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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung einer Brennkraftmaschine zur Einstellung eines Fluidstroms in einer Fluidleitung, insbesondere eines Schaltsaugrohrs für Ansaugluft, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Steller, insbesondere einer Druckdose oder Unterdruckdose, mit einem Antriebskörper, einem magnetischen Linearmesssystem zur Erfassung einer Position des Antriebskörpers in einem Gehäuse des Stellers, welches dem Antriebskörper zugeordnet ist und das wenigstens ein Sensorelement und wenigstens ein Magnetelement, das ein mit dem wenigstens einen Sensorelement erfassbares Magnetfeld realisiert, umfasst, wobei das wenigstens eine Magnetelement und das wenigstens eine Sensorelement relativ zueinander entlang einer Linearbewegungsachse des Antriebskörpers bewegbar sind und das wenigstens eine Sensorelement oder das wenigstens eine Magnetelement fest in dem Gehäuse angeordnet ist und das jeweils andere, im Gehäuse bewegliche wenigstens eine Magnetelement oder Sensorelement mit dem Antriebskörper verbunden ist.
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Ferner betrifft die Erfindung einen Steller, insbesondere eine Druckdose oder Unterdruckdose, eine Stellvorrichtung einer Brennkraftmaschine zur Einstellung eines Fluidstroms in einer Fluidleitung, insbesondere eines Schaltsaugrohrs für Ansaugluft, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Antriebskörper, einem magnetischen Linearmesssystem zur Erfassung einer Position des Antriebskörpers in einem Gehäuse des Stellers, welches dem Antriebskörper zugeordnet ist und das wenigstens ein Sensorelement und wenigstens ein Magnetelement, das ein mit dem wenigstens einen Sensorelement erfassbares Magnetfeld realisiert, umfasst, wobei das wenigstens eine Magnetelement und das wenigstens eine Sensorelement relativ zueinander entlang einer Linearbewegungsachse des Antriebskörpers bewegbar sind und das wenigstens eine Sensorelement oder das wenigstens eine Magnetelement fest in dem Gehäuse angeordnet ist und das jeweils andere, im Gehäuse bewegliche wenigstens eine Magnetelement oder Sensorelement mit dem Antriebskörper verbunden ist.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 2 159 405 A2 ist ein Abgasrückführsystem einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführventil bekannt, das ein Gehäuse mit einem Einlass für die Zufuhr von Abgas der Brennkraftmaschine und mit zumindest einem Auslass für die Rückführung eines Teils des Abgases in die Verbrennungsluftzufuhr der Brennkraftmaschine aufweist. Eine Verbindung zwischen dem Einlass und dem zumindest einen Auslass kann von einem Ventilkörper freigegeben oder unterbrochen werden. Es ist ein Stellsystem mit Steller und dem Ventilkörper vorgesehen. Der Steller bewegt den Ventilkörper, um die Verbindung zwischen dem Einlass und dem zumindest einen Auslass freizugeben oder zu unterbrechen. Dem Ventilkörper ist ein magnetisches Messsystem zugeordnet, welches ein Sensorelement aufweist, um berührungslos die Position eines im Stellsystem befindlichen Magneten linear zu erfassen. Bei der Messgenauigkeit des Messsystems sollen mechanische Toleranzen (Fertigungs- bzw. Montagetoleranzen) vernachlässigbar sein.
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Aus der
DE 10 2009 013 546 B3 ist eine Übertragungsvorrichtung für einen Lagesensor zur Detektion der Stellung eines Aktuatorkolbens für eine Steuerdose für einen Turbolader bekannt, der zur Verbesserung der Bestimmung der Lage eines Aktuatorkolbens ein Ausgleichgelenk aufweist.
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Die
DE 10 2008 007 567 A1 zeigt ein Abgasrückführventil, umfassend eine Stellstange, ein Ventilglied und ein zur Anbindung des Ventilgliedes an die Stellstange vorgesehenes Schwenkgelenk, durch das das Ventilglied in einer gegenüber der Ventilstange gekippte Position bringbar ist.
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Die WO 2010/ 113 104 A1 offenbart einen pneumatischen Aktuator, der einen Aufnahmemantel und eine Betätigungsstange umfasst, die zwischen einer ersten Betriebsposition und einer zweiten Betriebsposition bewegbar ist. Zwei Magnete sind an dem beweglichen Teil auf diametral gegenüberliegenden Seiten relativ zur Haupterstreckungsachse (X) angebracht.
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Der
DE 10 2005 029 904 A1 ist eine Unterdruckdose zu entnehmen, mit einer Sensoreinrichtung mit einem zwischen einer ersten und einer zweiten Endposition linear verschiebbaren Messelement und einem Stößel mit einem Stößelteller, bei dem in einer speziellen Ausführungsform ein Kugelgelenk vorgesehen ist, welches das Messelement und den Stößelteller verbindet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stellvorrichtung und einen Steller der eingangs genannten Art zu gestalten, bei der/dem eine Position des Antriebskörpers mit dem Linearmesssystem möglichst genau erfassbar ist und eine mechanische Toleranz, insbesondere eine Fertigungstoleranz und/oder Montagetoleranz, des Antriebskörpers im Gehäuse kompensierbar ist und/oder eine Bewegungsfreiheit des Antriebskörpers im Gehäuse bei möglichst genauer Positionsbestimmung ermöglicht werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Antriebskörper mittels wenigstens einer flexiblen Verbindung mit dem beweglichen wenigstens einen Magnetelement oder Sensorelement aus der Linearbewegungsachse schwenkbar verbunden ist.
