DE4028702A1 - Stelleinrichtung - Google Patents
StelleinrichtungInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D11/00—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated
- F02D11/06—Arrangements 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
- F02D11/10—Arrangements 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
- F02D11/107—Safety-related aspects
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Description
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.
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.
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.
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.
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