Lastverstelleinrichtung

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Lastverstelleinrichtung mit einem auf ein die Leistung einer Brennkraftmaschine bestimmenden Stellglied (12) einwirkbaren Steuerelement (11), das mit einem mit einem Fahrpedal (1) gekoppelten Mitnehmer (3) zusammenwirkt und zusätzlich mittels eines elektrischen Stellantriebes (15) bewegbar ist, mit einem dem Mitnehmer zugeordneten Sollwerter­fassungselement (7), einem mit diesem zusammenwirkenden und auf den elektrischen Stellantrieb einwirkenden Istwerterfassungsele­ment (13), wobei der elektrische Stellantrieb in Abhängigkeit von den erfaßten Werten von einer elektronischen Regeleinrich­tung (14) ansteuerbar ist.
Um bei einer Ansteuerung des elektrischen Stellantriebes eine bezüglich des Mitnehmers rückwirkungsfreie Bewegung des Steuer­elementes zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zwischen Mitnehmer und Steuerelement eine Schaltkupplung (10) angeordnet ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Lastverstelleinrichtung mit einem auf ein die Leistung einer Brennkraftmaschine bestimmenden Stellglied einwirkbaren Steuerlement, das mit einem mit einem Fahrpedal gekoppelten Mitnehmer zusammenwirkt und zusätzlich mittels eines elektrischen Stellantriebes bewegbar ist, mit einem dem Mitnehmer zugeordneten Sollwerterfassungselement, einem mit diesen zusammenwirkenden und auf den elektrischen Stellantrieb einwirkenden Istwerterfassungselement, wobei der elektrische Stellantrieb in Abhängigkeit von den erfaßten Werten von einer elektronischen Regeleinrichtung ansteuerbar ist.

[0002] Eine Lastverstelleinrichtung der genannten Art ist aus der DE-­38 15 734 A1 bekannt. Bei ihr sind der Mitnehmer und das Steuer­element mittels einer Koppelfeder gekoppelt und das Steuerele­ment in Richtung eines Anschlages des Mitnehmers vorgespannt. Die Position des Mitnehmers wird durch das Sollwerterfassungs­element und die des Steuerelementes durch das Istwerterfassungs­elementes dargestellt und die von den beiden Elementen erfaßten Werte an die elektronische Regeleinrichtung weitergegeben, die das mit dem Stellglied zusammenwirkende Steuerelement entspre­chend der zwischen den beiden Elementen vorgegebenen Regelcha­rakteristik über den elektrischen Stellantrieb steuert. Die Koppelfeder stellt dabei sicher, daß bei divergierenden Bewegun­ gen von Mitnehmer und Steuerelementen ein Ausfall der elektroni­schen Regeleinrichtung immer zu einer Änderung der Lasteinstel­lung in eine der Größe des Fahrpedals entsprechende Leistungs­größe führt.

[0003] Die genannte Lastverstelleinrichtung hat sich in der Praxis prinzipiell bewährt. Dennoch sind bei dieser Betriebszustände denkbar, bei denen bei aktiviertem elektrischen Stellantrieb das Steuerelement den Mitnehmer mitbewegen muß und dies sogar entgegen auf den Mitnehmer einwirkender Rückstellkräfte. Dies erfordert eine leistungsstärkere Auslegung des elektrischen Stellantriebes und einer diesem beispielswleise nachgeschalteten elektromagnetischen Schaltkupplung, ferner ist ein rückwirkungs­freier Betrieb des Steuerelementes und damit des Stellgliedes nicht in allen Betriebszuständen der Lastverstelleinrichtung gewährleistet.

[0004] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Lastverstellein­richtung der genannten Art so weiter zu bilden, daß bei einer Ansteuerung des elektrischen Stellantriebes eine bezüglich des Mitnehmers rückwirkungsfreie Bewegung des Steuerelementes gewährleistet ist.

