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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verbrennungsluft-Einlasssysteme für Verbrennungsmotoren
von Kraftfahrzeugen. Insbesondere betrifft sie Drosselventile für solche
Lufteinlasssysteme und Verfahren zum Zusammenbau derselben.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Verbrennungsmotoren
sind innerhalb ihres Verbrennungsluft-Einlasssystems oft mit einem Drosselventil
zur Steuerung des Verbrennungsluftdurchsatzes ausgestattet. Das
Drosselventil hat normalerweise die Form eines Klappenventils, das
eine Scheibe aufweist, die an einer Drosselklappenwelle befestigt
ist, welche an der im Allgemeinen zylindrischen Innenwandfläche eines
Lufttrichters eines Drosselgehäuses
drehbar gelagert ist. Der Durchmesser der Scheibe ist nur geringfügig kleiner
als der Innendurchmesser des Lufttrichters, wodurch die Drosselklappe
in einem Leerlaufzustand die gesamte Luft bis auf einen kleinen
Teil am Durchströmen
des Lufttrichters hindern kann. Normalerweise wird eine Rückholfeder
verwendet, um die Drosselklappenwelle und Drosselklappe so vorzubelasten,
dass sie die geschlossene Position in Bezug auf den Lufttrichter
einnehmen und damit fast den gesamten Luftstrom durch das Drosselventil
hindurch absperren.
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Die
Rückholfedern
solcher Drosselventile sind so eingebaut, dass sie eine vorgegebene
Vorbelastung der Drosselklappenwellen bewirken. Diese Vorbelastung
wird sorgfältig
gewählt,
so dass eine ausreichende Kraft erzeugt wird, um das Drosselventil
zu schließen,
wenn die Drosselklappenbetätigungsvorrichtung
gelöst
ist, dass jedoch nicht eine Kraft erzeigt wird, welche der Drosselklappenbetätigungsvorrichtung
einen wesentlichen Widerstand entgegensetzt. Bei diesen Vorrichtungen
handelt es sich normalerweise um mechanische Verbindungen, Seilzüge oder
Motoren, die an einem Arm befestigt sind, der sich von der Drosselklappenwelle
aus erstreckt.
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Bei
herkömmlichen
Rückholfedern
ist ein schneller und genauer Einbau schwierig. Es handelt sich
bei ihnen meist um Schraubenfedern, die lose um die Drosselklappenwelle
herumgewickelt sind, um zu ermöglichen,
dass sie leicht gespannt oder gelöst werden können, wenn die Drosselklappenwelle gedreht
wird und das Ventil geöffnet
bzw. geschlossen wird. Wenn ein Drosselventil zusammengebaut wird,
muss zuerst die Rückholfeder
auf der Drosselklappenwelle angebracht werden. Wenn sie sich in der
erforderlichen Position befindet, wird anschließend die Drosselklappenwelle
in das Drosselgehäuse
eingeführt.
Während
dieses Vorgangs müssen
die freien Enden der Feder um die Welle herum verdreht werden, um
die richtige Vorspannung der Feder zu erzeugen. Während die
Enden der Feder mit der erforderlichen Vorspannung gehalten werden,
muss ein Ende am Drosselgehäuse
angebracht werden, und das andere Ende muss an der Drosselklappenwelle
angebracht werden. Auf diese Weise wird die auf die Feder ausgeübte Vorspannung
auf das Drosselgehäuse
und die Drosselklappenwelle übertragen. Indem
die Enden der Feder an der Drosselklappenwelle und am Drosselgehäuse angebracht
werden, bewirkt die Vorspannung, dass die Drosselklappenwelle in
Bezug auf das Drosselgehäuse
geschlossen gehalten wird. Wird ein freies Ende der Feder vorzeitig
losgelassen, kann sich die Feder schnell teilweise entrollen, was
zur Folge hat, dass die Vorspannung verloren geht. Dies macht es
normalerweise erforderlich, die Welle aus dem Drosselgehäuse herauszuziehen,
die Feder erneut zu wickeln in die Welle wieder in das Drosselgehäuse einzusetzen.
