DE102009016597B4

DE102009016597B4 - Abgasklappenantrieb für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009016597B4
Application number: DE102009016597A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schmidt; Oliver Reymann; Martin Blücher; Kai Bullmann
Original assignee: Kuester Holding GmbH
Current assignee: Kuester Holding GmbH
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2029-04-09
Also published as: DE102009016597A1; DE102009016597C5

Abstract

Abgasklappenantrieb (2) für ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsmotor (32) für eine Abgasklappe (8) des Kraftfahrzeuges, wobei der Antriebsmotor (32) mit einer Motorausgangswelle (34) mittelbar oder unmittelbar mit einer Abgasklappenwelle (10) zur Betätigung der Abgasklappe (8) wirkverbunden und in den Antriebsstrang zwischen dem Antriebsmotor (32) und der Abgasklappe (8) ein Koppelelement (48) geschaltet ist, wobei das Koppelelement (48) als eine auf Torsion beanspruchte Feder (50, 52) ausgebildet ist und mit einer drehfest mit der Abgasklappenwelle (10) verbundenen Aufnahme nach der Montage dauerhaft wenigstens in Formschluss in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (48) eine Federelastizität wenigstens in axialer Richtung der Federachse besitzt und auf Druck beansprucht ist, derart dass das Koppelelement (48) nach Beendigung der Montage unter axialer Vorspannung steht.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Abgasklappenantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsmotor für eine Abgasklappe des Kraftfahrzeuges, wobei der Antriebsmotor mit einer Motorausgangswelle mittelbar oder unmittelbar mit einer Abgasklappenwelle zur Betätigung der Abgasklappe wirkverbunden ist und in den Antriebsstrang zwischen dem Antriebsmotor und der Abgasklappe ein Koppelelement geschaltet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Montage eines solchen Abgasklappenantriebes gemäß Anspruch 30.
Technologischer Hintergrund
Bei Verbrennungsmotoren, insbesondere von Kraftfahrzeugen, ist es bekannt, im Abgassystem verstellbare Klappen anzuordnen, mit denen ein gezieltes Verschließen und Öffnen einzelner Rohrquerschnitte ermöglicht wird. Eine solche Zylinderabschaltung erfolgt bevorzugt im sogenannten Teillastbereich des Motors, wobei einzelne Zylinder oder eine komplette Zylinderreihe abgeschaltet werden können. Auch kann mittels derartiger Abgasklappen der Kraftstoffverbrauch bzw. die Schadstoffemission bei Verbrennungsmotoren dadurch reduziert werden, dass ein Teil des zuvor am Verbrennungsprozess beteiligten Abgases wieder in den Ansaugkanal des Motors rückgeführt und erneut an der Verbrennung beteiligt wird. Auch kann mittels dieser Abgasklappen gezielt das Geräuschverhalten eines Verbrennungsmotors gesteuert werden, beispielsweise um ein markentypisches Verbrennungs- oder Auspuffgeräusch zu generieren.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind bereits Abgasklappenantriebe für Kraftfahrzeuge bekannt, die von einem Aktuator, insbesondere einem elektromotorisch betriebenen Antriebsmotor betätigt werden, der direkt oder auch über Zwischenschaltung eines Getriebes mit einer Abgasklappenwelle der Abgasklappe wirkverbunden ist. Ein Abgasklappenantrieb mit den eingangs genannten Merkmalen ist bereits aus der DE 10 2004 040 814 B4 bekannt. Im Einzelnen offenbart diese Druckschrift eine Abgasklappeneinrichtung für Kraftfahrzeuge mit einer in einem Gehäuse angeordneten Abgasklappe, einer mit der Abgasklappe verbundenen Klappenwelle und einer mit der Klappenwelle verbundenen Stelleinrichtung zum Verstellen bzw. Schwenken der Abgasklappe. Dabei fluchten eine Abtriebswelle der Stelleinrichtung mit der Klappenwelle, wobei die Stelleinrichtung in der Nähe der Abgasklappe angeordnet ist. Die Stelleinrichtung ist über eine im Betrieb der Abgasklappe ein- und auskoppelbare Kupplung direkt mit der Klappenwelle verbunden. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass nur während einer Betätigung der Abgasklappe eine Verbindung zwischen der Abtriebswelle und der Klappenwelle hergestellt ist und somit auch nur während dieses kurzen Zeitraums eine Wärmeübertragung über die von heißen Abgasen angeströmte Klappenwelle hin zur Abtriebswelle und somit zur Stelleinrichtung erfolgen kann. Daher kann die Stelleinrichtung in der Nähe der Abgasklappe angeordnet sein und ist daher nicht einer zur starken Erwärmung ausgesetzt.
