DE60100875T2

DE60100875T2 - Gehäuse einer elektronisch gesteuerten Drosselklappe mit einsatzgeformtem Antriebsmotor

Info

Publication number: DE60100875T2
Application number: DE60100875T
Authority: DE
Inventors: Edward Albert Bos; James Richard Rauch
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Automotive Components Holdings LLC
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2001-07-05
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2021-07-06
Also published as: EP1170485B1; DE60100875D1; EP1170485A3; EP1170485A2; US6557523B1

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft Steuermechanismen für elektronische Drosselklappen für Brennkraftmaschinen.
Hintergrund der Erfindung
Ventileinheiten für Motoren und verwandte Systeme verwenden typischerweise schwenkbare Ventilelemente in Mediendurchgangswegen, um die Regulierung des Medienstromes durch diese zu unterstützen. Es können z.B. Drosselklappenelemente im Lufteinlaßkanal von Verbrennungsmotoren angeordnet werden. Die Ventileinheiten werden entweder mechanisch oder elektronisch gesteuert und verwenden einen Mechanismus, der direkt auf das Ventilglied wirkt.
Ein Beispiel einer Drosselklappeneinheit nach dem früheren Stand der Technik ist in der EP 0 964 137 A2 beschrieben, die eine Einheit offenbart, in welcher ein Elektromotor, ein Getriebe und ein daran angekuppeltes Ventilglied auf einer Trägerplatte montiert sind, die vor der Befestigung der Trägerplatte an einem Ventilgehäuse so bewegt wird, daß die Einheit in Bezug auf einen Luftdurchgangsweg ausgerichtet wird. Ein weiteres Beispiel einer Drosselklappeneinheit nach dem bisherigen Stand der Technik ist in der DE 198 54 595 A1 beschrieben, welche eine Einheit mit einem Gußgehäuse offenbart, in welchem ein Elektromotor zum Betätigen einer Drosselventilklappe auf einem metallenen Träger befestigt ist, der einteilig mit einer Metallbüchse ausgebildet ist, die einen Luftdurchgang durch das Gehäuse auskleidet. Der Metallträger bietet maßliche Stabilität zwischen dem Motor und dem Luftdurchgang und ermöglicht die Abführung von Wärme vom Elektromotor an die Metallbüchse, wo die Wärme abgebaut wird.
Aus solchen Gründen wie Gewicht, Kosten und einfache Herstellung wird vorgezogen, daß der Körper, der Deckel und einige Bauteile oder Mechanismen aus Kunststoffen hergestellt werden, z.B. aus Verbundwerkstoffen. Diese Werkstoffe können jedoch in den Extremtemperaturbereichen, wie sie in der Umgebung von Fahrzeugmotoren anzutreffen sind, oft Ausdehnung oder Schrumpfung unterliegen. Außerdem sollten bestimmte Funktionsteile und drehbare Wellen zur optimalen Funktion jederzeit exakt positioniert sein. Auch ist es vorzuziehen, daß die Motoren von elektronischen Drosselklappen-Steuersystemen nicht in Verbundwerkstoffgehäuse eingeschlossen sind, weil die beim Betrieb der Systeme entwickelte Wärme abgeführt werden muß.
Es ist daher wünschenswert, über ein elektronisches Ventilsteuersystem zu verfügen, mit einem Kunststoff Verbundwerkstoffgehäuse und einem Deckelteil, welches die Funktionsteile zu allen Zeitpunkten genau positioniert hält. Ebenso ist es wünschenswert, ein elektronisches Ventilsteuersystem mit einem im Spritzgußverfahren hergestellten Gehäuse zu haben, das den Motor in den Spritzgußprozeß mit einbezieht und trotzdem noch genügend Ableitung der erzeugten Wärme ermöglicht.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes elektronisches Ventilsteuersystem zu liefern, das gegossene Kunststoffverbundwerkstoffe verwendet und die Position der Funktionskomponenten genau einhält. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte elektronische Drosselklappen-Steuervorrichtung zu schaffen, bei welcher der Motor als Teil des Gehäuses im Spritzgußverfahren mit in das Gehäuse eingegossen wird.
