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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung für eine Drosselklappe und einen Stellantrieb für eine Stelleinrichtung für eine Drosselklappe
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Stelleinrichtungen für Drosselklappen bekannt, beispielsweise für die Dosierung der Frischluftzufuhr für eine Brennkraftmaschine.
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Eine derartige Stelleinrichtung weist häufig ein Gehäuse mit einem Gehäuseunterteil und mit einem Deckel auf, wobei der Deckel mit dem Gehäuseunterteil so miteinander verbunden ist, dass ein Eindringen von Schmutz oder Staub oder fluiden Medien bzw. Fluide (Flüssigkeiten oder Gasen) ins Innere des Gehäuses vermieden werden kann. Das Gehäuse weist dabei einen ersten und einen zweiten Raum auf. Dabei ist in einem ersten Raum ein Stellglied, beispielsweise ein Drosselkörper, angeordnet. In einem vom ersten Raum separaten zweiten Raum ist ein Stellantrieb mit elektrischen Anschlüssen und einem Treibrad angeordnet. Durch das geschlossene Gehäuse wird der Stellantrieb mit den elektrischen Anschlüssen und dem Treibrad gegen eine Beschädigung durch vom Außenraum eindringende Fluide, Schmutz oder Staub geschützt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass es beim Betrieb der Stelleinrichtung zu einer Erwärmung des Stellantriebs kommen kann. Eine Herausforderung besteht dabei darin, die Entwärmung des Stellantriebs derart sicherzustellen, dass der Stellantrieb nicht überhitzt und dadurch beschädigt wird.
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Weiterhin hat sich gezeigt, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Gehäuse aufgrund des den Stellantrieb kapselnden zweiten Raums ein großes Volumen umschließen müssen, wodurch viel Material verbraucht wird. Dies erhöht einerseits das Gewicht des Drosselklappengehäuses und führt darüber hinaus auch zu hohen Materialkosten. Angesichts der Ziele beispielsweise im Automobilbau, den Kraftstoffverbrauch von Brennkraftmaschinen zu verringern, kommt der Gewichtsreduzierung der Komponenten eine steigende Bedeutung zu.
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Eine Gewichtsreduzierung durch die Verwendung von geringeren Wandstärken ist aus Stabilitätsgründen nur in gewissen Grenzen möglich. Der Verwendung kleinerer Stellantriebe sind durch Mindestanforderungen an das zu übertragende Drehmoment Grenzen gesetzt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Werkstoffe mit einem spezifisch geringeren Gewicht zu verwenden. Auch diese Option ist aufgrund von Anforderungen an die mechanische Stabilität sowie an die Temperatur- und Druckanforderungen des Gehäuses nur eingeschränkt verwendbar oder ist aufgrund hoher Kosten für hochstabile Leichtbau-Werkstoffe nicht praktikabel.
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Es kann daher ein Bedarf bestehen, eine Stelleinrichtung für Drosselklappe bereitzustellen, bei der der Stellantrieb besonders gut und einfach entwärmt werden kann, die besonders leicht und gleichzeitig mechanisch ausreichend stabil und temperaturresistent ist und bei der das Innere des Gehäuses vor im Außenraum des Gehäuses befindlichen Fluiden, Schmutz und Staub geschützt ist.
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Vorteile der Erfindung
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Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Stelleinrichtung für eine Drosselklappe vorgeschlagen.
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Die Stelleinrichtung weist dabei auf bzw. umfasst dabei: ein Gehäuse mit einem ersten Raum und mit einem zweiten Raum, ein im ersten Raum angeordnetes Stellglied und einen zumindest abschnittsweise im zweiten Raum angeordneten Stellantrieb. Dabei ist vorgesehen, dass der Stellantrieb von einem Außenraum außerhalb des Gehäuses zugänglich ist, wobei zwischen der Innenwand des zweiten Raums und der Außenwand des Stellantriebs eine Dichtung angeordnet ist, die den zweiten Raum gegen den Außenraum abdichtet, wobei die Dichtung an die Außenwand des Stellantriebs angespritzt ist.
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Die Dichtung kann durch das Anspritzen positionsgenau, d.h. mit geringen Positionstoleranzen, fertigungssicher und wiederholbar an der Außenwand des Stellantriebs angeordnet werden. Die Dichtung kann dadurch verliersicher an der Außenwand des Stellantriebs angeordnet sein.
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Mit anderen Worten: das Gehäuse der Stelleinrichtung weist einen zweiten Raum auf, der nicht durch das Gehäuse als solches abgeschlossen ist, sondern (ohne montierten Stellantrieb) zum Außenraum hin offen ist. Der Stellantrieb ist in dem zweiten Raum angeordnet. Er ist jedoch dadurch, dass das Gehäuse am zweiten Raum nicht abgeschlossen ist, vom Außenraum her zugänglich.
