Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Stelleinheit nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die deutsche Offenlegungsschrift DE-A-193 25 510 und die
Patentschrift US 5,672,818 zeigen eine Stelleinheit mit einem
Stellmotor und mit einem Drosselkörper. Bei der bekannten
Stelleinheit besteht zwischen dem Stellmotor und dem in Form einer
Drosselklappe gebildeten Drosselkörper in jeder Stellung ein
immer gleiches Übersetzungsverhältnis. Wie man jetzt weiß, ist
das an dem Drosselkörper erforderliche Drehmoment in den
verschiedenen Stellungen des Drosselkörpers unterschiedlich groß.
Aus diesem Grund muß das Drehmoment des Stellmotors so groß
ausgelegt sein, dass dieses Drehmoment in jeder Stellung des
Drosselkörpers ausreichend ist. Der Stellmotor muß auch so
ausgelegt sein, dass die Drosselklappe in allen Stellbereichen
ausreichend schnell verstellt werden kann. Beides macht einen
leistungsstarken und damit einen relativ großen und
kostenaufwendigen Stellmotor erforderlich. Dadurch wird die
Stelleinheit insgesamt relativ groß und erfordert einen relativ
großen Einbauraum.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Stelleinheit mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 bietet demgegenüber den Vorteil, daß zum
Verstellen des Drosselkörpers ein relativ leistungsschwacher und
damit ein kleiner und mit geringem Aufwand herstellbarer
beziehungsweise kostengünstig beschaffbarer Stellmotor genügt.
Besonders vorteilhaft ist, dass bei dem Stellmotor ein relativ
kleines maximales Drehmoment genügt und dass der Stellmotor den
Drosselkörper in denjenigen Bereichen, in denen es erforderlich
ist, besonders schnell verstellen kann. Dadurch kann ein einfach
herstellbarer und klein bauender Stellmotor verwendet werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Stelleinheit hat man
vorteilhafterweise eine sich über den Verstellweg verändernde Übersetzung
zwischen dem Stellmotor und dem mit dem Drosselkörper drehfest
verbunden Rad. Dies bietet den Vorteil, dass das in bestimmten
Stellungen des Drosselkörpers erforderliche erhöhte Drehmoment
auch von einem relativ drehmomentschwachen Stellmotor
aufgebracht werden kann.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
Stelleinheit nach dem Anspruch 1 möglich.
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Es ist verständlich, dass der Stellmotor so ausgelegt sein muss,
dass sein Drehmoment ausreicht, um den Drosselkörper verstellen
zu können. Es hat sich aber gezeigt, dass nicht in jedem
Stellungswinkel des Drosselkörpers das gleiche Drehmoment
erforderlich ist, um den Drosselkörper zu verstellen. Die hier
vorgeschlagene Übersetzung zwischen dem Stellmotor und dem
Drosselkörper kann so ausgelegt werden, dass der Stellmotor mit
praktisch konstantem Drehmoment über den gesamten Stellbereich
verstellen kann und dass trotzdem vorteilhafterweise in jeder
Stellung des Drosselkörpers am Drosselkörper das jeweils
erforderliche unterschiedliche Drehmoment wirkt. Aufgrund von
Strömungsverhältnissen und/oder unterschiedlicher Reibung
und/oder aufgrund der Notwendigkeit den Drosselkörper in einer
Schließstellung loszureißen, wird häufig in der Schließstellung
zum Verstellen des Drosselkörpers ein besonders hohes Drehmoment
benötigt. Aufgrund der sich verändernden. Übersetzung bei der
vorgeschlagenen Stelleinheit zwischen dem Stellmotor und dem
Drosselkörper bei Verstellung des Drosselkörpers über den
gesamten Stellbereich, ergibt sich im Bereich der
Schließstellung ein deutlich erhöhtes Drehmoment am Drosselkörper.
Dieses Drehmoment ist insbesondere deutlich größer als bei
Verwendung eines Übersetzungsgetriebes mit konstanter
Übersetzung, wie bei der in der DE-A-195 25 510 gezeigten
Ausführung. Deshalb kann bei der hier vorgeschlagenen Ausführung
ein kleinerer Stellmotor verwendet werden als bei der bekannten
Stelleinheit.
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Wegen dem erhöhten Drehmoment am Drosselkörper können eventuelle
Ablagerungen im Kanal auch im Bereich der Schließstellung leicht
überwunden werden.
