-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein Drosselklappensystem zur Regulierung der einem Verbrennungsmotor zugeführten Gasmenge.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Ein Drosselklappensystem kann bei einem Verbrennungsmotor, wie etwa einem Ottomotor, der Limitierung und Dosierung der Verbrennungsluft dienen. Dazu weist ein Drosselklappensystem eine Ventilklappe auf, die mittels einer Ventilachse, um die die Drosselklappe gedreht werden kann, einen Kanal, beispielsweise für Luft, öffnen und schließen kann. Die Ventilklappe wird häufig von einem Aktor angetrieben, der einen elektrischen Motor und ein die Ventilklappe und den elektrischen Motor verbindendes Getriebe aufweisen kann.
-
Aktuell wird die Ventilklappe in vielen Fahrzeugen nicht mehr mit einem Bowdenzug vom Gaspedal aus betätigt, sondern kann elektro-mechanisch angetrieben sein. Dafür kann das Moment eines Gleichstrommotors (beispielsweise eines kleinen Bürstenmotors) durch ein zweistufiges Stirnradgetriebe untersetzt werden, so dass die Ventilklappe mit in etwa einem 20-fachen Moment des Motors bewegt werden kann.
-
Es kann notwendig sein, dass das Drosselklappensystem bei einem Ausfall eines Fahrzeugsystems in die Notluftpunkt-Position (bei der die Ventilklappe fast geschlossen sein kann) gestellt werden sollte. Dies wird üblicherweise mit zwei gegenläufig wirkenden Rückstellfedern realisiert, wobei die Federn derart ausgelegt sein können, dass die Ventilklappe auch entgegen den hemmenden Reibmomenten der Ventilklappe und des elektrischen Motors in Richtung einer den Kanal versperrenden Stellung bewegt werden kann. Das Reibmoment und das Rastmoment des elektrischen Motors können hierfür besonders bestimmend sein, da diese mit der Getriebeübersetzung multipliziert den mechanischen Widerstand des elektrischen Motors und des Getriebes darstellen.
-
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
In einem Drosselklappensystem einen Gleichstrommotor mit Bürsten durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor gleicher Bauform zu ersetzen, ist nicht optimal, da in der Regel für den bürstenlosen Gleichstrommotor ein größerer Rotor- und Statordurchmesser als bei einem bebürsteten Gleichstrommotor für die effiziente Ausnutzung des Motors benötigt wird.
-
Ein Motor mit einem größeren Durchmesser kann aber mit einer bestehenden Anordnung von Drosselklappe, Getriebe und Motor nicht verwendet werden, ohne den Bauraum zu verletzen und/oder die Zahnräder des Getriebes deutlich zu vergrößern.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Drosselklappensystem bereitzustellen, das effizient, billig, kompakt und daher mit geringem Gewicht ausführbar ist.
-
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
-
Die Erfindung betrifft ein Drosselklappensystem zur Regulierung der einem Verbrennungsmotor zugeführten Gasmenge. Beispielsweise kann das Drosselklappensystem zusammen mit dem Verbrennungsmotor im Motorraum eines Fahrzeugs, wie etwa einem Pkw, einem Lkw, einem Bus, einem Motorrad oder einem Schiff verbaut sein.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Drosselklappensystem einen Kanal, etwa einen Gas- bzw. Ansaugkanal, über den dem Verbrennungsmotor die zur Verbrennung nötige Gasmenge, beispielsweise Luft, zuführbar ist; eine Ventilklappe zum Versperren oder Öffnen des Kanals; eine Ventilachse zur drehbaren Lagerung der Ventilklappe; einen elektrischen Motor zum Bewegen der Ventilklappe; und ein Getriebe zur Übertragung der Bewegung des bürstenlosen elektrischen Motors auf die Ventilachse. Insgesamt kann das Drosselklappensystem dazu ausgeführt sein, einen Gasstrom bzw. Luftstrom zum Verbrennungsmotor hin zu regulieren bzw. die dem Verbrennungsmotor zugeführte Gasmenge einzustellen.
