DE3907133A1 - Vorrichtung zum verstellen eines drosselelementes ineiner fluid-leitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen eines Drosselelementes in einer Fluid-Leitung, insbe­ sondere bei einem Kraftfahrzeugmotor mit einer an dem Drosselelement angreifenden Antriebseinrichtung und einer diese steuernden Steuereinrichtung. Unter Drosselelement ist dabei zum Beispiel eine herkömmliche drehbare Drosselklappe oder auch ein linear verstell­ barer mit einem Ventilsitz zusammenwirkender Ventil­ körper zu verstehen.

Es ist bekannt, eine Drosselklappe in einem Vergaser oder in einem Turbolader für Kraftfahrzeugmotoren ent­ weder unmittelbar mechanisch, beispielsweise über einen Seilzug oder aber in Abhängigkeit von den Betriebs­ bedingungen des Kraftfahrzeugmotors über einen pneu­ matischen Antrieb zu verstellen, indem man beispiels­ weise einen bei bestimmten Betriebsbedingungen auftre­ tenden Unterdruck auf einen Stellzylinder einwirken läßt. Das letztgenannte System wurde vor allem deswegen bevorzugt, weil man der Auffassung war, daß man auf diese Weise die Drosselklappe in Anpassung an die tat­ sächlich vorhandenen Betriebsbedingungen verstellen könne. Es hat sich nun gezeigt, daß diese Art der Ver­ stellung einer Drosselklappe insbesondere in Turbo­ ladern nicht genau und schnell genug ist, um die in vielen Ländern verschärften Bestimmungen über die Ab­ gase von Kraftfahrzeugmotoren erfüllen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art anzugeben, die es er­ möglicht, mit äußerst geringen Schaltzeiten, d.h. ge­ ringer Trägheit eine Einstellung des Drosselelementes in jede gewünschte Stellung mit äußerster Präzision zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Antriebseinrichtung ein eine Magnetanordnung 18 und eine Spulenanordnung 34 umfassender, nach dem Tauch­ spulen- oder Drehspulprinzip arbeitender elektromagne­ tischer Stellantrieb ist, dessen bewegliches Stellglied (Magnetanordnung oder Spulenanordnung) mit dem Drossel­ element in Antriebsverbindung steht.

Antriebe dieser Art werden in Magnetplattenspeichern zur Verstellung der Magnetköpfe relativ zu den Magnet­ platten verwendet. Es hat sich überraschenderweise ge­ zeigt, daß diese Antriebe, die an sich auf dem Gebiet der Datentechnik für ein Produkt der Feinstmechanik entwickelt wurden, dessen Herstellung und Betrieb die genaue Einhaltung definierter Umgebungsbedingungen ver­ langt und das sehr empfindlich gegen grobe mechanische Einflüsse ist, unter den rauhen mechanischen Umgebungs­ bedingungen in einem Kraftfahrzeugmotor und der dort herrschenden hohen Temperatur präzise und fehlerfrei arbeiten. Der erfindungsgemäße Antrieb ermöglicht eine fast trägheitsfreie Verstellung des Drosselelementes auf jeden gewünschten Wert mit äußerster Genauigkeit. Die Verschleißanfälligkeit eines derartigen Antriebes ist sehr gering. Im Gegensatz zu pneumatischen Stell­ einrichtungen können keine die Funktion der Stellein­ richtung beeinträchtigenden Dichtungsprobleme auftre­ ten. Die an die Verstelleinrichtung gestellten Anforde­ rungen, wie beispielsweise eine Lebensdauer von 10 Schaltspielen, eine hohe Genauigkeit bei der Verstel­ lung des Drosselelementes (0,5° bei der Verstellung einer Drosselklappe) sowie eine Sicherheit gegenüber Schwingungsbeschleunigungen von 15G lassen sich mühelos erfüllen.

