DE4133380A1 - Stelleinrichtung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Stelleinrichtung für eine Brenn­ kraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei manchen Brennkraftmaschinen, deren Leistung mit Hilfe einer Drosselklappe steuerbar ist, kann die Drosselklappe mit Hilfe eines Stellmotors betätigt werden. Wegen verschiedener Reibmomente und Rückstellmomente ist zur Betätigung der Drosselklappe ein ausrei­ chendes Drehmoment erforderlich. Damit dieses ausreichende Drehmo­ ment mit Hilfe eines nicht zu groß bauenden Stellmotors aufgebracht werden kann, kann man zwischen dem Stellmotor und der Drosselklap­ penwelle ein Übersetzungsgetriebe vorsehen. Das Übersetzungsgetriebe dient zum Übertragen einer Schwenkbewegung des Rotors des Stellmo­ tors auf eine Schwenkbewegung der Drosselklappenwelle bzw. der Dros­ selklappe.

Das Übersetzungsgetriebe umfaßt normalerweise mindestens zwei in Eingriff miteinander stehende Zahnräder. Beide Zahnräder haben eine Außenverzahnung. Das Zahnrad mit dem größeren Teilkreisdurchmesser ist mit der Drosselklappenwelle verbunden, und das Zahnrad mit dem kleineren Teilkreisdurchmesser ist mit dem Rotor des Stellmotors verbunden. Wegen normalerweise sehr beengtem zur Verfügung stehenden Raum ist es erforderlich, daß die Stelleinrichtung möglichst klein baut.

Bei bekannten Stelleinrichtungen ist die Drehachse des Zahnrades mit dem kleineren Teilkreisdurchmesser bzw. dem kleineren Wälzkreis­ durchmesser außerhalb des Wälz- bzw. Teilkreisdurchmessers des Zahn­ rades mit dem größeren Wälz- bzw. Teilkreisdurchmesser. Dies hat den Nachteil, daß die bekannten Stelleinrichtungen verhältnismäßig groß bauen.

Vorteile der Erfindung

Demgegenüber weist die erfindungsgemäß ausgeführte Stelleinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs den Vorteil auf, daß bei gleichem Übersetzungsverhältnis ein kleinerer Bauraum erforderlich ist bzw. daß bei gleichem Bauraum ein größeres Überset­ zungsverhältnis möglich ist. Desweiteren ergibt sich zwischen den beiden Zahnrädern eine größere Überdeckung und damit eine höhere Tragfähigkeit bzw. bei geforderter Tragfähigkeit können die Zahnra­ der schmäler ausgeführt werden und/oder aus Werkstoffen mit entspre­ chend niedrigerer Werkstoffkennzahl bestehen.

Durch die in dem Unteranspruch aufgeführten Maßnahmen sind vorteil­ hafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Stelleinrichtung mög­ lich.

Zeichnung

Ausgewählte, besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Stell­ einrichtung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 und 2 ein erstes Ausführungsbeispiel in verschiedenen Ansichten und die Fig. 3 und 4 je ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die erfindungsgemäß ausgeführte Stelleinrichtung kann bei jeder Brennkraftmaschine verwendet werden, bei der die Leistung mit Hilfe einer über einen Stellmotor betätigbaren Drosselklappe gesteuert werden soll. Die Brennkraftmaschine ist z. B. ein Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges.

Die elektromotorische Verstellung der Drosselklappe kann so gestal­ tet sein, daß der Stellmotor die Drosselklappe in deren gesamten Stellbereich verstellt oder aber nur innerhalb eines Teilbereiches des Stellbereiches der Drosselklappe, wie z. B. nur im Leerlaufbe­ reich.

Die Fig. 1 zeigt in Seitenansicht einen Abschnitt eines Saugrohres 2 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine.

In der Wand des Saugrohres 2 ist eine Drosselklappenwelle 4 drehbar gelagert. Eine Drosselklappe 6 ist mit der Drosselklappenwelle 4 verbunden. Die Drosselklappe 6 ist bei der in Fig. 1 gewählten Dar­ stellung nicht sichtbar und deshalb gestrichelt gezeichnet.

An das Saugrohr 2 ist ein Gehäuse 8 angeformt. Das Gehäuse 8 kann von einem Gehäusedeckel verschlossen werden. Bei der in Fig. 1 dar­ gestellten Ansicht ist der Gehäusedeckel entfernt, so daß man in das Innere des Gehäuses 8 hineinsehen kann.

