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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine und ein Gleitlager für eine Welle zum Einpressen in eine Lageraufnahme einer Stelleinrichtung einer
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Brennkraftmaschine
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Stelleinrichtungen für Brennkraftmaschinen bekannt. Beispielsweise kann es sich dabei um Drosselklappen für die Dosierung der Frischluftzufuhr für die Brennkraftmaschine handeln.
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Derartige Stelleinrichtungen weisen häufig ein Gehäuse und eine Welle auf, wobei die Welle in einer am Gehäuse vorgesehenen Lageraufnahme im Gehäuse schwenkbar gelagert ist. Die radiale Wellenlagerung erfolgt dabei üblicherweise mittels eines Nadellagers, einer Nadelhülse bzw. eines Sinterlagers.
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Offenbarung der Erfindung
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In derartigen Stelleinrichtungen werden bei erhöhten Dichtheitsanforderungen, beispielsweise bei Exposition gegenüber Abgaskondensat mit einem pH-Wert von 3 oder kleiner, die Lager häufig mit Dichtlippen vor Korrosion geschützt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass derartige Lösungen jedoch relativ teuer sein können. In das Lager integrierte Dichtlippen können darüber hinaus unter Umständen die gewünschten Dichtheitsanforderungen nicht erfüllen, sodass es zu Kontaktkorrosion, beispielsweise bei Ausgestaltung des Gehäuses aus Aluminium, kommen kann.
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Gerade auch angesichts steigender Anforderungen bezüglich Temperatur und Korrosion sind bei den bekannten Lagersystemen zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um eine verkürzte Betriebsdauer zu vermeiden. Dies ist mit erhöhten Kosten und einer aufwändigen Herstellung verbunden.
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Es kann daher ein Bedarf bestehen, eine Stelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei der die (radiale) Lagerung besonders stabil gegen Korrosion auch bei hohen Temperaturen und gegen Degradation bei der Exposition gegenüber stark sauren Abgaskondensat (pH-Wert 3 oder kleiner) ist und die besonders kostengünstig herstellbar ist. Darüber hinaus soll die Lagerung der Welle der Stelleinrichtung derart ausgebildet sein, dass es über Lebenszeit nicht zu einer Verdrehung des Lagers entlang einer Umlaufrichtung in der Lageraufnahme kommen kann.
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Vorteile der Erfindung
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Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Stelleinrichtung für eine Drosselklappe vorgeschlagen.
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Die Stelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine umfasst ein Gehäuse und eine Welle. Dabei ist die Welle in einer am Gehäuse vorgesehenen Lageraufnahme im Gehäuse schwenkbar gelagert.
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Bei der Stelleinrichtung kann es sich z.B. um eine Drosselklappe handeln. Es ist jedoch auch möglich, dass die Stelleinrichtung als „General Purpose Actuator“ ausgebildet ist, z.B. in einem oder als Abgasrückführventil bzw. in einem oder als Regelventil bzw. in einem oder als Abgasregelventil.
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Bei der Lageraufnahme kann es sich insbesondere um eine Lageraufnahme handeln, die einem Stelleinrichtungs-Zahnrad bzw. einem Drosselklappen-Zahnrad zugewandt ist bzw. benachbart ist.
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In die Lageraufnahme ist entlang einer Einpressrichtung ein Gleitlager eingepresst, welches die Welle umgibt. Das Gleitlager kann z.B. buchsenförmig bzw. hülsenförmig ausgebildet sein. Das Gleitlager kann z.B. aus Kunststoff gebildet sein. Dabei weist das Gleitlager an seiner Außenseite wenigstens eine sich im Wesentlichen entlang der Einpressrichtung erstreckende Rippe auf. Dabei greift die wenigstens eine Rippe in wenigstens eine zu ihr komplementäre Aussparung in einer der Welle zugewandten Wand der Lageraufnahme ein.
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Als Rippe kann dabei eine bezüglich der Umfangrichtung des Gleitlagers schmale Leiste angesehen werden, die bezüglich der sonstigen Außenkontur des Gleitlagers radial nach außen vorsteht.
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Dadurch, dass das Gleitlager aus einem Kunststoff gebildet ist wird vorteilhaft bewirkt, dass eine Korrosion bzw. eine Kontaktkorrosion des Gleitlagers oder am Gleitlager durch die Exposition gegenüber Abgaskondensat oder anderen aggressiven Medien (Flüssigkeiten oder Gasen) vermieden wird. Durch die Verwendung eines Gleitlagers aus Kunststoff wird darüber hinaus eine über die geplante Lebensdauer besonders reibungsarme radiale Lagerung der Welle bewirkt.
