DE3842397A1 - Vorrichtung zum unterbrechen des kraftschlusses zwischen zwei bauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Unterbrechen des Kraftschlusses zwischen zwei Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei in Vorrichtungen funktionsmäßig zusammenwirkenden Bauteilen ist es oftmals erwünscht, bei irregulären Be­ triebszuständen den Kraftschluß zwischen den Bauteilen mehr oder weniger schnell zu unterbrechen. Steht der Fachmann vor einer derartigen Problematik, so wird er insbesondere Kupplungen in Betracht ziehen, die in einer Vielzahl von Ausführungen zum Stand der Technik zählen. Handelt es sich aber um geringere Kräfte an Bauteilen, die der Feinmechanik zuzurechnen sind, so sind Kupplun­ gen relativ aufwendig hinsichtlich der Fertigungskosten und der Montage; ferner steht ein ausreichender Einbau­ raum nicht immer zur Verfügung.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die bei geringem Bauaufwand und Einbauraum zuverlässig den Kraftschluß unterbrechen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den Patentansprüchen 2 bis 7 entnehmbar. Der Patentanspruch 8 gibt eine be­ vorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an.

Erfindungsgemäß wird ein durch Anlegen von elektrischem Strom geometrisch veränderbarer Bauteilabschnitt der Vorrichtung vorgeschlagen, der in den Kraftfluß einge­ schaltet ist und elektrisch ansteuerbar ist. Dieser Bauteilabschnitt kann z. B. ein Memory-Metallring sein, der eingebettet ist in ein Material, das mit einer Soll-Bruchstelle ausgerüstet ist. Bei Anlegen von Strom an den Ring aus Memory-Metall verändert dieser geome­ trisch seine Gestalt, wodurch das Material mit der Soll-Bruchstelle, das in den Kraftschluß eingezogen ist, bricht und somit den Kraftschluß aufhebt.

Eine Alternative ist die Ausbildung des Abschnittes, der in den Kraftschluß eingeschaltet ist, als piezoelektri­ sches Material. Beispielsweise können zwei Ringe aufein­ ander aufliegen, deren einer piezoelektrisch ausgestal­ tet ist und bei Strombeaufschlagung seine Gestalt geo­ metrisch so ändert, daß der eine Ring vom anderen abge­ leitet und somit der Kraftschluß zwischen diesen beiden Ringen unterbrochen ist.

Die Vorrichtung kann Anwendung finden für einen soge­ nannten Kaltstartbeschleuniger oder Drosselklappenein­ steller einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Dies ist eine Vorrichtung mit einer pneu­ matisch betätigten Stellstange und einer die Stellstange vorspannenden Feder. Die Stellstange wirkt auf ein die Brennstoffmenge (Einspritzpumpe) oder ein Brennstoff- Luftgemisch (Vergaser) zuteilendes Glied, z. B. eine Drosselklappe. Dabei wird dieses Glied durch die Vor­ spannkraft der Feder im Sinne einer Drehzahlanhebung der Brennkraftmaschine verstellt. Im Falle eines Vergasers mit einer willkürlich steuerbaren Drosselklappe wird die Drosselklappe um ein definiertes Maß geöffnet. Wird in dieser Stellung die Brennkraftmaschine gestartet und läuft in der Drehzahl hoch, so wird durch den dabei im Saugrohr der Brennkraftmaschine entstehenden Unterdruck die Stellstange durch die Stellmembrane entgegen der Vorspannkraft der Feder zurückgezogen und somit die Leerlaufdrehzahl zurückgestellt.

Bei einem Defekt an der pneumatischen Rückstellung (z. B. Membrane gerissen oder Schlauchverbindung un­ terbrochen) würde durch die Vorspannkraft der Feder die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine dauerhaft auf die Startdrehzahl angehoben. Dies wird durch die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit einer Überwa­ chungsschaltung vermieden. Sobald nämlich über die Über­ wachungsschaltung festgestellt wird, daß die Leerlauf­ drehzahl der Brennkraftmaschine irregulär hoch ist, wird der in dem Kraftfluß eingeschaltete Bauteilabschnitt an eine Stromquelle angeschlossen, dadurch wird dieser Bau­ teilabschnitt geometrisch nahezu verzögerungsfrei verän­ dert und hebt den Kraftschluß an dieser Stelle auf. Die Vorspannkraft der Feder wird dadurch eliminiert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung nä­ her erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung an einem Drosselklappeneinsteller für einen Verga­ ser einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II der Fig. 1 durch die die Feder einer Stellstange ab­ stützende Scheibe;

Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie II-II der Fig. 1 durch die die Feder einer Stellstange ab­ stützende Scheibe gemäß einer weiteren Aus­ führungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist schematisch ein Abschnitt eines Vergasers 10 für eine Brennkraftmaschine für einen Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) gezeigt, in dessen das Brennstoff- Luft-Gemisch führenden Kanal 12 eine willkürlich steuer­ bare Drosselklappe 14 angeordnet ist. Die Drosselklappe 14 ist über eine Achse 16 schwenkbar gelagert. An der Achse 16 ist unter anderem ein Hebel 18 befestigt, an dem eine die Drosselklappe 14 in ihre geschlossene Posi­ tion vorspannende Schraubenzugfeder 20 eingehängt ist. Das die Drosselklappe 14 durch die Bedienungsperson des Kraftfahrzeuges betätigende Drosselklappengestänge ist nicht dargestellt.

Auf den Hebel 18 wirkt in Öffnungsrichtung der Drossel­ klappe 14 eine Stellstange 22 eines allgemein mit 24 be­ zeichneten Drosselklappeneinstellers. Die Stellstange 22 endet in einem am Vergaser 10 befestigten Gehäuse 25, in dem sie mit einer in dem Gehäuse 25 dicht eingespannten elastischen Membrane 26 verbunden ist. Die Membrane 26 unterteilt das Gehäuse 25 in zwei Kammern 28, 30, von denen die Kammer 28 mit der Atmosphäre und die Kammer 30 über eine Schlauchleitung 32 mit einem nicht dargestell­ ten stromab der Drosselklappe 14 liegenden Saugrohrab­ schnitt der Brennkraftmaschine verbunden ist.

Auf die Stellstange 22 wirkt eine Schraubendruckfeder 36, die einerseits an dem Gehäuse 25 und andererseits an einer Scheibe 34 abgestützt ist. Die Scheibe 34 ist mit­ tels eines Sicherungsringes 38 an der Stellstange 22 festgelegt. Die Kraft der Schraubendruckfeder 36 ist größer als die der Feder 20, so daß bei stillstehender Brennkraftmaschine, wenn in den beiden Kammern 28, 30 gleicher Druck herrscht, die Drosselklappe 14 über den Hebel 18 durch die Feder 36 um ein definiertes Maß ge­ öffnet wird. Diese Öffnung ist erforderlich, um beim Starten der Brennkraftmaschine deren Wiederanspringen zu ermöglichen.

Ist die Brennkraftmaschine angesprungen und steigt deren Drehzahl gemäß der Öffnung der Drosselklappe 14 an, so baut sich stromab der Drosselklappe 14 ein Unterdruck auf, der sich über die Schlauchleitung 32 in die Kammer 30 fortpflanzt. Dabei reicht die Druckdifferenz zwischen den Kammern 28, 30 aus, um die Membrane 26 auf der Zeichnung nach rechts zu bewegen und dabei die Stell­ stange 22 entgegen der Kraft der Feder 36 anzuziehen, so daß die Drosselklappe 14 von ihrer geöffneten Startposi­ tion in eine mehr geschlossene Leerlaufposition zurück­ gestellt wird.

Die Scheibe 34 ist im Detail in zwei verschiedenen Aus­ führungsformen in Fig. 2 und 3 dargestellt. Der kon­ struktive Aufbau wird weiter unten beschrieben. Zur Scheibe 34 gehört ein durch Stromansteuerung geometrisch veränderbares Element, das vorzugsweise ringförmig um die Stellstange 22 verläuft. Es sind zwei Anschlüsse zur Stromansteuerung vorgesehen, der eine mit Minuspotential und der andere über eine Leitung 46 mit einer elektroni­ schen Verknüpfungsschaltung 48 verbunden.

