DE3744269A1 - Stellgetriebe fuer insbesondere im lueftungskanal von kraftfahrzeugen angeordnete drosselklappen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Stellgetriebe für insbesondere im Lüftungskanal von Kraftfahrzeugen angeordnete Drosselklappen mit einer ersten über Betätigungseinrichtungen drehbaren Welle und einer zweiten die Stellung der Drosselklappe bestimmenden Welle, sowie ferner mit Zahnrädern zur Übertragung der Drehbewegung der ersten Welle auf die zweite Welle.

Eine z. B. im Lüftungskanal eines Kraftfahrzeuges angeordnete Drosselklappe hat die Aufgabe, eine bestimmte Durchlaßöffnung bzw. den Querschnitt eines Luftkanals je nach willkürlicher Einstellung mehr oder weniger freizugeben, aber auch den Lüftungskanal in einer Endstellung fest zu verschließen. Insbesondere bei gummiumspritzten Drosselklappen ist es nun wünschenswert, in der Schließstellung und kurz vorher auf die Drosselklappe eine stärkere Kraft bzw. ein größeres Drehmoment auszuüben als dies zur Einstellung zwischen den Endstellungen erforderlich ist. Mit anderen Worten: Der letzte Weg vor der Schließstellung und das Andrücken der Drosselklappe an die Ränder einer durch sie zu verschließenden Öffnung erfordert in aller Regel höhere Kraft, so daß es aus diesem Grunde auch wünschenswert ist, die Kraftübersetzung von einer Betätigungseinrichtung auf die Welle, an der die Drosselklappe angelenkt ist, im Endbereich, also kurz vor dem Anschlag der Drosselklappe an die von ihr zu verschließende Öffnung, zu ändern. Während über den weiten Drosselbereich der Drosselklappe die Kraft gleichmäßig verteilt werden muß, muß zum Schließen der Klappe muß eine entsprechend hohe Schließkraft zur Verfügung gestellt werden.

Bekannte Lösungen der eingangs genannten Art, z. B. unter Verwendung ovaler Zahnräder zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses während der Bewegung, sind von der Fertigung und der Montage her aufwendig bzw. ermöglichen nur relativ geringfügige Änderungen des Übersetzungsverhältnisses oder ergeben auch ungünstige Verteilungen der Winkelgeschwindigkeiten.

Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Stellgetriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem in einem bestimmten Bewegungsbereich, der im Anwendungsfall der Schließung von Drosselklappen im Lüftungskanal von Kraftfahrzeugen die Schließbewegung ist, möglichst mit stufenlosem Übergang, eine Kraftverstärkung stattfinden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß auf beiden Wellen je ein Zahnradsegment und ein Zahnrad angeordnet sind, wobei jeweils ein Zahnradsegment auf der einen Welle mit dem Zahnrad auf der anderen Welle entlang sich nicht überschneidender Drehwinkelbereiche mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen in Eingriff sind, und daß ferner auf beiden Wellen je ein Zahn und in derselben Ebene neben ihm eine Ausnehmung angeordnet ist, derart, daß in dem Drehwinkelbereich, in dem kein Eingriff eines Zahnrades mit einem Zahnrad-Segment stattfindet, die Kraftübertragung über das Zusammenwirken einer Ausnehmung auf einer Welle mit einem Zahn auf der anderen Welle stattfindet.

Auf diese Weise wird kontinuierlich und form- sowie kraftschlüssig ein Übergang von dem einen Übersetzungsverhältnis Zahnsegment/Zahnrad zu dem anderen Übersetzungsverhältnis Zahnrad/Zahnsegment durch den Eingriff von Ausnehmung und Zahn auf der ersten Welle mit Zahn und Ausnehmung auf der zweiten Welle verwirklicht. Der Übergang kann so gewählt werden, daß in dem gewünschten Wegbereich ein Übergang von einer größeren auf eine kleinere Übersetzung von der ersten Welle zur zweiten Welle und damit eine entsprechende Kraftverstärkung stattfindet. Es erfolgt ein kontinuierlicher Wechsel der Winkelgeschwindigkeiten bzw. der Kraftverhältnisse in der Übertragung der Drehbewegung von der ersten Welle auf die zweite Welle. Die Kraft- bzw. Wegefunktion entspricht exakt den Forderungen nach erhöhter Schließkraft.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es stellt dar

