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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung zur Betätigung einer einem Verbrennungsmotor zugeordneten und schwenkbar gelagerten Klappe, wie beispielsweise einer Drossel- oder Abgasklappe eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Verfahren zur Betätigung einer solchen Klappe.
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Stand der Technik
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In Abgas- und/oder in Luftzufuhrsystemen von Kraftfahrzeugen werden schwenkbar gelagerte Klappen vielfältig und zu verschiedenen Zwecken eingesetzt. Zum einen werden Abgasklappen im Endbereich von Abgasanlagen angeordnet um den Auspuff-Klang zu beeinflussen. Diese Klappensysteme kommen vorwiegend bei hubraumstarken Fahrzeugen zum Einsatz und sind zum Teil auch von außen sichtbar.
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Eine weitere Anwendung besteht in einem sogenannten Bypass-System zur Schadstoffreduzierung, speziell die Reduzierung von bei der Verbrennung im Motor entstehenden Stickoxiden. Dazu wird der Abgasstrang in zwei parallel laufende Rohrsysteme aufgeteilt. Das eine Rohr mündet in einen herkömmlichen geregelten Katalysator. Das andere Rohr mündet in einen speziellen NOx-Katalysator. Diese NOx-Katalysatoren arbeiten nur in einem bestimmten Temperaturbereich und dürfen auch nicht zu heiß werden. Aus diesem Grund ist eine Abgasklappe im Abgasstrom vor dem NOx-Katalysator angeordnet. Damit kann der Abgas-Zustrom auf den NOx-Katalysator in Abhängigkeit von der Temperatur geregelt werden.
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Mittels solch regelbarer Abgassysteme kann der Schadstoffgehalt der an die Umgebungsluft abgegebenen Abgase deutlich reduziert werden.
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Eine weitere Anwendung ist die Verwendung in Kraftfahrzeugen um einen sog. Schichtladungsbetrieb bei Verbrennungsmotoren, vorzugsweise mit Direkteinspritzung zu ermöglichen. Damit werden in modernen Verbrennungsmotoren hohe Leistungen bei gleichzeitig niedrigem Kraftstoffverbrauch und niedrigen Emissionswerten erreicht.
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Aus der
DE 10 2005 033 601 A1 ist ferner eine Betätigung für eine Abgasklappe eines Kraftfahrzeugs bekannt. Die Betätigung erfolgt über ein Antriebsmittel wie etwa ein Seilzug oder ein Gestänge. Das Antriebsmittel steht mit einer Antriebsvorrichtung auf der einen Seite und der Abgasklappe auf der anderen Seite in Wirkverbindung. Antriebsseitig ist das Antriebsmittel am Umfang einer rotierenden Scheibe angeordnet.
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Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist neben dem hohen Bauraumbedarf die relative starre Ausbildung des Systems. Dies kann zu unerwünschten Geräuschen im Betrieb führen. Weiterhin ist bei dieser Ausbildung von Nachteil, dass aufgrund der Starrheit des Systems ein dichtes Verschließen des Abgassystems bzw. das genaue Positionieren der Abgasklappe nicht oder nur unzureichend möglich ist.
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Weiterhin ist es bei solch vorbekannten Stelleinrichtungen, bei denen der Antrieb mit der Klappe starr gekoppelt ist, gerade aufgrund von mitunter starken Temperaturschwankungen, welche eine Verkürzung oder Verlängerung im des Antriebsstrangs bewirken können, nachteilig, dass es zu einem, wenn auch nur geringfügigen ungewollten Verstellen der Klappe kommen kann. Dies insbesondere, wenn die Klappe im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors angeordnet ist und während des Betriebs eines Fahrzeuges auf eine Temperatur, die mehrere 100°C betragen kann, aufgeheizt wird.
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Bei Stillstand des Fahrzeuges mit abgeschaltetem Verbrennungsmotor, kühlt die gesamte Abgaseinrichtung aus. Infolge einer solchen Abkühlung kann der Betätigungsmechanismus einer Verkürzung unterliegen, der zu Folge die Klappe einer ungewollten Verstellung aus ihrer Endstellung heraus unterliegt.
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Auch tritt bei den aus dem Stand der Technik bekannten Stelleinrichtungen von Abgasklappen das Problem eines Klapperns oder Klappenflatterns auf. Dies geschieht vornehmlich dann, wenn im Antriebsstrang zwischen der Antriebseinheit und der zu betätigenden Klappe eine Systemlose oder ein gewisses Spiel vorhanden ist. Dies ist insbesondere bei geöffneter Klappe im Betrieb des Verbrennungsmotors problematisch. Aufgrund des vorhandenen Spiels zwischen Klappe und Antrieb können nämlich mitunter aufgrund des Abgasstroms ungewollte Schwingungen der Klappe auftreten, die zu einer störenden Geräuschentwicklung führen.