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In einem mittleren Bereich ist es wünschenswert, dass der
Stellmotor den Drosselkörper ziemlich schnell verstellen kann. Weil
das vorgeschlagene Übersetzungsgetriebe so gewählt ist, dass im
mittleren Verstellbereich bei gegebener Drehzahl der
Antriebswelle des Stellmotors der Drosselkörper ziemlich schnell
verstellt wird, genügt vorteilhafterweise ein Stellmotor mit einer
relativ langsam drehenden Antriebswelle.
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Aufgrund der unterschiedlichen Übersetzungen zwischen dem
Stellmotor und dem Drosselkörper, die so gewählt sind, dass im
Bereich der Schließstellung bei gegebener Drehzahl der
Antriebswelle des Stellmotors der Drosselkörper nur relativ langsam
verstellt wird, erhält man den Vorteil, dass im Bereich der
Schließstellung eine sehr feinfühlige Verstellung des
Drosselkörpers möglich ist.
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Dadurch, dass im Schnellstellbereich der Drosselkörper sehr
schnell verstellt werden kann, erhält man insgesamt eine
vorteilhafte kurze Stellzeit beim Verstellen des Drosselkörpers
zwischen den beiden Endstellungen.
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Weil die Übersetzung nicht über den gesamten Verstellbereich
gleich groß sein muss, baut das Übersetzungsgetriebe der
Stelleinheit besonders klein.
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Ist die Übersetzung so gewählt, dass in dem Bereich, in dem die
Rückstelleinrichtung ein besonders großes Rückstelldrehmoment
erzeugt, die Übersetzung etwas angehoben wird, ergibt dies den
Vorteil, dass trotz dem erhöhten Rückstelldrehmoment der
Rückstelleinrichtung der Stellmotor mit ziemlich gleichmäßigem
Drehmoment den Drosselkörper verstellen kann.
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Dadurch, dass der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius an jeder
Eingriffstelle größer ist als der stellmotorseitige
Wälzkurvenradius, erhält man den Vorteil, dass in jeder Schwenkstellung
eine zusätzliche Übersetzung gegeben ist, so dass mit einem
Minimum an Getriebestufen eine insgesamt ausreichende
Übersetzung erreicht wird und dass dadurch vorteilhafterweise ein
ziemlich klein bauender Stellmotor verwendet werden kann und
dass der Aufwand für die Stelleinheit insgesamt ziemlich klein
ist.
Zeichnung
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Ein ausgewähltes, besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die
Fig. 1 einen Querschnitt durch die Stelleinheit, die Fig. 2
das Übersetzungsgetriebe, während die Räder in Schließstellung
stehen, die Fig. 3 das Übersetzungsgetriebe, während die Räder
in einer Offenstellung stehen, und die Fig. 4 die Übersetzung
in Abhängigkeit vom Stellwinkel des Drosselkörpers.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die Stelleinheit kann bei jeder Brennkraftmaschine verwendet
werden, bei der die Leistung der Brennkraftmaschine mit Hilfe
eines durch einen Stellmotor verstellbaren Drosselkörpers
beeinflußt werden soll. Der Drosselkörper ist beispielsweise
eine Drosselklappe und die Stelleinheit mit dem Drosselkörper
bzw. mit der Drosselklappe wird beispielsweise zum Steuern der
einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft verwendet. Es ist aber
auch möglich, dass die Stelleinheit im Bereich des Abgases der
Brennkraftmaschine zum Steuern des Abgasstroms verwendet wird,
oder die Stelleinheit wird beispielsweise zum Steuern von Abgas
in die Frischluftleitung der Brennkraftmaschine verwendet.
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Die Fig. 1 zeigt eine Stelleinheit 1 mit einem Stellergehäuse
2. Je nach Verwendung der Stelleinheit 1 wird das Stellergehäuse
2 beispielsweise als Drosselklappenstutzen oder als
Abgasrückführventil bezeichnet. Durch das Stellergehäuse 2 bzw. durch
den Drosselklappenstutzen verläuft ein Kanal 4. Der Kanal 4
führt beispielsweise von einem nicht dargestellten Luftfilter zu
einem nicht dargestellten Brennraum oder zu mehreren Brennräumen
einer nicht abgebildeten Brennkraftmaschine. Die mit dem
vorgeschlagenen Stellergehäuse 2 erzielbaren guten Eigenschaften
machen das Stellergehäuse 2 besonders geeignet zur Verwendung
als Abgasrückführventil. Mit dem Abgasrückführventil wird
beispielsweise der Anteil der der Frischluft zugeführten Menge
an Abgas gesteuert.