Der vorliegenden Erfindung zufolge wird eine metallene Motormontageplatte gestellt, die in den das Gehäuse bildenden Kunststoffverbundwerkstoff im Spritzguß-Einsatzgießverfahren mit eingegossen wird. In die metallene Montageplatte ist eine Getriebewelle eingebaut, so daß sie für den Einsatz in Verbindung mit dem Funktionsmechanismus des elektronischen Drosselklappen-Steuersystems genau positioniert ist. Der Motor wird vor dem Spritzgießprozeß an der Montageplatte befestigt, und die Gußform und der Spritzgußwerkstoff decken dann nur einen Teil des Motors ab. Abgeschottete Bereiche in der Gußform verhindern, daß der eingespritzte Kunststoff bestimmte Bereiche des Motors und der Getriebewelle abdeckt.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der Erfindung hervor, insbesondere, wenn sie im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen und den anhängenden Patentansprüchen betrachtet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 veranschaulicht eine elektronische Drosselklappen-Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 veranschaulicht das Deckelteil der Montageplatte mit einer Getriebewelle und einem daran befestigten Motor gemäß der vorliegenden Erfindung; und
3 ist eine Ansicht im Aufriß der metallenen Montageplatte und der daran befestigten Bauteile aus 2.
Beschreibung der Erfindung im einzelnen
Die 1–3 veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform einer elektronischen Drosselklappen-Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Die elektronische Drosselklappen-Steuereinheit ist allgemein mit der Bezugszahl 10 in 1 bezeichnet.
Die elektronische Drosselklappen-Steuereinheit 10 beinhaltet ein Gehäuse oder Körper 12 und ein Deckelteil 14. Zwischen dem Deckelteil 14 und dem Gehäuse 12 ist ein Hohlraum 13 ausgebildet. Das Gehäuseteil 12 beinhaltet einen Motorabschnitt 16, einen Drosselklappenventilabschnitt 18 und einen Getriebemechanismus 20. Das Deckelteil 14 beinhaltet einen Drosselklappen-Stellungssensor (TPS) 22, der zusammen mit der zugeordneten Elektronik die Stellung der Drosselventilklappe mißt bzw. erfaßt und sie der elektronischen Steuereinheit (ECU) des Fahrzeuges zuführt. Das Deckelteil 14 enthält auch ein (nicht dargestelltes) elektronisches Verbinderglied, welches den TPS 22 mit der elektronischen Steuerung verbindet und auch der elektronischen Drosselklappen-Steuereinheit Strom zuführt.
Eine Drosselventilklappe 30 ist in einem Luftströmungsdurchgang 32 im Gehäuseteil 12 angeordnet. Die Drosselklappe 30 ist über eine Reihe von Befestigungsteilen 36 mit einer Drosselklappenwelle 34 verbunden. Ein Ende 38 der Drosselklappenwelle 34 ragt durch das Gehäuseteil 12 in den zwischen dem Deckelteil 14 und dem Gehäuseteil 12 gebildeten Hohlraum 13.
Der Getriebemechanismus 20 ist in dem Hohlraum 13 zwischen dem Gehäuse 12 und innerhalb des Deckelteiles angeordnet. Ein Getriebeteil bzw. Zahnrad 40, das Teil des Getriebemechanismus 20 ist, ist an der Drosselklappenwelle 34 befestigt. Der Getriebemechanismus 20 beinhaltet auch ein Zwischenrad 42 und ein Stirnzahnrad 44. Das Zwischenrad 42 ist an einer Zwischenradwelle 46 befestigt. Das Stirnzahnrad 44 ist an der Welle 52 des Motors 50 befestigt.
Ein Motor 50 mit einem äußeren Gehäuse 51 ist am Gehäuseteil 12 befestigt und dient zum Betätigen des Getriebemechanismus 20, der wiederum die Drosselklappenwelle 34 dreht und die Drosselklappe 30 im Luftstromdurchgang 32 in einer gewünschten Stellung positioniert. Motor 50 ist mit der Welle 52 verbunden, auf welcher das Stirnzahnrad 44 befestigt ist. Auf diese Weise wird, wenn der Motor 50 von der elektronischen Steuerung aufgrund von vom Fahrzeugführer empfangenen Signalen aktiviert wird, die Stellung der Drosselventilklappe 30 im Luftstromdurchgang 32 so verstellt, daß die passende Luftmenge in den Motor einströmen kann und die gestellten Forderungen erfüllt werden können. Die Stellung des Drosselventils 30 im Luftstromdurchgang wird von dem TPS 22 erfaßt und an die ECU weitergeleitet oder zurückgemeldet, um die gewünschte Drosselklappenstellung zu bestätigen oder nachstellen zu können. Die Drosselventilklappe 30 regelt so den Luftstrom zur Brennkraftmaschine und damit die Drehzahl des Motors und die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges.
Das Stirnzahnrad 44 hat mehrere Zähne 45, die mit den Zähnen 43 des benachbarten Zwischenrades 42 im Getriebemechanismus 20 kämmen, wie weiter oben erwähnt. Die Getriebeglieder 40, 42 und 44 sind vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt, z.B. aus Nylon, sie können aber auch aus allen anderen vergleichbaren Werkstoffen oder aus Metall bestehen, die/das gleichwertige Beständigkeit und Funktion bieten/bietet.
