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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine
bzw. ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Einrichtung.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
195 25 510 A1 , das Patent
US
5,672,818 und das Patent
JP 38 42 336 B2 zeigen eine Stelleinrichtung
mit einer in einem Drosselklappenstutzen schwenkbar gelagerten Drosselklappenwelle
und einer daran befestigten Drosselklappe. In den Drosselklappenstutzen
ist auch ein elektrischer Stellantrieb eingebaut. Ein Getriebe sorgt
für eine Übertragung einer Stellbewegung zwischen
dem elektrischen Stellantrieb und der Drosselklappenwelle. Bei dieser
Stelleinrichtung werden die Drosselklappenwelle, die Drosselklappe,
der elektrische Stellantrieb und die Zahnräder des Getriebes
in den Drosselklappenstutzen eingebaut und dann durch einen Deckel
gegen Umwelteinflüsse geschützt. Das Getriebe
hat ein Zwischenrad zwischen dem elektrischen Stellantrieb und der
Drosselklappenwelle. Die Stelleinrichtung hat zum Überwachen der
Winkelstellung der Drosselklappe einen Winkelsensor in Form eines
Potentiometers mit Potentiometerbahnen und mit Schleifern. Die Potentiometerbahnen
befinden sich auf einer Platine, die an dem Deckel befestigt ist.
Damit der Deckel an den Drosselklappenstutzen angebaut werden kann,
muss die Platine mit den Potentiometerbahnen U-förmig geformt
sein. Dies bedeutet eine Einschränkung bei der Auswahl
des die Winkelstellung der Drosselklappe erfassenden Sensors.
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Die
Schriften
DE 195 40
323 A1 und
WO 97/16638 zeigen
einen Drosselklappenstutzen mit einer in den Drosselklappenstutzen
eingebauten Drosselklappe, einer Drosselklappenwelle, einem elektrischen
Stellantrieb und mit Zahnrädern eines Getriebes zum Übertragen
einer Stellbewegung zwischen dem elektrischen Stellantrieb und der
Drosselklappenwelle. Ein Deckel schützt das Getriebe gegen Umwelteinflüsse.
An dem Deckel ist auch ein Schleifer eines die Drehbewegung der
Drosselklappenwelle sensierenden Sensors drehbar gelagert.
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Die
Offenlegungsschriften
DE
10 2004 016 912 A1 und
EP 1 508 681 A1 sowie das Patent
US 6,973,913 B2 zeigen
eine Stelleinrichtung mit einem Getriebe. Allerdings ist man bei
dieser Stelleinrichtung bei der Wahl des Übersetzungsverhältnisses des
Getriebes aufgrund der Anordnung der Getrieberäder erheblich
eingeschränkt bzw. das Getriebe baut insgesamt ziemlich
groß.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Stelleinrichtung und das erfindungsgemäße
Verfahren zum Herstellen einer Stelleinrichtung haben den Vorteil,
dass für den Sensor eine ausreichende Größe
und Dimensionierung gewählt werden kann. Ein weiterer Vorteil
ist, dass auch bei wenig zur Verfügung stehendem Bauvolumen
ein relativ großes Übersetzungsverhältnis zwischen
dem Stellantrieb und dem Drosselkörper realisierbar ist.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass der Aufwand zum Herstellen
der Stelleinrichtung ziemlich klein ist, insbesondere wegen relativ geringem
Aufwand beim Zusammenbauen einzelner Komponenten der Stelleinrichtung.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbindungen und Verbesserungen möglich.
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Wenn
sich der Sensor in einem von einem Gehäusedeckel mindestens
teilweise abgedeckten Zwischenraum der Stelleinrichtung befindet,
dann bietet dies den Vorteil eines Schutzes gegen Umwelteinflüsse.
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Ist
ein gehäusefestes Stationärsensorteil des Sensors
am Gehäusedeckel befestigt und ein bewegbares Sensorteil,
bzw. ein drehbares Rotorsensorteil des Sensors an den Drosselkörper
gekoppelt, so ergibt dies eine einfach herstellbare Stelleinrichtung
und man erhält ein präzises, mit wenig Toleranzen
behaftetes Sensorsignal.