Der Stellantrieb kann dabei sowohl für eine geradlinige Bewegung des Stellgliedes, eine Drehbewegung desselben oder auch für eine Bewegung des Stellgliedes entlang einer kreisbogenförmigen Bahn ausgebildet sein. Eine geradlinige Bewegung des Stellgliedes eignet sich ins­ besondere für die Verstellung eines Drosselelementes, das beispielsweise von einem in einem zylindrischen Ventilgehäuse axial verstellbar angeordneten Ventil­ körper gebildet ist. Ist das Drosselelement dagegen eine drehbar gelagerte Drosselklappe, so umfaßt die An­ triebsverbindung zwischen den geradlinig bewegbaren Stellglied und der Drosselklappenwelle zweckmäßiger­ weise einen Kurbelantrieb. Bei einer Drehung des Stell­ gliedes oder einer Bewegung des Stellgliedes entlang einer kreisbogenförmigen Bahn, wobei das Stellglied an einem um eine Achse schwenkbaren Träger angeordnet ist, kann der Träger entweder direkt drehfest mit der Dros­ selklappe verbunden sein oder über eine Getriebeanord­ nung mit der Drosselklappe in Antriebsverbindung stehen.

Eine besonders kompakte Anordnung ergibt sich für ein drehbar gelagertes Drosselelement, wenn die Magnetan­ ordnung des Stellantriebs wenigstens zwei jeweils Permentmagnete tragende, senkrecht zur Wellenachse ge­ richtete Magnetrückschlußplatten umfaßt, die drehfest mit dem Drosselelement verbunden und durch parallel zur Wellenachse gerichtete Distanzelemente in axialem Abstand gehalten sind sowie eine Spulenordnung zwischen sich einschließen, die mit einem den Stellantrieb einschießenden Gehäuse starr verbunden ist. Eine Alternativlösung hierzu sieht vor, daß die Magnetanordnung des Stellantriebes wenigstens zwei je­ weils Permanentmagnete tragende, senkrecht zur Wellen­ achse gerichtete Magnetrückschlußplatten umfaßt, von denen wenigstens eine mit dem Gehäuse verbunden ist und die durch parallel zur Wellenachse gerichtete Distanz­ elemente oder direkt durch Befestigung an der Gehäuse­ wand in axialem Abstand gehalten sind sowie eine Spulenanordnung zwischen sich einschließen, die mit dem Drossselelement verbunden ist. Dabei kann die Spulenan­ ordnung in beiden Fällen einen Kern umgeben, der starr mit den Magnetrückschlußplatten verbunden ist.

Eine weitere Ausführungsform, die besonders für die Verstellung eines drehbar gelagerten Drosselelementes geeignet ist, ist in den Ansprüchen 7 und 8 beschrie­ ben.

Beim Abstellen oder bei Ausfall des Motors sollte eine Möglichkeit bestehen, das Drosselelement in eine defi­ nierte Stellung zu überführen. Dies kann entweder durch eine Federanordnung erfolgen, die an dem Drosselelement oder an dem Stellglied angreift oder auch durch eine spezielle Rückstelleinrichtung. Zum Beispiel könnte die Rückstelleinrichtung eine Hilfsspannungsquelle, wie etwa einen Kondensator in der Steuerschaltung umfassen, der sich bei Ausfall oder beim Abschalten der Strom­ versorgung des Stellantriebes über die Spulenanordnung desselben im Sinne eines Öffnens oder Schließens des Drosselelementes entlädt.