-
Beispielsweise kann das Getriebe ein einstufiges Getriebe sein. Mit anderen Worten kann das Getriebe zwei Zahnräder umfassen, von denen ein erstes direkt mit dem elektrischen Motor und ein zweites direkt mit der Ventilachse verbunden ist und/oder die die gesamte Übersetzung des Getriebes bereitstellen. Ein einstufiges Getriebe weist in der Regel weniger Einzelkomponenten auf als ein mehrstufiges Getriebe. Damit kann sich eine Reduzierung von Bauraum und Gewicht des Drosselklappensystems ergeben. Auch kann sich eine Reduzierung des Spiels in dem Getriebe durch Entfall einer oder mehrerer Getriebestufen ergeben.
-
Alternativ kann das Getriebe auch ein Planetengetriebe sein, das im Verhältnis zu anderen Getriebearten relativ flach und kompakt ausgeführt werden kann.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der elektrische Motor ein bürstenloser elektrischer Motor mit einer Mehrzahl von Polpaaren, beispielsweise 3, 4, 5, 6 oder 7 Polpaare (PP).
-
Bürstenlose elektrische Motoren werden auch EC-Motoren („electronically commutated“) oder BLDC-Motoren („brushless direct current“) genannt, im Gegensatz zu elektrischen Motoren mit Bürsten, die auch unter dem Begriff DC-Motoren („direct current“) bekannt sind. Im Gegensatz zu einem DC-Motor kann ein EC-Motor mit einem größeren Durchmesser ausgelegt werden, wodurch sein Drehmoment erhöht und die Baulänge verkürzt werden kann.
-
Durch die Verwendung eines bürstenlosen elektrischen Motors, der flacher und/oder mit größerem Durchmesser ausgeführt sein kann und somit ein größeres Drehmoment erzeugen kann, kann die mechanische Übersetzung i des Getriebes reduziert werden, beispielsweise von i = 20 auf i = 7.
-
Wird ein hochpoliger bürstenloser Motor als elektrischer Motor eingesetzt, kann damit ein hohes Drehmoment erzeugt werden. Die Gesamtübersetzung des Systems uges = imech * PP kann auf diese Weise etwas unter einem Wert von 40 liegen. Dies hat auch Vorteile für die elektrische Kommutierung des mehrpoligen EC-Motors.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der elektrische Motor eine elektronische Steuerung, die dazu ausgelegt ist, aus einem Gleichstrom einen für den Motor geeigneten Wechselstrom zu erzeugen. Auf diese Weise kann das Drosselklappensystem ein konventionelles Drosselklappensystem ersetzen, ohne dass weitere Komponenten für die Ansteuerung des Drosselklappensystems im Fahrzeug benötigt werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Antriebsachse des elektrischen Motors schiefwinklig zur Ventilachse angeordnet, um die die Ventilklappe bewegt werden kann. Mit anderen Worten kann der Achskreuzwinkel zwischen der Antriebsachse des elektrischen Motors und der Ventilachse ungleich (kleiner oder größer) als 90° aufweisen. Dadurch kann das Drosselklappensystem im Vergleich zu aktuellen Systemen in kompakterer Bauform ausgestaltet und in dem bestehenden Bauraum, beispielsweise eines Pkws, untergebracht werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das einstufige Getriebe ein Motorzahnrad und ein Klappenzahnrad auf, die aufeinander kämmen. Das Motorzahnrad ist direkt mit einer Antriebsachse des elektrischen Motors verbunden und das Klappenzahnrad ist direkt mit der Ventilachse verbunden. Mit anderen Worten kann das einstufige Getriebe genau zwei Zahnräder aufweisen.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das einstufige Getriebe ein Kronenradgetriebe, das ein Kronenrad mit axialen Zähnen, welches beispielsweise als Klappenzahnrad fungiert, und ein Stirnrad mit radialen Zähnen, welches beispielsweise als Motorzahnrad fungiert, aufweist.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Zähne des Kronenrads des Kronenradgetriebes auf einer elliptischen Bahn angeordnet. Beispielsweise kann das Kronenrad elliptisch geformt sein, so dass sich das Übersetzungsverhältnis winkelabhängig ändert. Dies kann zur Folge haben, dass das Drehmoment, welches vom elektrischen Motor über das einstufige Kronenradgetriebe auf die Ventilachse übertragen wird, abhängig vom Drehwinkel des Kronenrades beziehungsweise der Stellung der Ventilklappe ist. Neben dem vom Drehwinkel des Kronenrades abhängigen Drehmoment kann bei einer elliptischen Ausgestaltung des Kronenrades auch die Rotationsgeschwindigkeit des Kronenrades und damit die Rotationsgeschwindigkeit der Ventilachse und der Ventilklappe winkelabhängig sein.