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Würdigung des Standes der Technik
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Aus
DE 23 02 467 A ist eine in einer Abgasleitung schwenkbar angeordnete Drosselklappe bekannt. Diese wird über ein Hebelgestänge betätigt, wobei einerseits ein Elektromagnet über ein federndes Zwischenglied und andererseits eine Rückzugsfeder auf das Hebelgestänge einwirken. Der Elektromagnet wird beim Einschalten des Zündstroms eingeschaltet und schließt dadurch die Drosselklappe. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit schaltet ein Zeitrelais den Elektromagneten wieder ab. Dabei ist es zwingend erforderlich, dass die Kraft des Elektromagneten größer ist als die der Rückzugsfeder, so dass deren Federkraft folglich geringer ist als die des Zwischenglieds. Das federnde Zwischenglied dient hierbei als Überlastungsschutz des Hebelgestänges und der betätigten Drosselklappe vor übermäßigen Zugkräften.
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Weiterhin beschreibt
DE 92 06 249 U1 einen Betätigungszug zur fernbedienbaren Betätigung einer Drosselklappe eines Motors mit einem Betätigungsmantel und einer darin axial verschieblichen Betätigungslitze. Dabei ist der Innenzug über einen Mitnehmer mit einem sogenannten Teleskopelement eines Achselements gekoppelt, welches bei einer, von der Drosselklappe weggerichteten Zugbeanspruchung ebenfalls in diese Richtung ausgelenkt wird und dabei mit einer Auflaufschräge einen am Gehäuse des Achselements angeordneten Druckknopf eines Mikroschalters betätigt. Da der Innenzug ohne Unterbrechung vollständig durch das Gehäuse hindurchgeführt wird, wird eine Relativbewegung zwischen Innenzug und Gehäuse eins zu eins übertragen.
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Darüber hinaus ist aus
DE 10 2004 062 099 A1 eine Stelleinrichtung mit einem Antriebselement für in Kraftfahrzeugen angeordnete Drossel-, Drall- und Abgasklappen bekannt. Mit dem Antriebselement ist über ein zwischengeschaltetes Getriebe ein Übertragungselement verbunden. Das Übertragungselement ist wiederum mit der Klappe bzw. mit der Klappenwelle verbunden, wobei ein Getriebe oder ein Hebelmechanismus zwischengeschaltet ist. Um ein Verklemmen der Klappe in einer Endposition oder ein Beschädigen von Teilen der Stelleinrichtung zu vermeiden, wird die kinetische Energie des Antriebselements beim Anfahren einer Endposition der Klappe in einem zwischen dem Antriebselement und dem Übertragungselement angeordneten Energiespeicherelement aufgenommen. Das Energiespeicherelement ist beispielsweise als eine schraubenlinienförmig gewickelte Feder ausgebildet, die dafür Sorge trägt, dass die Klappe in ihrer Endposition gehalten wird.
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Aufgabe
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Stelleinrichtung zur Betätigung einer einem Verbrennungsmotor zugeordneten Klappe zu verbessern. Zum einen soll die Stelleinrichtung die Klappe in ihrer Ausgangs- oder Endstellung sicher fixieren können und zudem sollen ein ungewolltes Auftreten von Klappergeräuschen der Klappe bzw. Schwingungen der Klappe wirksam und mit einfachen Mitteln unterbunden werden. Des Weiteren ist es Ziel der Erfindung, eine einfach handzuhabende, leicht zu montierende und universell anpassbare Stelleinrichtung für eine schwenkbar gelagerte Klappe zur Verfügung zu stellen.
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Erfindung und vorteilhafte Wirkungen
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mittels einer Stelleinrichtung gemäß Anspruch 1 sowie mit einem Verfahren zur Betätigung einer einem Verbrennungsmotor zugeordneten Klappe gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung ist zur Betätigung einer einem Verbrennungsmotor zugeordneten und schwenkbar gelagerten Klappe ausgebildet. Dabei kann es sich um eine in einem Abgasstrang angeordnete oder aber in einem Luftzufuhrstrang schwenkbar gelagerte Klappe handeln. Von der Klappe beabstandet angeordnet ist eine Antriebseinheit vorgesehen, die mit Hilfe eines Kraftübertragungsmittels mechanisch mit der Klappe gekoppelt ist. Das Kraftübertragungsmittel dient dazu, eine vom Antrieb zur Verfügung gestellte Kraft bzw. rotatorische oder translatorische mechanische Bewegung an die Klappe zu übertragen.
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Dem Kraftübertragungsmittel ist ein Kopplungsglied zugeordnet. Dieses ermöglicht eine Relativ- oder Ausgleichsbewegung zwischen der Antriebseinheit und der Klappe. Das Kopplungsglied hebt somit die im Stand der Technik übliche starre Kopplung zwischen Antrieb und Klappe in einem gewissen Rahmen auf und ermöglicht unter vorgegebenen Bedingungen, dass der Antrieb bei stillstehender Klappe um ein vorgegebenes Maß bewegbar ist, und dass alternativ oder zusätzlich auch die Klappe bei abgeschaltetem Antrieb in einem vorgegebenen Rahmen eine Schwenkbewegung ausführen kann.
