DE19903490A1 - Drehwinkelsensor - Google Patents

Abstract

Damit die Montage eines Drosselklappengehäuseelements (5) und eines Drosselklappenwellenelements (31) einfacher und kostengünstiger wird, sind eine Drehwinkelsensoreinheit (1) und wenigstens eine Betätigungseinheit (6, 21) in einem Deckelelement (4) angeordnet. Mit dem Deckelelement (4) ist das Drosselklappengehäuseelement (5) zu verschließen und dabei ein Kupplungselement (22) der Betätigungseinheit (6, 21) auf das Drosselklappenwellenelement (31) aufzustecken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stellungsvorrichtung für eine Drosselklappe, die wenigstens aufweist

• - eine Drehwinkelsensoreinheit und eine Betätigungseinheit, die an dem Drosselklappenelement angeordnet sind,
• - wobei die Drosselklappe mit einem Drosselklappenwellen­ element verstellbar in einem Gehäuseelement angeordnet ist.

Eine Stellungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der WO 95 14 911 A1 bekannt. In einem geschlossenen Drossel­ klappengehäuse ist eine Drosselklappe mit einer Drosselklap­ penwelle drehbar angeordnet. Mit der Drosselklappenwelle ist ein Drehwinkelsensor verbunden, der aus einer stationären und einer rotierenden Einheit besteht. In einem Statorele­ ment der stationären Einheit ist ein Hallelement angeordnet. Die rotierende Einheit weist einen Ringmagneten auf, der um das Statorelement bewegbar ist.

Dieser Drehwinkelsensor ist allerdings in einem Gehäuse­ becher angeordnet und wird außen auf das Drosselklappengehäu­ se aufgesetzt.

Kommt als Antriebseinheit eine Motoreinheit und eine Getriebeeinheit zum Einsatz, werden diese zusammen mit dem Drehwinkelsensor und einer Schaltungseinheit lediglich in einem Aktuatorgehäuse untergebracht. Das Aktuatorgehäuse wird dann ebenfalls nur aufgesteckt. In beiden Fällen ist äußerlich sichbar, daß das Drosselklappengehäuse mit Zusatz­ teilen bestückt worden ist. Darüber hinaus kann sich Schmutz und dergleichen insbesordere zwischen Drosselklappen- und Aktuatorgehäuse setzen.

Aus der DE 197 13 838 A1 ist ein Drosselklappen-Potentio­ meter bekannt. In oder an einem Drosselklappengehäuse ist ein Stellmotor angeordnet, der über ein Untersetzungsge­ triebe auf eine Drosselklappenwelle wirkt. In das Drossel­ klappengehäuse wird eine Trägerplatte geklebt. Die Träger­ platte trägt Kontakt- und/oder Schleifbahnen, wobei die Bahnen von einem Abnehmer, der auf der Drosselklappenwelle angeordnet ist, überstrichen werden. Die Trägerplatte, die Yontakt- und/oder die Schleifbahnen sowie der Abnehmer bilden das Drosselklappen-Potentiometer.

Nachteilig ist, daß das Drosselklappen-Potentiometer zu­ sammen mit der Drosselklappeneinheit nur an einem Standort gebaut und montiert werden können. Darüberhinaus ist das Einsetzen des Potentiometers zeitaufwendig und umständlich.

