EP1432895B1

EP1432895B1 - Stelleinheit

Info

Publication number: EP1432895B1
Application number: EP02782686A
Authority: EP
Inventors: Matthias Brendle; Ralph Krause; Michael Runft
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: JP2005504223A; US20040060349A1; WO2003029632A1; EP1432895A1; KR20040037143A; US6974119B2; DE10245193A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Stelleinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE-A-195 25 510 und die Patentschrift US 5,672,818 zeigen eine Stelleinheit mit einem Stellmotor und mit einem Drosselkörper. Bei der bekannten Stelleinheit besteht zwischen dem Stellmotor und dem in Form einer Drosselklappe gebildeten Drosselkörper in jeder Stellung ein immer gleiches Übersetzungsverhältnis. Wie man jetzt weiß, ist das an dem Drosselkörper erforderliche Drehmoment in den verschiedenen Stellungen des Drosselkörpers unterschiedlich groß. Aus diesem Grund muss das Drehmoment des Stellmotors so groß ausgelegt sein, dass dieses Drehmoment in jeder Stellung des Drosselkörpers ausreichend ist. Der Stellmotor muss auch so ausgelegt sein, dass die Drosselklappe in allen Stellbereichen ausreichend schnell verstellt werden kann. Beides macht einen leistungsstarken und damit einen relativ großen und kostenaufwändigen Stellmotor erforderlich. Dadurch wird die Stelleinheit insgesamt relativ groß und erfordert einen relativ großen Einbauraum.
Die EP 0 290 980 A2 zeigt eine Vorrichtung zur Regelung der Ansaugluftströmungsmenge in einer Brennkraftmaschine mit einem Getriebemechanismus aus einem Paar von Zahnrädern mit Zahnprofilabschnitten, wobei sich diese längs eines Teils eines nicht-kreisförmigen Umfangs erstrecken, wobei der nicht-kreisförmige Umfang vorzugsweise ein ellipsoider Umfang ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Stelleinheit mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bietet demgegenüber den Vorteil, dass zum Verstellen des Drosselkörpers ein relativ leistungsschwacher und damit ein kleiner und mit geringem Aufwand herstellbarer beziehungsweise kostengünstig beschaffbarer Stellmotor genügt. Besonders vorteilhaft ist, dass bei dem Stellmotor ein relativ kleines maximales Drehmoment genügt und dass der Stellmotor den Drosselkörper in denjenigen Bereichen, in denen es erforderlich ist, besonders schnell verstellen kann. Dadurch kann ein einfach herstellbarer und klein bauender Stellmotor verwendet werden.
Bei der erfindungsgemäßen Stelleinheit hat man vorteilhafterweise eine sich über den Verstellweg verändernde Übersetzung zwischen dem Stellmotor und dem mit dem Drosselkörper drehfest verbunden Rad. Dies bietet den Vorteil, dass das in bestimmten Stellungen des Drosselkörpers erforderliche erhöhte Drehmoment auch von einem relativ drehmomentschwachen Stellmotor aufgebracht werden kann.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Stelleinheit nach dem Anspruch 1 möglich.
Es ist verständlich, dass der Stellmotor so ausgelegt sein muss, dass sein Drehmoment ausreicht, um den Drosselkörper verstellen zu können. Es hat sich aber gezeigt, dass nicht in jedem Stellungswinkel des Drosselkörpers das gleiche Drehmoment erforderlich ist, um den Drosselkörper zu verstellen. Die hier vorgeschlagene Übersetzung zwischen dem Stellmotor und dem Drosselkörper kann so ausgelegt werden, dass der Stellmotor mit praktisch konstantem Drehmoment über den gesamten Stellbereich verstellen kann und dass trotzdem vorteilhafterweise in jeder Stellung des Drosselkörpers am Drosselkörper das jeweils erforderliche unterschiedliche Drehmoment wirkt. Aufgrund von Strömungsverhältnissen und/oder unterschiedlicher Reibung und/oder aufgrund der Notwendigkeit den Drosselkörper in einer Schließstellung loszureißen, wird häufig in der Schließstellung zum Verstellen des Drosselkörpers ein besonders hohes Drehmoment benötigt. Aufgrund der sich verändernden Übersetzung bei der vorgeschlagenen Stelleinheit zwischen dem Stellmotor und dem Drosselkörper bei Verstellung des Drosselkörpers über den gesamten Stellbereich, ergibt sich im Bereich der Schließstellung ein deutlich erhöhtes Drehmoment am Drosselkörper. Dieses Drehmoment ist insbesondere deutlich größer als bei Verwendung eines Übersetzungsgetriebes mit konstanter Übersetzung, wie bei der in der DE-A-195 25 510 gezeigten Ausführung. Deshalb kann bei der hier vorgeschlagenen Ausführung ein kleinerer Stellmotor verwendet werden als bei der bekannten Stelleinheit.