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Mittels dieser Kopplung, die vorzugsweise in das Kraftübertragungsmittel integriert ist, kann sichergestellt werden, dass die Klappe bei abgeschaltetem Antrieb in ihrer vorgesehenen Ausgangs- oder Endlage verbleibt, wobei das Kopplungsglied eine durch Temperaturschwankungen bedingte Längung oder Kürzung des Kraftübertragungsmittels kompensiert. Ferner stellt das Kopplungsglied eine stetige und dauerhafte Kopplung zwischen der Klappe und dem Antrieb zur Verfügung, derart, dass ein etwaiges Spiel oder eine Systemlose im Kraftübertragungsmittel oder in der Kopplung zwischen Antrieb und Klappe eliminiert werden kann, sodass ungewollte Klappergeräusche oder Schwingungen der Klappe wirksam unterbunden werden können.
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Für die Erfindung ist es von Vorteil, wenn das Kopplungsglied eine Relativ- oder Ausgleichsbewegung zwischen dem Abtrieb der Antriebseinheit und der Antriebsseite der Klappe gewährleistet oder zur Verfügung stellt. Vorzugsweise ermöglicht das Kopplungsglied eine Relativ- oder Ausgleichsbewegung zwischen einem abtriebsseitigen Strang der Antriebseinheit und einem antriebsseitigen Strang der Klappe bzw. zwischen einem abtriebs- und antriebsseitigen Strang des Kraftübertragungsmittels.
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Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Kopplungsglied als uni- oder bidirektionales Kraftübertragungsmittel ausgebildet. Es ist insbesondere dazu vorgesehen, eine Zug- und/oder Druckkraft, welche von der Antriebseinheit erzeugbar ist, auf die Klappe zu übertragen. Das Kopplungsglied ist dabei im Zug- und/oder Druckkraft übertragenden Strang eines als Zug- und/oder Druckmittel ausgebildeten Kraftübertragungsmittels angeordnet.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Kopplungsglied zumindest ein Federelement aufweist, welches sich bei Überschreiten einer vorgegebenen Kraft im Kraftübertragungsmittel spannt. Das Kopplungsglied, bzw. das im oder am Kopplungsglied angeordnete Federelement kann somit dauerhaft eine Vorspannung oder Spannung auf das Kraftübertragungsmittel oder das Zug- und/oder Druckmittel ausüben, sodass in besonders einfacher Art und Weise ein Klappern der Klappe im Betrieb des Verbrennungsmotors oder etwaige Klappenschwingungen unterbunden werden können.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Federelement vorgespannt innerhalb des Kopplungsglieds angeordnet ist. Die Vorspannung des Federelements entspricht dabei derjenigen vorgegebenen Kraft, bei deren Überschreiten das Federelement entgegen der Vorspannung gespannt wird. Dabei können beliebige Federelemente, so z. B. Druck- oder auch Zugfedern Verwendung finden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kraftübertragungsmittel als Betätigungszug mit einem Innenzug und einem den Innenzug umschließenden oder aufnehmenden Schlauch oder Hülle ausgebildet ist. Dabei ist vorgesehen, dass das Kopplungsglied entweder unter Einwirkung der von seinem Federelement ausgehenden Federkraft eine Relativbewegung zwischen dem Innenzug und dem Schlauch bewirkt und alternativ oder zusätzlich unter Einwirkung einer von außen einwirkenden Kraft eine Relativbewegung zwischen Innenzug und dem Schlauch unter Aufbau einer Federspannung des Federelementes ermöglicht oder zulässt.
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Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Klappe mittels des Antriebs von einer Ausgangsstellung in eine Endstellung überführt wurde, über welche sie nicht hinaus bewegt werden kann. Bei Erreichen dieser Endstellung, welche beispielsweise durch einen im Bereich der Klappe vorgesehenen Anschlag begrenzt werden kann, übersteigt die vom Antrieb auf das Kraftübertragungsmittel übertragene Kraft die Vorspannkraft des dem Kopplungsglied zugeordneten Federelements, welches sich infolge einer weiteren Antriebsbewegung des Antriebs spannt, bevor der Antrieb abgeschaltet wird. Die nun gespannte Feder des Kopplungsglieds trägt dafür Sorge, dass das Kraftübertragungsmittel auf einer gewissen Spannung gehalten wird. Hierdurch wird jegliche Systemlose oder ein etwaiges Spiel der miteinander gekoppelten mechanischen Bauteile eliminiert.
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Zugleich bewirkt diese vom Kopplungsglied ausgehende Spannung, dass eine durch Temperaturänderungen bedingte Längung oder Kürzung des Kraftübertragungsmittels durch entsprechendes Entspannen oder weiteres Spannen des dem Kopplungsglied zugeordneten Federelements kompensiert werden, ohne dass dies zu einer ungewollten Verstellbewegung der Klappe führt.
