DE10209052A1 - Torsionsfederaufbau für eine elektronische Luftdrossel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drosselklappenkörper, der eine Feder nutzt und einen Einsatz, um eine Kraft zu erzeugen, die entgegengesetzt zur Bewegung des Öffnungsvorgangs einer Drosselklappe verläuft. Der Einsatz positioniert und zentriert die Wicklungen der Feder und wirkt während des Zusammenbaus dahingehend, ein geeignetes Torsionsausmaß an die Feder und das Drosselklappensystem anzulegen. Sobald ein Drosselklappenkörpermotor oder eine andere Kraft keine Kraft mehr auf die Feder ausübt, veranlasst die Feder die Drosselklappe dazu, zu schließen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft einen Torsionsfederaufbau zum Bewegen einer Luftdrossel in eine Schließposition.

In Kraftfahrzeugen zum Einsatz gelangende Verbrennungsmotoren arbeiten typischerweise mit Luft-/Kraftstoffgemischen, wobei eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung bzw. -einspritzdüse Kraftstoff zuführt und wobei eine Luftdrossel Luft zuführt. An Bord des Kraftfahrzeugs vorgesehene Computer, die dahingehend programmiert sind, auf ein Signal von einem Gaspedal des Kraftfahrzeugs zu reagieren, ermitteln die Kraftstoff- und Luftmengen. Wenn ein Fahrer schneller fahren möchte, drückt er das Gaspedal nieder und signalisiert damit dem Computer, dem Motor mehr Kraftstoff und mehr Luft zuzuführen. Die Kraftstoffeinspritzdüsen reagieren durch Zuführen von mehr Kraftstoff und die Luftdrossel reagiert durch Einstellen einer größeren Öffnung, um mehr Luft in die Zylinder des Motors zuströmen zu lassen. Wenn der Fahrer langsamer fahren möchte, hebt er seinen Fuß an und gibt das Gaspedal entsprechend frei, wodurch den Kraftstoffeinspritzdüsen signalisiert wird, weniger Kraftstoff zuzuführen, und wodurch der Luftdrossel signalisiert wird, sich in eine stärker geschlossene Position zu bewegen.

Die Luftdrossel ist typischerweise eine Luftklappe, in der eine Drosselklappe auf einer Welle den Luftstrom bzw. den Luftdurchsatz steuert. Ein Getriebezug zu einem Elektromotor, der auf den An-Bord-Computer reagiert, steuert die Wellendrehung und damit die Drosselklappenposition. Wenn der Computer mehr Luft anfordert, dreht sich die Welle in der Richtung zum Öffnen der Klappe. Wenn weniger Luft benötigt wird, dreht sich die Welle in die entgegengesetzte Richtung, um die Klappe zu schließen. Wenn der Elektromotor ausfällt, muss die Luftklappe bzw. die Luftdrossel in einen Sicherheitszustand bewegen. Das heißt, der Fahrer des Fahrzeugs wünscht, dass jede Störung in dem Luftklappenzug in einem geschlossenen bzw. fail-"safe"-Zustand zu liegen kommt, wodurch der Betrieb des (Verbrennungs)motors unterbrochen wird, anstatt in einer "offenen" Position auszufallen, was zu einem unkontrollierten Betrieb führen würde.

Eine auf die Welle während der Montage der Luftklappe gewickelte Feder ermöglicht ein automatisches Schließen der Luftklappe. Wenn die Welle sich dreht, um mehr Luft zuströmen zu lassen, wickelt sie die Feder auf und versetzt sie in einen Spannungszustand, demnach die Kraft oder Vorspannung der Feder der Drehung der Welle in dieser Richtung entgegenwirkt. Wenn der Elektromotor ausfällt, spannt die Feder die Welle in die entgegengesetzte Richtung zum Schließen der Klappe vor. Während der Herstellung und der Montage der Luftklappe ist es jedoch schwierig, die Feder aufzuwickeln, sie auf der Welle zu montieren und das richtige Torsionsausmaß für den gewünschten Vorgang anzulegen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Torsionsfederaufbau zu schaffen, der den vorstehend angesprochenen Nachteil überwindet und sich besonders gut eignet für eine elektronische Luftklappe für Kraftfahrzeuganwendungen.

Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich des Torsionsfederaufbaus durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich eines Verfahrens zum Bewegen der Luftklappe in eine geschlossene Position durch die Merkmale des Anspruchs 14 und hinsichtlich einer elektronischen Luftklappe durch Merkmale des Anspruchs 21 sowie hinsichtlich eines Ventils durch die Merkmale des Anspruchs 23.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit anderen Worten schafft die vorliegende Erfindung einen neuartigen Einsatz, der dazu verwendet wird, die Feder zu wickeln und sie auf der Welle einer Luftklappe zu montieren. Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Torsionsfederaufbau. Dieser Torsionsfederaufbau kann verwendet werden, um eine Luftklappe in eine geschlossene Position zu bewegen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Aufbau bevorzugt eine schraubenartig bzw. spiralförmig gewickelte Feder mit mehreren Wicklungen, einschließlich einer ersten und einer letzten Wicklung, wobei die ersten und letzten Wicklungen jeweils einen Endabschnitt bzw. ein umgebogenes Ende aufweisen. Die umgebogenen Enden können unter einem Winkel zum Körper der Wicklung hingebogen sein, wie etwa unter einem rechten Winkel, oder sie können radial oder tangential von der Feder ausgehend verlaufen. Ein Ende eines Einsatzes kommt in der Feder zu liegen, um das Zentrum der Feder zu stützen. Dieses Ende des Einsatzes weist einen Durchbruch bzw. ein Loch auf, um einen der Endabschnitte der Feder aufzunehmen, wodurch verhindert wird, dass die Feder sich frei dreht. Das andere Ende der Nase weist zumindest zwei Schlitze und zumindest eine Nase auf.