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Dadurch wird gleichzeitig vorteilhaft die Entwärmung des beispielsweise als Elektro-Motor ausgebildeten Stellantriebs verbessert. Denn durch die Öffnung des Gehäuses kann beispielsweise Umgebungsluft zumindest an einen Teil des Stellantriebs gelangen und dadurch eine Entwärmung bewirken (zum Beispiel mittels Konvektion), welche in einem vollständig abgeschlossenen Gehäuse nicht mit der gleichen Effizienz möglich ist. Gleichzeitig wird auf diese Weise vorteilhaft Material am Gehäuse eingespart, da die Öffnung nicht verschlossen werden muss.
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Der in den zweiten Raum eingesetzte Stellantrieb verringert zwar die Öffnungsfläche des zweiten Raums zum Außenraum. Um jedoch das Innere des Gehäuses, insbesondere den im zweiten Raum angeordneten Teil des Stellantriebs, vor aus dem Außenraum eindringenden Fluiden, Schmutz oder Staub zu schützen ist vorteilhaft die zwischen der Außenwand des Stellantriebs und der Innenwand des zweiten Raums angeordnete Dichtung vorgesehen. Damit die Dichtung nicht durch einen Montagefehler unwirksam wird ist vorteilhaft die Dichtung an die Außenwand des Stellantriebs angespritzt. Dies kann vorteilhaft vor der Montage des Stellantriebs im zweiten Raum erfolgen, so dass die Dichtung bereits bei der Herstellung des Stellantriebs auf ihre Qualität hin überprüft werden kann. Das Material der Dichtung kann dabei zunächst in einem flüssigen bzw. fließfähigen Zustand vorliegen und auf die Außenwand des Stellantriebs bzw. des Stellantrieb-Gehäuses aufgetragen werden. Beispielsweise durch chemische Reaktionen kann das Material der Dichtung dann seinen endgültigen Zustand erreichen und als Dichtung wirken. Entscheidend ist dabei, dass die Dichtung fest mit der Außenwand des Stellantriebs verbunden ist und im Unterschied beispielsweise zu einem O-Ring nicht manuell und lösbar an dieser positioniert werden muss. Dadurch, dass die Dichtung an die Außenwand des Stellantriebs angespritzt ist wird vorteilhaft auch die Wartung bzw. eine Reparatur der Stelleinrichtung vereinfacht. Denn beim Austausch beispielsweise des Stellantriebs muss dieser lediglich aus dem zweiten Raum entfernt und nach der Reparatur wieder eingesetzt werden. Auf den richtigen Sitz der Dichtung muss hierbei vorteilhaft nicht geachtet werden, da nach dem Anspritzen und ggf. dem chemischen Abreagieren die Dichtung fest mit der Außenwand des Stellantriebs verbunden ist.
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Der Begriff „eine Dichtung“ schließt die Mehrzahl nicht aus. Mit anderen Worten ist unter dem Begriff „eine Dichtung“ synonym der Ausdruck „wenigstens eine Dichtung“ zu verstehen. Es kann also beispielsweise genau eine Dichtung an der Außenwand des Stellantriebs angeordnet bzw. angespritzt sein. Es ist jedoch auch möglich, dass mehr als eine Dichtung an der Außenwand des Stellantriebs angeordnet bzw. angespritzt ist.
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Das Gehäuse kann beispielsweise ein Gehäuseunterteil und einen Deckel aufweisen, wobei im montierten Zustand der Deckel an dem Gehäuseunterteil befestigt ist.
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Der zweite Raum kann insbesondere ein vom ersten Raum separater Raum sein. Er kann beispielsweise vom ersten Raum durch eine (Zwischen)Wand getrennt sein.
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Der erste Raum und der zweite Raum können beispielsweise in dem Gehäuseunterteil angeordnet sein. Der zweite Raum kann beispielsweise an einer vom Deckel abgewandten Seite eine Öffnung aufweisen, durch welche der Stellantrieb vom Außenraum her zugänglich ist.
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Durch die Dichtung kann beispielsweise nur derjenige Teilraum gegen den Außenraum abgedichtet werden der sich bezüglich der Öffnung im zweiten Raum innenseitig des Gehäuses befindet. Somit wird der vor Fluiden, Schmutz und Staub geschützte Teilraum des zweite Raums an seinem dem Außenraum zugewandten Ende durch die (wenigstens eine) Dichtung begrenzt.
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Der Stellantrieb kann über eine Halteplatte an dem Gehäuse fixierbar sein. Dabei kann die Halteplatte am Gehäuseunterteil, in einem Bereich benachbart zum Deckel, fixiert sein, beispielsweise angeschraubt sein, mittels Nieten fixiert sein, angeklebt sein oder angeschweißt sein.
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Der Stellantrieb kann an einem ersten Ende vom Außenraum her zugänglich sein. Der Stellantrieb kann an einem von dem ersten Ende abgewandten zweiten Ende eine aus dem Stellantrieb-Gehäuse herausragende Welle aufweisen. Der Stellantrieb kann ein Treibrad aufweisen, welches z.B. an der Welle befestigt sein kann. Mittels des Treibrads, das z.B. als Zahnrad oder als Gummirad ausgebildet sein kann, kann z.B. ein Drehmoment auf das Stellglied übertragen werden.
