DE19607285A1 - Umschalteinrichtung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Umschalteinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Leistung einer Brennkraftmaschine ist proportional dem Luftdurchsatz. Da dieser proportional der Luftdichte ist, kann die Leistung einer bezüglich Hubvolumen und Drehzahl vorgegebenen Brennkraftmaschine durch Vorverdichten der Luft vor Eintritt in den Zylinder, d. h. durch Aufladen, erhöht werden. Eine einfache Art der Aufladung besteht in der Ausnutzung der Dynamik der angesaugten Luft. Dies kann beispielsweise mit einer sogenannten Schwingsaugrohr- Aufladung geschehen.

Es gibt Brennkraftmaschinen, die mit einer Schwingsaugrohr- Aufladung ausgestattet sind. Unter Schwingsaugrohr-Aufladung versteht man das Nachladen des Zylinders gegen Ende des Ansaugvorgangs durch Ausnutzung der Gasdynamik im Saugrohr. Das Saugrohr kann hierbei auch als Schwingrohr bezeichnet werden.

Da die physikalische Idealvorstellung eines stufenlos längenveränderbaren Saugrohres von der ökonomischen als auch technischen Machbarkeit nicht zu vertreten ist, werden bekannte Konstruktionen mit zwei Schaltpunkten, d. h. mit zwei Resonanzpunkten, Respektive für zwei Drehzahlzustände der Brennkraftmaschine, ausgeführt. Das Umschalten zwischen den zwei Saugrohrlängen geschieht mit Hilfe eines zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung umschaltbaren Schließkörpers. Der Schließkörper kann auch als Resonanzschaltklappe bezeichnet werden.

Bei bekannten Umschalteinrichtungen wird der Schließkörper mechanisch mit Hilfe eines pneumatisch beaufschlagten Stellantriebs umgeschaltet. Damit bei Bedarf die pneumatische Energie vorhanden ist, wird für die bekannten Umschalteinrichtungen ein Unterdruckspeicherraum benötigt, und zum pneumatischen Verbinden des Stellantriebs mit dem Unterdruckspeicherraum bzw. zum Trennen dieser Verbindung wird eine elektromagnetisch steuerbare Ventileinrichtung verwendet. Der Unterdruckspeicherraum und die Ventileinrichtung sind beispielsweise an der Karosserie befestigt. Zusätzlich benötigt man noch eine Unterdruckleitung vom Unterdruckspeicherraum zum Saugrohr, sowie eine Unterdruckleitung vom Stellantrieb zu der Ventileinrichtung und eine Unterdruckleitung von der Ventileinrichtung zum Unterdruckspeicherraum. Da im Bereich einer Brennkraftmaschine Schwingungen nie ganz zu vermeiden sind, müssen diese Unterdruckleitungen entsprechend elastisch sein. Das Einbauen der genannten Teile und das Verbinden dieser Teile mit den Unterdruckleitungen erfordert einen erheblichen Montageaufwand und führt nach längerer Betriebszeit nicht selten zu Funktionsausfällen. Die DE-A-41 05 938 zeigt eine Umschalteinrichtung mit einem pneumatisch umschaltbaren Schließkörper.

Ist bei der bekannten Umschalteinrichtung die elektromagnetisch arbeitende Ventileinrichtung nicht bestromt, dann drückt eine Rückstellfeder den Schließkörper in eine Ruhestellung, in der der Schließkörper beispielsweise eine Verbindung zwischen zwei Gasräumen verschließt. Ist die Ventileinrichtung bestromt, dann wird der Schließkörper in eine zweite Stellung verstellt. In der zweiten Stellung ist die Verbindung beispielsweise offen. Um den Schließkörper in der zweiten Stellung zu halten, muß die Ventileinrichtung ständig bestromt werden. Dies bedeutet einen erheblichen Energieaufwand und eine Erwärmung der Ventileinrichtung. Die Ventileinrichtung muß unter Berücksichtigung dieser Erwärmung dauerfest ausgelegt sein.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Umschalteinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Umschalteinrichtung technisch einfach herstellbar ist, funktionssicher arbeitet und daß die Montage der Umschalteinrichtung an die Brennkraftmaschine einen minimalen Aufwand erfordert. Ferner ist der Aufwand zum Herstellen der Umschalteinrichtung gering, und die Umschalteinrichtung besitzt eine kleine Bauform und geringes Gewicht.