Aus DE 102 07 060 A1 ist eine Antriebseinheit einer Stelleinheit bekannt, bei der zur Entkopplung der Antriebswelle des Stellantriebs von der Schaltklappen-Antriebswelle eine drehelastische Kupplung in Form einer Schraubenfeder verwendet wird, die formschlüssig mit den beiden Wellenenden verbunden ist. Hierdurch werden Beschädigungen am Stellantrieb vermieden, da Schwingungen, Torsionen und Kräfte, die von der Schaltklappen-Antriebswelle sonst direkt auf die Antriebseinheit übertragen würden, durch die drehelastische Kupplung in weitem Maße gedämpft werden. Des Weiteren wird der Montageaufwand reduziert.
Aus DE 10 2004 062 099 A1 ist eine Stelleinrichtung für in Kraftfahrzeugen angeordnete Klappen, wie Drossel-, Drall- oder Abgasklappen bekannt. Die Stelleinrichtung weist ein Antriebselement auf, das über ein zwischengeschaltetes Getriebe mit einem Übertragungselement verbunden ist. Um bei Erreichen einer Endposition der Klappe aufgrund der Trägheit des Antriebselements verbleibende Energie aufnehmen zu können, ist ein Energiespeicherelement zur Aufnahme von Rotationsenergie zwischen dem Antriebselement und dem Übertragungselement angeordnet. Das Energiespeicherelement kann beispielsweise als Drehfeder ausgebildet sein.
Aus der DE 10 2004 040 817 A1 ist eine Abgasklappeneinrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, die eine in einem Gehäuse angeordnete Abgasklappe aufweist. Die Abgasklappe ist mit einer Klappenwelle verbunden. Zum Verschwenken der Abgasklappe ist die Klappenwelle mit einer Stelleinrichtung verbunden. Die Stelleinrichtung ist über eine Kupplung direkt mit der Klappewelle verbunden, wobei eine Abtriebswelle der Stelleinrichtung mit der Klappenwelle fluchtet.
Nachteilig an diesem bekannten Abgasklappenantrieb bzw. der Abgasklappeneinrichtung erweist sich jedoch die komplizierte Montage, wenn der Abgasklappenantrieb an der Abgasklappenwelle bzw. dem Abgasrohr zu einem Modul montiert wird.
Aufgabe
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Abgasklappenantrieb mit den eingangs genannten Merkmalen derart weiterzubilden, dass eine schnelle, sichere und bevorzugt auch selbstzentrierende Anbindung des Abgasklappenantriebs bzw. Aktuators an der Abgasklappe ermöglicht ist. Insbesondere soll eine sogenannte Blindmontage ermöglicht werden, mit der eine einfache Antriebsverbindung zwischen Antriebsmotor und Abgasklappe zum Zwecke der Montage ohne aufwendige Justierarbeiten erfolgen kann. Nach Nebenaspekten der Erfindung soll auch ein Anschlag für die in vollständig geöffneter Stellung befindliche Abgasklappe geschaffen werden. Auch soll der Aktuator bzw. Antriebsmotor oder Abgasklappenantrieb vor zu großer Wärmebelastung geschützt werden. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Blindmontage eines Abgasklappenelementes für Kraftfahrzeuge zur Verfügung zu stellen.
Erfindung und vorteilhafte Wirkungen
Die vorgenannte Aufgabe wird nach der Erfindung mit einem Abgasklappenantrieb mit den Merkmalen des Anspruch 1 und 30 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Dadurch, dass das Koppelelement Federelastizität besitzt und mit einer drehfest mit der Abgasklappenwelle verbundenen Wand nach der Montage dauerhaft wenigstens im Formschluss in Eingriff steht, wird eine Anbindung des Koppelelements an den Aktuator und an die Abgasklappe angegeben, welches eine schnelle, sichere und selbstzentrierende Anbindung von Aktuator und Abgasklappe bei der Montage ermöglicht. Insbesondere wird eine Blindmontage ermöglicht, indem der Aktuator mit dem Koppelelement mit einer mit der Abgasklappenwelle verbundenen Wand formschlüssig in Eingriff gebracht wird. Sofern der formschlüssige Eingriff zwischen Koppelelement und Wand nicht unmittelbar erfolgt, lässt sich dieser durch eine Bewegung von Koppelelement relativ zur Wand selbsttätig herbeiführen, ohne dass spezielle weitere Justiermaßnahmen eingeleitet werden müssten.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die insbesondere als Ringwand ausgebildete Wand mehrere, bevorzugt zwei bis acht, insbesondere vier Ausnehmungen aufweist, die insbesondere paarweise diametral einander gegenüberliegend angeordnet sind. Diese Ausnehmungen oder Nuten in der Wand des Koppelelements dienen als Aufnahme für Abschnitte des Koppelelements bzw. für Endabschnitte des als Feder ausgebildeten Koppelelements. Wird der formschlüssige Eingriff zwischen Koppelelement und Wand nicht unmittelbar herbeigeführt, ist das Koppelelement lediglich relativ zur Wand um einen Winkelbereich im oder gegen den Uhrzeigersinn zu verdrehen, bis das Koppelelement formschlüssig in die Ausnehmung eingreift. Je mehr Ausnehmungen an der Wand vorgesehen sind, umso geringer wird der Drehwinkel zum Herbeiführen des formschlüssigen Eingriffs. Die Ausnehmungen können paarweise diametral einander gegenüberliegend angeordnet sein, allerdings besteht auch die Möglichkeit, diese in anderer Form, beispielsweise diametral einander versetzt anzuordnen.
