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Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf elektronische Ventilsteuersysteme und insbesondere auf
elektronische Drosselklappen-Steuersysteme für Brennkraftmaschinen mit Gehäusen aus
Verbundmaterial und mit Systemen zur Einhaltung eines besseren Zahnradeingriffes
und verbesserter Ausrichtung.
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Hintergrund der Erfindung
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Ventileinheiten für Motoren und ähnliche Systeme
benutzen typischerweise schwenkbare Ventilglieder in Medienstromdurchgängen, die
dabei helfen, den Medienstrom durch diese Durchgänge oder -Kanäle zu regeln.
So werden z. B. Drosselklappenventile im Lufteinlaßkanal in
Brennkraftmaschinen angeordnet. Die Ventileinheiten werden entweder
mechanisch oder elektronisch gesteuert und verwenden einen Mechanismus,
der direkt auf das Ventilglied wirkt.
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Ein Beispiel eines Ventilgliedes
ist in der
EP 0 964 137 offenbart.
Diese Schrift offenbart eine elektronische Drosselklappe mit Transferelementen,
die auf einem Elementeträger
angebracht sind, welcher am Drosselklappengehäuse befestigt ist.
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Für
elektronische Drosselklappen-Steuersysteme ist es wünschenswert,
einen ausfallsicheren bzw. Notbetriebsmechanismus bzw. ein Notbetriebssystem
zu haben, der/das die Drosselklappe betätigt, wenn die elektronische
Steuerung oder das Elektroniksystem des Fahrzeuges ausfällt. Es
sind mehrere Systeme zur elektronischen Drosselklappensteuerung
bekannt, die Notbetriebsmechanismen zum Schließen der Drosselklappe verwenden,
oder dazu, die Drosselklappe in eine leicht geöffnete Stellung zu bewegen,
wenn die Elektronik im Fahrzeug ausfallen sollte. Eines dieser Systeme
ist z. B. in der gleichlaufenden Patentanmeldung mit der laufenden
Nummer 09/438,122 vom 10. November 1999 offenbart (FGT 199-0418).
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Es ist nun wünschenswert, das Deckelgehäuse und
andere Komponenten des elektronischen Ventilsteuermechanismus aus
Kunststoff-Verbundwerkstoff herzustellen, um deren Gewicht und Kosten zu
senken und gleichzeitig die Herstellungsprozesse und die Montage
der Komponenten und des Mechanismus zu optimieren. Dadurch entstehen
jedoch oft Schwierigkeiten bei der Einhaltung der maßlichen Verhältnisse
zwischen den Komponenten im Betrieb. Oft ist es schwierig, die Bauteile
in der richtigen Position und die Verzahnungen richtig im Eingriff
miteinander zu halten, ganz besonders, wenn sich der elektronische
Steuermechanismus wegen hoher Temperaturen bzw. weitreichenden Temperaturänderungen im Betrieb
ausdehnt bzw. zusammenzieht.
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Es ist daher wünschenswert, über einen elektronischen
Ventilsteuermechanismus mit verbesserter Notbetriebs- oder "Heim-Hink-Vorrichtung" zu verfügen, bei
dem die Anordnung, Positionen und der Betrieb aller Getriebeteile
und sonstiger Komponenten in allen Gebrauchsphasen und Temperaturbereichen
gewährleistet
sind.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung liefert
eine elektronische Drosselklappensteuerung mit einem Gehäuse mit
einem Zahnradgetriebe und einem Drosselklappenmechanismus. Eine
Drosselventilplatte ist auf einer Drosselklappenwelle angebracht,
und Drosselklappe und -Welle sind im Motor oder im Lufteinlaßkanal angeordnet,
so daß die
Drosselklappe den Luftstrom in den Motor regelt. Ein das Zahnradgetriebe
einschließendes
Deckelteil trägt
einen Motor mit einem geradeverzahnten Zahnrad.
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Die Betätigung des Drosselventils wird über den
von einem Elektromotor angetriebenen Getriebezug bewerkstelligt.
Der Motor wird von einer elektronischen Steuereinheit des Fahrzeuges
geregelt, die wiederum auf Eingaben vom Fahrzeugbetreiber bzw. Fahrer
anspricht. Ein Drosselklappen-Stellungsgeber spricht auf die Drehung
der Drosselklappenwelle an und meldet die Position der Drosselventilplatte
an die elektronische Steuereinheit zurück.
