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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronisch gesteuerte
Drosselvorrichtung (siehe beispielsweise US-A-2003/0172905) und
auf ein Verfahren zum Verbinden einer Drehwelle mit einer Metallplatte
eines Drosselzahnrades einer solchen Vorrichtung.
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Der
Stand der Technik offenbart Verbindungsstrukturen, bei denen eine
Drehwelle wie etwa eine Ventilwelle oder dergleichen, die beispielsweise eine
Drosselklappe unterstützt,
und eine Metallplatte, die ein Zahnrad oder dergleichen bildet,
fest miteinander verbunden sind, so dass sie sich gemeinsam drehen
können,
und Verbindungsverfahren dafür.
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Beispielsweise
beschreibt JP-A-11-192567 (Seiten 1 bis 8 und 1 bis 11)
als herkömmliche
Technik des Zusammenfügens
einer Drehwelle und einer Metallplatte ein Verfahren, bei dem ein Wellenabschnitt
mit großem
Durchmesser (eine mittlere Welle) und ein Wellenabschnitt mit kleinem Durchmesser
(vorstehender Wellenabschnitt) so miteinander verbunden werden,
dass dazwischen eine Stufe vorhanden ist, um eine Schulteroberfläche senkrecht
zu einer Mittelachse zu definieren, an der Metallplatte ein kreisförmiges Passloch
ausgebildet wird, in das der Wellenabschnitt mit kleinem Durchmesser
eingesetzt wird, das Passloch der Metallplatte dann auf den Wellenabschnitt
mit kleinem Durchmesser geführt
wird und dann die Metallplatte und die Schulteroberfläche mittels
Laserschweißen
zusammengefügt
werden.
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JP-A-9-250627
(Seiten 1 bis 10 und 1 bis 7) beschreibt
eine Verbindungsstruktur zwischen einer Welle und einer Metallplatte,
bei der an einem Endabschnitt einer Drehwelle (Antriebswelle) den
Durchmesser erweiternde Stege ausgebildet sind, die von einer äußeren Umfangsoberfläche der Welle
vorstehen, während
an einer Metallplatte (Riemenscheibe) ein Wellenmontageloch ausgebildet
ist, das Wellenmontageloch mittels Presspassung auf den Endabschnitt
geführt
ist, um durch die den Durchmesser erweiternden Stege eine plastische Verformung
herbeizuführen,
wobei ein äußerer Umfang
des Kopfendes der Drehwelle an dem Wellenmontageloch verstärkend bzw.
mit Wulst verschweißt ist.
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Ferner
beschreibt JP-A-5-200475 (Seiten 1 bis 4 und 1 bis 11)
ein Verfahren zum Herstellen einer Drehwelle, bei dem ein Umformwerkzeug
verwendet wird, um geschmiedete bzw. gesenkgedrückte Stege (erhabene Abschnitte)
an einem äußeren Umfang
der Drehwelle zu bilden und damit eine Riemenscheibe, einen Rotor,
einen Stromwender, ein Lüfterrad
fest verbinden zu können.
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Nebenbei
bemerkt wird, falls die oben beschriebene Verbindungsstruktur auf
das Zusammenfügen
einer Drehwelle und einer Metallplatte wie etwa eines Zahnrads,
einer Riemenscheibe, eines Kettenrads usw., um eine Drehantriebskraft
eines Motors oder dergleichen an die Drehwelle zu übertragen, beispielsweise
das Zusammenfügen
zwischen einer Ventilwelle (Drehwelle) in einer elektronisch gesteuerten
Drosselvorrichtung, an der eine Drosselklappe angebracht werden
soll, und einem Drosselzahnrad (Metallplatte), das an die Ventilwelle
angefügt
wird, um eine Übertragung
einer Drehantriebskraft eines Motors an die Drehwelle zu ermöglichen,
angewandt wird, neben einer Kraft in Drehrichtung stets eine Kraft
auf die Metallplatte in Richtung der Länge der Welle (in Richtung
einer Drehachse) ausgeübt,
wobei die Metallplatte häufig
mit einer wiederholten Last be aufschlagt wird, so dass es notwendig
ist, eine ausreichende Festigkeit der Verbindung zwischen der Drehwelle
und der Metallplatte zu gewährleisten.
Es wird somit gefordert, mit einem hohen Grad an Genauigkeit eine
Koaxialität
und eine Orthogonalität zwischen
beiden Elementen zu gewährleisten.
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Nach
dem in JP-A-11-192567 beschriebenen Verfahren werden jedoch die
Metallplatte und die Schulteroberfläche an der Welle mittels Laserschweißen zusammengefügt, dass
die Neigung der Metallplatte in Bezug auf die Welle begrenzt ist.
Somit kann das Verfahren, obwohl die Orthogonalität in einem gewissen
Maße erreicht
wird, nur auf eine sehr dünne
Metallplatte (mit einer Dicke von 1 mm oder weniger) angewandt werden.