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Erfindungsgemäß wird das bewegliche wenigstens eine Magnetelement oder Sensorelement in dem Gehäuse linear bewegbar geführt. Das bewegliche wenigstens eine Magnetelement oder Sensorelement ist mit dem Antriebskörper verbunden und kann so den Bewegungen des Antriebskörpers entlang der Linearbewegungsachse folgen. Mit dem wenigstens einen Sensorelement kann aufgrund der Relativbewegungen zwischen dem wenigstens einen Magnetelement und dem wenigstens einen Sensorelement hervorgerufene Änderungen des Magnetfelds am Ort des wenigstens einen Sensorelements berührungslos erfasst werden. Damit kann die Relativposition des wenigstens einen Magnetelements zu dem wenigstens einen Sensorelement und damit die Position des Antriebskörpers auf der Linearbewegungsachse im Gehäuse berührungslos erfasst werden. Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Magnetelement im Gehäuse entlang der Linearbewegungsachse bewegbar geführt sein. So kann die bewegte Masse und damit die zum Betätigen des Stellers erforderliche Kraft verringert werden. Das wenigstens eine Sensorelement kann gehäusefest in dem Gehäuse angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass Signalleitungen von und zu dem wenigstens einen Sensorelement einfach und fest in dem Gehäuse verlegt werden können. Alternativ kann auch das wenigstens eine Sensorelement in dem Gehäuse entlang der Linearbewegungsachse beweglich geführt sein und das wenigstens eine Magnetelement kann fest in dem Gehäuse angeordnet sein. Die flexible Verbindung zwischen dem beweglichen wenigstens einen Magnetelement oder Sensorelement und dem Antriebskörper ermöglicht eine Schwenkbewegung des Antriebskörpers relativ zu dem beweglichen wenigstens einen Magnetelement oder Sensorelement, ohne dass letzteres aus der Linearbewegungsachse heraus bewegt wird. Auf diese Weise kann die Positionsbestimmung des beweglichen wenigstens einen Magnetelements oder Sensorelements im Gehäuse verbessert werden. Schwenkachsen, um die sich der Antriebskörper aus der Linearbewegungsachse schwenken kann, können schräg oder senkrecht zur Linearbewegungsachse verlaufen. Die Schwenkachsen können vorteilhafterweise durch einen gemeinsamen Drehpunkt der flexiblen Verbindung verlaufen. Vorteilhafterweise kann die flexible Verbindung in Richtung der Linearbewegungsachse starr sein, so dass eine Bewegung des Antriebskörpers entlang der Linearbewegungsachse direkt an das bewegliche wenigstens eine Magnetelement oder Sensorelement übertragen werden kann. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Positionsbestimmung des Antriebskörpers entlang der Linearbewegungsachse aus der Position des beweglichen wenigstens einen Magnetelements oder Sensorelements verbessert werden. Mittels der in Schwenkrichtung flexiblen Verbindung können die bauartbedingte Schwenkbewegung des Antriebskörpers linearisiert und mechanische Toleranzen kompensiert werden. Mechanische Toleranzen können insbesondere durch Fertigungstoleranzen und/oder Montagetoleranzen zwischen dem beweglichen wenigstens einen Magnetelement oder Sensorelement und dem Antriebskörper bedingt sein. Die flexible Verbindung kann auch betriebsbedingte Schwenkbewegungen des Antriebskörpers aus der Linearbewegungsachse bei der Betätigung des Stellers zulassen, ohne dass die Position des beweglichen wenigstens einen Magnetelements oder Sensorelements auf der Linearbewegungsachse durch die Schwenkbewegung verändert wird. So kann auch bei betriebsbedingten Schwenkbewegungen des Antriebskörpers dessen Position auf der Linearbewegungsachse mittels des Linearmesssystems mit größerer Genauigkeit bestimmt werden. Vorteilhafterweise kann der Antriebskörper mit einem dem beweglichen wenigstens einen Magnetelement oder Sensorelement abgewandten Ende an einer Art Kurbel einer drehbar gelagerten Schaltwelle befestigt sein. Auf der Schaltwelle kann eine Klappe angeordnet sein, zum ganz oder teilweise Freigeben oder Sperren einer Fluidleitung, um einen Fluidstrom in der Fluidleitung einzustellen. Die Kurbel kann bei einer Linearbewegung des Antriebskörpers auf einer Kreisbahn um die Drehachse der Schaltwelle bewegt werden. Dabei kann der Antriebskörper eine Schwenkbewegung um die flexible Verbindung aus der Linearbewegungsachse ausführen, wobei das bewegliche wenigstens eine Magnetelement oder Sensorelement eine reine Linearbewegung entlang der Linearbewegungsachse ausführt. Vorteilhafterweise kann der Steller eine Druckdose oder Unterdruckdose sein. Der Antriebskörper kann mit einer Schaltmembran bewegbar verbunden sein, welche eine Schaltdruckkammer von einer Referenzdruckkammer des Gehäuses der Unterdruckdose bzw. Druckdose trennt. Zur Betätigung des Stellers, also zum Bewegen des Antriebskörpers entlang der Linearbewegungsachse, kann die Schaltdruckkammer mit