DE10310218A1 - 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 ein Getriebe auf, welches eine Schneckenwelle und ein mit der Schneckenwelle in Eingriff stehendes Zahnradelement aufweist. Die Schneckenwelle ist in radialer Richtung derselben unbeweglich und in axialer Richtung derselben verschieblich gelagert. Es ist wenigstens ein axialer Anschlag für die verschiebliche Bewegung der Schneckenwelle und eine Verriegelungseinrichtung vorgesehen, die wenigstens ein Verriegelungselement, welches in wenigstens einer Endstellung der Klappe mit dem Zahnradelement in Eigriff geht, und wenigstens ein Entriegelungselement aufweist, welches durch die axiale Bewegung der Schneckenwelle betätigt wird und das Verriegelungselement entrastet.

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 9 näher definierten Art.
  • Aus der DE 198 34 835 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt. Diese Vorrichtung weist ein Getriebe auf, mit welchem die Klappen eines Schaltsaugrohres zwischen zwei Positionen verstellt werden können. Das Getriebe weist hierfür Zahnräder und eine mit den Zahnrädern in Eingriff stehende Zahnstange bzw. Schneckenwelle auf und ermöglicht dadurch den Verzicht auf Unterdruckdosen, so dass das Schaltsaugrohr unabhängiger arbeiten kann.
  • Bei der bekannten Vorrichtung ist jedoch nachteilig, dass sich das Zahnrad zumindest in einer seiner Endstellungen durch von der Brennkraftmaschine hervorgerufene Vibrationen lösen kann, was zu einer ungewollten Verstellung der Klappe und somit zu Fehlfunktionen führt, die den Betrieb der Brennkraftmaschine beeinträchtigen können. Dieses Phänomen wurde nicht nur bei der Ausführungsform des Getriebes mit der Zahnstange beobachtet, sondern auch bei derjenigen mit der Schneckenwelle, was darauf schließen lässt, dass die Vibrationen der Brennkraftmaschine in der Lage sind, die Selbsthem mung zwischen der Schneckenwelle und dem Zahnrad zu überwinden.
  • Eine weitere Vorrichtung zur Verstellung einer Klappe zeigt auch die DE 43 09 904 A1 , bei der die Klappen über einen Klappensteller, der einen Betätigungshebel aufweist, von einem Elektromotor angetrieben werden. Der Betätigungshebel ist durch ein bistabile Kippfeder in einer seiner Endstellungen belastet. Es handelt sich dabei jedoch um eine relativ aufwändige Konstruktion, welche außerdem einen großen Bauraum beansprucht und damit für verschiedene Anwendungsfälle nicht geeignet ist.
  • Schaltsaugrohre für Brennkraftmaschinen sind beispielsweise aus der DE 196 34 913 A1 oder der DE 198 20 245 A1 bekannt. Hierbei kann ein Rohr kontinuierlich gegenüber einem anderen Rohr verschoben werden, wodurch es möglich ist, auf die Klappen zu verzichten. Problematisch ist hierbei jedoch der große Bauraum, den eine solche Konstruktion beansprucht.
    •
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verstellung wenigstens einer Klappe zu schaffen, bei der in wenigstens einer Endstellung eine ungewollte Verstellung der Klappe vermieden wird. Die Vorrichtung soll möglichst wirkungsvoll sein und dabei eine einfache Konstruktion aufweisen und einen geringen Bauraum beanspruchen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung weist ein Verriegelungselement auf, welches im Bereich wenigstens einer Endstellung der Klappe das Zahnradelement mit der Schneckenwelle und somit das Getriebe formschlüssig verriegelt. Dadurch wird in dieser Endstellung jegliche Bewegung zwischen dem Zahnradelement und der Schneckenwelle unterbunden. Auf diese Weise braucht die Antriebseinrichtung keine Haltefunk tion übernehmen und kann, wenn sie nicht zum Antrieb der Klappe benutzt wird, abgeschaltet werden.