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In
US 5.168.852 werden eine
Drosselklappenwellen-Baugruppe und ein Verfahren zum Zusammenbau
entsprechend dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche offenbart.
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Benötigt werden
daher ein effizienteres Verfahren zum Zusammenbau eines Drosselventils
und eine verbesserte Konstruktion des Drosselventils, die es ermöglichen,
das Drosselventil schneller und bequemer zusammenzubauen, bei gleichzeitiger
Verringerung der Gefahr, dass sich die Feder entrollt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER VORLIEGENDEN
ERFINDUNG
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung wird eine Drosselklappenwellen-Baugruppe zur Einführung in
ein Drosselgehäuse
zur Herstellung eines Drosselventils bereitgestellt, welche eine Wickelwelle1, die einen mit einem Wellenabschnitt gekoppelten
Nockenabschnitt aufweist, wobei der Wellenabschnitt so gestaltet ist,
dass er in ein Drosselgehäuse
eingeführt
werden kann, und eine Drosselklappen-Rückholfeder, die um die Drosselklappenwelle
gewickelt ist und ein erstes und ein zweites Ende aufweist, umfasst.
Das erste Ende befindet sich mit dem Nockenabschnitt der Drosselklappenwelle im
Eingriff, und das zweite Ende ist so gestaltet, dass es mit einer
Federabstützung
an einem Drosselgehäuse
in Eingriff gelangt. Es ist eine Drosselklappenfederabdeckung vorgesehen,
die im Wesentlichen die Drosselklappen-Rückholfeder umgibt und verschiebbar
auf der Drosselklappenwelle angebracht ist, und die Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken so gestaltet ist, dass er
sowohl das erste als auch das zweite Ende der Feder zurückhält, wodurch
die Feder in einem vorgespannten Zustand gehalten wird.
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Die
Feder kann eine zylindrisch gewickelte Feder mit einem sich durch
eine Öffnung
in der Abdeckung hindurch erstreckenden ersten Ende sein. Die Drosselklappenfederabdeckung
kann eine Vielzahl von sich radial nach innen erstreckenden Abdeckungs-Abstützungen
aufweisen, und die Drosselklappenwelle kann eine kreisförmige Nut
aufweisen, wobei die Finger so beschaffen sind, dass sie auf eine
verschiebbare Weise in die kreisförmige Nut eingreifen. Der Nockenabschnitt
der Drosselklappenwellen-Baugruppe kann eine Federabstützung umfassen,
die so gestaltet ist, dass sie mit dem zweiten Ende der Feder in
Eingriff gelangt. Der Nocken und die Feder können auch so gestaltet sein,
dass das zweite Ende der Feder gelöst werden kann und an einer
Federabstützung
am Drosselgehäuse
zur Anlage kommt.
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Gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zum Einbau einer Drosselklappenwellen-Baugruppe,
die eine Drosselklappenwelle mit einem Nockenabschnitt umfasst,
indem eine Drosselklappen-Rückholfeder
vorgesehen wird, die so gestaltet ist, dass sie um die Drosselklappenwelle
gewickelt werden kann, und das durch die Schritte des Vorsehens
einer Abdeckung gekennzeichnet ist, welche die Schraubenfeder im
Wesentlichen umgibt und mit der Drosselklappenwelle gekoppelt ist,
bereitgestellt, welches die Schritte des Einführens der Drosselklappen-Rückholfeder
in die Abdeckung, des Einführens
der Drosselklappenwelle durch eine Öffnung in der Abdeckung hindurch
und des Hinunterschiebens der Feder und der Abdeckung entlang der
Drosselklappenwelle umfasst. Das Verfahren umfasst den Schritt des
Einführens
eines freien Endes der Feder durch eine Öffnung in der Abdeckung hindurch.