Die Umschalteinrichtung ist vorteilhafterweise immer betriebsbereit, unabhängig von einem Vorhandensein eines Unterdrucks. Die Umschalteinrichtung kann vorteilhafterweise auch bei Brennkraftmaschinen verwendet werden, bei denen kein bzw. ein nur geringer Unterdruck vorhanden ist. Dadurch kann die Umschalteinrichtung auch bei Brennkraftmaschinen verwendet werden, bei denen die den Brennräumen zugeführte Luft ungedrosselt in die Brennräume einströmen kann.

Durch die in abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Umschalteinrichtung nach dem Anspruch 1 möglich.

Durch das Getriebe zwischen dem Elektromotor und dem Schließkörper kann vorteilhafterweise auch ein besonders kleinbauender Elektromotor mit relativ kleinem Drehmoment verwendet werden.

Ist das Getriebe selbsthemmend, so bietet dies den Vorteil, daß der Schließkörper in der jeweiligen Schaltstellung gehalten wird, ohne daß dazu beispielsweise eine Feder erforderlich ist. Das selbsthemmende Getriebe stellt auf vorteilhafte Weise sicher, daß der Schließkörper ohne Bestromung des Elektromotors in der jeweiligen Endstellung bleibt.

Ist das Getriebe einstufig, wobei das dem Elektromotor zugeordnete Getrieberad eine Schnecke und das dem Schließkörper zugeordnete Getrieberad ein mit der Schnecke kämmendes Schneckenrad ist, so bietet dies den Vorteil, daß mit einem kleinbauenden Getriebe eine hohe Übersetzung erzielbar ist. Dadurch kann auch bei Verwendung eines kleinbauenden, einstufigen Getriebes ein sehr kleinbauender, drehmomentschwacher Elektromotor verwendet werden.

Ist die Drehrichtung des Drehmoments des Elektromotors umkehrbar, so bietet dies den Vorteil, daß beispielsweise ohne eine Rückstellfeder der Stellantrieb den Schließkörper in beide Richtungen umschalten kann. Die drehrichtungsumkehrbare Wirkrichtung des Elektromotors ermöglicht auf vorteilhafte Weise in beiden Drehrichtungen das Umschalten des Schließkörpers zwischen der Schließstellung und der Offenstellung.

Ist der Elektromotor ein Gleichstrommotor, so ist insbesondere die Drehrichtungsumkehr des Drehmoments vorteilhafterweise besonders einfach.

Durch Reduktion des Drehmoments während des Umschaltens des Schließkörpers wird die Härte des Anschlagens an den Endanschlag bzw. an den Endanschlägen reduziert. Dies verlängert die Betriebslebensdauer der Umschalteinrichtung vorteilhafterweise ohne großen Aufwand wesentlich.

Die Reduktion der dem Elektromotor zugeführten Energie, beispielsweise durch entsprechende Steuerung der dem Elektromotor zugeführten Stromstärke, während des Umschaltvorgangs, sorgt für ein schonendes Anschlagen des Schließkörpers an die Endanschläge. Da die Energiezufuhr zu Beginn des Umschaltens erhöht ist, ergibt sich ein hohes Losreiß-Drehmoment auf den Schließkörper und eine große Beschleunigung des Schließkörpers, wodurch vorteilhafterweise die Verstellbewegung sicher eingeleitet wird und eine kurze Verstellzeit erreichbar ist. Dadurch ist vorteilhafterweise sichergestellt, daß der Schließkörper die vorgesehene Umschaltbewegung ausführt. Es ergibt sich insbesondere der Vorteil, daß kein die Verstellbewegung des Schließkörpers überwachendes Element, insbesondere kein aufwendiger Sensor, erforderlich ist.

Wird die Energiezufuhr zeitabhängig gesteuert, so kann dies vorteilhafterweise ohne großen Aufwand geschehen.

Die Art der vorgeschlagenen Ansteuerung des Elektromotors sichert auf vorteilhafte Weise das Ausführen des Umschaltvorgangs. Dadurch ist der Umschaltvorgang gewährleistet, und es ist insbesondere kein Sensor, der den Umschaltvorgang überwacht, erforderlich.

Der elastische Bereich zwischen dem Elektromotor und dem Schließkörper reduziert die beim Auftreffen des Schließkörpers auf den jeweiligen Endanschlag entstehenden Kräfte wesentlich, was die Betriebslebensdauer der Umschalteinrichtung vorteilhafterweise zusätzlich wesentlich verlängert.