Um das Stellglied und damit auch das Drosselelement in einer bestimmten Position relativ zu dem jeweils ande­ ren Teil zu halten, besteht die Möglichkeit, das Stell­ glied gegen die Kraft einer Feder zu verstellen, wobei der Stellweg nur von der Stromstärke des die Spulenan­ ordnung durchfließenden Stromes abhängt. Dabei besteht jedoch die Gefahr, daß die Federkraft der Feder nicht präzise bestimmbar ist oder sich mit der Zeit und den Umgebungsbedingungen ändert. Eine Lösung, die eine sehr viel präzisere Positionierung des Stellgliedes und damit auch des Drosselelementes erlaubt, besteht erfin­ dungsgemäß darin, daß die Steuereinrichtung eine Posi­ tionsregelschleife aufweist, umfassend einen dem be­ weglichen Stellglied oder dem Drosselelement zugeord­ neten Positionsgeber und einen Positionsregler zum Ver­ gleich von Positions-Sollwerten und den vom Posi­ tionsgeber ermittelten Positions-Istwerten sowie zur Erzeugung von Steuersignalen in Abhängigkeit des Ist­ wert-Sollwert-Vergleiches. Über diese Regelschleife kann die Position des Stellgliedes außerordentlich genau eingestellt werden. Die Positionsgeber können dabei auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein. So kann der Positionsgeber einen Sensor und einen Träger mit Markierungen umfassen, wobei eines der Teile mit dem Stellglied oder dem Drosselelement verbunden ist und das andere ortsfest angeordnet ist. Über den Sensor werden bei der Bewegung des Stellgliedes die Markierun­ gen gezählt, so daß daraus die Position des Stell­ gliedes bestimmt werden kann. Die Abtastung der Markie­ rungen kann dabei auf optischem, induktivem oder kapazitivem Weg erfolgen. Es wäre auch möglich, die Po­ sition über eine Widerstandsmessung zu ermitteln.

Um die Betriebsbedingungen direkt berücksichtigen zu können, kann die Steuereinrichtung eine zweite Regel­ schleife aufweisen, die einen in der Fluidleitung nahe dem Drosselelement angeordneten Sensor zur Messung eines Strömungsparameter-Istwertes, einen Parameter- Sollwertgeber und einen Regler umfassen, der in Abhän­ gigkeit eines Istwert-Sollwert-Vergleiches einen Positions-Sollwert erzeugt. Es können auch die erste oder Positionsregelschleife und die den Strömungsparameter berücksichtigende zweite Regel­ schleife einander überlagert sein. Zur Stabilisierung der vorstehend beschriebenen Regelvorrichtung kann vor­ gesehen sein, daß ein weiterer Eingang des Positions­ reglers mit dem Ausgang einer Schaltungsanordnung ver­ bunden ist, die aufgrund des Positions-Istwertes und eines von dem Steuerstrom in der Spulenanordnung des Stellantriebes abgeleiteten Signals einen Schätzwert für die Verstellgeschwindigkeit des Drosselelementes erzeugt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbin­ dung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindng an­ hand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einem Stellantrieb, bei dem die Spulenanordnung des Stellantriebes schwenkbar gelagert ist,

Fig. 2 eine teilweise schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einer linear bewegbaren Spule des Stell­ antriebes,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die in Fig. 2 darge­ stellte Anordnung in Richtung des Pfeiles A in Fig. 2,

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform eines Stellan­ triebes mit verschwenkbarer Spulenanordnung,

Fig. 5 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung einer vierten Ausführungsform mit einem Stellantrieb nach Art eines Dreh­ spulenantriebes,

Fig. 6 einen die Achse enthaltenden schematischen Schnitt durch den Stellantrieb gemäß Fig. 5,

Fig. 7 und 8 den Fig. 5 und 6 entsprechende Darstel­ lungen einer fünften Ausführungsform der Er­ findung und

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Steuer­ vorrichtung zur Ansteuerung des Stellan­ triebes.

In Fig. 1 erkennt man ein Rohrstück 10, in dem eine kreisscheibenförmige Drosselklappe 12 mit einer senk­ recht zur Rohrachse gerichteten Welle 14 schwenkbar ge­ lagert ist. Die Drosselklappe ist dabei in Fig. 1 in einer halb geöffneten Stellung dargestellt.