In einer Ausführungsform umfasst der Torsionsfederaufbau ein Gehäuse mit Schlitzen, die mit den Nasen des Einsatzes zusammenzupassen, wenn sie zusammengebaut sind. Der Aufbau umfasst außerdem ein Belastungselement, das konzentrisch zum Einsatz montiert werden soll und einen Durchbruch oder ein Loch aufweist, um den anderen Endabschnitt oder das andere umgebogene Ende der Feder aufzunehmen. Diese Teile werden daraufhin bevorzugt mit einem Wickelwerkzeug zusammengebaut. Hierzu wird ein Wickelwerkzeug genutzt, um den Einsatz um einen festgelegten Winkel derart zu drehen, dass seine Nase mit den Schlitzen in dem Gehäuse zusammenpasst. Gemäß einer Ausführungsform zentriert der Einsatz außerdem die Feder und verhindert eine unerwünschte Bewegung. Das Wickeln der Feder versetzt diese in einen Spannungszustand. Nach dem Wickeln passen die Nasen des Einsatzes mit den Schlitzen in dem Gehäuse zusammen und der Torsionsfederaufbau enthält bzw. nimmt die Feder auf, den Einsatz und das Lastelement auf einer Seite des Gehäuses. Eine Kappe bzw. ein Deckel auf der anderen Seite trägt dazu bei, den Einsatz zu positionieren und die Feder von der Umgebung abzuschirmen.

In weiteren Ausführungsformen können weitere Teile zusätzlich vorgesehen sein, um eine Luftdrossel fertig zu stellen, einschließlich einem Elektromotor und einem Getriebezug auf dem Gehäuse und einem Zahnrad bzw. Zahnradsektor auf dem Belastungselement. Eine Welle mit einer Klappe bzw. einem Ventil, wie etwa eine Drosselklappe, kann konzentrisch zur Feder und dem Einsatz angebracht werden und die Drosselklappe bildet Teil einer Luftdrossel mit einem Drosselkörper. Der Elektromotor wird genutzt, um die Welle in Drehung zu versetzen, wodurch die Drosselklappe über den Getriebezug geöffnet und geschlossen wird. Die Luftdrossel kann auch einen Positionssensor zum Zurückführen von Positionsinformation zu einem Bord-Computer enthalten.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewegen einer Luftdrossel in eine geschlossene Position. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Bereitstellen einer elektronischen Luftdrossel, wobei diese Drossel mit einer Rückstellfeder und einem Einsatz zusammengebaut ist, wobei der Einsatz auf das Zentrum einwirkt und die Feder trägt, und wenn die Luftdrossel zusammengebaut ist, wird die Feder unter Spannung gesetzt. Das Verfahren sieht außerdem bevorzugt das Öffnen der Luftdrossel und ein zusätzliches Verdrehen der Feder durch Öffnen der Luftdrossel vor, wobei die Feder durch den Aufbau verdreht gehalten wird. Das Verfahren sieht daraufhin das Schließen der Luftdrossel durch die Verdrehung bzw. Vorbelastung der Feder vor, wenn eine die Luftdrossel offenhaltende Kraft freigegeben wird, und die Feder kann die Luftdrossel veranlassen, unter Schließen der Luftdrossel in entgegengesetzter Richtung bewegt zu werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Luftdrossel unter Nutzung eines Torsionsfederaufbaus,

Fig. 2 eine Explosionsansicht eines Torsionsfederaufbaus auf einer Welle,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Elektromotorabdeckung, die einen Torsionsfederaufbau abdeckt,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Elektromotorabdeckungsaufbaus unter Darstellung einer Tasche bzw. Eintiefung zum Aufnehmen einer Torsionsfeder,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Einsatzes für einen Torsionsfederaufbau,

Fig. 6 eine Ansicht einer zusammengebauten Torsionsfeder auf einem Einsatz,

Fig. 7 eine weitere Ansicht einer Elektromotorabdeckung zur Aufnahme eines Torsionsfederaufbaus und eines Einsatzes,

Fig. 8 eine Ansicht einer Kappe für einen Torsionsfederaufbau,

Fig. 9 eine Ansicht eines Ventils bzw. einer Drosselklappe unter Verwendung eines Torsionsfederaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 10 ein Wickelwerkzeug für einen Torsionsfederaufbau gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die Erfindung erleichtert die Montage bzw. den Zusammenbau eines Torsionsfederaufbaus, wie etwa eines in einer elektronischen Luftklappe zum Einsatz kommende
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Um dies zu bewirken, wird eine Feder um die Welle gewickelt und mit einer geringen Torsionskraft in einer Richtung entgegengesetzt zur Bewegung vorgespannt bzw. vorbelastet, welche Bewegung das Ventil öffnet. Wenn die Luftdrossel betätigt und der Elektromotor veranlasst wird, die Drosselklappe zu öffnen und die Welle zu drehen, wird an die Feder eine größere Torsionskraft angelegt.

