Die Erfindung betrifft eine Klappenanordnung für ein Fahrzeug mit einem Gehäuse, wobei das Gehäuse einen Strömungskanal und einen Lageraufnahmeraum aufweist, mit einer Klappe, wobei die Klappe in dem Strömungskanal angeordnet ist, mit einer Klappenwelle, wobei die Klappe auf der Klappenwelle angeordnet ist, mit einer Lagereinrichtung zur Lagerung der Klappenwelle in dem Gehäuse, wobei die Lagereinrichtung in dem Lageraufnahmeraum angeordnet ist, und mit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung der Stellung der Klappe.

Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren sind oftmals Drosselklappen vorgesehen, welche in der Luftzuführung angeordnet sind und den Luftstrom für den Verbrennungsmotor steuern. Die Drosselklappen sind bei vielen Ausführungen drehfest auf Wellen angeordnet, welche in einem Drosselklappengehäuse schwenkbar gelagert sind. Für Steuerungszwecke wird bei manchen Fahrzeugen die Drosselklappenstellung als Eingangsgröße in einen Kontrollkreis benötigt.

Die Druckschrift DE 197 283 49 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, betrifft eine Sensoranordnung sowie eine Motorsteuerungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor. In der Druckschrift werden unterschiedliche Sensoranordnungen vorgestellt, die kontaktlos die Position der Drosselklappe aufnehmen und als Sensorsignal zu der Motorsteuerungseinrichtung weiterführen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Klappenanordnung für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welche kostengünstig umsetzbar ist. Diese Aufgabe wird durch eine Klappenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.

Gegenstand der Erfindung ist eine Klappenanordnung, welche für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist die Klappenanordnung für einen Verbrennungsmotor des Fahrzeugs geeignet und/oder ausgebildet. Bei dem Fahrzeug kann es sich um einen Pkw, Lkw oder Bus handeln. Alternativ hierzu ist das Fahrzeug als ein Zweirad, Dreirad oder Vierrad ausgebildet. Insbesondere ist das Fahrzeug als ein Motorrad realisiert.

Die Klappenanordnung ist vorzugsweise als eine Drosselklappenanordnung ausgebildet. Die Funktion der Drosselklappenanordnung ist es, die zugeführte Luft für den Verbrennungsmotor zu kontrollieren, insbesondere zu regeln und/oder zu steuern. Vorzugsweise weist der Verbrennungsmotor eine Direkteinspritzung auf, die Klappenanordnung dient zur Steuerung der zugeführten Luft in den Verbrennungsmotor. Vorzugsweise bildet die Direkteinspritzung und die Klappenanordnung eine gemeinsame Baueinheit. Insbesondere ist die Klappenanordnung in einem Ansaugbereich des Verbrennungsmotors angeordnet. Alternativ kann die Klappenanordnung auch als eine Luftstromsteuereinrichtung bei einem System zur Abgasrückführung (AGR) ausgebildet sein. Weitere Einsatzgebiete der Klappenanordnung sind möglich, wie z.B. bei der Gasführung in Brennstoffzellen für Fahrzeuge.

Die Klappenanordnung weist ein Gehäuse auf, wobei in dem Gehäuse ein Strömungskanal angeordnet ist zur Führung von einem Fluid, insbesondere Gas. Es kann sich insbesondere um Umgebungsluft, rückgeführte Abgase oder auch um Gase, wie z.B. Wasserstoff handeln. Das Gehäuse kann als ein eigenständiges und/oder separates Gehäuse ausgebildet sein. Alternativ hierzu weist das Gehäuse noch weitere Funktionsbereiche, wie zum Beispiel einen Vergaserbereich auf. Ds Gehäuse weist zudem einen Lageraufnahmeraum auf.

