DE4028702A1 - Stelleinrichtung - Google Patents

Stelleinrichtung

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DE4028702A1
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Germany
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servomotor
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DE4028702A
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Bernd Taubitz
Karl-Heinz Dipl Phys D Haegele
Claus Dr Ing Dr Kramer
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D11/00Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated
    • F02D11/06Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
    • F02D11/10Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type
    • F02D11/107Safety-related aspects
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Stelleinrichtung für ein um eine Drehachse schwenkendes Stellorgan, insbesondere für eine Drosselklappe einer Brennkraftmaschine, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Bei einer bekannten Stelleinrichtung (DE 32 00 096 A1) für ein Drosselorgan, das den Durchgangsquerschnitt einer Bypaßleitung um eine im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine angeordnete Drosselklappe mehr oder weniger öffnet, weist die Rückstelleinheit für das Drosselorgan eine Spiralfeder auf, die einerseits an der in einem Gehäuse drehbar gelagerten Welle, auf welcher das Drosselorgan drehfest sitzt, und andererseits am Gehäuse angreift. Bei Unterbrechung der Stromzufuhr zum Stellmotor, also im Störungsfall oder bei Abstellen der Brennkraftmaschine, dreht die Spiralfeder das Drosselorgan in eine vorbestimmte Stellung zur Freigabe eines bestimmten Durchgangsquerschnitts. Dies hat den Vorteil, daß einerseits beim Start der Brennkraftmaschine eine vorbestimmte günstige Luftmenge über die Bypaßleitung an der Drosselklappe vorbeiströmen kann und daß andererseits bei Unterbrechung der Stromzufuhr zum Stellmotor durch einen technischen Defekt ein für den Weiterlauf der Brennkraftmaschine günstiges Kraftstoff-Luft-Gemisch bereitgestellt werden kann. Die Rückstellkraft der Spiralfeder ist während des gesamten Betriebs des Stellmotors wirksam und muß von dem Stellmotor kompensiert werden.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß während des Stellbetriebs des Stellmotors keine Rückstellkraft am Stellorgan angreift, so daß der Stellmotor hinsichtlich Leistungsaufnahme kleiner ausgelegt werden kann. Damit reduziert sich seine Baugröße und sein Gewicht. Damit verbunden ist wiederum eine höhere Dynamik der Stelleinrichtung und eine längere Lebensdauer. Die Rückstellkraft der Sicherheits-Rückstelleinheit wird nur im Störfall, also bei Unterbrechung der Stromzufuhr zum Stellmotor, aktiviert.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Stelleinrichtung möglich.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 jeweils eine Seitenansicht einer Stelleinrichtung für eine Drosselklappe einer Brennkraftmaschine gemäß zweier Ausführungsbeispiele,
Fig. 3 und 4 jeweils eine vergrößerte Draufsicht eines der Kopplungsglieder in der Stelleinrichtung gemäß Fig. 1 oder 2 in zwei verschiedenen Drehstellungen, und zwar im Störungsfall (Fig. 3) und im Stellbetrieb (Fig. 4),
Fig. 5 eine Seitenansicht einer Stelleinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Mit der in Fig. 1 in Seitenansicht dargestellten Stelleinrichtung wird eine Drosselklappe 10 einer Brennkraftmaschine in einem Schwenkbereich von ca. 90° verdreht, die den Durchgangsquerschnitt einer Strömungsleitung 11 im Saugrohr 12 der Brennkraftmaschine mehr oder weniger freigibt. Die Drosselklappe 10 sitzt hierzu drehfest auf einer Stellwelle 13, die im Saugrohr 12 drehbar gelagert ist. Die Stelleinrichtung weist einen elektrischen Stellmotor 14 auf, der über ein Getriebe 15 mit einer Toleranzausgleichskupplung 16 an der Stellwelle 13 der Drosselklappe 10 angreift. An dem anderen Ende der Stellwelle 13 ist eine Rückstelleinheit 17 angesetzt, die eine Sicherheitsrückstellung der Drosselklappe 10 in deren Schließstellung bewirkt, wenn im Störungsfall die Stromzufuhr zu dem Stellmotor 14 unterbrochen wird. Die Sicherheits- Rückstelleinheit 17 ist dabei so konzipiert, daß ihre an der Stellwelle 13 in Drehrichtung "Drosselklappe zu" angreifende Rückstellkraft nur dann aktiviert wird, wenn der Störungsfall eintritt, hingegen während des normalen Betriebs des Stellmotors 14 die Rückstellkraft an der Stellwelle 13 den Wert Null annimmt.
