EP1379765B1

EP1379765B1 - Vorrichtung zur rückstellung eines drehglieds

Info

Publication number: EP1379765B1
Application number: EP02708158A
Authority: EP
Inventors: Johannes Meiwes; Michael Brozio; Markus Michels; Stefan Josten; Reinhard Gallert; Klaus Kaiser
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Innotec Forschungs und Entwicklungs GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Innotec Forschungs und Entwicklungs GmbH
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2022-01-23
Also published as: EP1379765A1; WO2002063154A1; US6840217B2; US20040094137A1; DE10102775A1; KR20020086653A; DE50207202D1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Rückstellen eines Drehglieds in eine definierte Grundposition, insbesondere einer eine Drosselklappe für die Brennluftsteuerung einer Brennkraftmaschine tragenden Drosselklappenwelle in eine Notluftposition der Drosselklappe, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Rückstellvorrichtung dient bei Anwendung auf eine Drosselklappe dazu, bei Ausfall des Antriebs für die Drosselklappe, der z.B. ein Elektromotor ist, die Drosselklappe in eine definierte Ruhestellung, die sog. Notluft- oder Notlaufposition, zurückzustellen, in der eine minimale Drosselklappenöffnung für die Brennluftzufuhr zur Brennkraftmaschine sichergestellt ist, damit letztere im Leerlauf oder unter minimaler Last noch gleichmäßig läuft. Eine solche Vorrichtung ist zum Beispiel in US 5,942,097 zu sehen. Aufgrund von Toleranzen an den Nocken und infolge der Biegeungenauigkeit der abgebogenen Federschenkel der Klammerfeder ist in der Grundposition, bei der Fixnocken und Mitnehmernocken radial versetzt etwa deckungsgleich nebeneinander liegen, ein gewisses Spiel vorhanden, das zu einem Verdrehspiel der Drosselklappe führt, welches eine genaue Regelung in diesem Bereich unmöglich macht.
Bei einer bekannten Rückstellvorrichtung zum Rückstellen einer in einem Drosselklappenstutzen angeordneten Drosselklappe bei Brennkraftmaschinen (DE 197 35 046 Al) sind zum Unterdrücken des Drehspiels zwischen den Nocken in der Grundposition an Fix- und Mitnehmernocken schräge Anschlagflächen vorgesehen. Der an dem einen Federende abgebogene Federschenkel der Klammerfeder ist an den schrägen Anschlagflächen auf der einen Seite und der am anderen Federende der Klammerfeder abgebogene Federschenkel auf den parallel zur Drehachse sich erstreckenden ebenen Anschlagflächen auf der anderen Seite von Fix- und Mitnehmernocken gehalten. Durch die schrägen Anschlagflächen stützt sich der Federschenkel mit jeweils der halben Federkraft an den beiden schrägen Anschlagflächen ab und verstellt dadurch den drehbaren Mitnehmernocken gegen den von dem Federschenkel auf der anderen Seite des Fix- bzw. Mitnehmernockens gebildeten Anschlag.
Es ist bereits vorgeschlagen worden (DE 100 13 917.5), zur Erzielung einer Verdrehspielfreiheit des Mitnehmernockens in der Notluftposition zwischen einem Federschenkel der Klammerfeder und einer Anschlagfläche an einem der Nocken eine Kompensationsfeder mit einer der Vorspannkraft der Klammerfeder entgegengerichteten, definierten Federkraft anzuordnen. Die als Stanzteil gefertigte Kompensationsfeder ist auf einem der Nocken festgesetzt, wobei sie dessen einer Anschlagfläche ein Federblatt vorlagert, das mit seinem freien Blattende unter Vorspannung an einem im Abstand von der Anschlagfläche angeordneten, den Federweg des Federblatts begrenzenden Federanschlag anliegt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Rückstellvorrichtung hat den Vorteil, daß die Spielfreiheit zwischen den Nocken und den Federschenkeln der Klammerfeder in der Grundposition ohne Zusatzteile, die ihrerseits Fertigungs- und Montageaufwand auslösen, hergestellt ist und dabei die Kennlinie der Klammerfeder nicht verändert wird. Das erfindungsgemäße Einsenken des mindestens einen Schenkelabschnitts des mindestes einen Federschenkels kann wahlweise an dem Fix- oder Mitnehmernocken vorgenommen werden, wobei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hierfür ein Nocken ausgewählt und dieser unter Berücksichtigung maximal zulässiger Toleranzen in seiner in Drehrichtung des Mitnehmernockens gesehenen Breitenabmessung grundsätzlich breiter gemacht wird als der andere Nocken. Auch ist es möglich, einen oder beide Federschenkel mehr oder weniger tief in beide Nocken einzusenken, wodurch ebenfalls die spiellose Anlage der Federschenkel an den Anschlagflächen der Nocken erreicht wird.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Rückstellvorrichtung möglich.