[0005] Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß zwischen Mitnehmer und Steuerelement eine Schaltkupplung angeordnet ist. Die Schalt­kupplung ermöglicht eine Trennung von Sollwertseite und Istwert­seite der Lastverstelleinrichtung, womit die Sollwertseite, das heißt das Steuerelement und das Stellglied rückwirkungsfrei bezüglich des Mitnehmers bewegt werden können. Auf den Mitnehmer einwirkende Kräfte, insbesondere Rückstellfederkräfte müssen damit nicht mehr vom elektrischen Stellantrieb überwunden werden. In der Praxis wird es zwar auch erforderlich sein, eine Rückstellfeder zum Überführen des Steuerelementes in eine Leerlaufposition vorzusehen, diese kann jedoch wesentlich schwächer dimensioniert sein als eine auf den Mitnehmer wirkende Rückstellfeder, die zudem das Fahrpedal und die zwischen diesem und dem Mitnehmer angeordneten mechanischen Bauteile in deren Leerlaufstellung vorspannen muß.

[0006] Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schaltkupplung als elektromagnetische Schaltkupplung ausgebildet ist, die beim Aktivieren des elektri­schen Stellantriebes geöffnet wird. Damit erfolgt beispielsweise im Notlaufbetrieb, das heißt einem Ausfall des elektrischen Stellantriebes die Ansteuerung des Stellgliedes ausschließlich fahrpedalseitig, während bei Aktivierung des elektrischen Stellantriebes die Fahrpedalseite vollständig von dem Steuerele­ment und damit dem Stellglied abgetrennt ist. Zweckmäßig ist die Schaltkupplung darüber hinaus als kodierbare Schaltkupplung ausgebildet. Hierunter wird eine solche Schaltkupplung verstan­den, die zwar dann, wenn der elektrische Stellantrieb spannungs­los wird, schließt, aber erst in einer definierten Position von Mitnehmer und Steuerelement diese kraftschlüssig miteinander verbindet. Bei einer linearen Relativbewegung von Mitnehmer und Steuerelement kann die Schaltkupplung hierzu beispielswleise im Bereich einer Kupplungshälfte mit einem Ansatz und im Bereich der anderen Kupplungshälfte mit einer Ausnehmung verbunden sein, die nur in der genannten definierten Relativstellung der Kupplungshälften einrasten, bei einer Drehbewegung von Mitnehmer und Steuerelement relativ zueinander gilt entsprechendes. Zweck der kodierbaren Schaltkupplung ist es sicherzustellen, daß eine Kraftübertragung von Mitnehmer und Steuerelement und damit Einwirkung auf das Stellglied nur bei betriebsverträglichen Positionen, das heißt gleiche Fahrzustände repräsentierenden Positionen von Mitnehmer und Steuerelement erfolgt. So ist es beispielsweise denkbar, daß sich das Stellglied und damit auch das Steuerungselement bei einer Geschwindigkeitsbegrenzungsrege­lung in Vollaststellung befindet, während die Sollwertvorgabe durch das Fahrpedal einer Leerlaufstellung entspricht. Würde in diesem Fahrzustand der elektrische Stellantrieb spannungslos und die Schaltkupplung schließen, ergäben sich nicht miteinander korrelierende Positionen von Mitnehmer und Steuerelement. Die kodierbare Schaltkupplung gestattet in diesem Fall zwar eine Verbindung von Mitnehmer und Steuerelement, jedoch ohne Kraft­schluß, der erst bei miteinander korrelierenden Positionen von Mitnehmer und Steuerelement erfolgt. Eine bevorzugte Position ist dabei dann gegeben, wenn sowohl der Mitnehmer als auch das Steuerelement ihre Leerlaufstellung erreicht haben. Um die Überführung des Steuerelementes in die Leerlaufstellung zu bewirken, ist es erforderlich, daß dieses mit einer separaten Rückstellfeder in Leerlaufstellung vorgespannt ist. In diesem Zusammenhang sieht eine besondere Ausführungsform der Erfindung vor, daß der Mitnehmer ein Freilaufelement aufweist, mit dem die Mitnehmerseite der Schaltkupplung zusammenwirkt, sowie der Mitnehmer und das Steuerelement mittels der Rückstellfedern in deren Leerlaufrichtung vorgespannt sind, ferner daß das Steuer­element über eine in Vollastrichtung wirkende Leerlaufnotfeder in einer Leerlaufnotstellung vorgespannt ist. In diesem Fall erfolgt keine starre Kopplung zwischen Mitnehmer und Steuerele­ment, vielmehr ist die Mitnehmerseite der Schaltkupplung in den vorgegebenen Abmessungen des Freilaufelementes relativ zu diesem bewegbar, um so, entsprechend der vorgegebenen Wirkrichtung der zweckmäßig gegen einen Anschlag wirkenden Leerlaufnotfeder, die rückwirkungsfreie Anordnung von Steuerelement und Mitnehmer zu gewährleisten.