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Der in der Fig. 1 dargestellte Schnitt verläuft quer durch den
Kanal 4. Durch den Kanal 4 kann beispielsweise frische Zuluft
oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch oder Abgas oder ein Teil des
Abgases strömen, hin zu einer Brennkraftmaschine oder weg von
einer Brennkraftmaschine.
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In dem Stellergehäuse 2 ist ein Drosselkörper 6 drehbar bzw.
schwenkbar gelagert. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird
der Drosselkörper 6 von einer an einer Drosselklappenwelle 6a
befestigten Drosselklappe 6b gebildet. Die Drosselklappenwelle
6a erstreckt sich quer durch den Kanal 4. Die
Drosselklappenwelle 6a ist im Stellergehäuse 2 schwenkbar gelagert. Die
Drosselklappe 6b ist mit nicht dargestellten
Befestigungsschrauben an der Drosselklappenwelle 6a befestigt. Die
Drosselklappe 6b und die Drosselklappenwelle 6a können aber auch aus
Kunststoff zusammen einstückig gegossen sein. Die
Drosselklappenwelle 6a kann zwischen einer ersten Endstellung 51 und
einer zweiten Endstellung 52 geschwenkt werden. Der
Drosselkörper 6, beim dargestellten Ausführungsbeispiel die
Drosselklappe 6b zusammen mit der Drosselklappenwelle 6a, ist um eine
Drehachse 6c um einen Drosselkörper-Stellungswinkel α (alpha)
schwenkbar bzw. drehbar.
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Außerhalb des Kanals 4 gibt es ein Übersetzungsgetriebe 10. Das
Übersetzungsgetriebe 10 hat ein Räderpaar 12 und ein zweites
Räderpaar 14. Das Räderpaar 12 hat ein stellmotorseitiges Rad
12a und ein drosselkörperseitiges Rad 12b. Das zweite Räderpaar
14 besteht aus einem Ritzel 14a und einem Zwischenrad 14b. Das
stellmotorseitige Rad 12a und das Zwischenrad 14b sind starr
miteinander verbunden und bilden ein Getrieberad 16 des
Übersetzungsgetriebes 10. Am Stellergehäuse 2 ist eine Achse 18 fest
angebracht. Auf der Achse 18 ist das Getrieberad 16 drehbar
gelagert.
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Das Ritzel 14a ist mit einer Antriebswelle 14c eines Stellmotors
20 drehfest verbunden. Der Stellmotor 20 ist am Stellergehäuse 2
fest verankert.
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Das drosselkörperseitige Rad 12b ist mit der Drosselklappenwelle
6a drehfest verbunden. Das drosselkörperseitige Rad 12b ist in
ständigem Eingriff mit dem stellmotorseitigen Rad 12a. Das
Ritzel 14a des Stellmotors 20 kämmt mit dem Zwischenrad 14b.
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Die Stelleinheit 1 hat eine Rückstelleinrichtung 22. Die
Rückstelleinrichtung 22 sorgt dafür, dass bei stromlosem Stellmotor
20 der Drosselkörper 6 beispielsweise in die erste Endstellung,
die der Schließstellung 51 entspricht, zurück geschwenkt wird.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen einen Blick auf das
Übersetzungsgetriebe 10 mit gleicher Blickrichtung wie der Pfeil II in der
Fig. 1. In den Fig. 2 und 3 sind der besseren
Übersichtlichkeit wegen das Stellergehäuse 2 und die Drosselklappe
6b nicht dargestellt.
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Die Fig. 4 zeigt die Übersetzung i des Übersetzungsgetriebe 10
in Abhängigkeit vom Drosselkörper-Stellungswinkel α (alpha). In
der Abszisse ist der Drosselkörper-Stellungswinkel α und in der
Ordinaten ist die Übersetzung i aufgetragen.
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In allen Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit
denselben Bezugszeichen versehen.