Wegen dem erhöhten Drehmoment am Drosselkörper können eventuelle Ablagerungen im Kanal auch im Bereich der Schließstellung leicht überwunden werden.
In einem mittleren Bereich ist es wünschenswert, dass der Stellmotor den Drosselkörper ziemlich schnell verstellen kann. Weil das vorgeschlagene Übersetzungsgetriebe so gewählt ist, dass im mittleren Verstellbereich bei gegebener Drehzahl der Antriebswelle des Stellmotors der Drosselkörper ziemlich schnell verstellt wird, genügt vorteilhafterweise ein Stellmotor mit einer relativ langsam drehenden Antriebswelle.
Aufgrund der unterschiedlichen Übersetzungen zwischen dem Stellmotor und dem Drosselkörper, die so gewählt sind, dass im Bereich der Schließstellung bei gegebener Drehzahl der Antriebswelle des Stellmotors der Drosselkörper nur relativ langsam verstellt wird, erhält man den Vorteil, dass im Bereich der Schließstellung eine sehr feinfühlige Verstellung des Drosselkörpers möglich ist.
Dadurch, dass im Schnellstellbereich der Drosselkörper sehr schnell verstellt werden kann, erhält man insgesamt eine vorteilhafte kurze Stellzeit beim Verstellen des Drosselkörpers zwischen den beiden Endstellungen.
Weil die Übersetzung nicht über den gesamten Verstellbereich gleich groß sein muss, baut das Übersetzungsgetriebe der Stelleinheit besonders klein.
Ist die Übersetzung so gewählt, dass in dem Bereich, in dem die Rückstelleinrichtung ein besonders großes Rückstelldrehmoment erzeugt, die Übersetzung etwas angehoben wird, ergibt dies den Vorteil, dass trotz dem erhöhten Rückstelldrehmoment der Rückstelleinrichtung der Stellmotor mit ziemlich gleichmäßigem Drehmoment den Drosselkörper verstellen kann.
Dadurch, dass der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius an jeder Eingriffstelle größer ist als der stellmotorseitige Wälzkurvenradius, erhält man den Vorteil, dass in jeder Schwenkstellung eine zusätzliche Übersetzung gegeben ist, so dass mit einem Minimum an Getriebestufen eine insgesamt ausreichende Übersetzung erreicht wird und dass dadurch vorteilhafterweise ein ziemlich klein bauender Stellmotor verwendet werden kann und dass der Aufwand für die Stelleinheit insgesamt ziemlich klein ist.

Zeichnung

Ein ausgewähltes, besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Figur 1 einen Querschnitt durch die Stelleinheit, die Figur 2 das Übersetzungsgetriebe, während die Räder in Schließstellung stehen, die Figur 3 das Übersetzungsgetriebe, während die Räder in einer Offenstellung stehen, und die Figur 4 die Übersetzung in Abhängigkeit vom Stellwinkel des Drosselkörpers.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Stelleinheit kann bei jeder Brennkraftmaschine verwendet werden, bei der die Leistung der Brennkraftmaschine mit Hilfe eines durch einen Stellmotor verstellbaren Drosselkörpers beeinflußt werden soll. Der Drosselkörper ist beispielsweise eine Drosselklappe und die Stelleinheit mit dem Drosselkörper bzw. mit der Drosselklappe wird beispielsweise zum Steuern der einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft verwendet. Es ist aber auch möglich, dass die Stelleinheit im Bereich des Abgases der Brennkraftmaschine zum Steuern des Abgasstroms verwendet wird, oder die Stelleinheit wird beispielsweise zum Steuern von Abgas in die Frischluftleitung der Brennkraftmaschine verwendet.
Die Figur 1 zeigt eine Stelleinheit 1 mit einem Stellergehäuse 2. Je nach Verwendung der Stelleinheit 1 wird das Stellergehäuse 2 beispielsweise als Drosselklappenstutzen oder als Abgasrückführventil bezeichnet. Durch das Stellergehäuse 2 bzw. durch den Drosselklappenstutzen verläuft ein Kanal 4. Der Kanal 4 führt beispielsweise von einem nicht dargestellten Luftfilter zu einem nicht dargestellten Brennraum oder zu mehreren Brennräumen einer nicht abgebildeten Brennkraftmaschine. Die mit dem vorgeschlagenen Stellergehäuse 2 erzielbaren guten Eigenschaften machen das Stellergehäuse 2 besonders geeignet zur Verwendung als Abgasrückführventil. Mit dem Abgasrückführventil wird beispielsweise der Anteil der der Frischluft zugeführten Menge an Abgas gesteuert.
Der in der Figur 1 dargestellte Schnitt verläuft quer durch den Kanal 4. Durch den Kanal 4 kann beispielsweise frische Zuluft oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch oder Abgas oder ein Teil des Abgases strömen, hin zu einer Brennkraftmaschine oder weg von einer Brennkraftmaschine.