[0007] Um die auf das Steuerelement einwirkenden Federkräfte möglichst gering halten zu können, ist vorgesehen, daß der elektrische Stellantrieb unmittelbar über eine Schaltkupplung, insbesondere elektromagnetische Schaltkupplung mit dem Steuerelement zusam­menwirkt. Insbesondere die dem Steuerelement zugeordnete Rückstellfeder muß damit nach dem Abschalten des elektrischen Stellantriebs das Steuerelement nicht gegen die Kraft des Stellantriebes in die Leerlaufstellung überführen, es reicht vielmehr aus, den elektrischen Stellantrieb und das Steuerele­ment über die elektromagnetische Schaltkupplung zu entkoppeln.

[0008] Vorteilhaft sind schließlich dem Mitnehmer und dem Steuerelement jeweils mindestens ein Sicherheitskontakt zur überwachung eine definierten Betriebsstellung von Mitnehmer bzw. Steuerelement zugeordnet. Zweckmäßig überwacht hierbei der mitnehmerseitige Sicherheitskontakt die Leerlaufstellung des Mitnehmers und der steuerelementseitige Sicherheitskontakt die Leerlaufnotstellung des Steuerelements.

[0009] Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung der Figuren dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.

[0010] In den Figuren ist eine grundsätzliche Ausführungsform der Erfindung mit zwei unterschiedlichen Kupplungsvarianten darge­stellt, ohne auf diese beschränkt zu sein. Es stellt im einzel­nen dar:

Figur 1 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung des Grundprin­zips der erfindungsgemäßen Lastverstelleinrichtung,

Figur 2 die schematische Darstellung der Wirkungsweise der kordierbaren Schaltkupplung bei einer Linearbewegung von Mitnehmer und Steuerelement und

Figur 3 eine Figur 2 entsprechende Darstellung der Kupplung für eine Drehbewegung zwischen Mitnehmer und Steuerelement.

[0011] Die erfindungsgemäße Lastverstelleinrichtung basiert in ihrer Funktion im wesentlichen auf der in der DE 38 15 734 A1 be­schriebenen Lastverstelleinrichtung, so daß insoweit auf die dortige Beschreibung Bezug genommen wird.

[0012] In der Figur 1 ist ein Fahrpedal 1 gezeigt, mit dem ein Gestänge bzw. ein Bowdenzug 2 verbunden ist, der an einem Mitnehmerteil 3a eines zweiteiligen Mitnehmers angreift. Mittels des Fahrpe­dales 1 besteht über das Gestänge bzw. den Bowdenzug 2 die Möglichkeit, das Mitnehmerteil 3a in Vollastrichtung bis zum Vollastanschlag 4 zu bewegen, eine Rückstellfeder 5 spannt damit das Mitnehmerteil 3a gegen einen Leerlaufanschlag 6 vor. Das Mitnehmerteil 3a ist mit einem dessen Position erfassenden Sollwerterfassungselement 7 in Art eines Schleifers eines Potentiometers verbunden. Mit dem Mitnehmerteil 3a wirkt schließlich ein Sicherheitskontakt 8 zusammen, der dann akti­viert ist, wenn das Mitnehmerteil 3a am Leerlaufanschlag 6 anliegt.