einem entsprechenden Druck oder Unterdruck beaufschlagt werden, was eine entsprechende Auslenkung der Schaltmembran zur Folge hat. Der Antriebskörper kann vorteilhafterweise ein Kolben sein oder einen Kolben aufweisen. Mit einem Kolben kann einfach und platzsparend eine Linearbewegung realisiert werden. Mit einem Kolben können Zugkräfte und Schubkräfte entlang der Linearbewegungsachse übertragen werden. Mit dem Kolben kann ein entsprechendes Stellelement, insbesondere die Schaltwelle mit einer Klappe oder ein andersartiger Körper, bewegt werden. Bei der Stellvorrichtung kann es sich vorteilhafterweise um eine Verstelleinheit an einem Schaltsaugrohr handeln, mit welcher ein Ansaugluftstrom gesteuert werden kann. Vorteilhafterweise können auch mehr als ein Magnetelement und/oder mehr als ein Sensorelement vorgesehen sein, wodurch eine Redundanz erreicht werden kann und/oder die Messgenauigkeit verbessert werden kann. Vorteilhafterweise kann es sich bei dem wenigstens einen Magnetelement um einen Permanentmagneten handeln. Es können auch andersartige, jeweils entsprechende Magnetfelder realisierende Magnetelemente, insbesondere auch Elektromagneten, vorgesehen sein. Anstelle einer Druckdose oder Unterdruckdose kann die Erfindung auch bei einem andersartigen, vorzugsweise pneumatischen Steller realisiert sein.
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Bei einer nicht beanspruchten Ausführungsform kann der Antriebskörper mittels wenigstens eines Kugelgelenks schwenkbar mit dem beweglichen wenigstens einen Magnetelement oder Sensorelement verbunden sein. Mit einem Kugelgelenk kann eine Übertragung einer Bewegung des Antriebskörpers in Richtung der Linearbewegungsachse an das bewegliche wenigstens eine Magnetelement oder Sensorelement verbessert werden. Hingegen kann das Kugelgelenk bzgl. Schwenkbewegung des Antriebskörpers eine Entkopplung des Antriebskörpers von dem beweglichen wenigstens einen Magnetelement oder Sensorelement verbessern. Dabei kann ein etwaiges Spiel in Richtung der Linearbewegungsachse verringert werden und damit die Genauigkeit der Positionsbestimmung des Antriebskörpers mittels des Linearmesssystems verbessert werden. Ein Kugelgelenk kann so aufgebaut sein, dass eine Schwenkbewegung mit geringem Kraftaufwand und/oder geringen Reibungsverlusten realisiert werden kann. Bevorzugt kann das Kugelgelenk einen kugelförmigen Gelenkkopf aufweisen, welcher drehbar und/oder schwenkbar in einer Gelenkpfanne des Kugelgelenks gelagert ist. Vorteilhafterweise kann eine radial äußere Umfangsseite der Kugelpfanne ebenfalls kugelförmig sein und in einem entsprechenden Lager gelagert werden, welches auf der Seite des Gelenkkopfs diesen umgibt. Auf diese Weise können die Kopplung des Antriebskörpers mit dem wenigstens einen beweglichen Magnetelement oder Sensorelement für Bewegungen entlang der Linearbewegungsachse in Zugrichtung und Druckrichtung und die Beweglichkeit der Verbindung in Schwenkrichtung verbessert werden. Vorteilhafterweise kann der Gelenkkopf mit dem Antriebskörper starr verbunden sein. Die Kugelpfanne des Kugelgelenks kann mit dem beweglichen wenigstens einen Magnetelement oder Sensorelement starr verbunden sein. Alternativ kann der Gelenkkopf auch auf der Seite des beweglichen wenigstens einen Sensorelements oder Magnetelements angeordnet sein und die Kugelpfanne kann starr mit dem Antriebskörper verbunden sein.
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Erfindungsgemäß ist der Antriebskörper mittels wenigstens eines biegbaren Schlauchstücks schwenkbar mit dem beweglichen wenigstens einen Magnetelement oder Sensorelement verbunden. Das Verbindungselement kann aufgrund seiner Eigenbiegbarkeit ein Schwenken des Antriebskörpers bzgl. der Linearbewegungsachse ermöglichen. Eine derartige flexible Verbindung kann einfach realisiert werden. Aufwändigere mechanische Elemente, insbesondere Gelenke, sind hier nicht erforderlich. Eine Montage des Verbindungselements kann vereinfacht werden. Durch die Verwendung eines biegbaren Verbindungselements können auch die Anforderungen an mechanische Toleranzen, insbesondere Fertigungstoleranzen und/oder Montagetoleranzen, verringert werden. Vorteilhafterweise kann das Verbindungselement elastisch biegbar sein. So kann das Verbindungselement nach der Rücknahme einer die Biegung bewirkenden Biegekraft wieder seinen Grundzustand einnehmen. Ein biegbares Schlauchstück kann einfach realisiert werden. Es kann mit einem im Verhältnis zu seinen Außenabmessungen geringen Gewicht und großer Robustheit realisiert werden. Im Inneren des Schlauchstücks kann einfach das wenigstens eine bewegliche Magnetelement oder Sensorelement fest angeordnet sein. Zur Verbindung mit dem Antriebskörper kann das Schlauchstück einfach auf einen entsprechenden Stift oder Zylinder am Antriebskörper aufgesteckt werden.