Die Drosselklappe 12 ist mittels eines allgemein mit 16 bezeichneten elektromagnetischen Stellantriebes verstell­ bar. Dieser umfaßt eine Magnetanordnung 18 mit einem Magnetjoch, das drei kreisbogenförmige konzentrisch zuein­ ander angeordnete Schenkel 20, 22 und 24 umfaßt, die sich über 90° erstrecken und an ihrem einen Ende durch einen Querschenkel 26 einstückig miteinander verbunden und an ihrem anderen Ende durch ein aufgeschraubtes Abschluß­ stück 28 miteinander verbunden sind, so daß der Magnet­ kreis geschlossen ist. An der Innenseite der gekrümmten Schenkel 20 und 24 ist jeweils ein konzentrisch zu diesen gekrümmter Permanentmagnet 30 bzw. 32 angeordnet. Der Stellantrieb 16 umfaßt ferner eine Rechteckspule 34, die den mittleren gekrümmten Schenkel 22 der Magnetanordnung 18 umgibt und an den freien Enden zweier einen Spulen­ träger bildenden Hebel 36, 38 angeordnet ist, die mit ihren anderen Enden drehfest mit einer Welle 40 verbunden sind, die koaxial zu der Krümmungsachse der gekrümmten Schenkel 20 bis 24 der Magnetanordnung 18 angeordnet ist.

Die Welle 40 verläuft ferner koaxial mit der Drosselklap­ penwelle 14 und ist mit dieser über eine nicht näher dar­ gestellte Kupplung 42 drehfest gekuppelt. Die Welle 40 ist von einer Torsionsfeder 44 umgeben, die mit ihrem einen Ende an einem rohrfesten Anschlag 46 und mit ihrem anderen Ende an einer sektorscheibenförmigen Verlängerung 48 des Hebels 36 angreift. Die Vorspannung der Torsionsfeder ist so gewählt, daß sie die Drosselklappe 12 im stromlosen Zustand der Spule 34 öffnet.

Die sektorscheibenförmige Verlängerung 48 trägt eine kreis­ bogenförmig gekrümmte Markierungsleiste 50 mit optisch, induktiv, kapazitiv oder auf sonstigem Wege abtastbaren Markierungen, denen ein entsprechender ortsfester Sensor 52 zugeordnet ist. Die von dem Sensor 52 ausgehenden Si­ gnale oder Impulse werden einer Steuervorrichtung 54 zuge­ führt, die aus den eingehenden Signalen die Position des Hebels 36 und damit der Spule 34 relativ zur Magnetanord­ nung 18 und damit auch die Winkelstellung der Drosselklap­ pe 12 ermittelt. In einem nicht dargestellten Komparator der Steuervorrichtung 54 werden die auf diese Weise er­ mittelten Positions-Istwerte mit der Steuervorrichtung vor­ gegebenen Positions-Istwerten verglichen. Abhängig von dem Vergleich wird die Stromstärke des der Spule 34 über eine Steuerleitung 56 zugeführten Stromes im Sinne einer Anpassung der Positions-Istwerte an die Positions-Soll­ werte verändert. Die Position der Spule und damit auch die Winkelstellung der Drosselklappe kann auf diese Weise nahezu trägheitsfrei äußerst präzise eingestellt werden. Die von der Torsionsfeder 44 ausgeübte Rückstellkraft dient nur dazu, die Drosselklappe bei stromloser Spule 34 in ihrer Offenstellung zu überführen. Die jeweilige Position der Spule 34 bei Stromfluß hängt dagegen nicht von der Kraft der Feder 31 ab, sondern wird nur durch den die Spule 34, die Steuereinrichtung 54 und dem Positionsgeber 50, 52 umfassenden Regelkreis bestimmt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind gleiche Teile wieder mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auch bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist der Stellantrieb 16 in der Weise ausgebildet, daß die Spule 34 an einem um eine Achse 58 schwenkbar gelagerten Spulenträger 60 angeordnet ist, so daß sie sich auf einer kreisbogenförmig gekrümmten Bahn be­ wegt. Die Magnetanordnung 18 muß sich bei diesem Ausführungs­ beispiel jedoch nicht notwendigerweise über 90° erstrecken, da die Antriebsverbindung zwischen dem Spulenträger 60 und der Drosselklappenwelle 14 über ein Getriebe erfolgt und damit eine bestimmte Übersetzung ermöglicht. Das Getriebe umfaßt eine mit dem Spulenträger 60 verbundene kreisbogen­ förmig gekrümmte Zahnstange 62 sowie ein mit dieser kämmen­ des und drehfest auf der Drosselklappenwelle 14 angeordnetes Zahnrad 64. Der Spulenträger 60 ist wiederum durch eine Tor­ sionsfeder 44 in seine der Offenstellung der nicht darge­ stellten Drosselklappe entsprechende Stellung vorgespannt. Er trägt ferner eine Leiste 50 mit Markierungen, denen ein Sensor 52 zugeordnet ist. Der von der Leiste 50 und dem Sen­ sor 52 gebildete Positionsgeber dient in der anhand der Fig. 1 beschriebenen Weise zur exakten Bestimmung der Posi­ tion der Spule 34 relativ zur Magnetanordnung 18 und damit zur exakten Einstellung der Lage der Drosselklappe 12 in dem Rohr 10.

