DE10252424A1

DE10252424A1 - Drehfeder

Info

Publication number: DE10252424A1
Application number: DE2002152424
Authority: DE
Inventors: Michael Brozio
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2004-05-27

Abstract

Es wird eine Drehfeder angegeben, die eine Mehrzahl von nebeneinanderliegenden Federwirkungen mit gleichen Windungsradius und zwei zum Festlegen ausgebildete Federenden (12, 13) aufweist. Zur Erzielung einer reibungsarmen Drehfeder mit geringer Federhysterese und reduziertem Einbauraum weist ein Windungsabschnitt (111a, 112a) an mindestens einem Federende (12, 13) einen zum Federende (12, 13) hin sich reduzierenden Windungsradius auf (Fig. 2).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Drehfeder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Drehfeder findet verschiedenartige Anwendung, so z.B. als Rückstellfeder in Drosselvorrichtungen für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen. Drosselvorrichtungen werden z.B. im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine angeordnet, um die Luftmenge zur Aufbereitung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches zu steuern. Darüber hinaus finden sie auch Einsatz bei Brennkraftmaschinen mit Abgasrückführung und dienen hier zur Abgasdosierung bei der Gemischaufbereitung.

Bei einer bekannten Drosselvorrichtung ( EP 0 575 235 A1 ) ist die Drosselklappe drehfest auf einer Schwenkwelle angeordnet, an deren einem Ende eine von einem Stellglied über einen Seilzug antreibbare Seilscheibe einstückig angeflanscht ist. Die Schwenkwelle ist in einem eine Drosselöffnung umschließenden Drosselgehäuse gelagert, dessen Drosselöffnung beim Drehen der Schwenkwelle durch die Drosselklappe mehr oder weniger freigegeben oder verschlossen wird. Um bei Ausfall des Stellantriebs die Drosselklappe in eine Grundstellung zurückzuführen, in der sie die Drosselöffnung weitgehend verschließt oder nur in einem definierten Maß freigibt, ist eine Rückstellfeder vorgesehen, die bei Schwenken der Drosselklappe in Richtung Freigeben der Drosselöffnung gespannt wird und dadurch die Drosselklappe wieder in ihre Grundstellung zurückzustellen sucht. Die Rückstellfeder ist als zylindrische Drehfeder ausgebildet, die mit Radialspiel auf einen an der Seilscheibe angeformten Führungsdorn aufgeschoben ist, der die Schwenkwelle konzentrisch umschließt. Ein Federende ist mit der Seilscheibe fest verbunden und das andere Federende an dem Drosselgehäuse festgelegt. Die Drehfeder ist axialkraftfrei, damit zwischen Drosselklappe und Drosselgehäuse keine axiale Reibkraft auftritt und ein Verschleiß an diesen aus Kunststoff hergestellten Teilen vermieden wird.

Die erfindungsgemäße Drehfeder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß sie auf einem glatten, durchgehend zylindrischen Führungsdorn gut geführt werden kann, den Führungsdorn praktisch nur mit den eingezogenen Windungsenden berührt und dadurch Reibung und Hysterese der Drehfeder minimiert sind. Dadurch, daß die erste und letzte Federwindung fest auf dem Führungsdorn aufliegen kann die Drehfeder seitlich nicht ausbrechen und arbeitet auch im gespannten Zustand annähernd zylindrisch. Somit ist kein Platzbedarf um die Feder herum erforderlich, so daß die erfindungsgemäße Drehfeder weniger Einbauraum benötigt.

Die erfindungsgemäße Drehfeder kann sowohl rechts- als auch linksgewickelt ausgeführt werden.

