PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE4237213A1 05.05.1994
Titel Stelleinrichtung
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Reichmann, Helmut, 7000 Stuttgart, DE;
Stiefel, Hans-Peter, 7257 Ditzingen, DE;
Kaiser, Klaus, Dipl.-Ing. (FH), 7145 Markgröningen, DE
DE-Anmeldedatum 04.11.1992
DE-Aktenzeichen 4237213
Offenlegungstag 05.05.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.05.1994
IPC-Hauptklasse F02D 9/00
IPC-Nebenklasse F02D 9/10   
Zusammenfassung Bei einer bekannten Stelleinrichtung mit einem mindestens zweistufigen Übersetzungsgetriebe kommt es infolge der axial versetzt zueinander angeordneten Getriebestufen zu einer unerwünschten Umlenkung des Kraft- bzw. Momentenflusses, sowie zu einer erhöhten Lagerbeanspruchung, was zu vermeiden ist. Darüber hinaus erfordert die relative hohe Teilezahl einen hohen Fertigungs- und Montageaufwand, der verringert werden soll.
Erfindungsgemäß ist daher ein Zwischenrad (10) vorgesehen, das Verzahnungen (11, 13) aufweist, die unterschiedliche Teilkreisdurchmesser haben und sich jeweils über Teilbereiche (32, 33) des Umfangs des Zwischenrades (10) erstrecken. Die Verzahnungen (11, 13) bilden mit der Verzahnung (9) des Antriebszahnrades (8) und der Verzahnung (15) des Abtriebsgliedes (14) Getriebestufen (12, 16), die radial nach außen verlaufende und dabei die axiale Erstreckung der Verzahnungen (11, 13) halbierende Mittelachsen (25) haben, die etwa in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung wird zur Steuerung des Strömungsquerschnittes einer ein Betriebsmittel führenden Strömungsleitung einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine verwendet.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Stelleinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits vorgeschlagen worden (DE-P 41 33 380.2), zur Steuerung des Strömungsquerschnittes einer ein Betriebsmittel führenden Strömungsleitung einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine eine Stelleinrichtung mit einem mehrstufigen Übersetzungsgetriebe einzusetzen, das eine Zwischenwelle aufweist, auf der ein Zahnrad und ein Segmentzahnrad mit unterschiedlichem Teilkreisdurchmesser axial versetzt angeordnet sind.

Bei einer derartigen Stelleinrichtung kommt es aufgrund der versetzt angeordneten Getriebestufen zu einer Umlenkung des Kraft- bzw. Momentenflusses innerhalb der Zwischenwelle, was sich nachteilig auf die Dimensionierung der Zwischenwelle und des Wellenlagers auswirkt. Darüber hinaus ist eine derartige Stelleinrichtung aufgrund der hohen Teilezahl und des damit verbundenen hohen Fertigungs- und Montageaufwandes relativ teuer in der Herstellung.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein günstiger Kraft- bzw. Momentenverlauf erzielbar ist, wodurch sich die Festigkeitseigenschaften des Übersetzungsgetriebes erhöhen bzw. eine schwächere Ausgestaltung der zugehörigen Getriebebauteile möglich ist. Aufgrund des verkürzten axialen Abstandes zwischen Verzahnung und Lagerung des Zwischenrades wird die Lagerbelastung geringer, sowie der notwendige Bauraum kleiner.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Stelleinrichtung möglich.

Besonders vorteilhaft ist die Anordnung eines Lagerbolzens in Höhe der Drehachse des Zwischenrades, wodurch eine Verringerung der Teilezahl und damit des Fertigungs und Montageaufwandes erzielbar ist. Durch die Ausbildung einer Innenverzahnung an einem Verzahnungssegment des Zwischenrades läßt sich das erreichbare Übersetzungsverhältnis bei gleichem zur Verfügung stehendem Bauraum erhöhen bzw. der Bauraum bei gleichem Übersetzungsverhältnis der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung weiter verkleinern.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispieles,

