DE3842397C2 - - Google Patents
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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.
Aus der DE-OS 34 20 277 ist eine Vorrichtung bekannt,
bei der der Kraftfluß zwischen zwei Bauteilen durch
Anlegen eines elektrischen Stromes dadurch veränderbar
ist, daß ein Bauteilabschnitt geometrisch verändert
wird. Dazu sind jedoch thermisch sich ausdehnende Ele
mente vorgesehen, die einen hohen Platzbedarf benötigen.
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 und 3 entnehmbar. Der Patentanspruch 4 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 Kraftschluß 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 zeigt
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 ein 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 die Stellstange 22 ringförmigen Auflage 34 abge
stützt ist. Die Abstützung 34 ist mittels eines Siche
rungsringes 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 geöffnet wird. Diese
Öffnung ist erforderlich, um beim Starten der Brenn
kraftmaschine 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 in 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 Abstützung 34 ist im Detail in zwei verschiedenen
Ausführungsformen in Fig. 2 und 3 dargestellt. Der
konstruktive Aufbau wird weiter unten beschrieben. Zur
Abstützung 34 gehört ein durch Stromansteuerung geome
trisch veränderbares Element, das vorzugsweise ringför
mig um die Stellstange 22 verläuft. Es sind zwei An
schlüsse mit Stromansteuerung vorgesehen, der eine mit
Minuspotential und der andere über eine Leitung 46 mit
einer elektronischen 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 dargestellten 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 elektrischen Verknüpfungsschaltung 48 derart ver
arbeitet, daß diese den durch die Stromansteuerung ver
änderbaren Bauteilabschnitt ansteuert, wenn die Leer
laufdrehzahl oberhalb einer vorgegebenen Schwelle liegt,
ohne daß das Gaspedal betätigt wurde oder Schubbetrieb
vorliegt. Es wird dann in Sekundenbruchteilen die Ab
stützung 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 Abstützung
34 im Detail. Die Auflage 34 weist einen ersten Ab
schnitt 100 auf, der sich wie ein Zylindermantel um die
Stellstange 22 legt und mit dieser, beispielsweise durch
Kleben, verbunden ist. An dem der Feder 36 zugewandten
Ende des Zylindermantels 100 weist ein Abschnitt 102
in radialer Richtung weg von der Stellstange 22, an des
sen radial äußerem Ende ein zweiter Zylindermantelab
schnitt 104 befestigt ist, der somit parallel zum ersten
Zylindermantelabschnitt 100, von diesem beabstandet ver
läuft. Im Bereich des Abschnittes 102 oder in dem Über
gangsbereich zwischen dem Abschnitt 102 und dem zweiten
Zylindermantelabschnitt 104 ist eine Soll-Bruchstelle
114 vorgesehen, beispielsweise durch eine entsprechende
Materialschwächung.
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 Stirnseiten des
dritten Zylindermantelabschnittes 108 bildet eine Aufla
ge 110 für die Feder 36, wobei ein Vorsprung 112 ein Ab
gleiten 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 Abstützung 34 in der Sollbruchstelle
114 bricht. Der Kraftschluß der Feder 36 über die Aufla
ge 110 und die in ihrem geometrischen Aufbau detailliert
oben beschriebene, als Federstütze dienende Abstützung
34, die mit der Stellstange 22 verbunden ist, ist somit
aufgehoben.
Die Abstützung 34 besteht vorzugsweise aus einem spröden
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 Abstützung 34 aus
zwei Ringen 200 und 202, deren innerer Ring 200 an sei
ner Innenseite wieder über Kleben oder ähnliche Befesti
gungstechniken mit der Stellstange verbunden ist. Der
äußere Ring 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 (4)
1. Vorrichtung zum Unterbrechen des Kraftschlusses zwi
schen zwei Bauteilen mit einem bei Strombeaufschla
gung geometrisch veränderbaren Bauteilabschnitt, der
in den Kraftfluß einschaltbar und elektrisch an
steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das eine
Bauteil eine Stellstange (22) und das andere Bauteil
eine die Stellstange vorspannende Feder (36) ist, die
über eine an der Stellstange festgelegte Auflage
(110) die Stellstange in axialer Richtung beauf
schlagt, wobei in der Verbindung der Auflage (110)
zur Stellstange (22) ein Ring (116) aus Piezokeramik
oder Memorymetall vorgesehen ist, der bei Strombeauf
schlagung eine Soll-Bruchstelle (114) zwischen Aufla
ge (110) und Stellstange (22) öffnet zur Unterbre
chung des Kraftschlusses.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auflage (110) allseitig von der Stellstange
(22) beabstandet und als ein diese umgebender Ring
ausgebildet ist, der über einen axial mit der Stell
stange (22) ausgerichteten Zylindermantel (100, 102, 104) an
dessen einer Stirnseite verbunden ist, dessen andere
Stirnseite mit der Stellstange verbunden ist, wobei
der Zylindermantel die Sollbruchstelle (114) aufweist
und von mindestens einem Ring (116) aus Memorymetall
umgeben ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Feder (36) zum Vorspannen der Stellstange
(22) über einen Auflagering (202) angreift, wobei der
Auflagering (202) auf einem mit der Stange (22) ver
bundenen ringförmigen Gegenlager (200) aufliegt, und
Auflagering (202 und/oder Gegenlager (200) durch
Stromanlegen als piezoelektrische oder Memory-Metall
elemente im Durchmesser veränderbar sind
in der Art, daß der Auflagering und das ringförmige
Gegenlager außer Berührung miteinander kommen.
4. 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 der 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
in den geometrischen Maßen 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.
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DE3842397A1 DE3842397A1 (de) | 1990-06-21 |
DE3842397C2 true DE3842397C2 (de) | 1990-09-27 |
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Country Status (1)
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DE (1) | DE3842397A1 (de) |
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1988
- 1988-12-16 DE DE19883842397 patent/DE3842397A1/de active Granted
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