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Wird
das Zwischenrad mindestens zeitweise an dem Getriebedeckel gehalten,
insbesondere beim Zusammenbauen der Stelleinrichtung, so bietet
dies den Vorteil, dass zwei Baugruppen vorbereitet werden können
und dass dann durch einfaches Zusammenfügen, ohne dass
dann viele Teile hintereinander montiert werden müssen,
die Teile zusammengebaut werden können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein
bevorzugt ausgewähltes, besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
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1 einen
Längsschnitt durch die Stelleinrichtung während
eines Zwischenschritts beim Zusammenbauen der Stelleinrichtung und
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2 einen
Längsschnitt durch die Stelleinrichtung in zusammengebautem
Zustand.
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Ausführungsform der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäß ausgeführte Stelleinrichtung
kann bei jeder Brennkraftmaschine verwendet werden, bei der die
Leistung der Brennkraftmaschine mit Hilfe der Stelleinrichtung beeinflusst
werden soll. Mit der Stelleinrichtung kann beispielsweise die der
Brennkraftmaschine zugeführte Luft gesteuert werden. In
diesem Fall ist die Stelleinrichtung üblicherweise ein
Drosselklappenstutzen mit einer verstellbar gelagerten Drosselklappe.
Die Stelleinrichtung kann aber auch beispielsweise zum Steuern von Abgas
und/oder eines Seitenluftkanals verwendet werden.
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In
allen Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit denselben
Bezugszeichen versehen. Sofern nichts Gegenteiliges erwähnt,
bzw. in den Zeichnungen dargestellt ist, gilt das anhand einer der Figuren
Erwähnte und Dargestellte bei allen Figuren.
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Die 1 und 2 zeigen
eine Stelleinrichtung 2 mit einem verstellbar gelagerten
Drosselkörper 4. Bei dem dargestellten, bevorzugt
ausgewählten Ausführungsbeispiel ist die Stelleinrichtung 2 ein
Drosselklappenstutzen 2a, und der verstellbar gelagerte
Drosselkörper 4 ist eine Drosselklappe 4a.
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Komponenten
bzw. Zwischen-Baugruppen der Stelleinrichtung 2 sind eine
drosselkörperseitige Stellereinheit 6 und eine
Deckeleinheit 8.
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Die
drosselkörperseitige Stellereinheit 6 umfasst
beispielsweise ein Gehäuse 10, einen Stellantrieb 12,
ein Lagerelement 14, ein drosselkörperseitiges
Antriebselement 16, eine Rückstellfederung 18, eine
Notlauffeder 20, ein Treibrad 22 und ein Lager 24.
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Das
Gehäuse 10 ist beispielsweise in Form eines Drosselklappengehäuses 10a ausgebildet.
Der Stellantrieb 12 ist vorzugsweise in Form eines Elektromotors 12a realisiert.
Das Lagerelement 14 ist beispielsweise eine Drosselklappenwelle 14a.
Das drosselkörperseitige Antriebselement 16 ist
vorzugsweise als Zahnradsegment 16a ausgebildet. Die Rückstellfederung 18 umfasst üblicherweise
zwei Rückstellfedern 18a, 18b. Das Treibrad 22 gehört
zum Stellantrieb 12 bzw. das Treibrad 22 ist ein
Stellerritzel 22a und ist mit der Motorwelle des Elektromotors 12a fest verbunden.
Das Lager 24 ist vorzugsweise in Form eines im Gehäuse 10 eingepessten
Lagerstifts 24a realisiert.
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Die
Anordnung und die Wirkungsweise der Rückstellfedern 18a, 18b und
der Notlauffeder 20 sind allgemein bekannt und werden deshalb
hier nicht nochmals erläutert.
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Das
Lagerelement 14 bzw. die Drosselklappenwelle 14a ist über
zwei Drehlager 26.1 und 26.2 in dem Gehäuse 10 bzw.
in dem Drosselklappengehäuse 10a um eine Drehachse 50 drehbar
bzw. schwenkbar gelagert. Der an dem Lagerelement 14 befestigte
Drosselkörper 4 und das Antriebselement 16 können
zusammen mit dem Lagerelement 14 um die Drehachse 50 geschwenkt
bzw. gedreht werden.
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Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Deckeleinheit 8 einen
Gehäusedeckel 30, ein Anschlussteil 32 und
einen Motoranschlusspin 34 bzw. mehrere Motoranschlusspins 34 sowie
ein Zwischenrad 36.