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Vorteilhafterweise kann das biegbare Schlauchstück insbesondere ein Elastomerschlauchstück aufweisen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das bewegliche wenigstens eine Magnetelement oder Sensorelement in oder an einem Pleuelelement angeordnet sein, welches in dem Gehäuse entlang der Linearbewegungsachse beweglich geführt sein kann und das mit dem Antriebskörper bzgl. einer Schwenkbewegung flexibel verbunden sein kann. Das Pleuelelement kann eine Form aufweisen, die für die Linearbewegung und/oder die Führung im Gehäuse optimiert sein kann. Vorteilhafterweise kann das Pleuelelement in Richtung der Linearbewegungsachse länglich sein. Mit dem Pleuelelement kann einfach eine Linearbewegung des Antriebskörpers entlang der Linearbewegungsachse an das bewegliche wenigstens eine Magnetelement oder Sensorelement übertragen werden. Das Pleuelelement ermöglicht, dass das bewegliche wenigstens eine Magnetelement oder Sensorelement in einem Abstand von dem Antriebskörper gehalten werden kann. So kann auch das gehäusefeste wenigstens eine Sensorelement oder Magnetelement vom Antriebskörper beabstandet sein. So kann eine Bewegungsfreiheit des Antriebskörpers in dem Gehäuse entlang der Linearbewegungsachse vergrößert werden. Das Pleuelelement kann vorteilhafterweise einen Hohlraum aufweisen. Das bewegliche wenigstens eine Magnetelement oder Sensorelement kann in dem Hohlraum des Pleuelelements platzsparend und darüber hinaus geschützt befestigt sein. Insbesondere kann das Pleuelelement als Schlauchstück oder Rohrstück realisiert sein. Das Pleuelelement kann mit einem dem Antriebskörper abgewandten Ende in einem entsprechenden Führungslager des Gehäuses geführt werden. Das Führungslager kann vorteilhafterweise als Gleitlager realisiert sein. In einem Gleitlager kann das Pleuelelement entlang der Linearbewegungsachse mit geringen Reibungsverlusten bewegt werden. Ein Kraftaufwand zum Bewegen des Pleuelelements kann somit verringert werden. Dies wirkt sich insgesamt positiv auf die Schaltcharakteristik des Stellers aus.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Steller mit einem elektropneumatischen Druckwandler oder einem Elektroumschaltventil steuerbar und/oder regelbar verbunden sein. Mit einem elektropneumatischen Druckwandler kann aus einem Druck oder Unterdruck, der insbesondere beim Betrieb eines Schaltsaugrohrs in einer Ansaugleitung realisiert werden kann, und einem Referenzdruck, insbesondere einem Atmosphärendruck, ein Mischdruck gebildet werden. Der Mischdruck kann als Steuerdruck einem als Druckdose oder Unterdruckdose ausgebildeten Stellers bereitgestellt werden. Mit dem Mischdruck kann der Steller stufenlos eingestellt werden. Das Ansteuern des elektropneumatischen Druckwandlers kann durch ein Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine mit einem entsprechenden Steuerstrom erfolgen. Mit einem elektropneumatischen Druckwandler kann der Steller insbesondere abhängig von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine präzise angesteuert oder geregelt werden.
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Ferner wird die technische Aufgabe durch den Steller erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Antriebskörper mittels wenigstens eines biegbaren Schlauchstücks mit dem beweglichen wenigstens einen Magnetelement oder Sensorelement aus der Linearbewegungsachse schwenkbar verbunden ist. Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung aufgezeigten Vorteile und Merkmale gelten für den erfindungsgemäßen Steller entsprechend und umgekehrt.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
- 1 einen Längsschnitt eines Schaltsaugrohrs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Unterdruckdose gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel (nicht erfindungsgemäß);
- 2 einen Teilschnitt einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung;
- 3 einen Längsschnitt eines Schaltsaugrohrs mit einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist eine Stellvorrichtung 10 (nicht erfindungsgemäß) eines insgesamt mit 12 bezeichneten Schaltsaugrohrs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Längsschnitt gezeigt.