Fig. 1 Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel in einer ersten Drehstellung;

Fig. 2 Ansicht des Ausführungsbeispiels in Fig. 1 in Richtung der Pfeile II-II;

Fig. 3 Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel in einer zweiten Drehstellung;

Fig. 4 Ansicht in Richtung der Pfeile IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel in einer dritten Drehstellung;

Fig. 6 Ansicht in Richtung der Pfeile VI-VI in Fig. 5;

Fig. 7 die Darstellung einer Zwischenscheibe mit Zahn und Ausnehmung.

Bei dem Ausführungsbeispiel sind auf einer Grundplatte 1 zwei Wellen 2 und 3 drehbar angeordnet. An der Welle 2 ist ein Stellhebel 4 befestigt, der über eine Betätigungsstange 5 verstellbar ist. Mit der Betätigungsstange 5 und dem Stellhebel 4 wird die Welle 2 verdreht. Die Drehung wird durch das erfindungsgemäße Stellgetriebe in eine Drehung der Welle 3 umgesetzt, mit der (direkt oder indirekt) eine Drosselklappe 6 verbunden ist, die in bekannter Weise den Querschnitt eines Lüftungskanals in einem Kraftfahrzeug zum Zwecke der Regelung der Zufuhr von Frischluft und/oder erwärmter Luft in den Innenraum eines Kraftfahrzeugs verstellt und die im Extremfall ihres Bewegungsbereiches einen Luftkanal dicht und fest verschließen soll.

Auf der Welle 2 befinden sich ein Zahnsegment 6 und ein Zahnrad 7, sowie zwischen beiden eine Scheibe 8. An der Scheibe 8 ist ein Zahn 9 und, benachbart zu ihm, eine Ausnehmung 10 angebracht.

Auf der Welle 3 ist ein Zahnsegment 11, ein Zahnrad 12 und dazwischen eine Scheibe 13 angebracht. Die Scheibe 13 weist einen Zahn 14 und daneben eine Ausnehmung 15 auf.

In der in Fig. 1 gezeigten Stellung befinden sich die Zähne 6′ des Zahnsegmentes 6 im Eingriff mit den Zähnen des Zahnrades 12. Da der äußere Durchmesser des Zahnsegmentes 6, entlang dem die Zähne 6′ angeordnet sind, größer ist als der Durchmesser des Zahnrades 12, ist von der Welle 2 auf die Welle 3 eine Übersetzung gegeben, die größer als 1, z. B. 1,5 : 1 ist. Das heißt: Einer Drehung der Welle 2 um einen bestimmten Winkel entspricht eine Drehung der Welle 3 um einen entsprechend größeren Winkel. In anderen Worten: Einer bestimmten Bewegungsstrecke der Betätigungsstange 5 bzw. des Stellhebels 4 entspricht eine in dem entsprechenden Verhältnis übersetzt weitere Bewegung der Drosselklappe 6.

In den Fig. 3 und 4 ist eine zweite Winkelstellung der Wellen 2, 3 und der auf ihnen befestigten Elemente gezeigt. Der letzte der Zähne 6′ des Zahnsegmentes 6 hat den Eingriff mit dem Zahnrad 12 verlassen. Das Zahnrad 7 steht kurz vor dem Eingriff mit den Zähnen 11′ des Zahnsegmentes 11. Die Kopplung der beiden Wellen erfolgt in diesem Übergangsbereich dadurch, daß die Ausnehmung 10 mit ihrer in Drehrichtung (siehe Pfeil) vorderen Flanke gegen den Zahn 14 der Scheibe 13 drückt. Während dieses Teils des Bewegungsablaufes erstreckt sich der Zahn 9 der Scheibe 8 in die Ausnehmung 15 an der Scheibe 13 hinein. In dieser Drehstellung wirken also nicht mehr das Zahnsegment 6 und das Zahnrad 12 zusammen. Die Kopplung der Drehbewegung erfolgt vielmehr von der Scheibe 8 auf die Scheibe 13, genauer: Von der in Drehrichtung vorderen Flanke der Ausnehmung 10 in Scheibe 8 auf den Zahn 14 an Scheibe 13. Es ist ersichtlich, daß sich damit bereits das Übertragungsverhältnis, gegeben durch den Abstand des Punktes der Kraftübertragung zu den Wellen 2 bzw. 3, geändert hat, wobei dieser Punkt der Kraftübertragung nicht exakt festliegt, sondern sich mit der Drehung ändert.