Es umfasst außerdem
den Schritt der Herstellung des Eingriffs des ersten Endes der Feder
mit dem Nockenabschnitt. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch
den Schritt der Herstellung des Eingriffs des ersten Endes der Feder
mit dem Nocken, um ihre freie Rotation in Umfangsrichtung um die
Drosselklappenwelle in einer ersten Richtung zu begrenzen, des Vorspannens
der Feder durch strafferes Wickeln der Feder und der Herstellung
des Eingriffs eines zweiten Endes der vorgespannten Feder mit dem
Nockenabschnitt, um ihre freie Rotation in Umfangsrichtung um die
Drosselklappenwelle in einer zweiten Richtung zu begrenzen, die
zur ersten Richtung entgegengesetzt ist. Das Verfahren kann auch
das Einführen
der Drosselklappenwelle in ein Drosselgehäuse und das Übertragen
einer Vorspannung der vorgespannten Feder von der Drosselklappenwelle
auf das Drosselgehäuse
umfassen. Der Schritt des Übertragens
der Vorspannung kann die Schritte des Lösens des zweiten Endes der
Feder von dem Nocken, um ihm zu ermöglichen, in der zweiten Richtung
zu rotieren, des Drehens der Feder, um ein teilweises Lösen der
Vorspannung zu ermöglichen,
und der Herstellen des Eingriffs des zweiten Endes der Feder mit
einem Drosselgehäuse,
um eine weitere Drehung in der zweiten Richtung und ein weiteres
Lösen der
Vorspannung zu begrenzen, umfassen. Weitere Hauptmerkmale und Vorteile
der Erfindung werden für
Fachleute beim Studium der nachfolgenden Zeichnungen, der ausführlichen
Beschreibung und der beigefügten
Ansprüche
ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische
Ansicht einer Drosselklappenwellen-Baugruppe, die eine Drosselklappenwelle,
eine um die Drosselklappenwelle gewickelte Rückholfeder und eine die Rückholfeder
umgebende Federabdeckung aufweist, sowie eine Teilansicht eines
Federhalteabschnitts eines Drosselgehäuses;
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2 ist eine teilweise die
Form einer Explosionsdarstellung aufweisende Seitenansicht der Drosselklappenwellen-Baugruppe
von 1;
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3 ist eine Detailansicht
der Drosselklappenwellen-Baugruppe
von 2, welche die mit
der Drosselklappenwelle im Eingriff befindliche Rückholfeder
in zwei Positionen zeigt, nämlich
einer ersten Position 'A', in welcher ein
Ende der Feder frei ist, und einer zweiten Position 'B', in welcher beide Enden der Feder von
der Drosselklappenwelle gehalten werden;
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die 4 und 5 sind Teil-Schnittansichten der Drosselklappenwellen-Baugruppe
von 1, welche die Rückholfeder
in zwei Positionen zeigen, einer ersten Position (4), in welcher beide Enden der Rückholfeder
durch die Drosselklappenwelle zurückgehalten werden, und einer
zweiten Position (5),
in welcher ein Ende der Feder von der Drosselklappenwelle gelöst worden
ist, sich in der der Entspannung der Feder entsprechenden Richtung
bewegt hat und durch das Drosselgehäuse zurückgehalten wird; und
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6 ist eine perspektivische
Ansicht in Explosionsdarstellung der Federabdeckung und Feder von 1. Bevor wenigstens eine
Ausführungsform der
Erfindung ausführlich
erläutert
wird, wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht
auf die Einzelheiten der Konstruktion und Anordnung der Bauteile
beschränkt
ist, die in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt oder in den
Zeichnungen dargestellt sind. Die Erfindung kann in anderen Ausführungsformen
realisiert werden bzw. auf verschiedene Weisen durchgeführt oder
ausgeführt werden.
Außerdem
ist klar, dass die Ausdrucksweise und die Terminologie, die hier
verwendet werden, zum Zwecke der Beschreibung gewählt wurden
und nicht als einschränkend
betrachtet werden dürfen.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
wird auf 1 Bezug genommen,
eine Seitenansicht einer Drosselklappenwellen-Baugruppe 10,
die eine Drosselklappenwelle 12 zeigt, auf welcher eine
Rückholfeder 14 angebracht
ist. Es ist eine Federabdeckung 16 vorgesehen, welche mehrere äußere Windungen
der Rückholfeder 14 umschließt. Die
Drosselklappenwelle 12 ist in einem Drosselgehäuse drehbar
gelagert (nicht dargestellt). Ein Federabstützungs-Abschnitt 15 des
Drosselgehäuses
ist in der Position dargestellt, wenn die Drosselklappenwelle 12 in
das Drosselgehäuse
eingesetzt ist und sich in einer geschlossenen Position befindet.