Die Rückstelleinheit 17 weist eine gespannte Rückstellfeder 18 und eine bei Unterbrechung der Stromzufuhr zum Stellmotor 14 aktivierbare Koppelvorrichtung 19 auf, die Rückstellfeder 18 und Drosselklappe 10 miteinander verbindet. Zur Koppelvorrichtung 19 gehört ein erstes Koppelglied 20, das drehfest auf der Stellwelle 13 sitzt und als radial wegstehender Dreharm ausgebildet ist, und ein zweites Koppelglied 21, das mit einer einstückigen Lagerhülse 29 drehbar auf der Stellwelle 13 sitzt und als Mitnehmerscheibe ausgebildet ist, wie sie in Fig. 3 in Draufsicht zu sehen ist. Das erste Koppelglied 20 trägt einen mit Radialabstand von der Stellwelle 13 rechtwinklig abstehenden Mitnehmerzapfen 22, der in eine kreisbogenförmige Mitnehmernut 23 am Umfang des zweiten Koppelglieds 21 eingreift. Die über die gesamte Scheibenbreite sich erstreckende Mitnehmernut 23, deren radiale Tiefe größer ist als der Durchmesser des Mitnehmerzapfens 22, erstreckt sich über den maximalen Schwenkweg des Mitnehmerzapfens 22, bei einem maximalen Stellweg der Drosselklappe 10 von 90° also über 90° in Umfangsrichtung, und ist endseitig jeweils durch eine Anschlagfläche 21 bzw. 25 (Fig. 3) begrenzt. Die Rückstellfeder 18 ist als Memory-Metallelement mit Formgedächtnis, im folgenden SME-Element (Shape-Memory- Effect-Element) genannt, ausgebildet, und zwar als Spiral-, Schenkel- oder Winkelfeder 26 aus Nickel-Titan- Metall. Solche SME-Elemente sind bekannt, so daß ihre Funktionsweise hier nicht näher beschrieben zu werden braucht. Das hier verwendete SME-Element ist ein Element mit Zweiwegeffekt, d. h. es nimmt oberhalb und unterhalb seiner Formänderungstemperatur von z. B. 70° seinen jeweiligen Formzustand an, so daß ein reversibler Prozeß zwischen zwei vorgegebenen Formzuständen der Winkelfeder 26 erzeugt wird. Oberhalb und unterhalb der Formänderungstemperatur nimmt dabei das in Fig. 1 mit 261 bezeichnete axial abgewinkelte Ende der Winkelfeder 26 jeweils eine andere Schwenkstellung ein, wobei die Schwenkstellungen um einen Drehwinkel von mehr als 90° voneinander entfernt liegen. Die Winkelfeder 26 sitzt auf einer Isolierhülse 27, die ihrerseits drehbar auf der Lagerhülse 29 des zweiten Koppelglieds 21 sitzt, und greift mit ihrem abgewinkelten Federende 261 durch eine Axialbohrung 28 im zweiten Koppelglied 21 hindurch, während ihr anderes Ende 262 an einem räumlich festen Anschlag 37 anliegt. Die Axialbohrung 28 im zweiten Koppelglied 21 ist in Verbindung mit der Winkelfeder 26 so angeordnet, daß oberhalb der Formänderungstemperatur durch die Winkelfeder 26 die Anschlagfläche 24 der Mitnehmernut 23 bei in Schließstellung sich befindlicher Drosselklappe 10 an dem Mitnehmerzapfen 22 anliegt. Diese Drehstellung des zweiten Koppelgliedes 21 ist in Fig. 3 in Verbindung mit dem Mitnehmerzapfen 22 dargestellt. Unterhalb der Formänderungstemperatur nimmt die Winkelfeder 26 wieder ihren ursprünglichen Formzustand an, in welcher das Federende 261 um ca. 90° verschwenkt ist und dadurch das zweite Kopplungsglied 21 wieder seine in Fig. 4 dargestellte Grundstellung einnimmt. Durch die nach wie vor geschlossene Drosselklappe 10 liegt der Mitnehmerzapfen 22 nunmehr etwa an der Anschlagfläche 25 an und kann bei unveränderter Drehstellung des zweiten Koppelglieds 21 längs der Mitnehmernut 23 ungehindert über den Stellweg der Drosselklappe 10 von ca. 90° geschwenkt werden.