-
Das Kronenradgetriebe kann dabei derart ausgestaltet sein, dass das Motorzahnrad bei einer den Kanal versperrenden Stellung der Ventilklappe an einem der Scheitelpunkte der Hauptachse des elliptisch ausgestalteten Kronenrades auf das Kronenrad kämmt. Somit kann das Drehmoment auf die Ventilklappe in einer den Kanal versperrenden Stellung maximal sein. Ferner kann in einer derartigen Ausgestaltungsform des Kronenradgetriebes der Winkel, um den die Ventilklappe bei gegebener Bewegung des elektrischen Motors gedreht wird, bei geschlossener Ventilklappe größer als bei geöffneter Ventilklappe sein.
-
Bei geschlossener Drosselklappe kann ein größeres Moment und eine langsamere Bewegung bereitgestellt werden, da damit beispielsweise eine bestehende Eisschicht gebrochen werden kann. Durch die Änderung des Hebels kann die Bewegung bei geschlossener Klappe langsamer eingestellt werden.
-
Da die Ventilklappe des Drosselklappensystems in der Regel höchstens um einen Winkel von etwa 90° gedreht werden muss, um von einer den Kanal versperrenden zu einer vollständig geöffneten Stellung zu gelangen, kann gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung das Kronenrad des Kronenradgetriebes lediglich auf einem Teilsegment des Kronenrades bezahnt sein. Dies kann die Herstellungskosten verringern und eine platzsparende Konstruktion des Drosselklappensystems zulassen.
-
Auch ist es möglich, dass das Kronenrad oder im Allgemeinen das Klappenzahnrad lediglich als Segment einer Scheibe (Kreisscheibe oder elliptische Scheibe) ausgebildet ist.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das einstufige Getriebe ein Schraubenradgetriebe, das ein mit der Ventilachse verbundenes Stirnrad (bzw. Schraubrad) und ein mit der Antriebsachse des elektrischen Motors verbundenes Schneckenrad aufweist. Der Achskreuzwinkel, der von der Antriebsachse des elektrischen Motors und der Ventilachse eingeschlossen wird, kann dabei einen Wert ungleich 90°, beispielsweise 70°, aufweisen, so dass beispielsweise ein vorgegebener Bauraum nicht verletzt wird. In einer derartigen Anordnung kann auch ein Getriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von beispielsweise 20 mit einem 2-poligen EC-Motor kombiniert werden, ohne den Bauraum zu verletzen. Ein einstufiges Schraubenradgetriebe kann einen Wirkungsgrad von etwa 0,8–0,85 aufweisen, der geringfügig schlechter ist als der Wert von etwa 0,92 eines zweistufigen Stirnradgetriebes, wie es üblicherweise in aktuellen Drosselklappensystemen zum Einsatz kommt. Dadurch können sich im normalen Betriebsfall, wie beispielsweise dem Einstellen einer Ventilklappenstellung gemäß einer Gaspedalstellung in einem Pkw während der Fahrt, auch Vorteile ergeben, da der EC-Motor zum Halten der Ventilklappenstellung weniger Moment benötigt.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das einstufige Getriebe ein Stirnradgetriebe, das als Motorzahnrad ein mit der Antriebsachse des elektrischen Motors verbundenes erstes Stirnrad und als Klappenzahnrad ein mit der Ventilachse verbundenes zweites Stirnrad aufweist. Der elektrische Motor kann beispielsweise parallel zur Ventilklappe angeordnet sein.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Planetengetriebe ein mit der Antriebsachse des elektrischen Motors verbundenes Sonnenrad und ein mit der Ventilachse verbundenes Hohlrad auf. Der elektrische Motor kann dabei ein Gehäuse mit dem gleichen Durchmesser wie das Planetengetriebe aufweisen und axial an der Ventilachse montiert sein. Dies erlaubt eine kompakte Bauform des Drosselklappensystems.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Drosselklappensystem wenigstens eine Rückstellfeder, die die Ventilklappe in Richtung einer den Kanal versperrenden Stellung drückt. Normalerweise wird die Ventilklappe mit zwei gegenläufig wirkenden Rückstellfedern verbunden sein.
