DE10310217A1 - Vorrichtung zur Verstellung wenigstens einer Klappe - Google Patents
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Abstract
Eine Vorrichtung zur Verstellung wenigstens einer Klappe, welche zwischen zwei Endstellungen verstellbar ist, weist eine Antriebseinrichtung, welche auf wengistens ein verzahntes Verstellelement wirkt, und ein Zahnradelement auf, welches mit dem verzahnten Verstellelement ein Getriebe bildet und durch dasselbe zwischen zwei den Endstellungen der Klappe eintsprechenden Positionen verstellbar ist. Das Zahnradelement ist mit einer Achse, auf der die wenigstens eine Klappe angeordnung ist, verbunden. Das Zahnradelement ist derart ausgebildet, dass sich in wenigstens einer der beiden Endstellungen eine Klemmung mit dem verzahnten Verstellelement ergibt.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstellung wenigstens einer Klappe, welche zwischen zwei Endstellungen verstellbar ist, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Schaltsaugrohr für eine Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 10 näher definierten Art.
- Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der
DE 198 34 835 A1 bekannt. Die Klappen sind drehbar gelagert und werden über Zahnräder und mit den Zahnrädern in Eingriff stehende Zahnstangen oder Schneckenwellen von einem Antrieb angetrieben. Dadurch kann auf in der Praxis verwendete Unterdruckdosen verzichtet werden, wodurch eine Abhängigkeit von Einrichtungen zur Erzeugung eines solchen Unterdrucks vermieden wird. - Problematisch bei dieser Vorrichtung ist allerdings, dass sich das Zahnrad in seinen Endstellungen aufgrund der Schwingungen der Brennkraftmaschine löst. Durch dieses Lösen des Zahnrades von der Schneckenwelle bzw. der Zahnstange können die Klappen während des Betriebs durch die auf sie einwirkenden Gaskräfte ungewollt geschlossen oder geöffnet werden, was zu Fehlfunktionen führt. Dies kann in der Praxis auch bei der Ausführungsform mit der Schneckenwelle vorkommen, da die hierbei vorhandene Selbsthemmung zwischen der Schneckenwelle und dem Zahnrad von den starken Vibrationen der Brennkraftmaschine überwunden wird.
- In der
DE 196 34 913 A1 und derDE 198 20 245 A1 sind Schaltsaugrohre für Brennkraftmaschinen beschrieben, bei denen ein Rohr kontinuierlich gegenüber einem anderen Rohr verschoben wird, wodurch auf die oben beschriebenen Klappen verzichtet werden kann. Allerdings muss dieses Schaltsaugrohr konstruktionsbedingt rund ausgeführt sein, so dass ein sehr großer Bauraum beansprucht wird. - Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verstellung einer Klappe zu schaffen, bei der in wenigstens einer Endstellung eine ungewollte Verstellung der Klappe vermieden wird. Die Vorrichtung soll hierbei möglichst einfach und kostengünstig sein und dabei einen geringen Bauraum beanspruchen.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
- Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Zahnradelements derart, dass sich in wenigstens einer der beiden Endstellungen eine Klemmung mit dem verzahnten Verstellelement ergibt, wird das Zahnradelement auch bei starken Vibrationen in seiner Endstellung gehalten, so dass die wenigstens eine Klappe nicht ungewollt verstellt werden kann. Trotz dieser Klemmung können das Zahnradelement und das verzahnte Verstellelement problemlos derart aufeinander abgestimmt werden, dass die Antriebseinrichtung auch weiterhin in der Lage ist, die Klappe ohne zu großen Kraftaufwand zu verstellen. Hierbei muss die Antriebseinrichtung vorteilhafterweise keine Haltefunktion übernehmen und kann, wenn sie nicht zum Antrieb benutzt wird, abgeschaltet werden.
- Eine einfach in die Praxis umsetzbare Ausführungsform der Erfindung kann sich ergeben, wenn eine Achse, um die das Zahnradelement rotiert, beabstandet von dem Zentrum des Zahnradelements ist.
- Eine Lösung, die insbesondere für Großserien in Frage kommt und speziell für Zahnradelemente aus Kunststoffspritzguss geeignet ist, ergibt sich, wenn in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung das Zahnradelement an wenigstens einem Endbereich einen größeren Durchmesser aufweist als in dem mittleren Bereich zwischen den beiden Endbereichen.
- Die erfindungsgemäße Klemmung zwischen dem Zahnradelement und dem verzahnten Verstellelement kann sich auch dadurch ergeben, dass das Zahnradelement an wenigstens einem seiner Endbereiche eine andere Zahnform aufweist als in dem mittleren Bereich zwischen den beiden Endbereichen.
