DE3825075C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stelleinrichtung für ein Steuerelement, insbesondere für die Drosselklappe einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merk­ malen.

Eine derartige Stelleinrichtung ist aus der DE 36 28 456 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Stelleinrichtung ist in die mechanische Übertragungsvorrichtung ein umlenkbares, flexibles Teil wie ein Zahnriemen oder die Seele eines Bowdenzuges eingefügt, das über ein Rad geführt ist, dessen Abstützung mittels eines Motors oder eines Elektromagneten verschiebbar ausgebildet ist. Damit kann einer Grundver­ stellung des Steuerelements durch den Betätigungshebel eine davon unabhängige Korrekturverstellung in Abhängigkeit von anderen Einflußgrößen wie Antriebsschlupf und Motorschlepp­ moment überlagert werden. Bei dieser Stelleinrichtung ist die Verwendung eines umlenkbaren, flexiblen Teils not­ wendig, das einerseits an der Umlenkung am Rad besonderen Belastungen ausgesetzt ist und andererseits mit seinem gesamten Zug die Abstützung des Rades belastet. Bei einer nichtparallelen Zu- und Abführung des umlenkbaren Teils zu und von dem Rad besteht kein konstantes Übersetzungs­ verhältnis zwischen der Radverschiebung und der Ver­ längerung bzw. Verkürzung der Übertragungsvorrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stellein­ richtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Einleitung der anderen Einfluß- und Korrekturgrößen ohne Verwendung eines umlenkbaren, flexiblen Teils erfolgt, so daß größere Freiheiten in der Wahl der Mittel für die Übertragungsvorrichtung bestehen.

Die Aufgabe ist bei einer gattungsgemäßen Stelleinrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Stelleinrichtung erfolgen sowohl die Einleitung der Grundverstellung und der Korrekturverstellung im Planetengetriebe wie auch die Ausleitung der Verstellbewegung zum Steuerelement durch rein drehende Bewegungen. Insbesondere kann bei der vorteil­ haften Verwendung des Stellmotors auf ein längsverschieb­ bares Übertragungsmittel zwischen Elektromotor und Planeten­ getriebe und auf ein biegsames, flexibles Teil in der Über­ tragungsvorrichtung verzichtet werden. Die Übersetzungsver­ hältnisse zwischen den einzelnen Elementen des kompakt bauenden Planetengetriebes sind immer unabhängig von der Stellung dieser Elemente.

Die im Patentanspruch 2 angegebene Zuordnung der einzelnen Elemente des Planetengetriebes zum Betätigungshebel, zum Stellmotor und zum Steuerelement läßt eine günstige räum­ liche Gestaltung des Planetengetriebes und seiner An­ schlüsse zu, außerdem ist das Untersetzungsverhältnis zwischen Stellmotor und Steuerelement von Vorteil.

Im Patentanspruch 3 sind verschiedene Einfluß- und Korrektur­ größen angegeben, die den durch den Betätigungshebel ein­ geleiteten Grundverstellungen überlagert werden können. Insbesondere kann das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Betätigungshebel und dem Steuerelement durch eine über­ lagerte Drehbewegung des Stellmotors und des damit ver­ bundenen Elements im Planetengetriebe verändert werden, und zwar wird bei einer Drehbewegung des Stellmotors, die zu der Drehbewegung des mit dem Betätigungshebels ver­ bundenen Elements konstant ist, eine konstante Veränderung des Übersetzungsverhältnisses, bei einer nichtkonstanten Drehbewegung des Stellmotors ein nichtkonstantes Über­ setzungsverhältnis erreicht, so daß beispielsweise in Ab­ hängigkeit von den eingelegten Getriebegängen degressive, konstante oder progressive Übersetzungsverhältnisse zwischen Betätigungshebel und Steuerelement zu verwirklichen sind. Die Bestimmung der jeweiligen Korrekturgrößen kann in bekannter Weise mit Hilfe von Kennfeldern erfolgen.

Mit Hilfe der im Patentanspruch 4 angegebenen Merkmale ist jede Störung in der mechanischen Übertragungsvor­ richtung feststellbar, da die Stellung des Steuerelements in eindeutiger Weise von der Summe der Stellungen von Be­ tätigungshebel und Stellmotor abhängt. Diese Tatsache kann dazu genutzt werden, die Übertragung der Stellung des Betätigungshebels nach den Merkmalen des Patentan­ spruchs 5 vom Stellmotor mit übernehmen zu lassen.

Dagegen ist bei der gattungsbildenden Stelleinrichtung bei einer Störung in der Übertragungsvorrichtung, bei­ spielsweise einem Bruch des biegsamen, flexiblen Teils, sowohl die Grund- wie die Korrekturverstellung nicht mehr möglich.

