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Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgasklappenantrieb für eine Brennkraftmaschine mit einer eine Mittelachse m aufweisenden Antriebswelle mit einer mit der Antriebswelle mittelbar verbundenen, eine Mittelachse k aufweisenden Abgasklappenwelle und mit einem als Feder ausgebildeten Kopplungselement, wobei das Kopplungselement einen ersten Endabschnitt E1 aufweist, der drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei die Antriebswelle eine Aufnahme aufweist, in der der Endabschnitt E1 gelagert ist, wobei das Kopplungselement zudem einen zweiten Endabschnitt E2 aufweist, der über ein Kupplungsglied drehfest mit der Abgasklappenwelle verbunden ist.
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Es ist bereits ein Abgasklappenantrieb für eine Brennkraftmaschine mit einer Antriebswelle und mit einer mit der Antriebswelle mittelbar verbundenen Abgasklappenwelle und mit einem als Feder ausgebildeten Kopplungselement, das die Antriebswelle mit der Abgasklappenwelle verbindet aus der
DE 10 2014 118 492 A1 bekannt. Das Kopplungselement weist einen ersten Endabschnitt
E1 auf, der drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei die Antriebswelle eine Aufnahme aufweist, in der der Endabschnitt
E1 gelagert ist, wobei das Kopplungselement zudem einen zweiten Endabschnitt
E2 aufweist, der über ein Kupplungsglied drehfest mit der Abgasklappenwelle verbunden ist. Das Kupplungsglied und der zweite Endabschnitt
E2 weisen in axialer Richtung und in Umfangsrichtung einen Formschluss auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgasklappenantrieb derart auszubilden und anzuordnen, dass eine verbesserte Positionierung der Abgasklappenwelle erreicht wird.
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Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass das Kupplungsglied zumindest ein ersten Mitnehmer aufweist, wobei
- a) der Endabschnitt E1 des Kopplungselements im Umfangsrichtung Ru zur Mittelachse m gegen den ersten Mitnehmer anlegbar ist bzw. anliegt oder
- b) die Antriebswelle ergänzend zu der Aufnahme zumindest ein erstes Anschlagstück aufweist, das im Umfangsrichtung Ru zur Mittelachse m gegen den ersten Mitnehmer anlegbar ist bzw. anliegt.
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Hierdurch wird erreicht, dass zumindest in eine Umfangsrichtung Ru der mindestens eine erste Mitnehmer im Bereich der Aufnahme gegen den Endabschnitt E1 bzw. das Anschlagstück anlegbar. Somit wird der Kraftfluss von der Antriebswelle auf den Endabschnitt E1 bzw. das Anschlagstück und von dem Endabschnitt E1 bzw. dem Anschlagstück auf den ersten Mitnehmer und von dem ersten Mitnehmer auf das Kupplungsglied geführt. Dabei wird das Kopplungselement mit Ausnahme des Endabschnitts E1 in Bezug auf diesen Kraftfluss umgangen. Stellverluste werden vermieden. Es wird sozusagen ein mechanischer Kurzschluss zwischen dem Endabschnitt E1 bzw. dem Anschlagstück und dem Kupplungsglied erreicht, bei dem die Elastizität des Kopplungselements umgangen wird. Dies kann bei Öffnungsbewegungen oder bei Schließbewegungen der Abgasklappe von Vorteil sein, wenn eine definierte Stellung der Abgasklappe gewünscht wird. Der mindestens eine erste Mitnehmer und die Verbindung zwischen dem Mitnehmer und dem Kupplungsglied sind im Vergleich zu dem als Feder ausgebildeten Kopplungselement starr.