Von Vorteil sind die Ausnehmungen über den Umfang der Wand im Wesentlichen gleich verteilt angeordnet, so dass der maximale Verdrehwinkel von Koppelelement relativ zur Wand zur Herbeiführung eines formschlüssigen Eingriffs durch die Anzahl der Ausnehmungen, bezogen auf den Vollkreis, bestimmt wird.
Von besonderem Vorteil ist die Wand Bestandteil einer im Querschnitt bevorzugt kreisförmig ausgebildeten Hülse, welche über einen angeformten oder sonst wie verbundenen Boden mit der Abgasklappenwelle drehfest verbunden ist.
Es bietet sich nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung an, dass die Ausnehmungen der Wand im Kopfabschnitt der Hülse sich bis hin zu dem Boden erstrecken, sodass das Koppelelement im montierten Zustand satt dem Boden der Hülse aufsitzt.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Hülse sich mit dem der Wand abgewandten Fußabschnitt hin zum Abgasrohr erstreckt und einen Stutzen, aus dem die Abgasklappenwelle austritt, wenigstens entlang eines Teils der axialen Erstreckung des Stutzens übergreift. Aufgrund dieser Maßnahme können etwaig aufsteigende heiße Abgasströme, welche zwischen der Bohrung des Stutzens und der aus dem Stutzen austretenden Klappenwelle aus dem Abgasrohr hervortreten, umgelenkt werden bzw. von dem Aktuator bzw. Abgasklappenantrieb ferngehalten werden. Somit führt der heiße Abgasstrom nicht zu einer Funktionsbeeinträchtigung des Aktuators bzw. Abgasklappenantriebs und auch des Antriebsmotors.
Dabei bietet es sich von Vorteil an, dass der Boden und die Abgasklappenwelle gasdicht verbunden, zum Beispiel verschweißt, verschraubt oder verklebt sind. Aufgrund dieser Maßnahme wird der Durchtritt heißen Abgases durch den Boden hin zum Aktuator unterbunden.
Von besonderem Vorteil ist das Koppelelement als Feder ausgebildet, beispielsweise als gebundene Torsionsfeder, Zylinderfeder, gewundene Biegefeder, insbesondere auch als Schenkelfeder oder Spiralfeder, welche auch, aber gegebenenfalls nicht ausschließlich, auf Torsion beansprucht wird. Diese Maßnahme dient zum Aufbau einer auf die Abgasklappe wirkenden Vorspannung, wodurch ein sicheres Anliegen der Abgasklappe an einem Endanschlag selbst dann erreicht wird, wenn der Antriebsmotor abgeschaltet sein sollte. Auch sind aufgrund dieser Maßnahme Toleranzausgleiche möglich. Schließlich wird eine Vibrationsdämpfung der Abgasklappe bewirkt, sodass ansonsten etwaig auftretende Vibrationsgeräusche vermieden werden.
Von besonderem Vorteil ist das Koppelelement als Kegelfeder ausgebildet, welche nicht nur auf Torsion, sondern in axialer Richtung der Federachse auch auf Zug oder Druck, bevorzugt jedoch auf Druck beansprucht wird. Aufgrund dieser Maßnahme sitzt das Koppelelement nach Beendigung der Montage unter Vorspannung, insbesondere auch in axialer Richtung der Federachse zwischen der Wand und einer Abtriebswelle des Aktuators, sodass Toleranzen ausgeglichen werden und auch für einen sicheren Formschlusseingriff zwischen Koppelelement und Wand auch nach längerer Betriebsdauer unter Berücksichtigung der rauen Bedingungen des Kraftfahrzeugbetriebes mit Erschütterungen, Kälte- und Hitzeeinflüssen und dergleichen gesorgt ist.
Bevorzugt besteht die Biegefeder, Schenkelfeder oder dergleichen aus einem Federdraht.
Nach einer weiteren eigenständigen Ausgestaltung der Erfindung, die auch unabhängig von den vorerwähnten Maßnahmen zum Einsatz gelangen kann, ist am Abgasrohr ein Gegenanschlag angeordnet, der mit einem Anschlag, welcher mit der Wand oder der Hülse verbunden ist, zusammenwirkt. Aufgrund dieser Maßnahme wird ein Anschlag für die in der geöffneten Stellung befindliche Abgasklappe bereitgestellt und selbst in der geöffneten Stellung der Abgasklappe für einen definierten Durchlassquerschnitt gesorgt.
