der Endmontage als auch im Hinblick auf die thermische Belastbarkeit der Ankopplung von Vorteil sein.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Innenzug des Zug-Druckmittels, insbesondere derjenige Teil, welcher innerhalb des Gehäuses der Kopplungseinrichtung mit dem Stellelement in mechanischer Wirkverbindung steht, radial nach innen vom Stellelement und radial nach außen vom Gehäuse der Kopplungseinrichtung zwangsgeführt ist. Bei dieser Ausführungsform kann der Innenzug auch entlang einer am Stellelement umlaufenden Nut anliegen. So ist hierbei vorgesehen, dass der Innenzug gerade zwischen der Innenseite des Gehäuses der Kopplungseinrichtung und einem der Gehäuseinnenwand korrespondierenden Bogen- oder Scheibenabschnitt des Stellelements zwangsgeführt ist.
Beim Einleiten einer Druckkraft durch den Innenzug kann dieser aufgrund der kreissegmentartigen Bogenführung innerhalb des Gehäuses der Kopplungseinrichtung keine Ausgleichsbewegung in Radialrichtung vollziehen. Die eingeleitete Druckkraft wird somit nahezu vollständig in eine auf das Stellelement einwirkende Rotationsbewegung übertragen.
Ausführungsbeispiele
Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei bilden sämtliche beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von den Patentansprüchen und deren Rückbeziehung. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Abgasrohrs mit einer eine Bogenführung aufweisenden Kopplungseinrichtung,
2 die Stelleinrichtung gemäß 1 von unten, teilweise geschnitten,
3 eine vergrößerte Darstellung der Kopplungseinrichtung gemäß 2,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer zwangsgeführten Kopplung eines Betätigungszuges an einem drehbaren Stellelement und
5 eine Seitenansicht der Kopplungseinrichtung gemäß 4.
Die in den 1 bis 3 gezeigte Stelleinrichtung weist eine äußerst flache zylindrisch ausgebildete Kopplungseinrichtung 14 mit einer nahezu scheibenartigen Grundgeometrie auf. Die Kopplungseinrichtung 14 mit ihrem zylindrischen Gehäuse 22 ist in direkter Verlängerung der aus dem Abgasrohr 10 herausführenden Welle 12 der nicht explizit gezeigten Abgasklappe angeordnet.
An das zylindrische Gehäuse 22 der Kopplungseinrichtung 14 ist antriebsseitig ein als Betätigungszug 19 ausgebildetes Zug-Druckmittel tangential angelenkt. Der Außenzug 20 des Betätigungszuges 19 ist direkt und unmittelbar mit dem Gehäuse 22 der Kopplungseinrichtung 14 verbunden. Der Innenzug 18 oder das Zug-Druckkabel 18 erstreckt sich indessen bogen- oder kreissegmentartig in den Innenraum der Kopplungseinrichtung 14.
Die Kopplungseinrichtung 14 umschließt in Radialrichtung die Welle 12 der Abgasklappe. Mit dieser ist ein Stellelement 16 drehfest verbunden, an welchem wiederum der Innenzug 18 des Betätigungszuges 19 angelenkt ist. Das freie Ende des Innenzugs 18 ist an ein radial zur Welle 12 beabstandetes Anbindungselement 24 des zumindest partiell als Scheibe ausgebildeten Stellelements 16 angeordnet. Daran anschließend erstreckt sich der Innenzug kreissegment- oder bogenartig und somit radial beabstandet zur Welle 12 an der Stellscheibe 16.
Zur weiteren, insbesondere zur radialen Fixierung und Bogensegmentführung innerhalb der Kopplungseinrichtung 14 ist der Innenzug 18 bereichsweise mittels einzelner Aufnahme- oder Haltelemente 26 an einen Bogenabschnitt 28 des Stellelements 16 gehalten oder angelenkt. Der Bogenabschnitt 28 stellt eine radiale Verbreiterung der Stellscheibe 16 dar, wobei der radial außen liegende Teil dieses Bogenabschnitts 28 unmittelbar an die Innenwand des zylindrischen oder scheibenartig ausgebildeten Gehäuses 22 der Kopplungseinrichtung 14 angrenzt.
Alternativ oder ergänzend zu den Halte- oder Aufnahmeelementen 26 kann nach der Erfindung auch vorgesehen sein, den Innenzug 18 beispielsweise in einer umfangsseitigen Aufnahme oder Nut der Stellscheibe 16 zu führen. Eine für die Übertragung von Druckkräften erforderliche bogenartige Zwangsführung kann prinzipiell bereits mit Hilfe einer bogensegmentartigen Führung des Innenzugs zwischen einer radialen Begrenzung des Stellelements 16 und der Innenwand des Gehäuses 22 zur Verfügung gestellt werden. Der Schwenk- oder Drehbereich 30 dieser Zwangsführung kann bei dieser Ausführungsform als kreisförmig bzw. bogensegmentartig beschrieben werden.