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Das Stellglied kann als ein um eine Drehachse schwenkbar gelagerter Drosselkörper ausgebildet sein. Im Gehäuse kann ein zwischen dem Stellantrieb und dem Stellglied angeordnetes Getriebe zum Übertragen eines Drehmoments des Stellantriebs auf das Stellglied vorgesehen sein.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Stellantrieb ein fluiddicht geschlossenes Stellantrieb-Gehäuse aufweist, wobei die Außenwand eine Außenwand des Stellantrieb-Gehäuses ist. Mit anderen Worten ist der Stellentrieb als Voll-Stellantrieb oder als Vollmotor ausgebildet.
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Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass nicht nur der zweite Raum vor Fluiden, Schmutz und Staub geschützt ist, sondern dass auch kein im Außenraum befindlicher Schmutz, Staub oder auch kein Fluid in das Innere des Stellantriebs hineingelangen kann. Das Innere des Stellantriebs ist so durch das Gehäuse des Stellantriebs selber geschützt – ein Schutz durch ein den Stellantrieb vollständig umschließende Gehäuse der Stelleinrichtung ist nicht mehr notwendig. So kann vorteilhaft das Gehäuse der Stelleinrichtung einfacher und mit geringerem Materialeinsatz hergestellt werden kann.
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Im Kontext dieser Anmeldung ist unter dem Begriff „Voll-Stellantrieb“ bzw. „Vollmotor“ ein Stellantrieb bzw. ein Motor zu verstehen, der ein geschlossenes und dichtes, beispielsweise sogar fluiddichtes, Stellantrieb-Gehäuse zumindest in demjenigen Abschnitt des Stellantrieb-Gehäuses aufweist, der mit dem Außenraum des Stellantriebs in Kontakt kommen kann. Also in demjenigen Abschnitt, der stromaufwärts der Dichtung hin zum Außenraum gelegen ist. Bevorzugt ist das Stellantrieb-Gehäuse eines Voll-Stellantriebs bzw. eines Vollmotors derart geschlossen bzw. abgedichtet oder sogar fluiddicht abgedichtet, so dass unter normalen Betriebsbedingungen kein Fluid, insbesondere keine Flüssigkeit ins Innere des Voll-Stellantriebs bzw. des Voll-Motors eindringen kann.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Stellantrieb mit einem ersten Ende aus dem zweiten Raum hinausragt. Mit anderen Worten ist dadurch der zweite Raum besonders stark verkleinert worden. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass eine besonders große Menge an Material des Gehäuses der Stelleinrichtung eingespart werden kann. Gleichzeitig kann dadurch eine besonders gute Entwärmung des Stellantriebs bewirkt werden.
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Das Stellantrieb-Gehäuse bzw. der Stellantrieb kann z.B. eine Länge L entlang seiner längsten axialen Erstreckung aufweisen. Die Länge L des Stellantrieb-Gehäuses bzw. des Stellantriebs kann z.B. vom ersten Ende bis zum zweiten Ende des Stellantriebs bestimmt werden. Die Länge des Stellantriebs kann dabei beispielsweise entlang der Längsachse des Stellantriebs bemessen werden. Dabei ist unter der Längsachse die Achse mit der längsten Erstreckung zu verstehen. Dabei kann das Ende des zweiten Endes an derjenigen Stelle festgelegt sein, an der eine Welle oder Achse des Stellantriebs aus dem Stellantrieb-Gehäuse hindurchtritt. Mit anderen Worten werden die Welle bzw. Achse des Stellantriebs oder auch nach außen abragende elektrische Kontaktierelemente (Kontaktfahnen, etc.) nicht zur Länge L mitgerechnet.
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Beispielsweise kann der Stellantrieb um wenigstens 25%, bevorzugt um wenigstens 50% und ganz besonders bevorzugt um wenigstens 75% seiner Länge L aus dem zweiten Raum herausragen und damit in den Außenraum hineinragen und so besonders gut entwärmt werden.
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Dabei kann der Stellantrieb ein vom ersten Ende abgewandtes zweites Ende aufweisen. Die Dichtung kann beispielsweise in einem an das zweite Ende angrenzenden Dicht-Abschnitt des Stellantriebs an die Außenwand des Stellantriebs angespritzt sein. Der Dicht-Abschnitt kann sich beispielsweise entlang maximal 75% der Länge L des Stellantrieb-Gehäuses bzw. des Stellantriebs erstrecken, bevorzugt entlang maximal 50% der Länge L des Stellantrieb-Gehäuses bzw. des Stellantriebs und ganz besonders bevorzugt entlang maximal 25% der Länge L des Stellantriebs bzw. des Stellantrieb-Gehäuses.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Stellantrieb zum Verstellen des schwenkbar gelagerten Stellglieds ausgebildet ist.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Stellantrieb ein BLDC-Motor (BLDC = bürstenloser Gleichstrommotor, z.B. mit elektrischer Kommutierung) ist. Dadurch kann vorteilhaft ein besonders wartungsarmer und verschleißfreier Betrieb der Stelleinrichtung gewährleistet werden.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Stellantrieb eine Halteplatte aufweist, die, insbesondere wenigstens abschnittsweise, in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Stellantriebs über eine Außenkontur des Stellantriebs hinausragt, wobei der Stellantrieb über die Halteplatte an dem Gehäuse fixierbar ist.