Bevorzugt ist der Gegenanschlag an einer Konsole angeordnet, die an der Außenwand des Abgasrohres befestigt ist.
Weiterhin bietet es sich an, dass diese Konsole im Wesentlichen eine U-förmige Grundform besitzt, wobei ein Mittelabschnitt der Grundform eine Durchbrechung aufweist, durch die sich der Stutzen des Abgasrohres, welcher die Abgasklappenwelle aufnimmt, erstreckt.
Diese Konsole dient nicht nur zur Bereitstellung eines Anschlages für die Begrenzung der Schwenkbewegung der Abgasklappe in der Öffnungsstellung, sondern sorgt auch für eine weitere Wärmeabschirmung des Aktuators, da sich die Konsole insbesondere mit ihrem Mittelabschnitt zwischen Abgasrohr und Aktuator erstreckt.
Insofern ist es auch vorteilhaft, dass die Hülse oder Ringrand im Wesentlichen bündig an die im Querschnitt entsprechend angepasste Durchbrechung anschließt.
Insbesondere ist der Anschlag als sich von einem Fußabschnitt der Hülse hin zum Abgasrohr erstreckender Zapfen ausgebildet.
Der Gegenanschlag ist als an der Konsole vorgesehene Stufe oder angebrachter Vorsprung ausgebildet und insbesondere in einem Randbereich der Durchbrechung angeordnet.
Des Weiteren bietet es sich an, dass die Motorausgangswelle direkt mit der Abgasklappe oder der Abgasklappenwelle gekoppelt ist. Durch diese Maßnahme wird die Anzahl der erforderlichen Bauteile verringert, wodurch auch die Kosten des Moduls insgesamt reduziert werden.
Alternativ kann die Motorausgangswelle auch über ein Getriebe mit einer Getriebeabtriebswelle mit der Abgasklappe oder der Abgasklappenwelle gekoppelt sein. Aufgrund dieser Maßnahmen lassen sich insbesondere die Drehzahl des Antriebsmotors an die Betätigungsgeschwindigkeit und die gewünschten Drehmomente der Abgasklappe anpassen.
Von Vorteil ist der Antriebsmotor als Elektromotor, bevorzugt als Servomotor ausgebildet, wodurch sich eine besonders exakte Steuerung der Abgasklappe erreichen lässt. Zudem sind diese Motoren überaus drehmomentstark.
Bevorzugt ist das Koppelelement unmittelbar zwischen die Motorausgangswelle des Aktuators und die Abgasklappenwelle der Abgasklappe geschaltet.
Sofern jedoch ein Getriebe zwischen Antriebsmotor und Abgasklappe eingesetzt wird, bietet es sich an, das Koppelelement bevorzugt unmittelbar zwischen die ausgangsseitige Abtriebswelle des Getriebes und die Abgasklappenwelle zu schalten.
Gemäß einer anderen besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, das Koppelelement bzw. die Schenkelfeder als gewundene konische Spiralfeder oder als Kegelfeder auszubilden, mit zwei endseitigen Endabschnitten, wobei ein erster Endabschnitt im Bereich des Federendes mit kleinerem Radius im Wesentlichen geradlinig ausgebildet ist. Dieser geradlinige erste Endabschnitt dient zur Anbindung des Koppelelements an den Aktuator.
Von Vorteil ist der erste Endabschnitt mittels einer Clipsverbindung an der Motorausgangswelle oder einer Getriebeabtriebswelle lösbar befestigt. Zum Zwecke der Montage wird die Feder mit diesem ersten Endabschnitt an der Abtriebsseite des Aktuators angeclipst, wofür der geradlinig ausgebildete Endabschnitt besonders geeignet ist.
Der zweite Endabschnitt im Bereich des Federendes mit größerem Radius besitzt im Wesentlichen zwei geradlinige Teilabschnitte mit einer dazwischen liegenden, im Wesentlichen bogenförmigen oder auch nahezu halbkreisförmigen Umbiegung. Zur Montage wird der Aktuator mit dem Koppelelement auf die Wand bzw. Hülse der Abgasklappe, in der die Ausnehmungen eingelassen sind, aufgesetzt, wobei sich die bogenförmige oder nahezu halbkreisförmige Umbiegung innerhalb der Ringwand oder Hülse ausrichtet und so eine selbstzentrierende Anbindung des Aktuators an die Abgasklappe ermöglicht. An diese bogenförmige Umbiegung schließen sich beidseitig die beiden geradlinigen Teilabschnitte an, welche bei entsprechender Ausrichtung in die in der Wand bzw. Ringwand oder Hülse vorgesehenen Ausnehmungen greifen. Sind beispielsweise vier Ausnehmungen gleich verteilt über die eine Kreisform aufweisende Ringwand angeordnet, genügt maximal eine Drehung des Aktuators mit dem Koppelelement um ca. 90°, um den formschlüssigen Eingriff zwischen Koppelelement und Wand herbeizuführen. Nach einer solchen Drehung, bei der die zunächst auf der Wand aufliegenden und nicht in die Ausnehmungen eingreifenden Teilabschnitte dann sozusagen selbsttätig oder durch Blindmontage in die Ausnehmungen hineinrutschen und einen formschlüssigen Eingriff herbeiführen, greifen dann die beiden geradlinigen Teilabschnitte in die Ausnehmung der Wand im montierten Zustand des Moduls ein.
