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Gegenstand der Erfindung ist eine Betätigungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug mit einem Ventilglied, einem mit dem Ventilglied verbundenen Koppelelement, welches mit einer Kurvenbahn in Verbindung steht, einem die Kurvenbahn enthaltenen, um eine Drehachse drehbar gelagerten Antriebsglied und einem das Antriebsglied antreibenden Antriebsmotor.
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Derartige Betätigungseinrichtungen werden als Ventileinrichtungen, insbesondere als Abgasrückführventile, in Kraftfahrzeugen eingesetzt und sind daher bekannt. Das Antriebsglied ist oftmals hakenförmig ausgebildet, wobei die Innenseite des hakenförmigen Antriebsgliedes als Kurvenbahn ausgebildet ist, während die Außenseite mit dem Antriebsmotor verbunden ist. Hierzu ist die Außenseite des Antriebsgliedes mit einer Reibfläche oder Verzahnung versehen. Nachteilig hierbei ist, dass das Antriebsglied in Abhängigkeit der Lage des Koppelelements und der Verbindung zum Antriebsmotor aufgrund der zwei Funktionsbereiche einen großen Bauraum erfordert. Zum anderen ist die Ausbildung des Antriebsgliedes als hakenförmiges Bauteil dahingehend nachteilig, dass es aufgrund der auftretenden Kräfte und Momente zu Verformungen des Antriebsgliedes kommt. Die Verformungen sind dann von Nachteil, wenn die Position des Ventilgliedes über die Drehbewegung des Antriebsmotors bestimmt wird und dadurch eine falsche Position des Ventilgliedes ermittelt wird. Zum anderen begünstigen die Verformungen den Verschleiß am Antriebsglied, was mit zunehmender Betriebsdauer ebenfalls zu falschen Ventilpositionen führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungseinrichtung der oben genannten Art zu schaffen, die einen möglichst geringen Bauraum erfordert und die über die Lebensdauer einen geringen Verschleiß aufweist.
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Gelöst wird die Aufgabe in einer ersten Ausgestaltung dadurch, dass das Antriebsglied einen zylinderförmigen Grundkörper besitzt, an dem senkrecht zur Drehachse ein erster Bereich und ein zweiter Bereich ausgebildet sind, dass die beiden Bereiche parallel mit Abstand zueinander angeordnet sind, dass der erste Bereich eine erste Ausnehmung aufweist, die als Kurvenbahn ausgebildet ist, und dass der zweite Bereich zur Verbindung mit dem Antriebsmotor ausgebildet ist.
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Die Ausbildung der Kurvenbahn als geschlossene Ausnehmung im ersten Bereich des Antriebsgliedes hat den Vorteil, dass die Formstabilität des Antriebsgliedes erheblich erhöht wird. Während des Betriebes auftretende stoßartige Kräfte und Momente führen nicht zu verschleißbegünstigenden Verschiebungen und Verformungen der Kurvenbahn. Zudem sorgt das Vorsehen eines zweiten Bereiches zu einer weiteren Entkoppelung des Antriebsweges, der den Einfluss unerwünschter Kräfte und Momente weiter reduziert. Der zweite Bereich lässt sich nunmehr ebenso formstabil ausbilden, um eine verschleißmindernde Verbindung des Antriebsgliedes mit dem Antriebsmotor zu erreichen. Die Anordnung zweier Bereiche am Antriebsglied ermöglicht eine Entkopplung von Antrieb und Abtrieb derart, dass die Positionen der Verbindungen mit dem Antriebsmotor einerseits und dem Ventilglied andererseits unabhängig voneinander angeordnet werden können. Dadurch lässt sich das Antriebsglied optimal an den zur Verfügung stehenden Bauraum anpassen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung besitzt der zweite Bereich an seinem radial außen liegenden Umfang eine Verzahnung zur Verbindung mit dem Antriebsmotor. Anstelle der Verzahnung kann der radial außen liegende Umfang auch als Reibfläche eines Reibradgetriebes ausgebildet sein.