Es ist jedoch sehr schwierig, die Feder zu wickeln und vorzubelasten bei ihrer Montage auf die Welle. Wenn die Feder gewickelt und daraufhin auf die Welle montiert wird, muss eine Vorbelastung bzw. eine kleine Torsionskraft während des Zusammenbaus bereitgestellt werden. Der Einsatz und seine Nasen, die in Passschlitze des Gehäuses oder einer Elektromotorabdeckung passen, erlauben die Konstruktion und Herstellung einer Torsionsfeder mit einem bekannten und feststehenden Ausmaß an Vorbelastung bzw. Vorspannung und Torsion.

Fig. 1 zeigt eine Luftdrossel, wie etwa eine elektronische Luftdrossel zum Ansaugen von Luft für einen Verbrennungsmotor. Die elektrische bzw. elektronische Luftdrossel 10 umfasst ein Drosselgehäuse 12, eine Drosselklappe 14 und einen Drosselklappenpositionssensor 15. Steuerungen für die Luftdrossel können eine Elektromotorabdeckung 16, einen Elektromotor 18, eine Tasche 20 auf der Elektromotorabdeckung für eine Rückstellfeder und eine Kappe 22 umfassen. Der Elektromotor empfängt im Betrieb ein Signal von einer (nicht gezeigten) Steuereinheit zum Öffnen der Luftdrossel. Der Elektromotor dreht sich und veranlasst einen (nicht gezeigten) Getriebezug, eine Welle in Drehung zu versetzen, an welcher die Drosselklappe angebracht ist. Die Elektromotorabdeckung stellt bevorzugt eine Halterung für den Motor, den Getriebezug und weitere Teile für die Luftdrossel bereit, einschließlich einem Torsionsfederaufbau, der eine Kraft auf die Welle bereitstellt, um dem Drehmoment entgegenzuwirken bzw. dieses auszubalancieren, das durch den Elektromotor über den Getriebezug bereitgestellt wird. Fig. 2 zeigt eine Explosionsansicht eines Torsionsfederaufbaus für eine Drosselklappe. Die Drosselklappe 14 wird durch eine Welle 26 über ein Zahnrad 28 in Drehung versetzt, das ebenfalls an der Welle angebracht ist und die Schnittstelle zum Getriebezug bereitstellt. Das Zahnrad kann durch ein beliebiges geeignetes Mittel angebracht sein, einschließlich maschinelles Ausbilden des Zahnrads als integralen Teil der Welle, wie etwa einer Welle mit einem darauf verkeilten Zahnrad. Das Zahnrad kann auch getrennt von der Welle geformt und dann auf dieser angebracht werden oder das Zahnrad kann direkt auf die Welle geformt sein durch Spritzgießen oder Kompressionsgießen oder durch einen anderen geeigneten Prozess. In einer Ausführungsform bildet ein Einsatz 30 ebenfalls einen Teil des Torsionsfederaufbaus und agiert im Einklang mit der Torsionsfeder 32.

Fig. 3 zeigt die zur Drosselklappe weisende Seite der Elektromotorabdeckung 16 (in der Ansicht von Fig. 1), während die gegenüberliegende Seite der Elektromotorabdeckung bevorzugt den Elektromotor 18, die Tasche 20 und die Kappe 22 enthält. Ein Teil des Torsionsfederaufbaus ist an der Elektromotorabdeckung angebracht gezeigt und enthält die Feder 32. Ein umgebogener Endabschnitt 33 der Feder greift in ein Sektorzahnrad 38 über einen Durchbruch 40 im Sektorzahnrad ein bzw. ist auf Masse gelegt. Ein Getriebezug ist außerdem dargestellt und umfasst den Elektromotor 18 mit dem Zahnrad 34, wie etwa einem Zahnrad, das am Anker des Elektromotors angebracht ist, verbunden über ein Zahnrad 36 mit dem Sektorzahnrad 38. Alternativ eignet sich hierfür auch ein verkeilter Wellenanker. Wenn der Elektromotor sich durch den Getriebezug dreht, dreht sich auch das Sektorzahnrad 38 und die Welle, die in einer zentralen Bohrung 39 in dem Zahnrad angebracht ist, wodurch die Welle und die Drosselklappe gedreht werden, wie in Fig. 1 gezeigt. Für diesen Getriebezug ist keine spezielle Anordnung erforderlich; vielmehr kann ein beliebiger geeigneter Mechanismus die Position und das Drehen einer Welle und der Drosselklappe steuern.

Fig. 4 zeigt die andere Seite der Elektromotorabdeckung 16, die zum Elektromotor 18 weist. Die Tasche 20 auf dieser Seite dient primär als Schnittstelle zu dem Einsatz und der vorstehend gezeigten Feder und nimmt diese auf. Die Tasche ist insbesondere so konstruiert, dass sie den Einsatz sowie die weiteren Teile des Torsionsfederaufbaus aufnimmt. Erkennbar in der Zeichnung ist ein Schlitz 54 auf dem Innendurchmesser der Tasche und zumindest eine gewinkelt verlaufende Kontaktfläche 44 von der schmalen Nase 56. Das Zahnrad 34 auf Seiten der Drosselklappe geht aus dieser Ansicht ebenfalls hervor. Der Einsatz wird so erstellt, dass er Nasen entsprechend den breiten und schmalen Schlitzen aufweist. Ein derartiger Einsatz 30 ist in Fig. 5 gezeigt. Dieser Einsatz weist eine zentrale Bohrung 50 und einen Kragen 58 zum Haltern der Feder auf sowie einen Durchbruch 57 zum Aufnehmen eines gebogenen Endabschnitts der Feder. Der Einsatz weist eine breite Nase 52 auf, bevorzugt zwei Schlitze 54 unter einem Winkel von 90 Grad auf der Peripherie und eine schmale Nase 56. Die Nasen entsprechen den Schlitzen in der Tasche und im zusammengebauten Zustand passen die Nasen in die Schlitze der Tasche.