Von Vorteil ist die Krümmung der Umbiegung der Form der Innenwandung bzw. Ringwand oder Kreiswand angepasst, wodurch die Zentrierung des Koppelelements zur Wand oder Hülse begünstigt wird.
Auch bietet es sich an, dass die Umbiegung gegenüber den ersten und zweiten geradlinigen Teilabschnitten in Richtung der Federachse hin zur Wand oder dem Boden versetzt angeordnet ist und sozusagen stufig aus der Ebene, in der die beiden geradlinigen Teilabschnitte des zweiten Endabschnitts angeordnet sind, hervorragt. Durch diese Maßnahme wird die Selbstzentrierung des Koppelelements bezüglich der Wand weiter verbessert, insbesondere dann, wenn die geradlinigen ersten und zweiten Teilabschnitte noch nicht formschlüssig in die Ausnehmungen der Wand eingreifen. Aufgrund der stufigen Anordnung sitzt dann die Umbiegung zumindest über Teile der Federdrahtstärke in der durch die Wand, Ringwand oder Hülse gebildeten Aufnahme, sodass bereits bei nicht formschlüssigen Eingriff eine Selbstzentrierung des Koppelelements in Bezug auf die Abgasklappenwelle bzw. die damit drehfest verbundene Wand erreicht wird.
Abschließend soll nicht unerwähnt bleiben, dass der Antriebsmotor und ein Anschlusssegment des Abgasrohres als Modul ausgebildet sind und als komplette Baueinheit in ein Abgasrohr eingebaut werden können, wobei sich links und rechts an das Anschlusssegment die Abgasrohre des Kraftfahrzeugs anschließen.
Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Dabei bilden sämtliche beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale in ihrer sinnvollen Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von den Patentansprüchen und deren Rückbezügen.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird anhand der Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigen in schematischer Darstellung:
1 einen erfindungsgemäßen Abgasklappenantrieb in Modulbauweise, bei dem die Konsole aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist,
2 ein Abgasrohr mit Stutzen, Abgasklappenwelle und daran drehfest befestigter Hülse mit Ausnehmungen, ähnlich zu 1, jedoch im vom Aktuator entkoppelten unmontierten Zustand,
3 den Aktuator der 1 im unmontierten Zustand in einer Ansicht von unten mit angeclipstem Koppelelement,
4 ein zu 2 ähnliches Abgasrohr mit Hülse und Ausnehmungen, in welche das Koppelelement in Form einer kegelförmigen gewundenen Biegefeder oder Schenkelfeder mit den Teilabschnitten des zweiten Endabschnitts eingreift, wobei die Konsole nicht dargestellt ist,
5 ein zu 4 vergleichbares Ausführungsbeispiel, jedoch mit Konsole und Gegenanschlag, welcher mit einem Anschlag der Hülse zusammenwirkt,
6 ein Ausführungsbeispiel, ähnlich dem der 4, nun jedoch in Seitenansicht, wobei wiederum die Konsole nicht dargestellt ist, und
7 ein zu 6 vergleichbares Ausführungsbeispiel in Seitenansicht, jedoch um ca. 90° gedreht und entlang der Abgasklappenwelle geschnitten.
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Abgasklappenantriebes 2 gezeigt. Der Abgasklappenantrieb 2 bzw. Aktuator ist unmittelbar auf einem als Anschlusssegment ausgebildeten Abgasrohr 6 angeordnet und bildet im montierten Zustand ein Modul 4, welches in das Abgassystem eines Kraftfahrzeuges als eigenständige Baueinheit eingesetzt werden kann.
Der Abgasklappenantrieb 2 für einen Kraftfahrzeugmotor weist einen Aktuator, insbesondere einen Antriebsmotor 32 für eine Abgasklappe 8 auf. Der Antriebsmotor 32 mit einer Motorausgangswelle 34 ist mittelbar oder unmittelbar mit einer Abgasklappenwelle 10 zur Betätigung der Abgasklappe 8 wirkverbunden, wobei in den Antriebsstrang zwischen Antriebsmotor 32 und Abgasklappe 8 ein Koppelelement 48 geschaltet ist. Das Koppelelement 48 ist bevorzugt als Feder ausgebildet und besitzt eine Federelastizität. Weiterhin ist dieses Koppelelement 48 mit einer drehfest mit der Abgasklappenwelle 10 verbundenen Wand 12 nach der Montage von Aktuator und Abgasrohr 6, Abgasklappe 8 sowie Abgasklappenwelle 10 zur Herstellung des Moduls 4 dauerhaft gekoppelt und steht wenigstens über Formschlussmittel in Eingriff mit der Wand 12.