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Im Betrieb der Drosselklappe treibt
ein mit dem Elektromotor gekoppeltes Zahnrad ein Zwischenrad (oder
Umlenkrad), das seinerseits ein mit der Drosselklappenwelle verbundenes
Zahnsegment antreibt. Das Zahnsegment wird von einem Federteil in
die Schließstellung
der Drosselklappe vorgespannt. Als Notbetriebsmechanismus arbeitet
ein unter Federvorspannung stehendes Stößelteil, das am Gehäuse befestigt
ist und so angeordnet ist, daß es den
Betrieb des Zahnsegmentes unterbricht, wenn eine Störung der
Elektronik auftritt, und so verhindert, daß sich die Drosselklappe vollkommen
schließt.
In der Notbetriebsstellung kann das Fahrzeug noch betrieben werden,
wenn auch mit verminderter Leistung. Dadurch kann der Fahrer "heimhinken".
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Wenn sich die Drosselklappe in der
geschlossenen Stellung befindet, wenn eine Störung der Elektronik auftritt,
wirkt das unter Federspannung stehende Stößelteil auf das Zahnsegment,
so daß es die
Drosselklappe geringfügig
bis in die Notbetriebsstellung öffnet.
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Eine metallene Versteifungs- und
Montageplatte ist im Deckelteil positioniert, das aus einem Kunststoff-Verbundwerkstoff
besteht. Die Platte erhält
die Relativlage der Getriebeteile zueinander auch bei hohen Temperaturen
und bei extremen Temperaturänderungen
aufrecht, so daß diese
richtig und genau miteinander in Eingriff gehalten werden und die
Drosselklappe befriedigend betreiben.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden deutlicher anhand der folgenden Beschreibung
der Erfindung, insbesondere wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnung und den anhängenden
Patentansprüchen
betrachtet wird.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 veranschaulicht
eine elektronische Drosselklappen-Steuereinheit im Einklang mit
der vorliegenden Erfindung;
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2 veranschaulicht
das Deckelteil einer elektronischen Drosselklappen-Steuereinheit
mit einem daran befestigten Getriebe und einer Drosselklappenwelle;
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3 ist
eine Draufsicht auf ein Gehäuse
einer elektronischen Drosselklappensteuerung, in der der Getriebemechanismus
verdeutlicht wird;
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4 ist
eine geschnittene Explosionsdarstellung des elektronischen Drosselklappen-Steuermechanismus
aus 1, in der die zahlreichen Bauteile
desselben veranschaulicht sind;
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5 zeigt
ein Zwischen- oder Umlenkrad, das in Verbindung mit der vorliegenden
Erfindung eingesetzt werden kann;
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6 veranschaulicht
ein Zahnsegment, das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt
werden kann;
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7 veranschaulicht
eine Ausführungsform
eines Federteiles, das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung
eingesetzt werden kann;
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8 veranschaulicht
ein unter Federspannung stehendes Stößelteil, das in Verbindung
mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann;
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9, 10, 11 und 12 veranschaulichen jeweils
unterschiedliche Stellungen des Zahnsegmentes und Stößelmechanismus
beim Betrieb der elektronischen Drosselklappen-Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
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12A ist
eine vergrößerte Darstellung
der bevorzugten Ausrichtung von Stößelteil und Getriebekomponenten
zueinander;
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13 ist
eine schematische Darstellung einer in Verbindung mit der vorliegenden
Erfindung einsetzbaren repräsentativen
Schaltung; und
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14 ist
eine Schnittdarstellung durch ein Deckelteil für den Einsatz in Verbindung
mit der vorliegenden Erfindung, welche ein metallenes Versteifungsteil
darstellt.
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Eingehende Beschreibung
der Erfindung
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Die Zeichnungen veranschaulichen
eine bevorzugte Ausführungsform
einer elektronischen Drosselklappen-Steuereinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung. Es versteht sich von selbst, daß andere Ausführungsformen
mit alternativen Ausgestaltungen und gleichwertigen Komponenten
und Funktionen ebenfalls erfindungsgemäß eingesetzt werden können.
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1 ist
eine perspektivische Darstellung einer-eines elektronischen Drosselklappen-Steuereinheit bzw.