Das Einsenken des Schenkels in einen der Nocken zur Herstellung der Spielfreiheit zwischen den Nocken, läßt sich auf verschiedene Weise realisieren:
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der den Schenkelabschnitt aufnehmende Nocken eine niedrigere Erweichungstemperatur als der Federschenkel auf und der Schenkelabschnitt ist über mindestens einen Teil seines Querschnitts in den Nocken eingeschmolzen. Da die Klammerfeder unter Vorspannung an dem Nocken anliegt, wird der Federschenkel auf die Anschlagfläche des Nockens aufgepreßt. Wird nunmehr der Nocken bis über seine Erweichungstemperatur erwärmt, so drückt die Federkraft den Federschenkel automatisch in den Nocken soweit ein, bis der über die Anschlagfläche des anderen Nocken sich erstreckende Schenkelabschnitt des Federschenkels an dieser Anschlagfläche des anderen Nockens anliegt. Damit sind beide Federschenkel zur Anlage an den insgesamt vier Anschlagflächen der beiden Nocken gebracht, und jedes Verdrehspiel zwischen den Nocken ist eliminiert.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Federschenkel mit einer größeren Härte als der Nocken ausgebildet und in den Nocken eingeprägt. Das Einprägen erfolgt in der Grundposition der Nocken mittels eines in mindestens einem Punkt des einzuprägenden Schenkelabschnitts ansetzenden Prägewerkzeugs, das entweder eine definierte Kraft aufbringt oder die Federschenkel auf einen definierten Abstand zusammendrückt. Am Ende des Einprägevorgangs liegen auch hier beide Federschenkel in der Grundposition der Nocken auf deren insgesamt vier Anschlagflächen spiellos auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Einschmelzen durch Erwärmen eines Nockens zusammen mit dem Einprägen in den Nocken durch ein Prägewerkzeug durchgeführt werden.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: ausschnittweise eine perspektivische Ansicht einer Rückstellvorrichtung für eine Drosselklappe,
Fig. 2: eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts II in Fig. 1,
Fig. 3: eine Draufsicht von Klammerfeder und in Grundposition sich befindlichen Nocken der Rückstellvorrichtung bei noch zwischen den Nocken vorhandenem Verdrehspiel,
Fig. 4: eine Ansicht in Richtung Pfeil IV in Fig. 3,
Fig. 5: eine gleiche Darstellung wie in Fig. 3 nach. Beseitigen des Verdrehspiels zwischen den Nocken,
Fig. 6: eine Ansicht in Richtung Pfeil VI in Fig. 5.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei der in Fig. 1 ausschnittweise, perspektivisch dargestellten Vorrichtung zum Rückstellen eines Drehglieds in eine definierte Grundposition, ist das Drehglied eine Drosselklappenwelle 11, die eine Drosselklappe 10 drehfest aufnimmt. Wie bekannt, ist die der Brennluftsteuerung einer Brennkraftmaschine dienende Drosselklappe 10 in einem hier nicht dargestellten Luftansaugstutzen der Brennkraftmaschine angeordnet und steuert durch mehr oder weniger weites Freigeben des Saugquerschnitts im Ansaugstutzen die von der Brennkraftmaschine angesaugte Verbrennungsluftmenge. Zum Drehen der Drosselklappenwelle 11 trägt diese einen starr auf ihr befestigten Mitnehmer 12, der von einem hier nicht dargestellten Antrieb betätigt wird. Üblicherweise weist der Mitnehmer 12 ein Zahnsegment auf, das mit einem auf der Abtriebswelle eines Elektromotors sitzenden Getriebe in Eingriff ist. In der Grundposition des Drehglieds nimmt die Drosselklappe 11 eine sog. Notluft- oder Notlaufposition ein, in der sie den Saugquerschnitt im Ansaugstutzen soweit drosselt, daß die angesaugte Verbrennungsluft lediglich einen Notlauf der Brennkraftmaschine zuläßt.