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Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn der erste Mitnehmer als Stift ausgebildet ist mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei der Stift mit seinem ersten Ende an das Kupplungsglied befestigt ist und mit seinem zweiten Ende in Umfangsrichtung zur Mittelachse m gegen den Endabschnitt E1 bzw. das erste Anschlagstück anlegbar ist. Durch Anwendung der Stifte ist eine einfach mechanische Kopplung zwischen dem Endabschnitt E1 bzw. den Anschlagstücken und dem Kopplungselement erreichbar. Die mit den Stiften einhergehende Elastizität bewegt sich dabei im üblichen Rahmen von solchen metallischen Werkstoffen. Sie ist im Vergleich zur Elastizität des Kopplungselements im Sinne der Torsionsbeanspruchung bei Übertragung der Antriebskräfte der Antriebswelle zu vernachlässigen. Eine ausreichend präzise und definierbare Position der Antriebswelle bzw. der darin angekoppelten Abgasklappe wird hierdurch ohne Weiteres erreicht.
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Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn sich der erste Mitnehmer mit Bezug zur Mittelachse m ausgehend vom Kopplungsglied bis auf Höhe des Endabschnitts E1 oder bis auf Höhe des Anschlagstücks erstreckt. Hiermit wird erreicht, dass der Mitnehmer in Umfangsrichtung gegen den Endabschnitt E1 bzw. gegen das Anschlagstück in Umfangsrichtung Ru anlegbar ist, um die Antriebskraft der Antriebswelle aufzunehmen und zu übertragen. Der Endabschnitt E2 bleibt bei der Betrachtung betreffend die axiale Erstreckung des Mitnehmers außer Betracht.
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Vorteilhaft kann es auch sein, wenn die Anlage zwischen dem Endabschnitt E1 und dem ersten Mitnehmer oder zwischen dem Anschlagstück und dem ersten Mitnehmer mit Bezug zur Umfangsrichtung Ru bei einer Schließbewegung der Antriebswelle oder bei einer Öffnungsbewegung der Antriebswelle erfolgt. Demnach wird die Anlage zwischen dem Endabschnitt E1 bzw. dem Anschlagstück einerseits und dem Mitnehmer andererseits nur bei einer Rotationsbewegung der Antriebswelle im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn erreicht. Betreffend die jeweils andere Richtung erfolgt die Kraftübertragung in elastischer Weise über das Kopplungselement an sich, womit die Federwirkung bei der damit einhergehenden Torsionsbelastung des Kopplungselementes in Umfangsrichtung Ru ausgeschöpft wird.
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Dabei kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass im lastfreien Zustand der Antriebswelle der Mitnehmer gegen den Endabschnitt E1 oder gegen das Anschlagstück im Umfangsrichtung Ru anliegt. Damit ist gewährleistet, dass eine definierte Drehbewegung der Antriebswelle unmittelbar über den Endabschnitt E1 bzw. das Anschlagsstück auf den Mitnehmer übertragen wird. Ein Leerlauf oder ein Spiel ist diesbezüglich vermieden. Diese Anlage zwischen Endabschnitt E1 bzw. Anschlagstück einerseits und Mitnehmer andererseits kann durch Anwendung einer Vorspannung verstärkt werden. Durch Anwendung eines Paares von Mitnehmern oder eines Paares von Anschlagstücken wird eine symmetrische Kraftübertragung von der Antriebswelle auf das Kopplungsglied erreicht. Dies insbesondere vor dem Hintergrund der beidseitig in radialer Richtung aus der Aufnahme der Antriebswelle ragenden Teilstücke bzw. Enden des Endabschnitts E1, welche gegenüberliegend zur Antriebswelle gegen den jeweiligen Mitnehmer zur Anlage bringbar sind.
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Von besonderer Bedeutung kann für die vorliegende Erfindung sein, wenn ergänzend zum ersten Mitnehmer mindestens ein zweiter Mitnehmer oder ergänzend zum ersten Anschlagstück mindestens ein zweites Anschlagstück vorgesehen ist. Durch Anwendung eines Paares von gegenüberliegenden Mitnehmern, die gegen die gegenüberliegenden Abschnitte bzw. gegen ein Paar von gegenüberliegenden Anschlagstücken angreifen, wird ein symmetrischer Kraftfluss erreicht.