Außerdem
wird das Problem verursacht, dass zwischen dem Wellenabschnitt mit
kleinem Durchmesser (dem vorstehenden Wellenabschnitt) und dem Passloch
gewöhnlich
ein Zwischenraum (Spiel) definiert ist, was zu einer Exzentrizität der Metallplatte
(oder ihres Passlochs) in Bezug auf die Welle führt, so dass keine zufrieden stellende
Koaxialität
erreicht werden kann. In diesem Fall kann der Zwischenraum verkleinert
werden, um die Koaxialität
zu verbessern, jedoch ist es notwendig, einen Außendurchmesser der Drehwelle
(ihren Wellenabschnitt mit kleinem Durchmesser) und einen Innendurchmesser
des Lochs der Metallplatte mit hoher Genauigkeit zu steuern, was
zu erhöhten
Kosten führt.
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Bei
den in JP-A-9-250627 und JP-A-5-200475 beschriebenen Verbindungsstrukturen
andererseits fressen sich dann, wenn das Loch (das Wellenmontageloch,
das Montageloch) an der Metallplatte (Riemenscheibe oder dergleichen)
mittels Presspassung auf die Drehwelle geführt wird, die den Durchmesser
erweiternden Stege oder die geschmiedeten Stege in das Loch, um
dasselbe einer plastischen Verformung zu unterwerfen (zu schrammen),
so dass ein zwischen der Drehwelle und dem Loch definierter Zwischenraum
im Wesentlichen absorbiert wird, wodurch eine Exzentrizität der Metallplatte
(ihres Lochs) in Bezug auf die Welle verhindert wird und eine ausreichende
Koaxialität
erreicht werden kann. Falls jedoch ein Blech (mit einer Dicke von beispielsweise
3 mm oder weniger), das einen Abschnitt mit großer Wandstärke wie etwa einen Ansatz oder
dergleichen aufweist, als Metallplatte verwendet wird, können diese
Verbindungsstrukturen praktisch nicht verwendet werden, weil die
Metallplatte dazu neigt, sich in Bezug auf die Drehwelle zu neigen (kann
eine Orthogonalität
kaum erreicht werden), sofern der Abschnitt um das Loch in der Metallplatte
in der Dicke (Länge
in Richtung der Drehachse) nicht ziemlich stark ist.
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In
JP 5200475 wird das Problem
angesprochen, ein Peep, d. h. ein Einführteil zur Zeit der Presspassung
in den Endabschnitt einer Stanzmarkierung, zu bilden und den Fertigungsprozess
durch Stanzen einer Koppelachse und durch Gestalten des Endabschnitts
einer metallischen Formschneide in der Weise, dass die Stanzweite
in axialer Richtung reduziert ist, zu rationalisieren. Auf einen
effektiven Stanzmarkierungsabschnitt folgend ist ein Einführstanzmarkierungsabschnitt,
dessen Stanzweite zum Wellenende hin reduziert ist, mittels einer
Stahlform einteilig ausgebildet worden. Dazu wird ein Druckbereich
zum Endabschnitt der Stanzmarkierung hin allmählich kleiner und ist die Stanzmarkierung
so ausgebildet, dass ihre Erhabenheit von der effektiven Höhe der Stanzmarkierung
zum Außendurchmesser der
Stanzwelle hin allmählich
abnimmt.
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In
US 4377762 wird ein Rotor
einer elektrischen Rotationsmaschine beschrieben, der eine Drehwelle,
die mit mehreren Vorsprüngen,
die über einen
Grundkreis hinaus vorstehen und sich in Längsrichtung erstrecken, ausgebildet
ist, und einen Kern, der aus mehreren Kernsegmenten, deren Widerstand
gegen Verformung kleiner als jener der Drehwelle ist, gebildet ist,
umfasst. Die Drehwelle ist plastisch in den Kern gepresst und besitzt
eine ringförmige
Nut, die an einer etwas innerhalb einer Stirnfläche des Kerns liegenden Stelle
ausgebildet ist. Während
des axialen Pressens des Kerns verformt sich der Kern plastisch,
wobei ein Teil des Kerns vollständig
in die ringförmige
Nut gefüllt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist ersonnen worden, um die oben beschriebenen
Probleme zu lösen, wobei
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Verbindungsstruktur
zwischen einer Drehwelle und einer Metallplatte sowie ein Verfahren,
diese miteinander zu verbinden, bei dem die Metallplatte mit hohem
Grad an Genauigkeit und hoher Festigkeit bei niedrigen Kosten und
weitgehend ohne eine Exzentrizität,
eine Neigung oder dergleichen herbeizuführen mit der Drehwelle zusammengefügt wird,
zu schaffen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine elektronisch gesteuerte
Drosselvorrichtung zu schaffen, die an einer Verbindungsstruktur
zweckmäßig angebracht
ist.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung ist in den beigefügten
Ansprüchen
definiert.