Zeichnung

Ausgewählte, besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 bis 3 und 6 verschiedene Ansichten besonders ausgewählter, unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und die Fig. 4 und 5 Zeitfunktionen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Brennkraftmaschine ist beispielsweise ein Ottomotor mit Fremdzündung und mit einem Saugrohr. Mit der, einen Schließkörper umfassenden Umschalteinrichtung wird die Länge des Saugrohres zwischen zwei Längen umgeschaltet. Ist eine Verbindung innerhalb des Saugrohrs durch den Schließkörper verschlossen, so wird dadurch die wirksame Schwingsaugrohr- Länge beispielsweise verlängert. Durch die längere Luftsäule profitiert die Zylinderfüllung und damit das Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen. Bei Drehzahlen über beispielsweise 3000 Umdrehungen je Minute werden die Rohrverzweigungen des Schwingsaugrohrs über den nun in Offenstellung stehenden Schließkörper miteinander verbunden. Jetzt ist nur die Schwingung im kurzen Schwingsaugrohr dynamisch wirksam, was die Leistung im oberen Drehzahlbereich verbessert.

Das Gasgehäuse ist, wie bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen angenommen wird, ein Saugrohr, und dementsprechend sind die zwei Gasräume Teile des Saugrohres. Das Gasgehäuse wird von einem Fluid durchströmt, wobei es sich bei dem Fluid um Luft handelt.

Die Fig. 1 zeigt ein beispielhaft ausgewähltes Ausführungsbeispiel mit einem Gasgehäuse 2. Das Gasgehäuse 2 ist ein Saugrohr und führt über zwei unterschiedlich lange Kanäle von einem, der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellten Luftfilter zu einem Brennraum bzw. zu mehreren Brennräumen einer ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine. In der Fig. 1 ist der Bereich des Gasgehäuses 2 gezeigt, in dem die beiden unterschiedlich langen Kanäle zusammengeführt werden.

In dem Gasgehäuse 2 ist eine Schaltwelle 4 schwenkbar gelagert. Die Schaltwelle 4 trägt drehfest einen plattenförmigen Schließkörper 6. Die Schaltwelle 4 und der Schließkörper 6 sind gemeinsam schwenkbar.

Der Schließkörper 6 ist innerhalb des Gasgehäuses 2 in eine Schließstellung und in eine Offenstellung umschaltbar. Der Schließkörper 6 verharrt zu keiner Zeit in einer Zwischenstellung zwischen der Schließstellung und der Offenstellung. Derartige Zwischenstellungen sind nicht vorgesehen. Der Schließkörper 6 ist in der Fig. 1 in seiner Schließstellung mit durchgehenden Linien gezeichnet. Die Offenstellung des Schließkörpers 6 ist in der Fig. 1 mit unterbrochenen Linien dargestellt. Das Umschalten des Schließkörpers 6 von der Schließstellung in die Offenstellung, und umgekehrt, soll möglichst schnell, beispielsweise innerhalb von höchstens 0,3 Sekunden, geschehen.

Die Schließstellung wird durch einen Endanschlag 8a bestimmt. Ein Endanschlag 8b bestimmt die Offenstellung. Die Schließstellung wird beispielsweise dadurch bestimmt, daß der Schließkörper 6 oder die Schaltwelle 4 an dem Endanschlag 8a zur Anlage kommt. Entsprechend kommt beispielsweise der Schließkörper 6 oder die Schaltwelle 4 in der Offenstellung an dem Endanschlag 8b zur Anlage. Die Endanschläge 8a und 8b werden beispielsweise durch an das Gasgehäuse 2 angeformte etwas vorstehende Flächen gebildet.

In der Schließstellung trennt der Schließkörper 6 innerhalb des Gasgehäuses 2 einen ersten Gasraum 11 von einem zweiten Gasraum 12. Wenn sich der Schließkörper 6 in seiner Offenstellung befindet, dann gibt es eine Verbindung 14 zwischen den beiden Gasräumen 11 und 12. Die Verbindung 14 ist in der Fig. 1 mit einem mit punktierten Linien wiedergegebenen Doppelpfeil symbolhaft angedeutet.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Gasgehäuse 2 entlang einer in der Fig. 1 mit II-II markierten Schnittebene. In der Fig. 2 ist der Schließkörper 6 in der Offenstellung gezeichnet.

In der Fig. 2 ist die in der Fig. 1 dargestellte Schnittebene symbolhaft eingezeichnet und mit I-I markiert.

In allen Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Sofern nichts Gegenteiliges erwähnt bzw. in der Zeichnung dargestellt ist, gilt das anhand eines der Figuren Erwähnte und Dargestellte auch bei den anderen Ausführungsbeispielen. Sofern sich aus den Erläuterungen nichts anderes ergibt, sind die Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombinierbar.