Die Nickel-Titan-Legierung der Winkelfeder 26 besitzt den notwendigen hohen elektrischen Leiterwiderstand, um die Winkelfeder 26 bei Stromdurchfluß direkt auf eine oberhalb des Temperaturpunktes für die Formänderung liegenden Temperatur aufzuheizen. Hierzu ist die Winkelfeder 26 über ihre beiden Enden 262, 261 an eine Heizstromquelle 30 angeschlossen. Der Anschluß erfolgt dabei über zwei parallel geschaltete Schaltkontakte 31, 32 zweier Schaltrelais 33, 34. Die Erregerwicklungen beider Schaltrelais 33, 34 sind im Stromkreis des Stellmotors 14 angeordnet, und zwar ist die Erregerwicklung des Schaltrelais 33 in der Zuführleitung vom Gleichspannungsnetz zum Stellmotor 14 und die Erregerwicklung des Schaltrelais 34 in der Rückführleitung vom Stellmotor 14 zum Gleichspannungsnetz oder umgekehrt eingeschaltet. Beide Schaltrelais 33, 34 sind so ausgebildet, daß die Schaltkontakte 31, 32 bei bestromter Erregerwicklung geöffnet sind und bei Stromausfall schließen. Bei Unterbrechung der Stromzufuhr zum Stellmotor 14 fällt daher mindestens ein Schaltrelais 33, 34 ab und schließt den entsprechenden Schaltkontakt 31, 32, wodurch die Winkelfeder 26 stromdurchflossen ist.
Die Wirkungsweise der Stelleinrichtung ist wie folgt:
Während des Stellbetriebs wird dem Stellmotor 14 Strom zugeführt. Die Schaltrelais 33, 34 sind erregt und die Schaltkontakte 31, 32 geöffnet. Das von dem SME-Element Winkelfeder 26 beaufschlagte zweite Koppelglied 21 nimmt seine in Fig. 4 dargestellte Grundstellung ein, wobei bei geschlossener Drosselklappe 10 der Mitnehmerzapfen 22 des ersten Koppelglieds 20 an der Anschlagfläche 25 der Mitnehmernut 23 anliegt oder zumindest in deren Nähe liegt. Aufgrund der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine dreht der Stellmotor 14 und stellt die Drosselklappe 10 auf eine gewünschte Drehstellung zwischen einem Schwenkwinkel 0° und 90°. Mit der Drehung der Drosselklappe 10 schwenkt auch das erste Koppelglied 20, wobei sein Mitnehmerzapfen 22 sich ungehindert in der Mitnehmernut 23 im zweiten Koppelglied 21 bewegen kann. Die Grundstellung des zweiten Koppelglieds 21 wird unverändert beibehalten.
Im Störungsfall, wenn die Stromzufuhr zum Stellmotor 14 unterbrochen wird, fällt mindestens ein Schaltrelais 33, 34 ab, und der entsprechende Schaltkontakt 31 bzw. 32 schließt. Damit wird das SME-Element Winkelfeder 26 vom Heizstrom durchflossen und erwärmt sich über seinen Temperaturpunkt für die Formänderung hinaus. Mit Überschreiten des Temperaturpunktes für die Formänderung nimmt die Winkelfeder 26 ihre andere Drehstellung ein, bei welcher das Ende 261 der Winkelfeder 26 um ca. 90° geschwenkt ist. Während des Formänderungsvorgangs leistet die Winkelfeder 26 Arbeit und schwenkt das zweite Koppelglied 21 um ca. 90° in die in Fig. 3 dargestellte Drehstellung. Bei diesem Schwenkvorgang schlägt die Anschlagfläche 24 der Mitnehmernut 23 an dem Mitnehmerzapfen 22 an und nimmt diesen bis in die Enddrehstellung mit. Über den Mitnehmerzapfen 22 wird das erste Koppelglied 20 und damit die Stellwelle 13 gedreht, bis die Drosselklappe 10 in ihrer Schließstellung anschlägt. Nach Abschalten der Heizstromquelle, z. B. über das Zündschloß des Kraftfahrzeugs, kühlt sich die Winkelfeder 26 wieder ab und geht in ihre Grundstellung über, wobei das Ende 261 der Winkelfeder 26 in Gegenrichtung um ca. 90° zurückschwenkt. Das zweite Koppelglied 21 wird dadurch wieder in seine in Fig. 4 dargestellte Grundstellung zurückgeschwenkt und der Mitnehmerzapfen 22 kann sich wieder in der Mitnehmernut 23 über den Schwenkweg der Drosselklappe 10 frei bewegen.