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Dadurch, dass das Gleitlager in die Lageraufnahme eingepresst wird bzw. eingepresst ist, wird vorteilhaft bewirkt, dass das Gleitlager gegenüber einer Verdrehung entlang seiner Umfangsrichtung bzw. der Drehrichtung der Welle in der Lageraufnahme geschützt ist. Die an der Außenseite des Gleitlagers angeordnete wenigstens eine Rippe, die in eine zu ihr komplementäre Aussparung der Lageraufnahme eingreift erhöht die Verdrehsicherheit vorteilhaft selbst für den Fall, dass das Gleitlager über Lebensdauer an Presskraft bzw. Elastizität verliert und somit nicht mehr ausreichend gegen ein Verdrehen geschützt wäre.
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Die Ausbildung des Gleitlagers in der Art einer Buchse bzw. einer Hülse (also eines hohlen rohrförmigen Elements) ermöglicht vorteilhaft eine besonders einfache Herstellung und ermöglicht einen besonders festen Presssitz.
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Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung des Gleitlagers bzw. der Stelleinrichtung kann die Stelleinrichtung besonders einfach, kostengünstig und fertigungssicher hergestellt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Gleitlager aus einem Kunststoff gebildet ist, der bei einer Temperatur von wenigstens 200°C mechanisch stabil ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Gleitlager gebildet ist aus einem Kunststoff aus der Gruppe Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS). Dies ermöglicht vorteilhaft eine besonders hohe Stabilität, eine hohe Temperaturbelastbarkeit, z.B. nahe am Abgasstrang oder am Motor, und eine besonders lange Lebensdauer des Gleitlagers und damit der Stelleinrichtung. Weiterhin kann auf diese Weise das Gleitlager bzw. die Stelleinrichtung besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden. Beispielsweise kann das Gleitlager mittels eines Spritzgussprozesses hergestellt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Gleitlager eine erste Mehrzahl von sich entlang der Einpressrichtung (R) erstreckende Rippen aufweist, wobei die Lageraufnahme eine zweite Mehrzahl von zu der ersten Mehrzahl von Rippen komplementäre Aussparungen in einer der Welle zugewandten Wand der Lageraufnahme aufweist, wobei die zweite Mehrzahl größer oder gleich der ersten Mehrzahl ist, wobei jede Rippe in eine Aussparung eingreift. Mit anderen Worten können beispielsweise am Gleitlager 3 Rippen und an der Lageraufnahme 3, 4, 5 oder mehr Aussparungen vorgesehen sein. Diese Aussparungen sind komplementär zu den Rippen ausgebildet, d.h.: ihre Breite und ihre Erstreckung entlang der Einpressrichtung sind derart gestaltet, dass zu jeder Rippe mindestens eine Aussparung passt. Die Aussparungen sind z.B. als Vertiefungen bzw. Nuten in der der Welle zugewandten Wand der Lageraufnahme ausgebildet. Die Aussparungen sind umlaufend derart angeordnet, dass ihr Winkelversatz zueinander zumindest in einer Stellung des Gleitlagers zu dem Winkelversatz der Rippen am Gleitlager in Umfangsrichtung korrespondiert. Beim Einpressen des Gleitlagers in die Lageraufnahme wird durch das Vorsehen von mehr als einer Rippe und mehr als einer Aussparung vorteilhaft eine besonders wirksame Verdrehsicherung bereitgestellt. Auf diese Weise kann auch bei Kräften, die entlang der Umlaufrichtung (Drehrichtung der Welle) auf das Gleitlager wirken, besonders gut eine Verkippung bzw. Verkantung des Gleitlagers in der Lageraufnahme vermieden werden. Außerdem wird eine Redundanz geschaffen, falls eine Rippe beschädigt ist. Schließlich verteilen sich vorteilhaft die umlaufend wirkenden Kräfte auf mehrere Rippen, wodurch die Materialbelastung auf eine einzelne Rippe sinkt und dadurch das Gleitlager z.B. mit weniger Wandstärke gebildet werden kann. Dadurch, dass die zweite Mehrzahl größer als die erste Mehrzahl ist kann beispielsweise der Einbauprozess bzw. das Einpressen des Gleitlagers in die Lageraufnahme vereinfacht werden, da dann bei der Montage nicht nur eine Winkellage für das Einpressen möglich ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Gleitlager eine erste Rippe aufweist, die sich in ihrer Form von den anderen Rippen der ersten Mehrzahl der Rippen unterscheidet, wobei die Lageraufnahme eine zur ersten Rippe