Motor 50 ist im typischen Falle ein Gleichstrommotor und hat typischerweise ein Gehäuse oder Mantel 51 aus Aluminium oder einem metallenen Werkstoff Da typische Kraftfahrzeug-Verbundwerkstoffe Schwierigkeiten haben, die von solchen Motoren entwickelte Wärme abzubauen, sollte der Motor 50 vorzugsweise nicht in einem Verbundwerkstoffgehäuse eingeschlossen sein. Eine metallene Montageplatte 60 ist daher in das Gehäuse 62 im Spritzguß mit eingegossen. Der Motor 50 ist über das Motorgehäuse 51 mit der Montageplatte 60 verbunden. Außerdem ist die Zwischenradwelle 46 in eine Öffnung 62 in der Montageplatte 60 eingepreßt.
Bei der vorliegenden Erfindung sind der Motor 50, die Montageplatte 60 und die Zwischenradwelle 46 vormontiert. Das Motorgehäuse 51 ist verschraubt, verschweißt oder in einer anderen Weise sicher mit der Montageplatte 60 verbunden. Die Zwischenradwelle 46 ist in eine Öffnung 62 in der Montageplatte eingepreßt. Danach wird die Baugruppe mit dem das Gehäuse 12 für die elektronische Drosselklappensteuerung bildenden Kunststoff Verbundmaterial umspritzt.
Während des Umspritzens bzw. Einsatz-Spritzgießprozesses ist der Motor 50 (mit dem Deckel oder Gehäuse 51) in einem Spritzgießwerkzeug oder Form angeordnet, so daß, wenn die Formhälften geschlossen werden, bestimmte Bereiche um den Motor und die Getriebewelle mit Verbundwerkstoff ausgefüllt werden. Abschottbereiche werden im Gießprozeß verwendet, um zu verhindern, daß Verbundwerkstoff in das Stirnzahnrad 44 und den (nicht dargestellten) elektrischen Anschlußpolbereich des Motors eindringt. In den Zeichnungen sind Abschottbereiche 64, 66 und 68 dargestellt. In Bezug auf den Abschottbereich 64 wird das Motorgehäuse mit einer derart engen Toleranz in einen Hohlraum in der Gußform eingelegt, daß verhindert wird, daß Kunststoff den Rest des Motors überzieht. In einem anderen Hohlraum in der Gußform ist in. ähnlicher Weise die Welle 46 im Abschottbereich 66 so mit enger Toleranz sitzend positioniert, daß verhindert wird, daß Kunststoff die gesamte Welle überzieht. Schließlich mit Bezug auf den Abschottbereich 68 liegt die Gußform in direktem Kontakt mit der Oberfläche 69 des Motors und verhindert, daß Kunststoff den Raum um das Zahnrad 44 ausfüllt. Auf diese Weise ist die Gußform um das Gehäuse 51 auf den in 1 dargestellten Bereich 70 begrenzt, und die Gußform um die Zwischenradwelle 46 ist auf den ebenfalls in 1 gezeigten Bereich 71 beschränkt. Dadurch wird genügend Kunststoffmaterial gestellt, um den Motor 50, die Zwischenradwelle 46 und die Montageplatte 60 sicher zu halten, ohne jedoch den Motor 50 komplett einzuschließen, was Probleme bei der Wärmeabführung ergeben würde. Außerdem deckt der Kunststoff nicht komplett die ganze Länge der Zwischenradwelle ab, so daß das Zwischenrad 42 frei drehbar darauf montiert werden kann.
Mehrere Trägerrippenteile 72, von welchen in 1 nur eines dargestellt ist, dienen dazu, dem Gehäuse 12 zusätzliche Festigkeit und Verstärkung zu verleihen, und die Verbindung mit dem Motor 50 und dem Gehäuse 51 zu verstärken.
Die Montageplatte 60 ist vorzugsweise aus einem Metallwerkstoff hergestellt, z.B. aus Stahl, der eine ausreichende Festigkeit und Ausdauer für den beabsichtigten Einsatz bietet. Wie außerdem in 3 dargestellt ist, ist die Montageplatte 60 in verschiedenen Bereichen derselben mit mehreren Löchern oder Öffnungen 80 ausgebildet. Diese Öffnungen 80 werden beim Gießvorgang mit Kunststoff ausgefüllt und tragen damit dazu bei, den Motor 50 am Gehäuse 12 zu verankern.