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Bei
der Verbindungsstruktur zwischen einer Drehwelle und einer Metallplatte
und dem Verbindungsverfahren gemäß der Erfindung
fressen sich die an der äußeren Umfangsoberfläche ausgebildeten
geschmiedeten Stege beim Anbringen des Montagelochs des Metalls
mittels Presspassung an dem Wellenabschnitt mit kleinem Durchmesser
der Drehwelle in das Montageloch (seine innere Umfangsoberfläche), um
dieses einer plastischen Verformung (Riefenbildung) zu unterwerfen,
damit ein Spalt, der zwischen der zwischen dem Wellenabschnitt mit
kleinem Durchmesser und dem Montageloch definiert ist, im Wesentlichen
absorbiert wird, wodurch die Exzentrizität des Montagelochs der Metallplatte
in Bezug auf die Drehwelle begrenzt wird und eine ausreichende Koaxialität erreicht
wird. Da ein das Montageloch umgebender Abschnitt auf einer seitlichen
Oberfläche
der Metallplatte gegen die an der Drehwelle ausgebildete Schulteroberfläche geschoben
wird, kann sich außerdem
die Metallplatte selbst dann, wenn der Abschnitt um das Montageloch
an der Metallplatte in der Dicke (Länge in Richtung der Achse der
Drehwelle) schwach ist, kaum in Bezug auf die Drehwelle neigen (ist
es wahrscheinlicher, dass eine Orthogonalität erreicht wird), womit die
Verbindungsstruktur in dem Fall, in dem ein Blech (mit einer Dicke, die
beispielsweise nicht stärker
als 3 mm ist) keinen dicken Wandabschnitt wie etwa einen Ansatz
oder dergleichen besitzt, verwendet werden kann.
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Mit
der Verbindungsstruktur und dem Verbindungsverfahren gemäß der Erfindung
kann eine ausreichende Verbindungsfestigkeit (in Drehrichtung und in
Richtung der Länge
der Welle) erreicht werden, weil eine ausreichende Koaxialität und eine
ausreichende Orthogonalität
erhalten werden, indem veranlasst wird, dass sich die geschmiedeten
Stege in das Montageloch fressen und der das Montageloch umgebende
Abschnitt auf einer seitlichen Oberfläche der Metallplatte gegen
die an der Drehwelle ausgebildete Schulteroberfläche gepresst wird und dann
die äußere Umfangsoberfläche des
Wellenabschnitts mit kleinem Durchmesser und das Montageloch der
Metallplatte durch Laserschweißen
oder dergleichen miteinander verbunden werden.
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Außerdem ist
es auch dann, wenn der zwischen dem Wellenabschnitt mit kleinem
Durchmesser und dem Montageloch definierte Spalt nicht so klein
ist und der Außendurchmesser
des Wellenabschnitts mit kleinem Durchmesser und ein Innendurchmesser
des Montagelochs nicht genau abgeglichen sind, möglich, die Herstellungskosten
zu senken.
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Ferner
ist es im Fall eines festen Verbindens der Metallplatte mit der
Drehwelle unter einem vorgegebenen Winkel (bei einer vorgegebenen
Stellung) herkömmlicherweise
notwendig gewesen, ein spezifisches Werkzeug zu verwenden, um die
Metallplatte während
des Laserschweißens
zu positionieren und zu fixieren. Im Gegensatz dazu wird bei der
Verbindungsstruktur und dem Verbindungsverfahren gemäß der Erfindung
die Metallplatte durch Anbringen der Metallplatte mittels Presspassung
an der Drehwelle unter einem vorgegebenen Winkel (bei einer vorgegebenen
Stellung) an der Drehwelle geheftet, so dass ein präzises Positionieren
und Halten der Metallplatte während
des Laserschweißens
nicht erforderlich sind, wodurch es möglich ist, die Kosten weiter
zu senken.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich aus
der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung, wenn
sie in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung aufgenommen wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine auseinander gezogene, perspektivische Ansicht, die eine elektronisch
gesteuerte Drosselvorrichtung zeigt, an der eine Ausführungsform
einer Verbindungsstruktur zwischen einer Drehwelle und einer Metallplatte
gemäß der Erfindung
angebracht ist, wobei eine Zahnradabdeckung entfernt worden ist;
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2 ist
eine Querschnittsansicht, die die in 1 gezeigte
elektronisch gesteuerte Drosselvorrichtung zeigt und längs einer
zu einem Einlasskanal senkrechten Ebene durch die Achse einer Ventildrehwelle
aufgenommen worden ist;
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3 ist
eine Seitenansicht, die den Zahnradbefestigungsabschnitt der in 1 gezeigten elektronisch
gesteuerten Drosselvorrichtung zeigt, wobei die Zahnradabdeckung
entfernt worden ist;
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4 ist