Auch bei der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungs­ form sind gleiche Teile wieder mit gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 4 vor allem dadurch, daß der Stellantrieb für eine geradlinige Bewegung der das bewegliche Stellglied bildenden Spule 34 ausgebildet ist. Die Schenkel 20, 22 und 24 der Magnetanordnung 18 sind ge­ radlinig. Die in den Fig. 2 und 3 nicht dargestellte Spu­ le 34, die den mittleren Magnetschenkel 22 umgibt, ist an ei­ nem die Magnetanordnung 18 umschließenden rechteckförmigen Spulenträger 66 gehalten. Dieser ist mit Hilfe von Rollen 68 an zwei Führungsstangen 70 in Bewegungsrichtung der Spule verschiebbar gelagert. Er ist ferner mit einer Stange 72 fest verbunden, die über einen Doppellenker 74 und eine Kur­ bel 76 in Antriebsverbindung mit der Welle 14 der Drosselklap­ pe 12 steht. Der von dem Spulenträger 66 mit seinen Rollen 68 gebildete Wagen ist durch eine Rückholfeder 78 in der Fig. 2 nach rechts in eine der Offenstellung der Drosselklappe 12 entsprechende Endstellung vorgespannt.

Die Ausführungsform eignet sich insbesondere für einen geradlinig verstellbaren Ventilkörper, der z.B. mit einem ringförmigen Ventilsitz zusammenwirkt.

Der Spulenträger 66 trägt einen Sensor 52, der zusammen mit einem fest mit der Magnetanordnung 18 verbundenen Markierungsträger 50 wiederum einen Positionsgeber bil­ det, der in der anhand der Fig. 1 beschriebenen Weise eine exakte Positionierung des Stellgliedes und damit der Drosselklappe 12 ermöglicht.

Die bei den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 4 dar­ gestellten Stellantriebe 16 sind an sich für die Ver­ stellung von Magnetköpfen in Magnetplattenspeichern als sogenannte Voice-Coil-Antriebe bekannt. Bei den darge­ stellten Ausführungsbeispielen umgibt die bewegliche Spule 34 jeweils einen Schenkel 22 der Magnetjoch­ anordnung. Es können aber auch Antriebe verwendet werden, bei denen sich eine flache Spule zwischen den Permanentmagneten 30 und 32 bewegt, die keinen Schenkel des Magnetjoches umschließt.