-
Durch das einstufige Getriebe bzw. das Planetengetriebe kann der Einfluss der Reibmomente des elektrischen Motors auf die Rückstellfeder(n) reduziert werden, so dass diese kleiner dimensioniert werden können. Der mechanische Widerstand, gegen den die Ventilklappe bei einem Ausfall des Fahrzeugsystems bewegt werden muss, kann über das Produkt der mechanischen Übersetzung und dem Reibmoment des elektrischen Motors gegeben sein. Daher kann die Rückstellfeder schwächer ausgelegt sein. Mit einer schwächeren Rückstellfeder kann wiederum der elektrische Motor schwächer ausgelegt sein und in einem statischen Betriebszustand durch das geringere Haltemoment effizienter betrieben werden.
-
Die Rückstellfeder kann auf der dem Getriebe gegenüberliegenden Seite des Kanals angebracht sein. So kann das Getriebe mit dem elektrischen Motor näher an der Ventilklappe und dem Kanal montiert werden, was eine weitere Reduzierung des für das Drosselklappensystem nötigen Bauraums zur Folge haben kann.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Drosselklappensystem Befestigungslöcher, die um den Kanal angeordnet sind und die zum Befestigen des Drosselklappensystems ausgeführt sind. Die Befestigungslöcher können asymmetrisch zur Ventilachse angeordnet sein, wodurch das Drosselklappensystem verdreht zur Ventilachse im für sie vorgegebenen Bauraum befestigt werden kann. In Kombination mit einem Achswinkel ungleich 90° zwischen der Ventilachse und der Antriebsachse und/oder einem schiefwinklig verbauten Motor kann auf diese Weise der Bauraum besser ausgenützt werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein an der Ventilachse angebrachtes Zahnrad (etwa ein Stirnrad oder ein Kronenrad) segmentiert. Da sich die Ventilklappe in der Regel lediglich um etwa 90° drehen muss, kann das Klappenzahnrad als Segment eines Kreises oder einer Ellipse ausgeführt sein.
-
Kurze Beschreibung der Figuren
-
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.
-
1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Drosselklappensystems.
-
2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf das Drosselklappensystem aus 1.
-
3 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Drosselklappensystem mit einstufigem Stirnradgetriebe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
4 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Drosselklappensystem mit einstufigem Planetengetriebe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
-
5 zeigt schematisch einen Querschnitt durch das Planetengetriebe aus 4.
-
6 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Drosselklappensystem mit einstufigem Kronenradgetriebe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
7 zeigt schematisch eine Draufsicht auf das Kronenradgetriebe aus 6.
-
8 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Drosselklappensystem mit einstufigem Kronenradgetriebe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
9 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Drosselklappensystem mit einstufigem Schraubenradgetriebe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
10 zeigt schematisch eine Seitenansicht auf das Drosselklappensystem aus 9.
-
11 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Drosselklappensystem mit einstufigem Schraubenradgetriebe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
-
Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
-
Die 1 und 2 zeigen ein Drosselklappensystem 10 in Seitenansicht und in Draufsicht. Das Drosselklappensystem 10 umfasst einen elektrischen DC-Motor 12 als Antrieb, ein zweistufiges Getriebe 14 und eine Ventilklappe 16. Die Ventilklappe 16 ist um eine Ventilachse 18 zwischen einer geschlossenen Stellung, in der ein Kanal 20 durch die Ventilklappe 16 verschlossen ist und einer geöffneten Stellung, in der der Kanal 20 durch die Ventilklappe 16 freigegeben ist, bewegbar.