  • Durch das erfindungsgemäße Entriegelungselement, welches durch die axiale Verschieblichkeit der Schneckenwelle entriegelt wird, wird eine Möglichkeit geschaffen, durch den Antrieb der Schneckenwelle die Verriegelungseinrichtung dann selbsttätig zu lösen, wenn das Zahnradelement angetrieben werden soll.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist somit eine sehr einfache Konstruktion auf, kommt mit einer geringen Anzahl zusätzlicher Bauteile aus und beansprucht nur einen sehr geringen Bauraum.
  • Wenn in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Verriegelungseinrichtung für beide Endstellungen der Klappe jeweils ein Verriegelungselement und ein Entriegelungselement aufweist, so lässt sich die Vorrichtung auch für Klappen verwenden, die eine Sperrung in beiden Endstellungen erfordern bzw. für die eine solche Sperrung vorteilhaft ist.
  • Eine einfache konstruktive Ausführung zur Betätigung des Entriegelungselements kann sich dadurch ergeben, dass die Schneckenwelle an wenigstens einem ihrer Endbereiche konisch ausgebildet ist, wobei die Konizität der Schneckenwelle das wenigstens eine Entriegelungselement betätigt.
  • Ein Schaltsaugrohr für eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 9 zu entnehmen.
    •
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.
  • Dabei zeigen:
  • 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 3 eine Ansicht der Vorrichtung gemäß dem Pfeil III aus 2; und
  • 4 eine Ansicht der Vorrichtung gemäß dem Pfeil IV aus 3.
  • Die Prinzipdarstellung gemäß 1 zeigt eine Vorrichtung 1, mit welcher eine oder mehrere Klappen 2 eines lediglich angedeuteten Schaltsaugrohres 3 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine verstellt werden können. Die Vorrichtung 1 weist eine Antriebseinrichtung 4, eine von der Antriebseinrichtung 4 angetriebene Schneckenwelle 5 und ein mit der Schneckenwelle 5 in Eingriff stehendes Zahnradelement 6 auf.
  • Das Zahnradelement 6 ist über eine in 4 deutlicher erkennbare Achse 7 mit der wenigstens einen Klappe 2 verbunden. Die Antriebseinrichtung 4 ist als Elektromotor 4a ausgebildet, der eine Rotationsbewegung für die Schneckenwelle 5 erzeugt. Selbstverständlich könnte diese Rotationsbewegung jedoch auch von einer pneumatischen, hydraulischen oder andersartigen Antriebseinrichtung 4 erzeugt werden. Die Schneckenwelle 5 versetzt durch ihre Rotation das als Zahnradsegment 6a ausgebildete Zahnradelement 6 ebenfalls in eine durch den Pfeil A angedeutete Rotationsbewegung. Dabei bilden die Schneckenwelle 5 und das Zahnradsegment 6a ein Schneckengetriebe 8.
  • Die Rotation des Zahnradsegments 6a führt über die Achse 7 zu einer entsprechenden Verdrehung der Klappe 2, welche zwischen zwei Endstellungen, nämlich der mit einer durchgezogenen Li nie dargestellten und mit G bezeichneten Geschlossenstellung und einer gestrichelt dargestellten und mit O bezeichneten Offenstellung, verstellbar ist. Die Klappe 2 befindet sich in der dargestellten Ausgangssituation also in der Geschlossenstellung G.
  • Um das Schneckengetriebe 8 und somit die Klappe 2 in beiden Endstellungen O und G zu verriegeln bzw. festzuhalten, dient eine Verriegelungseinrichtung 9, welche in 1 aus Gründen der besseren Darstellbarkeit um 90° versetzt gezeichnet ist. Die Verriegelungseinrichtung 9 weist für jede der Endstellungen G und O ein Verriegelungselement 10a bzw. 10b und ein Entriegelungselement 11a bzw. 11b auf. Die beiden Verriegelungselemente 10a und 10b sind dafür vorgesehen, in eine Ausnehmung 12 in dem Zahnradsegment 6a einzugreifen, was jedoch in der Darstellung gemäß 1 aufgrund der versetzten Darstellung der Verriegelungseinrichtung 9 nicht erkennbar ist. Dies geht erst aus der Darstellung gemäß den 2, 3 und 4 hervor.