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Die
Stelleinrichtung 2 hat einen Sensor 40. Der Sensor 40 hat
ein deckelfestes bzw. gehäusefestes Stationärteil 40.2 sowie
ein bewegbares Sensorteil 40.4, beispielsweise in Form
eines drehbaren Rotorsensorteils 40.4a.
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Das
Stationärteil 40.2 des Sensors 40 kann als
zur Deckeleinheit 8 gehörend betrachtet werden. Das
bewegbare Sensorteil 40.4 bzw. das Rotorsensorteil 40.4a kann
als zur drosselkörperseitigen Stellereinheit 6 gehörend
betrachtet werden.
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Zwischen
dem Gehäusedeckel 30 und dem gehäusefesten
Stationärsensorteil 40.2 ist eine Zentrierung 42 vorgesehen.
Beim Ausführungsbeispiel wird die Zentrierung 42 dadurch
gebildet, dass an dem Gehäusedeckel 30 eine Zentriernase 42a angeformt
ist, die beim Anbauen des Stationärsensorteils 40.2 an
den Gehäusedeckel 30 in eine am Stationärsensorteil 40.2 vorgesehene
Zentrierbohrung 42b eingreift. Die Zentrierung 42 sorgt
für eine präzise Positionierung des Stationärsensorteils 40.2 relativ zum
Gehäusedeckel 30 und darüber auch relativ
zum Gehäuse 10.
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Mittels
einer Befestigung 44 ist der Stationärsensorteil 40.2 an
dem Gehäusedeckel 30 befestigt. Der Stationärsensorteil 40.2 ist
beispielsweise an den Gehäusedeckel 30 angeschraubt,
angeschweißt oder angeklebt.
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Am
Gehäusedeckel 30 ist ein umlaufender Vorsprung
angeformt, und dieser bildet am Gehäusedeckel 30 eine
Führung 46.1. Am Zwischenrad 36 ist eine
Ansenkung vorgesehen. Diese bildet am Zwischenrad 36 eine
Führung 46.2. Der Durchmesser der Führung 46.2 am
Zwischenrad 36 ist größer als der Durchmesser
der Führung 46.1 am Gehäusedeckel 30.
Die Führung 46.1 und die Führung 46.2 greifen
ineinander und bilden so eine Vorzentrierung 46 zwischen
dem Zwischenrad 36 und dem Gehäusedeckel 30.
Durch die Vorzentrierung 46 ist das Zwischenrad 36 relativ
zum Gehäusedeckel 30 mit radialem Spiel zentriert,
so dass die das Zwischenrad 36 und den Gehäusedeckel 30 umfassende
Deckeleinheit 8 leicht an die das Gehäuse 10 umfassende drosselkörperseitige
Stellereinheit 6 angebaut werden kann.
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Weil
das Zwischenrad 36, betrachtet in Richtung parallel zur
Drehachse 50, sich mindestens teilweise zwischen dem deckelfesten
Stationärsensorteil 40.2 des Sensors 40 und
der Stirnseite 30.1 des Gehäusedeckels 30 befindet,
kann das Zwischenrad 36 nicht herausfallen. Mit dem das
Zwischenrad 36 mindestens teilweise übergreifenden
Stationärsensorteil 40.2 ergibt sich bei der Deckeleinheit 8 eine das
Zwischenrad 36 haltende Rückhalteeinrichtung 48.
Die Rückhalteeinrichtung 48 bildet für
das Zwischenrad 36 eine Verliersicherung, bis die Deckeleinheit 8 fest
an die drosselkörperseitige Stellereinheit 6 angebaut
ist. Der Gehäusedeckel 30 zusammen mit dem Zwischenrad 36 und
dem Stationärsensorteil 40.2 bilden die leicht
handhabbare Deckeleinheit 8. Die Deckeleinheit 8 kann
unabhängig von der drosselkörperseitigen Stellereinheit 6 hergestellt,
gelagert und zu einem anderen Ort zum Anbauen an die Stellereinheit 6 geliefert
werden.
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Das
Zwischenrad 36 hat zwei unterschiedliche Durchmesser. Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Zwischenrad 36 zwei
Zahnkränze mit unterschiedlichen Wirkkreisdurchmessern.
Das Zwischenrad 36 hat einen größeren
Wirkkreisdurchmesser 36.1 und einen kleineren Wirkkreisdurchmesser 36.2.