komplementäre Aussparung in einer der Welle zugewandten Wand der Lageraufnahme aufweist, in welche die erste Rippe eingreift. In einer derartigen Ausführungsform unterscheidet sich gezielt wenigstens eine der Rippen von den restlichen Rippen der ersten Mehrzahl der Rippen. Dadurch kann einerseits der Vorteil einer gleichmäßigeren Kräfteverteilung auf die einzelnen Rippen realisiert werden. Gleichzeitig kann dadurch bewirkt werden, dass der Einbau des Gleitlagers in die Lageraufnahme nur in einer einzigen, definierten Winkelstellung möglich ist, quasi in der Art eines Schlüssel-Schloss-Prinzips. Dies ermöglicht vorteilhaft unmittelbar bei dem Montageprozess eine haptische Kontrolle, ob z.B. das richtige Gleitlager bzw. das Gleitlager in der richtigen Position eingebaut wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Gleitlager an seiner der Einpressrichtung abgewandten axialen Stirnseite einen nach radial außen abragenden Kragen aufweist, wobei die Lageraufnahme eine Schulter aufweist, wobei der Kragen im eingepressten Zustand des Gleitlagers an der Schulter anliegt. Dadurch kann vorteilhaft besonders einfach bei der Montage stets im Wesentlichen dieselbe axiale Position (entlang der Einpressrichtung) des Gleitlagers in der Lageraufnahme erzielt werden. Dadurch kann vorteilhaft der Fertigungsprozess besonders einfach, reproduzierbar und fertigungssicher gestaltet werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Gleitlager an der Welle entlang der Einpressrichtung betrachtet zwischen einem Sicherungselement und einem Dichtelement angeordnet ist. Auf diese Weise kann mittels des Dichtelements vorteilhaft besonders einfach und zuverlässig das Gleitlager und der vom Stellglied abgewandte Bereich der Stelleinrichtung vor aggressiven Medien bzw. Fluiden bzw. Abgaskondensat geschützt werden. Dadurch, dass das Dichtelement ein vom Gleitlager separates Element ist, kann die Stelleinrichtung besonders kostengünstig hergestellt werden. Wird beispielsweise festgestellt, dass das Dichtelement seine Funktion nicht ausreichend erfüllt, so kann ohne aufwändige Designänderung lediglich das Dichtelement bzw. das Material des Dichtelements ausgetauscht werden, ohne beispielsweise das Gleitlager als solches modifizieren zu müssen.
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Durch das Sicherungselement kann besonders vorteilhaft eine axiale Verlagerung der Welle vermieden werden. Unter dem Sicherungselement ist im Kontext dieser Anmeldung ein Element zu verstehen, welches vorzugsweise separat vom Dichtelement und vom Gleitlager ausgebildet ist. Weiterhin ist darunter ein Element zu verstehen, welches im Zusammenwirken mit der Welle die Welle an einer axialen Verlagerung hindert. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass das Gleitlager lediglich radiale Kräfte bzw. Kräfte, welche in Umfangsrichtung (der Drehrichtung der Welle) wirken, aufnehmen muss. Die Aufnahme von axialen Kräften, d.h. von Kräften entlang der Längsachse bzw. der Drehachse der Welle wird dagegen durch das Sicherungselement bewirkt. Auf diese Weise kann das Gleitlager mit weniger Materialaufwand und besonders einfach gestaltet werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Welle eine umlaufende Nut aufweist, wobei das Sicherungselement in die Nut eingreift. Die Nut kann z.B. entlang der Umlaufrichtung verlaufen. Die Nut kann dadurch gebildet sein, dass lokal der Durchmesser der Welle verringert ist. Das Sicherungselement kann eine Aussparung aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass der Durchmesser der Aussparung größer ist als der Durchmesser der Welle an der Stelle der Nut und kleiner ist als der Durchmesser der Welle an den zur Nut benachbarten Abschnitten der Welle. Dadurch kann vorteilhaft besonders einfach und zuverlässig die Welle in axialer Richtung ortsfest gehalten werden und gleichzeitig drehbar gehalten werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Sicherungselement als Clips-Element ausgebildet ist. Dadurch kann das Sicherungselement besonders einfach an der Welle befestigt werden. Weiterhin kann auf diese Weise eine Reparatur der Welle bzw. ein Ausbau der Welle besonders einfach ermöglicht werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Sicherungselement als Kreisringelement, insbesondere