[0013] Das Mitnehmerteil 3a weist schließlich ein als Freilaufhaken 9 ausgebildetes Freilaufelement auf, mit dem das zweite Mitnehmer­teil 3b des Mitnehmers 3 zusammenwirkt. Dieses Mitnehmerteil 3b ist mit einer Kupplungshälfte 10a einer elektromagnetisch wirkenden, kodierbaren Schaltkupplung 10 verbunden. Mit der anderen Kupplungshälfte 10b der Schaltkupplung 10 ist ein Steuerelement 11 verbunden, das dem unmittelbaren Verstellen eines Stellgliedes in Form einer Drosselklappe 12 oder einer Kraftstoffeinspritzung dient. Die Stellung des Steuerelementes 11 wird mittels eines Istwerterfassungselementes 13 dargestellt, das entsprechend dem Sollwerterfassungselement 7 in Art eines Potentiometers mit Schleifer ausgebildet ist. Mit dem Sollwer­terfassungselement 7 und dem Istwerterfassungselement 13 wirkt eine elektronische Regeleinrichtung 14 zusammen, die unter anderem einen elektrischen Stellmotor 15 und eine elektromagne­tische Schaltkupplung 16 steuert, wobei der elektrische Stellmo­tor 15 über die elektromagnetische Schaltkupplung 16 in Wirkver­bindung mit dem Steuerelement 11 bringbar ist. Eine Rückstellfe­der 17 greift am Steuerelement 11 an, ferner spannt eine Leerlaufnotfeder 18 das Steuerelement 11 in Vollastrichtung gegen einen verstellbaren Anschlag 19 in Leerlaufnotstellung vor. Die Leerlaufnotstellung des Steuerelementes 11 wird durch einen mit diesem zusammenwirkenden Sicherheitskontakt 20 überwacht.

[0014] Die insoweit beschriebene Lastverstelleinrichtung ermöglicht eine Ansteuerung der Drosselklappe 12 unmittelbar fahrpedalsei­tig über den Mitnehmer 3, ferner bei Entkoppelung des Mitnehmers 3 und Aktivierung des elektrischen Stellantriebes 15 bei gleichzeitiger Schaltung der elektromagnetischen Schaltkupplung 16 unmittelbar über das Steuerelement 11. So ist vorgesehen, das die Drosselklappe 12 im üblichen Fahrbetrieb über das Fahrpedal 1 und den Mitnehmer 3 angesteuert wird, bei geschlossener kodierbarer Schaltkupplung 10 und geöffneter elektromagnetischer Schaltkupplung 16 bei gegebenenfalls gleichzeitig abgeschaltetem elektrischen Stellmotor 15. Das Fahrpedal 1 wirkt damit über das erste Mitnehmerteil 3a und dem diesem zugeordneten Freilaufhaken 9 auf das zweite Mitnehmerteil 3b und kraftschlüssig über die Schaltkupplung 10 auf das Steuerelement 11 das die Drosselklappe 12 verstellt. Bei einer Bewegung des ersten Mitnehmerteiles 3a in Vollastrichtung gelangt dabei das zweite Mitnehmerteil 3b in Anlage mit einem in den Bewegungsweg dieses Mitnehmerteiles ragenden Schenkel des Freilaufhakens 9 und wird in Vollastrich­tung mitgeführt. Bei einer Bewegung in Leerlaufrichtung über die Leerlaufnotstellung hinaus gelangt der andere Schenkel des Freilaufhakens 9 in Anlage mit dem zweiten Mitnehmerteil 3b. Bei bestimmten Fahrzuständen, beispielsweise der Leerlaufregelung der Brennkraftmaschine, einer Antischlupfregelung oder einer Geschwindigkeitsbegrenzungsregelung wird der elektrische Stellmotor 15 aktiviert und die elektromagnetische Schaltkupp­lung 16 geschlossen, bei gleichzeitigem Öffnen der kodierbaren Schaltkupplung 10. Der Mitnehmer 3 ist damit vollständig vom Steuerelement 11 getrennt, so daß nunmehr die Ansteuerung der Drosselklappe 12 ausschließlich über den elektrischen Stellmotor 15 erfolgt. Auf diesen wirken als Federelemente nunmehr nur noch die Rückstellfeder 17 und im Bereich minimaler Leerlaufstellung bis zur Leerlaufnotstellung die Leerlaufnotfeder 18, die um ihre Funktion ausüben zu können, eine größere Druckkraft aufweisen muß wie die Zugkraft die Rückstellfeder 17.