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Besonders wenig Bauraum benötigt eine Betätigungseinrichtung, bei der sich jeder der beiden Bereiche des Antriebsgliedes über einen Winkelbereich von maximal 180°, vorzugsweise bis 110° erstreckt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung erfordert das Antriebsglied wenig Bauraum, wenn sich die beiden Bereiche zu mehr als 50% überdecken.
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Die Aufgabe wird in einer weiteren Ausgestaltung dadurch gelöst, dass das Antriebsglied eine erste, als Kurvenbahn ausgebildete Ausnehmung, und eine zweite Ausnehmung zur Verbindung mit dem Antriebsmotor besitzt.
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Diese Ausgestaltung nutzt ebenso die Anordnung der Kurvenbahn in einer in sich geschlossenen Ausnehmung zur Erhöhung der Formstabilität des Antriebsgliedes. In gleicher Weise wird die Verbindung zum Antriebsmotor ausgebildet, indem eine zweite in sich geschlossene Ausnehmung vorgesehen ist, welche verschleißbegünstigenden Verschiebungen und Verformungen verhindert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die zweite Ausnehmung an ihrer radial äußeren Stirnfläche eine Verzahnung zur Verbindung mit dem Antriebsmotor auf. In dieser Anordnung ist das mit dem Antriebsglied in Verbindung stehende Zahnrad relativ nah an der Drehachse des Antriebsgliedes angeordnet, wodurch die gesamte Vorrichtung einen besonders geringen Bauraum erfordert.
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Die Übersetzung der Bewegung vom Antriebsmotor zum Ventilglied wird durch die Ausbildung des Antriebsgliedes und seiner Kurvenbahn bestimmt. Die Gestaltung des Antriebsgliedes und seiner Kurvenbahn wird jedoch wesentlich vereinfacht, wenn zwischen dem Antriebsmotor und dem Antriebsglied zumindest eine zusätzliche Getriebestufe angeordnet ist. Auch bei einer zusätzlichen Getriebestufe lässt sich der erforderliche Bauraum minimieren, wenn eines der Getriebeelemente eine Innenverzahnung aufweist.
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Die jeweiligen Antriebsglieder lassen sich besonders einfach fertigen, wenn sie aus Kunststoff bestehen. Eine gute Herstellbarkeit ohne Einschränkung der Gestaltungsfreiheit wird erreicht, wenn die Antriebsglieder mittels Spritzgießen erzeugt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Kurvenbahn im selben Prozessschritt mit erzeugt werden kann. Ein anschließendes Einbringen der Kurvenbahn ist damit nicht erforderlich.
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Das Koppelelement gestaltet sich sehr einfach, wenn es ein feststehendes Element, vorzugsweise ein Metallbolzen ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das Koppelelement in einer gabelförmigen Aufnahme am Ventilglied gelagert.
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Die Verwendung von Kunststoff für das Antriebsglied hat zudem den Vorteil, dass die Verbindung mit dem Ventilglied als Gleitpaarung ausgebildet werden kann, warm das Koppelelement ein Metallbolzen ist, der in der Kurvenbahn des Antriebsglieds gleitet. Als Kunststoff des Antriebsglieds kommt ein an diese Gleitpaarung optimierter Kunststoff zur Anwendung. Es hat sich gezeigt, dass Polyphthalamid mit einem Anteil von 15% Polytetrafluorethylen und 30% Glasfasern eine hinreichende Festigkeit bei gleichzeitg geringen Reibungswerten und somit geringem Verschleiß über die gesamte Lebensdauer erreicht.
