Zur Anpassung der Leistung von Verbrennungsmotoren in Kraft- fahrzeugen an unterschiedliche Betriebsbedingungen sind im Ansaugweg (Ottomotor) oder an einer Kraftstoffeinspritzpumpe (Dieselmotor) Zumeßeinrichtungen für das Kraftstoff/Luft- Gemisch bzw. für den Kraftstoff vorgesehen, mit denen ent- sprechend dem Fahrerwunsch die Motorlast zwischen Leerlauf und Vollast verändert werden kann.

Im allgemeinen sind diese Zumeßeinrichtungen mit dem Fahrpe- dal verbunden, dessen Stellung auf eine Drosselklappe im An- saugluftweg oder auf einen Verstellhebel der Kraftstoffein- spritzpumpe übertragen wird. Die Übertragung erfolgt entweder mechanisch durch Gestänge oder Kabelzug oder elektrisch, wo- bei die elektrische Übertragung zunehmend Anwendung findet.

Im Nutzfahrzeugbau erlaubt sie die fast beliebige Verlegung der Übertragungsleitungen zwischen Fahrpedal bzw. dessen Sollwertgeber und dem oft weit entfernt liegenden Verbren- nungsmotor, beispielsweise bei einem Unterflur-oder Heckmo- tor. Außerdem gestattet sie in einfacher Weise überlagerte Regeleingriffe, z. B. Lastrücknahme bei Antischlupfregelung oder Lastvariation bei Geschwindigkeitsregelung. Elektrische Leistungssteller für Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen müssen ebenso wie Lenkung und Bremsen in ho- hem Maße ausfallsicher sein. Deshalb ist bei elektrischen Leistungsstellern eine Fail-Safe-Vorrichtung vorgesehen, durch die bei Ausfall des Verstellmotors ein zumindest einge- schränkter Betrieb des Kraftfahrzeugs möglich ist.

Fail-Safe-Vorrichtungen besitzen in der Regel eine durch ei- nen Elektromagnet in vorgespanntem Zustand gehaltene Feder, die im Fail-Safe-Fall bei stromlosem Elektromagnet die Dros- selklappe weitgehend schließt oder mit dem Fahrpedal mecha- nisch koppelt.

In der DE 40 28 702 AI ist ein elektrischer Leistungssteller für ein Stellorgan, insbesondere für die Drosselklappe eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs offenbart, wobei der e- lektrische Leistungssteller einen elektrischen Stellmotor und eine Fail-Safe-Vorrichtung mit einer Rückstellfeder aufweist, die von dem Stellmotor vorgespannt und bis zum Fail-Safe-Fall in diesem Zustand durch ein elektrisch beeinflußbares Verrie- gelungselement fixiert und bei Ausfall des Stellmotorstroms freigegeben wird, wodurch die Drosselklappe in eine definier- te Grundstellung gelangt.

Bei der Rückstellfeder handelt es sich um eine Spiralfeder, die von einem als Biegeelementsteg ausgebildeten Verriege- lungselement in ihrem vorgespannten Zustand verriegelt gehal- ten wird. Der Biegeelementsteg ist als SME-Elementsteg (Shape-Memory-Effect-Element) oder als Bimetall-Element-Steg ausgebildet.

Vorteilhaft ist bei den Biegeelementstegen, daß diese im Normalbetrieb keinen Stromverbrauch aufweisen. Erst im Fail- Safe-Fall tritt Strombedarf zum elektrischen Aufheizen des Biegeelementstegs auf. Wird bei dem SME-Elementsteg ein spe- zifischer Temperaturpunkt überschritten, tritt eine sprung- hafte Verformung desselben auf, die zur Entriegelung der Rückstellfeder dient.

Beim Bimetall-Element-Steg verläuft die Formänderung beim Aufheizen kontinuierlich, sie führt aber zum gleichen Ergeb- nis. Nachteilig ist bei diesen Systemen die thermische Träg- heit und die Gefahr einer Fehlauslösung durch hohe Motorraum- temperaturen (z. B. bei langen und großen Steigungen).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fail-Safe- Vorrichtung für einen elektrischen Leistungssteller zu schaf- fen, die möglichst wenig Stromverbrauch aufweist und die rasch und zuverlässig funktioniert.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentan- spruchs 1.

Die zur permanenten Aktivierung des Piezoaktors erforderliche elektrische Energie ist vernachlässigbar klein, da nur ein geringer Strom über den Widerstand fließt, der die beiden Spannungsanschlüsse kurzschließt. Die Formänderung des Piezo- aktors ist zwar gering, verläuft aber mit hoher Geschwindig- keit und erheblicher Kraftentfaltung. Außerdem ist sie weit- gehend temperaturunabhängig. Auf diese Weise ist ein strom- sparender Betrieb der Fail-Safe-Vorrichtung und deren flinke und zuverlässige Auslösung gegeben.