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Stellvorrichtung 10 dient der Einstellung eines Ansaugluftstroms, welcher in hier nicht weiter interessierender Weise einem Saugrohr der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
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Die Stellvorrichtung 10 umfasst eine Unterdruckdose 14, welche die Funktion eines Stellers hat. Die Unterdruckdose 14 verfügt über ein Gehäuse 16, welches einen Gehäusetopf 18 und einen Gehäusedeckel 20 umfasst, die bzgl. einer weiter unten näher erläuterten gedachten Linearbewegungsachse 34 axial zusammengesetzt sind. Der Gehäusetopf 18 hat eine etwa kelchartige Form mit einem zylindrischen Verbindungsabschnitt 22 und einem aufgeweiteten Kammerabschnitt 24. Der Verbindungsabschnitt 22 geht einstückig in den Kammerabschnitt 24 über. Der Verbindungsabschnitt 22 geht mit seinem Ende, welches dem Kammerabschnitt 24 abgewandt ist, einstückig in einen Wandabschnitt 26 einer Ansaugluftleitung 28 über. An eine Innenwand des Verbindungsabschnitts 22 auf der dem Kammerabschnitt 24 zugewandten Seite ist einstückig ein Zylinderabschnitt 30 angeordnet. Der Zylinderabschnitt 30 erstreckt sich in eine Referenzdruckkammer 32, die von dem Kammerabschnitt 24 umgeben ist. Der Verbindungsabschnitt 22, Kammerabschnitt 24 und Zylinderabschnitt 30 sind jeweils koaxial zu der Linearbewegungsachse 34.
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Ein freier Rand des Kammerabschnitts 24 auf der dem Verbindungsabschnitt 22 abgewandten Seite weist einen umfangsmäßig verlaufenden Verbindungskragen 36 auf. Der Verbindungskragen 36 erstreckt sich bzgl. der Linearbewegungsachse 34 radial nach außen. Auf der dem Gehäusedeckel 20 zugewandten Seite ist in dem Verbindungskragen 36 eine umfangsmäßig verlaufende Dichtungsnut 38 angeordnet, welche zum Gehäusedeckel 20 hin offen ist. In der Dichtungsnut 38 ist ein verdickter Befestigungsrand 40 einer Schaltmembran 42 der Unterdruckdose 14 angeordnet. Ein radial äußerer Abschnitt 41 des Verbindungskragens 36 begrenzt die Dichtungsnut 38 umfangsmäßig radial außen. Ein radial innerer Abschnitt 43 begrenzt die Dichtungsnut 38 umfangsmäßig radial innen. Der radial äußerer Abschnitt 41 überragt den radial inneren Abschnitt 43 auf der dem Gehäusedeckel 20 zugewandten Seite bzgl. der Linearbewegungsachse 34 in axialer Richtung.
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Der Gehäusedeckel 20 ist etwa becherförmig. Seine offene Seite zeigt zum Gehäusetopf 18 hin. An seinem offenen Rand verfügt er über einen Verbindungskragen 44, welcher sich nach radial außen erstreckt. Der Verbindungskragen 44 verfügt über eine umfangsmäßig verlaufende Nut 46, in die bei montierter Unterdruckdose 14 der radial äußere Abschnitt 41 des Verbindungskragens 36 des Gehäusetopfs 18 eintaucht. Die Schaltmembran 42 wird radial innerhalb ihres Befestigungsrandes 40 zwischen dem radial inneren Abschnitt 43 des Verbindungskragens 36 des Gehäusetopfs 18 und einem radial inneren Abschnitt 45 des Verbindungskragens 44 des Gehäusedeckels 20 eingeklemmt.
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Der Gehäusetopf 18 verfügt ferner an seiner radial äußeren Umfangsseite über eine Mehrzahl von Rastnasen 48, welche insbesondere in 2 gezeigt sind, die umfangsmäßig verteilt angeordnet sind. Bei montierter Unterdruckdose 14 greifen die Rastnasen 48, wie in 2 gezeigt, in entsprechende Rastlaschen 50 an der radial äußeren Umfangsseite des Gehäusedeckels 20 ein. Die Rastlaschen 50 erstrecken sich jeweils bzgl. der Linearbewegungsachse 34 in axialer Richtung und weisen jeweils eine Öffnung für die jeweilige Rastnasen 48 auf. Auf diese Weise wird eine lösbare Rastverbindung zwischen dem Gehäusetopf 18 und dem Gehäusedeckel 20 realisiert.
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Auf seiner dem Gehäusetopf 18 abgewandten geschlossenen Seite weist der Gehäusedeckel 20 eine zur Linearbewegungsachse 34 koaxiale, in Längsrichtung durchgängig offene Führungshülse 52 auf. Auf der dem Gehäusetopf 18 abgewandten Seite geht ein Innenraum 54 der Führungshülse 52 über in eine durchgängige Öffnung im Boden des Gehäusedeckels 20, welche den Innenraum 54 mit einem Sensorraum 56 einer zur Linearbewegungsachse 34 koaxialen Sensorhülse 58 an der Außenseite des Gehäusedeckels 20 verbindet.
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In dem Sensorraum 56 befindet sich ein Sensor 60 eines insgesamt mit 62 bezeichneten magnetischen Linearmesssystems. Die Sensorhülse 58 weist auf ihrer dem Gehäusetopf 18 abgewandten Außenseite eine Steckereinrichtung 64 für elektrische Anschlüsse des Linearmesssystems 62 auf. Über die Steckereinrichtung 64 kann der Sensor 60 mit entsprechenden Signalleitungen beispielsweise mit einer Motorsteuerung der Brennkraftmaschine verbunden werden.