Es stellt sich deshalb die Aufgabe, eine Stellvorrichtung für eine Drosselklappe der eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, daß die Montage mit dem Drosselklappengehäuse und der Drosselklappenwelle einfacher und kostengünstig wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Stellvorrichtung möglich.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson­ dere darin, daß die aktiven Teile des Drehwinkelsensors im Deckelelement untergebracht werden. Darüber hinaus kann je nach Bedarf ein Motor als Betätigungseinheit mit in dem Deckelelement angeordnet werden. Die Betätigungseinheit und das Rotorelement des Drehwinkelsensors sind mit einem Getriebe verbunden. Die gewählte Übersetzung von 1 : 200 sorgt dafür, daß kleinste Bewegungen der Drosselklappenwelle genauestens erfaßt werden. Dadurch, daß das Getriebe schlupffrei ist, ist die Genauigkeit der aufgenommener. Werte besonders hoch. Von besonderem Vorteil ist, daß das Deckel­ element und die in ihm untergebrachten Teile separat in großen Stückzahlen gefertigt werden können. Hierdurch reduzieren sich die Herstellungskosten ganz wesentlich. Das Deckelelement selbst kann den einzelnen Drosselklappen­ gehäusen angepaßt werden. Bei Bedarf kann ein Adapter eingesetzt werden. Durch das einfache Aufsetzen des Deckel­ ements auf das Drosselklappengehäuseelement werden auch die Montagekosten reduziert. Ist das Drosselklappengehäuse­ element mit dem Deckelelement verschlossen, entsteht eine nach außen sichtbare vollendete Einheit.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsfarm eines Deckeldrehwinkelsen­ sors in einer Vorderansicht;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Deckeldrehwinkelsensor gemäß Fig. 1 entlang der Linie II-II;

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines Deckeldrehwinkel­ sensors in einer Vorderansicht;

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Deckeldrehwinkelsensor gemäß Fig. 3 entlang der Linie IV-IV;

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform eines Deckeldrehwinkel­ sensors in einer Vorderansicht und

Fig. 6 einen Schritt durch einen Deckeldrehwinkelsensor gemäß Fig. 5 entlang der Linie V-V.

Bei dem in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Deckeldrehwinkel­ sensoren ist eine Drehwinkelsensoreinheit 1, 101, 201 in einem Deckelelement 4, 104, 204 angeordnet.

Die Drehwinkelsensoreinheit 1, 101, 201 besteht aus einem Statorelement 13, 113, 213, das in dem Deckelelement 4, 104, 204 fixiert ist. Das Statorelement besteht aus zwei sich gegenüberliegenden, apfelsinenscheiben- oder teilringförmig ausgebildeten Statorteilelementen, zwischen denen wenigstens eine Abstar dsausnehmung angeordnet ist. In diese Abstandsaus­ nehmung hinein ragen zwei sich gegenüberliegende Hall-IC-Ele­ mente 11, 11'; 111, 111'; 211, 211'. Die redundante Anord­ nung der Hall-IC-Elemente wird aus Sicherheitsgründen vorgenommen. Fällt eines der Hall-IC-Elemente aus, übernimmt das andere die Meßfunktionen. Die beiden Hall-IC-Elemente können aber auch einen 360°-Drehwinkelsensor realisieren, wenn Glas Statorelement aus drei oder vier Teilringen besteht Sand die Hall-IC-Elemente in zwei nebeneinanderliegenden Abstandsausnehmungen angeordnet sind.

Die Hall-IC-Elemente 11, 11'; 111, 111'; 211, 211' sind mit einer Auswerteeinheit verbunden, die auf einer Leiterplatte 12, 112, 212 angeordnet ist. Von dieser Leiterplatte werden auch die Hall-IC-Elemente gehalten. Die Leiterplatte 12, 112, 212 ist mit dem Deckelelement 4, 1C4, 2C4 verbunden. An der Leiterplatte 12, 212, 212 sind Steckkontakte eines in das Deckelelement 4, 104, 204 geformten Flachsteckers 18, 118, 218 angeordnet.

Mit 15, 115, 215 ist ein Rotorelement bezeichnet, das ein Ringmagnetelement 14, 114, 214 hält, das mit einem Luftspalt gegenüber den beiden Statorteilelementen des Statorelements 13, 113, 213 drehbar angeordnet ist. Die Rotation des Rotorelements 15, 115, 215 wird durch eine Rotorachse 17, 117, 217 gewährleistet, die im Deckelelement 4, 104, 204 gelagert ist.

