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DE10228856A1 - Direktantrieb für eine Drosselklappenwelle in einem Drosselklappenstutzen - Google Patents

Direktantrieb für eine Drosselklappenwelle in einem Drosselklappenstutzen Download PDF

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DE10228856A1
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Wolfgang Sauerschell
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Siemens Corp
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Abstract

Der Direktantrieb für eine Drosselklappenwelle (7) in einem Drosselklappenstutzen (8) besteht aus einer Spule (1) und einem direkt neben der Spule (1) angeordneten Rotor (2). Der Rotor (2) besteht aus einem Stahlring (3), in dem innen eine erste innere Magnetschale (5a) und eine zweite innere Magnetschale (5b) zueinander gegenüberliegend anliegen. Auf seiner Außenseite weist der Stahlring (3) eine erste äußere Magnetschale (4a) und eine zweite äußere Magnetschale (4b), die zueinander gegenüberliegend anliegen, auf. An seinem der Drosselklappe (9) zugewandten Ende (3') ist der Stahlring (3) mit der Drosselklappenwelle (7) verbunden. Im Bereich (6) des von der Drosselklappe (9) abgewandten Endes (3'') des Stahlringes (3) ist mittig ein Sensor (10) zur Positionserkennung der Drosselklappe (9) angeordnet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Direktantrieb für eine Drosselklappenwelle in einem Drosselklappenstutzen. Direktantriebe sind bekannt. In der Regel handelt es sich dabei um die Anordnung einer Spule, die mit elektrischem Strom beaufschlagt wird und einem in ihrem Wirkungsbereich angeordneten Rotor, der mit Permanentmagneten versehen ist und durch die Spuleninduktion in eine Drehbewegung versetzt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Direktantrieb für eine Drosselklappenwelle in einem Drosselklappenstutzen zu schaffen, mit welchem eine Positionserkennung der Drosselklappe kontinuierlich möglich ist und der nur einen relativ geringen Bauraum benötigt.
  • Die der Erfindung zugrundliegende Aufgabe wird durch einen Direktantrieb für eine Drosselklappenwelle in einem Drosselklappenstutzen gelöst, der aus einer Spule und einem direkt neben der Spule angeordneten Rotor besteht, bei dem der Rotor aus einem Stahlring besteht, in dem innen eine erste innere Magnetschale und eine zweite innere Magnetschale zueinander gegenüberliegend anliegen und auf seiner Außenseite eine erste äußere Magnetschale und eine zweite äußere Magnetschale zueinander gegenüberliegend anliegen und bei dem der Stahlring an seinem der Drosselklappe zugewandten Ende mit der Drosselklappenwelle verbunden ist, und bei dem im Bereich des von der Drosselklappe abgewandten Endes des Stahlringes mittig ein Sensor zur Positionserkennung der Drosselklappe angeordnet ist. Der Rotor ist direkt neben der Spule angeordnet. Darunter ist eine Anordnung des Rotors im Bereich des durch die Spule erzeugten Magnetfeldes zu verstehen, wobei der Bereich des von der Drosselklappe abgewandten Endes des Stahlringes, in dem der Sensor angeordnet ist, sich über einen Teil der Breite der Spule erstreckt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die innere Mantelfläche des Stahlringes, die mit der Drosselklappenwelle verbunden ist, aus einem nicht magnetischen Material besteht. Dabei kann eine Zwischenschicht aus Kunststoff vorgesehen sein. Als Sensoren werden beispielsweise handelsübliche AMR-Sensoren (Anisotropic Magneto Resistor-Sensors) eingesetzt, die beispielsweise von der Firma Philips vertrieben werden. Die erste innere Magnetschale und die zweite innere Magnetschale dienen der Positionserkennung bezüglich der Stellung der Drosselklappe über den angeordneten Sensor. Die erste äußere Magnetschale und die zweite äußere Magnetschale dienen dem Antrieb des Rotors über die Spule. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass mit dem Direktantrieb für eine Drosselklappenwelle in einem Drosselklappenstutzen eine Positionserkennung der Stellung der Drosselklappe im Drosselklappenstutzen auf relativ einfache Weise möglich ist, wobei nur relativ wenig Bauraum erforderlich ist, da die Anordnung des Sensors über einen Teilbereich der Spule realisiert wird. Die Anordnung des Stahlringes hat dabei den Vorteil, dass sich die Magnetfelder, bedingt durch die erste innere Magnetschale und die zweite innere Magnetschale einerseits und die erste äußere Magnetschale und die zweite äußere Magnetschale anderseits nicht gegeneinander nachteilig beeinflussen, so dass der Sensor mit genauen Informationen über die tatsächliche Position der Drosselklappe im Drosselklappenstutzen versorgt wird, die dann anschließend an die Steuerungseinheiten weitergegeben werden können. Dazu ist es in vorteilhafter Weise nicht erforderlich, den Sensor außerhalb des Rotors des Direktantriebs anzuordnen, um eine genaue Erkennung der Position der Drosselklappe im Drosselklappenstutzen zu erfassen, was einen größeren Bauraum erforderlich machen würde.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die erste innere Magnetschale und die erste äußere Magnetschale sowie die zweite innere Magnetschale und die zweite äußere Magnetschale jeweils parallel zueinander auf derselben Hälfte des Stahlringes angeordnet sind. Dies erleichtert in vorteilhafter Weise die Herstellung des Rotors des Direktantriebs für eine Drosselklappenwelle.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die erste innere Magnetschale und die erste äußere Magnetschale sowie die zweite innere Magnetschale und die zweite äußere Magnetschale jeweils dieselbe magnetische Polung auf. Auf diese Weise lässt sich der Verlauf der Magnetlinien im Bereich des Stahlringes optimieren, wodurch sich die Qualität der Informationen, die dem Sensor zugeleitet werden, ebenfalls optimiert werden kann.