Die Klappenanordnung weist eine Klappe auf. Die Klappe ist vorzugsweise zur Änderung eines offenen Querschnitts in dem Strömungskanal ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Klappe in einem geschlossenen Zustand so ausgebildet, das diese mindestens 95 Prozent, vorzugsweise mindestens 98 Prozent der freien oder offenen Querschnittfläche des Strömungskanals abdeckt. Insbesondere ist die Klappe in dem Strömungskanal und/oder in dem Gehäuse schwenkbar angeordnet. Die Klappenanordnung weist eine Klappenwelle auf, wobei die Klappe auf der Klappenwelle angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Klappe auf der Klappenwelle drehfest angeordnet, sodass diese gemeinsam mit der Klappenwelle verschwenkt wird.

Die Klappenanordnung weist mindestens eine Lagereinrichtung zur Lagerung der Klappenwelle in dem Gehäuse auf. Vorzugsweise umfasst die Klappenanordnung eine weitere Lagereinrichtung, sodass die Klappenwelle zweifach und/oder beidseitig zu dem Strömungskanal gelagert ist. Insbesondere ist zwischen der Lagereinrichtung und der weiteren Lagereinrichtung der Strömungskanal angeordnet. Die Lagereinrichtung ist in dem Lageraufnahmeraum angeordnet. Der Lageraufnahmeraum kann beispielsweise als rohrförmiger Abschnitt oder Rohrabschnitt ausgebildet sein. Vorzugsweise weist der Lageraufnahmeraum einen runden Querschnitt auf.

Die Klappenanordnung umfasst eine Sensoreinrichtung zur Erfassung der Stellung der Klappe. Insbesondere wird eine Winkelstellung der Klappenwelle durch die Sensoreinrichtung gemessen, um die Stellung der Klappe zu erfassen. Vorzugsweise wird die erfasste Stellung der Klappe der Motorsteuereinrichtung (ECU) zugeführt und als eine Eingangsgröße bei der Ansteuerung der Direkteinspritzung verwendet.

Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinrichtung zumindest abschnittsweise in dem Lageraufnahmeraum angeordnet ist. Somit bildet der Lageraufnahmeraum eine mechanische Schnittstelle zur Aufnahme von der Lagereinrichtung sowie ergänzend zur Aufnahme der Sensoreinrichtung. Durch die doppelte Nutzung des Lageraufnahmeraums wird erreicht, dass an dem Gehäuse keine weiteren Schnittstellen zur Integration der Sensoreinrichtung eingebracht werden müssen. Somit kann die Klappenanordnung durch die weitere Nutzung des Lageraufnahmeraums als Aufnahmeraum für die Sensoreinrichtung kostengünstiger hergestellt werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Lageraufnahmeraum ein Ringraum ausgebildet. Der Ringraum wird einerseits durch die Außenwände des Lageraufnahmeraums und radial innenseitig durch die Klappenwelle gebildet. Die Sensoreinrichtung und die Lagereinrichtung sind gemeinsam in dem Ringraum koaxial zu der Klappenwelle angeordnet. Insbesondere werden die Lagereinrichtung und die Sensoreinrichtung durch die Klappenwelle mittig und/oder koaxial durchdrungen.

Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung sind die Sensoreinrichtung und die Lagereinrichtung als eine gemeinsame, selbsthaltende Baugruppe ausgebildet. Besonders bevorzugt sind die Sensoreinrichtung und die Lagereinrichtung als ein gemeinsamer Einsatz realisiert, welcher unabhängig von dem Gehäuse unverlierbar miteinander verbunden sind und als die selbsthaltende Baugruppe in dem Gehäuse montiert werden kann. Somit können die Lagereinrichtung und die Sensoreinrichtung als die gemeinsame Baugruppe in einem gemeinsamen Arbeitsschritt in dem Gehäuse montiert werden.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Lagereinrichtung als eine Wälzkörperlagereinrichtung ausgebildet. Insbesondere bei Klappenanordnungen, deren Position sensorisch ausgelesen werden, ist es vorteilhaft, dass die Klappenwelle besonders reibungsarm gelagert ist, um eine schnelle und/oder sensible Reaktion der Klappe im Zusammenspiel mit einer Motorsteuereinrichtung ermöglichen zu können. Besonders bevorzugt weist die Wälzkörperlagereinrichtung Rollen als Wälzkörper auf, welche besonders bevorzugt als Zylinderrollen ausgebildet sind. Insbesondere ist die Wälzkörperlagereinrichtung einreihig ausgebildet.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Wälzkörperlagereinrichtung einen Außenring mit mindestens einem Bord auf, wobei die Sensoreinrichtung auf dem Bord aufgesetzt ist. Der Bord bildet einen stabilen Teil des Außenrings, sodass die Baugruppe Sensoreinrichtung-Lagereinrichtung sehr stabil ausgeführt werden kann.

Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist der Außenring als eine gezogene Hülse mit einem Bördelbord und mit einem Festbord ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung kann die Lagereinrichtung besonders kostengünstig hergestellt werden. Es ist besonders bevorzugt, dass der Festbord die Sensoreinrichtung trägt, da dieser Bord besonders stabil realisiert ist.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird eine Innenlaufbahn für die Wälzkörperlagereinrichtung durch die Klappenwelle gebildet. Damit wälzen die Wälzkörper der Wälzkörperlagereinrichtung unmittelbar auf der Klappenwelle ab. Die Klappenwelle muss aufgrund ihrer Funktion ohnehin stabil realisiert sein, sodass die Innenlaufbahn kostengünstig auf der Klappenwelle angeordnet werden kann.

Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung weist die Sensoreinrichtung einen Sensorring auf, wobei der Sensorring auf der Klappenwelle drehfest angeordnet ist. Damit wird der Sensorring mit der Klappenwelle und mit der Klappe mitgeschwenkt. Der Sensorring kann als ein mechanisch basierter Sensorring, insbesondere als eine Loch- oder Zahnscheibe, ausgebildet sein. Alternativ hierzu kann der Sensorring auch elektromagnetisch aktive Bereiche, wie zum Beispiel Magneten oder zumindest magnetisierbare Bereiche tragen. Die Sensoreinrichtung umfasst ferner ein Sensormodul, welches zur Detektion einer Winkellage des Sensorrings um die Schwenkachse der Klappenwelle ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Sensorring koaxial zu der Klappenwelle angeordnet.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Sensoreinrichtung ein Sensorgehäuse auf, wobei die Sensorscheibe in dem Sensorgehäuse angeordnet ist. Das Sensorgehäuse ist als ein Topf ausgebildet, sodass eine Wand zu Abgrenzung der Sensoreinrichtung von der Lagereinrichtung durch einen Bord des Außenrings gebildet ist. Damit kann der Außenring zweifach eingesetzt werden. Beispielsweise ist das Sensorgehäuse mit dem Außenring verpresst oder verklebt.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Sensoreinrichtung eine Buchse zur Kontaktierung mit einer Motorsteuereinrichtung auf. Die Buchse ist zumindest abschnittsweise in dem Lageraufnahmeraum angeordnet. Damit kann der Lageraufnahmeraum für eine dritte Funktion genützt werden, nämlich als Schnittstelle für die Buchse. Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie der beigefügten Figuren. Diese zeigen:

Figur 1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer Klappenanordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung eine Klappenanordnung 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Klappenanordnung 1 dient zur Steuerung eines Gasdurchlasses, insbesondere Luftdurchlasses, durch einen Strömungskanal 2. Die Klappenanordnung 1 ist beispielsweise als eine Drosselklappenanordnung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen Vergaser des Verbrennungsmotors ausgebildet. Hierbei kann die Klappenanordnung 1 beispielsweise eine Zuluft in den Vergaser des Verbrennungsmotors steuern. Alternativ hierzu kann die Klappenanordnung 1 auch eine Abgasrückführung steuern.

Die Klappenanordnung 1 weist ein Gehäuse 3 auf, welches den Strömungskanal 2 bildet. In dem gezeigten Längsschnitt ist der Strömungskanal 2 oval ausgebildet, dieser kann jedoch auch kreisrund realisiert sein. Das Gehäuse 3 ist beispielsweise als ein Aluminiumdruckgussgehäuse ausgebildet.