Das Rotorelement fächert kreisförmig auf und ist mit Mit­ nehmerausnehmungen versehen, in die Mitnehmerstifte 16, 116, 216 eines Zahnradelements 21, 121, 221 hineinragen. An das Zahnradelement 21, 121, 221 ist ein Kupplungselement 22, 122, 222 angeformt.

Das Deckelelement 4 weist einen auf einer Seite offenen Deckelkörper 41 auf, der an der offenen Seite in einem Deckelklemmring 42 endet. In den Deckelklemmring ist eine um­ laufende Klemmsicke eingebracht.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist in dem Deckelelement 4 eins Drehwinkelsensoreinheit 1 untergebracht. Dargestellt ist darüber hinaus eine Drosselklappe 3, die mit einem Drosselklappenwellenelement 31 drehbar in einem Gehäuse­ körper 51 angeordnet ist. Der Gehäusekörper 51 ist mit einem umlaufenden Einrastringelement 52 verserer.

Erfindungswesentlich ist, daß die Drehwinkelsensoreinheit 1 komplett in einem Drosselklappengehäuseelement 5 vormontiert werden kann. Das erlaubt eine Vormontage in einer speziellen Fertigungsstrecke mit hohen Stückzahlen, so daß eine sehr kostengünstige Herstellung möglich ist. Beim Verschließen des Gehäusekörpers 51 mit dem Deckelelement 4 rastet das Ringelement in die Klemmsicke des umlaufenden Deckelklemm­ rings 2 ein. Darüber hinaus kuppelt das Kupplungselement 22 in das eine Ende des Drosselklappenwellenelements 31 ein. An der gegenüberliegenden Seite des Drosselklappenwellen­ elements 31 ist eine Betätigungseinheit angeordnet. Bei dieser Betätigungseinheit kann es sich um einen Motor 6, ein Getriebe oder einen Bowdenzug handeln.

Bei dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Deckeldrehwinkelsensor ist außer der Drehwinkelsensoreinheit 101 ein Motor 106 als Stelleinheit mit in dem Deckelelement 104 angeordnet. Die Drehachse des Motors liegt parallel zur Rotorachse 117 des Rotorelements 115 der Drehwinkelsensoreinheit 101.

Der Motor 106 und das Rotorelement 115 sind mit einem Getriebe verbunden. Zum Einsatz kommt ein Planetengetriebe 102.

Ein Teil des Getriebes ist das mit dem Rotorelement 115 verbundene Zahnradelement 121. Das Getriebe 102 weist darliber hinaus ein Motorritzel 124 auf, das mit der Motor­ achse des Motors 106 verbunden ist. Zum Getriebe gehört darüber hinaus ein Zwischenritzel 125, unter dem ein Stellritzel 123 mit einem wesentlich kleineren Durchmesser angeordnet ist. An dem Stellritzel 123 befindet sich ein Achsstummel, mit dem beide Pitzel 123, 124 drehbar angeord­ net sind. Das Zahnradelement 121 greift dabei in das Stell­ ritzel 123 und das Zwischenritzel 125 in das Motorritzel 124 ein.

Beim Aufstecken des Deckelelements 104 auf ein Drossel­ klappengehäuseelement 105 wird auch hier zugleich das Kupplungselement 122 mit einem Drosselklappenwellenelement 131 verbunden, an dem eine Drosselklappe 103 angeordnet ist. Das Gehäuseelement 105 weist ebenso wie das Drosselklappen­ gehäuseelement 5 einer. Gehäusekörper 151 auf, der mit einem Einrastringelement 152 verbunden ist. Ein umlaufendes Dichtungselement sorgt dafür, daß das aufgesetzte Deckel­ element das Gehäuseelement gegenüber äußeren Einflüssen abdichtend verschließt.

Bei der in Fig. 5 und 6 dargestellten Drehwinkelsensor ist außer der Drehwinkelsensoreinheit 201 ein Motor 206 als Stellungseinheit angeordnet. Die Drehachse des Motors 206 ist gegenüber der Rotorachse 217 um 90° versetzt.