Die erfindungsgemäße Drehfeder wird bevorzugt in einer Drosselvorrichtung im Luftansaug- oder Abgasrückführweg einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Diese Drosselvorrichtung weist in bekannter Weise eine eine von einem Drosselgehäuse umschlossene Drosselöffnung steuernde Drosselklappe, die auf einer Schwenkwelle drehfest sitzt, und ein mit der Schwenkwelle fest verbundenes antreibbares Drehglied auf. Die erfindungsgemäße Drehfeder ist mit Radialspiel auf einen zur Schwenkwelle konzentrischen, zylindrischen Führungsdorn aufgenommen, wobei das eine Federende am Drehglied und das andere Federende am Drosselgehäuse festgelegt ist. Die Reduktion des Windungsradiusses in einem Windungsabschnitt an den Federenden ist so vorgenommen, daß der minimale Windungsradius dem Außenradius des Führungsdorns entspricht. Vorzugsweise ist der Führungsdorn axial geteilt, und die Feder ist mit ihrem eingezogenen Windungsabschnitt an dem einen Federende auf dem einen Teildorn und mit ihrem eingezogenen Windungsabschnitt an dem anderen Federende auf dem anderen Teildorn geführt. Der eine Teildorn ist mit dem Drehglied vorzugsweise einstückig verbunden und der andere Teildorn an dem Drosselgehäuse angeformt. Bei dieser Drosselvorrichtung lassen sich die Vorteile der erfindungsgemäßen Drehfeder, nämlich gute Führung auf einem zylindrischen Führungsdorn mit durchgängig konstantem Außendurchmesser, Einsparung von radialem Bauraum durch ausschließlich zylindrisches Arbeiten der Drehfeder und geringe Reibung, Verschleiß und Federhysterese durch die Festlegung nur der ersten und letzten Windung auf dem Führungsdorn, voll ausschöpfen.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Draufsicht einer auf einen Führungsdorn aufgeschobenen Drehfeder,
2 eine Ansicht der Drehfeder in Richtung Pfeil II in 1,
3 eine Ansicht der Drehfeder in Richtung Pfeil III in 1,
4 einen Längsschnitt einer Drosselvorrichtung für eine Brennkraftmaschine.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in 1 bis 3 in verschiedenen Ansichten dargestellte zylindrische Drehfeder 10 ist schraubenförmig rechts- oder linksgängig gewickelt und weist eine Mehrzahl von nebeneinanderliegenden Federwindungen 11 auf, die alle den gleichen Windungsdurchmesser oder Windungsradius haben. Die Federenden 12 und 13 sind zum Einspannen der Drehfeder 10 zwischen zwei gegeneinander verdrehbaren Bauteilen ausgebildet und weisen jeweils ein Befestigungselement auf, beispielhaft einen Haken 14, der am Federende 12 bzw. 13 abgebogen ist. Die Befestigungselemente wirken mit einer an den Bauteilen vorgehaltenen Befestigungsgeometrie zusammen, die im Ausführungsbeispiel als Haltestifte 15 ausgebildet ist, die von jeweils einem Haken 14 umgriffen sind. In 1 sind die beiden Haltestifte 15, von denen jeder einem Bauteil zugeordnet ist, zur Verdeutlichung punktiert eingezeichnet.
Wie aus 1 bis 3 ersichtlich ist, ist jeweils ein dem Federende 12 bzw. 13 vorgeordneter Windungsabschnitt 111a in der ersten Federwindung 111 und 112a in der letzten Federwindung 112 bis auf den Außendurchmesser des Führungsdorns 16 eingezogen, indem der Windungsabschnitt 111a bzw. 112a einen zum Federende 12 bzw. 13 hin sich stetig reduzierenden Windungsradius aufweist, wobei die Reduzierung des Windungsradiusses durch den Außendurchmesser des Führungsdorns 16 begrenzt ist. Wie insbesondere aus 1 für die erste Federwindung 111 ersichtlich ist, liegt die Drehfeder 10 mit diesen beiden Windungsabschnitten 111a und 111b an dem Führungsdorn 16 an und berührt diesen nur mit diesen eingezogenen Windungsabschnitten 111a und 111b. Dadurch tritt beim Verdrehen der durch die Drehfeder 10 miteinander gekoppelten Bauteile gegeneinander eine nur geringe Reibung zwischen Führungsdorn 16 und Drehfeder 10 auf. Die Feder 10 ist dadurch gut geführt und arbeitet auch im gespannten Zustand annähernd zylindrisch ohne seitliche Auslenkung, so daß die Federwindungen 11 in keinem Fall sich an den Führungsdorn 16 anlegen. Dies bedeutet neben der geringen Reibung auch einen geringeren Verschleiß und eine geringere Federhysterese. Die eingezogenen Windungsabschnitte 111a und 112a, die sich an den Führungsdorn 16 anlegen, erstrecken sich in etwa über die Hälfte der ersten bzw. letzten Federwindung 11, 12 wie dies aus 1 für die erste Federwindung 11 zu sehen ist. Selbstverständlich können die eingezogenen Windungsabschnitte 111a und 112a länger gemacht werden und sich im Einzelfall auch über eine volle Federwindung 11 hinaus erstrecken.
In 4 ist ausschnittweise und im Längsschnitt eine Drosselvorrichtung für eine Brennkraftmaschine dargestellt, in der die vorstehend beschriebene Drehfeder 10 Anwendung findet. Die Drosselvorrichtung weist ein Drosselgehäuse 20 auf, in dem ein Drosselstutzen 21 ausgebildet ist, der eine Drosselöffnung 22 umschließt. In dem Drosselstutzen 21 ist eine Drosselklappe 23 angeordnet, die drehfest auf einer im Drosselgehäuse 20 gelagerten Schwenkwelle 24 sitzt. An dem einen Ende der Schwenkwelle 24 ist ein Drehglied 25 befestigt, das von einem hier nicht dargestellten Stellantrieb antreibbar ist. Im Ausführungsbeispiel der 4 ist das Drehglied 25 als Zahnrad ausgebildet, das über ein Zahnritzel von einer Stellwelle gedreht wird. Mit Drehen des Drehglieds 25 wird die Drosselklappe 23 aus einer definierten Grundstellung herausgeschwenkt und gibt die Drosselöffnung 22 je nach Schwenkweg der Schwenkwelle 24 mehr oder weniger frei.
Um bei Ausfall des Stellantriebs sicherzustellen, daß die Drosselklappe 23 in ihre Grundstellung zurückkehrt, in der die Drosselöffnung 22 vollständig verschlossen oder nur in einem definierten Maß freigegeben ist, ist eine Rückstelleinrichtung vorgesehen, in der die vorstehend beschriebene Drehfeder 10 eingesetzt ist. Der für die Drehfeder 10 erforderliche Führungsdorn ist zweigeteilt, wobei der eine Teildorn 161 an dem Drehglied 25 einstückig angeformt ist, während der andere Teildorn 162 im Drosselgehäuse 20 festgelegt ist. Beide miteinander fluchtende Teildorne 161, 162 umschließen konzentrisch die Schwenkwelle 24. Die Drehfeder 10 ist in gleicher Weise wie zu 1 und 2 beschrieben mit dem eingezogenen Windungsabschnitt 111a in der ersten Federwindung 111 auf dem Teildorn 161 geführt und mit dem Windungsabschnitt 112a in der letzten Federwindung 112 auf dem Teildorn 162 geführt. Die beiden an den Federenden 12, 13 abgebogenen, nicht dargestellten Haken sind in entsprechende Haltestifte an den Teildornen 161, 162 eingehängt, die in 4 ebenfalls nicht zu sehen sind.
In 4 ist die Drosselklappe 23 in ihrer Drehlage dargestellt, in der sie die Drosselöffnung 22 vollständig freigibt. In dieser Drehlage, in die die Drosselklappe 23 durch Drehen des Drehglieds 25 überführt worden ist, ist die Drehfeder 10 gespannt. Da die Drehfeder 10 annähernd zylindrisch arbeitet und ihre erste und letzte Windung 111 und 112 gut auf je einem Teildorn 161, 162 geführt ist, gelangen die Federwindungen 11 weder innen an dem Führungsdorn 16 noch außen an Teilen des Drehglieds 25 oder Drosselgehäuses 20 zur Anlage. Fällt die Stellkraft am Drehglied 25 weg, so dreht die vorgespannte Drehfeder 10 die Drosselklappe 23 wieder in ihre Grundstellung zurück, in der sie die Drosselöffnung 22 bis auf einen Minimalquerschnitt verschließt.
Die Drehfeder 10 ist axialkräftefrei, so daß an der in 2K-Spritzgußtechnik in das Drosselgehäuse 20 gespritzten Drosselklappe 23 kein Verschleiß auftritt.
Die beschriebene Drosselvorrichtung kann sowohl im Saugrohr der Brennkraftmaschine zur Dosierung der zur Gemischaufbereitung angesaugten Luft als auch im Abgasrohr der Brennkraftmaschine zur Dosierung der bei der Gemischaufbereitung rückgeführten Abgasmenge eingesetzt werden.