Wenn die Zwischenradwelle 46 als Teil des Motorbereiches 16 vormontiert ist, bleibt der Mittenabstand 90 (wie ihn 2 zeigt) zwischen der Zwischenradwelle 46 und der Motorwelle 52 über die gesamte Lebensdauer des elektronischen Drosselklappen-Steuermechanismus fest und konstant. Dies ist ein Vorteil gegenüber anderen, in Verbundbauweise hergestellten Gehäusekonstruktionen für elektronische Drosselklappen-Steuerungen, bei welchen die Zwischenradwelle direkt in das Verbundwerkstoffgehäuse eingegossen oder eingepreßt sein kann. Bei solchen Konstruktionen kann sich der Mittenabstand unter dem Einfluß von Umweltbedingungen verändern, wie z.B. Feuchtigkeit und Temperatur, denen die elektronischen Drosselklappen-Steuereinheiten im normalen Betrieb der Fahrzeuge ausgesetzt sind.
Zwar ist die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsformen beschrieben worden, es versteht sich jedoch von selbst, daß die hier beschriebenen spezifischen Mechanismen und Techniken nur zur Erläuterung der Grundsätze der Erfindung dienen. Zahlreiche Änderungen können an den beschriebenen Verfahren und Geräten vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu sprengen, wie er in den anhängenden Patentansprüchen definiert ist.

Claims

Elektronische Drosselklappen-Steuereinheit (10), folgendes aufweisend: ein Gehäuse (12); ein Deckelteil (14), welches auf besagtem Gehäuse (12) angeordnet ist und einen Hohlraum (13) zwischen besagtem Gehäuse (12) und dem Deckelteil (14) bildet; einen Luftdurchgang (32) in besagtem Gehäuse (12); eine drehbar in besagtem Gehäuse (12) angeordnete Drosselklappenwelle (34), deren eines Ende durch besagten Luftdurchgang (32) reicht, und deren anderes Ende (38) in besagten Hohlraum (13) reicht; eine Montageplatte (60); einen Motor (50), der an besagter Montageplatte (60) befestigt ist; und eine an besagter Montageplatte (60) angebrachte und in be sagten Hohlraum (13) reichende Getriebewelle (46); dadurch gekennzeichnet, daß die Montageplatte (60) in besagtes Gehäuse (12) eingegossen ist.
Elektronische Drosselklappen-Steuereinheit (10) nach Anspruch 1, worin der Motor (50) nicht in besagtem Gehäuse (12) eingeschlossen ist.
Elektronische Drosselklappen-Steuereinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, außerdem einen Getriebemechanismus (20) mit einem an besagtem Motor (50) befestigten ersten Zahnrad (44), mit einem auf besagter Getriebewelle (46) angeordneten zweiten Zahnrad (42), und mit einem an besagtem anderem Ende (38) der besagten Drosselklappenwelle (34) befestigten dritten Zahnrad (40) aufweisend.
Elektronische Drosselklappen-Steuereinheit (10) nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin besagte Getriebewelle (46) in eine Öffnung (62) in besagter Montageplatte (60) eingepreßt ist.
Elektronische Drosselklappen-Steuereinheit (10) nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin besagter Motor (50) und besagte Getriebewelle (46) an besagter Montageplatte (60) befestigt werden, bevor besagte Montageplatte in besagtes Gehäuse (12) eingegossen wird.
Elektronische Drosselklappen-Steuereinheit (10) nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin besagtes Gehäuse (12) aus einem Kunststoff-Verbundwerkstoff hergestellt ist.
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Drosselklappen-Steuermechanismus (10), wobei besagter Mechanismus ein Gehäuse (12) aufweist, einen Luftdurchgang (32) in besagtem Gehäuse (12), eine Drosselklappenwelle (34), einen Deckel (14), einen Getriebemechanismus (20) und ein Drosselklappenteil (30), wobei besagtes Verfahren folgende Schritte beinhaltet: Herstellen einer Einheit aus einem Motor (50), einer Montageplatte (60) und einer Getriebewelle (46) für den Getriebemechanismus (20), wobei der Motor (50) und die Getriebewelle (46) beide an der Montageplatte (60) befestigt sind, Positionieren des besagten Getriebemechanismus (20) auf besagtem Gehäuse (12); Positionieren des besagten Deckels (14) auf besagtem Gehäuse (12), so daß besagter Getriebemechanismus (20) darin eingeschlossen wird; dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren den Schritt des Spritzguß-Eingießens der Montageplatte (60) in das Gehäuse (12) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 7, außerdem die Schritte der Anordnung der Drosselklappenwelle (34) in besagtem Gehäuse (12) beinhaltend, sowie der Befestigung des besagten Getriebemechanismus (20) an besagter Drosselklappenwelle (34).