eine Querschnittsansicht, die eine elektronisch gesteuerte Drosselvorrichtung
zeigt, bei der anstelle des in 2 gezeigten
Drosselsensors vom Kontakttyp ein Drosselsensor vom kontaktlosen Typ
verwendet wird;
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5A bis 5D sind
Ansichten, die einen Fertigungsprozess einer Ventilwelle der elektronisch
gesteuerten Drosselvorrichtung zeigen;
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6 ist
eine vergrößerte, perspektivische Ansicht,
die ein Ende der Ventilwelle zeigt;
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7 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die einen ersten Wellenabschnitt mit kleinem Durchmesser an der
Ventilwelle zeigt;
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8 ist
eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel von Umformwerkzeugen
zum Bilden der geschmiedeten Stege an dem ersten Wellenabschnitt mit
kleinem Durchmesser der Ventilwelle zeigt;
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9 ist
eine Ansicht zum Erläutern
einer Ausführungsform
der Verbindungsstruktur und des Verbindungsverfahrens gemäß der Erfindung;
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10 ist
eine Ansicht zum Erläutern
einer Ausführungsform
der Verbindungsstruktur und des Verbindungsverfahrens gemäß der Erfindung;
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11 ist
eine Ansicht zum Erläutern
einer Ausführungsform
der Verbindungsstruktur und des Verbindungsverfahrens gemäß der Erfindung;
und
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12 ist
eine vergrößerte, perspektivische Ansicht,
die einen Endabschnitt einer Ventilwelle zeigt, um eine weitere
Ausführungsform
der Verbindungsstruktur gemäß der Erfindung
zu erläutern.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden wird mit Bezug auf die Zeichnung eine Ausführungsform
der Erfindung beschrieben.
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1 ist
eine auseinander gezogene, perspektivische Ansicht, die eine elektronisch
gesteuerte Drosselvorrichtung zeigt, an der eine Ausführungsform
einer Verbindungsstruktur zwischen einer Drehwelle und einer Metallplatte
gemäß der Erfindung
angebracht ist, wobei eine Zahnradabdeckung entfernt worden ist; 2 ist
eine Ansicht, die einen Querschnitt der elektronisch gesteuerten
Drosselvorrichtung von 1 zeigt und längs einer
zu einem Einlasskanal senkrechten Ebene durch eine Drehachse einer
Ventildrehwelle aufgenommen worden ist; und 3 ist eine
Seitenansicht, die einen Zahnradbefestigungsabschnitt der elektronisch
gesteuerten Drosselvorrichtung von 1 zeigt,
wobei die Zahnradabdeckung entfernt worden ist.
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Eine
Menge an in einen Einlasskanal 1 strömender Luft wird entsprechend
dem Öffnungsgrad einer
scheibenförmigen
Drosselklappe 2 in der elektronisch gesteuerten Drosselvorrichtung,
die in den 1, 2 und 3 gezeigt
ist, geregelt. Die Drosselklappe 2 ist durch Verschrauben
an einer Ventilwelle 3 als Drehwelle befestigt. An einem
Ende der Ventilwelle 3 ist ein Endstufenzahnrad (das im Fol genden
als Drosselzahnrad bezeichnet wird) 6 eines Untersetzungsgetriebemechanismus 5 angebracht,
der ein Drehantriebskraft von einem Motor (elektrisch angetriebenen
Stellglied) 4 an die Ventilwelle 3 überträgt.
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Der
Untersetzungsgetriebemechanismus 5 umfasst neben dem Drosselzahnrad 6 ein
an dem Motor 4 angebrachtes Ritzel 7 und ein Zwischenzahnrad 8.
Das Zwischenzahnrad 8 umfasst einen Zahnradabschnitt 8a mit
großen
Durchmesser, der mit dem Ritzel 7 in Eingriff ist, und
einen Zahnradabschnitt 8b, der mit dem Drosselzahnrad 6 in Eingriff
ist und an einer Zahnradwelle 10, die an einer Wandoberfläche eines
Drosselgehäuses 9 befestigt ist,
drehbar angebracht ist.
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Der
Motor 4 wird entsprechend einem Fahrpedalsignal, das einen
Grad der Niederdrückung
eines Fahrpedals repräsentiert,
und einem Antriebsschlupfsteuersignal angetrieben, wobei eine Leistung von
dem Motor 4 nacheinander über die Zahnräder 7, 8, 6 auf
die Ventilwelle 3 übertragen
wird. Das Drosselzahnrad 6 ist aus einer aus einer scheibenförmigen Metallplatte
gebildeten Zahnradplatte 26, die durch eine Verbindungsstruktur
gemäß der Ausführungsform
mit der Ventilwelle 3 (mittels Presspassung) fest verbunden
ist, und einem kreisausschnittförmigen
Zahnradabschnitt (Zähneabschnitt) 6a,
der aus Harz gefertigt ist und an einem äußeren Umfang der Zahnradplatte 26 befestigt
ist, zusammengesetzt.