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Das Kopplungsglied stellt daher sicher, dass die Klappe auch bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor in ihrer vorgesehenen Endstellung verbleibt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kopplungsglied nach Art einer Hülse ausgebildet ist und sich das zumindest eine Federelement einen Ends an dem mit einem Schlauch des Zug- und/oder Druckmittels in Wirkverbindung stehenden Gehäuse des Kopplungsglieds abstützt. Dabei ist vorgesehen, dass sich das zumindest eine Federelement andern Ends an einem, innerhalb des Gehäuses beweglich aufgenommenen Kolbens abstützt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Kolben mit dem Innenzug des Zug- und/oder Druckmittels in mittelbarer oder unmittelbarer Wirkverbindung steht.
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Ferner ist bei dieser Ausführung vorgesehen, dass der im Gehäuse verschiebbar aufgenommene Kolben in der Kraftübertragungsrichtung des Kraftübertragungsmittels zwangsgeführt ist. Demgemäß entspricht die Verschiebebewegung des Kolbens unmittelbar der Richtung der Relativbewegung zwischen innenliegenden Innenzug und der außenliegenden Hülle des am Gehäuse des Kopplungsglieds angelenkten bzw. sich daran abstützenden Betätigungszugs.
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Alternativ kann vorgesehen werden, die außenliegende Hülle bzw. den Schlauch des Zug- und/oder Druckmittels mit dem federbelasteten Kolben zu koppeln und den Innenzug mit dem Gehäuse des Kopplungsglieds zu verbinden.
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Des Weiteren kann vorgesehen werden, das Kopplungsglied beidseitig jeweils mit einem Betätigungszug zu koppeln. Dabei weist das Kopplungsglied eine dem Antrieb zugewandte Schlauchfassung und eine der Klappe zugewandte Schlauchfassung auf. Folglich ist dann das Kraftübertragungsmittel als zweiteiliger Betätigungszug ausgebildet. Ein Teil stellt eine Kraftübertragung zwischen dem Antrieb und dem Kopplungsglied und der andere Teil eine Kraftübertragung zwischen dem Kopplungsglied und der Klappe zur Verfügung.
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Die kopplungsgliedseitigen Enden beider Teile des Kraftübertragungsmittels sind dabei mit dem Gehäuse des Kopplungsglieds verbunden, während die beiden Innenzüge über das dem Kopplungsglied zugeordnete Federelement in kraftübertragender Weise miteinander gekoppelt sind. Übersteigt beispielsweise die vom Antrieb zur Verfügung gestellte und auf das Kopplungsglied einwirkende Kraft die vorgegebene oder die Vorspannkraft des zumindest einen Federelements, bewirkt dieses eine Relativbewegung der beiden Innenzüge des antriebs- und des abtriebsseitigen Strangs des Kraftübertragungsmittels. Auf diese Art und Weise wird eine Relativ- oder Ausgleichsbewegung der beiden Teile des Betätigungszugs ausgeführt. Eine im fortwährenden Betrieb der Stelleinrichtung auftretende Seillose, bzw. eine durch Temperatureinwirkung bedingte Längenänderung des Betätigungszugs bzw. dessen Innenzugs oder außenliegenden Schlauchs kann damit in besonders einfacher Weise wirksam kompensiert werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Klappe mit einer Rückstellfeder gekoppelt ist, die dazu ausgebildet ist, die Klappe in eine Ausgangsstellung zu überführen. Die Anordnung einer solchen Rückstellfeder im Bereich der Klappenanlenkung, beispielsweise an einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors ermöglicht, das Kraftübertragungsmittel zwischen dem Antrieb und der Klappe als unidirektionales Kraftübertragungsmittel, beispielsweise als Zugmittel auszubilden, welches lediglich Zugkräfte übertragen muss. Eine entsprechende Rückstellbewegung entgegen der vom Antrieb ausübbaren Zugkraft kann dabei durch die an der Klappe angeordnete bzw. mit der Klappe gekoppelte Rückstellfeder zur Verfügung gestellt werden.