Mit der Drosselklappenwelle 4 ist ein Zahnrad 10 verbunden. Das Zahnrad 10 hat einen ersten Steg 11 und einen zweiten Steg 12. Die Stege 11, 12 verlaufen speichenartig in radialer Richtung. Ein Kreisbogen 14 verbindet die beiden nach außen weisenden Enden der Stege 11, 12. Auf der radial nach innen weisenden Seite des Kreis­ bogens 14 verläuft eine Innenverzahnung 16.

Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Saugrohr 2 mit dem an­ geformten Gehäuse 8. In dem ebenfalls im Querschnitt dargestellten Gehäusedeckel 18 ist ein Stellmotor 20 gelagert. Der Stellmotor 20 hat einen Rotor 22. Ein Zahnrad 24 ist mit dem Rotor 22 fest verbun­ den. Das Zahnrad 24 hat eine Außenverzahnung 26.

Bei der für die Fig. 1 gewählten Darstellung befindet sich der Stellmotor 20 oberhalb der Bildebene. Ersatzweise ist der Stellmotor 20 durch einen gestrichelt dargestellten Kreis angedeutet. Dieser Kreis hat ebenfalls das Bezugszeichen 20.

Die Innenverzahnung 16 des Zahnrades 10 steht in Eingriff mit der Außenverzahnung 26 des Zahnrades 24. Das Zahnrad 10 hat eine Dreh­ achse 28 und das Zahnrad 24 hat eine Drehachse 30. Das Zahnrad 10 ist um die Drehachse 28 und das Zahnrad 24 um die Drehachse 30 ,schwenkbar gelagert. Die Zahnräder 10, 24 sind Bestandteile eines Übersetzungsgetriebes 33. Das Übersetzungsgetriebe 33 kann eine Schwenkbewegung des Zahnrades 24 in eine Schwenkbewegung des Zahnra­ des 10 übertragen. Das Übersetzungsverhältnis einer Drehbewegung des Zahnrades 24 in eine Drehbewegung des Zahnrades 10 hängt ab vom Ver­ hältnis des Teilkreisdurchmessers des Zahnrades 24 zum Teilkreis­ durchmesser des Zahnrades 10. Mit Wahl der Teilkreisdurchmesser kann das Übersetzungsverhältnis festgelegt werden.

Halber Teilkreisdurchmesser des Zahnrades 10 minus halber Teilkreis­ durchmesser des Zahnrades 24 ergibt den Abstand zwischen den beiden Drehachsen 28, 30. Je kleiner der Abstand zwischen den beiden Dreh­ achsen 28, 30 ist, desto dichter kann der Stellmotor 20 an die Dros­ selklappenwelle 4 herangerückt werden und desto kleiner wird das Ge­ häuse 8 bzw. der Gehäusedeckel 18.

Die notwendige Größe für das Gehäuse 8 bzw. für den Gehäusedeckel 18 bestimmt sich im wesentlichen in Abhängigkeit vom Durchmesser des Stellmotors 20, von der Länge des Stellmotors 20 und vom Abstand zwischen den beiden Drehachsen 28, 30. Bei gleichem Übersetzungsver­ hältnis wird der Abstand zwischen den beiden Drehachsen 28, 30 bei der erfindungsgemäß ausgeführten Stelleinrichtung mit dem bei spiel­ haft dargestellten Übersetzungsgetriebe 33 wesentlich kleiner als wenn das Zahnrad 10 in bekannter Weise mit einer Außenverzahnung versehen worden wäre. Es kann aber auch das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Zahnrad 24 und dem Zahnrad 10 relativ groß gewählt wer­ den, ohne daß das Übersetzungsgetriebe 33 unverhältnismäßig groß baut. Dadurch kann der Durchmesser und/oder die Länge des Stell­ motors 20 kleiner gewählt werden, weil bei größerem Übersetzungsver­ hältnis der Stellmotor 20 ein kleineres Drehmoment aufbringen muß.

Dadurch daß die Außenverzahnung 26 des Zahnrades 24 mit der Innen­ verzahnung 16 des Zahnrades 10 in Eingriff steht, ergibt sich eine besonders hohe Überdeckung zwischen den beiden Verzahnungen 16, 26, was eine besonders hohe Tragfähigkeit ergibt.

Für die Drosselklappe 6 ist beispielsweise ein Schwenkbereich von 90° erforderlich. Deshalb muß die Innenverzahnung 16 nicht über 360° umlaufend sein, sondern es reicht für den Kreisbogen 14 und für die Innenverzahnung 16 ein Segment von weniger als 360°, wie z. B. 120°. Deshalb ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Zahnrad 10 ein Segmentzahnrad, wobei sich die Innenverzahnung 16 des Zahnrades 10 über weniger als 360° erstreckt.