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Die
Drosselklappenwelle 12 weist einen Drosselklappenhebel
(als ein Nocken 18 dargestellt) auf, der dazu vorgesehen
ist, mit einer Drosselklappenbetätigungsvorrichtung
(als ein Seilzug 20 dargestellt) in Eingriff zu kommen.
Andere mögliche
Betätigungsvorrichtungen
sind Motoren, bei denen es sich entweder um Linearmotoren oder Rotationsmotoren handeln
kann, ein Torsionskabel, ein mechanisches Gestänge usw. Wie in 1 dargestellt, ruht der Seilzug 20 in
einer an der Außenseite
des Nockens 18 ausgebildeten Nut 22, welche den
Seilzug 20 führt,
wenn an ihm gezogen wird, und verhindert, dass er von der Drosselklappenwelle 12 herabrutscht.
Der Seilzug 20 ist so gestaltet, dass er an seinem anderen
Ende an einem Gaspedal in einem Kraftfahrzeug befestigt werden kann.
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Bei
Betätigung
zieht die Drosselklappenbetätigungsvorrichtung,
gleichgültig,
ob es sich um einen Seilzug, einen Motor oder ein mechanisches Gestänge handelt,
an dem Drosselklappenhebel oder Nocken und bewirkt dadurch, dass
die Drosselklappenwelle im Drosselgehäuse rotiert. Der von der Drosselklappenbetätigungsvorrichtung
erzeugten Rotationskraft wirkt die Drosselklappen-Rückholfeder 14 entgegen,
von welcher ein Ende mit der Federabstützung 15 am Drosselgehäuse verbunden
ist und das andere Ende mit der Drosselklappenwelle 12 verbunden
ist.
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Wenn
die von der Drosselklappenbetätigungsvorrichtung
ausgeübte
Kraft nicht mehr einwirkt, dreht die Drosselklappen-Rückholfeder 14 die Drosselklappenwelle 12 zurück in ihre
geschlossene Position. Um sicherzustellen, dass die Rückholfeder 14 die
Drosselklappenwelle 12 bis in ihre vollständig geschlossene
Position zurückdreht,
ist die Rückholfeder 14 vorgespannt,
wenn sich die Drosselklappenwelle 12 in ihrer geschlossenen
Position befindet.
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Der
Nocken 18 ist an einem Wellenabschnitt 24 befestigt.
Der Wellenabschnitt 24 erstreckt sich in das Drosselgehäuse hinein
(nicht dargestellt). Der Wellenabschnitt 24 weist einen
kreisförmigen
Querschnitt auf, welcher es ermöglicht,
ihn innerhalb des Drosselgehäuses
drehbar zu lagern. Indem sich der Wellenabschnitt 24 im
Drosselgehäuse
dreht, öffnet und
schließt
er auf herkömmliche
Weise das Drosselventil.
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Der
Nocken 18 weist eine Federabstützlänge 26 auf. Die Federabstützlänge 26 hat
einen Außendurchmesser,
der etwas kleiner als der gewickelte Innendurchmesser der Rückholfeder 14 ist.
Der geringfügige
Unterschied zwischen dem Außendurchmesser
und dem Innendurchmesser der Feder 14 ermöglicht es,
dass, wenn die Welle gedreht wird, die Feder stärker gespannt wird, ohne dass
sie auf der Federabstützlänge 26 festklemmt.
Die Federabstützlänge 26 hat
ein größeres ...2 Seilzug 20 gezogen wird, dreht
sich die Drosselklappenwelle 12 entgegen dem Uhrzeigersinn
(wie in 1 dargestellt).