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Dabei kann die Halteplatte z.B. am Gehäuseunterteil, in einem Bereich benachbart zum Deckel, fixiert sein, beispielsweise angeschraubt sein, mittels Nieten fixiert sein, angeklebt sein oder angeschweißt sein. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass der Stellantrieb sicher im Gehäuse befestigt ist, obwohl er vom Außenraum her zugänglich ist. Durch die Halteplatte und ihre über die Außenkontur hinausragende Kontur ist weiterhin vorteilhaft sichergestellt, dass bei der Montage des Stellantriebs der Stellantrieb nicht durch die Öffnung des zweiten Raums hindurchrutschen kann. Außerdem wird so die Position der Dichtung an der Außenseite des Stellantriebs genau einstellbar, da aufgrund der Halteplatte die Dichtung in axialer Richtung betrachtet immer an einem definierten Abstand von der Trägerplatte an der Innenseite des zweiten Raumes abdichtet. An dieser Position der Innenwand des zweiten Raumes können beispielsweise geometrische Strukturen angeordnet sein, die die Dichtwirkung verbessern, z.B. eine Verdickung an der Innenseite des zweiten Raumes oder eine Gummierung, etc.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse überwiegend aus einem Metall gebildet ist. Beispielsweise kann das Gehäuse aus Aluminium gebildet sein. Dadurch wird das Gehäuse vorteilhaft besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Gleichzeitig ist eine gute thermische und mechanische Stabilität gewährleistet.
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Alternativ kann das Gehäuse überwiegend aus einem Kunststoff gebildet sein. Dadurch ist das Gehäuse vom Gewicht her betrachtet vorteilhaft besonders leicht und außerdem kostengünstig herstellbar. Bei der Verwendung von Kunststoff für das Gehäuse ist durch die Erfindung besonders vorteilhaft eine Verbesserung der Entwärmung gewährleistet.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Dichtung als Silikon-Dichtung oder als Silikonschaum-Dichtung oder als Polyurethanschaum-Dichtung oder als Polyurethan-Dichtung ausgebildet ist.
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Durch die Verwendung einer Silikon-Dichtung oder einer Silikonschaum-Dichtung wird vorteilhaft eine besonders weiche, flexible und elastische Dichtung bereitgestellt, die auch unter tropisch feuchten Bedingungen nur wenig oder kein Wasser aufnimmt. Weiterhin vorteilhaft besitzen sie auch eine hohe Resistenz gegenüber vielen Chemikalien wie z.B. Reinigungsmitteln, Alkoholen, Schmierstoffen, Salz- und Salpetersäure, Bremsflüssigkeiten, Kühlmitteln oder Ammoniakgasen.
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Durch die Verwendung einer Polyurethanschaum-Dichtung oder einer Polyurethan-Dichtung kann vorteilhaft eine besonders weichelastische Dichtung bereitgestellt werden.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass entlang einer axialen Richtung des Stellantriebs betrachtet eine Mehrzahl von Dichtungen, beispielsweise zwei, drei oder mehr als drei Dichtungen, zwischen der Innenwand des zweiten Raums und der Außenwand des Stellantriebs angeordnet ist. Dabei ist diese Mehrzahl von Dichtungen an die Außenwand des Stellantriebs angespritzt.
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Unter dem Begriff „Mehrzahl“ ist im Sinne dieser Anmeldung ein zum englischen Begriff „a plurality (of)“ zu verstehen. Eine Mehrzahl beinhaltet wenigstens zwei Elemente. Davon unterschieden sein soll der Begriff „die Mehrheit von“; der angibt, dass es sich um mehr als 50% der Elemente aus einer Menge von Elementen handelt.
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Dadurch wird vorteilhaft die Dichtwirkung verbessert und die Zuverlässigkeit erhöht. Denn ein Ausfall einer der Dichtungen kann durch das Vorhandensein wenigstens einer weiteren Dichtung kompensiert werden – dadurch wird ein Redundanzeffekt bewirkt. Außerdem kann auf diese Weise vorteilhaft auch eine mögliche Toleranz des Innendurchmessers des zweiten Raumes oder des Außendurchmessers der Dichtung bzw. der Mehrzahl von Dichtungen besser abgefangen werden. Denn Verunreinigungen, die die erste Dichtung passieren konnten, können noch von den dahinterliegenden Dichtungen vom Eindringen in den zweiten Raum abgehalten werden. Je mehr Dichtungen hintereinander angeordnet sind, desto zuverlässiger und besser ist die Dichtwirkung.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Mehrzahl der Dichtungen in axialer Richtung betrachtet hintereinander und voneinander beabstandet angeordnet ist. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine zusätzlich verbesserte Dichtwirkung erzielt. Denn durch die Beabstandung der Mehrzahl von Dichtungen ergibt sich zusätzlich zur Dichtwirkung der einzelnen Dichtung noch ein so genannter Labyrinth-Effekt, der die Dichtwirkung erhöht.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Stellantrieb für eine Stelleinrichtung für eine Drosselklappe vorgeschlagen.