In dem Stellergehäuse 2 ist ein Drosselkörper 6 drehbar bzw. schwenkbar gelagert. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Drosselkörper 6 von einer an einer Drosselklappenwelle 6a befestigten Drosselklappe 6b gebildet. Die Drosselklappenwelle 6a erstreckt sich quer durch den Kanal 4. Die Drosselklappenwelle 6a ist im Stellergehäuse 2 schwenkbar gelagert. Die Drosselklappe 6b ist mit nicht dargestellten Befestigungsschrauben an der Drosselklappenwelle 6a befestigt. Die Drosselklappe 6b und die Drosselklappenwelle 6a können aber auch aus Kunststoff zusammen einstückig gegossen sein. Die Drosselklappenwelle 6a kann zwischen einer ersten Endstellung S1 und einer zweiten Endstellung S2 geschwenkt werden. Der Drosselkörper 6, beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Drosselklappe 6b zusammen mit der Drosselklappenwelle 6a, ist um eine Drehachse 6c um einen Drosselkörper-Stellungswinkel α (alpha) schwenkbar bzw. drehbar.
Außerhalb des Kanals 4 gibt es ein Übersetzungsgetriebe 10. Das Übersetzungsgetriebe 10 hat ein Räderpaar 12 und ein zweites Räderpaar 14. Das Räderpaar 12 hat ein stellmotorseitiges Rad 12a und ein drosselkörperseitiges Rad 12b. Das zweite Räderpaar 14 besteht aus einem Ritzel 14a und einem Zwischenrad 14b. Das stellmotorseitige Rad 12a und das Zwischenrad 14b sind starr miteinander verbunden und bilden ein Getrieberad 16 des Übersetzungsgetriebes 10. Am Stellergehäuse 2 ist eine Achse 18 fest angebracht. Auf der Achse 18 ist das Getrieberad 16 drehbar gelagert.
Das Ritzel 14a ist mit einer Antriebswelle 14c eines Stellmotors 20 drehfest verbunden. Der Stellmotor 20 ist am Stellergehäuse 2 fest verankert.
Das drosselkörperseitige Rad 12b ist mit der Drosselklappenwelle 6a drehfest verbunden. Das drosselkörperseitige Rad 12b ist in ständigem Eingriff mit dem stellmotorseitigen Rad 12a. Das Ritzel 14a des Stellmotors 20 kämmt mit dem Zwischenrad 14b.
Die Stelleinheit 1 hat eine Rückstelleinrichtung 22. Die Rückstelleinrichtung 22 sorgt dafür, dass bei stromlosem Stellmotor 20 der Drosselkörper 6 beispielsweise in die erste Endstellung, die der Schließstellung S1 entspricht, zurück geschwenkt wird.
Die Figuren 2 und 3 zeigen einen Blick auf das Übersetzungsgetriebe 10 mit gleicher Blickrichtung wie der Pfeil II in der Figur 1. In den Figuren 2 und 3 sind der besseren Übersichtlichkeit wegen das Stellergehäuse 2 und die Drosselklappe 6b nicht dargestellt.
Die Figur 4 zeigt die Übersetzung i des Übersetzungsgetriebe 10 in Abhängigkeit vom Drosselkörper-Stellungswinkel α (alpha). In der Abszisse ist der Drosselkörper-Stellungswinkel α und in der Ordinaten ist die Übersetzung i aufgetragen.
In allen Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
Der Drosselkörper 6 ist zwischen einer ersten Endstellung S1 und einer zweiten Endstellung S2 verstellbar. In der ersten Endstellung S1 (Fig. 2) verschließt der Drosselkörper 6 den Kanal 4 weitgehend oder vollständig oder nahezu vollständig, oder aber der Kanal 4 ist in der ersten Endstellung S1 beispielsweise für eine Notfahrfunktion etwas geöffnet. Die erste Endstellung S1 wird nachfolgend als Schließstellung S1 bezeichnet. In der zweiten Endstellung S2 (Fig. 3) des Schwenkbereichs des Drosselkörpers 6 ist der Kanal 4 maximal geöffnet. Die zweite Endstellung S2 wird nachfolgend als Offenstellung S2 bezeichnet. Ein inetwa mittlerer Bereich zwischen der Schließstellung S1 und der Offenstellung S2 wird nachfolgend als Schnellstellbereich SB (Fig. 4) bezeichnet.
Die Figur 2 zeigt das Übersetzungsgetriebe 10 in der Schließstellung S1, und die Figur 3 zeigt das Übersetzungsgetriebe 10 in der Offenstellung S2.
Bei der bevorzugt ausgewählten, beispielhaft in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführung ist der Drosselkörper 6 und damit das mit dem Drosselkörper 6 drehfest verbundene drosselkörperseitige Rad 12b um 110° schwenkbar. Der in der Figur 4 wiedergegebene Verstellbereich zwischen der Schließstellung S1 und der Offenstellung S2 des Drosselkörper-Stellungswinkels α würde hier also 110° betragen.