Wie die Fig. 2 zeigt, ist die Schaltwelle 4 im Gasgehäuse 2 in einem ersten Lager 16a und in einem zweiten Lager 16b zweiseitig gelagert. Die Lager 16a, 16b sind beispielsweise Gleitlager oder Wälzlager. Die Schaltwelle 4 kann auch direkt in im Gasgehäuse 2 vorgesehenen Bohrungen gelagert sein. Die Schaltwelle 4 hat einen in der Fig. 2 nach links weisenden Bereich und einen nach rechts weisenden Bereich. Der nach links weisende Bereich der Schaltwelle 4 wird nachfolgend als linker Bereich 18 bezeichnet, und der nach rechts weisende Bereich der Schaltwelle 4 wird nachfolgend als rechter Bereich 20 bezeichnet.

Der rechte Bereich 20 der Schaltwelle 4 befindet sich im Gasgehäuse 2. Der linke Bereich 18 ragt durch das erste Lager 16a seitlich aus dem Gasgehäuse 2 heraus.

Am linken Ende des linken Bereichs 18 der Schaltwelle 4 ist ein Schneckenrad 22 drehfest mit der Schaltwelle 4 verbunden. Das Schneckenrad 22 hat eine mittige Bohrung und ist mit dieser Bohrung direkt auf den linken Bereich 18 der Schaltwelle 4 aufgeschoben und beispielsweise mit Hilfe eines der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellten Mitnehmers in beide Drehrichtungen drehfest mit der Schaltwelle 4 verbunden. Der nicht gezeigte Mitnehmer ist beispielsweise ein in die Schaltwelle 4 eingepaßter Stift, welcher in eine entsprechende Aussparung des Schneckenrades 22 eingepreßt ist.

Außen am Gasgehäuse 2 ist ein Elektromotor 24 befestigt. Der Elektromotor 24 dient als Stellantrieb zum Umschalten des Schließkörpers 6. Der Elektromotor 24 hat eine Antriebswelle 24a (Fig. 3), an dem eine Schnecke 26 drehfest befestigt ist. Die Schnecke 26 steht in Wirkeingriff mit dem Schneckenrad 22. Das Schneckenrad 22 und die Schnecke 26 bilden ein einstufiges Getriebe. Dieses Getriebe wird nachfolgend als Schneckengetriebe 30 bezeichnet.

Die Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht von dem Elektromotor 24, der Schnecke 26, dem Schneckenrad 22 und eine stirnseitige Ansicht auf den linken Bereich 18 der Schaltwelle 4.

Die für die Fig. 3 gewählte Blickrichtung ist in der Fig. 2 mit einem mit III markierten Pfeil angegeben. Das Gasgehäuse 2 ist in der Fig. 3 der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt.

Das bevorzugt ausgewählte Schneckengetriebe 30 ist selbsthemmend. Mit dem Schneckengetriebe 30 kann eine Drehbewegung vom Elektromotor 24 über die Schnecke 26 über das Schneckenrad 22 über die Schaltwelle 4 auf den Schließkörper 6 übertragen werden. In umgekehrter Richtung, d. h. vom Schließkörper 6 in Richtung zum Elektromotor 24, ist das Schneckengetriebe 30 selbsthemmend. Dadurch bleibt der Schließkörper 6 in der vom Elektromotor 24 eingestellten Schaltstellung, unbeeinflußt von sonstigen, auf den Schließkörper 6 wirkenden Kräften. Diese Kräfte können beispielsweise von Strömungskräften des durch das Gasgehäuse 2 strömenden Fluids herrühren. Wegen der Selbsthemmung des Schneckengetriebes 30 sind diese Kräfte nicht in der Lage, den Schließkörper 6 zu verstellen. Der Schließkörper 6 bleibt in der vom Elektromotor 24 eingestellten Schaltstellung. Zum Halten des Schließkörpers 6 in der jeweiligen Schaltstellung, d. h. entweder Offenstellung oder Schließstellung, ist eine Bestromung des Elektromotors 24 nicht erforderlich.

Der Elektromotor 24 ist über eine elektrische Leitung 32 mit einer Steuereinrichtung 34 verbunden. Die Steuereinrichtung 34 dient zur Steuerung des Elektromotors 24 und zur Versorgung des Elektromotors 24 mit elektrischer Energie.

Der Elektromotor 24 ist vorzugsweise ein Gleichstrommotor. Das Umschalten des Schließkörpers 6 von einer Endstellung zur anderen, d. h. von der Offenstellung in die Schließstellung und umgekehrt, erfolgt durch Bestromung des Elektromotors 24 mit einem Gleichstrom, wobei die Richtung des Gleichstroms mittels einer H-Brücke gesteuert werden kann. Dieses Steuern erfolgt von der Steuereinrichtung 34 aus.