Dies bewirkt, dass sich der Hebel 30, welcher sich von
der Drosselklappenwelle 12 aus erstreckt, ebenfalls entgegen
dem Uhrzeigersinn dreht. Die Bewegung des Hebels 30 bewegt
die Feder 14 auf der Drosselklappenwelle 12, so
dass sie gespannt und straffer gewickelt wird (d. h. die potenzielle
Energie der Feder erhöht
sich). Wenn der Seilzug 20 losgelassen wird, bewirkt diese
Spannung in der Feder 14, dass sich die Drosselklappenwelle 12 zurück in die
in 1 dargestellte Position
dreht, wodurch sie das Ventil schließt. Um sicherzustellen, dass
die Drosselklappenwelle 12 im Wesentlichen in die geschlossene Position
gedreht wird, ist die Feder 14 in der geschlossenen Position
des Ventils (wie in 1 dargestellt)
vorgespannt. Die Art und Weise, wie diese Vorspannung erzeugt wird,
wird weiter unten ausführlicher
beschrieben. Um sicherzustellen, dass die Feder 14 in der
richtigen Position verbleibt und nicht versehentlich gelöst wird,
sind Einkerbungen 44 und 46 an der Federabstützung 15 bzw.
am Hebel 30 vorgesehen. Diese Einkerbungen sind so angeordnet, dass
sie verhindern, dass das Ende 32 der Feder 14 von
der Federabstützung
oder dem Hebel 30 abrutscht, und verhindern, dass das Ende 48 der
Feder 14 von der Federabstützung 15 abrutscht.
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Die
Federabdeckung 16 ist so vorgesehen, dass sie einen Teil
der Außenseite
der Feder 14 umschließt.
Dies erfüllt
mehrere Funktionen. Erstens verringert es die Verunreinigung und
Schmutzansammlung auf der Feder 14. Zweitens wird die Feder 14 während des
Zusammenbaus des Drosselventils abgestützt. Die Federabdeckung 16 weist,
wie in den 1 und 6 am besten dargestellt ist,
einen im Wesentlichen zylindrischen Teil 50 auf, welcher
auf einer Seite durch eine Stirnseitenabdeckung 52 geschlossen
ist. Die Stirnseitenabdeckung 52 weist eine Öffnung 54 auf,
durch welche die Welle 12 eingeführt wird. Von der Stirnseitenabdeckung 52 aus
erstrecken sich mehrere elastische Finger 56 nach innen, um
in eine kreisförmige
Nut 58 in der Welle 12 einzugreifen.
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Die
kreisförmige
Nut 58 erstreckt sich vorzugsweise um den gesamten Umfang
der Welle 12 herum, um eine Rotation der Federabdeckung 16 bezüglich der
Welle 12 zu ermöglichen.
Die Finger 56 und die Aussparung 58 sind vorzugsweise
so angeordnet, dass, wenn sie sich im Eingriff befinden, die Federabdeckung 16 in
einer Position gehalten wird, in welcher sie die Feder 14 im
Wesentlichen überdeckt.
Die Finger 16 sind bezüglich
der Stirnseitenabdeckung 52 so angeordnet, dass sie sich
um die Welle 12 herum nach außen biegen, wenn die Federabdeckung 16 auf
die Welle 12 aufgeschoben wird (wie in 2 dargestellt). Auf diese Weise kann
die Federabdeckung 16 auf das Ende der Welle 12 aufgeschoben
werden, wobei die Finger 56 nach außen gebogen sind, bis sie die
Nut 58 erreichen. Sobald die Finger die Nut 58 erreicht
haben, rasten sie in die Aussparung 58 ein und verhindern
im Wesentlichen, dass die Federabdeckung 16 entfernt wird.
Die Federabdeckung 16 ist mit einer Öffnung 60 versehen, durch
die hindurch sich das freie Ende der Feder 14 (das der
Stirnseitenabdeckung 52 benachbart ist) erstreckt. Die Öffnung 60 kann
von allen Seiten umschlossen sein, oder sie kann die Form einer
Aussparung oder einer Einkerbung haben, die sich von einer freien
Kante der Kappe 16 aus nach innen erstreckt.