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Um
eine mechanisch vollständig
geschlossenen Stellung der Drosselklappe 2 zu definieren,
ist ein Anschlag 11 für
vollständiges
Schließen
vorgesehen, wobei Letzterer eine an dem Drosselgehäuse 9 vorgesehene
Stellschraube aufweist und wobei daher dann, wenn die Drosselklappe 2 in
Schließrichtung
in die mechanisch vollständig
geschlossene Stellung gedreht ist, ein Ende eines Anschlagsperrelements
(als das in diesem Fall das Drosselzahnrad 6 dient), das
an der Ventilwelle 3 befestigt ist, gegen den Anschlag 11 stößt, um zu
verhindern, dass die Drosselklappe 2 weiter geschlossen
(gedreht) wird.
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Ein
Anschlag (der auch als Rücksetzanschlag
bezeichnet wird) 12 zum Setzen eines Rücksetz-Öffnungsgrades dient zum Beibehalten
eines Öffnungsgrades
der Drosselklappe 2 nach dem Abziehen eines Zündschlüssels (wenn
das elektrisch angetriebene Stellglied 4 abgeschaltet ist),
d. h. eines vorgegebenen anfänglichen Öffnungsgrades
(Rücksetz-Öffnungsgrades),
der größer als
die mechanisch vollständig
geschlossene Stellung und eine elektrisch vollständig geschlossene Stellung
(minimaler Öffnungsgrad
unter Steuerung) ist.
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In
einer Seitenwand des Drosselgehäuses 9 ist
ein Zahnradbefestigungszwischenraum 13 gebildet, in dem
der Getriebemechanismus 13 aufgenommen ist, wobei in dem
Zahnradbefestigungszwischenraum 13 ein Abschnitt mit einer
tiefen Ausnehmung 14 definiert ist und in dem so gebildeten
Abschnitt mit tiefer Ausnehmung 14 ein Lageransatz 16 vorgesehen
ist, der eines der Lager 15 an der Ventilwelle 3 aufnimmt.
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Nach
dem Anbringen einer Rückstellfeder 17,
eines Rücksetzhebels 18,
einer Rücksetzfeder 19 und
des Drosselzahnrades 6, wird ein winkelförmiger Antriebsarm 20 (eine
der Metallplatten, die bei der Verbindungsstruktur gemäß der Ausführungsform fest
mit der Ventilwelle 3 verbunden werden soll), der aus einer
Metallplatte gebildet ist, an einem Ende der Ventilwelle 3 angebracht.
In dieser Ausführungsform sind
die Rückstellfeder 17 und
die Rücksetzfeder 19 nach der
Anbringung des Drosselzahnrades mittels Presspassung zusammengedrückt sind,
wobei zwischen den Druckspannungen F, f eine Beziehung (F > f) besteht.
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Ein
Drosselsensor 21 und der Untersetzungsgetriebemechanismus 5 sind
in einem Paket an einer Oberfläche
der Seitenwand des Drosselgehäuses 9 angeordnet.
Der Drosselsensor 21 dient zum Erfassen eines Öffnungsgrades
(einer Drosselklappenstellung) der Drosselklappe, wobei ein Drosselsensor
und seine zugeordneten Komponenten, d. h. alle Komponenten mit Ausnahme
der Ventilwelle 3, innerhalb der Zahnradabdeckung 22 so
aufgenommen sind, dass sie durch eine Sensorabdeckung 23 abgedeckt
sind, wie in 2 gezeigt ist.
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Obwohl
der in 2 gezeigte Drosselsensor 21 vom Kontakttyp
ist, kann stattdessen ein in 4 gezeigter
Drosselsensor 39 vom kontaktlosen Typ verwendet werden.
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Der
Antriebsarm 20 als eine der Komponenten des Drosselsensors 21 (39),
der mit der Ventilwelle 3 fest verbunden ist, ist so beschaffen,
dass er sich nach dem Anbringen der Zahnradabdeckung 22 bis zu
einer Position eines Rotors 24 des Drosselsensors 21 erstreckt
und beim Anbringen der Zahnradabdeckung 22 an dem Drosselgehäuse 9 automatisch
in ein Rotorwellenloch 25, das von der Sensorabdeckung 22 frei
belassen ist, eingepasst wird.
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Bei
der in der oben beschriebenen Weise konstruierten elektronisch gesteuerten
Drosselvorrichtung 100 wird die Verbindungsstruktur gemäß der Ausführungsform
für die
feste Verbindung der Ventilwelle 3 mit dem Drosselzahnrad 6 (dessen
Zahnradplatte 26) und für
die feste Verbindung der Ventilwelle 3 mit dem Antriebsarm 20 verwendet.