-Steuermechanismus, die/der allgemein mit der Bezugszahl 10 bezeichnet
ist. Die elektronische Drosselklappen-Steuereinheit 10 beinhaltet
ein Gehäuse
oder einen Körper 12 und
ein Deckelteil 14. Das Gehäuse 12 beinhaltet
einen Drosselklappenabschnitt 16, einen Getriebeabschnitt 18 und
einen Drosselklappen-Stellungsgeber-Mechanismus 28. Das
Deckelteil beinhaltet ein Motorgehäuse 26 und einen elektrischen
Anschlußstecker 30.
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Der Drosselklappenabschnitt 16 beinhaltet einen
Luftdurchgang 32, in dem eine Drosselventilplatte 34 zur
Regulierung des Luftstromes durch diesen Durchgang angeordnet ist.
Die Drosselventilplatte 34 ist an einer Drosselklappenwelle 36 befestigt, die
quer zur Achse des Luftstromdurchganges 32 angeordnet ist.
Die Drosselklappenwelle ist im Gehäuse 12 in einer beliebigen
herkömmlichen
Art und Weise angebracht und ist vorzugsweise in zwei Lagern 23 gelagert
(von welchen in 4 nur eines dargestellt
ist), die ihr eine freie Drehung ermöglichen, um den Luftstrom zum
Motor zu regulieren.
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Ein Getriebezug oder -Mechanismus 40 ist im
Getriebeabschnitt 18 des Gehäuses 12 untergebracht.
Der Getriebezug 40 besteht allgemein aus einem Zwischen-
oder Umlenkrad 42 und einem Zahnsegment 44. Das
Zahnsegment 44 ist fest am oberen Ende 37 der
Drosselklappenwelle 36 befestigt, so daß die Drosselklappenwelle und
die Drosselklappenplatte zusammen mit dem Zahnsegment verschwenkt
werden.
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Ein Motor 50 ist im Motorgehäuse 26 positioniert
und am Deckelteil 14 befestigt. Motor 50 ist vorzugsweise
ein umkehrbarer 13-Volt-Gleichstrommotor und ist mit einer Montageplatte 51 verbunden,
die am Deckel 14 über
mehrere Befestigungselemente 49 fixiert ist. Der Motor 50 hat
eine Welle 52, auf welcher ein kleines Strinzahnrad 54 angebracht
ist. Das Zahnrad 54 hat mehrere Zähne 56, die im Eingriff
mit dem Getriebezug stehen und diesen in Drehung versetzen.
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Das Zwischenrad 42 ist auf
einer Welle 58 angebracht, die im Gehäuse 12 oder im Deckelteil 14 oder
in beiden gelagert ist. Das Zwischenrad dreht sich frei auf der
Welle 58. Wie 5 zeigt,
beinhaltet das Zwischenrad bzw. Umlenkrad 42 ein erstes Zahnrad 60 mit
einer Vielzahl von Zähnen 62,
und ein zweites Zahnrad 64 mit einer Vielzahl von Zähnen 66.
Die Getriebezähne 66 sind
so positioniert, daß sie mit
den Getriebezähnen 56 auf
dem Motorritzel 54 kämmen,
während
die Getriebezähne 62 so
positioniert und ausgelegt sind, daß sie mit Getriebezähnen 70 auf
dem Zahnsegment 44 kämmen.
Wie die Zeichnungen zeigen, sind die Zähne 70 auf dem Zahnsegment 44 nur
auf einem Teil oder Segment des Außenumfanges des Zahnrades vorgesehen.
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Alle Getriebezahnräder 54, 42 und 44 sind vorzugsweise
aus Kunststoff, z. B. aus Nylon, obwohl sie auch aus einem anderen
vergleichbaren Material hergestellt sein können, z. B. einem Verbundwerkstoff
mit gleichwertiger Ausdauer und Funktion.
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Das Zahnsegment 44 ist vorzugsweise
mit einem Ende 37 der Drosselklappenwelle 36 vergossen.
Zu diesem Zweck sind Aussparungen oder Nuten in dem Ende 37 der
Welle vorgesehen, um so eine feste Gußverbindung des Zahnsegments
mit der Welle zu ermöglichen,
so daß es
dauerhaft mit dieser verbunden ist.
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Eine Schraubenfeder 80 ist
im Getriebeabschnitt 18 des Gehäuses 12 angeordnet.
Eine Ausführungsform
der Feder 80, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann, ist in 7 dargestellt.