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Im Bereich des stirnseitigen Randes der Führungshülse 52, der dem Gehäusetopf 18 zugewandt ist, ist an der radial inneren Umfangsseite ein Gleitlager 66 für ein zylindrisches Pleuelelement 68 angeordnet. Das Pleuelelement 68 ist in dem Gleitlager 66 linear zur Linearbewegungsachse 34 beweglich geführt. Das Pleuelelement 68 ist insgesamt biegesteif. Auf der dem Führungszylinder 54 zugewandten Seite ist im Inneren des Pleuelelements 68 ein Magnetelement 70 in Form eines Permanentmagneten angeordnet. Mit dem Magnetelement 70 wird ein Magnetfeld erzeugt, welches mit dem Sensor 60 zur Bestimmung der Position des Magnetelements 70 relativ zum Sensor 60 erfasst werden kann. Mit dem Linearmesssystem 62 kann so die Position des Magnetelements 70 und damit des Pleuelelements 68 entlang der Linearbewegungsachse 34 im Gehäuse 16 bestimmt werden.
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Das Pleuelelement 68 weist an seinem stirnseitigen Ende, welches dem Führungszylinder 52 abgewandt ist, eine Kugelpfanne 72 eines insgesamt mit 74 bezeichneten Kugelgelenks auf. Die Ausführungsform mit Kugelgelenk ist nicht erfindungsgemäß; die erfindungsgemäße Ausführungsform wird unter 3 beschrieben und weist anstelle des Kugelgelenks ein Schlauchstück 168 auf, das die Flexibilität und Schwenkbarkeit der Verbindung von Magnetelement 70 und Sensorelement 60 ermöglicht. In der Kugelpfanne 72 ist ein kugelförmiger Gelenkkopf 76 des Kugelgelenks 74 drehbar und schwenkbar gelagert. Der Gelenkkopf 76 ist fest mit einem Antriebskörper 78 der Unterdruckdose 14 verbunden. Der Antriebskörper 78 hat die Ausgestaltung eines Kolbens. Die Kugelpfanne 72 ist koaxial zur Linearbewegungsachse 34, so dass das Kugelgelenk 74 insgesamt Schwenkbewegungen des Antriebskörpers 78 aus der Linearbewegungsachse 34 zulässt. Das Kugelgelenk 74 bildet eine bzgl. Schwenkbewegungen flexible Verbindung zwischen dem Pleuelelement 68 und dem Antriebskörper 78. Eine der möglichen Schwenkrichtungen ist exemplarisch in 1 mit einem Doppelpfeil 80 angedeutet. Mittels des Kugelgelenks 74 können auch montagebedingte und/oder fertigungsbedingte mechanische Toleranzen, insbesondere des Antriebskörpers 78, kompensiert werden.
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Der Antriebskörper 78 verfügt auf seiner dem Gehäusedeckel 20 zugewandten Seite über einen becherartigen Aufnahmeabschnitt 82, welcher zu der Führungshülse 52 des Gehäusedeckels 20 hin offen ist. Auf der anderen Seite geht der Aufnahmeabschnitt 82 einstückig in eine Schubstange 84 des Antriebskörpers 78 über. Die Schubstange 84 erstreckt sich im Inneren des Verbindungsabschnitts 22 des Gehäusetopfs 18 entlang der Linearbewegungsachse 34. In der Ruheposition, welche in den 1 und 2 gezeigt ist, verläuft die Schubstange 84 in dem Aufnahmeabschnitt 82 etwa koaxial zur Linearbewegungsachse 34. Das dem Aufnahmeabschnitt 82 abgewandte freie Ende der Schubstange 84 weist ein Auge 184 auf, in dem eine Kurbel 85 einer Schaltwelle 86 gelagert ist. Auf der Schaltwelle 86 ist eine in den 1 und 2 nicht gezeigte, hier nicht weiter interessierende, Klappe befestigt, mit der der Ansaugluftstrom in der Ansaugluftleitung 28 eingestellt werden kann. Die Kurbel 85 ist exzentrisch zu einer Drehachse 186 der Schaltwelle 86.
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Der Gelenkkopf 76 erstreckt sich ins Innere des Aufnahmeabschnitts 82. Der Gelenkkopf 76 ist von einem koaxialen Lagerzylinder 88 umgeben, der einstückig mit dem Boden des Aufnahmeabschnitts 82 verbunden ist. Die radial innere Umfangsseite des Lagerzylinders 88 ist passend zur radial äußeren Umfangsseite der Kugelpfanne 72 kugelartig geformt. Auf diese Weise ist die Kugelpfanne 72 mit ihrer radial inneren Umfangsseite auf dem Gelenkkopf 76 und mit ihrer radial äußeren Umfangsseite in dem Lagerzylinder 88 gelagert. Eine Bewegungskomponente des Antriebskörpers 78 entlang der Linearbewegungsachse 34 sowohl im Zugrichtung, also von der Führungshülse 52 weg, als auch in Druckrichtung kann direkt auf das Pleuelelement 68 übertragen werden.