Fig. 5 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfin­ dung, wobei gleiche Teile wieder mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen sind. Bei dieser Ausführungsform ist der Stellantrieb nach Art eines Drehspulantriebes aus­ gebildet. An der Außenseite des die Drosselklappe 12 aufnehmenden Rohrstückes ist koaxial zur Welle 14 der Drosselklappe 12 ein zylindrisches Gehäuse 80 angeord­ net, das durch einen Deckel 82 verschließbar ist und den allgemein mit 84 bezeichneten Stellantrieb auf­ nimmt. Dieser umfaßt eine Magnetanordnung mit zwei kreisförmigen koaxial zur Drosselklappenwelle 14 ange­ ordneten Magnetrückschlußplatten 86, 88, die durch zwei zylindrische Distanzsäulen 80 in einem axialen Abstand gehalten sind. Die Magnetrückschlußplatte 86 ist dreh­ fest mit der Drosselklappenwelle 14 verbunden (Fig. 6). Die beiden Magnetrückschlußplatten 86 und 88 tragen auf ihren einander zugekehrten Flächen jeweils zwei halbkreisförmige Permanentmagnete 92, die beispiels­ weise mit der aus der Fig. 6 ersichtlichen Polung an­ geordnet sind, wobei die beiden jeweils auf einer Magnetrückschlußplatte 86 bzw. 88 angeordneten Magneten 82 durch einen diametral verlaufenden Spalt voneinander getrennt sind. Die Magnetrückschlußplatten 86 und 88 schließen zwischen sich eine Spule 84 ein, die einen kreisscheibenförmigen achsnormal gerichteten Spulenkern 86 umgibt und mit einem Spulenträger 87 an der Innen­ seite des Gehäuses 80 befestigt ist. Die Spule 84 steht somit fest. Der Spulenkern 86 ist durch die Distanz­ säulen 80, die radiale Fortsätze 88 des Spulenkernes 86 durchsetzen, mit den Magnetrückschlußplatten verbunden. Ein Stromfluß durch die Spule bewirkt aufgrund des aus der Fig. 6 ersichtlichen Verlaufes des Magnetfeldes eine Drehung der Magnetanordnung und damit der mit ihr verbundene Drosselklappenwelle 14, wobei die Dreh­ richtung in bekannter Weise von der Richtung des Strom­ flusses in der Spule 84 abhängt.

Auf der Außenseite der Magnetrückschlußplatte 88 sind wiederum Markierungen 50 vorgesehen, die zusammen mit einem in dem Deckel 82 angeordneten Sensor 52 einen Positionsgeber bilden, wie dies bei den in den Fig. 1 und 4 dargestellten Ausführungsformen beschrieben wurde.

Die vorstehend anhand der Fig. 5 und 6 beschriebene Ausführungsform zeichnet sich durch ihren einfachen und kompakten Aufbau aus. Es versteht sich, daß auch bei dieser Ausführungsform eine Rückholfeder vorgesehen sein kann, welche die Drosselklappe bei Stromausfall in ihre Offenstellung überführt. Die in den Fig. 7 und 8 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von jener gemäß den Fig. 5 und 6 dadurch, daß die Magnetanordnung 86, 88, 82 und 86 über die Fortsätze 88 des Spulenkernes 86 starr mit dem Gehäuse 80 verbunden ist, während die die Magnetanordnung durchsetzende Drosselklappenwelle 14 drehfest mit der Spule 84 ver­ bunden ist. Der Markierungsträger 50 ist hier als mit der Welle 14 drehfest verbundene Scheibe ausgebildet.

Die in der Fig. 8 vereinfacht dargestellte Steuervor­ richtung 110 zur Ansteuerung des Stellantriebes umfaßt eine Positionsregelschleife mit dem Positionssensor 50, 52, dessen Meßsignal über einen Wandler 112 in ein einem Positions-Istwert entsprechendes Signal umgewan­ delt und einem Positionsregler 114 zugeführt wird. Die­ ser erhält ferner ein einem Positions-Sollwert entspre­ chendes Signal und erzeugt in Abhängigkeit eines Ver­ gleiches zwischen dem Positions-Istwert und dem Positions-Sollwert ein Ausgangssignal, das über einen Wandler 116 und einen Verstärker 118 sowie ggf. über einen Filter 120 der Spule 34 oder 84 des entsprechen­ den Stellantriebes zugeführt wird. Der Positionsregel­ schleife ist eine Druckregelschleife überlagert, die einen in der Fluid-Leitung 10 angeordneten Drucksensor 122 umfaßt, dessen Meßwert über einen Wandler 124 als Druck-Istwert einem Druckregler 126 zugeführt wird, der gleichzeitig von einem Druck-Sollwertgeber 128 der Steuervorrichtung 110 einen Sollwert erhält. Der Druck­ regler 126 erzeugt in Abhängigkeit eines Vergleiches von Druck-Sollwert und Druck-Istwert den Positions- Sollwert, der dem Positionsregler 114 zugeführt wird.