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Der Stellantrieb für eine Stelleinrichtung für eine Drosselklappe umfasst dabei ein Stellantrieb-Gehäuse. Dieses Stellantrieb-Gehäuse kann z.B. einen Innenraum des Stellantriebs fluiddicht umgeben, so dass der Stellantrieb als Voll-Stellantrieb ausgebildet ist. Der Stellantrieb weist ein entlang einer axialen Richtung betrachtet erstes Ende und ein davon abgewandtes zweites Ende auf. Dabei kann am zweiten Ende eine – z.B. fluiddicht gegen das Innere des Stellantriebs abgedichtete – Welle aus dem Stellantrieb herausragen. An dem Stellantrieb kann am zweiten Ende ein Treibrad angeordnet sein. Dabei ist vorgesehen, dass in einem an das zweite Ende angrenzenden Dicht-Abschnitt des Stellantriebs an die Außenwand des Stellantriebs eine Dichtung angespritzt ist. Der Dicht-Abschnitt kann sich beispielsweise maximal entlang 75% der Länge L des Stellantrieb-Gehäuses bzw. des Stellantriebs erstrecken, bevorzugt maximal entlang 50% der Länge L des Stellantrieb-Gehäuses bzw. des Stellantriebs und ganz besonders bevorzugt maximal entlang 25% der Länge L des Stellantriebs bzw. des Stellantrieb-Gehäuses.
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Dadurch wird vorteilhaft ein modular verwendbarer Stellantrieb bereitgestellt, der in einer Vielzahl von Stelleinrichtungen für eine Drosselklappe verwendet werden kann. Weiterhin vorteilhaft ist der Stellantrieb auf diese Weise bereits unmittelbar nach seiner Herstellung montagefertig und die Dichtung ist verliersicher an der Außenwand des Stellantriebs befestigt. Dadurch kann vorteilhaft auf das manuelle Befestigen einer Dichtung (z.B. eines O-Rings) verzichtet werden, wodurch die Montagezeit sinkt, die Dichtwirkung zuverlässiger wird und die Montage-Fehlerrate ebenfalls gesenkt werden kann. Weiterhin kann so Material bei der Herstellung des Gehäuses einer Stelleinrichtung gespart werden, wodurch das Gehäuse sich kostengünstiger herstellen lässt und das Gehäuse vom Gewicht her leichter ist. Weiterhin vorteilhaft wird durch die angespritzte Dichtung zuverlässig und dauerhaft bei montiertem Stellantrieb verhindert, dass Fluide, Schmutz und Staub aus dem Außenraum in den zweiten Raum eindringen können.
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Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
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Es zeigen:
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1: eine perspektivische und teilweise aufgeschnittene Darstellung einer Stelleinrichtung für eine Drosselklappe gemäß dem Stand der Technik;
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2a: eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung für eine Drosselklappe;
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2b: eine perspektivische Ansicht des Stellantriebs aus 2a;
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2c: eine perspektivische Schnittzeichnung eines Ausschnitts im Bereich des zweiten Raums aus 2a;
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3a: eine perspektivische Ansicht eines Gehäuseunterteils einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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3b: eine perspektivische Ansicht des Stellantriebs aus 3a.
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1 zeigt eine perspektivische und aufgeschnittene Darstellung einer Stelleinrichtung 1 für eine Drosselklappe gemäß dem Stand der Technik. Die Stelleinrichtung 1 umfasst dabei ein Gehäuse 10 mit einem ersten Raum 11 und mit einem zweiten Raum 12. Das Gehäuse 10 als solches ist aus einem Gehäuseunterteil 18 und einem Gehäusedeckel bzw. Deckel 19 gebildet. Der erste Raum 11 kann beispielsweise an eine Frischluftleitung einer Brennkraftmaschine angeschlossen werden. Der erste Raum 11 ist vom zweiten Raum 12 getrennt. Im ersten Raum 11 ist ein Stellglied 20 angeordnet, wobei das Stellglied 20 als Drosselkörper 22 ausgebildet ist. Das Stellglied 20 ist um eine Drehachse 24 verschwenkbar.