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Alternativ zur Ausbildung einer Rückstellfeder im Bereich der Klappenanlenkung kann ein zweiter Betätigungszug vorgesehen werden, der vorzugsweise parallel zum ersten Betätigungszug angeordnet ist. Dieser zweite Betätigungszug ist sowohl an- als auch abtriebsseitig an Seilscheiben im Bereich der Klappenanlenkung und des Antriebs gekoppelt, wobei die Anlenkung des Zugs vorzugsweise mittels Seilnippeln erfolgt, die in dafür vorgesehenen Aufnahmen der jeweiligen Seilscheibe angeordnet werden. Dabei sind die Seilnippel des ersten und des zweiten Betätigungszugs jeweils diametral gegenüberliegend an die jeweilige Seilscheibe gekoppelt. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, beide Betätigungszüge als reine Zugkraftübertragungsmittel auszugestalten. Wobei ein Betätigungszug zum Schließen und der andere Betätigungszug zum Öffnen der Klappe vorgesehen ist und jeweils eine dementsprechende Zugkraft vom Antrieb auf die Seilscheibe der Klappe überträgt.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass für die Klappenbewegung im Bereich der Klappenanlenkung an einen gasführenden Strang des Verbrennungsmotors ein Endanschlag vorgesehen ist, der eine Endstellung der Klappe vorgibt oder bestimmt.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Lagerung der Klappe und das Kopplungsglied derart ausgebildet sind, dass das zumindest eine Federelement des Kopplungsglieds infolge einer von der Antriebseinheit ausgehenden Kraft bei einer sich in Endstellung befindlichen Klappe entgegen der Vorspannung des zumindest einen Federelements spannt.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Kopplungsglied nach oder bei Erreichen einer Klappenendstellung und/oder bei Auftreten eines Blockierzustandes der Klappe eine Federwegreserve für den Antrieb zur Verfügung stellt. Ist die Klappe etwa infolge einer Beschädigung nicht mehr oder nur noch eingeschränkt beweglich, so stellt das Kopplungsglied eine Federwegreserve zur Verfügung. Der Antrieb kann bei einer blockierten Klappe um die Federwegreserve weiter bewegt werden, bis eine dem Antrieb zugeordnete Abschaltelektronik etwa diesen Einklemm- oder Störfall aufgrund des ansteigenden Drehmoments des Antriebs den Blockierzustand oder Störfall ermittelt und selbsttätig den Antrieb anhält und/oder reversiert. Eine derartige Federwegreserve ist insoweit von Vorteil, als dass der Antrieb und seine mechanischen Komponenten etwa infolge eines blockierten Zustandes keinen Schaden nehmen.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Kopplungsglied bzw. das ihm zugeordnete zumindest eine Federelement bei oder nach Erreichen der Klappenendstellung, selbst bei inaktiver Antriebseinheit eine Kraft auf das Kraftübertragungsmittel ausübt, welche die Klappe in einer vorgesehenen Endstellung hält.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kopplungsglied in das Gehäuse der Antriebseinheit oder in das Gehäuse einer Klappenanlenkeinrichtung integriert ist. Die Anordnung des Kopplungsglieds an der Antriebseinheit ist aufgrund der beabstandeten Anordnung der Antriebseinheit von der Klappe jedoch als vorteilhaft anzusehen, da im Bereich der Klappe, insbesondere bei einer Ausbildung als Abgasklappe, im Betrieb sehr hohe Temperaturen erreicht werden, die die Funktionsfähigkeit des Kopplungsglieds beeinträchtigen könnten.
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Die Integration des Kopplungsglieds in ein Gehäuse verringert den Montageaufwand der Stelleinrichtung, da bei einer solchen Ausführung das Kopplungsgliedgehäuse nicht mehr separat zwischen Antrieb und Klappe angeordnet werden muss. Auf diese Art und Weise kann die Stelleinrichtung universell an vorgegebene Maße des Kraftfahrzeugs und an vorgesehene Bauraumbedingungen individuell angepasst werden. Dabei ist insbesondere von Vorteil, wenn das Kraftübertragungsmittel als flexibler Betätigungszug ausgebildet ist, der zum einen selbst nur ein geringes Maß an Bauraum einnimmt und zum anderen flexibel an vorgegebene Bauraumbedingungen angepasst werden kann.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kopplungsglied eine Druckfeder aufweist, die sich zwischen dem Gehäuse der Antriebseinheit und einem antriebsseitigen Endabschnitt des Schlauchs oder der Hülle des die Antriebseinheit und die Klappe mechanisch miteinander koppelnden Betätigungszugs abstützt. Dabei kann sogar vorgesehen werden, dass das Kopplungsglied im Wesentlichen einzig aus dieser Druckfeder besteht, die abtriebsseitig des Antriebsgehäuses anzuordnen ist.
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Bei Auftreten eines Blockierzustandes oder bei Erreichen einer Endstellung der Klappe wird diese, eine Vorspannkraft auf den Betätigungszug ausübende Feder gespannt. Infolge einer Längung oder Kürzung, entweder des Innenzugs oder des Schlauchs, wird diese Feder entweder weiter gespannt oder entspannt. Auf jeden Fall kompensiert sie eine im fortwährenden Betrieb der Stelleinrichtung auftretende Längung und eine damit einhergehende sich vergrößernde Seillose des Systems. Zudem stellt sie, wie bereits zuvor beschrieben, eine dauerhafte Spannung auf den Betätigungszug zur Verfügung, die verhindert, dass sich die Klappe selbsttätig aus ihrer Endstellung oder Ausgangsstellung heraus bewegt.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass diese Druckfeder zum Ausgleich einer betriebsbedingten Längung oder Längenänderung des Seils und/oder zum Aufbau oder Erhalten einer Spannung auf dem Betätigungszug bei inaktiver Antriebseinheit vorgesehen und dazu ausgebildet ist.