Die nach dem Patentanspruch 6 ausgebildete Stelleinrichtung ermöglicht bei einer Störung in der den Stellmotor versorgenden elektrischen Einrichtung eine unverändert vollständige Grundverstellung durch den Betätigungshebel, jedoch ohne die Möglichkeit von Korrekturverstellungen, da in der an­ gegebenen Zwischenlage des Stellmotors der Betätigungs­ hebel und das Steuerelement adäquate Stellungen einnehmen.

In den Patentansprüchen 7 bis 9 sind Weiterbildungen der Stelleinrichtung angegeben, mit deren Hilfe das Verstellen und Feststellen des Stellmotors und des zugehörigen Elements des Planetengetriebes in einer Zwischenlage erfolgen kann. Dabei ermöglicht die im störungsfreien Fall zurückgezogene, den verstellbaren Anschlag bildende Anschlagstange eine un­ gehinderte Bewegung der Zahnstange in beiden Richtungen. Die im Störfall ohne Regelaufwand tätig werdenden Federn stellen auf einfache Weise die erforderliche Verstellung und Feststellung des Stellmotors sicher.

Mit den Ausbildungen der Stelleinrichtung nach dem Patent­ anspruch 10 wird auf sichere und einfache Art eine Ver­ bindung zwischen der Welle des Steuerelements und dem zugehörigen Element des Planetengetriebes hergestellt, falls aus Platz- oder anderen Gründen keine unmittelbare Ver­ bindung dieser Teile miteinander möglich ist. Die ange­ gebene Verbindung über drehende Teile ist auch deshalb vorteilhaft, weil die zu verbindenden Teile drehende Be­ wegungen ausführen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Stelleinrichtung für ein Steuerelement einer Brennkraftmaschine in Schrägansicht und die

Fig. 2 und 3 eine Notlaufvorrichtung für die Stelleinrichtung in verschiedenen Stellungen bei Normalbetrieb und im Störfall.

Das in der Zeichnung dargestellte Steuerelement ist eine Drosselklappe 1, die mittels einer Welle 2 in einem Luft­ ansaugkanal 3 der nicht weiter dargestellten Brennkraft­ maschine gelagert ist. Die Grundverstellung der Drossel­ klappe 1 wird vom Fahrzeugführer über einen Betätigungs­ hebel 4 eingeleitet, dessen Verstellung über einen Hebel 5 auf einen Bowdenzug 6 übertragen wird. Dieser greift an einem mit einem Außenrad 7 eines Planetengetriebes 8 ver­ bundenen Hebel 9 an. Das Planetengetriebe 8 umfaßt ferner ein Sonnenrad 10, das über die Sonnenradwelle 11 und ein Untersetzungsgetriebe 12 von einem Stellmotor 13 verstell­ bar ist, und ein oder mehrere Planetenräder 14, die sich auf dem Sonnenrad 10 und einer Innenverzahnung 15 des Außenrades 7 abwälzen können. Die Planetenradwellen sind als Planetenradträger 16 in einem mit der Sonnenradwelle 11 fluchtend auf einer Antriebsrad-Welle 17 gelagerten Antriebsrad 18 ge­ lagert, das über einen Zahnriemen 19 ein fest mit der Welle 2 der Drosselklappe 1 verbundenes Rad 20 antreibt. Die Grund­ verstellung der Drosselklappe 1 erfolgt somit im Normal­ betrieb auf rein mechanischem Weg und bei feststehendem Sonnenrad 10 in unmittelbarer Abhängigkeit von der Ver­ stellung des Betätigungshebels 4.

Neben dieser Grundverstellung der Drosselklappe 1 kann eine Korrekturverstellung erfolgen, die abhängig ist von Korrektur- und anderen Einflußgrößen, die, wie durch die Pfeile 21 angedeutet, in eine Recheneinheit 22 eingegeben und in dieser verarbeitet werden. Der von diesen, wie durch die Leitung 23 angedeutet, gesteuerte Stellmotor 13 ver­ stellt entsprechend das Sonnenrad 10, damit bei still­ stehendem Außenrad 7 die Planetenräder 14 und darüber die Drosselklappe 1. Diese Korrekturverstellung erfolgt völlig unabhängig von der Grundverstellung. Werden beide Ver­ stellungen gleichzeitig vorgenommen, so überlagern sie sich unabhängig voneinander, die Verstellung der Drosselklappe 1 ergibt sich, unter Berücksichtigung der in den Übertragungs­ wegen auftretenden Übersetzungen, als Summe der Verstellun­ gen des Betätigungshebels 4 und des Stellmotors 13.