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Die Stelleinrichtung 1 umfasst weiterhin einen vollständig im zweiten Raum 12 angeordneten Stellantrieb 30, beispielsweise einen Motor. Der zweite Raum 12 ist durch das Gehäuseunterteil 18 und den Deckel 19 gegen einen außerhalb des Gehäuses 10 liegenden Außenraum 2 abgeschlossen, und kann z.B. gegen das Eindringen von Fluiden, Schmutz und Staub aus dem Außenraum 2 abgedichtet sein. Das von dem Deckel 19 abgewandte Ende des zweiten Raums 12 ist somit gegen den Außenraum 2 abgeschlossen, siehe dazu die Stelle mit dem Bezugszeichen „A“.
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Der Stellantrieb 30 weist beispielsweise einen ungefähr zylindrischen Körper auf, dessen Stellantriebs-Gehäuse 30a teilweise Öffnungen aufweist, z.B. zum Befestigen von Magneten für den Stator eines als Elektromotor ausgebildeten Stellantriebs 30. Der Stellantrieb 30 ist mit einem ersten Ende 33 vom Deckel des Gehäuses 10 abgewandt und mit einem vom ersten Ende 33 abgewandten zweiten Ende 34 dem Deckel 19 zugewandt. Der Stellantrieb 30 weist eine Längsachse auf, welche eine axiale Richtung 15 definiert. Die Längsachse kann dabei als die Achse entlang der längsten Erstreckung des Stellantriebs 30 betrachtet werden.
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Der Stellantrieb 30 weist an seinem zweiten Ende 34 eine Welle mit einem daran befestigten Treibrad 35 auf. Das Treibrad ist als ein Zahnrad ausgebildet und kämmt mit einem ersten Zahnrad eines Getriebes 40. Das Getriebe 40 weist an einer Getriebeachse das erste Zahnrad mit einem großen Durchmesser und ein an derselben Getriebeachse angeordnetes zweites Zahnrad mit einem im Vergleich zum ersten Zahnrad kleineren Durchmesser auf. Das zweite Zahnrad des Getriebes 40 kämmt mit einem Zahnkranz, welcher an der Drehachse 24 des Stellglieds 20 befestigt ist. Auf diese Weise kann vom Stellantrieb 30 über das Getriebe 40 ein Drehmoment auf die Drehachse 24 des Stellglieds 20 übertragen werden, um so ein Verschwenken des als Drosselkörper 22 ausgebildeten Stellglieds 20 zu bewirken.
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In den folgenden Figuren sind Elemente, die denen aus 1 gleichen oder welche dieselben Funktionen bewirken, mit gleichen Bezugszeichen dargestellt.
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2a zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung 1 für eine Drosselklappe, wobei hier nur das Gehäuseunterteil 18 dargestellt ist. Das vollständige Gehäuse 10 kann auch einen hier nicht dargestellten Deckel 19 umfassen, der auf dem Gehäuseunterteil 18 wie in 1 befestigt sein kann.
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Im Unterschied zur Stelleinrichtung 1 aus 1 ist herbei der Stellantrieb 30 vom Außenraum 2 aus zugänglich. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stellantrieb 30 nur teilweise im zweiten Raum 12 angeordnet. Am ersten Ende 33 des Stellentrieb 30, 31 ragt ein großer Teil des Stellantriebs 30, 31 und eines Stellantrieb-Gehäuses 30a, 31a über den zweiten Raum 12 hinaus in den Außenraum 2. Auf diese Weise kann der Stellantrieb 30, 31 besonders gut entwärmt werden.
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Der Stellantrieb 30, 31 kann beispielsweise ein Elektro-Motor sein. Der Stellantrieb 30 kann beispielsweise auch als ein BLDC-Motor 31 ausgebildet sein. Das Stellantrieb-Gehäuse 30a, 31a umgibt ein Inneres des Stellantriebs 30, 31. Um nicht durch im Außenraum 2 vorhandene Fluide (Flüssigkeiten oder Gase) oder durch Schmutz oder Staub beeinträchtigt zu werden ist der Stellantrieb 30 als Vollmotor ausgeführt. Unter dem Begriff Vollmotor ist dabei zu verstehen, dass das Stellantrieb-Gehäuse 30a, 31a geschlossen ist. Es ist somit gegen äußere Einwirkungen fluiddicht abgedichtet. Für die Ausführungsform der Erfindung ist es zwar lediglich notwendig, dass derjenige Teil des Stellantriebs 30, 31 bzw. des Stellantrieb-Gehäuses 30a, 31a, welcher aus dem Gehäuse 10 bzw. aus dem zweiten Raum 12 des Gehäuses 10 in den Außenraum 2 herausragt, gekapselt bzw. fluiddicht geschlossen ist. Der Stellantrieb 30, 31 kann jedoch derart ausgeführt sein, dass auch die Durchführung der Welle mit dem darauf angeordneten Treibrad 35 fluiddicht gegen das Innere des Stellantriebs 30, 31 abgedichtet ist.
