DE4132653A1

DE4132653A1 - Drehfederanordnung

Info

Publication number: DE4132653A1
Application number: DE19914132653
Authority: DE
Inventors: Otmar Ganser
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1991-10-01
Filing date: 1991-10-01
Publication date: 1993-04-08

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehfederanordnung, mit zwei relativ zueinander verdrehbaren Bauteilen und einer zylindrischen Schraubenfeder, wobei die beiden Federenden der Feder nach innen gerichtet in die Bauteile eingehängt sind.

Aus der Praxis ist eine Drehfederanordnung der genannten Art bekannt, bei der das eine Federende in ein Gehäuse, das andere Federende in eine relativ zum Gehäuse verschwenkbare Platte eingehängt ist. Die Drehfeder ist dabei ungeführt, so daß eine zentrische Anordnung der Feder nicht sichergestellt ist. Als weiterer Nachteil ist zu verzeichnen, daß die Feder wegen der nicht vorhandenen Führung relativ aufwendig zu montieren ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehfederanordnung der genannten Art so weiterzubilden, daß bei dieser eine exakte Federführung bei vernachlässigbarer Federreibung an den führen den Bauelementen gewährleistet ist. Darüberhinaus soll eine besondere Verwendung der Drehfederanordnung angegeben werden.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Drehfederanordnung der genannten Art, bei der die beiden Bauteile aufeinanderzu gerich tete Ansätze aufweisen, die sich aufeinanderzu verjüngen, wobei die Federenden in die erweiterten Bereiche der Ansätze einge hängt sind, und ein Teil der jeweils ersten und letzten Windung der Feder auf einem exzentrisch zur Längsmittelachse der Feder angeordneten Abschnitt des zugeordneten Ansatzes geführt ist.

Die Feder wird damit nur über einen Teil, nämlich im Bereich der jeweils ersten und letzten Windung der Feder geführt, wobei in diesen eine Art Linienberührung erfolgt. Diese Führung ist ausreichend, um eine zentrische und zylindrische Lage der eingebauten Feder bei im wesentlichen zu vernachlässigender Federreibung sicherzustellen. Durch die sich aufeinanderzu ver jüngenden Ansätze, die mit den ersten und letzten Windungen der Feder in Anlage gelangen, zentriert sich die Feder beim Einbau selbst. Ein fehlerhafter Einbau der Feder ist damit nicht möglich. Die Drehfeder kann axial verschoben werden, ohne den Verdrehwinkel zu verändern, weil zwar die Ansätze konisch ausgeführt sind, aber die Einhängeöffnungen achsparallel ausgearbeitet sind.

Zweckmäßig sind die Ansätze rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Teile der ersten und letzten Windungen der Feder sollten auf gegenüberliegenden Abschnitten der Ansätze geführt sein. Zweckmäßig beträgt der Verjüngungswinkel der Ansätze relativ zu deren Rotationsachse etwa 5°.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das jeweilige Federende in einem konstanten Radius abgebogen ist und eine Einhängeöffnung des zugeordneten Ansatzes eine dem Radius entsprechende Krümmung aufweist, wobei die radiale Erstreckung der Einhängeöffnung mindestens so groß ist wie die radiale Erstreckung des zugeordneten, nach innen gerichteten Federendes. Beim Spannen der Feder im Sinne einer Erhöhung von deren Windungsanzahl können sich die beiden Federenden damit vollständig in die Einhängeöffnungen hinein bewegen, bis die Feder durch die formschlüssige Anlage an den Ansätzen ihre zentrische Lage einnimmt. Die besondere Krümmung der Federenden schließt dabei weitgehend eine Bruchgefahr der Feder in der beschriebenen Spannrichtung aus.

Eines der Bauteile kann beispielsweise als Gehäusedeckel ausgebildet sein, der den einen Ansatz aufweist und das andere der Bauteile als Federscheibe, die mit einem Mitnehmer versehen ist, wobei die Federscheibe bei nicht beaufschlagtem Mitnehmer an einen Anschlag anliegt. Vorteilhaft ist dieser mittels eines Exzenters verstellbar. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Feder in beiden Drehrichtungen zu spannen.