Der größere Wirkkreisdurchmesser 36.1 steht im
zusammengebauten Zustand in Wirkeingriff mit dem Treibrad 22,
und der kleinere Wirkkreisdurchmesser 36.2 steht im zusammengebauten
Zustand in Wirkeingriff mit dem drosselkörperseitigen Antriebselement 16.
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Vom
Drosselkörper 4 aus betrachtet, in Längsrichtung
zur Drehachse 50, befindet sich ein Teil des größeren
Wirkkreisdurchmessers 36.1 auf der dem Drosselkörper 4 abgewandten
Seite des deckelfesten Stationärsensorteils 40.2.
Dies bietet den Vorteil, dass das Zwischenrad 36 auch dann,
wenn die Deckeleinheit 8 noch nicht an die Stellereinheit 6 angebaut
ist, aus der Deckeleinheit 8 nicht herausfallen kann. Ein
weiterer Vorteil ist, dass auf dieser Seite des Stationärsensorteils 40.2 bei
zugestandenem Gesamtbauraumbedarf relativ viel Platz für
den größeren Wirkkreisdurchmesser 36.1 zur
Verfügung gestellt werden kann, so dass zwischen dem Treibrad 22 und
dem Zwischenrad 36 eine häufig gewünschte, große Übersetzung
hergestellt werden kann.
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Weil
sich der größere Wirkkreisdurchmesser 36.1 des
Zwischenrads 36 auf der dem Drosselkörper 4 abgewandten
Seite des Stationärsensorteils 40.2 befindet,
kann die Größe, die Dimensionierung und die Formgebung
für das Stationärsensorteil 40.2 unabhängig
von der Größe des größeren Wirkkreisdurchmessers 36.1 gewählt
werden. Insbesondere kann bei Bedarf die Stirnseite des drosselkörperseitigen
Antriebselements 16 mit dem gehäusefesten Stationärsensorteil 40.2 vollständig
abgedeckt werden.
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Die
elektrische Kontaktierung zwischen dem an den Gehäusedeckel 30 angeformten
elektrischen Anschlussteil 32 und dem deckelfesten Stationärsensorteil 40.2 erfolgt
beispielsweise durch in den Gehäusedeckel 30 eingebettete
Stanzgitter. Die elektrische Kontaktierung zwischen den Motoranschlusspins 34 und
dem Anschlussteil 32 erfolgt ebenfalls beispielsweise über
ein in den Gehäusedeckel 30 eingebettetes Stanzgitter.
Beim Anbauen des Gehäusedeckels 30 an die drosselkörperseitige
Stellereinheit 6 gelangen die Motoranschlusspins 34 in elektrischen
Kontakt mit den entsprechenden elektrischen Anschlussstellen des
Elektromotors 12a.
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Für
das Herstellen bzw. für die Produktion der Stelleinrichtung 2 wird
folgende Vorgehensweise vorgeschlagen: Zunächst wird die
das Gehäuse 10, das schwenkbar gelagerte Lagerelement 14 mit
dem drosselkörperseitigen Antriebselement 16 und
das bewegbare Sensorteil 40.4 umfassende drosselkörperseitige
Stellereinheit 6 hergestellt. Zeitlich parallel oder zeitlich
davor oder zeitlich danach kann auch die den Gehäusedeckel 30,
das Zwischenrad 36 und das Stationärsensorteil 40.2 des
Sensors 40 umfassende Deckeleinheit 8 hergestellt
werden.
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Die
drosselkörperseitige Stellereinheit 6 und die
Deckeleinheit 8 können räumlich und zeitlich
unabhängig voneinander hergestellt und bevorratet werden.
Bei der Endmontage werden dann die drosselkörperseitige
Stellereinheit 6 und die Deckeleinheit 8 zusammengefügt.
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Mit
dem Anbauen der Deckeleinheit 8 an die drosselkörperseitige
Stellereinheit 6 wird das Zwischenrad 36 auf den
Lagerstift 24a aufgeschoben. Erleichtert wird dieser Zusammenbau
durch die zwischen dem Gehäusedeckel 30 und dem
Zwischenrad 36 wirkende Vorzentrierung 46. Wegen
dem Spiel im Bereich der Vorzentrierung 46 erfolgt nach
dem Zusammenbau die Führung des Zwischenrads 36 über die
Lagerung 24 am Gehäuse 10 und nicht mehr über die
Vorzentrierung 46 am Gehäusedeckel 30.