Die Feder 80 hat ein Ende 82, das fest an dem
Deckelteil 14 fixiert ist, während das andere Ende 84 der
Feder in einer Öffnung 86 im Zahnsegment 44 gelagert
ist. Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform ist die Feder 80 um das
Ende 37 der Drosselklappenwelle herum gewickelt zwischen
dem Zahnsegment 44 und dem Deckelteil 14 angeordnet
(siehe 3).
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Der unter Federspannung stehende
Stößelmechanismus,
der vorzugsweise in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet
wird, ist in 8 dargestellt und allgemein
mit der Bezugszahl 90 bezeichnet. Der Stößel 90 hat
einen länglichen hohlen
Körper
bzw. Gehäuse 92,
der/das mit einem Gewinde versehen ist, so daß er/es in die Gewindeöffnung 94 im
Getriebeteil 18 des Gehäuses 12 paßt. Ein
gleitbeweglicher Stößel 96 ist
an einem Ende des Stößelteils 90 angeordnet
und wird von einer im Gehäuse 92 positionierten
Feder 98 vorgespannt. Ein Verschlußstopfen 100 hält die Feder
und den Stößel 96 in
ihrer Position. Das Gewinde 93 an der Außenseite
des Gehäuses 92 des
Stößelmechanismus 90 paßt in das
Gegengewinde in der Öffnung 94 im
Gehäuse 12,
so daß der
Stößelmechanismus
so verstellt werden kann, daß die
richtige und optimale Positionierung und Funktion der Drosselventilklappe und
des Notbetriebsmechanismus leichter erzielt werden kann.
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Der unter Federspannung stehende
Stößelmechanismus 90 wirkt
zusammen mit dem Zahnsegment 44 und der Feder 80 derart,
daß sie
den Betrieb der Drosselklappe 34 im Notbetriebsmechanismus begrenzen
und steuern. Diesbezüglich
ist die allgemeine Funktion des Getriebezuges, des Zahnsegmentes,
Stößelteils
und der anderen Komponenten im einzelnen in der gleichlaufenden
Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben, die am 10. November
1999 unter der laufenden Nummer 09/438,122 angemeldet wurde und
den Titel trägt: "Electronic Throttle
Control System With Two-Spring Failsafe Mechanism (Steuersystem
für eine
elektronische Drosselklappe mit Zwei-Feder-Notbetriebsvorrichtung)
(FGT 199-0418)".
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Der Betrieb der elektronischen Drosselklappeneinheit
ist allgemein in dem schematischen Diagramm der 13 dargestellt. Im allgemeinen wird die
von einem Fahrzeugführer 112 am
Fahrpedal 110 angelegte Kraft von einem Sensor 114 gemessen und
der elektronischen Steuereinheit (ECU) 116 des Fahrzeuges
zugeführt.
Das Fahrpedal 110 wird typischerweise von einem federartigen
Spannglied 118 so vorgespannt, daß es dem Fahrer ein Gefühl für die Kraft
zurückvermittelt.
Die ECU 116 des Fahrzeuges erhält außerdem einen Eingang von mehreren
anderen Sensoren 120, die mit anderen Mechanismen und Systemen
des Fahrzeuges verbunden sind.
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Um die Drosselventilklappe 34 zu
betätigen, wird
nun ein Signal von der ECU 116 an den Motor 50 abgegeben.
Der Motor dreht das Stirnzahnrad 54, das wiederum den Getriebemechanismus 40 betätigt. Im
einzelnen versetzt das Stirnrad 54 das Zwischenrad oder
Umlenkrad 42 in Drehung, das seinerseits das Zahnsegment 44 verschwenkt.
Dies wiederum bewirkt, daß die
Drosselklappenwelle 36 bewegt wird, die fest mit dem Zahnsegment 44 verbunden
ist, und diese Welle verschwenkt wird. Die Drehung der Welle 36 positioniert
die Drosselklappen-Ventilplatte 34 in einer genau definierten
Stellung im Durchgang 32 und erlaubt den erforderlichen und
notwendigen Luftstrom in den Motor hinein in Reaktion auf eine Bewegung
des Fahrpedals 110.
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Das Deckelteil 14 kann am
Körper
bzw. Gehäuse 12 in
jeder beliebigen herkömmlichen
Art und Weise befestigt sein, wird jedoch vorzugsweise durch mehrere
Befestigungsteile wie z. B. Schrauben oder Bolzen festgehalten.
Desgleichen kann eine geeignete Flachdichtung oder ein anderes Dichtungselement
zwischen dem Deckel und dem Gehäuse
angeordnet werden, um das Getriebe 40 und andere Komponenten
vor Schmutz, Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen zu
schützen.