Die Wand 12 ist als Ringwand 14, bevorzugt in Kreisform ausgebildet und besitzt in den Ausführungsbeispielen vier Ausnehmungen 16, die bevorzugt, aber nicht zwingend, paarweise diametral einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Ausnehmungen 16 sind über den Umfang der Wand 12 im Wesentlichen gleich verteilt angeordnet. Die Wand 12 ist bevorzugt Bestandteil einer im Querschnitt kreisförmigen Hülse 18, die über einen angeformten oder verbundenen Boden 20 mit der Abgasklappenwelle 10 verbunden ist. Dabei erstrecken sich die Ausnehmungen 16 der Wand 12 im Kopfabschnitt der Hülse 18 bis hin zum Boden 20.
Die Hülse 18 erstreckt sich mit dem der Wand 12 abgewandten Fußabschnitt hin zum Abgasrohr 6. Auch übergreift die Hülse 18 einen Stutzen 22, in dem die Abgasklappenwelle 10 geführt ist und aus diesem austritt, wenigstens entlang eines Teils der axialen Erstreckung des Stutzens 22. Weiterhin sind der Boden 20 und die Abgasklappenwelle 10 gasdicht miteinander verbunden, zum Beispiel verschweißt, verschraubt oder verklebt.
Das Koppelelement 48 ist als Feder, insbesondere als gewundene Biegefeder 50 oder Schenkelfeder bzw. Spiralfeder ausgebildet, welche auf Torsion beansprucht wird und zum Aufbau einer auf die Abgasklappe 8 wirkenden Vorspannung dient. Aus den Figuren ist auch ersichtlich, dass das Koppelelement 48 die Form einer Kegelfeder aufweisen kann, welche eine Federelastizität zumindest auch in axialer Richtung der Federachse besitzt und insbesondere auf Druck beansprucht wird. Die Feder bzw. Biegefeder 15 besteht bevorzugt aus Federdraht.
Weiterhin ist am Abgasrohr 6 ein Gegenanschlag 24 angeordnet, der mit einem Anschlag 26, der seinerseits mit der Wand 12 oder der Hülse 18 verbunden ist, zusammenwirkt. Der Gegenanschlag 24 ist an einer Konsole 36 angeordnet, die an der Außenwand des Abgasrohres 6 befestigt ist. Die Konsole 36 besitzt eine U-förmige Grundform, wobei ein Mittelabschnitt der Grundform eine Durchbrechung 38 aufweist, durch die sich der Stutzen 22 des Abgasrohres 6 erstreckt. Auch ist aus den Figuren ersichtlich, dass die Hülse 18 oder Ringwand 14 im Wesentlichen bündig an die im Querschnitt angepasste Durchbrechung 38 anschließt. Der Anschlag 26 ist als sich von einem Fußabschnitt der Hülse hin zu dem Abgasrohr 6 erstreckender Zapfen 40 ausgebildet. Der Gegenanschlag 24 ist eine Stufe 42 oder ein Vorsprung, der an der Konsole 36 vorgesehen ist und insbesondere in einem Randbereich der Durchbrechung 38 angeordnet ist.
Bei den Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Abgasklappenantriebs 2 ist nach einer ersten Alternative die Motorausgangswelle 34 direkt mit der Abgasklappe 8 oder der Abgasklappenwelle 10 gekoppelt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Motorausgangswelle 34 über ein Getriebe 28 mit einer Getriebeabtriebswelle mit der Abgasklappe 8 oder der Abgasklappenwelle 10 gekoppelt ist.
Von Vorteil ist der Aktuator bzw. Antriebsmotor 32 als Elektromotor ausgebildet.
Auch sind verschiedene Alternativen vorgesehen, nach denen das Koppelelement 48 in dem Modul 4 angeordnet ist. Einerseits besteht die Möglichkeit, das Koppelelement 48 unmittelbar zwischen der Motorausgangswelle 34 und die Abgasklappenwelle 10 zu schalten. Auch kann das Koppelelement 48 bevorzugt unmittelbar zwischen die ausgangsseitige Getriebeabtriebswelle des Getriebes 28 und die Abgasklappenwelle 10 geschaltet werden.
Wie beispielsweise den 3 bis 5 entnommen werden kann, ist das Koppelelement 48 bevorzugt als Schenkelfeder bzw. als gewundene konische Spiralfeder oder als Kegelfeder ausgebildet mit zwei endseitigen Endabschnitten 46, 54, wobei ein erster Endabschnitt 46 im Bereich des Federendes mit kleinerem Radius im Wesentlichen geradlinig ausgebildet ist. Dieser erste Endabschnitt 46 ist, wie 3 zeigt, mittels einer Clipsverbindung 44 an der Motorausgangswelle 34 oder der Getriebeabtriebswelle lösbar befestigt.