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Die
Verbindungsstruktur und das Verbindungsverfahren gemäß der Ausführungsform
werden nachstehend ausführlich
beschrieben.
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Die 5A bis 5D zeigen
die aufeinander folgenden Schritte in einem Fertigungsprozess der Ventilwelle 3.
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Die
Ventilwelle 3 wird wie folgt hergestellt: ein Rohling 40,
nämlich
ein in 5A gezeigter und aus Automaten-Edelstahl
gebildeter Rundstab, wird so bearbeitet, dass ein durchgehender
Schlitz 42 zum Anbringen der Drosselklappe 2,
Stellschraubendurchgangslöcher 43 usw.
an einem in 5B gezeigten Spindelabschnitt 3A ausgebildet
sind, wobei ein Wellenabschnitt 51 mit großen Durchmesser,
der im Wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der Spindelabschnitt 3A hat
und ein erster Wellenabschnitt 52 mit kleinem Durchmesser,
der einen kleineren Durchmesser als der Wellenabschnitts 51 mit großem Durchmesser
hat, aneinanderhängend
an einer Stirnseite des Spindelabschnitts 3A gebildet sind, wobei
eine vorgegebene Durchmesserdifferenz vorhanden ist, um dazwischen
eine zur Achse der Drehwelle (Mittelachse) senkrechte erste Schulteroberfläche 56 zu
definieren, ein Zwischenwellenabschnitt mit großem Durchmesser 53,
der einen kleineren Durchmesser als der erste Wellenabschnitt 52 mit kleinem
Durchmesser hat, an einer Stirnseite des ersten Wellenabschnitts 52 mit
kleinem Durchmesser gebildet ist, und ein zweiter Wellenabschnitt 54,
der einen kleineren Durchmesser als der Zwischenwellenabschnitt 53 hat,
an den Zwischenwellenabschnitt 53 mit großem Durchmesser
angrenzend an einer Stirnseite des Letzteren gebildet ist, wobei
eine vorgegebene Durchmesserdifferenz vor handen ist, um dazwischen
eine zur Achse der Drehwelle senkrechte zweite Schulteroberfläche 57 zu
definieren.
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Als
Nächstes,
wie in 5C gezeigt ist, werden in Richtung
der Länge
der Welle (in Richtung der Achse der Drehwelle) mittels SF-Bearbeitung
(Gesenkschmieden oder dergleichen) unter Verwendung von Umformwerkzeugen 30,
die in 8 gezeigt sind (und später näher beschrieben werden), mehrere Streifen
geschmiedeter Stege 27 an der äußeren Umfangsoberfläche 52a des
ersten Wellenabschnitts 52 mit kleinem Durchmesser gebildet,
und in Richtung der Länge
der Welle (in Richtung der Drehachse) mittels SF-Bearbeitung mehrere
Streifen geschmiedeter Stege 44 an der äußeren Umfangsoberfläche 54a des
zweiten Wellenabschnitt 54 mit kleinem Durchmesser gebildet,
wie in 5D gezeigt ist (was später noch
näher beschrieben
wird).
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Die
in 8 gezeigten Umformwerkzeuge 30 umfassen
ein oberes und ein unteres Werkzeug 31, 32, wobei
Paare von Werkzeugschneiden 33, 34, 35, 36 an
innen liegenden Ecken des oberen und des unteren Werkzeugs 31, 32,
wobei dazwischen ein Abstand L, der etwas schmäler als ein Außendurchmesser
Da (siehe 7) des ersten Wellenabschnitts 52 mit
kleinem Durchmesser vorhanden ist, mittels Verschrauben oder dergleichen
befestigt sind. In diesem Fall ist der Abstand L durch L = Da·cosα vorgeschrieben,
wobei α ein
Werkzeugschneiden-Pressbereich ist, in dem die Werkzeugschneiden geschoben
werden und der in Anbetracht der Formbarkeit der geschmiedeten Stege 27 und
der Verbindungsfestigkeit auf etwa 25° festgelegt ist. Während des
Formens der geschmiedeten Stege 27 wird nach dem Anordnen
des Wellenabschnitts 52 mit kleinem Durchmesser der Ventilwelle 3 zwischen
den Werkzeugschneiden 33, 34, 35, 36 beispielsweise
mittels einer hydraulischen Presse eine vertikale Last auf den Wellenabschnitt
ausgebracht. Dadurch werden seitlich und gleichzeitig vertikal symmetrisch
vier Streifen geschmiedeter Stege 27 geschmiedet bzw. gesenkgedrückt.