C-förmig, ausgebildet ist. Dadurch kann die Montage bzw. Demontage des Sicherungselements besonders einfach bewerkstelligt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Sicherungselement, das Gleitlager und das Dichtelement durch ein bezüglich der Einpressrichtung (R) betrachtet stromaufwärts angeordnetes Blockierelement in axialer Richtung fixiert sind. Dabei kann z.B. das Blockierelement kraftschlüssig oder reibschlüssig oder formschlüssig oder stoffschlüssig in der Lageraufnahme befestigt sein bzw. befestigt werden. Dadurch werden besonders einfach, kostengünstig und fertigungssicher die Fixierung der radialen Lagerung der Welle durch das Gleitlager, die axiale Fixierung der Welle in der Stelleinrichtung und die Abdichtung der Lagerung gegen Medien, Fluide und/oder Abgase aus dem Bereich des Stellglieds (z.B. der drehbaren Drosselklappe) ermöglicht. Das Blockierelement kann z.B. als von den übrigen Elementen separates Element ausgebildet sein. Das Blockierelement kann z.B. in der Lageraufnahme verstemmt werden oder festgeklebt werden oder verschweißt werden. Durch diesen Aufbau ist vorteilhaft eine modulare Verwendung des Gleitlagers in verschiedenen Stelleinrichtungen möglich, da die axiale Fixierung des Gleitlagers, des Dichtelements und des Sicherungselements durch das Blockierelement bewirkt wird. Grundsätzlich kann das Blockierelement auch lediglich das Gleitlager fixieren, wenn z.B. kein Dichtelement und/oder kein Sicherungselement vorgesehen ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Gleitlager vorgeschlagen. Das Gleitlager ist vorteilhaft für die Lagerung, insbesondere die umlaufende bzw. radiale Lagerung einer Welle vorgesehen. Es ist dafür vorgesehen bzw. ausgebildet, in eine Lageraufnahme einer Stelleinrichtung einer Brennkraftmaschine eingepresst zu werden.
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Das Gleitlager ist z.B. aus Kunststoff gebildet. Es kann an seiner Außenseite wenigstens eine sich im Wesentlichen entlang einer Einpressrichtung (R) des Gleitlagers erstreckende Rippe aufweisen. Dabei kann die wenigstens eine Rippe z.B. dazu ausgebildet sein, in wenigstens eine zu ihr komplementäre Aussparung bzw. Nut in einer der Welle zugewandten Wand einer Lageraufnahme der Stelleinrichtung einzugreifen.
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Das Gleitlager kann somit genau eine Rippe an seiner Außenseite aufweisen. Es kann jedoch auch eine erste Mehrzahl von Rippen, also wenigstens zwei Rippen, aufweisen, z.B. drei Rippen. Wenn das Gleitlager eine erste Mehrzahl von Rippen aufweist, so können die Rippen beispielsweise entlang der Umfangrichtung in gleichmäßigem Winkelabstand voneinander verteilt angeordnet sein. Bei drei Rippen also z.B. in einem Abstand von 120° zueinander. Wenn eine eindeutige Einsetzposition (entlang der Umlaufrichtung) vorgesehen sein soll, so kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Rippen eine unterschiedliche Form im Vergleich zu den restlichen Rippen aufweist. Z.B. kann diese eine Rippe andere Breite entlang der Umlaufrichtung aufweisen, z.B. eine größere Breite. Alternativ oder zusätzlich kann diese Rippe eine z.B. keilförmige Verjüngung (in der Art eines „V“) entgegen der Einpressrichtung aufweisen, d.h.: der am weitesten eingepresste Teil der Rippe weist eine erste Breite auf, der am wenigsten weit eingepresste Teil der Rippe weist eine zweite Breite auf, wobei die zweite Breite größer ist als die erste Breite. Auch möglich ist eine nicht symmetrische Anordnung entlang der Umlaufrichtung. So können z.B. die Abstände bei drei Rippen zueinander 100°, 100° und 160° betragen. Bei zwei Rippen können die Abstände – lediglich beispielhaft – in Umfangsrichtung auf der einen Seite 120° und auf der anderen Seite 240° betragen.
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Dadurch, dass das Gleitlager aus einem Kunststoff gebildet ist wird vorteilhaft bewirkt, dass eine Korrosion bzw. eine Kontaktkorrosion des Gleitlagers durch die Exposition gegenüber Abgaskondensat oder anderen aggressiven Medien (Flüssigkeiten oder Gasen) vermieden wird. Durch die Verwendung eines Gleitlagers aus Kunststoff wird darüber hinaus eine über Lebensdauer besonders reibungsarme radiale Lagerung der im Gleitlager zu lagernden Welle bewirkt.