Claims

Drehfeder mit einer Mehrzahl von nebeneinanderliegenden Federwindungen (11), die einen gleichen Windungsradius aufweisen, und mit zwei zum Festlegen ausgebildeten Federenden (12, 13), dadurch gekennzeichnet, daß ein Windungsabschnitt (111a, 112a) an mindestens einem Federende (12, 13) einen zum Federende (12, 13) hin sich reduzierenden Windungsradius aufweist.
Drehfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Federende (12, 13) einen reduzierten Windungsradius aufweist.
Drehfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Windungsabschnitt (11a, 112a) sich in etwa über mindestens eine halbe Federwindung (111, 112) erstreckt.
Drehfeder nach einem der Ansprüche 1 – 3, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Federende (12, 13) ein Befestigungselement zum Festlegen der Drehfeder angeordnet ist.
Drehfeder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement als Haken (14) zum Umgreifen einer Befestigungsgeometrie, vorzugsweise eines Haltestifts (15), ausgebildet ist.
Drosselvorrichtung, insbesondere im Luftansaug- oder Abgasrückführweg von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, mit einer eine Drosselöffnung (22) in einem Drosselgehäuse (20) steuernden Drosselklappe (23), die auf einer Schwenkwelle (24) drehfest angeordnet ist, mit einem mit der Schwenkwelle (24) drehfest verbundenen, antreibbaren Drehglied (25) und mit einer als Rückstellfeder zum Rückstellen der Drosselklappe (23) eingesetzten Drehfeder (10) nach einem der Ansprüche 1 – 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Führungsdorn (161, 162) die Schwenkwelle (24) konzentrisch umgibt, auf den die Drehfeder (10) mit Radialspiel aufgeschoben und mit der ersten und letzten Federwindung (111, 112) geführt ist, und daß das eine Federende (12) an dem Drehglied (25) und das andere Federende (13) am Drosselgehäuse (20) festgelegt ist.
Drosselvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion des Windungsradiusses der Winkelabschnitte (111a, 112a) durch den Außenradius des Führungsdorns (161, 162) begrenzt ist.
Drosselvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsdorn in zwei miteinander fluchtende, gleiche Außendurchmesser aufweisende Teildorne (161, 162) unterteilt ist und daß die erste und letzten Federwindung (111, 112) jeweils auf einem der Teildorne (161, 162) geführt ist.
Drosselvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teildorn (161) mit dem Drehglied (25) und der andere Teildorn (162) mit dem Drosselgehäuse (20) jeweils fest, vorzugsweise einstöckig, verbunden ist.