Üblich ist insbesondere auch, dass der Drosselkörper 6 beispielsweise um 90° oder um weniger als 90° schwenkbar ist. Hier wäre der Verstellbereich des Drosselkörper-Stellungswinkels α also 90° oder weniger als 90°. Es gibt aber auch Ausführungen, bei denen der Drosselkörper 6 nur um 85° geschwenkt wird. Und es gibt Ausführungen, bei denen der Drosselkörper 6 etwas über die Schließstellung oder über die Offenstellung hinaus um beispielsweise insgesamt bis zu 115° schwenkbar ist. Es gibt auch Stelleinheiten, insbesondere in der Form eines Abgasrückführventils, bei denen der Drosselkörper 6 beispielsweise um den Verstellbereich von 136° zwischen der Schließstellung S1 und der Offenstellung S2 schwenkbar ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Stelleinheit 1 ein Abgasrückführventil ist und der Drosselkörper 6 schräg zur Drehachse 6c unter einem spitzen Winkel angestellt ist. Der in der Figur 4 wiedergegebene Verstellbereich des Drosselkörper-Stellungswinkels α kann somit beispielsweise 85°, 90°, 110°, 115° oder 136° betragen, um nur einige Werte zu nennen.
Der Drosselkörper 6 und damit auch das drosselkörperseitige Rad 12b sind zwischen der Schließstellung S1 und der Offenstellung S2 verstellbar. Die Figur 2 zeigt das drosselkörperseitige Rad 12b und das am Getrieberad 16 angebrachte Zwischenrad 14b in der ersten Endstellung S1, und die Figur 3 zeigt das Übersetzungsgetriebe 10 während die drehbaren Teile in der zweiten Endstellung S2 stehen. Die drehbaren Teile sind zwischen diesen beiden Endstellungen S1 und S2 verstellbar. Bei den nachfolgenden Erläuterungen des besonders vorteilhafter Ausführungsbeispiels wird angenommen, dass in der ersten Endstellung S1 (Fig. 2) der Drosselkörper 6 den Kanal 4 verschließt, und in der zweiten Endstellung S2 (Fig. 3) gibt der Drosselkörper 6 den Kanal 4 frei.
Das stellmotorseitige Rad 12a hat ein erstes Eingriffende e1 und ein zweites Eingriffende e2. Das drosselkörperseitige Rad 12b hat ein erstes Eingriffende E1 und ein zweites Eingriffende E2.
Wenn das Übersetzungsgetriebe 10 in der Schließstellung S1 (Fig. 2) steht, dann ist das erste Eingriffende e1 des stellmotorseitigen Rads 12a in Eingriff mit dem ersten Eingriffende E1 des drosselkörperseitigen Rads 12b. Wenn das Übersetzungsgetriebe 10 in der Offenstellung S2 (Fig. 3) steht, dann sind die beiden zweiten Eingriffenden e2 und E2 des stellmotorseitigen Rads 12a und des drosselkörperseitigen Rads 12b miteinander in Eingriff.
Das stellmotorseitige Rad 12a hat zwischen seinen Eingriffenden e1 und e2 eine stellmotorseitige Wälzkurve w. Das drosselkörperseitige Rad 12b hat zwischen seinen beiden Eingriffenden E1 und E2 eine drosselkörperseitige Wälzkurve W. Die stellmotorseitige Wälzkurve w hat gegenüber der Drehachse des stellmotorseitigen Rads 12a einen winkelabhängig sich ändernden Abstand, der nachfolgend als stellmotorseitiger Wälzkurvenradius r bezeichnet wird. Die drosselkörperseitige Wälzkurve W hat einen winkelabhängig sich ändernden Abstand zur Drehachse 6c, der nachfolgend als drosselkörperseitiger Wälzkurvenradius R bezeichnet wird. Die stellmotorseitige Wälzkurve w hat am ersten Eingriffende e1 einen stellmotorseitigen Wälzkurvenradius r1 und am zweiten Eingriffende e2 einen stellmotorseitigen Wälzkurvenradius r2. Das drosselkörperseitige Rad 12b hat am ersten Eingriffende E1 einen drosselkörperseitigen Wälzkurvenradius R1 und am zweiten Eingriffende E2 einen drosselkörperseitigen Wälzkurvenradius R2.
Zwischen der Schließstellung S1 und der Offenstellung S2 der Räder 12a, 12b gibt es einen Bereich, in dem bei Betätigung des Ritzels 14a des Stellmotors 20 um einen bestimmten Winkel der Drosselkörper 6 besonders schnell um einen relativ großen Winkel verstellt wird. Dieser Winkelbereich wird hier als Schnellstellbereich SB bezeichnet. Die stellmotorseitige Wälzkurve w hat im Schnellstellbereich SB einen stellmotorseitigen Wälzkurvenradius rsb. Das drosselkörperseitige Rad 12b hat im Schnellstellbereich SB einen drosselkörperseitigen Wälzkurvenradius Rsb.