Wenn die elektronische Drosselklappeneinheit 10 benutzt
wird, wird sie im Motorraum des Fahrzeuges angeordnet und mit dem
Fahrzeug verschraubt oder auf andere Weise sicher darin befestigt.
Hierzu kann eine Reihe von Öffnungen
im Gehäuse
vorgesehen werden, wie z. B. die in der 1 gezeigten Öffnungen 13.
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Der Drosselklappen-Stellungsgeber
(TPS) 28 ist am Gehäuse 12 befestigt.
Der Stellungsgeber TPS ist herkömmlich
konstruiert und hat einen Rotor, der an dem unteren Ende 39 der
Drosselklappenwelle 36 angeschlossen ist. Zusammen mit
der zugehörigen
Elektronik "liest" oder erfaßt der TPS-Geber 28 die
Stellung der Drosselklappe 34 und überträgt sie an die Zentraleinheit
ECU 116 des Fahrzeuges. Ein Elektroverbinder 31 verbindet
den TPS mit der ECU. Der Verbinder 31 weist vorzugsweise
vier Kontakte auf und regelt über
die ECU die Tätigkeit
des Stellmotors 50 und damit die Stellung der Drosselklappe.
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Wie angedeutet bestehen das Gehäuse 12 und
das Deckelteil 14 vorzugsweise aus einem Kunststoff-Verbundwerkstoff.
Geeignete Werkstoffe sind glasfaserverstärktes Polyphenylsulfid (PPS) oder
Polyetherimid (PEI). Ein weiterer geeigneter Werkstoff ist Nylon
6'6 mit
33% Glasfaserfüllung
oder anderem Füllmaterial.
Außerdem
sind die verschiedenen Komponenten der elektronischen Drosselklappeneinheit 10 in
der in den 1–4 dargestellten Art und Weise
gepackt und positioniert, um die Anbringung und den Einsatz im Fahrzeug
zu erleichtern, es sind aber auch andere Gestaltungen möglich. So kann
z. B. der Drosselklappen-Stellungsgeber (TPS) oben auf dem Deckelteil
angeordnet werden und funktionsmäßig mit
dem oberen Ende der Drosselklappenwelle verbunden sein, und die
Verbinder für den
TPS und den Motor können
in einem einzigen Verbindungsstecker auf dem Deckelteil zusammengefaßt werden.
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14 zeigt
eine Schnittansicht durch das Deckelteil 14. Wie weiter
oben erwähnt,
sind das Deckelteil 14 und das Gehäuse 12 der elektronischen Drosselklappen-Steuereinheit 10 aus
einem Kunststoff-Verbundmaterial hergestellt. Dadurch werden die
Kosten für
die Einheit gesenkt und die Herstellung und Montage erleichtert.
Verbundwerkstoffe dehnen sich jedoch oft mit Temperaturänderungen
und Luftfeuchtigkeitsschwankungen aus bzw. ziehen sich zusammen,
wodurch sich bei einigen Komponenten die Ausrichtung oder der Mittenabstand
verändern
kann. Um nun die Steifigkeit des Deckelteiles 14 zu erhöhen, und
um die Maßtoleranzen
einzuhalten und die Position der verschiedenen Getriebewellen und
-Räder
sicher und fest zu fixieren, ist eine metallene Versteifungsplatte 130 im
Deckelteil 14 angeordnet. Die Platte 130 ist vorzugsweise
aus Stahl hergestellt und durch Einsatzgießen in das Deckelteil eingegossen. Die
Versteifungsplatte 130 weist eine Öffnung 132 auf, in
welcher das Wellenteil 58 für das Zwischenrad bzw. Umlenkrad 42 angeordnet
ist, sowie einen Verstärkungsflanschteil 134,
der die Welle 52 starr und fest am Motor 50 fixiert
hält. Eine
Buchse 55 erlaubt die freie Drehung der Welle in dem Flanschteil 134.
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Das Plattenteil 130 fixiert
den Abstand 140 zwischen den beiden Wellenteilen 58 und 52 und
legt damit wiederum den Eingriff zwischen den Verzahnungen des geradeverzahnten
Stirnrades 54 und des Zwischen- oder Umlenkrades 42 fest.
Dies ist besonders wichtig wegen der kleinen Abmessungen der Zähne 56 und 66.