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Dadurch, dass das Gleitlager dazu vorgesehen ist, in die Lageraufnahme eingepresst zu werden, wird vorteilhaft bewirkt, dass das Gleitlager im eingepressten Zustand besonders einfach gegenüber einer Verdrehung entlang seiner Umfangsrichtung in der Lageraufnahme geschützt ist. Die an der Außenseite des Gleitlagers angeordnete wenigstens eine Rippe, die z.B. in eine zu ihr komplementäre Aussparung bzw. Nut der Lageraufnahme eingreifen kann, erhöht die Verdrehsicherheit vorteilhaft selbst für den Fall, dass das Gleitlager über Lebensdauer an Presskraft bzw. Elastizität verliert und somit nicht mehr ausreichend gegen ein Verdrehen geschützt wäre.
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Das Gleitlager kann in der Art einer Buchse bzw. einer Hülse ausgebildet sein. Dies ermöglicht vorteilhaft eine besonders einfache Herstellung und ermöglicht einen besonders festen Presssitz im eingepressten Zustand. Außerdem ist das Gleitlager dadurch entlang der Umfangsrichtung selbst-stabilisiert.
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Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
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Es zeigen:
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1: eine perspektivische und teilweise aufgeschnittene Darstellung einer Stelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik;
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2a: eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine;
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2b: einen Ausschnitt der Stelleinrichtung der 2a;
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3a: eine perspektivische Ansicht einer Lageraufnahme und eine Aufsicht auf ein zur Lageraufnahme gehöriges Gleitlager der Stelleinrichtung in nicht zusammengebautem Zustand;
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3b: eine perspektivische Seitenansicht des Gleitlagers aus 3a;
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3b: eine perspektivische Ansicht des Gleitlagers im in die Lageraufnahme eingepressten Zustand.;
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4a: einen Querschnitt durch die Lageraufnahme und das Gleitlager im zusammengebauten Zustand;
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4b: eine Aufsicht auf eine Ausführungsform eines Sicherungselements.
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1 zeigt eine perspektivische und aufgeschnittene Darstellung einer Stelleinrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik. Die Stelleinrichtung 1 ist hierbei als Drosselklappen-Stelleinrichtung ausgebildet. Die Stelleinrichtung 1 umfasst dabei ein Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 als solches ist aus einem Gehäuseunterteil 2a und einem Gehäusedeckel bzw. Deckel 2b gebildet. Im Gehäuse 2 ist ein Stellglied 8 angeordnet, wobei das Stellglied 8 hier als Drosselkörper ausgebildet ist. Das Stellglied 20 ist um eine Drehachse 30 bzw. um eine Welle 30 verschwenkbar.
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Die Stelleinrichtung 1 umfasst weiterhin einen im Gehäuseunterteil 2a angeordneten Stellantrieb 5, beispielsweise einen Motor. Der Stellantrieb 5 ist mit einem ersten Ende dem Deckel 2b des Gehäuses 2 zugewandt. Der Stellantrieb 5 weist an seinem ersten Ende eine Stellantriebs-Welle mit einem daran befestigten Stellantrieb-Treibrad 5a auf. Das Stellantrieb-Treibrad 5a ist im dargestellten Ausführungsbeispiel (lediglich beispielhaft) als ein Stellantrieb-Zahnrad 5a ausgebildet und kämmt mit einem Getriebe-Zahnrad 6 eines Getriebes. Das Getriebe weist an einer Getriebeachse das Getriebe-Zahnrad 6 ein erstes Zahnrad mit einem großen Durchmesser und ein an derselben Getriebeachse angeordnetes zweites Zahnrad mit einem im Vergleich zum ersten Zahnrad kleineren Durchmesser auf. Das zweite Zahnrad des Getriebes kämmt mit einem dritten Zahnrad 7, welches auch als Stellglied-Zahnrad 7 bezeichnet werden kann und welches an der Welle 30 des Stellglieds 8 befestigt ist. Auf diese Weise kann vom Stellantrieb 5 über das Getriebe ein Drehmoment auf die Welle 30 des Stellglieds 8 übertragen werden, um so ein Verschwenken des hier als Drosselkörper ausgebildeten Stellglieds 8 zu bewirken.
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In der dargestellten Ausführungsform weist die Stelleinrichtung für die Lagerung der Welle 30 an dem dem Deckel 2b zugewandten Ende bzw. Abschnitt der Welle 30 eine Lageraufnahme 40 auf, die z.B. einstückig mit dem Gehäuseunterteil 2a gebildet sein kann. Das Gehäuseunterteil 2a kann z.B. aus Aluminium gebildet sein. Die Lagerung der Welle 30 an ihrem dem Deckel 2b zugewandten Ende erfolgt durch ein in der Lageraufnahme 40 befestigtes Nadellager 10. Um das Nadellager 40 gegen eindringende Medien bzw. Fluide (Flüssigkeiten und Gase) aus dem Außenraum des Gehäuses 2 bzw. aus dem vom Stellglied 8 zu regulierenden Kanal im Innern des Gehäuseunterteils 2a zu schützen ist das Nadellager 10 mit Dichtlippen 10a versehen. Die Dichtlippen 10a sind an den axialen Enden des Nadellagers 10 befestigt. Mit anderen Worten: die Dichtlippen 10a sind am Nadellager 10 befestigt.