Die Drehfederanordnung findet insbesondere bei einer Lastver stelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine Verwendung, wobei die Lastverstelleinrichtung mit einem auf ein die Leistung der Brennkraftmaschine bestimmenden Stellglied einwirkbaren Steuer element versehen ist, das mit einem mit einem Fahrpedal gekop pelten Mitnehmer zusammenwirkt und zusätzlich mittels eines, mit einer elektronischen Regeleinrichtung zusammenwirkenden elek trischen Stellantriebes ansteuerbar ist, wobei das Steuerelement mittels der Schraubenfeder in Aufregelrichtung der Lastver stelleinrichtung in eine Leerlaufnotstellung LL_Not vorspannbar ist. Die Drehfederanordnung dient dabei dem Zweck, beim Ausfall der Leerlaufregelung durch den elektrischen Stellantrieb zwischen einer Stellung LL_min und einer Stellung LL_max das die Leistung der Brennkraftmaschine bestimmende Stellglied in die Stellung LL_Not zu überführen. Eine Lastverstelleinrichtung für Brennkraftmaschinen, bei der das Stellglied einerseits fahr pedalseitig, andererseits über einen elektrischen Stellantrieb ansteuerbar ist, und eine Feder zum Überführen der Lastverstell einrichtung in eine Leerlaufnotstellung vorgesehen ist, ist beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung P 39 01 585.8 bekannt.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Figurenbeschreibung und den Figuren dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.

In den Figuren ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehfederanordnung zur Verwendung bei einer Lastverstelleinrich tung für Brennkraftmaschinen dargestellt, ohne auf diese Ausführungsform bzw. die Verwendung beschränkt zu sein. Es stellt dar:

Fig. 1 einen Schnitt durch die Lastverstelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine, bei der das Stellglied als Drosselklappe ausgeführt ist, auf Höhe der Drossel klappenwelle geschnitten, mit der Drehfederanordnung,

Fig. 2 die Drehfederanordnung in einer Ansicht X gemäß Fig. 3,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Drehfederanordnung, wobei der Schnittverlauf teilweise der Linie A-A in Fig. 2 folgt und

Fig. 4 eine Ansicht der bei der Drehfederanordnung Verwendung findenden Federscheibe mit in dieser eingesetzter Schraubenfeder, gemäß Blickrichtung B-B in Fig. 3 (ohne Gehäusedeckel gezeigt).

Fig. 1 zeigt bei der Lastverstelleinrichtung ein Gehäuse 1 mit einem Drosselklappenstutzen 2, in dem eine Drosselklappenwelle 3 drehbar gelagert ist. Mit dieser ist eine Drosselklappe 4 drehfest verbunden. Die Drosselklappenwelle 3 und damit die Drosselklappe 4 ist einerseits fahrpedalseitig über eine Seilscheibe 5, andererseits stellantriebseitig über einen Elektromotor 6 antreibbar. Der stellantriebseitige Kraftschluß erfolgt von Elektromotor 6 über ein Getriebe 7 zur Drossel klappenwelle 3. Wie zur deutschen Patentanmeldung P 39 01 585.8 beschrieben, kann sowohl die Fahrpedalseite als auch die Stellantriebseite von der Drosselklappenwelle 3 entkoppelbar sein.

Das stellantriebseitige Ende der Drosselklappenwelle 3 ragt aus dem eigentlichen Gehäuse 1 des Drosselklappenstutzens 2 heraus und es ist das Gehäuse 1 in diesem Bereich mittels eines Gehäusedeckels 10 verschlossen, der die erfindungsgemäße Drehfederanordnung 11 aufnimmt. Diese weist eine zylindrische Schraubenfeder 12 auf, die einerseits mit dem Gehäusedeckel 10, andererseits mit einer Federscheibe 13 verbunden ist. Ein drehfest mit der Drosselklappenwelle 3 verbundener Mitnehmer 30 greift in ein Zahnrad 8 ein und nimmt dieses mit. Das Zahnrad 8 weist einen in den Drehweg der Federscheibe 13 ragenden Ansatz 9 auf, so daß die Möglichkeit besteht, über den Elektromotor 6 und das Getriebe 7 durch Anlage des Ansatzes 9 an der Feder scheibe 13 diese entgegen der Kraft der Feder 12 zu verstellen.

Der detaillierte Aufbau der Drehfederanordnung ergibt sich aus der Darstellung der Fig. 2 bis 4:

Die beiden Enden 14 der zylindrischen Schraubenfeder 12 sind in einem konstanten Radius nach innen abgebogen, dies ist in der Darstellung der Fig. 4 für das in die Federscheibe 13 einge hängte Ende 14 der Feder 12 gezeigt. Das andere, nicht gezeigte Ende der Feder 12 ist zur Übertragung der Drehkraft entgegen gesetzt gerichtet nach innen abgebogen und in dem Gehäusedeckel 10 eingehängt. Genauer betrachtet weist der Gehäusedeckel 10 einen Ansatz 15 und die Federscheibe 13 einen Ansatz 16 auf, beide Ansätze 15 und 16 sind aufeinanderzu gerichtet und ver jüngen sich aufeinanderzu mit einem äußeren Konuswinkel von 5°, wobei die beiden Enden 14 der Feder 12 in die erweiterten Bereiche der Ansätze 15 und 16 eingehängt sind. Wie der Dar stellung der Fig. 3 deutlich zu entnehmen ist, fällt die Rotationsachse des rotationssymmetrisch ausgebildeten Ansatzes 16 mit der gezeigten Mittelachse 17 zusammen, während die Rotationsachse 18 des rotationssymmetrisch ausgebildeten Ansatzes 15 beabstandet zur Mittelachse 17 angeordnet ist, womit sich eine exzentrische Lage der beiden Ansätze 15 und 16 ergibt. Fig. 4 verdeutlicht besonders anschaulich für die der Feder scheibe 13 zugeordnete, als erste Windung 19 bezeichnete Windung der Feder 14, daß diese wegen der exzentrischen Anordnung der beiden Ansätze 15 und 16 zueinander nur zu einem Teil auf dem Ansatz 16 geführt ist. Diese Teillänge des Ansatzes ist durch den Winkelabschnitt Y verdeutlicht. Das dieser ersten Windung 19 zugeordnete Ende 14 der Feder 12 ist in eine Öffnung 20 des Ansatzes 16 eingelegt, der einen dem Krümmungsradius des genannten Endes 14 entsprechenden gekrümmten Abschnitt 21 aufweist, wobei die radiale Erstreckung, d. h. diejenige in Richtung der Linie 22 so groß ist, wie die radiale Erstreckung des nach innen gerichteten Endes 14 der Feder 12. Der Pfeil C verdeutlicht die durch das Ende 14 der Feder 12 auf den gekrümm ten Abschnitt 21 der Einhängeöffnung 20 ausgeübte Kraft, der Pfeil D die resultierende Kraft, die aufgrund der Anlage der ersten Windung 19 der Feder 12 auf den zugeordneten Teil des Ansatzes 16 einwirkt. Entsprechend der vorbeschriebenen Gestal tung der ersten Windung 19 der Feder 12 und deren Einhängung in den Ansatz 16 ist auch die letzte Windung 23 in den anderen Ansatz 15 eingehängt. Die Einhängepunkte der ersten und letzten Windung 19 bzw. 23 sind so vorgesehen, daß die sich am Ansatz 15 abstützende letzte Windung 23 eine der Anlagekraft D der ersten Windung 19 entgegengerichtete Anlagekraft D′ erzeugt, wie es in Fig. 4 verdeutlicht ist. Teile der ersten und letzten Windungen 19 bzw. 23 der Feder 14 sind damit auf gegenüberliegenden Abschnitten der Ansätze 15 und 16 geführt. Fig. 4 verdeutlicht den Mittelpunkt E der Feder 12 im Bereich der ersten Windung 19 sowie den Mittelpunkt F der Außenkontur des Ansatzes 16 auf Höhe der ersten Windung 19. Entsprechendes gilt für die Verhältnisse bei der letzten Windung 23 und dem zugeordneten Ansatz 15.

Die Montage der erfindungsgemäßen Drehfederanordnung erfolgt (siehe insbesondere die Darstellung der Fig. 2 und 3) derart, daß die Feder 12 in den Gehäusedeckel 10 eingesetzt wird, d. h. mit Spiel auf dessen Ansatz 15 aufgesteckt wird. Es wird dann die Federscheibe 13 auf die Feder 12 aufgesteckt, wobei der Ansatz 16 der Federscheibe 13 das zugeordnete Ende der Feder 12 mit entsprechendem Spiel durchsetzt. Die Feder 12 wird vor gespannt und von außen in den Gehäusedeckel 10 ein einen Anschlag 29 aufweisender Exzenter 24 eingesetzt, der eine Nase 25 in vorgespannter Stellung befindlichen Federscheibe 13 hintergreift. Die Federscheibe 13 wird zum Gehäusedeckel 10 axial gesichert, was besonders deutlich der modifizierten Ausführungsform nach der Fig. 1 zu entnehmen ist, wo die in einem Hülsenansatz 26 des Gehäusedeckels 10 geführte Feder scheibe 13 im Bereich deren Ansatzes 16 mittels eines Siche rungsringes 27 axial gesichert ist. Die so gebildete Drehfeder anordnung braucht nur noch mit dem Drosselklappenstutzen 2 befestigt zu werden, wobei ein Mitnehmer 28 der Federscheibe 13 in den Bewegungsweg des stellantriebseitigen Ansatzes 9 ragt.