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Der Drosselkörper 6 ist zwischen einer ersten Endstellung S1 und
einer zweiten Endstellung S2 verstellbar. In der ersten
Endstellung S1 (Fig. 2) verschließt der Drosselkörper 6 den Kanal 4
weitgehend oder vollständig oder nahezu vollständig, oder aber
der Kanal 4 ist in der ersten Endstellung S1 beispielsweise für
eine Notfahrfunktion etwas geöffnet. Die erste Endstellung S1
wird nachfolgend als Schließstellung S1 bezeichnet. In der
zweiten Endstellung S2 (Fig. 3) des Schwenkbereichs des
Drosselkörpers 6 ist der Kanal 4 maximal geöffnet. Die zweite
Endstellung S2 wird nachfolgend als Offenstellung S2 bezeichnet.
Ein in etwa mittlerer Bereich zwischen der Schließstellung S1 und
der Offenstellung S2 wird nachfolgend als Schnellstellbereich SB
(Fig. 4) bezeichnet.
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Die Fig. 2 zeigt das Übersetzungsgetriebe 10 in der
Schließstellung S1, und die Fig. 3 zeigt das Übersetzungsgetriebe 10
in der Offenstellung S2.
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Bei der bevorzugt ausgewählten, beispielhaft in den Fig. 2
und 3 dargestellten Ausführung ist der Drosselkörper 6 und damit
das mit dem Drosselkörper 6 drehfest verbundene
drosselkörperseitige Rad 12b um 110° schwenkbar. Der in der Fig. 4
wiedergegebene Verstellbereich zwischen der Schließstellung S1 und der
Offenstellung S2 des Drosselkörper-Stellungswinkels α würde hier
also 110° betragen.
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Üblich ist insbesondere auch, dass der Drosselkörper 6
beispielsweise um 90° oder um weniger als 90° schwenkbar ist.
Hier wäre der Verstellbereich des Drosselkörper-Stellungswinkels
α also 90° oder weniger als 90°. Es gibt aber auch Ausführungen,
bei denen der Drosselkörper 6 nur um 85° geschwenkt wird. Und es
gibt Ausführungen, bei denen der Drosselkörper 6 etwas über die
Schließstellung oder über die Offenstellung hinaus um
beispielsweise insgesamt bis zu 115° schwenkbar ist. Es gibt auch
Stelleinheiten, insbesondere in der Form eines Abgasrückführventils,
bei denen der Drosselkörper 6 beispielsweise um den
Verstellbereich von 136° zwischen der Schließstellung S1 und der
Offenstellung S2 schwenkbar ist. Dies ist insbesondere dann der Fall,
wenn die Stelleinheit 1 ein Abgasrückführventil ist und der
Drosselkörper 6 schräg zur Drehachse 6c unter einem spitzen
Winkel angestellt ist. Der in der Fig. 4 wiedergegebene
Verstellbereich des Drosselkörper-Stellungswinkels α kann somit
beispielsweise 85°, 90°, 110°, 115° oder 136° betragen, um nur
einige Werte zu nennen.
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Der Drosselkörper 6 und damit auch das drosselkörperseitige Rad
12b sind zwischen der Schließstellung 51 und der Offenstellung
S2 verstellbar. Die Fig. 2 zeigt das drosselkörperseitige Rad
12b und das am Getrieberad 16 angebrachte Zwischenrad 14b in der
ersten Endstellung S1, und die Fig. 3 zeigt das
Übersetzungsgetriebe 10 während die drehbaren Teile in der zweiten
Endstellung S2 stehen. Die drehbaren Teile sind zwischen diesen
beiden Endstellungen S1 und S2 verstellbar. Bei den
nachfolgenden Erläuterungen des besonders vorteilhaften
Ausführungsbeispiels wird angenommen, dass in der ersten Endstellung S1
(Fig. 2) der Drosselkörper 6 den Kanal 4 verschließt, und in der
zweiten Endstellung S2 (Fig. 3) gibt der Drosselkörper 6 den
Kanal 4 frei.
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Das stellmotorseitige Rad 12a hat ein erstes Eingriffende e1 und
ein zweites Eingriffende e2. Das drosselkörperseitige Rad 12b
hat ein erstes Eingriffende E1 und ein zweites Eingriffende E2.
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Wenn das Übersetzungsgetriebe 10 in der Schließstellung S1 (Fig.