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Der Lagerzylinder 88 ist radial außen von einem koaxialen etwa hohlzylindrischen Stützabschnitt 90 umgeben, welcher an einer Stirnseite einstückig in den Boden des Aufnahmeabschnitts 82 übergeht. Auf dem Stützabschnitt 90 ist radial außen ein Ende einer Schraubendruckfeder 92 aufgesteckt, welche sich am Boden des Aufnahmeabschnitts 82 abstützt. Die Schraubendruckfeder 92 ist in der Ruheposition, wie in den 1 und 2 gezeigt, zur Linearbewegungsachse 34 koaxial. Mit ihrem anderen Ende ist die Schraubendruckfeder 92 auf die Führungshülse 52 des Gehäusedeckels 20 gesteckt und stützt sich am Boden des Gehäusedeckels 20 ab.
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Die Schaltmembran 42 ist aus einem elastischen Material. Sie kann axial zur Linearbewegungsachse 34 umgeklappt werden. Die Schaltmembran 42 weist eine zentrale Durchstecköffnung 94 für den Antriebskörper 78 auf. Mit einem radial inneren Befestigungsrand 95 ist die Schaltmembran 42 dicht in einer entsprechenden Aufnahmenut 96 befestigt, welche umfangsmäßig in der radial äußeren Umfangsseite des Antriebskörpers 78 verläuft. Die Aufnahmenut 96 befindet sich axial zur Linearbewegungsachse 34 betrachtet etwa auf Höhe des Kugelelements 76 in einem Übergangsbereich zwischen dem Aufnahmeabschnitt 82 und der Schubstange 84. In dem in den 1 und 2 gezeigten Ruhezustand der Unterdruckdose 14 liegt die Schaltmembran 42 an der radial äußeren Umfangsseite des Aufnahmeabschnitts 82 an. Der Aufnahmeabschnitt 82 verhindert, dass die Schaltmembran 42 zwischen die Wendeln der Schraubendruckfeder 92 gerät.
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Die radial äußere Umfangsseite des Antriebskörpers 78 verjüngt sich von dem Aufnahmeabschnitt 82 zur Schubstange 84 hin in Richtung der Linearbewegungsachse 34 betrachtet etwa konisch. Im Ruhezustand der Unterdruckdose 14 befindet sich die Aufnahmenut 96 mit dem radial inneren Befestigungsrand 95 der Schaltmembran 42 innerhalb des Zylinderabschnitts 30 des Gehäusetopfs 18. Dabei sind die radial äußere Umfangsseite des Antriebskörpers 78 und die radial innere Umfangsseite des Zylinderabschnitts 30 zueinander beabstandet, so dass ein Ringspalt 98 verbleibt. Der Ringspalt 98 verbindet die Referenzdruckkammer 32 über den Innenraum des Verbindungsabschnitts 22 mit einem Innenraum der Ansaugluftleitung 28, der von dem Wandabschnitt 26 umgeben ist. Auf diese Weise herrscht in der Referenzdruckkammer 32 der gleiche Druck wie in dem Innenraum des Wandabschnitts 26.
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Ein Innenraum des Gehäusedeckels 20 bildet eine Schaltdruckkammer 100. Die Schaltdruckkammer 100 wird durch die Schaltmembran 42 von der Referenzdruckkammer 32 gasdicht getrennt. In die Schaltdruckkammer 100 führt eine Schaltdruckleitung 102, welche von einem elektropneumatischen Druckwandler (EPW) 104 kommt. Mit dem elektropneumatischen Druckwandler 104 kann in hier nicht weiter interessierender Weise die Schaltdruckkammer 100 bzgl. der Referenzdruckkammer 32 mit einem Unterdruck beaufschlagt werden. Der elektropneumatische Druckwandler 104 kann dabei elektrisch beispielsweise von der Motorsteuerung der Brennkraftmaschine angesteuert werden.
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Ausgehend von der in den 1 und 2 gezeigten Ruheposition wird zum Betätigen der Kanalabschalt- oder Ladungsbewegungsklappen des Schaltsaugrohrs 12 der elektropneumatische Druckwandler 104 mit dem Motorsteuergerät elektrisch angesteuert. Mit dem elektropneumatischen Druckwandler 104 wird die Schaltdruckkammer 100 mit einem entsprechenden Unterdruck gegenüber der Referenzdruckkammer 32 beaufschlagt. Dadurch wird der Antriebskörper 78 zur Führungshülse 52 des Gehäusedeckels 20 hin bewegt. Die Schaltmembran 42 rollt dabei um. Der Antriebskörper 78 bewegt das Pleuelelement 68 entlang der Linearbewegungsachse 34 linear in den Innenraum 54 des Führungszylinders 52. Die Bewegungsrichtung ist in 1 angedeutet durch einen Pfeil 106. Dadurch, dass das freie Ende der Zugstange 84 exzentrisch zu der Schaltwelle 86 der Klappe gelagert ist, führt die Schubstange 84 eine Schwenkbewegung aus der Linearbewegungsachse 34 heraus aus. Dies ist in 1 angedeutet durch den Doppelpfeil 80. Durch die Linearbewegung der Schubstange 84 wird mittels der Kurbel 85 die Schaltwelle 86 um ihre Drehachse gedreht und damit die Klappe zur Änderung des Ansaugluftstroms in der Ansaugluftleitung 28 betätigt. Das Kugelgelenk 74 ermöglicht, dass die Schwenkbewegung des Antriebskörpers 78 nicht an das Pleuelelement 68 übertragen wird. Das Pleuelelement 68 wird in einer Linearbewegung in dem Gleitlager 66 geführt.