Der zweite Endabschnitt 54 im Bereich des Federendes mit größerem Radius besitzt im Wesentlichen zwei geradlinige erste und zweite Teilabschnitte 56, 58 mit einer dazwischen angeordneten, im Wesentlichen bogenförmigen oder nahezu halbkreisförmigen Umbiegung 60.
Es bleibt zu erwähnen, dass die zwei geradlinigen Teilabschnitte 56, 58 des zweiten Endabschnitts 54 in die Ausnehmungen 16 der Wand 12 im montierten Zustand eingreifen. Auch ist die Krümmung der Umbiegung 60 der Innenwandung der Wand 12 oder Ringwand 14 angepasst. Auch kann nach einem in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel die Umbiegung 60 gegenüber den geradlinigen ersten und zweiten Teilabschnitten 56, 58 der Kegelfeder 52 in Richtung der Federachse hin zur Wandung 12 oder dem Boden 20 versetzt angeordnet sein, wodurch eine selbstzentrierende Anbindung des Aktuators mit Koppelelement 48 bereits dann erreicht werden kann, wenn das Koppelelement mit den Ausnehmungen 16 der Wand 12 noch nicht formschlüssig in Eingriff steht. Die geradlinigen ersten und zweiten Teilabschnitte 56, 58 sind nämlich noch auf dem Rand der Wand 12 abseits der Ausnehmungen 16 positioniert und es ist eine Drehung des Koppelelements 48 bzw. Aktuators erforderlich, um eine Formschlussverbindung zwischen Wand 12 und Koppelelement 48 in Form der Blindmontage zu erreichen.
Bezugszeichenliste

2: Abgasklappenantrieb
4: Modul
6: Abgasrohr
8: Abgasklappe
10: Abgasklappenwelle
12: Wand
14: Ringwand
16: Ausnehmungen
18: Hülse
20: Boden
22: Stutzen
24: Gegenanschlag
26: Anschlag
28: Getriebe
32: Antriebsmotor
34: Motorausgangswelle
36: Konsole
38: Durchbrechung
40: Zapfen
42: Stufe
44: Clipsverbindung
46: erster Endabschnitt
48: Koppelelement
50: Gewundene Biegefeder
52: Kegelfeder
54: zweiter Endabschnitt
56: erster Teilabschnitt
58: zweiter Teilabschnitt
60: Umbiegung

Claims

Abgasklappenantrieb (2) für ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsmotor (32) für eine Abgasklappe (8) des Kraftfahrzeuges, wobei der Antriebsmotor (32) mit einer Motorausgangswelle (34) mittelbar oder unmittelbar mit einer Abgasklappenwelle (10) zur Betätigung der Abgasklappe (8) wirkverbunden und in den Antriebsstrang zwischen dem Antriebsmotor (32) und der Abgasklappe (8) ein Koppelelement (48) geschaltet ist, wobei das Koppelelement (48) als eine auf Torsion beanspruchte Feder (50, 52) ausgebildet ist und mit einer drehfest mit der Abgasklappenwelle (10) verbundenen Aufnahme nach der Montage dauerhaft wenigstens in Formschluss in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (48) eine Federelastizität wenigstens in axialer Richtung der Federachse besitzt und auf Druck beansprucht ist, derart dass das Koppelelement (48) nach Beendigung der Montage unter axialer Vorspannung steht.
Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme durch eine Wand (12), eine Ringwand (14) oder eine Hülse (18) gebildet ist.
Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (12), Ringwand (14) oder Hülse (18) mehrere, bevorzugt zwei bis acht, insbesondere vier Ausnehmungen (16) aufweist, die paarweise diametral einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (16) über den Umfang der Wand (12), der Ringwand (14) oder Hülse (18) im Wesentlichen gleich verteilt angeordnet sind.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (12) oder Ringwand (14) Bestandteil der im Querschnitt bevorzugt kreisförmigen Hülse (18) ist, die über einen angeformten oder verbundenen Boden (20) mit der Abgasklappenwelle (10) verbunden ist.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (16) der Wand (12) oder Ringwand (14) im Kopfabschnitt der Hülse (18) sich bis hin zum Boden (20) erstrecken.