2) steht, dann ist das erste Eingriffende e1 des
stellmotorseitigen Rads 12a in Eingriff mit dem ersten Eingriffende E1 des
drosselkörperseitigen Rads 12b. Wenn das Übersetzungsgetriebe 10
in der Offenstellung S2 (Fig. 3) steht, dann sind die beiden
zweiten Eingriffenden e2 und E2 des stellmotorseitigen Rads 12a
und des drosselkörperseitigen Rads 12b miteinander in Eingriff.
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Das stellmotorseitige Rad 12a hat zwischen seinen Eingriffenden
e1 und e2 eine stellmotorseitige Wälzkurve w. Das
drosselkörperseitige Rad 12b hat zwischen seinen beiden Eingriffenden E1 und
E2 eine drosselkörperseitige Wälzkurve W. Die stellmotorseitige
Wälzkurve w hat gegenüber der Drehachse des stellmotorseitigen
Rads 12a einen winkelabhängig sich ändernden Abstand, der
nachfolgend als stellmotorseitiger Wälzkurvenradius r bezeichnet
wird. Die drosselkörperseitige Wälzkurve W hat einen
winkelabhängig sich ändernden Abstand zur Drehachse 6c, der
nachfolgend als drosselkörperseitiger Wälzkurvenradius R bezeichnet
wird. Die stellmotorseitige Wälzkurve va hat am ersten
Eingriffende e1 einen stellmotorseitigen Wälzkurvenradius r1 und am
zweiten Eingriffende e2 einen stellmotorseitigen
Wälzkurvenradius r2. Das drosselkörperseitige Rad 12b hat am ersten
Eingriffende E1 einen drosselkörperseitigen Wälzkurvenradius R1
und am zweiten Eingriffende E2 einen drosselkörperseitigen
Wälzkurvenradius R2.
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Zwischen der Schließstellung S1 und der Offenstellung S2 der
Räder 12a, 12b gibt es einen Bereich, in dem bei Betätigung des
Ritzels 14a des Stellmotors 20 um einen bestimmten Winkel der
Drosselkörper 6 besonders schnell um einen relativ großen Winkel
verstellt wird. Dieser Winkelbereich wird hier als
Schnellstellbereich SB bezeichnet. Die stellmotorseitige Wälzkurve w
hat im Schnellstellbereich SB einen stellmotorseitigen
Wälzkurvenradius rsb. Das drosselkörperseitige Rad 12b hat im
Schnellstellbereich SB einen drosselkörperseitigen
Wälzkurvenradius Rsb.
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Beim stellmotorseitigen Rad 12a ist im Schnellstellbereich SB
der stellmotorseitige Wälzkurvenradius rsb am größten. Das
stellmotorseitige Rad 12a ist so ausgelegt, dass der
Wälzkurvenradius r, ausgehend vom Schnellstellbereich SB, zum ersten
Eingriffende e1 hin deutlich kleiner wird. Auch zum zweiten
Eingriffende e2 hin wird der stellmotorseitige Wälzkurvenradius
r kleiner. Der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R verhält
sich komplementär zum stellmotorseitigen Wälzkurvenradius r.
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Im sogenannten Schnellstellbereich SB ist der Wälzkurvenradius r
des stellmotorseitigen Rads 12a am größten und zu den
Eingriffenden E1 und E2 hin nimmt der Wälzkurvenradius r ab. Ausgehend
vom Schnellstellbereich SB nimmt der Wälzkurvenradius r hin zum
ersten Eingriffende E1 stärker ab als hin zum zweiten
Eingriffende E2. Der stellmotorseitige Wälzkurvenradius r2 am zweiten
Eingriffende E2 ist beispielsweise 1,9 mal so groß wie der
stellmotorseitige Wälzkurvenradius r1 am ersten Eingriffende E1.
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Die drosselkörperseitige Wälzkurve W ist so ausgelegt, dass der
drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R, ausgehend vom ersten
Eingriffende E1 hin zum zweiten Eingriffende E2, zunächst
kleiner wird, wobei der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R
im Bereich des Schnellstellbereichs SB am kleinsten ist, und er
wird dann hin zum zweiten Eingriffende E2 wieder größer. Der
drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R1 am ersten Eingriffende
E1 ist beispielsweise 1,2 mal so groß wie der
drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R2 am zweiten Eingriffende E2.