Die Winkelfeder 26 kann auch als SME-Element mit Einwegeffekt ausgebildet werden. Im diesem Fall ist es jedoch erforderlich, daß die Winkelfeder 26 durch eine äußere Kraft in ihre Grundstellung, die der Drehstellung des zweiten Koppelglieds 21 entspricht, wie diese in Fig. 4 dargestellt ist, zurückgeführt wird. Eine solche Kraft kann über den Stellmotor 14 und die Koppelglieder 20, 21 auf die Winkelfeder 26 aufgebracht werden, in dem bei stromloser und abgekühlter Winkelfeder 26 der Stellmotor 14 die Drosselklappe 10 kurzzeitig in die volle Öffnungsstellung, also in ihre 90°- Drehstellung, überführt. Bei dieser Drehbewegung der Drosselklappe 10 nimmt der Mitnehmerzapfen 22 über die Anschlagfläche 24 der Mitnehmernut 23 das zweite Koppelglied 21 mit, das seinerseits das Ende 261 der Winkelfeder 26 in die Grundstellung überführt. Hat das zweite Koppelglied 21 die in Fig. 4 dargestellte Grundstellung eingenommen, so kann durch Reversieren des Stellmotors 14 die Drosselklappe 10 wieder geschlossen werden. Das SME-Element Winkelfeder 26 mit Einwegeffekt behält diese Stellung solange bei - und solange verbleibt das zweite Koppelglied 21 in seiner Grundstellung bis durch Aufheizen des SME-Elements Winkelfeder 26 der Temperaturpunkt für die Formänderung wieder überschritten wird.
Die in Fig. 2 skizzierte Stelleinrichtung für eine Drosselklappe 10 ist gegenüber der vorstehend beschriebenen Stelleinrichtung lediglich im Bereich der Rückstelleinheit 17 modifiziert und stimmt ansonsten mit der beschriebenen Stelleinrichtung überein, so daß gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In Übereinstimmung mit der Stelleinrichtung gemäß Fig. 1 weist die Rückstelleinheit 17 wiederum die Rückstellfeder 18 und die Koppelvorrichtung 19 mit den beiden Koppelgliedern 20 und 21 auf, die identisch ausgebildet sind, mit dem einzigen Unterschied, daß das zweite Koppelglied 21 am Umfang noch eine nutförmige Ausnehmung 35 trägt. Die Rückstellfeder 18 ist hier als mechanische Winkel- oder Schenkelfeder 36 ausgebildet, die auf der Lagerhülse 29 des zweiten Koppelglieds 21 sitzt und in gleicher Weise wie das SME-Element Winkelfeder 26 in Fig. 1 mit ihrem einen in Achsrichtung abgewinkelten Schenkel 361 durch die Bohrung 28 im zweiten Koppelglied 21 hindurchragt und mit ihrem anderen Schenkel 362 an dem gehäusefesten Anschlag 37 anliegt. Die Schenkelfeder 36 ist vorgespannt und in ihrer Spannstellung von einem Raststift 38 gehalten, der in die Ausnehmung 35 eingreift. Der Raststift 38 sitzt am freien Ende eines einseitig gehäusefest eingespannten biegsamen Stegs 39 und wird von einer am Steg 39 angreifenden Druckfeder 40 in Eingriff mit der Ausnehmung 35 gehalten. Der Steg 39 ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 als SME- Biegeelement mit Einwegeffekt ausgebildet, das unterhalb seines Temperaturpunktes für die Formänderung geradlinig ausgerichtet ist wie in Fig. 2 dargestellt und oberhalb seines Temperaturpunktes für die Formänderung sich biegt, wobei dann der Raststift 38 gegen die Kraft der Druckfeder 40 aus der Ausnehmung 35 ausschwenkt. Die Rückführung des SME- Biegeelements Steg 39 nach dessen Abkühlung in seinen anderen Formzustand erfolgt durch die Kraft der Druckfeder 40. Zur Erwärmung des SME-Biegeelements Steg 39 ist dieses wiederum über die parallelen Schaltkontakte 31, 32 der beiden Schaltrelais 33, 34 mit der Heizstromquelle 30 verbunden.