Der zusammengebaute Einsatz 30 und die Feder 32 sind in Fig. 6 gezeigt. Ein Ende der Feder ist am Einsatz gehaltert, während das andere freie Ende der Feder mit dem umgebogenen Ende 33 für eine spätere Montage am Getriebezug oder am Sektorzahnrad dient. Die Feder kann eine oder mehrere Wicklungen 35 mit verringertem Durchmesser aufweisen, um dem Kragen an dem Einsatz anzubringen. Diese Ansicht zeigt außerdem die breite Nase 52 und die schmale Nase 56 auf derjenigen Seite des Einsatzes, die in die Tasche der Elektromotorabdeckung eingebaut wird, sowie Schlitze 54 auf dem Außendurchmesser bzw. Außenumfang des Einsatzes und der zentralen Bohrung 50. Fig. 7 zeigt eine Draufsicht der Elektromotorabdeckung 16 mit dem Elektromotor 18 bei an der Elektromotorabdeckung angebrachter Feder und dort angebrachtem Einsatz. In dieser Ansicht sind Merkmale der Tasche 20 und des Einsatzes 30 ebenso wie ihre bevorzugte räumliche Anordnung erkennbar. Die schmale Nase 56 ist unter einem Winkel von etwa 205° ausgehend von der breiten Nase 52 gezeigt, und die Nasen liegen nicht notwendigerweise auf demselben Radius ausgehend von der zentralen Bohrung 50. Die Nasen passen in Schlitze, die in die Tasche der Elektromotorabdeckung gebohrt bzw. eingelassen sind. Bevorzugt sind vier schmale Schlitze 54 gleichmäßig um etwa 90° beabstandet um den Einsatz herum angeordnet. Die Schlitze 54 stellen ein Spiel für Schnappsitzmerkmale einer Kappe bereit, welche den Feder abdeckt und schützt. Eine Lippe 41 stellt die hinterschnittene Fläche der Elektromotorabdeckung auf und wird benötigt für den Schnappeingriff und das Rückhalten der Schnappsitzmerkmale. Die Schlitze 54 sind als Merkmale in den Einsatz geformt und stellen ein Relief für die oberen Abschnitte der Schnappsitzfinger der Kappe bereit. Diese oberen Abschnitte verhindern, dass die Kappe sich dreht, sobald sie angebaut bzw. aufgesetzt ist. Außerdem ist in der Motorabdeckung ein Steckverbinder vorgesehen. Dieser kann für Steuer- oder Scromzufuhrsignale zum Motor 18 genutzt werden.

Fig. 8 zeigt die Kappe 22, die verwendet wird, um den Torsionsfederaufbau als Teil einer elektronischen Luftdrossel zu schützen. Die Kappe ist dazu ausgelegt, in die Tasche zu passen, und verhindert, dass Schmutz die Torsionsfederfunktion beeinträchtigt. Die Kappe weist ein oder mehrere Schnappsitzmerkmale 62 auf, bevorzugt ungefähr unter einem rechten Winkel 64 zwischen den Armen 66 und der Verriegelungsnase 68 des Schnappsitzmerkmals. Das Vorsehen eines rechten Winkels verhindert ein Freikommen der Kappe, sobald sie an der Tasche der Elektromotorabdeckung angebaut wurde, so dass eine Beschädigung beim Zerlegen verhindert wird. Weitere Winkel, die ein Zerlegen erlauben, können anstelle eines rechten Winkels vorgesehen sein, wobei jeweils ein beschädigungsfreies Zerlegen bevorzugt gewährleistet sein soll.

Fig. 9 zeigt eine Drosselklappe unter Verwendung des Torsionsfederaufbaus. Die Drosselklappe 90 umfasst einen Klappenkörper 92 und eine Welle 94, die mit einem Zahnrad 96 betriebsmäßig verbunden ist, wobei Welle und Zahnrad für ein problemloseres Drehen der Welle Passflächen bzw. Flachstellen aufweisen. Das Zahnrad weist außerdem einen Durchbruch 98 zur Verbindung mit einer Torsionsfeder auf. Die Welle wird durch ein Stellorgan 100 gedreht und die Klappe wird hierdurch geöffnet und geschlossen. Eine Torsionsfeder 102 ist an der Welle angebracht und ein Ende greift in den Durchbruch des Zahnrads ein bzw. es wird auf Masse festgelegt. Ein Einsatz 104 ist in der Feder angeordnet, um die Wicklungen der Feder zu zentrieren und abzustützen, wobei die Feder durch einen (nicht gezeigten) Durchbruch am Einsatz festgelegt ist, wie vorstehend gezeigt. Wenn das Stellglied zusammengebaut wird, werden seine mehreren Bestandteile positioniert, nämlich die Torsionsfeder, und der Einsatz, der so ausgelegt ist, dass an die Feder ein geeignetes Torsionsausmaß angelegt wird. Die Wellendrehung und das Klappengehäuse begrenzen die Bewegung der Feder.