Sobald der Elektromotor 24 von der Steuereinrichtung 34 den Befehl erhält, den Schließkörper 6 von einer Endstellung in die jeweils andere Endstellung umzuschalten, beginnt der Elektromotor 24 die Verstellung des Schließkörpers 6 mit einem relativ hohen Drehmoment. Dieses Drehmoment zu Beginn des Umschaltens des Schließkörpers 6 wird nachfolgend als erstes Drehmoment M1 bezeichnet. Bevor der Schließkörper 6 die jeweils andere Endstellung erreicht, reduziert der Elektromotor 24 sein Drehmoment. Das unmittelbar vor Erreichen der anderen Endstellung vom Elektromotor 24 aufgebrachte Drehmoment wird nachfolgend als zweites Drehmoment M2 bezeichnet.

Die Fig. 4 zeigt als Funktionsdiagramm das vom Elektromotor 24 aufgebrachte Drehmoment M über der Zeit t.

Zum Zeitpunkt T1 erhält der Elektromotor 24 den Befehl zum Umschalten des Schließkörpers 6. Der Elektromotor 24 beginnt die Verstellung des Schließkörpers 6 mit dem Drehmoment M1. Nach einer gewissen Zeit hat der Schließkörper 6 die andere Endstellung erreicht. Die Zeit, die verstrichen ist, bis der Schließkörper 6 die jeweils andere Endstellung erreicht hat, ist in der Fig. 4 eingetragen und wird mit T2 bezeichnet. Im Verlauf des Umschaltens des Schließkörpers 6 reduziert der Elektromotor 24 sein Drehmoment von M1 auf M2. Das erste Drehmoment M1 ist wesentlich größer als das zweite Drehmoment M2. Das erste Drehmoment M1 ist so groß bemessen, daß der Schließkörper 6 innerhalb kürzester Zeit auf eine hohe Drehgeschwindigkeit beschleunigt wird. Das zweite Drehmoment M2 ist relativ klein, damit der Schließkörper 6 bzw. die Schaltwelle 4 in der Endstellung nicht zu hart auf den jeweiligen Endanschlägen 8a bzw. 8b anschlägt.

Obwohl der Schließkörper 6 mit Ablauf der Zeit T2 die Endanschläge 8a bzw. 8b erreicht, hält der Elektromotor 24 noch für kurze Zeit ein gewisses Drehmoment, das vorzugsweise so groß ist wie das Drehmoment M2. Nach Ablauf einer weiteren gewissen Zeitspanne, d. h. zur Zeit T3, hört das Drehmoment des Elektromotors 24 auf. Die Zeit T3 ist so bemessen, daß auch unter ungünstigsten Betriebsbedingungen das Umschalten gewährleistet bleibt.

Das erste Drehmoment M1 ist wesentlich größer als ein Gegenmoment, das die Bewegung des Schließkörpers 6 bremst. Das Gegenmoment wird im wesentlichen verursacht von Reibkräften zwischen der Schaltwelle 4 im Bereich der Lager 16a, 16b und im Bereich des Schneckengetriebes 30 und von vom Fluid herrührenden Kräften. Das zweite Drehmoment M2 kann, je nach Ausführung, kleiner als das Gegenmoment sein, so daß der Schließkörper 6 vor Erreichen der Endanschläge 8a bzw. 8b durch das Gegenmoment abgebremst wird und nur mit relativ mäßiger Geschwindigkeit an den Endanschlägen 8a bzw. 8b anschlägt. Ist das zweite Drehmoment M2 kleiner als das Gegenmoment, dann wird der Schließkörper 6 vor Erreichen der Endanschläge 8a, 8b abgebremst. Ist das zweite Drehmoment M2 größer als das Gegenmoment, dann wird durch das noch wesentlich größere erste Drehmoment M1 der Schließkörper 6 zu Beginn seiner Bewegung sehr stark beschleunigt, und durch die geringere Beschleunigung gegen Ende seiner Bewegung hin schlägt der Schließkörper 6 weniger stark gegen die Endanschläge 8a bzw. 8b, wie wenn das vom Elektromotor 24 aufgebrachte Drehmoment M während der gesamten Zeit der Bewegung, d. h. zwischen T1 und T2, gleich groß wäre. Die relativ mäßige Geschwindigkeit, mit der der Schließkörper 6 bzw. die Schaltwelle 4 an den Endanschlägen 8a, 8b anschlägt, ist günstig für die Dauerhaltbarkeit sämtlicher Komponenten im Bereich der Umschalteinrichtung.