Die Wirkungsweise der Stelleinrichtung gemäß Fig. 2 ist weitgehend identisch mit der in Fig. 1, so daß insoweit auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Im Störungsfall fällt mindestens ein Relais 33 bzw. 34 ab und das SME- Biegeelement Steg 39 wird erwärmt, wodurch sich dieses krümmt und der Raststift 38 aus der Ausnehmung 35 heraustritt. Die vorgespannte Schenkelfeder 36 dreht das nunmehr freigegebene zweite Koppelglied 21 in die in Fig. 3 dargestellte Drehstellung, wobei die Anschlagfläche 24 den Mitnehmerzapfen 22 mitnimmt und über das erste Koppelglied 20 und die Stellwelle 13 die Drosselklappe 10 bis zum Anschlag in ihre Schließstellung überführt. Zum Reaktivieren der Rückstelleinheit 17 ist die Schenkelfeder 36 wieder zu spannen, z. B. manuell, wobei das zweite Koppelglied 21 wieder in seine in Fig. 4 dargestellte Grundstellung zurückgedreht wird, in welcher der Raststift 38 am abgekühlten SME- Biegeelement und damit gradlinigen Steg 39 wieder in die Ausnehmung 35 einfällt und damit die vorgespannte Schenkelfeder 36 arretiert.
Anstelle der manuellen Spannung der Schenkelfeder 36 kann diese auch mit Hilfe des Stellmotors 14 gespannt werden, wenn - wie bereits vorstehend beschrieben - der Stellmotor 14 bei abgeschalteter Brennkraftmaschine die Drosselklappe 10 in ihre maximale Offenstellung überführt. Dabei wird über die Stellwelle 13, das erste Koppelglied 20 gedreht und von dem Mitnehmerzapfen 22 das zweite Koppelglied 21 über dessen Anschlagfläche 24 unter Spannen der Schenkelfeder 36 bis in dessen Grundstellung mitgenommen, in welcher der Raststift 38 in die Ausnehmung 35 in dem zweiten Koppelglied 21 einfällt. Danach kann durch Reversieren des Stellmotors 14 die Drosselklappe 10 wieder geschlossen werden.
Der Steg 39 kann auch als Bimetall-Element ausgebildet werden, wobei sich die beschriebene Funktionsweise der Stelleinrichtung nicht ändert. Der Raststift 38 kann ebenso an dem Anker eines Elektromagneten angeordnet sein, der im Störungsfall über mindestens eines der beiden Relais 33, 34 erregt wird, dadurch seinen Anker anzieht und damit den Raststift 38 aus der Ausnehmung 35 herauszieht.
Die in Fig. 5 dargestellte Stelleinrichtung für eine Drosselklappe 10 stimmt nahezu vollständig mit der Stelleinrichtung gemäß Fig. 1 überein. Der einzige Unterschied liegt in einer anderen elektrischen Beschaltung der als SME-Element ausgebildeten Winkelfeder 26. Sie ist in Reihe mit dem Stellmotor 14 geschaltet, so daß sie während des Stellbetriebs stromdurchflossen und damit auf eine oberhalb ihres Temperaturpunktes für die Formänderung liegenden Temperatur erwärmt ist. Die Winkelfeder 26 hat bei dieser Temperatur bezüglich des zweiten Koppelgliedes 21 der Koppelvorrichtung 19 eine solche Federstellung, daß das zweite Koppelglied 21 seine in Fig. 4 dargestellte Grundstellung einnimmt, in welcher bei geschlossener Drosselklappe 10 der Mitnehmerzapfen 22 des ersten Koppelglieds 20 an der Anschlagfläche 25 der Mitnehmernut 23 anliegt oder zumindest in deren Nähe liegt. Der Stellmotor 14 kann ungehindert die Drosselklappe 10 schwenken, wobei auch das erste Koppelglied 20 mitgenommen wird, dessen Mitnehmerzapfen 22 sich jedoch ungehindert in der Mitnehmernut 23 im zweiten Koppelglied 21 bewegen kann.