Um diese Stellung zu stabilisieren, ist ferner eine Schaltungsanordnung 130 vorgesehen, die aus dem Meßwert des Positionssensors 50, 52 und dem von einem Stromsensor an der Spule 34, 94 gelieferten Wert einen Schätzwert für die Drehgeschwindigkeit der Drossel­ klappe liefert und dem Positionsregler 114 zuführt.

Mit der vorstehend beschriebenen Steuereinrichtung ist es möglich, die Drosselklappe reibungsarm zu lagern. Die in der Fig. 9 schematisch dargestellte Rückhol­ feder, die an der Drosselklappe 12 angreift, ist nur als Sicherheit dafür vorhanden, um bei Ausfall der Versorgungsspannung die Drosselklappe in eine defi­ nierte Stellung zu überführen. Die Regler 114 und 126 können als digitale Regler ausgebildet sein. In diesem Falle sind die Wandler 112 und 124 Analog/Digital- Wandler. Das Reglerverhalten wird durch digitale Algorhythmen bestimmt. Das digitale Ausgangssignal des Positionsreglers kann über einen Digital/Analog-Wandler 116 umgesetzt und über einen linearen Leistungs­ verstärker 118 der Spulenanordnung 34, 84 zugeführt werden. Das Filter 120 kann ggf. entfallen.

Das Ausgangssignal des Positionsreglers kann aber auch über den Umsetzer 116 als pulsweiten moduliertes Signal dem Leistungsverstärker 118 zugeführt werden. Dieser setzt in einem Tiefpaß das pulsweiten modulierte Signal in eine Gleichspannung um, die anschließend verstärkt wird. Das pulsweiten modulierte Signal vom Positions­ regler kann auch direkt verstärkt werden. In diesem Falle ist der Leistungsverstärker keine Linearitäts­ forderungen unterworfen. Die Verlustleistung in der Endstufe ist gering. Zwischen Endstufe und der Spulen­ anordnung 34, 84 sollte ein Filter liegen, um die Takt­ frequenz von dem Stellantrieb fernzuhalten.

Die Regler können auch durch Operationsverstärker- Schaltungen dargestellt werden. Die Wandler 112, 124 und 116 sind im einfachsten Fall dann kalibrierte Spannungsteiler für die richtige Skalierung der Größen.

Claims (20)