[0015] Um nach einer elektromotorischen Ansteuerung des Steuerelementes 11 eine definierte Zuordnung von Mitnehmer 3 und Steuerelement 11 sicherzustellen, weisen die Kupplungshälften 10a und 10b der kodierbaren Schaltkupplung 10 Rastelemente auf, die nur dann ineinandergreifend wirksam werden, wenn die Sollwertposition des Mitnehmers 3 mit der Istwertposition des Steuerelementes 11 übereinstimmt, insbesondere wenn sowohl Mitnehmer 3 als auch Steuerelement 11 sich in Leerlaufposition befinden. Figur 2 zeigt für eine Linearbewegung des zweiten Mitnehmerteiles 3b und des Steuerelementes 11 die beiden Kupplungshälften 10a und 10b, wobei die mitnehmerseitige Kupplungshälfte 10a mit einer mittigen Vertiefung 21 versehen ist, hingegen die steuerelement­seitige Kupplungshälfte 10a mit einer mittigen, entsprechend der Vertiefung ausgebildeten Erhebung 22. Auf beide Kupplungshälf­ten 10a und 10b wirkt die Schließkraft einer Feder 23. Die eine Kupplungshälfte 10a ist beispielsweise als Elektromagnet ausgebildet, hingegen die anderen Kupplungshälfte 10b als Permanentmagnet, in bestromten Zustand der elektromagnetischen Schaltkupplung 10 sind die beiden Kupplungshälften 10a und 10b auseinandergedrückt, hingegen liegen sie in stromlosem Zustand der Schaltkupplung 10 aneinander, wobei, wie der Darstellung b.) der Figur 2 zu entnehmen ist, bei nicht korrelierenden Positio­nen von zweitem Mitnehmerteil 3b und Steuerelement 11 keine formschlüssige Verbindung zwischen der Erhebung 22 und der Vertiefung 21 möglich ist, da diese Teile der Kupplungshälften 10a und 10b zueinander verschoben sind. Erst wenn die Positionen der beiden Kupplungshälften 10a und 10b wie in a.) der Figur 2 dargestellt korrelieren, kann die Feder 23 die beiden Kupplungs­ hälften 10a und 10b in ihre vollständig aneinanderliegende Position überführen, in der, wie unter c.) in Figur 2 gezeigt, die Erhebung 22 der Kupplungshälfte 10b die Vertiefung 21 der Kupplungshälfte 10a durchsetzt. Für den Fall, daß der Mitnehmer 3 und das Steuerelement 11 zueinander eine Drehbewegung vollfüh­ren, bietet sich eine Ausbildung der kodierbaren Schaltkupplung 10 gemäß der Darstellung in Figur 3 an. Diese zeigt nur den grundsätzlichen Aufbau der elektromagnetischen Kupplung 10, ohne das die Kupplungshälfte 10a und 10b gegeneinander entgegen der Magnetkraft vorspannende Federelement 23. So wird die Drehbewe­gung in die mitnehmerseitige Kupplungshälfte 10a über einen direkt oder indirekt mit dem Gestänge 2 in Verbindung stehenden Hebelansatz 24 eingeleitet, während die Kupplungshälfte 10b unmittelbar über das Steuerelement 11 in Verbindung mit der Drosselklappe 12 steht. Die Kupplungshälfte 10 ist mit einer entsprechenden Vertiefung 21, die andere Kupplungshälfte 10b mit einer Erhebung 22 versehen. Die Figur 3 verdeutlicht, daß die beiden Kupplungshälften 10a und 10b nur in der in dieser Figur gezeigten Stellung der Kupplungshälften miteinander über die Vertiefung 21 bzw. Erhebung 22 formschlüssig verbunden werden können.