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Vorteilhaft kann es zudem sein, wenn, das Kupplungsglied und der zweite Endabschnitt E2 in axialer Richtung zur Mittelachse k und in Umfangsrichtung einen Formschluss aufweisen. Somit sind Kupplungsglied und der zweite Endabschnitt E2 zwecks Montage des Abgasklappenventils fest miteinander gekoppelt.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
- 1a eine Skizze des Abgasklappenantriebes mit Motorabgasklappe und Abgasklappenkanal;
- 1 b eine Detailansicht der Antriebsbaugruppe;
- 1c eine Detailansicht der alternativen Antriebsbaugruppe;
- 2a die Baueinheit bestehend aus Kopplungselement und Kupplungsglied;
- 2b die Baueinheit bestehend aus Kopplungselement und Kupplungsglied in perspektivischer Ansicht;
- 3 das Kupplungsglied in der Ansicht von oben.
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Eine in 1 dargestellte Montagegruppe in Form eines Abgasklappenventils weist einen Abgasklappenantrieb 1 bestehend aus einem Motor 5 mit einer Motorwelle 1.1 sowie einen Abgasklappenkanal 7 auf, in dem eine Abgasklappe 1.3 mit einer Abgasklappenwelle 1.2 vorgesehen ist. Die Motorwelle 1.1 und die Abgasklappenwelle 1.2 sind über eine Baugruppe 24 bestehend aus einem Kopplungselement 2 und einem Kupplungsglied 4 verbunden.
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Im Abgasklappenkanal 7 ist die Abgasklappe 1.3 mit der Abgasklappenwelle 1.2 angeordnet. Auf der Abgasklappenwelle 1.2 sitzt die Baugruppe 24, die die Drehverbindung zwischen der Abgasklappenwelle 1.2 und der Antriebswelle 1.1 bildet. Der Motor 5 ist mittelbar über eine Aufnahme 6 am Abgasklappenkanal 7 gelagert. Die Aufnahme 6 weist zwei Schenkel 6.1, 6.2 auf, die am Abgasklappenkanal 7 befestigt sind. Der Schenkel 6.2 bildet einen Anschlag für das Kupplungsglied 4 bzw. eine Schulter 4.2 des Kupplungsglieds 4 in der Position „offen“ der Abgasklappe 1.3. Der Anschlag der Abgasklappe 1.3 in der Position „geschlossen“ wird durch den Abgasklappenkanal 7 selbst gebildet. Nach 1 befindet sich die Abgasklappe 1.3 in einer Zwischenposition zwischen den Positionen „offen“ und „geschlossen“, so dass die Schulter 4.2 nicht am Schenkel 6.2 anliegt.
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Das Kopplungselement 2 ist als Kegelfeder ausgebildet und über einen ersten Endabschnitt E1 mit der Motorwelle 1.1 und über einen zweiten Endabschnitt E2 mit dem Kupplungsglied 4 gekoppelt. Zwecks Kopplung des Kopplungselementes 2 mit der Motorwelle 1.1 weist die Motorwelle eine Nut 3 auf. Durch Einführen des Kopplungselementes 2 mit dem Endabschnitt E1 in die Nut 3 und aufgrund der mit dem Zusammenbau einhergehenden axialen Vorspannung des Kopplungselementes 2 kommt es zu einer axial vorgespannten Kopplung zwischen Motorwelle 1.1 und Kopplungselement 2. Das Kopplungselement 2 ist mit dem Kupplungsglied 4 ebenfalls formschlüssig verbunden. Näheres hierzu wird zu den 2a, 2b ausgeführt.
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Das Kupplungsglied 4 weist einen ersten Mitnehmer 4.4 und einen zweiten Mitnehmer 4.5 auf, wie nach 1a, 1b in vergrößerter Ansicht zu sehen. Beide Mitnehmer 4.4, 4.5 sind stift- bzw. stabförmig und weisen jeweils ein erstes Ende 4.4a, 4.5a und ein zweites Ende 4.4b, 4.5b auf. Am ersten Ende 4.4a, 4.5a ist der jeweilige Mitnehmer 4.4, 4.5 an dem Kupplungsglied 4 befestigt.