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Stahlring im Bereich des von der Drosselklappe abgewandten Endes eine ringförmige Nut aufweist, in der die erste innere Magnetschale und die zweite innere Magnetschale am Stahlring anliegen. Auf diese Weise lassen sich die erste innere Magnetschale und die zweite innere Magnetschale auf relativ einfache Weise sicher im Stahlring fixieren, wobei gleichzeitig verhindert wird, dass sich die erste innere Magnetschale und die zweite innere Magnetschale über die gesamte Breite des Stahlringes erstrecken. Dabei ist vorteilhaft, dass sich die erste innere Magnetschale und die zweite innere Magnetschale nur im Bereich des Sensors befinden und somit auch kleinste störende Einflüsse auf den eigentlichen Antrieb vermieden werden.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die erste innere Magnetschale oder die zweite innere Magnetschale im Abstand a von 1 mm bis 3 mm zu dem die ringförmige Nut begrenzenden Anschlag des Stahlringes angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich die abschirmende Wirkung des Stahlringes optimieren, was sich vorteilhaft auf die Positionserkennung der Drosselklappe auswirkt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die erste innere Magnetschale und die zweite innere Magnetschale oder die erste äußere Magnetschale und die zweite äußere Magnetschale jeweils als Einzelteil angeordnet.
  • Das Einzelteil wirkt somit als Ringmagnet. Dies erleichtert die Herstellung des Direktantriebes für eine Drosselklappenwelle, da die Anzahl der Einzelteile, die im Bereich des Rotors fixiert werden müssen, reduziert ist.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung (1, a), b); 2; 3, a), b)) näher und beispielhaft erläutert.
  • 1 a), b) zeigt eine Seitenansicht und einen Querschnitt des Direktantriebs für eine Drosselklappenwelle in einem Drosselklappenstutzen.
  • 2 zeigt den Querschnitt des Direktantriebs für eine Drosselklappenwelle in einem Drosselklappenstutzen gemäß 1 b) in vergrößerter Form.
  • 3 a), b) zeigt den Direktantrieb für eine Drosselklappenwelle in einem Drosselklappenstutzen in dreidimensionaler Form in Explosionsdarstellung.
  • In 1 ist der Direktantrieb für eine Drosselklappenwelle in einem Drosselklappenstutzen in der Seitenansicht sowie im Querschnitt gemäß Schnitt A-A dargestellt. Er besteht aus einer Spule 1 und einem direkt neben der Spule 1 angeordneten Rotor 2, wobei der Rotor 2 aus einem Stahlring 3 besteht, in dem innen eine erste innere Magnetschale 5a und eine zweite innere Magnetschale 5b zueinander gegenüberliegend anliegen. Auf der Außenseite des Stahlringes 3 sind eine erste äußere Magnetschale 4a und eine zweite äußere Magnetschale 4b zueinander gegenüberliegend angeordnet, die zur Erzeugung der Drehbewegung über die Spule 1 dienen. Der Stahlring 3 ist mit der Drosselklappenwelle (nicht dargestellt) verbunden und weist mittig einen Sensor (nicht dargestellt) zur Positionserkennung der Drosselklappe auf. Aus 1 b) wird deutlich, dass sich die Breite der Spule 1 über die gesamte Breite des Rotors 2 erstreckt.
  • In 2 ist der Direktantrieb für eine Drosselklappenwelle in einem Drosselklappenstutzen gemäß Schnitt A-A in 1 vergrößert dargestellt. Der Stahlring 3 weist im Bereich 6 des von der Drosselklappe (nicht dargestellt) abgewandten Endes 3'' mittig einen Sensor (nicht dargestellt) zur Positionserkennung der Drosselklappe auf. Im Bereich 6 des von der Drosselklappe abgewandten Endes 3'' weist der Stahlring 3 eine ringförmige Nut 3''' auf, in der die erste innere Magnetschale 5a und die zweite innere Magnetschale 5b am Stahlring 3 anliegen. Die erste innere Magnetschale 5a und die zweite innere Magnetschale 5b sind dabei im Abstand a von 1 mm bis 3 mm zu dem die ringförmige Nut 3''' begrenzenden Anschlag 3* des Stahlringes 3 angeordnet. Der Stahlring 3 ist an seinem der Drosselklappe zugewandten Ende 3' mit der Drosselklappenwelle (nicht dargestellt) verbunden.
  • In 3 a), b) ist der Direktantrieb für eine Drosselklappenwelle 7 in einem Drosselklappenstutzen 8 dreidimensional in Form einer Explosionszeichnung dargestellt. Die erste innere Magnetschale 5a und die zweite innere Magnetschale 5b sind zueinander gegenüberliegend gemäß Pfeilrichtung innen im Stahlring 3 anliegend angeordnet. Der Sensor 10 wird im Bereich 6 des von der Drosselklappe 9 abgewandten Endes 3'' (nicht dargestellt) des Stahlringes 3 mittig zur Positionserkennung der Drosselklappe 9 angeordnet. Bei dem Sensor 10 handelt es sich um handelsübliche Positionssensoren, wobei beispielsweise AMR-Sensoren (Anisotropic Magneto Resistor-Sensoren) zum Einsatz kommen. Diese Sensoren werden von der Firma Philips, beispielsweise unter der Typenbezeichnung KMZ41, vertrieben. Der Stahlring 3 hat eine abschirmende Wirkung und verhindert eine gegenseitige negative Beeinflussung der ersten inneren Magnetschale 5a und der zweiten inneren Magnetschale 5b einerseits und der ersten äußeren Magnetschale 4a und der zweiten äußeren Magnetschale 4b andererseits. Die erste innere Magnetschale 5a und die zweite innere Magnetschale 5b oder die erste äußere Magnetschale 4a und die zweite äußere Magnetschale 4b können auch jeweils als Einzelteil gefertigt sein. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung des Sensors 10 mittig im Inneren des Rotors 2, wodurch sich der erforderliche Bauraum minimieren lässt.