Im Störungsfall wird die Stromzufuhr zum Stellmotor 14 unterbrochen. Damit fällt auch der Heizstrom in der Winkelfeder 26 weg. Die Winkelfeder 26 kühlt sich ab und unterschreitet ihren Temperaturpunkt für die Formänderung. Mit Unterschreiten dieses Temperaturpunktes nimmt die Winkelfeder 26 ihre andere Drehstellung ein, bei welcher das Ende 261 der Winkelfeder 26 um ca. 90° geschwenkt ist. Während dieses Formänderungsvorgangs leistet die Winkelfeder 26 Arbeit und schwenkt das zweite Koppelglied 21 um ca. 90° in die in Fig. 3 dargestellte Drehstellung. Bei diesem Schwenkvorgang schlägt die Anschlagfläche 24 der Mitnehmernut 23 an dem Mitnehmerzapfen 22 an und nimmt diesen bis in die Enddrehstellung mit. Über den Mitnehmerzapfen 22 wird das erste Koppelglied 20 und damit die Stellwelle 13 gedreht, bis die Drosselklappe 10 in ihrer Schließstellung anschlägt. Wird nach Beseitigung des Defekts die Stelleinrichtung wieder in Betrieb genommen, so wird die Winkelfeder 26 wieder erwärmt und geht in ihre andere Drehstellung über, wobei das Ende 261 der Winkelfeder 26 in Gegenrichtung um ca. 90° zurückschwenkt. Das zweite Koppelglied 21 wird dadurch wieder in seine in Fig. 4 dargestellte Grundstellung zurückgestellt.
Auch bei dieser Stelleinrichtung kann die Winkelfeder 26 als SME-Element mit Einwegeffekt ausgebildet werden. Bei Abkühlung auf eine Temperatur unterhalb des Temperaturpunktes zur Formänderung verliert dann das SME-Element seine Stellkraft, und die Drosselklappe wird durch eine entgegengesetzt wirkende mechanische Rückstellfeder geschlossen.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So können die SME-Elemente in Fig. 1, 2 und 5 durch eine gesonderte Heizwendel indirekt beheizt werden, so daß sie selbst nicht stromdurchflossen sind. In diesem Fall können die SME-Elemente auf der Basis einer Kupfer-Zink-Aluminium- oder Kupfer-Aluminium-Nickel- Legierung hergestellt werden. Anstelle der Winkelfeder oder des Biegeelements können auch andere Ausführungsformen, wie Zugfeder, Druckfeder, Torsionsstab etc., zum Einsatz kommen.
Die dargestellen Ausführungsbeispiele zeigen beispielhaft als Stellorgan die Drosselklappe 10, und die Brennkraftmaschine ist in diesem Fall z. B. ein Ottomotor. Das Stellorgan kann aber genau so gut zum Beispiel eine Regelstange eines Dieselmotors oder z. B. ein Stellhebel z. B. eines Elektromotors sein. Betätigen des Stellorgans geschieht z. B. durch Schwenken oder axiales Verschieben.

Claims (12)

1. Stelleinrichtung für ein Stellorgan, insbesondere für eine Drosselklappe einer Brennkraftmaschine, mit einem elektrischen Stellmotor zum Betätigen des Stellorgans und mit einer Rückstell­ einheit zum Überführen des Stellorgans in eine definierte Grund­ position bei Unterbrechung der Stromzufuhr zum Stellmotor, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinheit (17) so ausgebildet ist, daß ihre auf das Stellorgan (10) wirkende Rückstellkraft aus­ schließlich bei Unterbrechung der Stromzufuhr zum Stellmotor (14) wirksam wird.
2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinheit (17) eine gespannte Rückstellfeder (18) und eine bei Unterbrechung der Stromzufuhr im Stellmotor (14) aktivierbare Koppelvorrichtung (19) aufweist, die Rückstellfeder (18) und Stellorgan (10) miteinander verbindet.
3. Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan (10) drehfest auf einer mit dem Stellmotor (14) verbundenen Stellwelle (13) sitzt, daß die Koppelvorrichtung (19) ein mit der Stellwelle (13) drehfest verbundenes erstes Koppelglied (20) und ein auf der Stellwelle (13) drehbar sitzendes zweites Koppelglied (21) aufweist, daß das erste Koppelglied (20) mit einem im Radialabstand von der Stellwelle (13) angeordneten Mitnehmerzapfen (22) in eine kreisbogenförmige Mitnehmernut (23) im zweiten Koppelglied (21) eingreift, die sich über den maximalen Schwenkbereich des Mitnehmerzapfens (22) erstreckt und endseitig jeweils eine Anschlagfläche (24, 25) aufweist, daß die Rückstellfeder (18) an dem zweiten Koppelglied (21) mit in Drehrichtung wirkender Rückstellkraft angreift und daß Mittel zur Aktivierung der Rückstellkraft vorgesehen sind.
4. Stelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungsmittel für die Rückstellkraft dadurch realisiert sind, daß die Rückstellfeder (18) als Memory-Metall-Element mit Formgedächtnis, als sog. SME- (Shape-Memory-Effect-) Element (26), ausgebildet ist, und daß das SME-Element (26) mit Unterbrechung der Stromzufuhr zum Stellmotor (14) auf eine oberhalb seines Temperaturpunktes für die Formänderung liegende Temperatur erwärmt wird.
5. Stelleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das SME-Element als Winkelfeder (26), z. B. aus Nickel-Titan-Metall, ausgebildet ist, die auf einer auf der Stellwelle (13) aufgesteckten Isolierhülse (27) sitzt und mit Unterbrechung der Stromzufuhr zum Stellmotor (14) stromdurchflossen ist.
6. Stelleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Winkelfeder (26) über mindestens einen Schaltkontakt (31, 32) mindestens eines Schaltrelais (33, 34) mit einer Heizstromquelle (30) verbunden ist und daß die Relaiswicklung des mindestens einen Schaltrelais (33, 34) im Stromkreis des Stellmotors (14) liegt.
7. Stelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungsmittel für die Rückstellfeder (18) einen in eine Ausnehmung (35) im zweiten Koppelglied (21) eingreifenden Raststift (38) und ein bei Unterbrechung der Stromzufuhr zum Stellmotor (14) aktivierbares Aushebeglied (39) für den Raststift (38) aufweisen und daß die Ausnehmung (35) im zweiten Koppelglied (21) derart angeordnet ist, daß Ausnehmung (35) und Raststift (38) bei gespannter Rückstellfeder (18) miteinander zum Eingriff fluchten.
8. Stelleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Aushebeglied (39) von einem einseitig eingespannten, an seinem freien Ende den Raststift (38) tragenden biegsamen Steg (39) gebildet ist, der als Bimetall-Element oder als SME-Element mit Einwegeffekt ausgebildet ist, daß am Steg (39) nahe dessen freiem Ende eine in Eingriffsrichtung von Raststift (38) und Ausnehmung (35) wirkende Federkraft angreift und daß der Steg (39) bei Unterbrechung der Stromzufuhr zum Stellmotor (14) beheizt wird.
9. Stelleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (39) über mindestens einen Schaltkontakt (31, 32) mindestens eines Schaltrelais (33, 34) mit einer Heizstromquelle (30) verbunden ist und daß die Relaiswicklung des mindestens einen Relais (33, 34) im Stromkreis des Stellmotors (14) liegt.
10. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (18) als Winkel­ oder Schenkelfeder (36) ausgebildet ist, die auf der Stellwelle (13) sitzt und mit ihrem einen Federende (362) sich ortsfest abstützt und mit ihrem anderen Federende (361) an dem zweiten Koppelglied (21) befestigt ist.
11. Stelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungsmittel für die Rückstellkraft dadurch realisiert sind, daß die Rückstellfeder (18) als Memory-Metall-Element mit Formgedächtnis, als sog. SME- (Shape-Memory-Effect-) Element (26), ausgebildet ist, und daß das SME-Element (26) nur während der Stromzufuhr zum Stellmotor (14) auf eine oberhalb seines Temperaturpunktes für die Formänderung liegenden Temperatur erwärmt wird.
12. Stelleinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das SME-Element als Winkelfeder (26), z. B. aus Nickel-Titan-Metall, ausgebildet ist, die auf einer auf der Stellwelle (13) aufgesteckten Isolierhülse (27) sitzt und elektrisch in Reihe mit dem Stellmotor (14) geschaltet ist.
DE4028702A 1990-09-10 1990-09-10 Stelleinrichtung Withdrawn DE4028702A1 (de)

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