Fig. 10 zeigt ein Wickelwerkzeug 110, das zum Einsatz für die vorliegende Erfindung geeignet ist. Das Werkzeug weist eine Grifffläche 112, einen Ständer 114 und Finger 116 auf, die geeignet sind, den Einsatz um ein vorbestimmtes Ausmaß zugunsten einer zuverlässigen Torsion der Feder zu wickeln. Das Werkzeug kann aus Metall oder widerstandsfähigem Kunststoff hergestellt sein, welches Material geeignet ist, die Feder unter Spannung zu setzen bzw. zu verdrehen, ohne dass dabei das Werkzeug verformt wird.

Bei der Feder handelt es sich typischerweise um Instrumentendraht bzw. eine Instrumentensaite der Stärke 12 bis 26 ga (gauge), der in eine Feder gewickelt ist und einen gebogenen Endabschnitt an einem ersten Ende der letzten Wicklung aufweist, so dass ein Ende an einem Antriebskraftelement oder Zahnrad festgelegt werden kann, das auf die Drosselklappe eine Bewegung überträgt, während das andere Ende an einem Einsatz anliegt. Der Einsatz ist bevorzugt ein Spritzgusskunststoff mit einem Elastizitätsmodul, der ausreichend hoch ist, um unter Belastung im Anwendungsfall einer Verformung widerstehen zu können, und hierbei handelt es sich bevorzugt um ein Biegemodul von 1,0 Millionen psi. Faserverstärkte Verbundstoffmaterialien eignen sich besonders gut für diese Anwendung. Bevorzugt ist Nylon 6/6, das zu 33% mit Glas gefüllt ist, obwohl andere Fasereinschlüsse und andere Polymere ebenfalls ein angemessenes Ergebnis bereitstellen.

Die Feder wird an einem Ende des Einsatzes angebracht und das gebogene Ende der Feder wird in einen Durchbruch des Einsatzes eingeführt. Hierdurch wird die Feder am Einsatz festgelegt und es wird sichergestellt, dass das Federende sich in einer fixen Position befindet, so dass dann, wenn das gegenüberliegende Ende der Wicklung gedreht wird, der Körper der Feder in einen Torsionszustand versetzt wird, d. h., sie wird aufgewickelt und neigt dazu, einem weiteren Wickeln zu widerstehen. Der Einsatz wirkt auch dahingehend, die Feder zu zentrieren und die Wicklungen der Feder zu stützen, so dass sie nicht über sich selbst zurücklaufen, knicken oder aneinander reiben. Die Kappe besteht bevorzugt aus faserverstärktem Verbundstoff, wie etwa Glas gefülltem Nylon, und ein zu 13% mit Glas gefülltes Nylon- 6/6-Material ist zufriedenstellend getestet worden. Materialien mit einem Elastizitätsbiegemodul von etwa 0,5 Millionen psi arbeiten in geeigneter Weise, obwohl ein Material mit einem kleineren Modul ebenfalls hinreicht. Sobald sie zusammengebaut und in Position eingeschnappt ist, vermag sich die Abdeckung nicht mehr frei zu drehen, und damit vermögen sich auch die Wicklung und der Einsatz nicht mehr zu drehen. Dies stellt sicher, dass die während des Zusammenbaus bzw. der Montage angelegte Vorspannung beibehalten wird, und dass die Feder im normalen Betrieb einer elektronischen Luftdrossel die benötigte Vorspannung das benötigte Leistungsvermögen zeigt während des Betriebs der elektronischen Luftdrossel und des Kraftfahrzeugs, in das sie eingebaut ist (hier habe ich wegen dem Bohren nichts verstanden).

Der Einsatz ist so ausgelegt bzw. erstellt, dass er die Wicklung abstützt, wie vorstehend erläutert, und er wirkt dahingehend, den Wicklungsgrad während der Montage des Torsionsfederaufbaus und der elektronischen Luftdrossel zu steuern. Der Einsatz ist bevorzugt mit einer schmalen Nase und einer breiten Nase so gebildet, dass er ausschließlich auf eine Art und Weise zusammengebaut werden kann, obwohl andere Konstruktionsarten mit Zungen gleicher Größe ebenfalls zum Einsatz kommen können. Der Einsatz ist außerdem mit Schlitzen für ein Wickelwerkzeug derart versehen, dass dann, wenn der Einsatz und die Wicklung zusammengebaut werden, das Wicklungswerkzeug mit einem festgesetzten Drehausmaß gedreht werden muss für den richtigen Zusammenbau. Die Schlitze sind außerdem mit einem Freiraum bzw. Spiel für eine Kappe versehen.