Der Achsabstand der Verzahnungen ist mit der Bezugszahl 140 in 14 bezeichnet, die den Abstand
zwischen den jeweiligen Längsachsen 52A und 58A der
Wellen 52 und 58 darstellt.
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Bei der Herstellung und der Montage
der elektronischen Drosselklappeneinheit 10 wird die Zwischenwelle 58 in
die Öffnung 132 im
Plattenteil 130 eingepreßt, bevor der das Deckelteil 14 formende
Verbundwerkstoff um die Einheit aus Platte und Welle gegossen wird.
Um das Wellenteil 58 axial und radial sicher zu fixieren
und die Rechtwinkligkeit der Welle nach der Montage zu sichern,
sind Nuten 142 und abgeflachte Stellen 144 am
oberen Ende 59 des Wellenteiles angebracht. Wenn der Verbundwerkstoff um
das Ende 59 der Welle 58 gegossen wird, fließt das Material
in die Nuten und gegen die abgeflachten Stellen und sichert dadurch
die Stabilität
der Welle 58. Das Plattenteil 130 hält die Abstände zwischen den
Zahnrädern 54 und 42 fest
und konstant, unabhängig
von der Ausdehnung bzw. Schrumpfung des das Deckelteil 14 bildenden
Verbundwerkstoffes.
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Die Position der Zwischenwelle 58 ist
ebenfalls ein Ausrichtungsmerkmal zur Einhaltung des erforderlichen
Verzahnungsachsabstandes zwischen der Welle 58 und der
Drosselklappenwelle 36. Dies ist in 2 dargestellt, wo der Achsabstand mit
der Bezugszahl 150 bezeichnet ist. Achsabstand 150 wird
zwischen der Achsmitte 58A der Welle 58 und der
Achsmitte 36A der Drosselklappenwelle 36 gemessen.
Wenn auch der Achsabstand 150 aufgrund der oben erwähnten Umweltbedingungen
geringfügig schwanken
kann, so können
dennoch die größeren Abmessungen
der Verzahnungen der Zahnräder 60 und 70 jeweils
am Zwischenrad 42 (zweiter Teil) und am Zahnsegment 44 diese
Maßschwankungen
ausgleichen.
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Bei der Montage wird das untere Ende
der Zwischenwelle 58 mit leichtem Preßsitz in eine Öffnung oder
Bohrung im Gehäuse 12 eingesetzt
(nicht dargestellt). Der Abstand zwischen der Bohrung und der Achse 36A der
Drosselklappenwelle sollte ebenfalls bei der Herstellung unter Kontrolle
gehalten werden. Bei der Montage wird die Zwischenwelle 58 in der
Versteifungsplatte 130 vormontiert und in das Deckelteil 14 mit
eingegossen. Wenn das Deckelteil 14 am Gehäuse 12 montiert
wird, wird das untere Ende der Welle 58 in der Öffnung oder
Bohrung im Gehäuse
positioniert. Außerdem
werden das Zwischenrad 42, das Zahnsegment 44 und
die Feder 80 im Getriebeabschnitt 18 des Gehäuses 12 vormontiert,
bevor das Deckelteil am Gehäuse
angebracht wird. Motor 50 wird zusammen mit dem Stirnrad 54 ebenfalls
am Deckelteil 14 angebracht und gesichert, bevor dieses ans
Gehäuse 12 montiert
wird.
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Es kann eine Öffnung 33 im Deckelteil 14 vorgesehen
werden, um Zugang zum oberen Ende der Drosselklappenwelle zu schaffen
(wenn der TPS-Sensor am unteren Ende des Gehäuses angebracht wird, wie die 1 und 4 zeigen), oder zur Verwendung, wenn
ein TPS-Sensor am Deckelteil vorgesehen wird. Eine entsprechende Öffnung 160 ist
in der metallenen Versteifungsplatte 130 angebracht. Wenn
das Federteil 80 wie in 3 und 4 gezeigt zwischen dem Deckel
und dem Zahnsegment angeordnet wird, kann ein Schlitz oder eine Öffnung im
Flansch 162 vorgesehen werden, um das Ende 82 des
Federteils 80 am Deckel befestigen zu können.
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Wenn der elektronische Drosselklappen-Steuermechanismus 10 zusammengesetzt
ist, drängt
das Federteil 80 die Drosselventilplatte 34 in ihre
geschlossene Stellung. In diesem Bezug sind bei vielen heute bekannten
Motoren die Drosselklappen so hergestellt und montiert, daß sie in
der voll geschlossenen Stellung eine geringfügige Neigung im Bereich von
7°–10° aufweisen.