Beim stellmotorseitigen Rad 12a ist im Schnellstellbereich SB der stellmotorseitige Wälzkurvenradius rsb am größten. Das stellmotorseitige Rad 12a ist so ausgelegt, dass der Wälzkurvenradius r, ausgehend vom Schnellstellbereich SB, zum ersten Eingriffende e1 hin deutlich kleiner wird. Auch zum zweiten Eingriffende e2 hin wird der stellmotorseitige Wälzkurvenradius r kleiner. Der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R verhält sich komplementär zum stellmotorseitigen Wälzkurvenradius r.
Im sogenannten Schnellstellbereich SB ist der Wälzkurvenradius r des stellmotorseitigen Rads 12a am größten und zu den Eingriffenden E1 und E2 hin nimmt der Wälzkurvenradius r ab. Ausgehend vom Schnellstellbereich SB nimmt der Wälzkurvenradius r hin zum ersten Eingriffende E1 stärker ab als hin zum zweiten Eingriffende E2. Der stellmotorseitige Wälzkurvenradius r2 am zweiten Eingriffende E2 ist beispielsweise 1,9 mal so groß wie der stellmotorseitige Wälzkurvenradius r1 am ersten Eingriffenden E1.
Die drosselkörperseitige Wälzkurve W ist so ausgelegt, dass der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R, ausgehend vom ersten Eingriffende E1 hin zum zweiten Eingriffende E2, zunächst kleiner wird, wobei der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R im Bereich des Schnellstellbereichs SB am kleinsten ist, und er wird dann hin zum zweiten Eingriffende E2 wieder größer. Der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R1 am ersten Eingriffende E1 ist beispielsweise 1,2 mal so groß wie der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R2 am zweiten Eingriffende E2.
Der Abstand zwischen der Drehachse des stellmotorseitigen Rads 12a und der Drehachse 6c des Rads 12b ist konstant. Der stellmotorseitige Wälzkurvenradius r und der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R sind so aufeinander abgestimmt, dass in jeder Stellung des Eingriffs zwischen den beiden Rädern 12a und 12b, die Summe des stellmotorseitigen Wälzkurvenradius r und des drosselkörperseitigen Wälzkurvenradius R konstant ist. In jeder Stellung der Räder 12a, 12b ist der stellmotorseitige Wälzkurvenradius r komplementär zum drosselkörperseitigen Wälzkurvenradius R.
Die beiden Wälzkurven W und w sind vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass in jeder Stellung des Eingriffs zwischen den beiden Rädern 12a und 12b der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R immer größer ist als der stellmotorseitige Wälzkurvenradius r. Die Wälzkurvenradien R und r sind beispielsweise so aufeinander abgestimmt, dass bei einer Verstellung des Übersetzungsgetriebes 10 zwischen der Schließstellung S1 (Fig. 2) und der Offenstellung S2 (Fig. 3) sich zwischen den beiden Rädern 12a und 12b im Durchschnitt ein Übersetzungsverhältnis von 3 zu 1 ergibt. Dies bedeutet, beispielsweise bei einem benötigten Verstellbereich des Drosselkörper-Stellungswinkels α des Drosselkörpers 6 zwischen den beiden Endstellungen S1 und S2 um 90°, dass sich das drosselkörperseitige Rad 12b um 90° und das stellmotorseitige Rad 12a dabei um 270° drehen.
Weil der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R wesentlich größer ist als der stellmotorseitige Wälzkurvenradius r, erhält man, ausgehend vom stellmotorseitigen Rad 12a in Richtung des drosselkörperseitigen Rads 12b, eine gewünschte Reduktion der Drehgeschwindigkeit und eine gewünschte Erhöhung des Drehmoments.
Weil der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R1 am ersten Eingriffende E1 besonders groß ist, erhält man im Bereich der Schließstellung S1 (Fig. 2) des Übersetzungsgetriebes 10 ausgehend vom stellmotorseitigen Rad 12a in Richtung des drosselkörperseitigen Rads 12b eine besonders große Reduktion der Winkelgeschwindigkeit und eine besonders große Erhöhung des Drehmoments. Dies bietet den Vorteil, dass im Bereich der Schließstellung S1 (Fig. 2) eine besonders feinfühlige und genaue Verstellung des Drosselkörpers 6 möglich ist und dass am Drosselkörper 6 eventuell wirkende störende Kräfte auch mit einem relativ kleinen und relativ schwachen Stellmotor 20 leicht überwunden werden können.