Die Rückstellvorrichtung weist einen die Grundposition des Drehglieds bzw. der Drosselklappenwelle 11 - und damit die Notluftposition der Drosselklappe 10 - vorgebenden, räumlich feststehenden Fixnocken 13, der beispielsweise an einem die Drosselklappenwelle 11 drehbar aufnehmenden Gehäuse ausgebildet sein kann, und einen am Mitnehmer 12 ausgebildeten Mitnehmernocken 14 auf, der am Mitnehmer 12 so angeordnet ist, daß er in beiden, in Fig. 5 durch Pfeil 15 angedeuteten Drehrichtungen an dem Fixnocken 13 vorbeibewegbar ist. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, erstreckt sich der Fixnocken 13 durch eine bogenförmige Ausnehmung 16 im Mitnehmer 12 hindurch, die koaxial zur Achse 17 der Drosselklappenwelle 11 angeordnet ist und sich über einen Drehbereich des Mitnehmers 12 erstreckt. Die Länge der Ausnehmung 16 begrenzt den Drehbereich des Mitnehmers 12. Sowohl auf dem Fixnocken 13 als auch auf dem Mitnehmernocken 14 sind in Drehrichtung gesehen auf voneinander abgekehrten Seiten jeweils eine Anschlagfläche 131, 132 bzw. 141, 142 ausgebildet.
Zur Rückstellvorrichtung gehört ferner eine Klammerfeder 18, die hier als Schraubendrehfeder mit an den Federenden abgebogenen Federschenkeln 181, 182 ausgebildet ist. Die Klammerfeder 18 ist koaxial zum Mitnehmer 12 angeordnet, wobei sich ihre Federschenkel 181, 182 quer zur Achse 17 des Mitnehmers 12 bzw. der Drosselklappenwelle 11 erstrecken. Die Klammerfeder 18 umklammert mit ihren Federschenkeln 181, 182 den Fixnocken 13 und den Mitnehmernocken 14 mit Vorspannung und fixiert die Grundposition der Rückstellvorrichtung, aus der heraus durch Verdrehen des Mitnehmers 12 in die eine oder andere Drehrichtung die Drosselklappenwelle 11 mit Drosselklappe 10 unter Spannen der Klammerfeder 18 verdreht werden kann. Jeder Federschenkel 181 bzw. 182 übergreift in der in Fig. 1 dargestellten Grundposition der Rückstellvorrichtung eine Anschlagfläche 131 bzw. 132 am Fixnocken 13 und eine Anschlagfläche 141 bzw. 142 am Mitnehmernocken 14. Bei Verdrehen aus der Grundposition wird je nach Drehrichtung des Mitnehmers 12 der Federschenkel 181 oder 182 von der Anschlagfläche 141 oder 142 des Mitnehmernockens 14 mitgenommen, während sich der andere Federschenkel 182 oder 181 an der Anschlagfläche 132 oder 131 des Fixnockens 13 abstützt.
Durch Fertigungstoleranzen kann in der Grundposition der Rückstellvorrichtung ein Verdrehspiel s zwischen der Klammerfeder 18 und den Nocken 13, 14 auftreten, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, wenn die Federschenkel 181 und 182 nicht an allen vier Anschlagflächen 131, 132 und 141, 142 der Nocken 13, 14, sondern nur an drei Anschlagflächen anliegen. In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Schenkel 182 der Klammerfeder 18 an den Anschlagflächen 132 und 142 von Fixnocken 13 und Mitnehmernocken 14 und der Federschenkel 181 der Klammerfeder 18 wegen zu geringer Breite des Fixnockens 13 nur an der Anschlagfläche 141 des Mitnehmernockens 14 an. Die Klammerfeder 18 - und damit Mitnehmernocken 14 und Drehglied - kann sich in der Grundposition gegenüber dem Fixnocken 13 um das Spiel s verdrehen.