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In den folgenden Figuren sind Elemente, die denen aus 1 gleichen oder welche dieselben Funktionen bewirken, mit gleichen Bezugszeichen dargestellt.
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2a zeigt eine Stelleinrichtung, bei der die Lagerung der Welle anders ausgeführt ist. 2b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus der 2a im Bereich des Lagers.
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Das Lager, welches das dem Deckel 2b zugewandte Ende der Welle 30 lagert, ist gebildet aus der Lageraufnahme 40 und einem Gleitlager 20. Mit anderen Worten: es handelt sich nicht mehr um ein Nadellager wie in 1, sondern um ein Lagerelement, welches in direktem mechanischem Kontakt zur im Gleitlager 20 aufgenommenen Welle 30 steht. Welle 30 und Gleitlager 20 gleiten aufeinander gegen den durch Gleitreibung verursachten Widerstand. Das Gleitlager 20 kann z.B. buchsenförmig oder hülsenförmig ausgebildet sein. Es ist derart gebildet, dass es in die Lageraufnahme 40 eingepresst werden kann. Es kann also im nicht-eingepressten Zustand einen zumindest abschnittsweise geringfügig größeren Durchmesser aufweisen als der Durchmesser der Lageraufnahme 40 an der Stelle, an der der Press-Sitz realisiert wird.
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Das Gleitlager 20 ist aus Kunststoff gebildet. Bevorzugt kann das Gleitlager aus einem Kunststoff gebildet sein, der bis zu einer Temperatur von wenigstens 200°C mechanisch stabil bzw. temperaturstabil ist. Es ist derart aus einem derartigen Kunststoff gebildet, dass es sich bis wenigstens 200°C weder zersetzt noch in seinen mechanischen Eigenschaften stark verändert wird. Beispielsweise ist das Gleitlager 20 aus Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyphenylensulfid (PPS) gebildet. Das Gleitlager 20 weist (in 3a, 3b und 3c dargestellt) an seiner Außenseite 21 wenigstens eine sich im Wesentlichen entlang der Einpressrichtung (R) erstreckende Rippe 22 auf. Diese wenigstens eine Rippe 22, im Ausführungsbeispiel sind drei Rippen 22 vorgesehen, greift in wenigstens eine zu ihr komplementäre Aussparung 42 in einer der Welle 30 zugewandten Wand 41 der Lageraufnahme 40 ein.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Gleitlager an seiner der Einpressrichtung (R) abgewandten axialen Stirnseite 23 einen nach radial außen abragenden Kragen 24 auf. Die Lageraufnahme 40 weist eine Schulter 44 auf, die derart ausgebildet ist, dass im eingepressten Zustand der Kragen 24 des Gleitlagers 20 an der Schulter 44 anliegt bzw. aufliegt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass beim Einpressen des Gleitlagers 20 in die Lageraufnahme 40 stets dieselbe Position des Gleitlagers 20 in Einpressrichtung (R) betrachtet relativ zur Lageraufnahme 40 erreicht wird. Dadurch werden weiterhin das Gleitlager 20 und die Welle 30 gegen eine Beschädigung beim Einpressvorgang geschützt (z.B. wird ein zu weites Einpressen verhindert).
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann durch das Vorsehen eines Sicherungselements 50, 51, welches in eine an der Welle 30 umlaufende Nut 32 eingreift, eine axiale Sicherung der Welle 30 bewirkt werden. Das Sicherungselement 50 ist z.B. als ein Clips-Element bzw. als ein Kreisringelement 51 ausgebildet. Es kann z.B. eine C-Form aufweisen. Dadurch kann die Welle 30 z.B. relativ kurz ausgebildet werden und es kann z.B. auf eine axiale Lagerung im Deckel 2b verzichtet werden. Grundsätzlich kann die axiale Sicherung der Welle 30 jedoch auch durch andere Elemente bzw. eine andere Konstruktion gewährleistet werden. Dies kann z.B. bewerkstelligt sein durch ein im Deckel 2b des Gehäuses 2 angeordnetes Widerlager oder durch einen (Zylinder)Stift quer zur Drehachse in einer Ringnut der Welle 30. Dadurch lässt sich dann die axiale Bewegungsmöglichkeit der Welle 30 einschränken. Bezüglich des Gleitlagers 20 stromabwärts der Einpressrichtung (R) betrachtet, also näher am Stellglied 8 liegend, weist das gezeigte Ausführungsbeispiel ein Dichtelement 70 auf. Dieses Dichtelement 70 kann z.B. einen flexiblen bzw. elastischen bzw. hochelastischen Kunststoff, z.B. Gummi, umfassen. Das Dichtelement 70 ist bevorzugt als vom Gleitlager 20 separates Element ausgebildet. Es dient dazu, das Gleitlager 20, das Sicherungselement 50, 51 und andere bezüglich der Einpressrichtung (R) stromaufwärts des Dichtelements 70 gelagerte Elemente gegen Fluide bzw. Abgase aus dem Bereich des Stellglieds 8 abzudichten.