Die in die Recheneinheit 22 eingegebenen Einflußgrößen können beispielsweise Radschlupfwerte oder Geschwindig­ keitsregelgrößen des Kraftfahrzeuges sein. Es können aber auch, in Kennfeldern gespeicherte, Korrekturgrößen ver­ wendet werden, die Korrekturverstellungen des Stellmotors 13 erzeugen, die der Grundverstellung derart überlagert werden, daß sich dauernde Übersetzungsveränderungen zwischen dem Betätigungshebel 4 und der Drosselklappe 1 ergeben. So können in Abhängigkeit beispielsweise vom eingelegten Gang des Fahrzeuggetriebes progressive oder degressive Über­ setzungsverläufe verwirklicht werden.

Die Tatsache, daß die Verstellung der Drosselklappen­ welle 2 unmittelbar abhängig ist von der Summe der Ver­ stellungen des Betätigungshebels 4 und des Stellmotors 13, macht man sich zur Kontrolle der Stelleinrichtung zunutze, indem die Verstellwege des Betätigungshebels 4, der Sonnen­ radwelle 11 und der Drosselklappenwelle 2 von drei Ist­ wertgebern 24, 25, 26 festgestellt und über Leitungen 27, 28, 29 an die Recheneinheit 22 weitergegeben werden. Diese vergleicht die Werte und macht eine unzulässige Abweichung beispielsweise durch ein Signal kenntlich. Mit Hilfe dieser Messungen können auch bestimmte mechanische Störungen selbständig ausgeglichen werden, so etwa eine Längung des Bowdenzuges 6 durch eine zusätzliche Korrekturver­ stellung des Stellmotors 13. Bei einer Unterbrechung der mechanischen Verbindung zwischen dem Betätigungshebel 4 und dem Außenrad 7 zieht eine am Hebel 9 befestigte Rück­ stellfeder 30 diesen gegen einen Anschlag 31 in Leerlauf­ stellung und hält ihn und somit das Außenrad 7 in dieser Stellung fest. Die vom Istwertgeber 24 festgestellte Ver­ stellung des Betätigungshebels 4 wird über die Rechenein­ heit 22 als zusätzliche Korrekturgröße auf den Stellmotor 13 gegeben, so daß dieser die Drosselklappe 1 entsprechend der Betätigung des Betätigungshebels 4 verstellen kann. Die anderen Einfluß- und Korrekturgrößen können dabei weiterhin be­ rücksichtigt werden. Die Stelleinrichtung arbeitet in diesem Störfall ähnlich wie eine sogenannte E-Gasanlage.

Im Falle einer Störung im elektrischen oder elektroni­ schen Teil der Stelleinrichtung wird der Stellmotor 13 stromlos geschaltet und, wie im folgenden beschrieben, das Sonnenrad 10 in eine Zwischenstellung gebracht und dort festgehalten, in der die Grundverstellungen des Betätigungshebels 4 ohne Überlagerung eines Korrektur­ wertes auf die Drosselklappe 1 übertragen werden. Es ist also auch in diesem Störfall eine Verstellung der Drossel­ klappe 1 über ihren gesamten Verstellweg möglich, wenn auch ohne Korrektur durch die anderen Einfluß- und Korrektur­ größen.

Die Ver- und Feststellung des Sonnenrades 10 erfolgt durch eine im störungsfreien Fall vorgespannte Zugfeder 32 (Fig. 2), die an einer mit einem Zahnrad 33 in Eingriff stehenden Zahnstange 34 angreift, das mit der Sonnenradwelle 11 dreh­ fest verbunden ist. Die Zahnstange 34 kann sich im störungs­ freien Fall nach beiden Seiten frei bewegen, sie wird zu­ sammen mit dem Zahnrad 33 von der Sonnenradwelle 11 mitge­ schleppt. Im Störungsfall (Fig. 3) mit stromlosem Stell­ motor 13 zieht die Zugfeder 32 das eine Ende 35 der Zahn­ stange 34 gegen einen verstellbaren Anschlag 36 einer An­ schlagstange 37. Diese wird im störungsfreien Fall von einem stromführenden Magneten 38 gegen die Kraft einer Druckfeder 39 in einer Endlage gehalten, während sie im Störfall bei gleichzeitig mit dem Stellmotor 13 stromlos werdendem Magneten 38 durch die Druckfeder 39 gegen einen festen Anschlag 40 in eine zweite Endlage gebracht wird, wobei sich ihr Anschlag 36 der Zugstange 34 nähert. Die Lage der Zahnstange 34 und damit des Sonnenrades 10 ist somit im Störungsfall genau festgelegt, während im störungsfreien Fall deren Bewegungen nicht durch die zurück­ gezogene Anschlagstange 37 behindert werden.