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Die Erfassung der Stellung des Ventilgliedes mit einem Sensor gestaltet sich konstruktiv besonders einfach, wenn an der gabelförmigen Aufnahme ein Kontaktelement für den Sensor angeordnet ist. Die Anordnung des Kontaktelementes hat zudem den Vorteil, dass der Sensor die Bewegung direkt am Ventilglied und nicht im Bereich des Antriebsgliedes oder des Getriebes erfasst. Dadurch sind störende Beeinflussungen wie Toleranzen, Verschleiß und Verformungen bei der Ermittlung der Ventilposition durch den Sensor ausgeschlossen.
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An mehreren Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1: ein Abgasrückführventil in perspektivischer Darstellung,
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2: das Abgasrückführventil aus 1 ohne Deckel,
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3: das Abgasrückführventil aus 1 im Schnitt und
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4, 5: eine zweite Ausführungsform des Abgasrückführventils.
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Das Abgasrückführventil in 1 besteht aus einem Gehäuse 1 mit einem Kanal 2 für das Abgas, einem Flansch 3 zur Verbindung mit einem nicht dargestellten Frischluftkanal und einem Deckel 4. Über den Kanal 2 wird Abgas der Frischluft für den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs zugemischt. Das Abgas strömt in der gezeigten Darstellung von unten über einen Einlass 5 in den Kanal 2 und über einen Auslass 6 in den Frischluftkanal. Der Einlass 5 des Kanals 2 ist von einem Ventilglied 7 verschlossen. Das Ventilglied 7 besteht aus einem Ventilteller 8 zum Öffnen und Schließen des Einlasses 5 in den Kanal 2 und einem Schaft 9, der die Antriebsbewegung auf den Ventilteller 8 überträgt. Der Schaft 9 durchdringt hierzu den Kanal 2. Der Deckel 4 besitzt einen Stecker 10, der mit einem entsprechenden Gegenstück zum elektrischen Anschließen des Abgasrückführventils verbindbar ist.
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2 zeigt das Abgasrückführventil ohne den Deckel. Das Gehäuse 1 besitzt eine Aufnahme 1a, in der ein Elektromotor 11 angeordnet ist. Die elektrischen Anschlüsse 12 des Elektromotors 11 befinden sich in dem Gehäuse 1, so dass eine elektrische Verbindung des Elektromotors 11 über den Stecker im Deckel erfolgen kann. Der Elektromotor 11 besitzt weiter ein auf seiner Welle angeordnetes Ritzel 13. Das Ritzel 13 ist über das erste Zahnrad 14 eine Getriebestufe 15 mit einem Antriebsglied 16 verbunden, welches wiederum in Verbindung mit dem Ventilglied 7 steht. Das Ventilglied 7 besitzt an dem Schaft 9 eine gabelförmige Aufnahme 17 in der ein Metallbolzen 18 fest gelagert ist. Die gabelförmige Aufnahme 17 besitzt weiter eine Halterung 19 für einen Kontaktstift 20, der mit einem im Deckel angeordneten Sensor zusammenwirkt. Bei einer Abwärtsbewegung des Ventilglieds 7 wird der Kontaktstift 20 in dieselbe Richtung bewegt. Diese Bewegung wird von dem Sensor im Deckel detektiert, so dass auf diese Weise die Position des Ventilgliedes 7, insbesondere das Freigeben des Einlasses 5 durch den Ventilteller 8, direkt am Ventilglied 7 ermittelbar ist.
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Die Darstellung in 3 zeigt das aus Kunststoff bestehende Antriebsglied 16 mit einer ersten, in sich geschlossenen Ausnehmung 21, die als Kurvenbahn ausgebildet ist. In die Ausnehmung 21 greift der in der gabelförmigen Aufnahme 17 gelagerte Metallbolzen 18 ein. Der Durchmesser des Metallbolzens 18 ist so bemessen, dass er im Wesentlichen der Breite der Kurvenbahn 21 entspricht, wodurch er nur ein minimales Spiel besitzt.