-
Das Drosselklappensystem 10 kann beispielsweise mittels mehrerer Befestigungslöcher 11, die symmetrisch um die Ventilachse 18 herum angeordnet sind, in einem Motorraum eines Verbrennungsmotors befestigt werden.
-
Das zweistufige Getriebe 14 weist ein Zahnrad 13 auf, das an einer Antriebsachse 22 des Motors 12 befestigt ist und ein Zahnrad 17 mit größerem Durchmesser, das an einer Ventilachse 18 befestigt ist. Weitere Zahnräder 15 zwischen den Zahnrädern 13 und 17 erhöhen das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 14.
-
Die 3 zeigt schematisch ein Drosselklappensystem 10, das im Gegensatz zur 1 ein einstufiges Getriebe 24 in der Form eines Stirnradgetriebes 24' umfasst, das lediglich ein Stirnrad 13 als am Motor befestigtes Zahnrad bzw. Motorzahnrad und ein Stirnrad 17 als an der Ventilklappe 16 befestigtes Zahnrad bzw. Klappenzahnrad mit größerem Durchmesser umfasst, die direkt aufeinander kämmen.
-
Der elektrische Motor 12' der 3 ist ein bürstenloser Motor 12', der eine elektronische Steuerung 23 umfasst, die dazu ausgelegt ist, aus einem Gleichstrom einen für den bürstenlosen elektrischen Motor 12' geeigneten Wechselstrom zu erzeugen, d.h. einen EC-Motor 12‘. Der bürstenlose Motor 12' kann eine Mehrzahl von Polpaaren 25 aufweisen.
-
In dem Drosselklappensystem 10 der 3 verlaufen die Antriebsachse 22 des elektrischen Motors 12' und die Ventilachse 18 parallel. Der elektrische Motor 12' ist dabei bezüglich des Getriebes 24 gegenüberliegend zur Ventilklappe 16 angeordnet. Der elektrische Motor 12‘ ist parallel zur Ventilklappe 16 hin ausgerichtet. Unter parallel kann dabei verstanden werden, dass die Achse 33 des Motors im Wesentlichen parallel zur Ventilachse 18 verläuft.
-
Des Weiteren umfasst das Drosselklappensystem 10 der 3 eine Rückstellfeder 26, die die Ventilklappe 16 in Richtung einer den Kanal 20 versperrenden Stellung drückt und die zwischen dem Getriebe 24 und dem Kanal 20 angeordnet ist.
-
4 zeigt schematisch ein weiteres Drosselklappensystem 10, das ein Planetengetriebe 21 umfasst, das im Anschluss an den elektrischen Motor 12‘ zwischen dem elektrischen Motor 12‘ und dem Kanal 20 mit der Ventilklappe 16 angeordnet ist.
-
Eine Rückstellfeder 26 ist auf der dem Getriebe 24 gegenüberliegenden Seite des Kanals 20 befestigt. Eine derartige Position ist auch bei den anderen in den Fig. gezeigten Ausführungsformen möglich.
-
Bei dem Drosselklappensystem 10 der 4 verlaufen die Antriebsachse 22 des elektrischen Motors 12' und die Ventilachse 18 parallel und stimmen miteinander im Wesentlichen überein. Der elektrische Motor 12' ist dabei bezüglich des Planetengetriebes 21 gegenüberliegend zur Ventilklappe 16 angeordnet und ist parallel zur Ventilklappe 16 ausgerichtet.
-
Ein Beispiel für ein Planetengetriebe 21, das in dem Drosselklappensystem 10 der 4 verwendet werden kann, ist in 5 schematisch im Querschnitt dargestellt. Das Planetengetriebe 21 umfasst dabei ein Sonnenrad 28, das direkt mit der Antriebsachse 22 des elektrischen Motors 12 verbunden ist, ein Planetenrad 29, das mit der Ventilachse 18 verbunden ist, und wenigstens ein Umlaufrad 27, das dazu ausgelegt ist, eine Rotationsbewegung des Sonnenrades 28 in eine Rotationsbewegung des Planetenrades 29 zu übersetzen. Genauso wie bei dem anderen einstufigen Getriebe 24 ist das Planetengetriebe 21 dazu ausgeführt, eine Drehbewegung des elektrischen Motors 12‘ in eine Drehbewegung der Ventilklappe 16 zu übersetzen.