Fig. 2 einen Halbschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles und

Fig. 3 eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispieles.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung dienen zur Steuerung des Strömungsquerschnittes einer ein Betriebsmittel führenden Strömungsleitung einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine und werden insbesondere zur elektromotorischen Verstellung einer Drosselklappe vorzugsweise innerhalb eines Teilbereichs ihres Stellbereichs, beispielsweise innerhalb des Leerlaufbereichs der Brennkraftmaschine, verwendet.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung 1, die ein Gehäuse 2 hat, an dem seitlich eine Strömungsleitung 3 angeordnet ist. In der Strömungsleitung 3 strömt ein Betriebsmittel, beispielsweise Ansaugluft, zu einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine, wobei die zur Brennkraftmaschine strömende Betriebsmittelmenge durch eine in der Zeichnung gepunktet angedeutete, innerhalb der Strömungsleitung 3 befindliche Drosselklappe 4 gesteuert wird. Die Drosselklappe 4 ist hierzu fest mit einer im Gehäuse 2 drehbar gelagerten Welle 5 verbunden. Eine Drehbewegung der Welle 5 im Uhrzeigersinn verdreht die Drosselklappe 4 entsprechend, so daß je nach Drehwinkelstellung der Welle 5 bzw. der Drosselklappe 4 ein mehr oder weniger großer Strömungsquerschnitt in der Strömungsleitung 3 freigegeben wird. In der Zeichnung ist beispielsweise eine Schließstellung der Drosselklappe 4 gezeigt. Bei einer Drehung der Welle 5 um 90° würde die Drosselklappe 4 einen maximalen Strömungsquerschnitt freigeben.

Die Drehbewegung der Welle 5 kann wahlweise mittels einer nicht näher gezeigten, mit einem Gaspedal der Brennkraftmaschine gekoppelten, Betätigungseinrichtung oder mit der in der Zeichnung dargestellten Stelleinrichtung 1 herbeigeführt werden. Die Stelleinrichtung 1 weist hierzu einen Antriebsmotor 6 auf, der eine Antriebswelle 7 hat, auf der ein Antriebszahnrad 8 drehfest gelagert ist. Der Antriebsmotor 6 ist beispielsweise durch ein nicht dargestelltes elektronisches Steuergerät ansteuerbar. Das Antriebszahnrad 8 hat eine erste Verzahnung 9, die im Eingriff mit einer an einem Zwischenrad 10 ausgebildeten zweiten Verzahnung 11 steht, mit der sie eine erste Getriebestufe 12 bildet. Die zweite Verzahnung 11 verläuft nicht über den gesamten Umfang des Zwischenrades 10, sondern segmentartig nur über einen kleinen Teilbereich 32, der sich beispielsweise über etwa 1/3 des Umfangs des Zwischenrades 10 erstreckt, und hat einen deutlich größeren Teilkreisdurchmesser als die erste Verzahnung 9 des Antriebszahnrades 8. Über einen großen Teilbereich 33 des Umfangs des Zwischenrades 10 erstreckt sich eine dritte Verzahnung 13, beispielsweise über etwa 240°, die einen deutlich kleineren Teilkreisdurchmesser als die zweite Verzahnung 11 aufweist. Das Zwischenrad 10 setzt sich also aus einem mit einer Verzahnung 13 über etwa 240° erstreckenden kleinen Zahnradsegment und einem mit einer Verzahnung 11 über etwa 120° erstreckenden großen Zahnradsegment zusammen.

Ein Abtriebsglied 14 ist drehbar um die Welle 5 gelagert und hat eine segmentartig an seinem Umfang angeordnete vierte Verzahnung 15, die zusammen mit der dritten Verzahnung 13 eine zweite Getriebestufe 16 bildet. Die Gesamtlänge der vierten Verzahnung 15 kann in Umfangsrichtung etwas größer sein als die Gesamtlänge der dritten Verzahnung 13, so daß gewährleistet ist, daß die Verzahnungen 13, 15 bei jeder möglichen Drehwinkelstellung des Zwischenrades 10 miteinander im Eingriff bleiben. Die Ausbildung unterschiedlicher Teilkreisdurchmesser in einer Getriebeebene am Zwischenrad 10 wird insbesondere durch die Beschränkung des Verstellbereichs der Stelleinrichtung 1 auf einen Teilbereich des Stellbereichs der Drosselklappe 4 ermöglicht.