- Sämtlichen Ausführungsformen ist gemein, dass sie sehr einfach und kostengünstig eingesetzt werden können und insbesondere ohne zusätzliche Bauteile auskommen. Ein weiterer Vorteil ist der geringe Bauraumbedarf, der den Bauraumbedarf bei Lösungen ohne die erfindungsgemäße Klemmung in wenigstens einer der beiden Endstellungen nicht überschreitet. Alle drei oben genannten Ausführungsformen können bei Bedarf beliebig miteinander kombiniert werden, falls dies erforderlich oder sinnvoll ist.
- Ein Schaltsaugrohr für eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verstellung wenigstens einer Klappe ergibt sich aus dem unabhängigen Anspruch 10.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispielen.
- Dabei zeigen:
-
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
2 eine Ansicht der Vorrichtung gemäß dem Pfeil II aus1 ; -
3 eine zweite Ausführungsform der, erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
4 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und -
5 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. - An einem stark schematisiert dargestellten Schaltsaugrohr
1 einer in ihrer Gesamtheit nicht dargestellten Brennkraftmaschine ist eine Vorrichtung2 vorgesehen, welche zur Verstellung mehrerer Klappen3 dient. Die Klappen3 verändern in an sich bekannter und daher im folgenden nicht näher erläuterten Weise die Länge des Schaltsaugrohrs1 bzw. schalten zwischen einem kleineren und einem größeren Volumen des Schaltsaugrohrs1 um und sind hierfür zwischen zwei Stellungen, nämlich einer mit O bezeichneten Offenstellung und einer mit G bezeichneten Geschlossenstellung, verstellbar. - Die Vorrichtung
2 weist eine Antriebseinrichtung4 auf, die im vorliegenden Fall als eine Rotationsbewegung erzeugender Elektromotor4a ausgebildet ist. An der Antriebseinrichtung4 ist ein verzahntes Verstellelement5 angeordnet, welches als Schneckenwelle5a ausgebildet ist und beispielsweise aus Messing bestehen kann. Statt als rotatorischer Elektromotor4a könnte die Antriebseinrichtung4 auch als Linearantrieb ausgeführt sein und das verzahnte Verstellelement4 als Zahnstange. Eine Zahnstange könnte selbstverständlich auch dann eingesetzt werden, wenn zwischen dem rotatorischen Elektromotor4a und einer solchen Zahnstange ein entsprechendes Getriebe angeordnet wäre. Gegebenenfalls könnte die An triebseinrichtung4 auch als pneumatischer oder hydraulischer Motor ausgebildet sein. - Die Schneckenwelle
5a steht mit einem Zahnradelement6 in Eingriff, welches im vorliegenden Fall aus Gründen der Platzersparnis als Zahnradsegment6a ausgeführt ist. Die Schneckenwelle5a und das Zahnradsegment6a bilden ein Schneckengetriebe7 . Das Zahnradsegment6a ist zwischen zwei Endstellungen verstellbar, die den beiden Endstellungen der Klappen3 , also der Offenstellung O und der Geschlossenstellung G, entsprechen bzw. zu diesen Stellungen der Klappen3 führen. Hierzu rotiert die Schneckenwelle5a um ihre eigene Achse gemäß dem Pfeil A und das Zahnradsegment6a führt eine Drehbewegung gemäß dem Pfeil B aus. Das Zahnradsegment6a ist mit den Klappen3 über eine Achse8 starr verbunden, wie in2 deutlich erkennbar ist. Die Achse8 ist in nicht dargestellter Weise gelagert. Die Drehbewegung des Zahnradsegments6a führt zu einer entsprechenden Drehbewegung der Klappen3 um einen Winkel von ca. 90°, um dasselbe von der Offenstellung O in die Geschlossenstellung G oder umgekehrt zu bringen. - Zwar besteht aufgrund der Steigung der Schneckenwelle
5a zwischen derselben und dem Zahnradsegment6a eine Selbsthemmung, so dass sich das Zahnradsegment6a auch im ausgeschalteten Zustand des Elektromotors4a an sich nicht verdreht, während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird diese Selbsthemmung jedoch von Vibrationen, die auf das Schneckengetriebe7 einwirken, aufgehoben, so dass die Gaskräfte innerhalb des Schaltsaugrohrs1 versuchen, die Klappen3 zu schließen. Um dies zu verhindern, ist das Zahnradelement6 derart ausgebildet, dass sich in wenigstens einer der beiden Endstellungen, im vorliegenden Fall in der Offenstellung O, eine Klemmung desselben mit dem verzahnten Verstellelement5 ergibt. - Bei der in