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Nach einem weiteren unabhängigen Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Betätigung einer einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs zugeordneten und schwenkbar gelagerten Klappe, wie etwa einer in einem Abgasstrang schwenkbar gelagerten Abgasklappe. Diese ist über ein vorzugsweise flexibles Kraftübertragungsmittel mit einer von der Klappe beabstandet angeordneten Antriebseinheit mechanisch gekoppelt. Die Klappe wird mittels der Antriebseinheit von einer Ausgangsstellung in eine vorgegebene Endstellung überführt. Nach Erreichen dieser Endstellung wird der Antrieb zum Aufbau einer von einem dem Kraftübertragungsmittel zugeordneten Kopplungsglied zur Verfügung stellbaren Spannung, insbesondere einer Federspannung, um ein vorbestimmtes Maß weiter betätigt.
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Diese Art der Betätigung der zuvor beschriebenen Stelleinrichtung gewährleistet, dass das Kraftübertragungsmittel, welches vorzugsweise als flexibler Betätigungszug ausgebildet ist, selbst bei abgeschaltetem bzw. inaktivem Antrieb in seiner vorgesehenen Endstellung verbleibt. Die Endstellung ist dabei vorzugsweise durch einen im Bereich der Klappenanlenkung ausgebildeten Endanschlag vorgegeben.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Kopplungsglied bei abgeschaltetem oder inaktivem Antrieb eine Zug- oder Druckkraft auf das Kraftübertragungsmittel ausübt, welche die Klappe in der Endstellung hält.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Kopplungsglied eine betriebs- und/oder temperaturbedingte Längenänderung des Kraftübertragungsmittels kompensiert.
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Darstellung der Erfindung
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Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung
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2 eine Schnittdarstellung des hülsenförmigen Kopplungsglieds zur Aufnahme der Feder,
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3 das Bauteil nach 2 in der Seitenansicht,
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4 eine Draufsicht auf die Antriebseinheit,
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5 einen Teil der Antriebseinheit nach 4 in einer Schnittdarstellung,
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6 eine Draufsicht der abtriebsseitigen Vorrichtung,
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7 die Vorrichtung nach 6 in einer Schnittdarstellung und
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8 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung der Stelleinrichtung 10, wobei die zu betätigende Klappe nicht explizit wiedergegeben ist. Die Stelleinrichtung 10 weist einen elektromotorischen Antrieb 12, eine Klappenanlenkung 14 sowie ein zwischen dem Antrieb 12 und der Klappenanlenkung 14 vorgesehenes Kopplungsglied 16 auf. Die elektromotorische Antriebseinheit 12 und die Klappenanlenkung 14 bzw. die Klappe sind über einen vorzugsweise flexibel ausgebildeten Betätigungszug 18 miteinander gekoppelt. Dieser Betätigungszug ist zumindest zur unidirektionalen Übertragung einer Zugkraft ausgebildet.
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Zwischen dem antriebs- und abtriebsseitigen Strang des Betätigungszugs 18 ist das Kopplungsglied 16, welches hülsenartig ausgebildet ist, angeordnet. Es ermöglicht eine Relativ- oder Ausgleichsbewegung zwischen dem Antrieb 12 und der nicht explizit dargestellten Klappe.
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In 2 ist das Kopplungsglied 16 gemäß 1 im Querschnitt wiedergegeben. Das Kopplungsglied 16 weist ein zweiteiliges Gehäuse 36, 38 auf. An jedem freien Endabschnitt dieser Gehäuseteile 36, 38 ist eine Schlauchfassung 40, 42 vorgesehen, die einen außenliegenden Schlauch oder eine Hülle 32 des in diesem Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgebildeten Betätigungszugs 18 aufnimmt. Die Innenzüge 34, 34' dieser beiden Betätigungszugabschnitte sind über ein innerhalb des Kopplungsglieds 16 vorgesehenes Federelement 50 miteinander gekoppelt. Das Federelement 50 ist dabei als Druckfeder ausgebildet. Es stützt sich einen Ends an einer Hülse 44 und anderen Ends an einen radial verbreiterten Fortsatz eines Kolbens 46 ab.
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Der Kolben wiederum ist mit dem Innenzug 34 verbunden. An dem in 2 linken Endabschnitt weist die Hülse 44 eine Durchgangsbohrung 45 für den Innenzug 34 auf. Während die Hülse andern Ends, das heißt, in dem in 2 rechten Endabschnitt, mit einem tellerartig ausgebildeten Fortsatz oder Abschlussstück 48 verbunden ist. Dieses Abschlussstück 48 ist wiederum mit dem Innenzug 34 des anderen Betätigungszugstrangs fest verbunden.