Um dieses für die Brennluftregelung in der Notluftposition störende Spiel in der Grundposition der Rückstellvorrichtung zu beseitigen, ist der Federschenkel 181 mit seinem über die Anschlagfläche 141 des Mitnehmernockens 14 sich erstreckenden Schenkelabschnitt in den Mitnehmernocken 14 soweit eingesenkt, daß sein sich an diesem Schenkelabschnitt anschließender, den Fixnocken 13 übergreifender weiterer Schenkelabschnitt in der Grundposition der Rückstellvorrichtung an der Anschlagfläche 131 des Fixnockens 13 spiellos anliegt. Dieses Eingesenktsein des Federschenkels 181 ist in Fig. 5 in Draufsicht und in Fig. 6 in Vorderansicht zu sehen. In Fig. 2 ist der in dem Mitnehmernocken 14 eingesenkte Federschenkel 181 vergrößert und perspektivisch dargestellt. Das Einsenken des Federschenkels 181 kann dabei grundsätzlich wahlweise in jeden der beiden Nocken 13, 14 erfolgen, je nachdem an welchem Nocken das vorhandene Spiel beseitigt werden muß. Für einen definierten Fertigungsprozeß wird aber der den Schenkelabschnitt aufnehmende Nocken 13 oder 14 zuvor ausgewählt und in seiner in Drehrichtung des Mitnehmers 14 gesehenen Breite so ausgeführt, daß er unter Berücksichtigung maximal zulässiger Toleranzen immer breiter ist als der andere Nocken 14 oder 13.
Das Einsenken des Federschenkels in den breiteren Nocken, im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 - 5 des Federschenkels 181 in den Mitnehmernocken 14, kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden:
Der den Schenkelabschnitt aufnehmende Nocken, im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 - 5 der Mitnehmernocken 14, wird aus einem Material mit niedrigerer Erweichungstemperatur als der Federschenkel 181 gefertigt. Nach Montage der Rückstellvorrichtung liegt - wie in Fig. 3 und 4 dargestellt ist - unter der Vorspannkraft der Klammerfeder 18 der Federschenkel 182 an der Anschlagfläche 132 des Fixnockens 13 und an der Anschlagfläche 142 des Mitnehmernockens 14 an, während der Federschenkel 181 der Klammerfeder 18 lediglich an der Anschlagfläche 141 des breiter ausgeführten Mitnehmernockens 14 anliegt und gegenüber der Anschlagfläche 131 des schmaleren Fixnockens 13 den Spaltabstand s aufweist. Wird nunmehr der Mitnehmernocken 14 über seine Erweichungstemperatur erwärmt, so schmilzt der mit Vorspannkraft der Klammerfeder 18 auf die Anschlagfläche 141 des Mitnehmernockens 14 aufdrückende Federschenkel 181 soweit in den Mitnehmernocken 14 ein, bis der Schenkel 181 mit seinem anderen Schenkelabschnitt an der Anschlagfläche 131 des Fixnockens 13 zur Anlage kommt, wie dies in Fig. 5 und 6. dargestellt ist. Damit liegen beide Federschenkel 181, 182 an allen vier Anschlagflächen 131, 141, 132, 142 von Fixnocken 13 und Mitnehmernocken 14 an, und in der Grundposition der Rückstellvorrichtung ist jegliches Spiel zwischen Klammerfeder 18 und Nocken 13, 14 unterdrückt.