Auch hier ist die Drehwinkelsensoreinheit 201 mit dem Motor 206 durch ein Getriebe verbunden.

Zum Getriebe 202 gehört das Zahnradelement 221, ein Motorritzel 224, das auf der Motorachse des Motors 206 angeordnet ist, ein Stellritzel 223 und ein Zwischenritzel 225. Das kleine Stellritzel 223 ist unter dem größeren Zwischenritzel 225 angeordnet und mit einer Achse im Deckelelement 204 drehbar angeordnet.

Beim Aufsetzen des Deckelelements 204 auf ein Drosselklappen­ gehäuseelement 205, in dem eine Drosselklappe 203 an einem Drosselklappenwellenelement 231 drehbar angeordnet ist, rastet ein Einrastringelement 251 eines Gehäusekörpers des Drosselklappengehäuseelements 205 in den umlaufenden Deckelklemmring 242 des Deckelelements 204 ein. Zwischen beiden befindet sich eine umlaufende Dichtung, die beide gegeneinander abdichtet.

Erfindungswesentlich ist, daß mit dem Verschließen des Drosselklappengehäuseelements 205 zugleich das aktive Ankuppeln des Rotorelements über das Kupplungselement 222 an das Drosselklappenwellenelement 231 erfolgt.

Bei allen drei Drehwinkelsensoren wird mit einem Handgriff sowohl das als Drosselklappengehäuse benutzte Drosselklappen­ gehäuseelement 5, 105, 205 mit einem passenden Deckelelement 4, 104, 204 einfach verschlossen. Bei diesem Verschließ­ vorgang wird die Drehwinkelsensoreinheit 1, 101, 201 mit dem Drosselklappenwellenelement verbunden und bei diesem Verbinden zugleich der Motor 106 bzw. 206 mit angeschlossen. Das Getriebe bzw. Planetengetriebe, das eine Übersetzung von 1. 200 realisiert, überträgt kleinste Bewegungen der Drosselklappe 103, 203 genauestens. Das Getriebe 102 bzw. das Planentengetriebe 202 arbeitet schlupffrei, so daß durch die Untersetzung keinerlei Meßverfälschungen auftreten können.

Die Herstellung des Deckelelements 4, 104 aus formbarem Kunststoff oder Metall ermöglicht eine einfache Anpassung an unterschiedlichste Drosselklappengehäuseelemente 5, 105, 205. Gelingt es, einheitliche Gehäuse herzustellen, die mit einem einheitlich ausgebildetem Deckelelement 4, 104, 204 zu verschließen sind, lassen sich die Herstellungskosten des Drehwinkelsensors aufgrund der hohen Stückzahlen nochmals drastisch ser ken.

Claims (20)

1. Stellungsvorrichtung für eine Drosselklappe (3, 103, 203), die wenigstens aufweist

• - eine Drehwinkelsensoreinheit (1, 101, 201) und eine Betätigungseinheit (21, 6, 102, 106, 202, 206), die an einem Drosselklappenwellenelement (31, 131, 231) angeordnet sind,
• - wobei die Drosselklappe (3, 103, 203) mit dem Drosselkappenwellenelement (31, 131, 231) verstellbar in einem Drosselklappengehäuseelement (5, 105, 205) angeordnet ist, dadurch gekenn­ zeichnet,
• - daß die Drehwinkelsensoreinheit (1, 101, 201) und we­ nigstens teilweise die Betätigungseinheit (21, 6, 102, 106, 202, 206) in einem Deckelelement (4, 104, 204) angeordnet sind und
• - daß mit dem Deckelelment (4, 104, 204) das Drossel­ klappengehäuseelement (5, 105, 205) zu verschließen und dabei ein Kupplungselement (22, 122, 222) der Betätigungseinheit (21, 6, 102, 106, 202, 206) auf das Drosselklappenwellenelement (31, 131, 231) aufzu­ stecken ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwinkelsensoreinheit (1, 101, 201) eine nach einem widerstands- oder magnetoelektrischen Prinzip arbeitende Drehwinkelsensoreinheit ist.