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Das Antriebsglied 16 besitzt eine zweite, in sich geschlossene Ausnehmung 22, die an ihrem radial äußeren Umfang eine Innenverzahnung 23 aufweist. In die Innenverzahnung 23 greift ein zweites Zahnrad 24 der Getriebestufe 15 ein. Das zweite Zahnrad 24 ist über eine Achse 25 fest mit dem ersten Zahnrad 14 der Getriebestufe 15 verbunden, um so die Bewegung des Antriebsmotors 11 auf das Ventilglied 7 zu übertragen. Bei einer Rotation des Ritzels 13 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht sich die Getriebestufe 15 mit seinem zweiten Zahnrad 24 im Uhrzeigersinn. Das Antriebsglied 16 auf der Welle 26 besitzt dieselbe Drehrichtung.
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Infolge der Bewegung der Kurvenbahn 21, wird das im Gehäuse 1 gelagerte Ventilglied 7 nach unten bewegt, wodurch der Ventilteller 8 von dem Ventilsitz 27 abhebt und den Einlass 5 des Kanals 2 freigibt, so dass Abgas in den Kanal 2 einströmen kann. Ein entsprechendes Dichtsystem 28 verhindert, dass das Abgas vom Kanal 2 in das Gehäuse 1 gelangen kann. Auf der Welle 26 ist weiterhin eine Drehfeder 29 angeordnet, welche bei einem Ausfall des Elektromotors 11 das Ventilglied 7 in eine Grundposition bringt.
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In den 4 und 5 ist eine zweite Ausführungsform des Abgasrückführventils jeweils geschnitten dargestellt. Das Antriebsglied 16 weist einen zylindrischen Grundkörper 30 auf, an dem ein erster Bereich 31 und parallel und mit Abstand zu diesem ein zweiter Bereich 32 angeordnet ist, die senkrecht zur Welle 26 ausgerichtet sind. Beide Bereiche 31, 32 sind kreissektorförmig gestaltet, wobei der erste Bereich 31 einen Winkelbereich von 90° und der zweite Bereich einen Winkelbereich von 110° einschließt. Die beiden Bereiche 31, 32 sind so zueinander ausgerichtet, dass sie sich zu 50% uberdecken. Der erste Bereich 31 besitzt eine erste als Kurvenbahn ausgebildete Ausnehmung 21, in der ein Metallbolzen 18 des Ventilgliedes 7 gleitet, welcher in einer gabelförmigen Aufnahme 17 fest gelagert ist. Der zweite Bereich 32 weist an seinem radial äußeren Umfang eine nicht dargestellte Außenverzahnung 33 auf, in die das Ritzel 13 des Antriebsmotors 11 eingreift. Das Abgasrückführventil weist somit keine zusätzliche Getriebestufe auf. Der zweite Bereich 32 besitzt ebenfalls eine Ausnehmung 34, wodurch das Gewicht des Antriebsgliedes 16 reduziert wird. Bei einer Rotation des Ritzels 13 dreht sich das Antriebsglied 16 um die Welle 26. Das dadurch bewirkte Verschwenken der Kurvenbahn 21 führt zu einer Abwärtsbewegung des Ventilgliedes 7, wodurch der Einlass 5 des Kanals 2 für das Abgas geoffnet wird. Um den Schaft 9 des Ventilgliedes 7 ist zwischen der gabelförmigen Aufnahme 17 und dem Gehäuse 1 die Drehfeder 29 angeordnet, welche das Rückstellen des Ventilglieds 7 in eine Grundposition bei Ausfall des Elektromotors bewirkt. An der gabelförmigen Aufnahme 17 ist der Kontaktstift 20 über die Halterung 19 befestigt, so dass sich der Kontaktstift 20 bei einer Abwärtsbewegung des Ventilgliedes 7 in dieselbe Richtung bewegt. Diese Bewegung des Kontaktstiftes 20 wird von dem Sensor im Deckel detektiert, um so die Position des Ventilgliedes 7 zu ermitteln.