Das Einsenken des Federschenkels 181 mit seinem die Anschlagfläche 141 übergreifenden Schenkelabschnitt in den Mitnehmer 14 kann auch in der Weise realisiert werden, daß der Schenkel 181 mit einer größeren Härte als der Mitnehmernocken 14 ausgeführt ist und in den Mitnehmernocken 14 eingeprägt wird. Die Einprägung erfolgt mittels eines Prägewerkzeugs, das an einem oder mehreren Punkten des über die Anschlagfläche 141 des Mitnehmernockens 14 sich erstreckenden Schenkelabschnitts mit einer definierten Kraft ansetzt oder die Federschenkel 181, 182 mit einer entsprechend großen Kraft auf einen definierten Abstand zusammenpreßt. Dieses Einprägen des Federschenkels 181 führt zu dem gleichen Ergebnis der teilweisen Einsenkung des Federschenkels 181 in den Mitnehmernocken 14, wie dies in Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Selbstverständlich ist es möglich, den Einprägvorgang mit einer Erwärmung des Mitnehmernockens 14 zu kombinieren.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So können Fixnocken 13 und Mitnehmernocken 14 in ihrer Lage vertauscht werden, so daß der Fixnocken 13 außen und der Mitnehmernocken 14 innen, nahe der Klammerfeder 18 liegt. Das Einsenken kann mit jedem Federschenkel 181 oder 182 in jeden Nocken 13 oder 14 vorgenommen werden. Bei einem extremen Spiel s in der Grundposition der Rückstellvorrichtung können auch beiden Federschenkel 181 und 182 in den gleichen Nocken 13 oder 14 auf beiden Anschlagflächen 131 und 132 oder 141 und 142 eingesenkt werden. Auch ist es möglich, beide Federschenkel 181 und 182 in alle vier Anschlagflächen 131, 132, 141, 142 mehr oder weniger tief so einzusenken, daß das Spiel s beseitigt ist. Der Drahtquerschnitt der Klammerfeder 18 bzw. der Federschenkel 181, 182 kann eine beliebige Form oder Größe aufweisen.
Die Anwendung der beschriebenen Vorrichtung zum Rückstellen eines Drehglieds ist nicht auf die Brennluftsteuerung einer Brennkraftmaschine mittels Drosselklappe beschränkt. So kann das Drehglied auch eine Schwenkwelle einer mit dieser fest verbundenen Abgasklappe sein, die in einer Abgasrückführleitung der Brennkraftmaschine angeordnet ist und die der Ansaugluft der Brennkraftmaschine zugeführte Abgasmenge dosiert.

Claims

Vorrichtung zum Rückstellen eines Drehglieds in eine definierte Grundposition, mit einem die Grundposition vorgebenden, räumlich feststehenden Fixnocken (13) und einem mit dem Drehglied gekoppelten, am Fixnocken (13) vorbeibewegbaren Mitnehmernocken (14), von denen jeder auf voneinander abgekehrten Seiten je eine Anschlagfläche (131, 132, 141, 142) aufweist, und mit einer Klammerfeder (18), die mit zwei abgebogenen, jeweils über die Anschlagflächen (131, 132, 141, 142) der Nocken (13, 14) hinwegreichenden Federschenkeln (181, 182) die Nocken (13, 14) unter Vorspannung umklammert, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Federschenkel (181) mit mindestens einem Schenkelabschnitt in mindestens einem der Nocken (14) soweit eingesenkt ist, daß er in der Grundposition mit einem den anderen Nocken (13) übergreifenden Schenkelabschnitt an der Anschlagfläche (131) des anderen Nockens (13) spiellos anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Schenkelabschnitt aufnehmende Nocken (14) eine niedrigere Erweichungstemperatur als der Federschenkel (181) aufweist und daß der Schenkelabschnitt des Federschenkels (181) über mindestens einen Teil seines Querschnitts in den Nocken (14) eingeschmolzen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschmelzung durch Erwärmen bewirkt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Federschenkel (181) mit einer größeren Härte als der Nocken (14) ausgebildet und in den Nocken (14) eingeprägt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einprägung durch ein an mindestens einem Punkt des Schenkelabschnitts angesetztes Prägewerkzeug bewirkt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Prägewerkzeug mit einer definierten Kraft an dem Schenkelabschnitt angreift.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Prägewerkzeug die Federschenkel (181, 182) auf einen definierten Abstand zusammendrückt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß der den Schenkelabschnitt aufnehmende Nocken (14) mit einer in Drehrichtung des Mitnehmernockens (14) gesehenen Breite ausgeführt ist, die unter Berücksichtigung zulässiger Toleranzen größer ist als die Breite des anderen Nockens (13).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammerfeder (18) als zylindrische Schraubendrehfeder ausgebildet und koaxial zum Drehglied angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 9, gekennzeichnet durch ihre Verwendung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehglied mit einer Abgasklappe in einer Abgasrückführleitung der Brennkraftmaschine verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehglied mit einer Drosselklappe (10) in einen Luftansaugstutzen der Brennkraftmaschine verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundposition des Drehglieds einer Notlaufposition der Brennkraftmaschine entspricht.