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Das Federelement 50 stellt eine Vorspannung zwischen der Hülse 44 und dem Kolben 46 zur Verfügung. So lange die von außen auf den Betätigungszug 18 einwirkenden Kräfte diese Vorspannkraft nicht übersteigen, werden die vom Antrieb zur Verfügung gestellten Kräfte unverändert im Verhältnis 1 zu 1 und unmittelbar auf die Klappenanlenkung 14 bzw. die zu betätigende Klappe übertragen.
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Bei dieser normalen Betätigung, bei welcher das Kopplungsglied im Wesentlichen inaktiv ist, kann das Gehäuse 36 des Kopplungsglieds 16 ortsfest am Kraftfahrzeug angeordnet werden. Da das Gehäuse 36 insbesondere in seiner Längserstreckung deutlich größer als die im Gehäuse verschiebbare Hülse 44 ausgebildet ist, wird bei dieser Betätigung der Stelleinrichtung die Hülse 44 innerhalb des Gehäuses 36 verschoben. Die Ausbildung des Gehäuses 36, 38, welches die Hülse 44 im Wesentlichen vollständig umschließt verhindert das Eindringen von Schmutz und Staub in den Betätigungszug 18. Die zueinander verschieblichen Bauteile, wie etwa der Innenzug 34 und die Hülse 44 sind daher wirksam vor Umwelteinflüssen geschützt.
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Gerät die Klappe in ihre Endstellung, über welche sie nicht hinaus bewegt werden kann, übersteigt die vom Antrieb auf den Betätigungszug 18 einwirkende Kraft dieser Federvorspannung der Feder 50. Alsdann kommt es zu einer Relativbewegung des federbelasteten Kolbens 46 gegenüber der ihn umgebenden Hülse 44. Die Feder 50, welche in diesem Ausführungsbeispiel als Druckfeder ausgebildet ist, wird entgegen ihrer Vorspannkraft weiter zusammengedrückt. Wird dann der Antrieb abgeschaltet, bleibt die Feder 50 in ihrer zusammengedrückten Stellung und stellt dann eine Kraft zur Verfügung, die den gesamten Betätigungszug 18 zwischen Antrieb 12 und Klappenanlenkeinrichtung 14 auf einer Vorspannung hält.
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Tritt etwa temperaturbedingt, durch sonstige Umwelteinflüsse oder bei Vorhandensein einer etwaigen Systemlosen eine Längung oder Verkürzung entweder des außenliegenden Schlauchs 32 oder des inneren Seils 34 auf, kann unter Abbau oder unter einem weiteren Aufbau der Spannung der Feder 50 eine Relativbewegung zwischen dem Innenzug 34 und dem Schlauch 32 erfolgen, welche die Längenänderung des Kraftübertragungsmittels kompensiert.
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3 zeigt das hülsenartig ausgebildete Kopplungsglied gemäß 2. Dort ist deutlich der zweitteilige Aufbau des äußeren Gehäuses mit den Gehäusehälften 36 und 38 zu erkennen.
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4 zeigt eine Draufsicht auf die Antriebseinheit 12. Dieser weist einen Elektromotor 20 sowie ein mit dem Motor verbundenes Getriebe 22 auf. Abtriebsseitig ist der Motor 20 bzw. das Getriebe 22 mit einer Seilscheibe 24 gekoppelt, die auf einer Drehachse 28 gelagert ist. An der Seilscheibe 24 ist der Innenzug 34 des Betätigungszugs 18 radial beabstandet von der Drehachse 28 angelenkt.
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Durch eine Drehbewegung der Seilscheibe 24 kann somit eine Zug- und/oder Druckkraft auf den Betätigungszug 18 und somit auch auf die zu betätigende Klappe im Bereich der Klappenanlenkung 14 übertragen werden. Der Betätigungszug 18 ist im Bereich einer Schlauchfassung 26 tangential und unmittelbar an das Gehäuse der Seilscheibe 24 angelenkt.
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In 5 ist die Antriebseinheit 12 entlang der Schnittlinie A-A in einer Schnittdarstellung gezeigt.
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Die 6 und 7 zeigen die Klappenanlenkung 14. Auch hier ist eine Seilscheibe 65 vorgesehen, an deren Außenumfang das Ende des Betätigungszugs, insbesondere dessen Innenzug 34 angelenkt ist. Infolge einer vom Betätigungszug 18 übertragenen Verschiebebewegung zwischen dem an der Schlauchfassung 62 aufgenommenen Schlauch 32 und dem Innenzug 34 wird die Seilscheibe 65 in Drehung versetzt.
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Die Seilscheibe 65 kann starr mit einer Drehachse 60 verbunden sein, auf der axial beabstandet, die im Bereich eines Abgasstrangs angeordnete und zu betätigende Klappe angeordnet ist. Die Schlauchfassung 62 ist vorzugsweise integraler Bestandteil der Klappenanlenkungsgehäuses 64. Der Übergang vom Betätigungszug 18 an die Klappenanlenkung 14 ist somit auch gegenüber Umwelteinflüssen wirksam geschützt.