1 dargestellten Ausführungsform wird diese Klemmung dadurch erreicht, dass die Achse8 zwischen dem Zahnradsegment6a und den Klappen3 gegenüber dem mit dem Bezugszeichen9 bezeichneten geometrischen Zentrum des Zahnradsegments6a um einen bestimmten Betrag, der im vorliegenden Fall mit „a" bezeichnet wird, versetzt ist. Dieser Versatz führt in dem Bereich, in dem sich das Zahnradsegment6a in derjenigen Endstellung befindet, die der Geschlossenstellung G der Klappen3 entspricht, dazu, dass zwischen der Schneckenwelle5a und dem Zahnradsegment6a ein verhältnismäßig großes Spiel besteht. Dieses Spiel verringert sich, je weiter das Zahnradsegment6a sich in Richtung seiner anderen Endstellung, nämlich der Offenstellung O der Klappen3 bewegt, bis im Bereich des Endanschlags, der in einer nicht dargestellten Steuereinrichtung für den Elektromotor4a einprogrammiert ist, kein Spiel mehr vorhanden ist, was zu der oben beschriebenen Klemmung führt. Dadurch verbleibt das Zahnradsegment6a auch bei sehr starken Vibrationen der Brennkraftmaschine in seiner Endstellung. Statt um die Achse8 , an der die Klappen3 angebracht sind, könnte das Zahnradsegment6a auch um eine andere, von dem Zentrum9 desselben beabstandete Achse rotieren. - Das beschriebene größere Spiel zwischen der Schneckenwelle
5a und dem Zahnradsegment6a stellt keine Einschränkung der Funktion der Vorrichtung2 dar. Vielmehr wird durch das Maß des Versatzes a das Spiel eingestellt und somit eine leichtgängige Bewegung des Schneckengetriebes7 erreicht. Beim Öffnen der Klappen3 aus der Geschlossenstellung G wird die Klemmung zwischen der Schneckenwelle5a und dem Zahnradsegment6a innerhalb eines sehr kurzen Weges, z.B. innerhalb nur einiger Umdrehungen der Schneckenwelle5a , überwunden, wodurch die Klemmung bzw. Verspannung zwischen der Schneckenwelle5a und dem Zahnradsegment6a nur in dem gewünschten Bereich, nämlich im Bereich der Geschlossenstellung G, besteht. Im eigentlichen Verstellbereich der Klappen3 besteht durch die hier nicht vorhandene Klemmung keinerlei Hemmung oder Bremswirkung. Der Elektromotor4a muss in der Geschlossenstellung G der Klappen3 somit keine Haltefunktion übernehmen und kann abgeschaltet werden wenn er nicht zum Antrieb benutzt wird. - In
2 ist dargestellt, in welcher Form an der Achse8 mehrere Klappen3 angeordnet sein können, wobei es sich im vorliegendem Fall um insgesamt vier Klappen3 handelt. Das Schaltsaugrohr1 ist somit beispielsweise für Brennkraftmaschinen mit vier oder acht Zylindern geeignet. Dabei wird außerdem deutlich, dass alle vier Klappen3 gleichzeitig über eine einzige Vorrichtung2 verstellt werden. Selbstverständlich könnte auch eine andere Anzahl an Klappen3 , beispielsweise lediglich eine Klappe3 , vorgesehen sein. Des weiteren wäre es auch möglich, mehrere Vorrichtungen2 für eine Zylinderbank vorzusehen. -
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung2 , bei welcher die Antriebseinrichtung4 und das verzahnte Verstellelement5 gegenüber1 und2 unverändert sind. Allerdings wurde das Zahnradsegment6a dahingehend verändert, dass der Radius desselben im Bereich derjenigen Endstellung, die der Offenstellung der Klappen3 entspricht, größer ist als im mittleren Bereich des Zahnradsegments6a . Auch hierdurch wird erreicht, dass sich in der der Offenstellung O der Klappen3 entsprechenden Endstellung des Zahnradsegments6a eine Klemmung desselben mit der Schneckenwelle5a ergibt, wodurch Vibrationen der Brennkraftmaschine nicht zu einer ungewollten Bewegung der Klappen3 führen können. - In nicht dargestellter Weise könnte alternativ oder zusätzlich auch die andere Endstellung des Zahnradsegments
6a , die der Geschlossenstellung G der Klappen3 entspricht, mit einem größeren Radius ausgeführt werden, so dass sich gegebenenfalls in beiden Endstellungen eine Klemmung ergeben würde und ein ungewolltes Verstellen der Klappen3 verhindert werden könnte. Die Achse8 ist hierbei in dem wiederum mit 9 bezeichneten Zentrum des Zahnradsegments6a angeordnet. - Bei der Ausführungsform gemäß