Eine Drehbewegung des Abtriebsgliedes 14 ist mittels eines Mitnehmermechanismus 17 auf die Welle 5 übertragbar. Auf der Welle 5 ist hierzu ein Mitnehmerring 18 drehfest gelagert, an dessen Umfang eine Mitnehmernase 19 ausgebildet ist. Die Mitnehmernase 19 hat eine radial nach außen gerichtete Mitnahmefläche 20, die mit einer am Abtriebsglied 14 ausgebildeten Absatzfläche 21 korrespondiert. Über eine in der Zeichnung nicht gezeigte, die Welle 5 entgegen dem Uhrzeigersinn beaufschlagende Rückstellfeder werden die Flächen 20, 21 im Eingriff gehalten.

Die Verzahnungen 9, 11, 13, 15 sind jeweils als stirnradartige Außenverzahnungen ausgebildet. Bei einer Drehbewegung der Antriebswelle 7 im Uhrzeigersinn verdreht sich daher das Abtriebsglied 14 ebenfalls im Uhrzeigersinn. Über den Mitnehmermechanismus 17 wird dabei ebenfalls der Mitnehmerring 18 und damit die Welle 5 verdreht. Durch Drehung der Antriebswelle 7 in entgegengesetzter Richtung kann die Welle 5 anschließend in eine Ausgangsstellung zurückgebracht werden. Erfolgt die Verstellung der Drosselklappe 4 über die mit dem Gaspedal gekoppelte Betätigungseinrichtung, so kann die Mitnahmefläche 20 von der Absatzfläche 21 des Mitnehmermechanismus 17 abheben, so daß die Drosselklappe 4 unabhängig von der Stelleinrichtung 1 verstellt werden kann.

Antriebswelle 7, Zwischenrad 10 und Welle 5 haben Drehachsen 22, 23, 24, die parallel zueinander liegen. Die Drehachsen 22, 23, 24 können dabei versetzt zueinander angeordnet sein, oder in einer gemeinsamen Ebene liegen. In Fig. 1 sind die in einer Ebene liegenden Drehachsen 22, 23 um einen Abstand a gegenüber der Drehachse 24 versetzt.

In Fig. 2 ist ein Halbschnitt entlang der Drehebene eines zweiten Ausführungsbeispieles gezeigt, bei dem die Drehachsen 22, 23, 24 von Antriebswelle 7, Zwischenrad 10 und Welle 5 in der Schnittebene liegen. Die gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 gleichbleibenden und gleichwirkenden Teile sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Zu erkennen ist der im Gehäuse 2 angeordnete Antriebsmotor 6 mit dem auf der Antriebswelle 7 drehfest gelagerten Antriebszahnrad 8. Die erste Getriebestufe 12 weist ein dem Verhältnis der Teilkreisdurchmesser von erster Verzahnung 9 und zweiter Verzahnung 11 entsprechendes Übersetzungsverhältnis auf.

An der der zweiten Verzahnung 11 gegenüberliegenden Stirnseite des Zwischenrades 10 ist die dritte Verzahnung 13 ausgebildet, die zusammen mit der vierten Verzahnung 15 des Abtriebsgliedes 14 die zweite Getriebestufe 16 bildet, die ebenso wie die erste Getriebestufe 12 eine Übersetzung ins Langsame bewirkt. Die Verzahnungen 9, 11, 13 und 15 können als Schrägverzahnungen oder als Geradverzahnungen ausgebildet sein und haben senkrecht zu den Drehachsen 22, 23, 24 verlaufende, die axiale Länge der Verzahnungen 9, 11, 13 und 15 halbierende Mittelachsen 25, die etwa in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die Mittelachsen 25 stellen damit auch Mittelachsen der Getriebestufen 12, 16 dar. Der Mitnehmerring 18 ist mit möglichst geringem Axialabstand zu den Mittelachsen 25 auf der Welle 5 angeordnet.