Bezugszeichenliste

[0016] 

1 Fahrpedal

2 Gestänge/Bowdenzug

3 Mitnehmer

3a Mitnehmerteil

3b Mitnehmerteil

4 Vollastanschlag

5 Rückstellfeder

6 Leerlaufanschlag

7 Sollwerterfassungselement

8 Sicherheitskontakt

9 Freilaufhaken

10 Schaltkupplung

10a Kupplungshälfte

10b Kupplungshälfte

11 Steuerelement

12 Drosselklappe

13 Istwerterfassungselement

13 Istwerterfassungselement

14 elektronische Regeleinrichtung

15 elektrischer Stellmotor

16 Schaltkupplung

17 Rückstellfeder

18 Leerlaufnotfeder

19 Anschlag

20 Sicherheitskontakt

21 Vertiefung

22 Erhebung

23 Feder

24 Hebelansatz

Ansprüche

1. Lastverstelleinrichtung mit einem auf ein die Leistung einer Brennkraftmaschine bestimmenden Stellglied einwirkbaren Steuerelement, das mit einem mit einem Fahrpedal gekoppelten Mitnehmer zusammenwirkt und zusätzlich mittels eines elektrischen Stellantriebes bewegbar ist, mit einem dem Mitnehmer zugeordneten Sollwerterfassungselement, einem mit diesem zusammenwirkenden und auf den elektrischen Stellan­trieb einwirkenden Istwerterfassungselement, wobei der elektrische Stellantrieb in Abhängigkeit von den erfaßten Werten von einer elektronischen Regeleinrichtung ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Mitnehmer (3) und Steuerelement (11) eine Schaltkupplung (10) angeordnet ist.

2. Lastverstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Schaltkupplung als elektromagnetische Schaltkupplung (10) ausgebildet ist, die beim Aktivieren des elektrischen Stellantriebes (15) bzw. einer dem Stellantrieb (15) zugeordneten Schaltkupplung (16) geöffnet und beim Deaktivieren geschlossen wird.

3. Lastverstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkupplung als kodierbare Schaltkupplung (10) ausgebildet ist.

4. Lastverstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (3) ein Freilau­felement (9) aufweist, mit dem die Mitnehmerseite (3b, 10a) der Schaltkupplung (10) zusammenwirkt, sowie der Mitnehmer (3) und das Steuerelement (11) mittels Rückstellfedern (5, 17) in deren Leerlaufrichtung und das Steuerelement (11) über eine in Vollastrichtung wirkende Leerlaufnotfeder (18) in eine Leerlaufnotstellung vorgespannt sind.

5. Lastverstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mitnehmer (3) und dem Steuerelement (11) jeweils mindestens ein Sicherheitskontakt (8, 20) zur Überwachung einer definierten Betriebsstellung von Mitnehmer bzw. Steuerelement zugeordnet ist.

6. Lastverstelleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß der mitnehmerseitige Sicherheitskontakt (8) die Leerlaufstellung des Mitnehmers (3) und der steuerele­mentseitige Sicherheitskontakt (20) die Leerlaufnotstellung des Steuerelementes (11) überwacht.

7. Lastverstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Stellantrieb (15) unmittelbar über eine Schaltkupplung, insbesondere eine elektromagnetische Schaltkupplung (16) mit dem Steuer­element (11) zusammenwirkt.

Zeichnung