4 befindet sich die Achse8 ebenfalls im Zentrum9 des Zahnradsegments6a . Die Antriebseinrichtung4 und das verzahnte Verstellelement5 sind gegenüber den1 und2 wiederum unverändert. Um die gewünschte Klemmung zwischen dem Zahnradsegment6a und der Schneckenwelle5a zu erreichen, weisen die Zähne10 des Zahnradsegments6a in demjenigen Endbereich, der der Offenstellung O der Klappen3 entspricht, einen größeren Modul auf als die restlichen Zähne10 des Zahnsegments6a . Dadurch erhöht sich in diesem Bereich der Anpressdruck und die Reibung, so dass ein ungewolltes Lösen der Klappen3 verhindert wird. - Um die Klemmung zwischen der Schneckenwelle
5a und dem Zahnradsegment6a zu erreichen, werden bei der Ausführungsform der Vorrichtung2 gemäß5 in demjenigen Endbereich des Zahnsegments6a , der der Offenstellung der Klappen3 entspricht, breitere Zähne10 bzw. geringere Zahnlücken eingesetzt. Wie bereits bei den Ausführungen gemäß der3 und4 könnten auch hier die Zähne10 in dem Endbereich, der der Geschlossenstellung der Klappen3 entspricht, ebenfalls breiter ausgeführt sein, sodass gegebenenfalls in beiden Endstellungen O und G der Klappen3 eine Klemmung erreicht werden kann. - Bei den Ausführungsformen der Vorrichtung
2 gemäß der4 und5 ist also gleich, dass die Zähne10 des Zahnradelements6 an wenigstens einem der Endbereiche des Zahnradelements6 eine andere Form aufweisen als in dem mittleren Bereich zwischen den beiden Endbereichen. Insbesondere für die Ausführungsformen der Vorrichtung2 gemäß der3 ,4 und5 sind Zahnradelemente6 aus Kunststoff, die durch Spritzgießen oder dergleichen hergestellt werden können, besonders geeignet. - Sämtliche in den
1 bis5 dargestellten Ausführungsformen der Vorrichtung2 und speziell des jeweils eingesetz ten Zahnsegments6a können auch miteinander kombiniert werden, falls dies erforderlich bzw. sinnvoll erscheint.
Claims (10)
- Vorrichtung zur Verstellung wenigstens einer Klappe, welche zwischen zwei Endstellungen verstellbar ist, mit einer Antriebseinrichtung, welche auf wenigstens ein verzahntes Verstellelement wirkt, und mit einem Zahnradelement, welches mit dem verzahnten Verstellelement ein Getriebe bildet und durch dasselbe zwischen zwei den Endstellungen der Klappe entsprechenden Positionen verstellbar ist, wobei das Zahnradelement mit einer Achse, auf der die wenigstens eine Klappe angeordnet ist, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnradelement (
6 ) derart ausgebildet ist, dass sich in wenigstens einer der beiden Endstellungen eine Klemmung mit dem verzahnten Verstellelement (5 ) ergibt. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Achse (
8 ), um die das Zahnradelement (6 ) rotiert, beabstandet von dem Zentrum (9 ) des Zahnradelements (6 ) ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnradelement (
6 ) an wenigstens einem Endbereich einen größeren Durchmesser aufweist als in dem mittleren Bereich zwischen den beiden Endbereichen. - Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (
10 ) des Zahnradelements (6 ) an wenigstens einem der Endbereiche des Zahnradelements (6 ) eine andere Form aufweisen als in dem mittleren Bereich zwischen den beiden Endbereichen. - Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (
10 ) des Zahnradelements (6 ) an wenigstens einem der Endbereiche des Zahnradelements (6 ) ein anderes Modul aufweisen als in dem mittleren Bereich zwischen den beiden Endbereichen. - Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (
10 ) des Zahnradelements (6 ) an wenigstens einem der Endbereiche des Zahnradelements (6 ) breiter ausgebildet sind als in dem mittleren Bereich zwischen den beiden Endbereichen. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das verzahnte Verstellelement (
5 ) als Schneckenwelle (5a ) ausgebildet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnradelement (
6 ) als Zahnradsegment (6a ) ausgebildet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (
4 ) als Elektromotor (4a ) ausgebildet ist. - Schaltsaugrohr für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Klappe zur Umschaltung zwischen einem kleineren und einem größeren Volumen des Rohrs, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (
2 ) zur Verstellung der wenigstens einen Klappe (3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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