Zwischen der Drehachse 28, den speichenartigen Stegen 11, 12 und der Innenverzahnung 16 des Kreisbogens 14 ergibt sich eine Aussparung 35. Das Zahnrad 24 befindet sich mindestens teilweise innerhalb der Aussparung 35. Das Zahnrad 24 erstreckt sich beispielsweise in axia­ ler Richtung über die volle Breite des Zahnrades 10. Die Länge des Kreisbogens 14 bzw. der Innenverzahnung 16 kann in Umfangsrichtung so lang gewählt werden, daß die beiden Enden der Innenverzahnung 16 bzw. die beiden Stege 11, 12 nicht mit dem Zahnrad 24 in Berührung kommen.

An dem Gehäuse 8 ist ein erster Anschlag 37 und ein zweiter Anschlag 38 vorgesehen. Bei einer Schwenkbewegung des Zahnrades 10 entgegen Uhrzeigersinn kann der erste Steg 11 an dem ersten Anschlag 37 zur Anlage kommen, und bei einer Schwenkbewegung des Zahnrades 10 im Uhrzeigersinn kann der zweite Steg 12 an den zweiten Anschlag 38 zur Anlage kommen. Das heißt, eine Schwenkbewegung des Zahnrades 10 und damit der Drosselklappe 6 kann auf einfache Weise begrenzt werden, ohne daß z. B. an dem Zahnrad 10 zusätzliche Anschlagsflächen vorgesehen werden müssen. Das Übersetzungsgetriebe 33 kann einstufig (Fig. 1 und 2) oder mehrstufig (Fig. 3 und 4) sein.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres, besonders vorteilhaftes Ausführungs­ beispiel der Stelleinrichtung.

In allen Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit densel­ ben Bezugszeichen versehen. Die Ausführungsbeispiele sind weitgehend gleich aufgebaut, bis auf die nachfolgend im wesentlichen angegebe­ nen Abweichungen. Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsbei­ spiele sind miteinander kombinierbar.

Bei der in der Fig. 3 dargestellten Stelleinrichtung ist das Über­ setzungsgetriebe 33 zweistufig. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind die Drehachsen 28, 30 in dem Gehäuse 8 ortsfest gelagert. Mit Abstand zu den beiden Drehachsen 28, 30 ist die Drosselklappenwelle 4 ebenfalls in dem Gehäuse 8 gelagert.

Mit der Drosselklappenwelle 4 ist ein Anschlag 44 drehfest verbun­ den. Konzentrisch zur Drosselklappenwelle 4 ist ein drittes Zahnrad 46 schwenkbar gelagert. Das Zahnrad 46 hat einen Anschlag 48 und eine Außenverzahnung 50.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bedeutet eine Schwenkbewe­ gung der Drosselklappe im Uhrzeigersinn ein Öffnen des Saugrohres. Eine nicht dargestellte Federung wirkt auf die Drosselklappenwelle 4 entgegen dem Uhrzeigersinn. Bei Betätigung des Zahnrades 46 im Uhr­ zeigersinn kann der Anschlag 48 an dem Anschlag 44 zur Anlage kom­ men. Wird das Zahnrad 46 darüber hinaus weiter im Uhrzeigersinn be­ tätigt, so wird über die Anschläge 44, 48 die Drosselklappe 6 im Uhrzeigersinn betätigt. Über das Zahnrad 46 wird die Drosselklappe 6 nur im Bereich des Leerlaufes der Brennkraftmaschine betätigt. Soll die Drosselklappe 6 darüber hinaus weiter in Richtung des Uhrzeiger­ sinnes betätigt werden, so kann eine nicht dargestellte weitere Be­ tätigungseinrichtung die Drosselklappe 6 weiter im Uhrzeigersinn be­ tätigen, wobei dann der Anschlag 44 vom Anschlag 48 abhebt.

An dem Zahnrad 10 ist hier noch eine Außenverzahnung 52 vorgesehen. Der Teilkreisdurchmesser der Außenverzahnung 52 ist wesentlich klei­ ner als der Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung 16. Die Außen­ verzahnung 52 des Zahnrades 10 steht in Eingriff mit der Außenver­ zahnung 50 des Zahnrades 46. Der Teilkreisdurchmesser der Außenver­ zahnung 50 des Zahnrades 46 ist größer als der Teilkreisdurchmesser der Außenverzahnung 52 des Zahnrades 10. Durch die Wahl der ver­ schiedenen Teilkreisdurchmesser ergibt sich eine Reduktion der Dreh­ zahl ausgehend vom Stellmotor 20 in Richtung der Drosselklappenwelle 4. Dementsprechend ergibt sich eine Erhöhung des Drehmomentes.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Zahnrades 10 mit der In­ nenverzahnung 16 erhält man ein klein bauendes Übersetzungsgetriebe 33 bei gewünschtem großem Übersetzungsverhältnis. Das Übersetzungs­ getriebe 33 ist so ausgeführt, daß das gewünschte Übersetzungsver­ hältnis erzielt werden kann und daß der Stellmotor 20 möglichst nahe an dem Saugrohr 2 sich befindet.