3. Vorrichtung Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwinkelsensoreinheit (1, 101, 201) eine stationäre Einheit (13, 113, 213), die im Deckelelement (4, 104, 204) fixiert ist, und eine rotierende Einheit (15, 115, 215), die mit einer Rotorachse (17, 117, 217) wenigstens teilweise in der stationären Einheit (13, 113, 213) angeordnet ist, aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinheit ein Mitneh­ merelement (21, 121, 221) aufweist, das mit der rotierenden Einheit (15, 115, 215) verbunden und an dem das Kupplungselement (22, 122, 222) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinheit eine Stell­ einheit (6, 106, 206) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Stelleinheit (6) außer­ halb oder eine zweite Stelleinheit (106, 206) innerhalb des Deckelelements (4, 104, 204) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinheit ein Getriebe (102, 202) aufweist, das im Deckelelement (4, 104, 204) zwischen der rotierenden Einheit (115, 215) und der zweiten Stelleinheit (105, 206) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mitnehmerelement ein Zahnrad­ element (21) ist, das wenigstens einen Mitnehmerstift (16, 116, 216) aufweist, der in wenigstens eine Rotor­ stiftausnehmungen der rotierenden Einheit (15, 115, 215) zu stecken ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnradelement (21) Teil des Ge­ triebes (102, 202) ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (102, 202) eine Über­ setzung von 1 : 200 hat.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (102, 202) ein Stan­ dard-, ein Planeten- oder ein Spezialgetriebe ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Getriebe (102, 202) gehören

• - das Zahnradelement (21, 121, 221),
• - ein Motorritzel (124, 224), das mit der Stelleinheit (106, 206) verbunden ist,
• - ein Zwischenritzel (125, 225) und
• - ein Stellritzel (123, 223), das am Zwischenritzel (125, 225) angeordnet und im Deckelelement (104, 204) drehbar gelagert ist, wobei mit dem Zahnradelement (121, 221) an das Stell­ ritzel (123, 223) und mit dem Motorritzel (124, 224) an das Zwischenritzel (125, 225) anzugreifen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche, 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die stationäre Einheit ein Stator­ element (13, 113, 213) ist, das aus zwei Statorteilele­ menten besteht, zwischen denen sich eine Abstandsausneh­ mung befindet, in der wenigstens ein Hall-IC-Element (11, 11'; 111, 111'; 211, 211') angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Hall-IC-Elemente (11, 11'; 111, 111'; 211, 211') vorgesehen sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Hall-IC-Elemente (11, 11'; 111, 111'; 211, 211´ auf einer Leiterplatte (12, 112, 212) in dem Deckelelement (4, 104, 204) so befestigt sind, daß diese lagegerecht in der Abstandsausnehmung zwischen den Statorteilelementen zu positionieren sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Hall-IC-Elemente (11, 11'; 111, 111'; 211, 211') mit einer Auswerteeinheit verbun­ den ist, die auf der Leiterplatte (12, 112, 212) angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß rotierende Einheit ein Rotorelement ist, das ein Ringaufnahmeelement aufweist, mit ein Ring­ magnetelement (14, 114, 214) gehalten und unter Belas­ sung Luftspalts gegenüber Statorelement (13, 113, 213) zu bewegen ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckelelement (4, 104, 204) wenigstens teilweise von einem Deckelklemmring (42, 142, 242) umgeben ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Drosselklappenklappen­ gehäuseelement (5, 105, 205) wenigstens teilweise ein Einrastringelement (52, 152, 252) angeordnet ist, das mit dem Deckelklemmring (42, 142, 242) zu verrasten ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckelelement (4, 104, 204) aus Kunststoff und/oder Metall geformt ist.