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Die
so an dem ersten Wellenabschnitt 52 mit kleinem Durchmesser
gebildeten geschmiedeten Stege 27 umfassen Rippen 28,
die etwas (0,1 mm) von der äußeren Umfangsoberfläche 52a (Grundkreis
= Außendurchmesser
Da) des ersten Wellenabschnitts 52 mit kleinem Durchmesser
vorstehen, und eingekerbte Nuten 29, wie aus den 6 und 7 ersichtlich
ist. Die geschmiedeten Stege 44 an dem zweiten Wellenabschnitt 54 mit
kleinem Durchmesser sind ähnlich
zu den geschmiedeten Stegen 27 ausgebildet. Außerdem sind
die geschmiedeten Stege 27, 44 in den Figuren
etwas übertrieben
groß gezeigt.
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Zum
anderen ist die Zahnradplatte 26 (mit einem Außendurchmesser
von 26 mm) des Drosselzahnrades 6 in ihrem Mittelabschnitt
mit einem ersten Montageloch 26a ausgebildet, das so beschaffen
ist, dass es mit einem vorgegebenen Zwischenraum (5 bis 35 μm) an dem
ersten Wellenabschnitt 52 mit kleinem Durchmesser angebracht
werden kann, wie in 9 gezeigt ist, wobei der Antriebsarm 20 ebenfalls mit
einem kreisförmigen
zweiten Montageloch 20a ausgebildet ist, das so beschaffen
ist, dass es mit einem vorgegebenen Zwischenraum (5 bis 35 μm) an dem
zweiten Wellenabschnitt 54 mit kleinem Durchmesser angebracht
werden kann, wie in 11 gezeigt ist.
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Der
erste Wellenabschnitt 52 mit kleinem Durchmesser und der
zweite Wellenabschnitt 54 mit kleinem Durchmesser besitzen
axiale Längen,
die nicht kleiner als die Dicken (etwa 2 mm) der Zahnradplatte 26 und
des Antriebsarms 20 (in den Abschnitten um das erste Montageloch 26a und
das zweite Montageloch 20a) sind.
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Bei
einer solchen Struktur ist das in der Zahnradplatte 26 des
Drosselzahnrades 6 ausgebildete erste Montageloch 26a mittels
Presspassung an dem ersten Wellenabschnitt 52 mit kleinem
Durchmesser angebracht, um durch die geschmiedeten Stege 27 einer
plastischen Verformung (Riefenbildung) unterworfen zu werden, wie
in den 9 und 10 gezeigt ist, wobei, nachdem
ein das Montageloch 26a umgebender Abschnitt auf einer
seitlichen Oberfläche
der Zahnradplatte 26 gegen die Schulteroberfläche 56 geschoben
worden ist, die äußere Umfangsoberfläche 52a des
Wellenabschnitts 52 mit kleinem Durchmesser und das Montageloch 26a durch
Laserschweißen
(über ihren
gesamten Umfang) zusammengefügt
worden sind.
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Ähnlich ist
das an dem Antriebsarm 20 ausgebildete zweite Montageloch 20a mittels
Presspassung an dem zweiten Wellenabschnitt 54 mit kleinem Durchmesser
angebracht, um durch die geschmiedeten Stege 44 einer plastischen
Verformung (Riefenbildung) unterworfen zu werden, wie in 11 gezeigt
ist, wobei, nachdem ein das Montageloch 20a umgebender
Abschnitt auf einer seitlichen Oberfläche gegen die Schulteroberfläche 57 geschoben worden
ist, die äußere Umfangsoberfläche 54a des Wellenabschnitts 54 mit
kleinem Durchmesser und das Montageloch 20a durch Laserschweißen (über ihren
gesamten Umfang) zusammengefügt
worden sind.
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Bei
der Verbindungsstruktur und dem Verbindungsverfahren gemäß dieser
Ausführungsform
fressen sich dann, wenn die Montagelöcher 26a, 20a der Zahnradplatte 26 und
des Antriebsarms 20 mittels Presspassung an den Wellenabschnitten 52, 54 mit kleinem
Durchmesser der Ventilwelle 3 angebracht werden, die an
den äußeren Umfangsoberflächen 52a, 54a der
Wellenabschnitte 52, 54 mit kleinem Durchmesser
ausgebildeten geschmiedeten Stege 27, 44 in die
Montagelöcher 26a, 20a (ihre
inneren Umfangsoberflächen),
um diese einer plastischen Verformung (Riefenbildung) zu unterwerfen,
so dass zwischen den Wellenabschnitten 52, 54 mit
kleinem Durchmesser und den Montagelöchern 26a, 20a definierte
Zwischenräume
im Wesentlichen absorbiert werden, wodurch eine Exzentrizität der Montagelöcher 26a, 20a in
Bezug auf die Wellenabschnitte 52, 54 mit kleinem
Durchmesser begrenzt werden können
und eine ausreichende Orthogonalität erreicht werden kann. Da
außerdem
Abschnitte, die die Montagelöcher 26a, 20a umgeben,
auf seitlichen Oberflächen
der Zahnradplatte 26 und des Antriebsarms 20 gegen
die Schulteroberflächen 56, 57,
die an der Ventilwelle 3 ausgebildet sind, geschoben werden, können sich
selbst dann, wenn die Abschnitte um die Montagelöcher an der Zahnradplatte 26 und
dem Antriebsarm 20 in der Dicke (Länge in Richtung der Drehachse)
klein sind, die Zahnradplatte 26 und der Antriebsarm 20 kaum
in Bezug auf die Ventilwelle 3 neigen (ist es wahrscheinlicher,
dass eine Orthogonalität
erreicht wird), womit die Verbindungsstruktur in dem Fall, in dem
ein Blech (mit einer Dicke, die beispielsweise nicht stärker als
3 mm ist) keinen dicken Wandabschnitt wie etwa einen Ansatz oder
dergleichen besitzt, verwendet werden kann.