-
Die 6 zeigt schematisch ein Drosselklappensystem 10, das ein einstufiges Getriebe 24 in der Form eines Kronenradgetriebe 24‘‘ umfasst. Das Kronenradgetriebe 24‘‘ umfasst ein Stirnrad 13 als Motorzahnrad und ein Kronenrad 31 als Klappenzahnrad, das axial an der Ventilachse 18 der Ventilklappe 16 montiert ist. Die Zähne des Kronenrads 31 stehen dabei seitlich in Richtung des Kanals 20 bzw. der Ventilklappe 16 von der Scheibe des Kronenrads 31 ab und sind parallel zur Ventilachse 18 ausgerichtet. Die Antriebsachse 22 des elektrischen Motors 12‘ und damit der Zähne des Stirnrads 13 ist im Wesentlichen rechtwinklig zur Ventilachse 18. Der elektrische Motor 12‘ ist im Wesentlichen orthogonal zur Ventilachse 18 hin ausgerichtet und/oder kann in Bezug auf die Ventilachse 18 neben dem Getriebe 24 angeordnet sein.
-
Die 7 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Kronenrad 31, das für ein Drosselklappensystem 10 der 6 verwendet werden kann. Die Zähne des Kronenrades 31 sind auf einer elliptischen Bahn 32 angeordnet und das Kronenrad 31 kann elliptisch bzw. als Teil einer Ellipse geformt sein.
-
Durch die elliptische Ausgestaltung des Kronenrades 31 ändert sich das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 24‘‘ in Abhängigkeit des Drehwinkels. Dies hat zur Folge, dass das Drehmoment, welches vom elektrischen Motor 12 über das einstufige Getriebe 24‘‘ auf die Ventilachse 18 übertragen wird, abhängig vom Drehwinkel des Kronenrades 31 ist. Neben dem vom Drehwinkel des Kronenrades 31 abhängigen Drehmoment ist bei einer elliptischen Ausgestaltung des Kronenrades 31 auch die Rotationsgeschwindigkeit des Kronenrades 31 und damit die Rotationsgeschwindigkeit der Ventilachse 18 und der Ventilklappe 16 winkelabhängig.
-
Da die Ventilklappe 16 des Drosselklappensystems 10 in der Regel höchstens um einen Winkel von etwa 90° gedreht werden muss, um von einer den Kanal 20 versperrenden zu einer vollständig geöffneten Stellung zu gelangen, kann das Kronenrad 31 des einstufigen Getriebes 24‘‘ lediglich auf einem Teilsegment des Kronenrades 31 bezahnt sein, wie in 7 gezeigt. Dies kann die Herstellungskosten verringern und eine platzsparende Konstruktion des Drosselklappensystems 10 zulassen. Die Zähne des Kronenrads 31 müssen lediglich um einen Teilumfang des Kronenrads herum vorhanden sein, beispielsweise in einem Winkelbereich von etwa 90°. Auf diese Weise können nicht nur die Zähne reduziert werden, sondern es können Teilsegmente von Zahnrädern eingesetzt werden, so dass auch Platz und Kosten gespart werden kann.
-
Analog können auch bei den Klappenzahnrädern der anderen Ausführungsformen die Zähne der Zahnräder um einen Teilumfang des Klappenzahnrads herum vorhanden sein, beispielsweise in einem Winkelbereich von etwa 90°. Mit anderen Worten können Zahnräder mit Zähnen lediglich um einen Teilumfang des Zahnrads und/oder Teilsegmente von Zahnrädern in Kombination mit den anderen Getriebetypen eingesetzt werden.