Insgesamt ermöglicht die bogensegmentartige Zwangsführung des Innenzugs zum einen eine richtungsumkehrende Zug-Druckübertragung, welche in eine bidirektionale Rotationsbewegung der Abgasklappe überführt werden kann. Des Weiteren kann die kraftübertragende Kopplungseinrichtung aufgrund der geringen Anzahl beweglicher Teile besonders platzsparend und in kosteneinsparender Weise verwirklicht werden. Zudem bietet die Zug-Druckübertragung mit Hilfe eines flexibel ausgestalteten Betätigungszuges vielfältige und universelle Anwendungsmöglichkeiten.
Die 4 und 5 zeigen schematische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform einer zwangsgeführten Zug- und Druckkraft übertragenden Anbindung eines Betätigungszuges 118, 120 an ein die Abgasklappe betätigendes Stellelement 116. Das Stellelement 116 ist bei dieser Ausführungsform nach Art eines Hebels oder nach Art einer Kurbel ausgebildet und weist eine in Radialrichtung verlaufende Nut 126 zum Bewegungsausgleich zwischen dem zwangsgeführten Betätigungszug 118, 120 und dem auf der Welle 112 drehfest angeordneten Stellelement 116 zur Verfügung.
Der Betätigungszug, insbesondere sein Außenzug 120 ist mittels einer Linearführung 122 am Gehäuse der Kopplungseinrichtung 114 fixiert bzw. daran angelenkt. Das in den 4 und 5 nicht explizit gezeigte Gehäuse für die Kopplungseinrichtung verdeckt und schützt die beweglichen Teile, insbesondere das Stellelement 16 und die Anlenkpunkte an die Welle 114 und an das Stellelement 124.
Die Kopplung zwischen dem Betätigungszug 118, 120, bzw. des Innenzugs 118 des Betätigungszuges mit dem scheibenartigen Stellelement erfolgt über einen mit dem Innenzug fest verbundenen, etwa verpresste, Zug-Druckstange 132.
Diese ist fest mit dem freien Ende des Innenzugs 118 verbunden und greift mit einem etwa einem stift- oder nippelähnliches Fortsatz in die Führungsnut 126 des Stellelements 116 ein.
Die in 4 gestrichelt angedeutete Linearführung 122 ermöglicht lediglich eine horizontale Bewegung des Innenzugs 118 und/oder der Zug-Druckstange 132 und stellt eine Zwangsführung für den Innenzug 118 bzw. für die Zug-Druckstange 132 zur Verfügung, sodass insbesondere vom Betätigungszug übertragene Druckkräfte optimal an das Stellelement 116 und letztlich an die Welle 112 übertragen werden können.
Zur Maximierung einer Druckkraftübertragung ist der vom Außenzug 120 freigelegte Bereich 118 des Innenzugs möglichst kurz ausgebildet. Mit anderen Worten ist die Linearführung 122 bzw. die Zwangsführung möglichst dicht an den gestrichelt angedeuteten Schwenkbereich 130 des Stellelements 116 herangeführt. Die Linearführung 122 und der Schwenkbereich können auch räumlich überlappend angeordnet sein.
Bei Einleitung einer Zug- oder Druckkraft verschiebt sich der Innenzug 118 gegenüber dem Außenzug 120 und aufgrund der Anlenkung 124 des Innenzugs 118 am Stellelement 116 wird Letzteres in eine Rotationsbewegung versetzt. Da der Betätigungszug 118, 120 nahezu vollkommen unbeweglich in der Vertikalen ausgebildet ist, ermöglicht die sich in Radialrichtung zur Welle 112 erstreckende Nut 126, in welcher der Innenzug 118 angelenkt ist, eine Ausgleichsbewegung.
In einer Stellung, in welcher die Führungsnut 126 beispielsweise vertikal nach oben weist, ist der Anlenkpunkt 124 in einem minimalen Radialabstand zur Welle 112. Das Einleiten einer weiteren Zug- oder Druckkraft führt zu einer weiteren Rotationsbewegung, welche mit einer Ausgleichsbewegung des Anlenkpunktes 124 dergestalt einhergeht, dass sich der Anlenkpunkt 124 radial von der Welle 112 entfernt.