Um eine Ausführungsform zusammen zu bauen, wird die Wicklung in den Einsatz eingeführt und festgelegt. Der Getriebezug wird montiert, wobei Sorgfalt walten gelassen werden muss, um den Durchbruch in einem ersten Zahnrad oder Zahnradabschnitt in gewünschter Ausrichtung relativ zu dem Merkmal der Tasche auf der Motorabdeckung zur Flucht zu bringen, sowie derart, dass die Zahnräder sich nicht drehen, woraufhin sie in ein Drosselkörpergehäuse eingebaut werden, um die Feder und den Einsatz axial rückzuhalten. Daraufhin wird ein Werkzeug verwendet, um den Einsatz und die darin aufgenommene Feder um etwa 205° zu drehen, wodurch an die Feder eine Torsionslast bzw. -vorspannung angelegt wird. Diese Drehung führt zu einem Ausrichten der schmalen Feder und der breiten Feder in dem Einsatz mit dem schmalen Schlitz und dem breiten Schlitz der Elektromotorabdeckungstasche. Im nicht gewickelten bzw. nicht aufgewickelten Zustand übt die Feder eine axiale Kraft auf den Einsatz aus. Wenn die schmalen und breiten Zungen des Einsatzes mit den Schlitzen in der Elektromotorabdeckung fluchten, schiebt diese axiale Kraft den Einsatz in Position in der Tasche, zu welchem Zeitpunkt das Wickelwerkzeug entfernt werden kann. Die Kappe wird daraufhin in der Elektromotorabdeckung in Position eingeschnappt und mit den Schnappsitzmerkmalen der Kappe in Position verriegelt. Weitere Ausführungsformen können einen größeren oder kleineren Montagewinkel vorsehen, und zwar abhängig vom Torsionsausmaß oder dem Ausmaß der erwünschten Vorspannung.

Allgemeiner gesagt, werden die Torsionsfedern genutzt, um Energie zu speichern, so dass die Energie, die benötigt wird, um die Federn in einen Torsionszustand zu versetzen, nicht vollständig verloren geht, wenn die Feder in ihren Nicht-Torsionszustand rückkehrt. Eine weit verbreitete Verwendung eines Torsionsfederaufbaus findet sich in Gestalt sehr großer Federn, die für Garagentüröffnungseinrichtungen zum Einsatz kommen. Diese großen Federn werden in einen Torsionszustand versetzt, wenn die Garagentür geschlossen ist. Die in der Feder gespeicherte Energie wird daraufhin genutzt, um das Anheben der Tür zu unterstützen. Die Feder wird erneut in Torsion versetzt, wenn die Tür geschlossen wird. In einer Garage wird eine Torsionsfeder genutzt, um das Öffnen der Tür zu unterstützen, während bei elektronischen Luftdrosseln die Torsionsfeder genutzt wird, um die Luftdrossel zu schließen. Unter Verwendung von Torsionsfedern sind zahlreiche weitere Anwendungen bekannt, einschließlich Kraftfahrzeugtürfedern, chirurgische Klammern, elektrische Schaltungsunterbrecher, Glockenspielbetätigungsorgane, Fensterbeschattungen, Eisenbahnstraßenschranken, Kraftfahrzeugfensterregler, thermische Kontaktgeber, Sonnenpaneelspanneinrichtungen, Aufhängungsaufbauten, Abdichtungsaufbauten und Kinderspielzeuge.

Die mit der Erfindung erzielbaren speziellen Vorteile lassen sich am besten realisieren mit kleine Aufbauten, bei denen Wirtschaftlichkeit und Geschwindigkeit einen wesentlichen Faktor darstellen, wobei die Größe der Bestandteile deren Montage schwieriger macht als diejenige von sehr großen Feder, wie etwa solchen, die für Garagentüren oder für Eisenbahnschranken verwendet werden. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich insgesamt bei kleinen Bewegungen, wie solchen, bei denen eine flache Feder, wie etwa eine Belleville-Unterlegscheibe, von Vorteil sein kann.

Zusätzlich zu Luftdrosseln stellen sich die Vorteile der Erfindung für jede Art von Klappe ein bzw. Drosselklappe, insbesondere solchen, in denen das Dichtungselement oder das Ventilelement bzw. Klappenelement auf einer Welle zu liegen kommt, wie etwa bei einer Drosselklappe, jedoch auch bei Kugelventilen, bei Absperrschiebern, bei Kugelventilen und bei Schließhähnen.

Eine Ausführungsform der Erfindung kommt bei elektronischen Luftdrosseln zum Einsatz, bei denen ein Elektromotor die gewünschte Drehbewegung der Drosselklappe bereitstellt; andere Ausführungsform können jedoch Stellorgane umfassen, wie etwa Pneumatikzylinder oder Hydraulikzylinder. Während Zahnräder die Schnittstelle zwischen dem Ventil- bzw. Drosselklappenelement und der Bewegungskraft bilden können, können andere Mittel außer Zahnräder zum Einsatz kommen, wie Heber, Schrauben, Riemenscheiben od uDrchmesser aufweisen, um auf dem Einsatz oder für die Montage problemloser plaziert werden zu können.

Während der Torsionsfederaufbau vorstehend im Hinblick auf Materialien mit relativ hohem Leistungsvermögen erläutert wurde, wie etwa faserverstärktem Nylon und dergleichen, sind weniger teure Materialien ebenfalls geeignet für Anwendungen, die weniger Kraft erfordern, oder wenn die Anwendung eines Torsionsfederaufbaus nicht so wichtig ist, wie beim Schließen einer Drossel bzw. Drosselklappe in einem Kraftfahrzeug. Für Anwendungen bei Spielsachen, Spielen oder dergleichen können aus Polyethylen, Polypropylen oder anderen weniger steifen und weniger widerstandsfähigen Materialien geformte Einsätze hinreichen. Die elektronische Luftdrosselanwendung nutzt ein Zahnrad zum Bereitstellen einer beweglichen radialen Stelle für ein Ende der Drosselklappe; bei anderen Anwendungen kann es sich bei der beweglichen radialen Stelle für das ferne Ende der Torsionsfeder um ein Schwenkelement handeln (wie etwa beim Arm einer Puppe) oder um ein bewegliches Element (wie etwa um den Griff an einer Fensterschattengabeeinrichtung). Bei anderen Anwendungen können zwei bewegliche Elemente vorgesehen sein und der Torsionsfederaufbau wird lediglich benötigt, um sicherzustellen, dass die Elemente, die sich nicht auf einander zu bzw. in Berührung bewegen (Thermokontaktgeber) oder von einander weg (Entfalten und Ausfahren von Sonnenmarkisen).