Die Verknüpfungsschaltung 48 empfängt über eine Leitung 50 ein Signal, wenn die Drehzahl n der Brennkraftmaschi­ ne eine oberhalb der Leerlaufdrehzahl liegende Drehzahl­ schwelle überschreitet. Eine Leitung 54 ist mit einem nicht dargestelltem Drosselklappenschalter verbunden, der anzeigt, ob die Drosselklappe geschlossen ist oder nicht (Anzeige für Schubbetrieb). Ferner ist am Gaspedal des Kraftfahrzeuges (nicht dargestellt) ein Schalter an­ geordnet, der über eine Leitung 56 ein Signal an die Verknüpfungsschaltung 48 dann abgibt, wenn die Bedie­ nungsperson das Gaspedal betätigt. Die Signale werden in der elektronischen Verknüpfungsschaltung 48 derart verarbeitet, daß diesen durch die Stromansteuerung ver­ änderbaren Bauteilabschnitt des Gaspedales aufliegt. Über den Bauteilabschnitt wird dann in Sekundenbruchtei­ len die Scheibe 34 geometrisch derart verändert, daß die Feder 36 dadurch ihre kraftschlüssige Verbindung mit der Stellstange 22 verliert, so daß über die Feder 20 und den Hebel 18 die Drosselklappe 14 in ihre geschlossene Stellung (Leerlaufposition) zurückbewegt wird.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Scheibe 34 im Detail. Die Scheibe 34 weist einen ersten Abschnitt 100 auf, der sich wie ein Zylindermantel um die Stell­ stange 22 legt und mit dieser, beispielsweise durch Kle­ ben, verbunden ist. An dem der Feder 36 zugewandten Ende dieses Zylindermantels 100 weist ein Abschnitt 102 in radialer Richtung weg von der Stellstange 22, an dessen radial äußerem Ende ein zweiter Zylindermantelabschnitt 104 befestigt ist, der somit parallel zum ersten Zylin­ dermantelabschnitt 100, von diesem beabstandet verläuft.

Im Bereich des Abschnittes 102 oder in dem Übergangsbe­ reich zwischen dem Abschnitt 102 und dem zweiten Zylin­ dermantelabschnitt 104 ist eine Soll-Bruchstelle 114 vorgesehen, beispielsweise durch eine entsprechende Ma­ terialschwächung.

An dem der Feder abgewandten Ende 104 des zweiten Zylin­ dermantelabschnittes schließt sich ein weiterer Ab­ schnitt 106, wieder radial nach außen gerichtet an, der an seinem äußeren Ende einen dritten Zylindermantelab­ schnitt 108, der parallel dem ersten Zylindermantelab­ schnitt 100 und parallel dem zweiten Zylindermantelab­ schnitt 104 verläuft. Dieser Bereich der Scheibe ist somit im Querschnitt in etwa s-förmig ausgebildet und beinhaltet somit eine um die Stellstange herumlaufende, ringförmige Tasche 120, in die ein oder mehrere Ringe aus Memory-Metall 116 eingelegt sind. Die Stirnseite des dritten Zylindermantelabschnittes 108 bildet ein Aufla­ ger 110 für die Feder 36, wobei ein Vorsprung 112 ein Abgleiten der Feder von der Auflage 110 verhindert.

Die in Fig. 1 dargestellten, schematisch angedeuteten Stromanschlüsse über die Leitung 46 sind an den oder die Ringe aus Memory-Metall 116 geführt.

Bei Stromanlegen an die Memory-Metallringe 116 ziehen diese sich geometrisch zusammen, wodurch die als Feder­ stütze dienende Scheibe 34 in der Soll-Bruchstelle 114 bricht. Der Kraftschluß der Feder 36 über die Auflage 110 und die in ihrem geometrischen Aufbau detailliert oben beschriebene, als Federstütze dienende Scheibe 34, die mit der Stellstange 22 verbunden ist, ist somit auf­ gehoben.

Die Federstütze 34 besteht vorzugsweise aus einem sprö­ den Material, z. B. aus Glas oder einem Kunststoff, wie einem Thermo- oder Duraplast.

Das Memory-Metall 116 zieht sich vorzugsweise durch die Erwärmung des Stromflusses zusammen, es ist jedoch auch ein Aufbrechen der Soll-Bruchstelle 114 sichergestellt, wenn das Memory-Metall 116 sich ausdehnt.

In der Praxis hat sich herausgestellt, daß mehrere Ringe aus Memory-Metall 116 notwendig sind, um die notwendige, die Soll-Bruchstelle 114 in Aktion tretende Kraft aufzu­ wenden.