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Der Betätigungszug kann ferner über eine Öffnung in das Gehäuse der Klappenanlenkung 14 geführt werden. An der Unterseite der dort vorgesehenen Seilscheibe 65 kann eine Verzahnung vorgesehen werden. Diese greift mittelbar oder unmittelbar an der Drehachse der zu betätigenden Klappe an und ermöglicht eine Verstellbewegung der Abgasklappe in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Seilscheibe bzw. in Abhängigkeit von der vom Betätigungszug 18 übertragbaren Verschiebebewegung bzw. Kraft.
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In dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist als Rückstellfeder eine Querschnitt angedeutete Rückstellfeder 66 vorgesehen. An der Unterseite, der Klappe zugewandt, ist die Seilscheibe 65 mit einer Verzahnung 67, insbesondere mit einer stirnseitigen Kerbverzahnung versehen. Diese steht mit der schwenkbar gelagerten Klappe oder der Klappenachse unmittelbar in Eingriff und sorgt für eine schlupffreie Kraftübertragung.
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In 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben. Das Kopplungsglied ist hierbei unmittelbar am Gehäuse 30 des Antriebs 20 angeordnet bzw. angelenkt. Die Kopplungseinrichtung besteht dabei im Wesentlichen aus einer Druckfeder 52, die sich einen Ends an der Schlauchfassung 26 bzw. an einem Abschnitt des Gehäuses der Seilscheibe 24 abstützt, während sie, die Druckfeder 52, andern Ends an einem hier nur angedeuteten Außenzug 32 des Betätigungszugs 18 zu liegen kommt. Innerhalb dieses nur abschnittsweise angedeuteten Schlauchs 32 verläuft der mit der Seilscheibe 24 in Wirkverbindung stehende Innenzug 34 des Betätigungszugs 18.
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Tritt bei dieser Konfiguration etwa ein Blockieren der Klappe auf oder ist diese Klappe in die Endstellung überführt, spannt sich bei weiterer Betätigung des Antriebs die Feder 52. Bei einem nachfolgend abgeschalteten Antrieb stellt diese Feder 52 dann eine auf den Antriebsstrang einwirkende Vorspannung zur Verfügung. Diese verhindert ein ungewolltes Klappern der Klappe oder ein selbsttätiges Bewegen der Klappe aus ihrer vorgesehenen Endlage heraus.
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Die Feder 52, welche zwischen einer Anlagefläche am Gehäuse des Antriebs einerseits und an einem Bund der Schlauchfassung 34 andererseits eingespannt ist, ist stets bestrebt, die Schlauchfassung bzw. den Außenzug 32 aus dem Gehäuse des Antriebs heraus bzw. vom Gehäuse wegzuschieben.
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Bei sämtlichen Ausführungen weist die Seilscheibe eine umlaufende Rille auf, in welcher der Innenzug geführt wird. Mittels eines Seilnippels wird der Endabschnitt des Innenzugs an einen Anlenkpunkt der Seilscheibe angeordnet. Andere äquivalente Anlenkungsmöglichkeiten eines Betätigungs an einen drehbaren Antrieb oder eine schwenkbare Klappe sind jedoch ebenfalls im Rahmen der Erfindung. Die näher beschriebenen Ausführungen der Stelleinrichtung sind zur Betätigung einer in einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors schwenkbar angeordneten Klappe vorgesehen. Die Stelleinrichtung kann jedoch auch in beliebig anderer Weise zur Betätigung anderer oder weiterer, einem Verbrennungsmotor zugeordneten Klappen Verwendung finden. Sie kann beispielsweise auch zur Betätigung einer Drosselklappe im Luftzufuhrstrang für einen Verbrennungsmotor angeordnet oder dafür vorgesehen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Stelleinrichtung
- 12
- Antrieb
- 14
- Klappenanlenkung
- 16
- Kopplungsglied
- 18
- Betätigungszug
- 20
- Antrieb
- 22
- Getriebe
- 24
- Seilscheibe
- 26
- Schlauchfassung
- 28
- Drehachse
- 30
- Motorgehäuse
- 32
- Außenzug/Schlauch
- 34
- erster Innenzug
- 34'
- zweiter Innerzug
- 36
- Gehäuse
- 38
- Gehäuse
- 40
- Schlauchfassung
- 42
- Schlauchfassung
- 44
- Hülse
- 45
- Durchgangsbohrung
- 46
- Kolben
- 48
- Abschlussstück
- 50
- Feder
- 52
- Feder
- 60
- Drehachse
- 62
- Schlauchfassung
- 64
- Gehäuse
- 65
- Seilscheibe
- 66
- Rückstellfeder
- 67
- Verzahnung