10: Abgasrohr
12: Welle
14: Kopplungseinrichtung
16: Stellelement
18: Innenzug
19: Betätigungszug
20: Außenzug
22: Gehäuse
24: Anbindungselemente
26: Aufnahme-Haltelement
28: Bogenabschnitt
30: Schwenkbereich
112: Welle
114: Kopplungseinrichtung
116: Stellelement
118: Innenzug
120: Außenzug
122: Linearführung
124: Anbindungspunkt
126: Führungsnut
130: Schwenkbereich
132: Zug-Druckstange

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004061381 A1 [0004]
- DE 102005033601 A1 [0007]

Claims

Stelleinrichtung zur Betätigung einer in einer Abgaseinrichtung (10) eines Verbrennungsmotors auf einer Welle (12; 112) schwenkbar gelagerten Klappe mit einer Kopplungseinrichtung (14; 114), welche antriebsseitig an ein Zug-Druckmittel (18, 20; 118, 120) und abtriebsseitig an die Welle (12; 112) gekoppelt ist und zur Übertragung einer vom Zug-Druckmittel (18, 20; 118, 120) ausgehenden Zugkraft in eine erste Rotationsbewegung der Welle (12; 112) und zur Übertragung einer vom Zug-Druckmittel (18, 20; 118, 120) ausgehenden Druckkraft in eine zweite Rotationsbewegung der Welle (12; 112) ausgebildet ist, wobei die erste und die zweite Rotationsbewegung zueinander entgegengesetzt sind.
Stelleinrichtung nach Patentanspruch 1, wobei die Kopplungseinrichtung (14; 114) ein mit der Welle (12; 112) drehfest verbundenes Stellelement (16; 116) aufweist, an welchem ein Endabschnitt des Zug-Druckmittel (18, 20; 118, 120) radial von der Welle (12; 112) beabstandet angelenkt ist und das Zug-Druckmittel (18, 20; 118, 120) in einem Schwenkbereich (30; 130) des Stellelements (16; 116) zwangsgeführt ist.
Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zug-Druckmittel (18, 20; 118, 120) als Betätigungszug ausgebildet ist.
Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stellelement (116) eine bezogen auf die Welle (112) sich in Radialrichtung erstreckende Führungsnut (126) aufweist, in welcher ein Endabschnitt (124) des Zug-Druckmittels (118, 120) verschieblich angelenkt oder gelagert ist.
Stelleinrichtung nach Anspruch 4, wobei das Zug-Druckmittel (118, 120) im Bereich seines Endabschnitts (124) transversal zu seiner Längserstreckung fixiert ist.
Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 oder 5, wobei der Endabschnitt (124) des Zug-Druckmittels (118, 120) mittels einer am Gehäuse der Kopplungseinrichtung (114) vorgesehenen Linearführung (122) fixiert ist.
Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur mechanischen Kopplung des Zug-Druckmittels (118, 120) mit dem Stellelement (116) eine Zug-Druckstange (132) vorgesehen ist.
Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 7, wobei ein Außenzug (120) des Betätigungszuges (118, 120) am Gehäuse der Kopplungseinrichtung (114) angeordnet ist und wobei der sich in das Gehäuseinnere erstreckende Abschnitt des Innenzugs (118) transversal zwangsgeführt ist.
Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stellelement (16; 116) formschlüssig oder einstückig mit der Welle (12; 112) verbunden ist.
Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3 oder 9, wobei das Stellelement (16) scheibenartig ausgebildet ist und in Umfangsrichtung zumindest bereichsweise einen an ein Gehäuse (22) der Kopplungseinrichtung (14) unmittelbar angrenzenden Bogenabschnitt (28) aufweist, an welchem das Zug-Druckmittel geführt ist.
Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3 oder 9 bis 10, wobei das Zug-Druckmittel (18) in Umfangsrichtung des Stellelements (16) über einen Winkelbereich von 60° bis 120° am Bogenabschnitt (28) entlang geführt oder gehalten ist.
Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3 oder 9 bis 11, wobei am Bogenabschnitt (28) in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Aufnahme- oder Halteelemente (26) für das Zug-Druckmittel (18) vorgesehen sind.
Stelleinrichtung nach Anspruch 12, wobei die Aufnahme- oder Halteelemente (26) zur radialen Fixierung des Zug-Druckmittels (18) am Bogenabschnitt (28) vorgesehen sind und das am Bogenabschnitt (28) anliegende Zug-Druckmittel (18) zumindest bereichsweise übergreifen.
Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, wobei das Stellelement (16) ein in Umfangsrichtung vom Bogenabschnitt (28) versetzt oder benachbart angeordnetes Anbindungselement (24) aufweist, welches zur Befestigung und/oder Anlenkung eines Endabschnitts des Zug-Druckmittels (18) am Stellelement (16) ausgebildet ist.
Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 14, wobei das Gehäuse (22) der Kopplungseinrichtung (14) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und unmittelbar an der Abgaseinrichtung (10) angeordnet ist.
Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 15, wobei das Zug-Druckmittel (18) mit einem Außenzug (20) tangential angrenzend an das Gehäuse (22) der Kopplungseinrichtung (14) angeordnet ist und mit einem Innenzug (18) im Gehäuseinneren an das Stellelement (16) angelenkt ist.
Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 16, wobei der Innenzug (18) des Zug-Druckmittels radial nach innen vom Stellelement (16) und radial nach außen vom Gehäuse (22) der Kopplungseinrichtung (14) zwangsgeführt ist.