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Der Abstand zwischen der Drehachse des stellmotorseitigen Rads
12a und der Drehachse 6c des Rads 12b ist konstant. Der
stellmotorseitige Wälzkurvenradius r und der drosselkörperseitige
Wälzkurvenradius R sind so aufeinander abgestimmt, dass in jeder
Stellung des Eingriffs zwischen den beiden Rädern 12a und 12b,
die Summe des stellmotorseitigen Wälzkurvenradius r und des
drosselkörperseitigen Wälzkurvenradius R konstant ist. In jeder
Stellung der Räder 12a, 12b ist der stellmotorseitige
Wälzkurvenradius r komplementär zum drosselkörperseitigen
Wälzkurvenradius R.
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Die beiden Wälzkurven W und w sind vorzugsweise so aufeinander
abgestimmt, dass in jeder Stellung des Eingriffs zwischen den
beiden Rädern 12a und 12b der drosselkörperseitige
Wälzkurvenradius R immer größer ist als der stellmotorseitige
Wälzkurvenradius r. Die Wälzkurvenradien R und r sind beispielsweise so
aufeinander abgestimmt, dass bei einer Verstellung des
Übersetzungsgetriebes 10 zwischen der Schließstellung S1 (Fig. 2)
und der Offenstellung S2 (Fig. 3) sich zwischen den beiden
Rädern 12a und 12b im Durchschnitt ein Übersetzungsverhältnis
von 3 zu 1 ergibt. Dies bedeutet, beispielsweise bei einem
benötigten Verstellbereich des Drosselkörper-Stellungswinkels α
des Drosselkörpers 6 zwischen den beiden Endstellungen S1 und S2
um 90°, dass sich das drosselkörperseitige Rad 12b um 90° und das
stellmotorseitige Rad 12a dabei um 270° drehen.
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Weil der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R wesentlich
größer ist als der stellmotorseitige Wälzkurvenradius r, erhält
man, ausgehend vom stellmotorseitigen Rad 12a in Richtung des
drosselkörperseitigen Rads 12b, eine gewünschte Reduktion der
Drehgeschwindigkeit und eine gewünschte Erhöhung des
Drehmoments.
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Weil der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R1 am ersten
Eingriffende E1 besonders groß ist, erhält man im Bereich der
Schließstellung S1 (Fig. 2) des Übersetzungsgetriebes 10
ausgehend vom stellmotorseitigen Rad 12a in Richtung des
drosselkörperseitigen Rads 12b eine besonders große Reduktion der
Winkelgeschwindigkeit und eine besonders große Erhöhung des
Drehmoments. Dies bietet den Vorteil, dass im Bereich der
Schließstellung S1 (Fig. 2) eine besonders feinfühlige und
genaue Verstellung des Drosselkörpers 6 möglich ist und dass am
Drosselkörper 6 eventuell wirkende störende Kräfte auch mit
einem relativ kleinen und relativ schwachen Stellmotor 20 leicht
überwunden werden können.
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Weil die Reduktion der Winkelgeschwindigkeit vom
stellmotorseitigen Rad 12a auf das drosselkörperseitige Rad 12b im
Schnellstellbereich SB geringer ist als in der Schließstellung
S1 (Fig. 2) und auch geringer ist als in der Offenstellung S2
(Fig. 3), erhält man den Vorteil, dass im Schnellstellbereich SB
der Drosselkörper 6 mit hoher Winkelgeschwindigkeit sehr schnell
verstellt werden kann.
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Auch wenn die Räder 12a, 12b in der Offenstellung S2 stehen
(Fig. 3), dann ist die Übersetzung zwischen dem
stellmotorseitigen Rad 12a und dem drosselkörperseitigen Rad 12b größer
als im Schnellstellbereich SB, und man erhält den in der Fig. 4
mit durchgezogener Linie dargestellten Verlauf der Übersetzung
i.
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Die Fig. 4 zeigt mit ausgezogener Linie das Diagramm eines
Beispiels der Übersetzung i, bei der die Abhängigkeit der
Übersetzung i vom Drosselkörper-Stellungewinkel α besonders
günstig ist. Mit punktierter Linie ist ein ebenfalls möglicher
Verlauf der Übersetzung i eines abgewandelten
Ausführungsbeispiels dargestellt.