Eine Alternative ist in Fig. 3 dargestellt. Hier besteht die in Fig. 1 schematisch dargestellte Scheibe 34 aus zwei Ringen 100 und 102, deren innerer Ring 200 an sei­ ner Innenseite wieder über Kleben oder ähnliche Befesti­ gungstechniken mit der Stellstange verbunden ist. Der äußere Ringe 202 wird durch die Kraft der Feder 36 gegen den inneren Ring 200 gedrückt, der Innendurchmesser des Ringes 202 ist etwas kleiner als der Außendurchmesser des Ringes 200, so daß die beiden Ringe 200 und 202 in Auflage aufeinander kommen. Dies wird günstigerweise durch eine schräge Fläche 204 zwischen den beiden Ringen erreicht, so daß der äußere Ring 202 keilförmig auf dem inneren Ring 200 aufsitzt. Der äußere Ring 202 bildet das Auflager für die Feder 36.

Mindestens einer der Ringe 200 oder 202 ist aus Piezoke­ ramik gebildet, kann also durch Anlegen von Strom seine geometrische Gestalt ändern. Wird nun durch Anlegen von Strom der äußere Ring 202 ausgedehnt und/oder der innere Ring 200 in seinem Durchmesser verkleinert, kommen die Ringe 200 und 202 an ihrer bisherigen Auflagestelle 204 außer Eingriff, so daß die Kraftübertragung von der Fe­ der 36 über den Ring 202 zum Ring 200 und von dort auf die Stellstange 22 unterbrochen ist. Der Kraftfluß wird also in gewünschter Weise aufgehoben. Anstelle von Pie­ zokeramik kann auch in diesem Fall Memorymetall einge­ setzt werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Unterbrechen des Kraftschlusses zwi­ schen zwei Bauteilen, gekennzeichnet durch einen bei Strombeaufschlagung geometrisch veränderbaren Bau­ teilabschnitt (100 bis 116; 200 bis 202), der in den Kraftfluß eingeschaltet und elektrisch ansteuerbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteilabschnitt ein Element (116) aus Memo­ ry-Metall aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Memory-Metall in dünnwandiges Material (104) mit einer Soll-Bruchstelle (114) eingebettet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteilabschnitt ein Element aus Piezokeramik (200) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus Piezokeramik im stromlosen Zu­ stand auf einem Gegenlager (204) aufliegt und bei elektrischer Ansteuerung geometrisch sich verändert, so daß es außer Berührung mit dem Gegenlager kommt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das eine Bauteil eine Stellstange (22) und das andere Bauteil eine die Stellstange vorspannende Feder (36) ist, die über eine an der Stellstange (22) festgeleg­ te Scheibe (110) eine Kraft auf die Stellstange aus­ übt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung der Scheibe (110) zur Stellstange (22) ein Ring (116) aus Memory-Metall vorgesehen ist, der auf einem zur Stellstange (22) koaxialen, von der Stellstange beab­ standeten Zylindermantel (104) liegt, der an seiner einen Seite über die Sollbruchstelle (114) mit der Stellstange (22) verbunden ist und an seiner anderen Seite (106) die Scheibe (110) trägt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das eine Bauteil eine Stellstange (22) und das andere Bauteil eine die Stellstange vorspannende Feder (36) ist, die über eine an der Stellstange (22) festgeleg­ te Scheibe (202) eine Kraft auf die Stellstange aus­ übt, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (202) durch ein mit der Stange (22) verbundenes Gegenlager (200) festgelegt ist, wobei Scheibe (202) und/oder Gegenlager (200) durch Stromanlegen an einen piezo­ elektrischen oder Memory-Metallring geometrisch ver­ änderbar sind in der Art, daß Scheibe und Gegenlager außer Berührung miteinander kommen.

8. Verwendung der Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das eine Bauteil ein auf ein Brennstoffzumeßglied (Drosselklappe 14) einer Brennkraftmaschine wirkende Stellstange (22) eines Kaltstartbeschleunigers oder Drosselklappenein­ stellers (10) ist und auf die Stellstange (22) entge­ gen der Kraft einer Feder (36) eine unterdruckbetä­ tigte Stellmembrane (26) einwirkt, die das Zumeßglied nach dem Starten der Brennkraftmaschine auf Leerlauf­ stellung zurückstellt und zwischen der Feder (36) und der Stellstange (22) ein durch Strombeaufschlagung geometrisch veränderbarer Bauteilabschnitt (34) ein­ geschaltet ist, und der Bauteilabschnitt (34) über eine Schaltung (48) an eine Stromquelle (52) ange­ schlossen ist, wenn die Drehzahl der Brennkraftma­ schine irregulär oberhalb einer definierten Dreh­ zahlschwelle liegt.