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Mit anderen Worten ist das Gleitlager 20 an der Welle 30 entlang der Einpressrichtung (R) betrachtet zwischen dem Sicherungselement 50, 51 und dem Dichtelement 70 angeordnet.
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Für den Fachmann ist es auch möglich, eine Abdichtung mit anderen Elementen, z.B. Dichtlippen oder ähnlichen Elementen zu realisieren. In anderen Ausführungsformen ist es sogar möglich, auf das Dichtelement 70 zu verzichten. Dies kann möglich sein, da der Kunststoff des Gleitlagers 70 sehr inert gegen fluide Medien ist und es z.B. im Vergleich zu einem Nadellager nicht so einfach zu einer Beeinträchtigung der Lagerung kommt.
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Im Ausführungsbeispiel sind das Sicherungselement 50, 51, das Gleitlager 20 und das Dichtelement 70 durch ein bezüglich der Einpressrichtung (R) betrachtet stromaufwärts angeordnetes Blockierelement 60 in axialer Richtung fixiert. Das Blockierelement 60 kann z.B. nach der Montage des Dichtelements 70, des Gleitlagers 20 und des Sicherungselements 50, 51 kraftschlüssig oder reibschlüssig oder formschlüssig oder stoffschlüssig in der Lageraufnahme 40 befestigt werden. Beispielsweise kann das Blockierelement 60 in der Lageraufnahme 40 verstemmt sein oder verschweißt sein. Auch eine andere axiale Fixierung der Welle 30 und des Gleitlagers 20 ist jedoch denkbar.
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Die 3a, 3b und 3c zeigen das Gleitlager und (3a und 3c) die zugehörige Lageraufnahme 40.
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In 3a ist dabei im unteren Teil eine perspektivische, angeschnittene Ansicht der Lageraufnahme 40 dargestellt und im oberen Teil eine Aufsicht auf die in die Lageraufnahme 40 einzupressende Stirnseite des Gleitlagers 20. Am Gleitlager sind die gleichmäßig entlang der Umfangrichtung voneinander beabstandeten drei Rippen 22 zu erkennen, die nach außen von der Außenkontur des buchsenförmig ausgebildeten Gleitlagers 20 vorstehen.
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In der Lageraufnahme 40 sind zwei der drei Aussparungen 42 zu erkennen, die als Vertiefungen bzw. Nuten in der der Welle 30 (hier nicht gezeigt) zugewandten Wand 41 zu erkennen sind. Die Aussparungen 42 korrespondieren in ihrer Form, insbesondere ihrer Breite in Umfangsrichtung und ihrer Länge entlang der Einpressrichtung (R) zu der Breite und axialen Länge der Rippen 22.
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In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform können die Rippen 22 sich voneinander in ihrer Form unterscheiden. Sie können alternativ oder zusätzlich auch entlang der Umfangsrichtung nicht in gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet sein. In der Lageraufnahme 40 ist in einer derartigen Ausführungsform für jede Rippe 22 mindestens eine korrespondierende Aussparung 42 vorgesehen. Auf diese Weise kann gemäß dem Schlüssel-Schloss-Prinzip eine einzige eindeutige Lage des Gleitlagers 20 in der Lageraufnahme 40 bei der Montage erzwungen werden.
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3b zeigt das Gleitlager in einer perspektivischen Ansicht von der Seite. An seiner axialen Stirnseite 23, die in eine Richtung entgegen der Einpressrichtung (R) gerichtet ist, weist das Gleitlager 20 einen in dieser Ausführungsform umlaufenden Kragen 24 auf. Dieser Kragen 24 steht über die sonstige Außenkontur des Gleitlagers 20 radial nach außen vor.