Dies dient dazu, den sicheren Betrieb der Drosselklappe in allen
Betriebsbedingungen zu gewährleisten
und zu verhindern, daß sie
sich in der geschlossenen Stellung verklemmt oder hängen bleibt.
Diesbezüglich
hat der Luftstromdurchgang 32 im typischen Falle eine kreisrunde
Querschnittsform und Gestalt, während
die Drosselklappenplatte 34 eine leicht elliptische Form aufweist.
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Durch die Vorspannung der Feder 80 am Zahnsegment 44 und
damit am Drosselklappenteil 34 wirkt die Feder 80 so,
daß sie
die Drosselklappe 34 in bzw. in Richtung auf die Schließstellung
zurückstellt,
wenn der elektronische Drosselklappen-Steuermechanismus 10 oder
das Fahrzeug selbst ausfallen sollte. Diesbezüglich sei angemerkt, daß die Drosselklappe 34 und
das Zahnsegment 44 vom Motor 50 und dem Getriebemechanismus 40 bis
in die voll geöffnete
Stellung der Drosselklappe 34 verschwenkt werden können. In
der offenen Stellung ist die Drosselklappe 34 in etwa parallel
zur Achse des Luftstromdurchganges 32 positioniert, so
daß der volle
Luftzustrom in den Motor einströmen
kann. 9 veranschaulicht die Stellung
des Zahnsegmentes und des Stößelmechanismus,
wenn sich die Drosselklappe 34 in ihrer weit offenen Stellung
befindet. Ein Anschlag 19 im Gehäuse 18 begrenzt die Drosselklappe,
so daß sie
sich nicht über
die voll geöffnete
Stellung hinaus öffnen
kann.
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Der Stößelmechanismus 90 wirkt
als Notbetriebsmechanismus, der verhindert, daß sich die Drosselklappe im
Falle eines Elektronikausfalls völlig schließt. Der
Stößelmechanismus 90 wirkt
so, daß er die
Drosselklappe 34 in einer leicht geöffneten Stellung positioniert,
so daß das
Fahrzeug mit verringerter Geschwindigkeit betrieben werden kann
bzw. "heimhinken" kann. In dieser
Hinsicht ist zu vermerken, daß,
da Drosselklappeneinheiten in Motoren, wie sie heute bekannt sind,
eine leichte Neigung von 7°–10° in der voll
geschlossenen Stellung haben, die normale "Heimhinkstellung" der Drosselklappenplatte in solchen
Motoren bei etwa 12°–20° liegt, ausgehend
von einer zur Achse des Luftstromdurchlasses quer liegenden Stellung.
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Der Stößelmechanismus 90 ist
so im Gehäuse 12 angeordnet,
daß das
unter Federspannung stehende Stößelteil 96 an
einer Schulter oder Fläche 45 am
Zahnsegment 44 anliegt. Der Stößelmechanismus 90 ist
so positioniert, daß die
Schulter 45 am Stößelteil 96 zur
Anlage kommt, bevor die Drosselklappe 34 ihre voll geschlossene
Stellung erreicht. Die Kraft oder Spannung der Feder 98 im
Stößelmechanismus 90 ist
größer als
die Kraft oder Spannung der Dreh-Schraubenfeder 80, und
damit stoppt der Stößelmechanismus 90 das
Zahnsegment 44 und hindert es daran, noch weiter verschwenkt
zu werden. Die Position des Zahnsegmentes und des Stößelmechanismus
zu diesem Zeitpunkt des Betriebes ist in 11 dargestellt.
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Zur Überwindung der Kraft der Feder 98,
so daß die
Drosselklappe 34 in ihre voll geschlossene Stellung bewegt
werden kann, wird der Motor 50 betrieben. Durch den Getriebemechanismus 40 verschwenkt
oder dreht der Motor das Zahnsegment 44, das dann seinerseits
die Drosselklappenwelle verschwenkt und die Drosselklappe 34 schließt. Der
Motor drückt
die Anschlagschulter 45 gegen den Stößel 96 und verschiebt
den Stößel in eine
niedergedrückte Stellung
gegen die Kraft der Feder 98. 10 zeigt die
Position der Komponenten, wenn sich die Drosselklappe in ihrer geschlossenen
Stellung befindet.