Weil die Reduktion der Winkelgeschwindigkeit vom stellmotorseitigen Rad 12a auf das drosselkörperseitige Rad 12b im Schnellstellbereich SB geringer ist als in der Schließstellung S1 (Fig. 2) und auch geringer ist als in der Offenstellung S2 (Fig. 3), erhält man den Vorteil, dass im Schnellstellbereich SB der Drosselkörper 6 mit hoher Winkelgeschwindigkeit sehr schnell verstellt werden kann.
Auch wenn die Räder 12a, 12b in der Offenstellung S2 stehen (Fig. 3), dann ist die Übersetzung zwischen dem stellmotorseitigen Rad 12a und dem drosselkörperseitigen Rad 12b größer als im Schnellstellbereich SB, und man erhält den in der Figur 4 mit durchgezogener Linie dargestellten Verlauf der Übersetzung i.
Die Figur 4 zeigt mit ausgezogener Linie das Diagramm eines Beispiels der Übersetzung i, bei der die Abhängigkeit der Übersetzung i vom Drosselkörper-Stellungswinkel α besonders günstig ist. Mit punktierter Linie ist ein ebenfalls möglicher Verlauf der Übersetzung i eines abgewandelten Ausführungsbeispiels dargestellt.
Im Diagramm (Fig. 4) ist links die Übersetzung i aufgetragen, wenn sich der Drosselkörper 6 im Bereich der Schließstellung S1 befindet. Rechts im Diagramm ist die Übersetzung i aufgetragen, wenn der Drosselkörper 6 im Bereich der Offenstellung S2 steht. Zwischen den beiden Endstellungen S1 und S2 befindet sich der Schnellstellbereich SB, wobei der Schnellstellbereich SB, winkelmäßig betrachtet, etwas näher an der Schließstellung S1 als an der Offenstellung S2 vorgesehen ist.
Wie die Figur 4 zeigt, ist die Übersetzung i an der Stelle des Schnellstellbereichs SB am kleinsten. Dies bewirkt, dass der Stellmotor 20 mit wenig Umdrehung des Ritzels 14a den Drosselkörper 6 um einen relativ großen Winkel verstellen kann. Weil im Schnellstellbereich SB der Drosselkörper 6 schnell verstellt werden kann, ist die gesamte Stellzeit zwischen den beiden Endstellungen S1 und S2 insgesamt relativ kurz.
Im Bereich der Schließstellung S1 ist, wie die Figur 4 zeigt, die Übersetzung i ziemlich groß. Dies bewirkt, dass auch ein Stellmotor 20 mit relativ wenig Drehmoment den Drosselkörper 6 verstellen kann, auch dann, wenn im Bereich der Schließstellung S1 mehr oder weniger Reibung zwischen dem Drosselkörper 6 und dem Kanal 4 vorhanden ist. Wegen der großen Übersetzung i kann man wenig Spiel zwischen dem Drosselkörper 6 und dem Kanal 4 vorsehen und man kann auch bei gewissem Klemmen mit einem relativ drehmomentschwachen Stellmotor 20 den Drosselkörper 6 verstellen.
Üblicherweise ist die Stelleinheit 1 so ausgeführt, dass der Stellmotor 20 den Drosselkörper 6 gegen die Kraft der Rückstelleinrichtung 22 in Richtung der Offenstellung S2 (Fig. 3) verstellt. Bei nicht aktivem Stellmotor 20 stellt die Rückstelleinrichtung 22 den Drosselkörper 6 zurück in die Schließstellung S1 (Fig. 2).
Die Rückstelleinrichtung 22 besteht üblicherweise aus einer Feder, wobei mit zunehmender Verstellung des Drosselkörpers 6 in die Offenstellung S2 die Kraft bzw. das Drehmoment der Feder der Rückstelleinrichtung 22 größer wird. Damit das erforderliche Drehmoment des Stellmotors 20 zum Verstellen des Drosselkörpers 6 gegen die Kraft der Rückstelleinrichtung 22 zwischen dem Schnellstellbereich SB und der zweiten Endstellung S2 weitgehend konstant bleibt, ist vorgesehen, dass die Übersetzung i, ausgehend vom Schnellstellbereich SB in Richtung der Offenstellung S2, leicht zunimmt, wie in der Figur 4 mit durchgezogener Linie dargestellt.
Weil es nicht sinnvoll ist, die Übersetzung am zweiten Räderpaar 14, zwischen dem Ritzel 14a und dem Zwischenrad 14b, das heißt an der ersten Getriebestufe, beliebig groß auszuführen, und weil bei der hier vorgeschlagenen Stelleinheit 1 auch am Räderpaar 12, zwischen dem stellmotorseitigen Rad 12a und dem drosselkörperseitigen Rad 12b, eine Übersetzung vorhanden ist, erhält man vorteilhafterweise trotzdem eine insgesamt besonders große Übersetzung zwischen dem Stellmotor 20 und dem Drosselkörper 6. Dadurch ist auch mit einem relativ kleinen, schnell laufenden Stellmotor 20 eine präzise verstellung des Drosselkörpers 6 möglich und auch ein relativ kleiner Stellmotor 20 kann die am Drosselkörper 6 auftretenden Kräfte leicht überwinden.