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3c zeigt das Gleitlager 20 im in die Lageraufnahme 40 eingepressten Zustand. Durch die in die Aussparungen 42 eingreifenden Rippen 22 ist das Gleitlager über den Press-Sitz und die Haftreibung zwischen der Außenseite des Gleitlagers 20 und der nach innen gerichteten Wände 41 der Lageraufnahme 40 hinaus gegen eine Verdrehung entlang der Drehrichtung der Welle 30 bzw. Umfangrichtung des Gleitlagers 20 gesichert. Dadurch wird auch über Lebensdauer eine wirksame Verdrehsicherung bewirkt, die unabhängig von Alterungsprozessen des aus Kunststoff gefertigten Gleitlagers 20 ist.
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4a zeigt einen Querschnitt des Lagers. Das Gleitlager 20 wird über eine optimierte Einführgeometrie im Gehäuse 2 entlang der Einpressrichtung (R) in die Lageraufnahme 40 eingepresst. Dazu ist das Gleitlager 20 derart ausgeführt, dass drei großflächige Bereiche am Umfang (der Außenkontur) des Gleitlagers 20 eine radiale Pressung zur Lageraufnahme 40 erzeugen (siehe auch 3a, 3b, 3c). Diese Flächen sind durch die hier vorgesehenen drei radial nach außen vorstehenden Rippen 22 am Umfang voneinander getrennt. An der Stirnseite 23 ist der Kragen 24 vorgesehen, der axial durch einen umlaufend vorstehenden Bund gebildet ist. Dieser Kragen 24 dient als Anlage (Endlage beim Einpressen). Die Rippen 22 ragen in entsprechende Nuten 42 bzw. Aussparungen 42 ein. Die Aussparungen 42 können z.B. schon beim Gießen bzw. Spritzen der Lageraufnahme 40 vorgesehen sein. Somit ist eine formschlüssige Verdrehsicherung geschaffen. Über Temperatur und Zeit könnte der Kunststoff in dieser Einbaulage seine Vorspannung verlieren. Wenn dieser Fall eintritt verhindern die Rippen 22 eine Verdrehung des Lagers bzw. des Gleitlagers 20 in der Lageraufnahme 40. In axialer Richtung (Einpressrichtung (R) wird das Gleitlager 20 mit einem z.B. als Sicherungsscheibe 51 ausgebildeten Sicherungselement 50 gegen eine axiale Verlagerung gesichert.
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Das Blockierelement 60 kann z.B. als Sicherungsring ausgebildet sein. Es kann z.B. aus Aluminium gebildet sein. Das Blockierelement 60 kann in das Gehäuse 2 bzw. in die Lageraufnahme 40 auf Block (in Anlage zum Gleitlager 20) eingepresst werden bzw. eingepresst sein. Die axiale Sicherung kann beispielsweise auch durch ein Verstemmen der Innengeometrie des Lagerdoms des Gehäuses 2 erzeugt werden.
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Abgasseitig (in der 4a unten) ist dem Gleitlager 20 das als Dichtring ausgebildete Dichtelement 70 vorgelagert. Der Dichtring bzw. das Dichtelement 70 verhindert, dass das saure Abgas am Lager bzw. am Gleitlager 20 ansteht. Das Lager-Dichtungskonzept in Form des Dichtelements 70 kann somit beispielsweise als Vorbaugruppe in die Lageraufnahme 40 montiert werden, was eine besonders kostengünstige und fertigungssichere Montage ermöglicht.
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4b zeigt beispielhaft eine Aufsicht auf ein Sicherungselement 50, 51 zur axialen Sicherung der Welle 30. Das dargestellte Sicherungselement 50, 51 ist hier C-förmig ausgebildet. Es weist somit eine kreisringsektorförmige Form auf. Der Kreisringsektor weist einen inneren Durchmesser auf, der etwas größer als der Durchmesser der Welle an der Stelle ihrer Nut 32 ist, jedoch kleiner als der Durchmesser der Welle 30 an zur Nut 32 benachbarten Abschnitten. Der Kreisringsektor weist einen äußeren Durchmesser auf, der größer ist der Durchmesser der Welle 30 in zur Nut 32 benachbarten Abschnitten und der größer ist als der innere Durchmesser des Gleitlagers 20 im Bereich seiner mit dem Kragen 24 versehenen Stirnseite 23.
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Das vorgestellte Gleitlager eignet sich für Stelleinrichtungen, die z.B. als Drosselklappensteller, „General-Purpose-Actuator“, Abgasrückführventil, Regelventil (z.B. für Dieselanwendungen) oder Abgasregelventil (z.B. für Diesel und/oder Benzinanwendungen) verwendet werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008055127 A1 [0004]