Claims (10)

1. Stelleinrichtung für ein Steuerelement, insbesondere für die Drosselklappe einer Brennkraftmaschine eines Kraft­ fahrzeuges, mit einer mechanischen Übertragungsvorrichtung zwischen einem Betätigungshebel und dem Steuerelement zur Übertragung der Verstellung des Betätigungshebels auf das Steuerelement und mit einer Vorrichtung zum von der Ver­ stellung des Betätigungshebels unabhängigen Einfügen von anderen Einfluß- und Korrekturgrößen in die Übertragungs­ vorrichtung mit einem in Abhängigkeit von diesen Einfluß- und Korrekturgrößen verstellbaren Stellmotor und einem auf die Übertragungsvorrichtung einwirkenden Zahnrad, gekennzeichnet durch ein in die Übertragungs­ vorrichtung eingeschaltetes Planetengetriebe (8) mit drei drehbaren Elementen Außenrad (7), Sonnenrad (10) und Planetenradträger (16), der zwischen dem Außenrad (7) und dem Sonnenrad (10) angeordnete Planetenräder (14) trägt, von denen jeweils eins dieser Elemente mit dem Be­ tätigungshebel (4), mit dem Stellmotor (13) und mit dem Steuerelement (Drosselklappe 1) in Wirkverbindung steht.

2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrad (7) mit dem Betätigungshebel (4), das Sonnenrad (10) mit dem Stellmotor (13) und der Planetenrad­ träger (16) mit dem Steuerelement (Drosselklappe 1) in Wirk­ verbindung stehen.

3. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Stellmotor (13) einwirkenden Einfluß- und Korrekturgrößen der Schlupf der Fahrzeugräder, die Fahr­ geschwindigkeit oder ein sich in Abhängigkeit von der Stellung des Betätigungshebels (4) und dem eingelegten Gang eines Fahrzeuggetriebes änderndes Übersetzungsver­ hältnis zwischen den Verstellungen des Betätigungshebels (4) und des Steuerelements (Drosselklappe 1) sind.

4. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Stellungen von Betätigungshebel (4), Stellmotor (13) und Steuerelement (Drosselklappe 1) durch jeweils einen Ist­ wertgeber (24, 25, 26) festgestellt werden und daß die Summe der Stellungswerte von Betätigungshebel (4) und Stellmotor (13) mit dem Stellungswert des Steuerelements (Drosselklappe 1) in einer Recheneinheit (22) verglichen wird.

5. Stelleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Störung in der mechanischen Übertragungs­ vorrichtung zwischen dem Betätigungshebel (4) und dem mit diesem verbundenen Element (Außenrad 7) des Planeten­ getriebes (8) dieses Element (Außenrad 7) durch Federkraft (Rückstellfeder 30) in eine der Leerlaufstellung ent­ sprechende Endstellung gebracht und dort festgehalten wird und daß der durch den Istwertgeber (24) des Be­ tätigungshebels (4) festgestellte Stellungswert auf den Stellmotor (13) gegeben und dieser entsprechend diesem Stellungswert zusätzlich zu den anderen Einfluß- und Korrekturgrößen verstellt wird.

6. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (13) im stromlosen Zustand und damit das mit ihm verbundene Element (Sonnenrad 10) des Planeten­ getriebes (8) durch Federkraft (Zugfeder 32) in eine Zwischenlage gebracht und dort festgehalten werden.

7. Stelleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Stellmotors (13) in die Zwischen­ lage durch eine Zahnstange (34) erfolgt, die bei stromlosem Stellmotor (13) durch die Federkraft (Zugfeder 32) gegen einen verstellbaren Anschlag (36) verstellt wird.

8. Stelleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß den verstellbaren Anschlag (36) eine Anschlagstange (37) bildet, die durch einen Magneten (38) in einer Endlage ge­ halten und bei mit dem Stellmotor (13) gleichzeit stromlos werdendem Magneten (38) durch Federkraft (Druckfeder 39) in Richtung auf die Zahnstange (34) in eine zweite Endlage verstellt wird.

9. Stelleinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (34) an der Sonnenradwelle (11) an­ greift.

10. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Steuerelement (Drosselklappe 1) ver­ bundene Element (Planetenradträger 16) des Planetenge­ triebes (8) mit einem Antriebsrad (18) und die Welle (2) des Steuerelements (Drosselklappe 1) mit einem getriebenen Rad (20) drehfest verbunden sind und daß ein endloses biegsames Antriebsmittel, insbesondere ein Zahnriemen (19) , das Antriebsrad (18) mit dem getriebenen Rad (20) verbindet.