Um unterschiedliche Gegenmomente auszugleichen, die beispielsweise bei tieferen Temperaturen größer sein können als bei höheren Temperaturen, kann das vom Elektromotor 24 aufgebrachte Drehmoment M entsprechend unterschiedlicher Betriebsparameter, vorzugsweise abhängig von der Temperatur, unterschiedlich gesteuert werden. In der Fig. 4 ist mit gestrichelten Linien ein weiteres erstes Drehmoment M1′ eingezeichnet, das vom Elektromotor 24 dann aufgebracht wird, wenn Sensoren Betriebsparameter ermitteln, bei denen ein besonders großes Gegenmoment zu erwarten ist.

Um den in der Fig. 4 beispielhaft dargestellten Verlauf des Drehmoments M über der Zeit t zu erhalten, wird die Steuereinrichtung 34 so programmiert, daß die dem Elektromotor 24 zugeführte elektrische Energie zu Beginn des Umschaltens des Schließkörpers 6 größer ist als die Zufuhr elektrischer Energie bei Beendigung des Umschaltens. Eine gewünschte Steuerung der Zufuhr elektrischer Energie kann beispielsweise durch eine Steuerung der dem Elektromotor 24 zugeführten Stromstärke 1 geschehen.

Das vom Elektromotor 24 aufgebrachte Drehmoment M bzw. die dem Elektromotor 24 zugeführte Energie bzw. die dem Elektromotor 24 zugeführte Stromstärke I folgt einer fest vorgebbaren Zeitfunktion. Die Zeitfunktion kann beispielsweise der Steuereinrichtung 34 über ein Rechnerprogramm vorgegeben werden.

Die Fig. 5 zeigt in beispielhafter Form einen Verlauf der Stromstärke I über der Zeit t. In der Fig. 5 bedeuten T1 den Beginn des Umschaltens des Schließkörpers 6; T2 die Beendigung des Umschaltens des Schließkörpers 6; T3 die Beendigung der Bestromung des Elektromotors 24; I1 die dem Elektromotor 24 zugeführte Stromstärke zu Beginn des Umschaltens des Schließkörpers 6; I2 die Stromstärke am Ende des Umschaltens des Schließkörpers 6; I1′ die Stromstärke zu Beginn des Umschaltens des Schließkörpers 6 bei einer anderen Betriebsbedingung.

Das größere Drehmoment M1 des Elektromotors 24 bei Beginn des Umschaltens des Schließkörpers 6 und das kleinere Drehmoment M2 bei Beendigung des Umschaltens kann beispielsweise auch mit an sich gleichgroßer aber schnell getakteter Stromstärke erreicht werden, wobei die Längen der Stromimpulse bei Beendigung des Umschaltens zeitlich kürzer sind als die Längen der Stromimpulse bei Beginn des Umschaltens, bzw. die Pausen zwischen den Stromimpulen sind bei Beendigung des Umschaltens länger als die Pausen zwischen den Stromimpulen bei Beginn des Umschaltens.

Der Verlauf des Drehmoment M zwischen dem hohen Drehmoment M1 zu Beginn des Umschaltens und dem niedrigen Drehmoment M2 bei Beendigung des Umschaltens muß nicht linear verlaufen, wie in der Fig. 4 dargestellt, sondern es kann auch ein gekrümmter Kurvenverlauf, beispielsweise progressiv oder degressiv, gewählt werden. Entsprechendes gilt auch für den in der Fig. 5 dargestellten Kurvenverlauf der Stromstärke I über der Zeit t.

Hat der Schließkörper 6 zum Zeitpunkt T2 die jeweils andere Endstellung erreicht, dann kann die Bestromung des Elektromotors 24 beendet werden. Wegen dem selbsthemmenden Schneckengetriebe 30 bleibt der Schließkörper 6 in der erreichten Endstellung. Es ist aber auch möglich, den Elektromotor 24 nach Erreichen der Endstellung über die Zeit T2 hinaus mit einer schwachen Stromstärke zu bestromen. Dadurch wird der Schließkörper 6 sicher gegen die Endanschläge 8a bzw. 8b (Fig. 1) gedrückt. Dadurch können auf den Schließkörper 6 wirkende Störkräfte nicht zu einem Klappern zwischen dem Schließkörper 6 und den Endanschlägen 8a bzw. 8b führen. Die Störkräfte können beispielsweise turbulente Strömungskräfte des durch das Gasgehäuse 2 strömenden Fluids sein. Da die Stromstärke zwischen den Umschaltungen sehr klein ist, muß dadurch keine merkbare Erwärmung des Elektromotors befürchtet werden. Die schwache Stromstärke zwischen den Umschaltungen ist in der Fig. 5 mit einer punktierten Linie eingezeichnet. Die schwache Stromstärke führt zu einem schwachen Drehmoment zwischen den Umschaltungen, das in der Fig. 4 mit einer punktierten Linie wiedergegeben ist.