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Um
die Drosselklappenwellen-Baugruppe 10 zusammenzubauen,
wird die Feder 14 in die Federabdeckung 16 eingesetzt,
so dass sich das Ende 48 der Feder 14 durch die Öffnung 16 hindurch
erstreckt. Diese aus Abdeckung und Feder bestehende Baugruppe wird
anschließend
auf das freie Ende der Welle 12 aufgeschoben (wie in 2 dargestellt), bis die
Finger 56 der Federabdeckung 16 in die Nut 58 eingreifen.
Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Ende 48 der Feder 14 in
der Position "A" (wie in 3 dargestellt), während das
Ende 32 der Feder 14 an den Hebel 30 stößt.
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Nachdem
diese Position erreicht ist, kann der Monteur die Federabdeckung 16 und
die Feder 14 ergreifen und sie entgegen dem Uhrzeigersinn drehen
(wie in 4 dargestellt),
bis eine ausreichende Vorspannung der Feder 14 erzeugt
worden ist. Zu diesem Zeitpunkt kann der Monteur das Ende 48 der
Feder 14 axial zum Nocken 18 hin bewegen, bis
es die Position "B" erreicht (wie in 3 dargestellt). In dieser
Position wird die Bewegung des Endes 48 der Feder 14 durch
ein Element (als ein Hebel 30 dargestellt) begrenzt, das
sich von der Drosselklappenwelle 12 aus erstreckt. Da nun
beide Enden der Feder 14 durch an der Drosselklappenwelle 12 befindliche
Elemente zurückgehalten
werden, wird die Vorspannung, die in der Feder 14 erzeugt
wurde, nicht gelöst,
sondern wird durch die Drosselklappenwelle 12 aufrechterhalten.
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Sobald
die Bewegung beider Enden der Feder 14 begrenzt ist, wie
im vorhergehenden Absatz beschrieben wurde, kann die Drosselklappenwelle 12 leicht
in das Drosselgehäuse
eingesetzt werden, wobei nur eine geringe Gefahr besteht, dass sich
die Feder vorzeitig entrollt (und dadurch die Vorspannung löst). Sobald
sie sich im Drosselgehäuse
befindet, sollte ein Ende der Feder 14 mit dem Drosselgehäuse in Eingriff
gebracht werden, um die Drosselklappenwellen-Baugruppe 10 in
einer geschlossenen Position bezüglich
des Drosselgehäuses
zu halten.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
befindet sich, wie in 4 dargestellt,
wenn die Drosselklappenwellen-Baugruppe 10 vollständig in
das Drosselgehäuse
eingeführt
worden ist, die bezüglich des
Drosselgehäuses
feststehende und vorzugsweise sich von ihm ausgehende erstreckende
Federabstützung 15 neben
der Drosselklappenwellen-Baugruppe 10. In dieser Position,
bei im Wesentlichen in das Drosselgehäuse eingesetzter Drosselklappenwellen-Baugruppe 10,
kann der Monteur das Ende 48 der Feder 14 ergreifen
und es von der Position "B" in die Position "A" verschieben. In der Position "A" wird das Ende 48 aus der Position
gelöst,
in der seine Bewegung auf der Drosselklappenwellen-Baugruppe 10 begrenzt
wird, und rotiert entgegen dem Uhrzeigersinn (wie in 5 dargestellt), während sich
die Feder 14 etwas entspannt, bis das Ende 48 an
die Federabstützung 15 stößt. Auf
diese Weise gelangt die Drosselklappenwellen-Baugruppe 10 in
die Position, welche in 5 und
in 1 dargestellt ist.
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Somit
ist offensichtlich, dass gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Drosselklappenwelle mit einer Rückholfeder und einer Federabdeckung
sowie ein Verfahren zum Zusammenbau derselben bereitgestellt wurden,
welche die oben dargelegten Aufgaben vollständig erfüllen und die entsprechenden
Vorteile aufweisen. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit speziellen
Ausführungsformen
derselben beschrieben wurde, ist klar, dass viele Alternativen,
Modifikationen und Abweichungen für Fachleute offensichtlich
sein werden. Dementsprechend soll sie alle derartigen Alternativen,
Modifikationen und Abweichungen umfassen, die in den Schutzbereich
der beigefügten
Ansprüche
fallen.