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Im Diagramm (Fig. 4) ist links die Übersetzung i aufgetragen,
wenn sich der Drosselkörper 6 im Bereich der Schließstellung S1
befindet. Rechts im Diagramm ist die Übersetzung i aufgetragen,
wenn der Drosselkörper 6 im Bereich der Offenstellung S2 steht.
Zwischen den beiden Endstellungen S1 und S2 befindet sich der
Schnellstellbereich SB, wobei der Schnellstellbereich SB,
winkelmäßig betrachtet, etwas näher an der Schließstellung S1
als an der Offenstellung S2 vorgesehen ist.
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Wie die Fig. 4 zeigt, ist die Übersetzung i an der Stelle des
Schnellstellbereichs SB am kleinsten. Dies bewirkt, dass der
Stellmotor 20 mit wenig Umdrehung des Ritzels 14a den
Drosselkörper 6 um einen relativ großen Winkel verstellen kann. Weil im
Schnellstellbereich SB der Drosselkörper 6 schnell verstellt
werden kann, ist die gesamte Stellzeit zwischen den beiden
Endstellungen S1 und S2 insgesamt relativ kurz.
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Im Bereich der Schließstellung S1 ist, wie die Fig. 4 zeigt,
die Übersetzung i ziemlich groß. Dies bewirkt, dass auch ein
Stellmotor 20 mit relativ wenig Drehmoment den Drosselkörper 6
verstellen kann, auch dann, wenn im Bereich der Schließstellung
S1 mehr oder weniger Reibung zwischen dem Drosselkörper 6 und
dem Kanal 4 vorhanden ist. Wegen der großen Übersetzung i kann
man wenig Spiel zwischen dem Drosselkörper 6 und dem Kanal 4
vorsehen und man kann auch bei gewissem Klemmen mit einem
relativ drehmomentschwachen Stellmotor 20 den Drosselkörper 6
verstellen.
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Üblicherweise ist die Stelleinheit 1 so ausgeführt, dass der
Stellmotor 20 den Drosselkörper 6 gegen die Kraft der
Rückstelleinrichtung 22 in Richtung der Offenstellung S2 (Fig. 3)
verstellt. Bei nicht aktivem Stellmotor 20 stellt die
Rückstelleinrichtung 22 den Drosselkörper 6 zurück in die
Schließstellung S1 (Fig. 2).
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Die Rückstelleinrichtung 22 besteht üblicherweise aus einer
Feder, wobei mit zunehmender Verstellung des Drosselkörpers 6 in
die Offenstellung S2 die Kraft bzw. das Drehmoment der Feder der
Rückstelleinrichtung 22 größer wird. Damit das erforderliche
Drehmoment des Stellmotors 20 zum Verstellen des Drosselkörpers
6 gegen die Kraft der Rückstelleinrichtung 22 zwischen dem
Schnellstellbereich SB und der zweiten Endstellung S2 weitgehend
konstant bleibt, ist vorgesehen, dass die Übersetzung i,
ausgehend vom Schnellstellbereich SB in Richtung der Offenstellung
S2, leicht zunimmt, wie in der Fig. 4 mit durchgezogener Linie
dargestellt.
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Weil es nicht sinnvoll ist, die Übersetzung am zweiten Räderpaar
14, zwischen dem Ritzel 14a und dem Zwischenrad 14b, das heißt
an der ersten Getriebestufe, beliebig groß auszuführen, und weil
bei der hier vorgeschlagenen Stelleinheit 1 auch am Räderpaar
12, zwischen dem stellmotorseitigen Rad 12a und dem
drosselkörperseitigen Rad 12b, eine Übersetzung vorhanden ist, erhält
man vorteilhafterweise trotzdem eine insgesamt besonders große
Übersetzung zwischen dem Stellmotor 20 und dem Drosselkörper 6.
Dadurch ist auch mit einem relativ kleinen, schnell laufenden
Stellmotor 20 eine präzise Verstellung des Drosselkörpers 6
möglich und auch ein relativ kleiner Stellmotor 20 kann die am
Drosselkörper 6 auftretenden Kräfte leicht überwinden.