Die maximale Übersetzung i am Räderpaar 12 zwischen den Rädern 12a und 12b kann, in Abhängigkeit vom geforderten Verstellbereich des Drosselkörper-Stellungswinkels α, Werte deutlich größer als 1 erreichen. Die erreichbare durchschnittliche Übersetzung i am Räderpaar 12 ist 360° geteilt durch den erforderlichen Verstellbereichs des Drosselkörper-Stellungswinkels α in Grad. Weil auch die Räder 12a und 12b zur Drehmomentübersetzung und zur Drehzahluntersetzung dienen können, kann gegebenenfalls eine weitere Übersetzungsstufe zwischen dem Stellmotor 20 und dem Drosselkörper 6 entfallen.
Der maximale Schwenkwinkel des stellmotorseitigen Rads 12a muss aus räumlichen Gründen weniger als 360° betragen. Dadurch ist die Übersetzung i am Räderpaar 12 auf beispielsweise höchstens 4 zu 1 begrenzt, wenn der Drosselkörper 6 um 90° verstellbar sein soll. Bei der vorgeschlagenen Stelleinheit ist die Übersetzung i winkelabhängig unterschiedlich. Dort wo eine große Übersetzung i vorteilhaft ist, ist die Übersetzung i größer als in Bereichen wo eine nicht so große Übersetzung i benötigt wird. Dadurch erreicht man in den Bereichen mit geforderter großer Übersetzung i einen Wert der wesentlich über 4 zu 1 beträgt, auch wenn am Räderpaar 12 die Übersetzung i im Durchschnitt den maximal möglichen Wert von beispielsweise 4 zu 1 nicht überschreiten darf.
Das Ausführungsbeispiel kann auch so abgewandelt werden, dass der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R im Bereich des zweiten Eingriffendes E2, zwischen dem Schnellstellbereich SB und dem zweiten Eingriffende E2, in etwa über die Hälfte des Verstellwinkels des drosselkörperseitigen Rads 12b, konstant ist. Entsprechend ist auch der sich an das zweite Eingriffende e2 anschließende stellmotorseitige Wälzkurvenradius r zwischen dem Schnellstellbereich SB und dem zweiten Eingriffende e2 konstant. Mit anderen Worten, im Bereich der zweiten Eingriffenden e2 und E2 sind bei den Rädern 12a und 12b die Wälzkurven w und W jeweils Kreisbögen. Dadurch erhält man bei dieser Abwandlung des Ausführungsbeispiels den in der Figur 4 mit punktierter Linie dargestellten Verlauf der Übersetzung i.
Im Bereich des ersten Eingriffendes E1, zwischen dem Schnellstellbereich SB und dem Eingriffende E1, ist die drosselkörperseitige Wälzkurve W grob betrachtet eine Gerade, die sich tangential an die beim Schnellstellbereich SB vorhandene Wälzkurve W anschließt. Dadurch nimmt der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius R im Bereich des ersten Eingriffendes E1 in Richtung des ersten Eingriffendes E1 stark zu. Entsprechend nimmt der stellmotorseitige Wälzkurvenradius r hin zum ersten Eingriffende e1 stark ab. Dies bietet den erwünschten Vorteil, dass im Bereich der ersten Eingriffenden e1, E1, das heißt in der Schließstellung S1 (Fig. 2), die Drehmomentübersetzung vom stellmotorseitigen Rad 12a auf das drosselkörperseitige Rad 12b stark erhöht ist.
Beim dargestellten, bevorzugt ausgewählten, besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel, sind die Räder 12a, 12b, 14a und 14b Zahnräder, die miteinander kämmen. Es ist aber auch denkbar, dass anstatt Zahnräder stattdessen beispielsweise zahnlose Reibräder verwendet werden, die Oberflächen mit einem sehr hohen Reibwert haben, so dass das Drehmoment über Reibkraft zwischen den miteinander in Eingriff stehenden Rädern übertragen wird.
Beim dargestellten, bevorzugt ausgewählten, besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das Übersetzungsgetriebe 10 ein zweistufiges Getriebe. Es ist aber auch denkbar, dass man das zweite Räderpaar 14, das von dem Ritzel 14a und dem Zwischenrad 14b gebildet wird, weg läßt. In diesem Fall ist es sinnvoll, dass die Antriebswelle 14c des Stellmotors 20 ohne eine zwischengeschaltete Übersetzung unmittelbar am stellmotorseitigen Rad 12a angreift.