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An der vom Deckel (hier nicht dargestellt) abgewandten Seite des zweiten Raums 12, also an der Stelle mit dem Bezugszeichen „A“, ist im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik aus 1 das Gehäuseunterteil 18 nur verkürzt ausgebildet. Dadurch kann bei gleicher Länge und damit (Drehmoment)Leistung des Stellantriebs 30, 31 eine beträchtliche Menge Material des Gehäuses 10 bzw. des Gehäuseunterteils 18 eingespart werden. Das Gehäuse 10 bzw. das Gehäuseunterteil 18 können dabei beispielsweise zum überwiegenden Teil aus einem Metall, zum Beispiel Aluminium oder Eisen oder Stahl oder Titan oder einer Legierung dieser Metalle gebildet sein. Alternativ können das Gehäuse 10 bzw. das Gehäuseunterteil 18 zum überwiegenden Teil aus einem Kunststoff gebildet sein. Ohne den im zweiten Raum 12 angeordneten Stellantriebs 30, 31 weist das Gehäuseunterteil 18 an dieser Stelle eine Öffnung auf.
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Um das Eindringen von Fluiden, Schmutz oder Staub durch diese Öffnung hindurch ins Innere des zweiten Raums 12 zu verhindern ist zwischen der Außenwand des Stellantriebs 30, 31 und der Innenwand des zweiten Raums 12 eine Dichtung 50 angeordnet, die in 2 nicht zu erkennen ist. Diese Dichtung 50 ist an die Außenwand 32 des Stelleantriebs 30, 31 angespritzt. Sie dichtet den Innenraum des zweiten Raums 12 gegen ein Eindringen von Fluiden, Schmutz oder Staub durch die Öffnung bzw. durch einen Spalt 14 zwischen der Innenwand des zweiten Raums 12 und der Außenwand des Stellantriebs 30, 31 ab.
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Die Dichtung 50 ist dabei in einem an das zweite Ende 34 angrenzenden, hier gestrichelt eingezeichneten, Dicht-Abschnitt 34a des Stellantriebs 30, 31 an die Außenwand 32 des Stellantriebs 30, 31 angespritzt. Dabei erstreckt sich der Dicht-Abschnitt 34a beispielsweise maximal entlang 75% der Länge L des Stellantrieb-Gehäuses 30a, 31a. In der dargestellten Figur beträgt der die Erstreckung des Dicht-Abschnitts 34a ungefähr 20% bis 30% der Länge L.
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2b zeigt den Stellantrieb 30, der beispielsweise als Elektromotor oder als BLDC-Motor 31 ausgebildet ist. Jedoch ist auch eine Ausführung als herkömmlicher Elektromotor mit Bürsten denkbar. Die für einen Vollmotor kennzeichnende geschlossene Außenwand 32 des Stellantriebs 30, 31 ist gut zu erkennen. Angrenzend an das erste Ende 33 schließt sich in axialer Richtung 15 betrachtet ein Entwärmungs-Bereich 39 bzw. ein Entwärmungs-Abschnitt 39 an. Die Erstreckung dieses Entwärmungs-Bereichs 39 bzw. Entwärmungs-Abschnitts 39 kann beispielsweise wenigstens 25%, bevorzugt wenigstens 50% und ganz besonders bevorzugt wenigstens 75% der Länge des Stellantriebs 30, 31 in axialer Richtung 15 betragen. Der Entwärmungs-Bereich 39 bzw. Entwärmungs-Abschnitt 39 ist derjenige Bereich bzw. Abschnitt, der dem Außenraum 2 zugewandt ist und auf der Außenraum-Seite angeordnet ist. Mit anderen Worten: er ist vor der Dichtung 50 und dem hinter der Dichtung 50 befindlichen Innenraum des zweiten Raums 12 angeordnet. Der an das zweite Ende 34 grenzende Dicht-Abschnitt 34a ist ebenfalls eingezeichnet und erstreckt sich vom zweiten Ende 34 bis zur Dichtung 50. Der Dicht-Abschnitt 34a erstreckt sich in der Zeichnung ungefähr entlang von 20% bis 30% der Länge L des Stellantriebs 30, 31.
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An seinem zweiten Ende 34 weist der Stellantrieb 30, 31 in dieser Ausführungsform drei elektrische Anschlüsse auf, über welche der Stellantrieb 30, 31 beispielsweise mit Strom bzw. mit einer Spannung versorgt werden kann. Im Falle eines Elektro-Motors oder eines BLDC-Motors 31 können hier beispielsweise drei um jeweils 120° phasenversetzte Spannungen angelegt werden. Weiterhin weist der Stellantrieb 30, 31 an seinem zweiten Ende 34 eine Halteplatte 36 auf, die in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Stellantriebs 30, 31 mit zwei Befestigungslaschen über eine Außenkontur des Stellantriebs 30, 31 hinausragt. In den Befestigungslaschen sind beispielsweise noch Fixier-Öffnungen 37 angeordnet. Bei der Montage in das Gehäuseunterteil 18 kann der Stellantrieb 30, 31 somit von der dem Deckel 19 zugewandten Seite des Gehäuseunterteils 18 in den zweiten Raum 12 eingesteckt werden. Durch die Befestigungslaschen an der Halteplatte 36 liegt der Stellantrieb 30, 31 dann in einer definierten (axialen) Position auf dem Gehäuseunterteil 18 an und kann beispielsweise durch eine Verschraubung oder das Anbringen von Nieten durch die Fixier-Öffnungen 37 fest mit dem Gehäuseunterteil 18 verbunden werden. Es ist selbstverständlich auch möglich, den Stellantrieb 30, 31 durch eine Schweißverbindung oder durch Ankleben am Gehäuseunterteil 18 zu fixieren.