Die vorstehend erläuterte Ausführung ist für die vorliegende Erfindung nicht beschränkend; diese ist vielmehr zahlreichen Abwandlungen und Modifikationen zugänglich, die sämtliche im Umfang der anliegenden Ansprüche liegen.

Claims (25)

1. Torsionsfederaufbau zum Bewegen einer Drosselklappe in eine geschlossene Stellung, aufweisend:
Eine spiralförmig gewickelte Feder mit einer ersten Wicklung und einer letzten Wicklung, wobei die ersten und letzten Wicklungen jeweils einen Endabschnitt aufweisen;
einen Einsatz, der im Innern des Aufbaus zu liegen kommt und die Feder stützt, wobei ein Ende des Einsatzes zumindest zwei Schlitze und zumindest zwei Schlitze und zumindest eine Nase aufweist, und wobei das andere Ende des Einsatzes einen Durchbruch aufweist, in den der Endabschnitt der ersten Wicklung passt,
ein Gehäuse mit zwei Seiten und Schlitzen, die mit den Zungen des Einsatzes zusammenpassen,
ein Belastungselement, das mit dem Einsatz zusammengebaut ist, wobei das Belastungselement einen Durchbruch zum Aufnehmen des Endabschnitts der letzten Wicklung der Feder aufweist, und
eine Kappe mit Zungen, die mit den Schlitzen des Einsatzes zusammenpassen, wobei der Aufbau mit einem Wickelaufbau zusammengebaut wird, um die Feder unter Torsion zu setzen und um die Feder zu montieren und den Einsatz und das Belastungselement auf einer ersten Seite des Gehäuses einzubauen und die Kappe auf der anderen Seite einzubauen.

2. Aufbau nach Anspruch 1, wobei die Federtorsion durch die Schlitze in dem Gehäuse und die Zungen in dem Einsatz rückgehalten ist.

3. Aufbau nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse, das einen Aufbau für eine Drosselklappe und das Belastungselement bildet, ein Sektorzahnrad ist.

4. Aufbau nach Anspruch 1, wobei der Einsatz und die Kappe Form- bzw. Spritzgussteile sind.

5. Aufbau nach Anspruch 1, wobei die Zungen der Kappe mehrere Finger sind, die in Passschlitze des Einsatzes passen bzw. eingesetzt sind.

6. Aufbau nach Anspruch 5, wobei die Finger Schnappsitzelemente sind.

7. Aufbau nach Anspruch 1, wobei der Aufbau durch Wickeln der Feder mit einem festgelegten Winkel mit einem Wickelwerkzeug bereitgestellt ist.

8. Aufbau nach Anspruch 7, wobei der Winkel 205° beträgt.

9. Aufbau nach Anspruch 1, wobei der Einsatz zwei ungleiche Zungen mit unterschiedlichen Radien in die Passschlitze des Gehäuses passen.

10. Aufbau nach Anspruch 1, außerdem aufweisend einen O-Ring, wobei die Kappe eine Nut für den O-Ring aufweist.

11. Aufbau nach Anspruch 1, wobei die Kappe, die Feder, der Einsatz und das Belastungselement koaxial zu einer Drosselklappenwelle der Drosselklappe verlaufen.

12. Aufbau nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Drosselklappe um eine elektronische Drosselklappe mit einem Elektromotoraufbau oder einer manuell betätigten Drosselklappe handelt.

13. Aufbau nach Anspruch 1, wobei die Endabschnitte der Feder umgebogen sind.

14. Verfahren zum Bewegen einer Drosselklappe in eine Schließstellung, aufweisend die Schritte:
Bereitstellen einer elektronischen Luftdrossel, wobei deren Drosselklappe mit einer Rückstellfeder und einem Einsatz zusammengebaut ist, wobei der Einsatz die Feder zentriert und trägt, und wobei das Montieren der Drosselklappe die Feder unter Torsion bzw. unter Spannung setzt,
Öffnen der Drosselklappe,
weiteres Wickeln der Feder durch den Öffnungsvorgang, wobei der Öffnungsvorgang ein Zahnrad in Drehung versetzt, und
wobei die Feder durch ein Zahnrad und durch den Einsatz unter Torsion gehalten ist, und
Schließen der Drosselklappe durch Drehen des Zahnrads in entgegengesetzter Richtung.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Einsatz und die Feder sich gemeinsam drehen, wobei die Struktur des Einsatzes es erlaubt, die Feder während der Montage unter ein gewünschtes Torsionsausmaß zu setzen.

16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Einsatz in die Feder passt, und wobei ein Ende des Einsatzes zumindest zwei Schlitze und zumindest eine Zunge aufweist, und wobei das andere Ende des Einsatzes einen Durchbruch aufweist, in den ein gebogener Abschnitt einer Wicklung der Feder passt.