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Nach
dem Anbauen der Deckeleinheit 8 an die drosselkörperseitige
Stellereinheit 6 werden am Umfang an der Trennstelle mehrere
Halteklammern 52 angebracht, die den Gehäusedeckel 30 und
das Drosselklappengehäuse 10 so weit übergreifen,
dass die Deckeleinheit 8 und die drosselkörperseitige
Stellereinheit 6 fest zusammengepresst und gegeneinander
fest fixiert und positioniert sind.
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In
fertig zusammengebautem Zustand befindet sich das bewegbare Sensorteil 40.4 bzw.
das an dem drosselkörperseitigen Antriebselement 16 stirnseitig
angebrachte drehbare Rotorsensorteil 40.4a mit geringem
Abstand direkt neben dem gehäusefesten Stationärsensorteil 40.2.
Wenn sich der Drosselkörper 4 dreht, dann dreht
sich damit auch das bewegbare Sensorteil 40.4. Diese Bewegung
wird in dem gehäusefesten Stationärsensorteil 40.2 in
elektrische Signale umgeformt und dem Anschlussteil 32 zugeleitet,
von wo aus es dann über einen elektrischen Anschluss einem
Steuergerät zugeführt werden kann, zwecks entsprechender
elektrischer Anssteuerung des Stellantriebs 12.
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Der
Sensor 40 ist beispielsweise ein bekannter berührungsloser
Sensor mit einem feststehendem und einem sich bewegenden Sensorteil,
das bei entsprechender Bewegung ein elektrisches Signal in dem feststehenden
Stationärsensorteil 40.2 generiert. Der Sensor 40 kann
aber auch auf der Basis eines Potentiometers beruhen, wobei beispielsweise an
dem bewegbaren Sensorteil 40.4 Schleifer angebracht sind,
die an dem gehäusefesten Stationärsensorteil 40.2 angebrachte
Schleiferbahnen überstreichen und so in dem Sensor 40 elektrische
Signale generieren, die dem Anschlussteil 32 zugeführt
werden können.
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Dadurch,
dass sich der größere Wirkkreisdurchmesser 36.1 des
Zwischenrads 36 auf der dem Antriebselement 16 abgewandten
Seite des gehäusefesten Stationärsensorteils 40.2 befindet,
bekommt man große Freiheiten bei Auswahl und Dimensionierung
des Sensors 40.
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Der
Drosselkörper 4 bzw. die Drosselklappe 4a drehen
sich üblicherweise um einen Winkel bis zu 90°.
Deshalb muss der Wirkkreisdurchmesser an dem drosselkörperseitigen
Antriebselement 16 nicht über den gesamten Umfang
gehen, sondern an dem Antriebselement 16 genügt
ein Zahnradsegment 16a, das sich beispielsweise über
einen Winkel von 90° bis 120° erstreckt.
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Das
Treibrad 22, das Zwischenrad 36 mit den beiden
Wirkkreisdurchmessern 36.1 und 36.2 und das beispielsweise
in Form des Zahnradsegments 16a ausgebildete drosselkörperseitige
Antriebselement 16 bilden zusammen ein Getriebe 54 zum Übertragen
eines Drehmoments zwischen dem Stellantrieb 12 und dem
Drosselkörper 4, bzw. zwischen dem Stellerritzel 22a des
Elektromotors 12a und der Drosselklappe 4a.
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Das
Getriebe 54 und der Sensor 40 mit dem gehäusefesten
Stationärsensorteil 40.2 und dem bewegbaren Sensorteil 40.4 befinden
sich in einem Zwischenraum 56 zwischen dem Gehäuse 10 und
dem Gehäusedeckel 30. Der Gehäusedeckel 30 sorgt
für einen Schutz des Getriebes 54, des Sensors 40,
des Stellantriebs 12 und des Antriebselements 16 gegen schädliche
Umwelteinflüsse.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19525510
A1 [0002]
- - US 5672818 [0002]
- - JP 3842336 B2 [0002]
- - DE 19540323 A1 [0003]
- - WO 97/16638 [0003]
- - DE 102004016912 A1 [0004]
- - EP 1508681 A1 [0004]
- - US 6973913 B2 [0004]