  • Selbstverständlich kann auch lediglich ein Verriegelungselement 10a oder 10b und ein Entriegelungselement 11a oder 11b vorgesehen sein, um die Klappe 2 nur in einer der Endstellungen G oder O zu verriegeln. Dies kann beispielsweise sinnvoll sein, wenn durch eine Strömung in dem Schaltsaugrohr 3 die Klappe 2 in eine der beiden Endstellungen G oder O gedrängt wird und ein externes Halten in dieser Stellung somit nicht erforderlich ist.
  • Die Schneckenwelle 5 weist an beiden Endbereichen jeweils eine Konizität 13a und 13b auf, welche, wie nachfolgend beschrieben, dazu dient, das Entriegelungselement 11a bzw. 11b zu betätigen und somit die Verriegelungseinrichtung 9 zu lösen. Die Schneckenwelle 5 ist auf einer von dem Elektromotor 4a angetriebenen Welle 14 in radialer Richtung unbeweglich und in axialer Richtung verschieblich gelagert. Hierzu ist die Welle 14 im Querschnitt quadratisch ausgeführt, d.h. es handelt sich um eine Vierkantwelle 14. Die in radialer Richtung starre und in axialer Richtung verschiebliche Ankopplung der Schneckenwelle 5 an die Welle 14 könnte beispielsweise auch über ein Polygonprofil, eine Passfeder oder dergleichen gelöst werden. Angetrieben von dem Elektromotor 4a rotiert die Schneckenwelle 5 gemeinsam mit der Welle 14 gemäß dem Pfeil B und bewegt sich aufgrund des Eingriffs mit dem durch das Verriegelungselement 10a festgesetzten Zahnradsegment 6a entlang der Welle 14 gemäß dem Pfeil C. Mit anderen Worten: Die Schneckenwelle 5 schraubt sich an dem verriegelten Zahnradsegment 6a nach oben.
  • Bei dieser axialen Bewegung entlang der Welle 14 drückt die Konizität 13a das Entriegelungselement 11a nach außen, so dass das Verriegelungselement 10a aus der Ausnehmung 12 gezogen und damit entrastet bzw. gelöst wird. Dadurch ist das Zahnradsegment 6a frei beweglich und kann von der Schneckenwelle 5 in seine Drehbewegung versetzt werden. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Schneckenwelle 5 bei ihrer Aufwärtsbewegung einen Anschlag 15a erreicht, welcher die axiale Bewegung der Schneckenwelle 5 entlang der Welle 14 in eine reine Rotationsbewegung umwandelt, wodurch die Schneckenwelle 5 das Zahnradsegment 6a antreibt.
  • Erreicht das Zahnradsegment 6a, angetrieben von der Schneckenwelle 5, seine andere Endstellung, die der Offenstellung O der Klappen 3 entspricht, so greift das Verriegelungselement 10b in die Ausnehmung 12 ein. Dies führt zur Verriegelung des Zahnradsegments 6a in der anderen Endstellung.
  • Sollen die Klappen 3 wieder in die Geschlossenstellung G gebracht werden, so muss der Elektromotor 4a die Drehrichtung wechseln, wodurch sich die Schneckenwelle 5 an dem durch das Verriegelungselement 10b verriegelten Zahnsegment 6a nach unten schraubt, bis sie mit der Konizität 13b das Entriegelungselement 11b betätigt und das Verriegelungselement 10b löst. Dies geschieht in identischer Weise wie oben für das Entriegelungselement 11a und das Verriegelungselement 10a beschrieben. Nach Erreichen eines im unteren Bereich ebenfalls vorgesehenen Anschlages 15b führt die Schneckenwelle 5 eine reine Rotationsbewegung aus und treibt wiederum das Zahnradsegment 6a so lange an, bis das Verriegelungselement 10a in die Ausnehmung 12 eingreift und die Geschlossenstellung G erreicht ist.