Claims

Stelleinheit mit einem Stellergehäuse (2), mit einem Kanal (4) in dem Stellergehäuse (2), mit einem in dem Stellergehäuse (2) drehbar gelagerten, über einen Verstellbereich verstellbaren Drosselkörper (6, 6a, 6b) zum Steuern eines freien Querschnitts in dem Kanal (4), mit einem Stellmotor (20) mit einer Antriebswelle (14c) zum Verstellen des Drosselkörpers (6, 6a, 6b) und mit einem Übersetzungsgetriebe (10, 12, 12a, 12b) zum Übertragen einer Stellbewegung der Antriebswelle (14c) auf eine Stellbewegung des Drosselkörpers (6, 6a, 6b), wobei das Übersetzungsgetriebe (10, 12, 12a, 12b) mindestens ein Räderpaar (12, 12a, 12b) hat und das mindestens eine Räderpaar (12, 12a, 12b) ein stellmotorseitiges Rad (12a) und ein drosselkörperseitiges Rad (12b) aufweist, und das stellmotorseitige Rad (12a) und das drosselkörperseitige Rad (12b) beim Verstellen des Drosselkörpers (6, 6a, 6b) über den Verstellbereich zwischen je einem ersten Eingriffende (e1, E1) und je einem zweiten Eingriffende (e2, E2) miteinander in Eingriffstehen, wobei das stellmotorseitige Rad (12a) zwischen seinem ersten Eingriffende (e1) und seinem zweiten Eingriffende (e2) einen sich ändernden stellmotorseitigen Wälzkurvenradius (r) hat und dass das drosselkörperseitige Rad (12b) zwischen seinem ersten Eingriffende (e1) und seinem zweiten Eingriffende (e2) einen zum stellmotorseitigen Wälzkurvenradius (r) sich komplementär ändernden drosselkörperseitigen Wälzkurvenradius (R) hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe (12, 12a, 12b) eine Wälzkurve (W) hat, die in einem Bereich der Wälzkurve (W) im Wesentlichen eine Gerade ist.
Stelleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Querschnitt in dem Kanal (4) im wesentlichen geschlossen ist, wenn die Räder (12a, 12b) im Bereich der ersten Eingriffenden (e1, E1) miteinander in Eingriff sind.
Stelleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es innerhalb des Verstellbereichs zwischen den ersten Eingriffenden (e1, E1) und den zweiten Eingriffenden (e2, E2) einen Schnellstellbereich (SB) gibt, und dass der stellmotorseitige Wälzkurvenradius (r) im Bereich des ersten Eingriffendes (e1) kleiner ist als im Schnellstellbereich (SB).
Stelleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Querschnitt in dem Kanal (4) im wesentlichen geschlossen ist, wenn die Räder (12a, 12b) im Bereich der ersten Eingriffenden (e1, E1) miteinander in Eingriff sind, dass es innerhalb des Verstellbereichs zwischen den ersten Eingriffenden (e1, E1) und den zweiten Eingriffenden (e2, E2) einen Schnellstellbereich (SB) gibt und dass der stellmotorseitige Wälzkurvenradius (r) im Bereich des ersten Eingriffendes (e1) kleiner ist als im Schnellstellbereich (SB).
Stelleinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der stellmotorseitige Wälzkurvenradius (r) im Bereich des zweiten Eingriffendes (e2) kleiner ist als im Schnellstellbereich (SB).
Stelleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Querschnitt in dem Kanal (4) im wesentlichen geschlossen ist, wenn die Räder (12a, 12b) im Bereich der ersten Eingriffenden (e1, E1) miteinander in Eingriff sind, dass es innerhalb des Verstellbereichs zwischen den ersten Eingriffenden (e1, E1) und den zweiten Eingriffenden (e2, E2) einen Schnellstellbereich (SB) gibt und dass der stellmotorseitige Wälzkurvenradius (r) im Schnellstellbereich (SB) größer als im Bereich des ersten Eingriffendes (e1) und auch größer als im Bereich des zweiten Eingriffendes (e2) ist.
Stelleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der stellmotorseitige Wälzkurvenradius (r) an seinem ersten Eingriffende (e1) kleiner ist als an seinem zweiten Eingriffende (e2).
Stelleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stellmotorseitige Rad (12a) ein stellmotorseitiges Zahnrad und das drosselkörperseitige Rad (12b) ein drosselkörperseitiges Zahnrad sind und das stellmotorseitige Zahnrad mit dem drosselkörperseitigen Zahnrad kämmt.
Stelleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das stellmotorseitige Rad (12a) und das drosselkörperseitige Rad (12b) zwischen den ersten Eingriffenden (e1 und E1) und den zweiten Eingriffenden (e2 und E2) über eine Wälzstrecke miteinander in Eingriff sind und dass das stellmotorseitige Rad (12a) und das drosselkörperseitige Rad (12b) in einem Teilbereich der Wälzstrecke gleichbleibende wirksame Wälzkurvenradien (r, R) haben.
Stelleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der drosselkörperseitige Wälzkurvenradius (R) an jeder Eingriffstelle größer als der stellmotorseitige Wälzkurvenradius (r) ist.