Zur deutlichen Reduzierung des am Ende des Umschaltens des Schließkörpers 6 auftretenden Anschlagrucks kann bei der Schaltwelle 4 zwischen dem linken Bereich 18, der drehfest mit dem Schneckenrad 22 verbunden ist, und dem rechten Bereich 20, der drehfest mit dem Schließkörper 6 verbunden ist, vorzugsweise zusätzlich ein elastischer Bereich 36 vorgesehen sein (Fig. 2). Den elastischen Bereich 36 kann man beispielsweise dadurch erhalten, daß die Steifigkeit der Schaltwelle 4 zwischen den beiden Bereichen 18 und 20 durch eine einfache Eindrehung gezielt geschwächt wird. Dadurch wird die Schaltwelle 4 elastischer und kann wie eine Torsionsfeder wirken. Zusätzlich günstig für eine hohe Elastizität ist es, wenn die Schaltwelle 4 zumindest im elastischen Bereich 36 aus einem Werkstoff besteht, der möglichst elastisch ist. Zur Verbesserung der elastischen Wirkung kann es besonders nützlich sein, die beiden Bereiche 18 und 20 beispielsweise aus Stahl und den elastischen Bereich 36 beispielsweise aus Kunststoff oder Gummi zu fertigen. Der linke Bereich 18 und der rechte Bereich 20 sind an den zwischengefügten elastischen Bereich 36 beispielsweise anvulkanisiert. Damit der linke Bereich 18 der Schaltwelle 4 trotz des elastischen Bereichs 36 ausreichend geführt ist, kann das Gasgehäuse 2 in Richtung des linken Bereichs 18 verlängert werden, und es kann im linken Bereich 18 ein drittes Lager 16c zur Führung des linken Bereichs 18 der Schaltwelle 4 vorgesehen sein, wie es in der Fig. 2 mit gestrichelten Linien dargestellt ist.

Die Fig. 6 zeigt ein weiteres, ausgewähltes, besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel.

Bei dem in der Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Hülse 40 vorgesehen. Die Hülse 40 ist mit Hilfe der beiden Lager 16a, 16b im Gasgehäuse 2 schwenkbar gelagert. Die Hülse 40 trägt den Schließkörper 6. Der Schließkörper 6 und die Hülse 40 sind drehfest miteinander verbunden. Die Schaltwelle 4 steckt in der Hülse 40. Der rechte Bereich 20 der Schaltwelle 4 ist im Bereich des rechten Endes der Hülse 40 mit der Hülse 40 fest verbunden. Der linke Bereich 18 der Schaltwelle 4 wird im Bereich des linken Endes der Hülse 40 von der Hülse 40 in radialer Richtung geführt. Der elastische Bereich 36 der Schaltwelle 4 befindet sich zwischen dem rechten Ende und dem linken Ende der Hülse 40.

Der linke Bereich 18 der Schaltwelle 4 überragt das Gasgehäuse 2. An der Stelle, an der die Schaltwelle 4 aus dem Gasgehäuse 2 ragt, ist ein an dem Gasgehäuse 2 befestigter Deckel 2a vorgesehen, der die Hülse 40 in axialer Richtung sichert.

Die Bewegung des Schließkörpers 6 wird mit Erreichen der Offenstellung bzw. der Schließstellung dadurch begrenzt, daß der Schließkörper 6 oder die Hülse 40 an den Endanschlägen 8a bzw. 8b (Fig. 1) anschlägt.

Da der rechte Bereich 20 der Schaltwelle 4 fest mit der Hülse 40 verbunden ist, wird eine Drehbewegung des Schneckenrads 22 unmittelbar in eine gleich große Bewegung auf die Hülse 40 und damit auf den Schließkörper 6 übertragen. Wird aber am Ende der Umschaltbewegung die Bewegung des Schließkörpers 6 durch die Endanschläge 8a bzw. 8b gestoppt, dann wird ein Großteil der Bewegungsenergie durch die elastische Verformung des elastischen Bereichs 36 abgebremst, so daß die auftretenden Kräfte erheblich reduziert werden. Am Ende des Umschaltens, wenn die Endanschläge 8a bzw. 8b die Bewegung des Schließkörpers 6 stoppen, kann zwischen dem linken Bereich 18 der Schaltwelle 4 und dem linken Ende der Hülse 40 eine kleine Relativ- Drehbewegung stattfinden. Da diese Relativ-Drehbewegung ziemlich klein ist, ist der Aufwand für die Lagerung zwischen dem linken Bereich 18 und dem linken Ende der Hülse 40 gering.