  • Statt in beiden Stellungen, also der Geschlossenstellung G und der Offenstellung O, könnte die Verriegelungseinrichtung 9 auch so ausgebildet sein, dass sie das Zahnradsegment 9a lediglich in einer dieser Stellungen verriegelt. In einem solchen Fall wäre lediglich eines der Verriegelungselemente 10a bzw. 10b und eines der Entriegelungselement 11a bzw. 11b erforderlich.
  • Die 2, 3 und 4 zeigen, im Gegensatz zu der prinzipiellen Darstellung gemäß 1, verschiedene Ansichten einer konkreten Ausführung der Verriegelungseinrichtung 9, die allerdings nach dem oben beschriebenen Prinzip arbeitet. Diese ist als einteiliges, gebogenes Blechbauteil ausgeführt, welches im Bereich beider Konizitäten 13a und 13b jeweils eines der Entriegelungselement 11a und 11b aufweist. Die Verriegelungselemente 10a und 10b sind so angeordnet, dass sie in die Ausnehmung 12 des Zahnradsegments 6a eingreifen können. Die Verriegelungseinrichtung 9 ist außerdem im vorliegenden Fall über zwei Federelemente 16 federnd gelagert und an einem beispielsweise zu dem Schaltsaugrohr 3 gehörenden Gehäuseboden 17 abgestützt. Durch die federnde Lagerung der Verriegelungseinrichtung 9 wird es möglich, mittels der Konizitäten 13a bzw. 13b die Entriegelungselemente 11a bzw. 11b zu betätigen und die zugehörigen Verriegelungselemente 10a und 10b zu lösen. Allerdings könnte auch das Blechbauteil selbst federnd ausgeführt sein.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur Verstellung wenigstens einer Klappe, welche zwischen zwei Endstellungen verstellbar ist, mit einem Getriebe, welches eine Schneckenwelle und ein mit der Schneckenwelle in Eingriff stehendes Zahnradelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenwelle (5) in radialer Richtung derselben unbeweglich und in axialer Richtung derselben verschieblich gelagert ist, wobei wenigstens ein axialer Anschlag (15a,15b) für die verschiebliche Bewegung der Schneckenwelle (5) vorgesehen ist, und dass eine Verriegelungseinrichtung (9) vorgesehen ist, die wenigstens ein Verriegelungselement (10a,10b), welches in wenigstens einer Endstellung der Klappe (3) mit dem Zahnradelement (6) in Eingriff geht, und wenigstens ein Entriegelungselement (11a,11b) aufweist, welches durch die axiale Bewegung der Schneckenwelle (5) betätigt wird und das Verriegelungselement (10a,10b) entrastet.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung (9) für beide Endstellungen der Klappe (3) jeweils ein Verriegelungselement (10a,10b) und ein Entriegelungselement (11a,11b) aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenwelle (5) an wenigstens einem ihrer Endbereiche konisch ausgebildet ist, wobei die Konizität (13a,13b) der Schneckenwelle (5) das wenigstens eine Entriegelungselement (11a,11b) betätigt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verriegelungselement (10a,10b) zur Verriegelung der Klappe (3) in eine Ausnehmung (12) des Zahnradelementes (6) eingreift.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung (9) federnd gelagert ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenwelle (5) auf einer Vierkantwelle (14) gelagert ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenwelle (5) mittels einer Antriebseinrichtung (4) angetrieben ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (4) als Elektromotor (4a) ausgebildet ist.
  9. Schaltsaugrohr für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Klappe zur Umschaltung zwischen einem kleineren und einem größeren Volumen des Rohrs, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (1) zur Verstellung der wenigstens einen Klappe (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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