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2c zeigt das Gehäuseunterteil aus 2a mit eingesetztem Stellantrieb 30, 31 in perspektivischer und teilweise geschnittener Ansicht. Es ist gut zu erkennen, dass der Stellantrieb 30, 31 nur abschnittsweise im zweiten Raum 12 angeordnet ist und mit einem großen Teil (dem Entwärm-Abschnitt 39) seines Stellantrieb-Gehäuses 30a, 31a aus dem zweiten Raum 12 hinausragt und dem Außenraum 2 exponiert ist. Fluide, Schmutz und Staub können aus dem Außenraum 2 zunächst durch den zwischen der Außenwand 32 des Stellantriebs 30, 31 und der Innenwand 13 des zweiten Raums 12 befindlichen Spalt 14 in den zweiten Raum 12 eindringen. Es ist gut zu erkennen, dass die Dichtung 50, welche radial betrachtet zwischen der Außenwand 32 des Stellantriebs 30, 31 und der Innenwand 13 des zweiten Raums 12 angeordnet ist, den Innenraum des zweiten Raums 12 gegen die in den Spalt 14 potenziell eindringenden Fluide, Schmutzstoffe oder den eindringenden Staub abdichtet.
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Die an die Außenwand 32 des Stellantriebs 30, 31 angespritzte Dichtung 50 kann beispielsweise als Silikon-Dichtung oder als Silikonschaum-Dichtung ausgebildet sein. Dadurch ist sie besonders resistent gegen aggressive Medien (z.B. Salzwasser, Bremsflüssigkeit, Reinigungsmittel, Öle, etc.) und ist aufgrund ihrer Flexibilität und Weichheit und des geringen Wasseraufnahmevermögens auch für tropische Bedingungen oder Feuchtraumbedingungen geeignet. Alternativ kann die Dichtung 50 als Polyurethanschaum-Dichtung oder als Polyurethan-Dichtung ausgebildet sein.
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3a und 3b zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist entlang der axialen Richtung 15 des zweiten Raums 12 betrachtet eine Mehrzahl von Dichtungen 50 (im dargestellten Ausführungsbeispiel: zwei Dichtungen 50a, 50b) zwischen der Innenwand 13 des zweiten Raums 12 und der Außenwand 32 des Stellantriebs 30, 31 angeordnet. Diese Mehrzahl der Dichtungen 50a, 50b ist an die Außenwand 32 des Stellantriebs 30, 31 bzw. des Stellantrieb-Gehäuses 30a, 31a angespritzt. Da beide Dichtungen 50a, 50b an die Außenwand 32 des Stellantriebs 30, 31 angespritzt sind, sind beide Dichtungen 50a, 50b verliersicher am Stellantrieb 30, 31 festgelegt. Um die Dichtwirkung nicht nur durch die Redundanz infolge der Anordnung mehrerer Dichtungen hintereinander zu erhöhen, sondern auch aufgrund eines Labyrinth-Effektes zu verbessern, sind die zwei Dichtungen 50a, 50b in axialer Richtung 15 betrachtet hintereinander angeordnet und voneinander beabstandet angeordnet. Der Abstand zwischen den zwei Dichtungen 50a, 50b ist hierbei mit dem Bezugszeichen „d“ dargestellt. Die Breite einer einzelnen Dichtung 50a, 50b, d.h. die Länge der Erstreckung der Dichtung in axialer Richtung 15, ist mit dem Bezugszeichen „b“ dargestellt. Der Abstand d kann für eine optimale Dichtwirkung dabei zwischen 3/10 der Breite b und dem zweifachen der Breite b der Dichtungen betragen (0,3·b <= d <= 2·b), bevorzugt zwischen 0,5·b und 1,5·b.
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Grundsätzlich ist auch die Verwendung von mehr als zwei Dichtungen 50a, 50b denkbar, beispielsweise drei Dichtungen, vier Dichtungen oder sogar mehr als vier Dichtungen.
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Die Stelleinrichtung 1 für eine Drosselklappe bzw. der Stellantrieb 30, 31 für eine Stelleinrichtung 1 für eine Drosselklappe kann beispielsweise für Brennkraftmaschinen verwendet werden, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, Lastkraftwagen, Schiffen oder allgemein in Verbrennungsmotoren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008055127 A1 [0004]