Antrieb nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (18) sich mit dem der Wand (12) oder Ringwand (14) abgewandten Fußabschnitt (12) hin zum Abgasrohr (6) erstreckt und einen Stutzen (22), aus dem die Abgasklappenwelle (10) austritt, wenigstens entlang eines Teils der axialen Erstreckung des Stutzens (22) übergreift.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (20) und die Abgasklappenwelle (10) gasdicht miteinander verbunden, zum Beispiel verschweißt, verschraubt oder verklebt sind.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (48) eine gewundene Biegefeder (50), insbesondere eine Schenkelfeder oder Spiralfeder ist, die auf Torsion beansprucht wird, zum Aufbau einer auf die Abgasklappe (8) wirkenden Vorspannung.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (48) als gewundene konische Spiralfeder oder als Kegelfeder (52) ausgebildet ist, welche eine Federelastizität wenigstens auch in axialer Richtung der Federachse besitzt und insbesondere auf Druck beansprucht wird.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (48) als Biegefeder (50) ausgebildet ist und aus Federdraht besteht.
Antrieb nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Abgasrohr (6) ein Gegenanschlag (24) angeordnet ist, der mit einem Anschlag (26), der mit der Wand (12), Ringwand (14) oder Hülse (18) verbunden ist, zusammenwirkt.
Antrieb nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenanschlag (24) an einer Konsole (36) angeordnet ist, die an der Außenwand des Abgasrohres (6) befestigt ist.
Antrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsole (36) eine U-förmige Grundform besitzt, wobei ein Mittelabschnitt der Grundform eine Durchbrechung (38) aufweist, durch die sich der Stutzen (22) des Abgasrohres (6) erstreckt.
Antrieb nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (18) oder Ringwand (14) bzw. Wand (12) im Wesentlichen bündig an die im Querschnitt angepasste Durchbrechung (38) anschließt.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (26) als sich von einem Fußabschnitt der Hülse (18) hin zum Abgasrohr (6) erstreckender Zapfen (40) ausgebildet ist.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenanschlag (24) als an der Konsole (36) vorgesehene Stufe (42) oder Vorsprung, insbesondere angeordnet im Randbereich der Durchbrechung (38), ausgebildet ist.
Abgasklappenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorausgangswelle (34) direkt mit der Abgasklappe (8) oder der Abgasklappenwelle (10) gekoppelt ist.
Abgasklappenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorausgangswelle (34) über ein Getriebe (28) mit einer Getriebeabtriebswelle mit der Abgasklappe (8) oder der Abgasklappenwelle (10) gekoppelt ist.
Abgasklappenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (32) ein Elektromotor ist.
Abgasklappenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (48) unmittelbar zwischen die Motorausgangswelle (34) und die Abgasklappenwelle (10) geschaltet ist.
Abgasklappenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (48) insbesondere unmittelbar zwischen die ausgangsseitige Getriebeabtriebswelle des Getriebes (28) und die Abgasklappenwelle (10) geschaltet ist.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das als Schenkelfeder ausgebildete Koppelelement (48) als gewundene konische Spiralfeder oder als Kegelfeder (52) ausgebildet ist mit zwei endseitigen Endabschnitten (46, 54), wobei der erste Endabschnitt (46) im Bereich des Federendes mit kleinerem Radius im Wesentlichen geradlinig ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 23 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Endabschnitt (46) mittels einer Clipsverbindung (44) an der Motorausgangswelle (34) oder der Getriebeabtriebswelle lösbar befestigt ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 23, 24, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Endabschnitt (54) im Bereich des Federendes mit größerem Radius im Wesentlichen zwei geradlinige Teilabschnitte (56, 58) mit einer dazwischen liegenden im Wesentlichen bogenförmigen oder nahezu halbkreisförmigen Umbiegung (60) besitzt.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei geradlinigen ersten und zweiten Teilabschnitte (56, 58) in die Ausnehmungen (16) der Wand (12), Ringwand (14) oder Hülse (18) im montierten Zustand eingreifen.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Umbiegung (60) der Innenwandung der Wand (12) oder Ringwand (14) angepasst ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Umbiegung (60) gegenüber den geradlinigen ersten und zweiten Teilabschnitten (56, 58) in Richtung der Federachse hin zur Wandung (12) oder dem Boden (20) versetzt angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (32) und ein Anschlusssegment des Abgasrohres (6) als Modul (4) ausgebildet sind.
Verfahren zur Montage eines Abgasklappenantriebs (2) für Kraftfahrzeuge, wobei ein Antriebsmotor (32) mit einer Motorausgangswelle (34) mittelbar oder unmittelbar mit einer Abgasklappenwelle (10) des Abgasklappenantriebs (2) zur Betätigung der Abgasklappe (8) verbunden wird, wobei in den Antriebsstrang zwischen Antriebsmotor (32) und der Abgasklappenwelle (10) ein Koppelelement (48) geschaltet ist, welches als eine auf Torsion beanspruchte Feder ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (48) auf eine mehrere Ausnehmungen (16) oder Nuten aufweisende Aufnahme aufgesetzt wird und bei einer Betätigung mit einer Drehbewegung des Koppelementes (48) auf Grund seiner Federelastizität wenigstens in axialer Richtung der Federachse formschlüssig in die Ausnehmung (16) der Aufnahme der Abgasklappenwelle (10) selbsttätig eingreift.