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Mit
der Verbindungsstruktur und dem Verbindungsverfahren gemäß dieser
Ausführungsform kann
eine ausreichende Verbindungsfestigkeit (in Drehrichtung und in
Richtung der Länge
der Welle) erreicht werden, weil eine ausreichende Koaxialität und eine
ausreichende Orthogonalität
erreicht werden können,
indem ermöglicht
wird, dass sich die geschmiedeten Stege 27, 44 in
die Montagelöcher 26a, 30a fressen,
und die Abschnitte, die die Montagelöcher 26a, 30a umgeben,
gegen die Schulteroberflächen 56, 57 gepresst
werden und dann die äußeren Umfangsoberflächen 52a, 54a der
Wellenabschnitte 52, 54 mit kleinem Durchmesser
durch Laserschweißen
zusammengefügt
werden.
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Außerdem ist
es selbst dann, wenn die zwischen den Wellenabschnitten 52, 54 und
den Montagelöchern 26a, 30a definierten
Zwischenräume
nicht so klein sind, unnötig,
die Außendurchmesser
der Wellenabschnitte 52, 54 und die Innendurchmesser der
Montagelöcher 26a, 30a mit
einem hohen Grad an Genauigkeit zu steuern, wodurch es möglich ist, die
Kosten zu senken.
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Ferner
ist es im Fall eines Verbindens und Befestigens der Zahnradplatte 26 und
des Antriebsarms 20 an der Ventilwelle 3 unter
einem vorgegebenen Winkel (bei einer vorgegebenen Stellung) herkömmlicherweise
notwendig gewesen, spezifische Werkzeuge zu verwenden, um diese
Elemente während
des Laserschweißens
zu positionieren und zu fixieren, jedoch werden bei der Verbindungsstruktur und
dem Verbindungsverfahren gemäß der Ausführungsform
die Zahnradplatte 26 und der Antriebsarm 20 durch
deren Anbringung mittels Presspassung an den Wellenabschnitten 52, 54 der
Ventilwelle 3 geheftet und unter vorgegebenen Winkeln (bei
vorgegebenen Stellungen) an den Wellenabschnitten 52, 54 gehalten,
so dass es unnötig
ist, diese Elemente während
des Laserschweißens
zu positionieren und zu fixieren, wodurch es möglich ist, die Kosten weiter zu
senken.
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Obwohl
erklärt
worden ist, dass die geschmiedeten Stege 27 bei dieser
Ausführungsform an
vier Orten an der äußeren Umfangsober fläche des Wellenabschnitts 52 mit
kleinem Durchmesser ausgebildet werden, soll die vorliegende Erfindung
nicht darauf beschränkt
sein. Stattdessen können
die geschmiedeten Stege 27 gleichmäßig an acht Orten beispielsweise
ausgebildet werden, und zwar in der Weise, dass die geschmiedeten
Stege 27 zuerst wie oben beschrieben an vier Orten ausgebildet
werden und dann, nachdem die Ventilwelle 3 um 90° gedreht worden
ist, in ähnlicher
Weise zusätzliche
Stege an vier Orten ausgebildet werden (siehe 12).
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Beispielsweise
beträgt
im Fall, in dem die Ventilwelle 3 mit kleinem Durchmesser
einen Außendurchmesser
von 6 mm besitzt und die geschmiedeten Stege 27 eine überstehende
Höhe von
0,1 mm besitzen, das Torsionswiderstandsmoment 4,5 Nm, wenn die
geschmiedeten Stege 27 an vier Orten vorgesehen sind, während ein
Torsionswiderstandsmoment von 8,3 Nm gewährleistet werden kann, falls
die geschmiedeten Stege 27 an acht Orten vorgesehen sind,
wobei nur die geschmiedeten Stege 28 ein Torsionsmoment
auffangen können,
so dass es überflüssig ist,
das Laserschweißen über einen
gesamten Umfang auszuführen,
und zur Verhinderung eines Lösens
ausreicht, das Laserschweißen
punktweise auszuführen.
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Obwohl
die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ausführlich
beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Es
können
im Umfang der Erfindung, der in den Ansprüchen definiert ist, verschiedene
Abänderungen
vorgenommen werden.