Claims (6)

  1. Direktantrieb für eine Drosselklappenwelle (7) in einem Drosselklappenstutzen (8), bestehend aus einer Spule (1) und einem direkt neben der Spule (1) angeordneten Rotor (2), bei dem der Rotor (2) aus einem Stahlring (3) besteht, in dem innen eine erste innere Magnetschale (5a) und eine zweite innere Magnetschale (5b) zueinander gegenüberliegend anliegen und auf seiner Außenseite eine erste äußere Magnetschale (4a) und eine zweite äußere Magnetschale (4b) zueinander gegenüberliegend anliegen und bei dem der Stahlring (3) an seinem der Drosselklappe (9) zugewandten Ende (3') mit der Drosselklappenwelle (7) verbunden ist und bei dem im Bereich (6) des von der Drosselklappe (9) abgewandten Endes (3'') des Stahlringes (3) mittig ein Sensor (10) zur Positionserkennung der Drosselklappe (9) angeordnet ist.
  2. Direktantrieb nach Anspruch 1, bei dem die erste innere Magnetschale (5a) und die erste äußere Magnetschale (4a) sowie die zweite innere Magnetschale (5b) und die zweite äußere Magnetschale (4b) jeweils parallel zueinander auf derselben Hälfte des Stahlringes (3) angeordnet sind.
  3. Direktantrieb nach Anspruch 2, bei dem die erste innere Magnetschale (5a) und die erste äußere Magnetschale (4a) sowie die zweite innere Magnetschale (5b) und die zweite äußere Magnetschale (4b) jeweils dieselbe magnetische Polung aufweisen.
  4. Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Stahlring (3) im Bereich (6) des von der Drosselklappe (9) abgewandten Endes (3'') eine ringförmige Nut (3'') aufweist, in der die erste innere Magnetschale (5a) und die zweite innere Magnetschale (5b) am Stahlring (3) anliegen.
  5. Direktantrieb nach Anspruch 4, bei dem die erste innere Magnetschale (5a) und die zweite innere Magnetschale (5b) im Abstand a von 1 mm bis 3 mm zu dem die ringförmige Nut (3''') begrenzenden Anschlag (3*) des Stahlringes (3) angeordnet sind.
  6. Direktantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die erste innere Magnetschale (5a) und die zweite innere Magnetschale (5b) oder die erste äußere Magnetschale (4a) und die zweite äußere Magnetschale (4b) jeweils als, Einzelteil angeordnet sind.
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