Im Arbeitsbereich des Stellantriebes, d. h. des Elektromotors 6 von der minimalen Leerlaufstellung LL_min bis zur maximalen Leerlaufstellung LL_max tritt die Drehfederanordnung nur in Funktion, wenn der elektrische Stellantrieb die Drosselklappe 4 in eine Position überführen will, die lastmäßig niedriger als die zwischen LL_min und LL_max angeordnete Stellung LL_Not liegt. Je nach Vorspannung der Feder 12 legen sich deren beide Federen den über einen größeren Abschnitt an die Ansätze an. Sollte bei einer Leerlaufregelung des elektrischen Stellantriebes zwischen LL_min und LL_Not diese ausfallen, stellt die die Funktion der Notlauffeder aufweisende Feder 12 sicher, daß die Federscheibe 13 in die definierte Stellung bis zur Anlage der Nase 25 am Anschlag 29 des Exzenters 24 überführt wird, wobei gleichzeitig der Ansatz 9 des elektrischen Stellantriebes in diese Stellung mitbewegt wird, damit auch die Drosselklappe 4 in die LL_Not- Stellung. Diese Stellung läßt sich zusätzlich durch den Exzenter 24 auf die gewünschte Leerlauflast einstellen.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Drosselklappenstutzen
3 Drosselklappenwelle
4 Drosselklappe
5 Seilscheibe
6 Elektromotor
7 Getriebe
8 Zahnrad
9 Ansatz
10 Gehäusedeckel
11 Drehfederanordnung
12 zylindrische Schraubenfeder
13 Federscheibe
14 Federende
15 Ansatz
16 Ansatz
17 Mittelachse
18 Rotationsachse
19 erste Windung
20 Einhängeöffnung
21 Abschnitt
22 Linie
23 Windung
24 Exzenter
25 Nase
26 Hülsenansatz
27 Sicherungsring
28 Mitnehmer
29 Ansatz
30 Mitnehmer

Claims

1. Drehfederanordnung, mit zwei relativ zueinander verdreh baren Bauteilen und einer zylindrischen Schraubenfeder, wobei die beiden Federenden der Feder nach innen gerichtet in die Bauteile eingehängt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bauteile (10, 13) aufeinanderzu gerichtete Ansätze (15, 16) aufweisen, die sich aufeinanderzu verjüngen, wobei die Federen den (14) in die erweiterten Bereiche der Ansätze (15, 16) eingehängt sind, und ein Teil der jeweils ersten (19) und letzten Windung (23) der Feder (12) auf einem exzentrisch zur Längsmittelachse (E) der Feder (12) angeordneten Abschnitt (Y) des zugeordneten Ansatzes (15, 16) geführt ist.

2. Drehfederanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ansätze (15, 16) rotationssymmetrisch ausge bildet sind.

3. Drehfederanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der ersten (19) und letzten Windung (23) der Feder (12) auf gegenüberliegenden Abschnitten (Y) der Ansätze (15, 16) geführt sind.

4. Drehfederanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verjüngungswinkel der Ansätze (15, 16) relativ zu deren Rotationsachsen (18, 17) etwa 5° beträgt.

5. Drehfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Federende (14) um einen konstanten Radius abgebogen ist und eine Einhängeöffnung (20) des zugeordneten Ansatzes (15, 16) eine dem Radius ent sprechende Krümmung aufweist, wobei die radiale Erstreckung der Einhängeöffnung (20) mindestens so groß ist wie die radiale Erstreckung des zugeordneten, nach innen gerichteten Federendes (14).

6. Drehfederanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß sich die jeweilige Einhängeöffnung (20) parallel zur Achse (17, 18) des zugeordneten Ansatzes (15, 16) erstreckt.

7. Drehfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Bauteile als Gehäusedeckel (10) ausgebildet ist, der den einen Ansatz (15) aufweist und das andere der Bauteile als Federscheibe (13) mit einem Mitnehmer (28) ausgebildet ist, wobei die Federscheibe (13) bei nicht beaufschlagtem Mitnehmer (28) an einem Anschlag (29) anliegt.

8. Drehfederanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der Anschlag (29) mittels eines Exzenters (24) verstellbar ist.

9. Drehfederanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einer Lastverstelleinrich tung für eine Brennkraftmaschine Verwendung findet, wobei die Lastverstelleinrichtung mit einem auf ein die Leistung der Brennkraftmaschine bestimmenden Stellglied (4) einwirkbaren Steuerelement (3) versehen ist, das mit einem mit einem Fahr pedal gekoppelten Mitnehmer zusammenwirkt und zusätzlich mittels eines, mit einer elektronischen Regeleinrichtung zusammen wirkenden, elektrischen Stellantriebes (6) ansteuerbar ist, wobei das Steuerelement (3) mittels der Schraubenfeder (12) in Aufregelrichtung der Lastverstelleinrichtung in eine Leerlauf notstellung (LL_Not) vorspannbar ist.