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Mittels der entsprechenden Änderung des Magnetfelds des Magnetelements 70 wird die Position des Magnetelements 70 und damit des Pleuelelements 68 und des Antriebskörpers 78 von dem Sensor 60 berührungslos erfasst. Entsprechende Sensorsignale werden in hier nicht weiter interessierender Weise beispielsweise an das Motorsteuergerät weitergegeben und dort verarbeitet. Mit dem magnetischen Linearmesssystem 62 kann kontinuierlich und berührungslos die Position des Pleuelelements 68 und damit des Antriebskörpers 78 in dem Gehäuse 16 erfasst werden. So kann ein Schaltzustand der Klappe der Stellvorrichtung 10 genau bestimmt werden.
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Um die Klappe aus der Schaltstellung zurück in die Ruhestellung zu bringen, wird mittels des elektropneumatischen Druckwandlers 104 der Unterdruck in der Schaltdruckkammer 100 verringert, so dass durch die Unterstützung einer Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 92 der Antriebskörper 78 von dem Führungszylinder 52 des Gehäusedeckels 20 weg bewegt wird. Durch die Linearbewegung der Schubstange 84 wird mittels der Kurbel 85 die Schaltwelle 86 um ihre Drehachse gedreht und damit die Klappe entsprechend betätigt.
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In 3 ist nun ein Schaltsaugrohr 12 mit einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung gezeigt. Diejenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus den 1 und 2 ähnlich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das zweite Ausführungsbeispiel aus 3 unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel aus den 1 und 2 dadurch, dass ein Pleuelelement 168 ein biegbares Schlauchstück aus Elastomer ist. Das Magnetelement 70 ist im Inneren des Pleuelelements 168 auf der dem Boden des Gehäusedeckels 20 zugewandten Seite angeordnet. Statt des Gelenkkopfs 76 ist ein Steckzylinder 176 am Boden des Aufnahmeabschnitts 82 des Antriebskörpers 78 einstückig befestigt, auf dem das Schlauchstück 168 aufgesteckt ist. Auf die Kugelpfanne 72 und den Lagerzylinder 88 wird beim zweiten Ausführungsbeispiel in 3 verzichtet. Die Flexibilität der Verbindung zwischen dem Magnetelement 70 und dem Antriebskörper 78 bzgl. Schwenkbewegungen aus der Linearbewegungsachse 34 wird durch die Biegbarkeit des Schlauchstücks 168 erreicht. Die Betätigung der Stellvorrichtung 10 erfolgt analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel aus den 1 und 2.
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Bei allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen eines Schaltsaugrohrs 12 mit Stellvorrichtung 10 sind unter anderem folgende Modifikationen möglich:
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf eine Stellvorrichtung 10 einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Vielmehr kann sie auch bei andersartigen Brennkraftmaschinen, beispielsweise Industriemotoren, eingesetzt werden. Sie kann auch bei andersartigen Vorrichtungen zur Einstellung eines Fluidstroms in einer Fluidleitung einer Brennkraftmaschine verwendet werden.
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Anstelle der Unterdruckdose 14 kann auch ein andersartiger vorzugsweise pneumatischer Steller, beispielsweise eine Druckdose, verwendet werden, welcher mittels einer Druckbeaufschlagung geschaltet werden kann.
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Anstatt eines Permanentmagneten kann das Magnetelement 70 auch einen andersartigen Magneten, beispielsweise einen Elektromagneten, aufweisen.
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Es können auch mehr als ein Magnetelement 70 vorgesehen sein. Ebenso können mehr als ein Sensor 60 vorgesehen sein.
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Statt des elektropneumatischen Druckwandlers 104 kann auch eine andersartige, einen entsprechenden Druck oder Unterdruck erzeugende Vorrichtung, beispielsweise ein Kompressor oder Druckluftbehälter, verwendet werden, mit dem der erforderliche Schaltdruck in der Schaltdruckkammer 100 realisiert werden kann. Insbesondere bei reiner Auf-/Zu-Schaltung kann ein Elektroumschaltventil (EUV) eingesetzt werden.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel aus 3 kann das biegbare Schlauchstück des Pleuelelements 168 statt aus einem Elastomer auch aus einem andersartigen biegbaren Material sein. Vorzugsweise kann es aus einem elastisch biegbaren Material sein.
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Anstelle des Magnetelements 70 können auch der Sensor 60 an dem Pleuelelement 68; 168 und das Magnetelement 70 an dem Gehäuse 16 befestigt sein.