Für die technische Umsetzung der erfindungsgemäßen Lösung ist es von Vorteil, daß zwischen Stellmotor und Drosselklappe ein Stellgetriebe mit einem auf einer Drosselklappenwelle dreh- fest angeordneten Zahnrad vorgesehen ist, das mit einem An- triebsritzel des Stellmotors kämmt und das eine kreisbogen- förmige konzentrische Führungsnut für einen das Zahnrad beid- seitig überragenden achsparallelen Führungsstift ausweist.

Außerdem weist das Zahnrad einen in seiner Ebene angeordne- ten, die Führungsnut freischneidenden Mittelschlitz für die Rückstellfeder auf, deren eines Ende an dem Führungsstift und deren anderes Ende an einem Gehäuse des Leistungsstellers be- festigt ist.

Von Vorteil ist auch, wenn der Führungsstift als Anschlag für ein Leerlaufende und ein Vollastende der Führungsnut dient.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß der bei Vollaststellung der Drosselklappe am Vollastende der Führungsnut in Anschlagposition befindliche Führungsstift durch den mit ihm fluchtend und in geringem axialen Abstand angeordneten Piezoaktor durch Anlegen einer elektrischen Spannung mit diesem verspann-und dadurch fixierbar ist und bei fehlender elektrischer Spannung von demselben gelöst ist.

Die axiale Verspannrichtung des Führungsstifts erlaubt dessen Fixierung trotz der kleinen Spannwege des Piezoaktors.

Es hat Vorteile, daß zum Spannen der Rückstellfeder das Zahn- rad zusammen mit dem am Vollastende der Führungsnut anliegen- den Führungsstift mit Hilfe des Stellmotors bei jedem Start des Verbrennungsmotors von der Fail-Safe-Position desselben zu dessen Anschlagposition schwenkbar ist. Da der Stellmotor durch das Spannen der Rückstellfeder relativ selten und immer nur kurzzeitig belastet wird, kann er entsprechend klein di- mensioniert werden. Das wirkt sich positiv auf Gewicht und Abmessungen des Leistungsstellers aus.

Für eine einfache und schnell wirksame Fail-Safe-Vorrichtung ist es von Vorteil, daß bei Ausfall des Stellmotorstroms (Fail-Safe-Fall) und beim Abstellen des Verbrennungsmotors das Zahnrad zusammen mit der Drosselklappe durch die gespann- te Rückstellfeder zurück in die Leerlauf-bzw. Grundstellung gelangt.

Da die elektrische Spannung frühestens beim Erreichen der An- schlagposition des Führungsstifts an dem Piezoaktor anlegbar ist, kann die elektrische Spannung für den Piezoquarz durch den Führungsstift selbst eingeschaltet werden.

Da der Piezoaktor zwei Spannungsanschlüsse aufweist, die über einen Widerstand kurzgeschlossen sind, kann die Ladung im Piezoaktor bei Spannungsausfall durch dessen Kontraktion rasch verschoben werden und zur Freigabe der Rückstellfeder führen. Da der Piezoaktor einen parallel zu ihm angeordneten und über ein Joch mit ihm verbundenen Piezokeramikstab glei- cher Abmessung und Zusammensetzung aufweist, über den er auf dem Gehäuse abgestützt ist, wird eine Kompensation seiner thermischen Ausdehnung und damit eine volle Ausnutzung seines Nutzhubes erreicht.

Weiter Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen ein Ausführungs- beispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist. Es zei- gen : Fig. 1 Eine Prinzipdarstellung des Leistungsstellers mit ausgelöster Fail-Safe-Vorrichtung und entspannter Rückstellfeder in Seitenansicht ; Fig. 2 Eine Frontansicht des Leistungsstellers nach Fig. 1, jedoch während des Spannens der Rückstellfeder durch einen Stellmotor, der den Führungsstift in eine An- schlagposition hebt ; Fig. 3 Eine Frontansicht wie Fig. 2, jedoch mit verspanntem Führungsstift und offener Drosselklappe ; Fig. 4 Eine Frontansicht wie Fig. 3, jedoch mit verspanntem Führungsstift und vom Stellmotor bewegter Drossel- klappe ; Fig. 5 Eine Frontansicht wie Fig. 4, jedoch mit freigegebe- nem Führungsstift und von dem Stellmotor bewegter Drosselklappe ; Fig. 6 Eine Frontansicht wie Fig. 5, jedoch mit dem Füh- rungsstift und der Drosselklappe in Fail-Safe- Position.

In Fig. 1 ist eine verkleinerte Seitenansicht des erfindungs- gemäßen Leistungsstellers dargestellt, mit einem Stellmotor 1, auf dessen Achse ein Ritzel 2 drehfest angeordnet ist. Das Ritzel 2 kämmt mit einem Zahnrad 3, das drehfest mit einer Drosselklappenwelle 4 verbunden ist.