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Der jeweilige Mitnehmer 4.4, 4.5 erstreckt sich in axialer Richtung bis über den Endabschnitt E1 des Kopplungselements 2. Am oberen bzw. zweiten Ende 4.4b, 4.5b liegt der Mitnehmer 4.4, 4.5 in Umfangsrichtung Ru gegen die Abschnitte 2.1, 2.2 des Endabschnitts E1 an. Nach 1c liegt der Mitnehmer 4.4, 4.5 in Umfangsrichtung Ru nicht gegen die Abschnitte 2.1, 2.2 des Endabschnitts E1 sondern gegen zwei gesonderte Anschlagstücke, ein erstes Anschlagstück 3.1 sowie ein zweites Anschlagstück 3.2 an, die unmittelbar mit der Antriebswelle 1.1 verbunden sind. Bei einer Drehbewegung von oben gesehen im Uhrzeigersinn wird eine Schließkraft der Antriebswelle 1.1 von der Antriebswelle 1.1 auf den Endabschnitt E1 bzw. das Anschlagstück 3.1 abgeleitet und von dem Endabschnitt E1 bzw. dem Anschlagstück 3.1 auf den ersten Mitnehmer 4.4 bzw. einen zweiten Mitnehmer 4.5 übertragen. Von dem ersten bzw. zweiten Mitnehmer 4.4, 4.5 wird die Antriebskraft letztendlich auf das Kupplungsglied 4 übertragen. Somit herrscht ein Antriebskurzschluss zwischen der Antriebswelle 1.1 und dem Kupplungsglied 4 unter Ausschaltung des als Feder ausgebildeten Kopplungselements 2.
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Bei einer Bewegung gegen den Uhrzeigersinn wird die Antriebskraft der Antriebswelle 1.1 über den Endabschnitt E1 auf das Kopplungselement 2 übertragen und über den Endabschnitt E2 des Kopplungselementes 2 auf das Kupplungsglied 4 übertragen. Hierbei wird die Federeigenschaft des Kopplungselements 2 im Gegensatz zu vorgenanntem Kurzschluss ausgeschöpft.
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Nach 2a ist die Baugruppe bestehend aus Kopplungselement 2, Kupplungsglied 4 und den beiden Mitnehmern 4.4, 4.5 durch axiales Einführen des Endabschnitts E1 in die Nut 3 der Motorwelle 1.1 an der Motorwelle 1.1 befestigt. Somit sind die Motorwelle 1.1 bzw. eine Mittelachse m und die ins Kupplungsglied 4 einzuführende Abgasklappenwelle 1.2 bzw. eine Mittelachse k koaxial zueinander ausgerichtet.
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Die 2a zeigt die Baugruppe 24 bestehend aus Kopplungselement 2 und Kupplungsglied 4 mit beiden Mitnehmern 4.4, 4.5 allein. Der Endabschnitt E1 begrenzt das Kopplungselement 2 nach oben hin und ist ausgehend von der kegelförmigen Grundform des Kopplungselementes 2 in einer radialen Richtung nach innen abgeknickt. Der Endabschnitt E2 ist etwas komplexer ausgebildet. Ausgehend von der spiralförmigen bzw. kegelförmigen Grundform des Kopplungselementes 2 sind verschiedene Biegungen vorgesehen, um den Endabschnitt E2 an das Kupplungsglied 4 anzuformen. Die beiden Mitnehmer 4.4, 4.5 erstrecken sich innerhalb des kegelförmigen Kopplungselementes 2 vom Kupplungsglied 4 nach oben und liegen in Umfangsrichtung Ru gegen das Kopplungselement 2 an.