-
8 zeigt schematisch ein Drosselklappensystem 10 mit einem einstufigen Getriebe 24, das ein Kronenradgetriebe 24‘‘ aufweist, bei dem die Antriebsachse 22 des elektrischen Motors 12‘ schiefwinklig zur Ventilachse 18 verläuft. Das Drosselklappensystem 10 weist einen Achskreuzwinkel 33 zwischen der Antriebsachse 22 des elektrischen Motors 12‘ und der Ventilachse 18 mit einem Wert kleiner 90° auf. Der elektrische Motor 12‘ ist insgesamt orthogonal zur Ventilachse 18 hin ausgerichtet. Dadurch kann das Drosselklappensystem 10 in kompakter Bauform ausgestaltet werden. Die Zähne des Kronenrads 31 sind schiefwinkelig zur Ventilachse 18 hin ausgerichtet.
-
Die 9 und 10 zeigen schematisch ein Drosselklappensystem 10 in Draufsicht und in Seitenansicht, wobei das einstufige Getriebe 24 als Schraubenradgetriebe 24‘‘‘ ausgeführt ist. Die Antriebsachse 22 des elektrischen Motors 12‘ ist analog der 8 schiefwinklig zur Ventilachse 18 angeordnet. Das Schraubenradgetriebe 24‘‘‘ umfasst ein Schneckenrad 34 als Motorzahnrad und ein Schraubenrad 35 als Klappenzahnrad. Wie aus den beiden 9 und 10 hervorgeht, kann die Antriebsachse 22 des elektrischen Motors 12‘ sowohl bezüglich einer Ebene orthogonal zum Kanal 20 (und parallel zur Ventilachse 18) als auch zu einer Ebene parallel zum Kanal 20 (und parallel zur Ventilachse 18) schiefwinklig angeordnet sein. Auch der Motor 12‘ kann bezüglich beider dieser Ebenen schiefwinklig zur Ventilachse 18 ausgerichtet sein.
-
Es ist aber auch möglich, dass die Antriebsachse 22 des elektrischen Motors 12‘ in einem Winkel von 90° zur Ventilachse verläuft.
-
11 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Drosselklappensystem 10 mit einem einstufigen Schraubenradgetriebe 24, das analog den 9 und 10 als Schraubenradgetriebe 24‘‘‘ ausgeführt ist.
-
Die Befestigungslöcher 11 sind asymmetrisch zur Ventilachse 18 angeordnet, beispielsweise wie in der 11 gezeigt auf den Ecken eines Rechtecks oder Quadrats, dessen Achsen nicht parallel zu der Ventilachse 18 verlaufen. Dadurch kann ein zur Verfügung stehender Bauraum, beispielsweise im Motorraum eines Pkw, effizient ausgenutzt werden.
-
Dadurch kann ein elektrischer Motor 12‘ mit weniger Polpaaren 25 als in den 3 bis 11 (beispielsweise lediglich ein oder zwei Polpaare 25) in Kombination mit einem einstufigen Getriebe 24 eingesetzt werden. Das einstufige Getriebe 24 kann dabei ein höheres Übersetzungsverhältnis aufweisen und in dem zur Verfügung stehenden Bauraum untergebracht werden.
-
Für alle Ausführungsformen gilt, dass im Betrieb des Drosselklappensystems 10, beispielsweise durch Betätigen eines Gaspedals in einem Pkw, eine Rotationsbewegung des elektrischen Motors 12, 12‘ initiiert wird, die von dem Getriebe 14, 24 zu einer Drehbewegung der Ventilklappe 16 umgesetzt wird.
-
Die Bewegung des elektrischen Motors 12 wird auf die Antriebsachse 22 des elektrischen Motors 12 übertragen und von dort mittels eines an der Antriebsachse 22 befestigten Motorzahnrades 13, 28, 34 in das Getriebe 14, 24 eingebracht übertragen. Über ein Klappenzahnrad 17, 29, 31, 35 wird dann schließlich die Ventilklappe 16 bewegt.
-
Bei den einstufigen Getrieben 24 kämmt das Motorzahnrad 13, 34 direkt auf dem Klappenzahnrad 17, 31, 35, das einen größeren Durchmesser als das Motorzahnrad aufweist, wodurch eine Untersetzung des Getriebes 24 durch lediglich zwei Zahnräder bereitgestellt wird.
-
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102005033693 A1 [0005]
- EP 1911951 A1 [0005]