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Im Falle einer elektronischen Störung in
der Drosselklappeneinheit 10, während die Drosselklappe geschlossen
oder fast geschlossen ist, wirkt der Notbetriebsmechanismus automatisch
derart, daß er die
Drosselklappenplatte in die Not- oder "Heimhinkstellung" bewegt. Die Kraft des elastisch vorspannenden
Federteils 98 am Stößelteil
drängt
den Stößel zurück in seine
ungespannte Stellung und zwingt damit das Zahnsegment 44 (und
damit die Drosselklappenwelle 36), die Drosselklappenplatte 34 leicht
zu verschwenken und so zu öffnen
(siehe 11). Durch den
Einsatz zweier Federn 80 und 98 ist die Drosselklappenwelle 36 (und
damit die Drosselklappenplatte 34) in allen Betriebsrichtungen
des Drosselklappensteuersystems in Richtung auf die Not- bzw. "Heimhinkstellung" vorgespannt.
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Durch eine angemessene Wahl der Position des
Zahnsegments 44 und des Stößelmechanismus 90 können Verschleiß, Reibung
und Spannungen im Getriebemechanismus 40 minimiert werden.
Die Verringerung der Spannungen und Kraftkonzentrationen verringert
auch die Ablenkung der Getriebekomponenten, womit die Standzeit
und die Nutzungsdauer der elektronischen Drosselklappeneinheit 10 erhöht wird.
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Sobald die Anschlagschulter 45 des
Zahnsegmentes 44 und der Stößel 96 aneinander
anliegen, wie das in den 10–12A dargestellt ist, wird eine Kraft X
an der Anschlagschulter 45 des Zahnsegments angelegt. Zusätzlich übt die Feder 80 eine Kraft
Y auf. das Zahnsegment 44 aus, und zwar in einer Richtung
entgegen der Kraft des Stößels (siehe 12A).
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Die Kräfte X und Y werden vorzugsweise strategisch
so angelegt, daß die
Spannungen und Normalkräfte
am Zahnsegment deutlich reduziert werden. In diesem Zusammenhang
liegen dann der Punkt A, welcher der Berührungspunkt zwischen dem Stößel 96 und
der Anschlagschulter 45 des Zahnsegmentes ist, der Punkt
B, welcher den Anlagepunkt vom Ende 84 der Feder 80 in
der Öffnung 86 des
Zahnsegmentes darstellt, und Punkt C, welcher der Drehpunkt des
Zahnsegments 44 ist, in einer Linie. Die Punkte A, B und
C sind vorzugsweise entlang einer Linie 99 ausgerichtet,
die parallel zur Längsachse 95 des
Stößelmechanismus 90 verläuft, wenn
sich der Stößel in etwa
auf halber Strecke des Schwenkweges des Zahnsegmentes und des Stößels 96 im
Notbetriebsbereich befindet. Wie die Zeichnungen zeigen, bedeutet
dies, daß sich
das Zahnsegment 44 und der Stößel 96 in der in 12 dargestellten Position
befinden, die auf halbem Wege zwischen den Stellungen des Zahnsegmentes
und des Stößels liegen,
wie sie jeweils in den 10 und 11 dargestellt sind. Dadurch, daß diese
Flächen
auf halber Strecke des Verschwenkweges des Notbetriebsbereiches
senkrecht zueinander stehen, statt an dem einen oder anderen Ende
des Verschwenkweges, wird der Gleitkontakt und die Gleitreibung zwischen dem
Stößelteil
96 und der Oberfläche 45 des
Zahnsegmentes minimiert. Dadurch wird die Reibung im Betrieb der
elektronischen Drosselklappeneinheit 10 reduziert und die
Leistung der Einheit erhöht.
Ebenso wird damit der Verschleiß am
Zahnsegment reduziert, das vorzugsweise aus einem Verbundwerkstoff
hergestellt ist.
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Zwar ist die Erfindung mit Bezug
auf eine oder mehrere besondere Ausführungsformen beschrieben worden,
es versteht sich aber von selbst, daß die hier beschriebenen besonderen
Mechanismen und Techniken rein zur Veranschaulichung des erfinderischen
Grundgedankens dienen. Zahlreiche Änderungen können an den beschriebenen Verfahren
und Vorrichtungen vorgenommen werden, ohne damit den Rahmen der
Erfindung zu sprengen, wie ihn die beigefügten Patentansprüche definieren.