Das Zahnrad 3 weist eine durchgängige kreisbogenförmige und konzentrische Führungsnut 5 für einen achsparallelen Füh- rungsstift 6 auf, der das Zahnrad 3 beidseitig überragt.

Das Zahnrad 3 weist außerdem einen Mittenschlitz 7 auf, der in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie angedeutet und in Fig. 2 deutlich erkennbar ist. Er gestattet die Bewegung ei- ner Rückstellfeder 8, die mit einem Ende im Mittenschlitzbe- reich an dem Führungsstift 6 und mit dem anderen Ende an ei- nem Gehäuse 9 des Leistungsstellers befestigt ist.

Die Enden der Führungsnut 5 sind als Leerlaufende 10 und als Vollastende 11 ausgebildet. Sie begrenzen in Verbindung mit dem Führungsstift 6 den Schwenkwinkel der Drosselklappenwelle 4. Ein erfindungsgemäßer Piezoaktor 12 ist in Fig. 1 als Kreis angedeutet.

Fig. 2 zeigt eine Frontansicht des Leistungsstellers nach Fig. 1, jedoch in größerem Maßstab. Der Stellmotor 1 treibt über das Ritzel 2 das Zahnrad 3 und damit die Drosselklappen- welle 4 mit der Drosselklappe 13 in beide Drehrichtungen an.

Die Drosselklappe 13 ist in ihrer Vollaststellung 13a darge- stellt.

Der Führungsstift 6 befindet sich in seiner Anschlagposition 6a. Die Rückstellfeder 8 ist an einem Ende 8a mit dem Füh- rungsstift 6 und an ihrem anderen Ende 8b mit dem Gehäuse 9 fest verbunden. Die gestrichelte Darstellung des Führungs- stifts zeigt denselben in seiner Fail-Safe-Position 6b. Die- ser entspricht eine Leerlaufstellung 13b der Drosselklappe 13 (s. Fig. 6). Von der Fail-Safe-Position 6b aus ist der Füh- rungsstift 6 von dem Stellmotor 1 am Vollastende 11 der Füh- rungsnut 5 des Zahnrades 3 anliegend in die Anschlagposition 6a hebbar. Dabei ist zugleich die Drosselklappe 13 in ihre Vollaststellung 13a verstellt und die Rückstellfeder 8 vorge- spannt.

Der Piezoaktor 12 ist mit dem in Anschlagposition 6a befind- lichen Führungsstift 6 fluchtend und in geringem axialen Ab- stand angeordnet. Seine Spannungsanschlüsse 14a, 14b stehen noch nicht unter Spannung, so daß der Piezoaktor seinen ver- kürzten Status und so mit Axialspiel gegenüber dem Führungs- stift 6 aufweist. Ein ohmscher Widerstand 17 führt im Fail- Safe-Fall zu raschem Spannungsabbau.

Der Piezoaktor 12 stützt sich über einen parallel zu ihm an- geordneten und mit einem Joch 16 verbundenen Piezokeramikstab 15 gleicher Abmessung und Zusammensetzung auf dem Gehäuse 9 ab. Dadurch gleicht sich deren Wärmedehnung aus, was bei dem minimalen Nutzhub des Piezoaktors 12 wichtig ist.

Im Unterschied zu Fig. 2 stehen in Fig. 3 die Spannungsan- schlüsse 14a, 14b unter Spannung, wodurch eine Längung des Piezoaktors 12 und damit eine Klemmung des Führungsstifts 6 in seiner Anschlagposition 6a eintritt. Nun kann, wie in Fig.

4 dargestellt, der Stellmotor 1 des Zahnrads 3 und damit die Drosselklappe 13 bei unter Spannung stehendem Piezoaktor 12 zwischen der Vollaststellung 13a und der Leerlaufstellung 13b hin-und herschwenken. Dabei dient der Führungsstift 6 in seiner Anschlagposition 6a als Anschlag für das Leerlauf-und Vollastende 10,11 der Führungsnut 5 (siehe Fig. 1).

In Fig. 5 ist die Situation im Augenblick des Spannungsab- falls an den Spannungsanschlüssen 14a, b und dem Spannungs- ausgleich über den ohmschen Widerstand dargestellt. Der Pie- zoaktor 12 hat soeben den Führungsstift 6 freigegeben, der noch in der Anschlagsposition 6a steht.

In Fig. 6 ist der Fail-Safe-Fall eingetreten, bei dem die vorgespannte Rückstellfeder 8 den Führungsstift 6 aus seiner Anschlagposition 6a in seine Leerlaufposition 6b zieht und dabei die Drosselklappe 13 in ihre Leerlaufstellung 13b mit- zieht.

Die erfindungsgemäße Fail-Safe-Vorrichtung ist durch niedri- gen Stromverbrauch und schnelle sowie zuverlässige Funktion gekennzeichnet. Sie ist nicht nur für den beschriebenen Otto- Motor, sondern in gleicher Weise für Dieselmotoren geeignet.