1. Vorrichtung zum Verstellen eines Drosselelementes (12) in einer Fluid-Leitung (10), insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors mit einer an dem Drosselelement (12) angreifenden Antriebsein­ richtung (16) und einer diese steuernden Steuer­ einrichtung (54), dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung ein eine Magnetan­ ordnung (18) und eine Spulenanordnung (34, 84) um­ fassender, nach dem Tauchspulen- oder Drehspulprinzip arbeitender elektromagnetischer Stellantrieb (16, 84) ist, dessen bewegliches Stellglied (Magnetanordnung (18) oder Spulenanordnung (34, 84) mit dem Drosselelement (12) in Antriebsverbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb für eine geradlinige Bewegung des Stellgliedes ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsverbindung einen Kurbelantrieb (74, 76) umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem drehbar gelagerten Drosselelement (12) die Magnetanordnung des Stellantriebes (84) wenigstens zwei jeweils Permanentmagnete (82) tra­ gende, senkrecht zur Wellenachse gerichtete Magnetrückschlußplatten (86, 88) umfaßt, die drehfest mit dem Drosselelement (12) verbunden und durch parallel zur Wellenachse gerichtete Distanzelemente (80) in axialem Abstand gehalten sind sowie eine Spulenanordnung (84) zwischen sich einschließen, die mit einem den Stellantrieb (84) einschließenden Gehäuse (80, 82) starr verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem drehbar gelagerten Drosselelement (12) die Magnetanordnung des Stellantriebes (84) wenigstens zwei jeweils Permanentmagnete (82) tra­ gende, senkrecht zur Wellenachse gerichtete Magnetrückschlußplatten (86, 88) umfaßt, von denen wenigstens eine mit dem Gehäuse (80, 82) verbunden ist, und die durch parallel zur Wellenachse gerichtete Distanzelemente (80) oder direkt durch Befestigung an der Gehäusewand (80) in axialem Ab­ stand gehalten sind sowie eine Spulenanordnung (84) zwischen sich einschließen, die mit dem Drosselelement (12) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung (84) einen Kern umgibt, der starr mit den Magnetrückschlußplatten (86, 88) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem drehbar gelagerten Drosselelement (12) die Magnetanordnung mindestens zwei Permanentmagnete (30, 32) umfaßt, die jeweils an einer zylindrischen Fläche (20, 24) koaxial zur Achse (40) des Drosselelementes (12) angeordnet sind, und daß die Spulenanordnung (34) mit der Welle (40) drehfest verbunden ist, wobei die Spulenwindungen parallel zu einer die Wellenachse enthaltenden Ebene gerichtet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenan­ ordnung (34) einen Magnetkern (22) umgibt, der die Achse (40) des Drosselelementes (12) koaxial umschließt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (16) für eine Bewegung des Stellgliedes (34) entlang einer kreisbogenförmig gekrümmten Bahn ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (34) an einem um eine Achse (40; 58) schwenkbaren Träger (36, 38; 60) angeord­ net ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (36, 38) drehfest mit dem drehbar gelagerten Drosselelement (12) verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (60) über eine Getriebeanordnung (62, 64) mit dem Drosselelement (12) in Antriebs­ verbindung steht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Rückstelleinrichtung (44, 78) vorgesehen ist, welche das Stellglied bei stromloser Spulen­ anordnung (34, 94) in eine definierte, vorzugs­ weise seine der Offenstellung des Drosselelementes (12) entsprechende Stellung verstellt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtung eine Federanordnung (44; 78) umfaßt, welche das Drosselelement (12) in seine Geschlossen- oder Offenstellung vorspannt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtung eine Hilfsspannungs­ quelle umfaßt, die bei Ausfall oder beim Ausschal­ ten der Stromversorgung des Stellantriebs sich über die Spulenanordnung im Sinne einer Öffnung oder eines Schließens des Drosselelements entlädt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselelement in seiner Offenstellung oder seiner Schließstellung arretierbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine erste Regelschleife aufweist, umfassend einen dem beweglichen Stellglied (34, 94) oder dem Drosselelement (12) zugeordneten Positionsgeber (50, 52) und einen Positionsregler (114) zum Vergleich von Positions- Sollwerten und den vom Positionsgeber (50, 52) er­ mittelten Positions-Istwerten und zur Erzeugung von Steuersignalen in Abhängigkeit des Istwert- Sollwert-Vergleiches.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine zweite Regelschleife aufweist, die einen in der Fluid- Leitung (10) nahe dem Drosselelement (12) angeordneten Sensor (122) zur Messung eines Strömungsparameter-Istwertes, einen Parameter- Sollwertgeber (128) und einen Regler (126) umfaßt, der in Abhängigkeit eines Istwert-Sollwert- Vergleiches einen Positions-Sollwert erzeugt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Regelschleife der ersten Regelschleife überlagert ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Eingang des Positionsreglers (114) mit dem Ausgang einer Schaltungsanordnung (130) verbunden ist, die aufgrund des Positions-Istwertes und eines von dem Steuerstrom in der Spulenanordnung (34; 94) des Stellantriebes abgeleiteten Signales einen Schätzwert für die Verstellgeschwindigkeit des Drosselelementes (12) erzeugt.