Die Fig. 4 zeigt ein weiteres, vorteilhaftes Ausführungsbeispiel.

Gegenüber dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel hat bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel das Zahnrad 46 eine Innenverzahnung 54. Die Innenverzahnung 54 des Zahnrades 46 kämmt mit der Außenverzahnung 52 des Zahnrades 10. Bei gleichen Abständen zwischen den Drehachsen der Drosselklappenwelle 4, des Zahnrades 10 und des Zahnrades 24 erhält man bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ein wesentlich größeres Übersetzungsverhältnis als bei dem in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel. Dies ergibt sich deshalb, weil bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel der Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung 54 wesentlich größer ist als der Teilkreisdurchmesser der Außenverzah­ nung 50 des in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels. Trotz dem insgesamt größeren Übersetzungsverhältnis sind bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel die Abmessungen des Gehäuses 8 im wesentlichen gleich wie bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel.

Das in der Fig. 4 dargestellte Zahnrad 46 mit der Innenverzahnung 54 ist im wesentlichen gleich aufgebaut wie das Zahnrad 10 mit der Innenverzahnung 16. Das Zahnrad 46 hat eine Aussparung 56, in die sich der Teil des Zahnrades 10, an dem sich die Außenverzahnung 52 befindet, erstreckt.

Wegen der gewählten Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Zahnrad 10 und dem Zahnrad 24 bzw. zwischen dem Zahnrad 10 und dem Zahnrad 46 ist der Schwenkwinkel des Zahnrades 46 kleiner als der Schwenkwinkel des Zahnrades 10. Deshalb ist die Ausdehnung in Umfangsrichtung der Aussparung 56 kleiner als die Ausdehnung der Aussparung 35. Durch die Möglichkeit der Wahl eines großen Übersetzungsverhältnisses zwi­ schen dem Rotor 22 des Stellmotors 20 und der Drosselklappenwelle 4, insbesondere bei den in den Fig. 3 und 4 dargestellen Ausfüh­ rungsbeispielen, kann die Drosselklappe 6 besonders feinfühlig ver­ stellt werden. Dies bietet im Bereich des Leerlaufes besondere Vor­ teile.

Bei der erfindungsgemäß ausgeführten Stelleinrichtung sind minde­ stens zwei in Eingriff miteinander sich befindende Zahnräder vorge­ sehen, wobei diese Zahnräder verschieden große Teilkreisdurchmesser aufweisen. Das Zahnrad mit dem größeren Teilkreisdurchmesser weist eine Innenverzahnung auf und die Drehachse des Zahnrades mit dem kleineren Teilkreisdurchmesser befindet sich innerhalb des größeren Teilkreisdurchmessers. Bei einem mehrstufigen Getriebe sind diese Verhältnisse mehrfach möglich.

Bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen erstreckt sich die Innenverzahnung 16, 54 über weniger als 360°. Dies ist insbesondere deshalb möglich, weil die Drosselklappe 6 nur um maximal 90° geschwenkt werden soll. Bei anderen, nicht darge­ stellten Ausführungsbeispielen ist für das Zahnrad 10 bzw. 46 ein Schwenken um mindestens 360° erforderlich. In diesem Fall kann sich die Innenverzahnung 16 bzw. 54 über den gesamten Umfang erstrecken. Da diese Ausführungsvariante aufgrund vorliegender Beschreibung leicht herstellbar ist, wird auf eine weitere ausführliche Beschrei­ bung dieser Ausführungsvariante verzichtet.

Claims (2)

1. Stelleinrichtung zur Steuerung der Leistung einer Brennkraft­ maschine mit einer schwenkbar gelagerten Drosselklappe sowie mit einem Stellmotor mit einem Rotor und mit einem Übersetzungsgetriebe mit mindestens zwei in Eingriff miteinander sich befindenden Zahn­ rädern mit verschiedenen Teilkreisdurchmessern zum Übertragen einer Schwenkbewegung des Rotors auf eine Schwenkbewegung der Drossel­ klappe, wobei die Drehachsen der beiden Zahnräder ortsfest gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (10, 46) mit dem größeren Teilkreisdurchmesser eine Innenverzahnung (16, 54) aufweist und die Drehachse (28, 30) des Zahnrades (10, 24) mit dem kleineren Teilkreisdurchmesser sich innerhalb des größeren Teilkreisdurchmes­ sers befindet.

2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenverzahnung sich über weniger als 360° erstreckt.