Weil der linke Bereich 18 der Schaltwelle 4 im Bereich des linken Endes der Hülse 40 gut geführt sein kann, kann eine gute Führung des Schneckenrades 22 erreicht werden.

Weil sich der elastische Bereich 36 über einen erheblichen Teil der Länge der Hülse 40 erstrecken kann, ergibt sich eine besonders hohe Elastizität, die die bei Beendigung der Umschaltbewegung entstehenden Kräfte erheblich reduzieren kann. Je länger der elastische Bereichs 36 ist, umso größer ist die den Anschlagruck mindernde elastische Nachgiebigkeit zwischen dem Elektromotor 24 und dem Schließkörper 6. Da der elastische Bereich 36 innerhalb der Hülse 40 angeordnet werden kann, ist der Platzbedarf für den elastischen Bereich 36 gering.

Beim Anschlagen des Schließkörpers 6 bzw. der Hülse 40 bzw. des rechten Bereichs 20 der Schaltwelle 4 an den Endanschlägen 8a, 8b, ergibt sich eine elastische Verformung des elastischen Bereichs 36. Weil das Schneckengetriebe 30 selbsthemmend ist, bleibt die elastische Verformung des elastischen Bereichs 36 auch dann erhalten, wenn der Elektromotor 24 zwischen den Umschaltvorgängen nicht bestromt wird und kein Drehmoment M erzeugt. Dies hat den Vorteil, daß der Schließkörper 6 zwischen den Umschaltvorgängen von einer von der elastischen Verformung des elastischen Bereichs 36 herrührenden Kraft gegen die Endanschläge 8a, 8b gedrückt wird. Dadurch können von dem Fluid herrührende, auf den Schließkörper 6 wirkende Kräfte nicht zu einem Abheben des Schließkörper 6 von den Endanschläge 8a, 8b führen.

Claims (12)

1. Umschalteinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Gasgehäuse (2) mit zwei Gasräumen und mit einer Verbindung zwischen den beiden Gasräumen, mit einem Schließkörper (6) zum Öffnen und Schließen der Verbindung, mit einem Stellantrieb zum Umschalten des Schließkörpers (6) zwischen einer Offenstellung, in der die Verbindung offen ist, und einer Schließstellung, in der die Verbindung geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb einen Elektromotor (24) umfaßt.

2. Umschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Elektromotor (24) und dem Schließkörper (6) ein Getriebe (30) vorgesehen ist.

3. Umschalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (30) selbsthemmend ist.

4. Umschalteinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (30) ein einstufiges Getriebe (30) ist, mit einer dem Elektromotor (24) zugeordneten Schnecke (26) und einem dem Schließkörper (6) zugeordneten Schneckenrad (22).

5. Umschalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkrichtung des Elektromotors (24) drehrichtungsumkehrbar ist.

6. Umschalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (24) ein Gleichstrommotor ist.

7. Umschalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (24) ein Drehmoment hervorbringt, wobei das Drehmoment (M1, M1′) bei Beginn des Umschaltens des Schließkörpers (6) größer ist als das Drehmoment (M2) bei Beendigung des Umschaltens des Schließkörpers (6).

8. Umschalteinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment zeitabhängig gesteuert wird.

9. Umschalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine eine Energiezufuhr zu dem Elektromotor (24) steuernde Steuereinrichtung (34) vorgesehen ist, wobei die Steuereinrichtung (34) dafür sorgt, daß die Energiezufuhr zu Beginn des Umschaltens des Schließkörpers (6) größer ist als die Energiezufuhr bei Beendigung des Umschaltens.

10. Umschalteinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhr zeitabhängig gesteuert wird.

11. Umschalteinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Elektromotor (24) zugeführte elektrische Strom (I1, I1′) zu Beginn des Umschaltens des Schließkörpers (6) größer ist als der elektrische Strom (I2) bei Beendigung des Umschaltens.

12. Umschalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Elektromotor (24) und dem Schließkörper (6) ein elastischer Bereich (36) vorgesehen ist.