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Die maximale Übersetzung i am Räderpaar 12 zwischen den Rädern
12a und 12b kann, in Abhängigkeit vom geforderten
Verstellbereich des Drosselkörper-Stellungswinkels α, Werte deutlich
größer als 1 erreichen. Die erreichbare durchschnittliche
Übersetzung i am Räderpaar 12 ist 360° geteilt durch den
erforderlichen Verstellbereichs des Drosselkörper-Stellungswinkels α in
Grad. Weil auch die Räder 12a und 12b zur Drehmomentübersetzung
und zur Drehzahluntersetzung dienen können, kann gegebenenfalls
eine weitere Übersetzungsstufe zwischen dem Stellmotor 20 und
dem Drosselkörper 6 entfallen.
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Der maximale Schwenkwinkel des stellmotorseitigen Rads 12a muss
aus räumlichen Gründen weniger als 360° betragen. Dadurch ist
die Übersetzung i am Räderpaar 12 auf beispielsweise höchstens 4
zu 1 begrenzt, wenn der Drosselkörper 6 um 90° verstellbar sein
soll. Bei der vorgeschlagenen Stelleinheit ist die Übersetzung i
winkelabhängig unterschiedlich. Dort wo eine große Übersetzung i
vorteilhaft ist, ist die Übersetzung i größer als in Bereichen
wo eine nicht so große Übersetzung i benötigt wird. Dadurch
erreicht man in den Bereichen mit geforderter großer Übersetzung
i einen Wert der wesentlich über 4 zu 1 beträgt, auch wenn am
Räderpaar 12 die Übersetzung i im Durchschnitt den maximal
möglichen Wert von beispielsweise 4 zu 1 nicht überschreiten
darf.
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Das Ausführungsbeispiel kann auch so abgewandelt werden, dass
der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R im Bereich des
zweiten Eingriffendes E2, zwischen dem Schnellstellbereich SB
und dem zweiten Eingriffende E2, in etwa über die Hälfte des
Verstellwinkels des drosselkörperseitigen Rads 12b, konstant
ist. Entsprechend ist auch der sich an das zweite Eingriffende
e2 anschließende stellmotorseitige Wälzkurvenradius r zwischen
dem Schnellstellbereich SB und dem zweiten Eingriffende e2
konstant. Mit anderen Worten, im Bereich der zweiten
Eingriffenden e2 und E2 sind bei den Rädern 12a und 12b die Wälzkurven w
und W jeweils Kreisbögen. Dadurch erhält man bei dieser
Abwandlung des Ausführungsbeispiels den in der Fig. 4 mit
punktierter Linie dargestellten Verlauf der Übersetzung i.
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Im Bereich des ersten Eingriffendes E1, zwischen dem
Schnellstellbereich SB und dem Eingriffende E1, ist die
drosselkörperseitige Wälzkurve W grob betrachtet eine Gerade, die sich
tangential an die beim Schnellstellbereich SB vorhandene
Wälzkurve W anschließt. Dadurch nimmt der drosselkörperseitige
Wälzkurvenradius R im Bereich des ersten Eingriffendes E1 in
Richtung des ersten Eingriffendes E1 stark zu. Entsprechend
nimmt der stellmotorseitige Wälzkurvenradius r hin zum ersten
Eingriffende e1 stark ab. Dies bietet den erwünschten Vorteil,
dass im Bereich der ersten Eingriffenden e1, E1, das heißt in
der Schließstellung S1 (Fig. 2), die Drehmomentübersetzung vom
stellmotorseitigen Rad 12a auf das drosselkörperseitige Rad 12b
stark erhöht ist.
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Beim dargestellten, bevorzugt ausgewählten, besonders
vorteilhaften Ausführungsbeispiel, sind die Räder 12a, 12b, 14a und
14b Zahnräder, die miteinander kämmen. Es ist aber auch denkbar,
dass anstatt Zahnräder stattdessen beispielsweise zahnlose
Reibräder verwendet werden, die Oberflächen mit einem sehr hohen
Reibwert haben, so dass das Drehmoment über Reibkraft zwischen
den miteinander in Eingriff stehenden Rädern übertragen wird.
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Beim dargestellten, bevorzugt ausgewählten, besonders
vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das Übersetzungsgetriebe 10 ein
zweistufiges Getriebe. Es ist aber auch denkbar, dass man das
zweite Räderpaar 14, das von dem Ritzel lila und dem Zwischenrad
14b gebildet wird, weg läßt. In diesem Fall ist es sinnvoll,
dass die Antriebswelle 14c des Stellmotors 20 ohne eine
zwischengeschaltete Übersetzung unmittelbar am
stellmotorseitigen Rad 12a angreift.