In den Fig. 5 und 6 ist eine dritte Winkelstellung der Wellen 2, 3 und der auf ihnen befestigten Elemente gezeigt. Jetzt befindet sich das Zahnrad 7 im Eingriff mit dem Zahnsegment 11. Dadurch wird jetzt das Übersetzungsverhältnis bestimmt, das jetzt kleiner 1 ist, z. B. 1 : 1,5. Gleichzeitig hat sich der Zahn 14 an der Scheibe 13 aus der Ausnehmung 10 an der Scheibe 8 herausgedreht. Ebenso ist Zahn 9 an der Scheibe 8 ohne Eingriff.

Es ist ersichtlich, daß jetzt eine Drehung der Welle 2 über Betätigungsgestänge 5 und Stellhebel 4 zu einer (im Vergleich mit Fig. 1 und 2) erheblich geringeren Drehung der Welle 3 und damit zu einer Erhöhung der Schließkraft infolge des geänderten Übersetzungsverhältnisses bei vorgegebener konstanter Kraft am Betätigungsgestänge 5 führt.

Fig. 7 zeigt, was im Prinzip aus den Fig. 1, 3, 5 bereits ersichtlich ist, nocheinmal in Einzeldarstellung in Draufsicht die Scheibe 13 mit Zahn 14 und Ausnehmung 15. Die Form des Zahnes 14 und der Ausnehmung 15 wird im Versuch iterativ ermittelt. Sie muß gewährleisten, daß, wie beschrieben, Zahnrad 7 und Zahnsegment 11 nicht mehr im Eingriff und Zahnrad 6 und Zahnsegment 12 noch nicht im Eingriff sind, die Abwicklung des Zahns auf der Gegenflanke der Ausnehmung eine kontinuierliche Beschleunigung/Verzögerung der Winkelgeschwindigkeit auf die nachfolgende Paarung Zahnrad/Zahnsegment ergibt. Damit wird ohne Schwächung der Zähne eine kontinuierliche Umsetzung der Kraftverhältnisse erreicht. Die Kraft- bzw. Wegfunktion erfüllt damit die eingangs gestellte Aufgabe. Wie aus Fig. 7 zu sehen, ist der Krümmungsradius der Ausnehmung 15 etwas größer (z. B. 3 mm) als der Krümmungsradius des vorderen freien Endes des Zahns 14 (z. B. 2,5 mm). Es ist auch ersichtlich, daß zwischen Ausnehmung 15 und Zahn 14 ein kurzes gerades Stück 17 gegeben ist, das sich entlang einer radialen Linie durch den Drehpunkt befindet. Zu erwähnen ist ferner noch die Einbuchtung 18 an der der Geraden 17 entgegengesetzten Flanke des Zahnes 14. Sie gewährleistet, daß keine Blockierung zwischen den Scheiben 8 und 13 in irgendeiner Winkelposition erfolgen kann.

Der Bewegungsablauf wurde im vorhergehenden in Richtung der in den Fig. 1 bis 6 eingezeichneten Pfeile beschrieben. In umgekehrter Drehrichtung (Öffnung der Drosselklappe) verlaufen die Bewegungen und die Eingriffe analog. Auf eine ausführliche Darstellung dieses Rückablaufs kann daher verzichtet werden.