17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Schließen durchgeführt wird über den Elektromotor oder die Torsion der komprimierten Feder.

18. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das gedrehte Zahnrad ein Sektorzahnrad ist.

19. Verfahren zum Bewegen einer Drosselklappe in eine Schließstellung, aufweisend:
Bereitstellen einer Luftdrossel bzw. Luftdrosselklappe, wobei die Drosselklappe geöffnet wird durch Drehen eines mit einer Welle und einer Drosselklappenplatte verbundenen Zahnrads, und
Wickeln einer Feder, um diese unter Torsion zu setzen, durch Drehen, wobei der Drehvorgang ein Zahnrad in Drehung versetzt, um die Feder zu wickeln, und wobei die Feder unter Torsion gehalten wird durch einen Einsatz, der die Feder zentriert und trägt, und
Schließen der Drosselklappe durch Drehen des Zahnrads in entgegengesetzter Richtung durch die Torsion der komprimierten Feder.

20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Zahnrad gedreht wird durch Drücken eines Gaspedals, und wobei das Zahnrad sich in entgegengesetzter Richtung dreht durch Freigeben des Gaspedals.

21. Elektronische Luftdrossel, aufweisend:
Eine Drosselklappe,
eine Drosselklappenwelle, die mit der Drosselklappe verbunden ist,
ein Drosselklappenkörpergehäuse, das mit der Welle verbunden ist und zwei Seiten sowie zumindest einen Schlitz aufweist,
einen Elektromotor, der an dem Gehäuse angebracht ist,
ein Getriebezug, der den Elektromotor mit der Welle verbindet,
eine spiralförmig gewickelte Feder mit einer ersten Wicklung und einer letzten Wicklung, wobei die ersten und letzten Wicklungen jeweils einen umgebogenen Abschnitt aufweisen,
einen Einsatz, der im Innern zu liegen kommt und die Feder trägt, wobei ein Ende des Einsatzes zumindest zwei Schlitze und zumindest eine Zunge aufweist, die mit den Schlitzen des Drosselklappenkörpergehäuses zusammenpasst, und wobei ein weiteres Ende des Einsatzes einen Durchbruch aufweist, in den der umgebogene Abschnitt der ersten Wicklung passt, und wobei der Einsatz und die Wicklung mit einem Element des Getriebezugs zusammengebaut bzw. montiert sind, wobei das Element einen Durchbruch aufnimmt, um den umgebogenen Abschnitt der letzten Wicklung der Feder aufzunehmen, und
eine Kappe mit Zungen, die mit den Schlitzen des Einsatzes zusammenpassen, wobei die Drosselklappe zusammengebaut wird unter Verwendung eines Werkzeugs zum Wickeln der Feder und zum Zusammenbauen bzw. Montieren der Feder, des Einsatzes und des Elements des Getriebezugs auf einer ersten Seite des Gehäuses und der Kappe auf der anderen Seite.

22. Luftdrossel nach Anspruch 21, wobei der Einsatz und die Kappe geformt bzw. gegossen sind, wobei der Einsatz vier Schlitze und zwei unterschiedliche Zungen aufweist, wobei die Zungen unterschiedliche Radien aufweisen und wobei die Kappe vier Zungen aufweist, die mit den vier Schlitzen des Einsatzes zusammenpassen, und wobei die Feder und der Einsatz durch Drehen um ungefähr 205° zusammengebaut bzw. montiert und gewickelt werden.

23. Ventil, aufweisend:
Ein Ventilelement an einer Welle,
ein Ventilgehäuse, das mit der Welle verbunden ist und zwei Seiten und zumindest einen Schlitz aufweist,
ein Stellorgan, das an dem Gehäuse angebracht ist,
eine Einrichtung zum Verbinden des Steilorgans mit der Welle,
eine spiralförmig gewickelte Feder mit einer ersten Wicklung und einer letzten Wicklung, wobei die ersten und letzten Wicklungen jeweils einen Endabschnitt aufweisen,
einen Einsatz, der im Innern zu liegen kommt und die Feder trägt, wobei ein Ende des Einsatzes zumindest zwei Schlitze und zumindest eine Nase aufweist, die mit den Schlitzen des Ventilgehäuses zusammenpasst, und wobei das andere Ende des Einsatzes einen Durchbruch aufweist, in den der Endabschnitt der ersten Wicklung passt, und wobei der Einsatz und die Wicklung mit einem Element des Stellorgans zusammengebaut werden, wobei das Element einen Durchbruch zur Aufnahme des Endabschnitts der letzten Wicklung der Feder aufweist, und eine Kappe mit Zungen, die mit den Schlitzen des Einsatzes zusammenpassen, wobei das Ventil zusammengebaut wird unter Verwendung eines Werkzeugs zum Wickeln der Feder und zum Zusammenbauen bzw. Montieren der Feder, des Einsatzes und des Elements des Getriebezugs an einer ersten Seite des Gehäuses und der Kappe auf der anderen Seite.

24. Ventil nach Anspruch 23, wobei das Stellorgan ausgewählt ist aus der Gruppe, die einen Elektromotor, einen Getriebezug, ein pneumatisches Stellorgan und ein hydraulisches Stellorgan umfasst.

25. Ventil nach Anspruch 23, wobei die Einrichtung zum Verbinden des Stellorgans mit der Welle ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus einem Zahnrad, einem Getriebezug, einem Hebel oder einer Schraube besteht.