Bedingt durch die Ausbildung zweier Verzahnungsbereiche am Zwischenrad 10 mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern lassen sich zwei Getriebestufen 12, 16 in einer Getriebeebene realisieren. Ein derartig ausgebildetes Zwischenrad 10 kann vorteilhafterweise aus Kunststoff hergestellt sein. Am Zwischenrad 10 ist im Bereich der Drehachse 23 ein Lagerzapfen 26 ausgebildet, der über eine beliebige Lagerung, beispielsweise über eine Gleitlagerung 27, im Gehäuse 2 drehbar gelagert ist.

Durch die Ausbildung der Verzahnungen 9, 11, 13, 15 als Geradverzahnungen kann die Entstehung axialer Verzahnungskräfte vermieden werden. Das Abtriebsglied 14 hat eine hohlzylindrische Erweiterung 28, die an ihrem Umfang im Gehäuse 2 oder auf der Welle 5 drehbar gelagert ist. Mittels eines Gehäusedeckels 29, der in den Fig. 1 und 3 nicht gezeigt ist, kann das Gehäuse 2 nach außen hin geschlossen werden.

Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung 1. Die gegenüber den vorhergehenden Ausführungsbeispielen gleichbleibenden und gleichwirkenden Teile sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Der wesentliche Unterschied zu den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und Fig. 2 liegt in der Ausgestaltung des Zwischenrades 10, bei dem die zweite Verzahnung 11 als Innenverzahnung ausgebildet ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß sich das erzielbare Übersetzungsverhältnis der ersten Getriebestufe 12 bei gleichen Abständen der Drehachsen 22, 23 erhöht, da sich dadurch der Teilkreisdurchmesser der zweiten Verzahnung 11 um den zweifachen Teilkreisdurchmesser der ersten Verzahnung 9 vergrößert. Gleichzeitig ist damit eine Umkehrung des Drehsinnes zwischen Antriebsmotor 6 und Welle 5 verbunden.

Bedingt durch die erfindungsgemäße Ausbildung von Verzahnungen 11, 13 mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern am Zwischenrad 10 und die Anordnung der Getriebestufen 12, 16 in einer Getriebeebene, was heißt, daß die Mittelachsen 25 der Getriebestufen 12, 16 in einer gemeinsamen Ebene liegen, ist ein günstiger Kraft bzw. Momentenverlauf erzielbar.


Anspruch[de]
  1. 1. Stelleinrichtung zur Steuerung eines Strömungsquerschnittes einer ein Betriebsmittel führenden Strömungsleitung einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit einem wenigstens zweistufigen Übersetzungsgetriebe, das ein Antriebszahnrad, ein Abtriebsglied mit einer Verzahnung und wenigstens ein Zwischenrad aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem wenigstens einen Zwischenrad (10) Verzahnungen (11, 13) ausgebildet sind, die unterschiedliche Teilkreisdurchmesser haben und sich jeweils über Teilbereiche (32, 33) des Umfangs des Zwischenrades (10) erstrecken, wobei die eine Verzahnung (11) mit dem Antriebszahnrad (8), und die andere Verzahnung (13) mit dem Abtriebsglied (14) zusammenwirkt.
  2. 2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen (11, 13) mit dem Antriebszahnrad (8) und der Verzahnung (15) des Abtriebsgliedes (14) Getriebestufen (12, 16) bilden, die radial nach außen verlaufende und dabei die axiale Erstreckung der Verzahnungen (11, 13) halbierende Mittelachsen (25) haben, die etwa in einer gemeinsamen Ebene liegen.
  3. 3. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen (11, 13) des wenigstens einen Zwischenrades (10) als Außenverzahnungen ausgebildet sind.
  4. 4. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Verzahnungen (11, 13) des wenigstens einen Zwischenrades (10) eine Innenverzahnung aufweist.
  5. 5. Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß am wenigstens einen Zwischenrad (10) ein Lagerzapfen (26) ausgebildet ist.
  6. 6. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebszahnrad (8), das Zwischenrad (10) und das Abtriebsglied (14) Drehachsen (22, 23, 24) haben, die in einer gemeinsamen Ebene liegen.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com