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Das Kupplungsglied 4 weist gemäß 3 drei Schlitze 4a bis 4c auf, wobei die Schlitze 4a, 4b diametral angeordnet sind. Zudem ist ein dritter Schlitz 4c vorgesehen, innerhalb dessen das Kopplungselement 2 ausgehend von einer Rückseite 4r auf eine Vorderseite 4v zurückgeführt wird. Das Kupplungsglied 4 ist im Grunde scheibenförmig ausgebildet und weist eine Schulter 4.2 auf, die sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung über die scheibenförmige Grundform hervorsteht. Die Scheibe 4 weist einen Grundradius rs auf, während die Schulter 4.2 einen darüber hinaus erweiterten Radius rc aufweist. Die Schlitze 4a bis 4c sind im Bereich eines feinen Randes 4.1 der Scheibe 4 vorgesehen. Das Kopplungselement 2 weist gemäß 2a, 2b einen U-förmig geformten Teil des Endabschnitts E2 auf, in den die Scheibe 4 in radialer Richtung eingeführt wird, bis das Kopplungselement 2 in den beiden Schlitzen 4a, 4b verrastet. Damit einher geht die weitere Verrastung des Kopplungselementes 2 im Schlitz 4c, sodass der Endabschnitt E2 ausgehend von seinem freien Ende im Bereich der Rückseite 4r der Scheibe 4 durch den Schlitz 4a auf die Vorderseite 4v geführt wird und von dort diametral bis zum Schlitz 4b. Ferner wird der Endabschnitt E2 durch den Schlitz 4b auf die Rückseite 4r der Scheibe 4 und über den Schlitz 4c wiederum auf die Vorderseite 4v geführt und geht von dort in die spiral- bzw. kegelförmige Grundform über. Die Schulter 4.2 steht in radialer Richtung über den Rand 4.1 hervor. Sie gewährleistet einen Endanschlag am Anschlag 6.2 der Aufnahme 6, mithin den Endanschlag der Abgasklappe 1.3 in der Position „offen“. Über den Motor 5 und die Feder 2 wird ein Stellmoment auf die Abgasklappenwelle 1.2 übertragen. Da ein Stellweg der Abgasklappenwelle 1.2 nicht erfasst wird, ist es notwendig, das Stellmoment ausreichend groß auszubilden, mithin den Drehwinkel des Motors 5 bzw. der Antriebswelle 1.1 ausreichend groß zu wählen, sodass über das somit generierte Drehmoment der jeweilige Endanschlag oder eine Zwischenposition der Abgasklappe 1.3 bzw. der Abgasklappenwelle 1.2 erreicht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasklappenantrieb
- 1.1
- Antriebswelle, Motorwelle
- 1.2
- Abgasklappenwelle
- 1.3
- Abgasklappe
- 2
- Kopplungselement, Feder
- 2.1
- Abschnitt von E1
- 2.2
- Abschnitt von E1
- 3
- Aufnahme, Nut
- 3.1
- erstes Anschlagstück
- 3.2
- zweites Anschlagstück
- 4
- Kupplungsglied, Scheibe
- 4.1
- Rand
- 4.2
- Schulter
- 4.4
- erster Mitnehmer
- 4.4a
- erstes Ende
- 4.4b
- zweites Ende
- 4.5
- zweiter Mitnehmer
- 4.5a
- erstes Ende
- 4.5b
- zweites Ende
- 4a
- Ausnehmung, Schlitz
- 4b
- Ausnehmung, Schlitz
- 4c
- Ausnehmung, Schlitz
- 4v
- Vorderseite
- 4r
- Rückseite
- 5
- Motor
- 6
- Aufnahme
- 6.1
- Schenkel
- 6.2
- Schenkel, Anschlag
- 7
- Abgasklappenkanal
- 24
- Baugruppe
- E1
- Endabschnitt von 2
- E2
- Endabschnitt von 2
- k
- Mittelachse von 1.3
- m
- Mittelachse von 1.1
- rs
- Radius von 4
- rc
- Radius von 4.2
- Ru
- Umfangsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014118492 A1 [0002]