Um einen geräuschfreien und wartungsarmen Lauf des gezeigten Stellgetriebes zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, die Zahnräder bzw. Zahnsegmente aus Ultramid zu fertigen.

Die Einheiten auf den Wellen 2 bzw. 3, jeweils gebildet durch die Wellen und die Bauteile 6, 7, 8, 9 bzw. 11, 12, 13, 14 werden vorzugsweise einteilig als Spritzgußteile hergestellt.

Claims (6)

1. Stellgetriebe für insbesondere im Lüftungskanal von Kraftfahrzeugen angeordnete Drosselklappen (16) mit einer ersten über Betätigungseinrichtungen drehbaren Welle (2) und einer zweiten die Stellung der Drosselklappe bestimmenden Welle (3), sowie ferner mit Zahnrädern zur Übertragung der Drehbewegung der ersten Welle auf die zweite Welle, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Wellen (2, 3) je ein Zahnradsegment (6, 11) und ein Zahnrad (7, 12) angeordnet sind, wobei jeweils ein Zahnradsegment (6, 11) auf der einen Welle (2, 3) mit dem Zahnrad (7, 12) auf der anderen Welle entlang sich nicht überschneidender Drehwinkelbereiche mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen (1,5 : 1; 1 : 1,5) in Eingriff sind, und daß ferner auf beiden Wellen (2, 3) je ein Zahn (9, 14) und in derselben Ebene neben ihm eine Ausnehmung (10, 15) angeordnet ist, derart, daß in dem Drehwinkelbereich, in dem kein Eingriff eines Zahnrades mit einem Zahnrad-Segment stattfindet, die Kraftübertragung über das Zusammenwirken einer Ausnehmung (10, 15) auf einer Welle (2, 3) mit einem Zahn (9, 14) auf der anderen Welle (2, 3) stattfindet.

2. Stellgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahn (9, 14) und die Ausnehmung (10, 15) je an einer auf der Welle zwischen den beiden Zahnradsegmenten angeordneten Scheibe (8, 13) angebracht sind.

3. Stellgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rundung des freien Endes des Zahns (9, 14) einen geringeren Krümmungsradius als die mit ihm zusammenwirkende Ausnehmung (10, 15) hat.

4. Stellgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahn (9, 14) auf seiner der benachbarten Ausnehmung (10, 15) zugewandten Flanke ein in Richtung einer Radialen bzgl. des Drehpunkts der Welle gerades Flankenstück (17) aufweist.

5. Stellgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnradsegmente (6, 11) sowie die Flanken der beiden Zähne (9, 14) und der beiden Ausnehmungen (10. 15) derart aufeinander abgestimmt sind, daß sich in einer Drehrichtung folgender Eingriffsablauf ergibt:

• (a) Das Zahnradsegment (6) auf der ersten Welle (2) mit dem größeren Durchmesser ist im Eingriff mit dem Zahnrad (12) auf der zweiten Welle (3) mit dem kleineren Durchmesser und dreht dieses;
• (b) der Zahn (1) auf der ersten Welle (2) erstreckt sich in die Ausnehmung (15) auf der zweiten Welle (3); dabei gerät der Drehwinkelbereich des Zahnradsegments (6) mit dem größeren Durchmesser der ersten Welle (2) außer Eingriff mit dem Zahnrad (12) mit dem kleineren Durchmesser auf der zweiten Welle (3); die Ausnehmung (10) auf der ersten Welle (2) nimmt den Zahn (14) auf der zweiten Welle (3) auf; dabei verläßt der Zahn (9) auf der ersten Welle (2) die Ausnehmung (15) auf der zweiten Welle (3);
• (d) das Zahnrad (7) mit dem kleineren Durchmesser auf der ersten Welle (2) greift in das Zahnradsegment (11) mit dem größeren Durchmesser auf der zweiten Welle (3) ein.

6. Stellgetriebe nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Wellen (2, 3) mit dem auf ihnen angeordneten Zahnrad (7, 12), Zahnradsegment (6, 11) und Zahn (9, 14) je als ein Spritzgußteil ausgebildet sind.