In dem Gehäuse 3 ist eine Klappe 4, insbesondere eine Drosselklappe, angeordnet, welche in dem gezeigten Sperrzustand den freien Öffnungsquerschnitt des Strömungskanals 2 schließt oder zumindest weitgehend schließt. Es kann vorgesehen sein, dass in dem Sperrzustand der Strömungskanal 2 vollständig verschlossen ist. Alternativ hierzu kann die Klappe 4 im Sperrzustand auch leicht angestellt sein und/oder sich der Querschnitt der Klappe 4 von dem freien Öffnungsquerschnitt des Strömungskanals 2 so unterscheiden, dass nur ein maßgeblicher Teil, insbesondere mehr als 95 Prozent des Strömungskanals 2 verschlossen ist. Die Klappe 4 ist drehfest mit einer Klappenwelle 5 verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise über eine Nietverbindung 6 erfolgen. Die Klappenwelle 5 ist senkrecht zur Längserstreckung des Strömungskanals 2 ausgerichtet.

Die Klappenwelle 5 ist über eine Lagereinrichtung 6 und eine weitere Lagereinrichtung 7 in dem Gehäuse 3 drehbar, insbesondere schwenkbar, gelagert. Das Gehäuse 3 weist hierfür einen Aufnahmeabschnitt 8 und einen weiteren Aufnahmeabschnitt 9 auf, welche rohrabschnittsförmig oder als Rohrabschnitte ausgebildet sind und koaxial und/oder konzentrisch zu der Klappenwelle 5 und/oder zueinander ausgerichtet sind. Die Lagerreinrichtung 6 ist in dem Aufnahmeabschnitt 8, die weitere Lagereinrichtung 7 ist in dem weiteren Aufnahmeabschnitt 9 angeordnet. Der Strömungskanal 2 und/oder die Klappe 4 ist zwischen den Aufnahmeabschnitten 8, 9 und/oder zwischen den Lagereinrichtungen 6, 7 angeordnet. Insbesondere sind die Aufnahmeabschnitte 8, 9 und die Lagereinrichtungen 6, 7 beidseitig zu dem Strömungskanal 2 und/oder zu der Klappe 4 positioniert.

Die Lagereinrichtungen 6, 7 sind jeweils als Wälzkörperlagereinrichtungen ausgebildet und weisen jeweils eine Reihe mit Rollen 10, 1 1 als Wälzkörper auf. Eine Innenlaufbahn 12, 13 für die Rollen 10, 1 1 wird durch eine Oberfläche der Klappenwelle 5 bereitgestellt. Die Außenlaufbahn der Lagereinrichtung 6, 7 werden durch Außenringe 14, 15 gebildet.

Die Außenringe 14, 15 sind jeweils als eine gezogene Hülse mit einem Festbord und einem Bördelbord als Borde 16a, b und 17a, b ausgebildet. Gegenüber der Klappenwelle 5 sind die Borde 16a, b, 17a, b durch Dichtungseinrichtungen 18a, b, 19a, b abgedichtet. Die Dichtungen 18a, b, 19a, b können als berührende oder berührungslose Dichtungen ausgebildet sein. Die Dichtungen 18a, b, 19a, b sind so orientiert, dass eine Sperrrichtung in die Wälzkörperräume der Lagereinrichtungen 6, 7 hinein zeigt.

Durch den Aufnahmeabschnitt 8 wird ein Lageraufnahmeraum 22 gebildet, welcher in einem Querschnitt senkrecht zur Längserstreckung der Klappenwelle 5 kreisförmig ausgebildet ist. ln diesem Lageraufnahmeraum 22 ist die Lagereinrichtung 6 angeordnet, beispielsweise eingepresst.

Ferner befindet sich in dem Lageraufnahmeraum 22 eine Sensoreinrichtung 23, welche dazu dient, eine Winkeleinstellung der Klappenwelle 5 und damit eine Winkelstellung der Klappe 4 messtechnisch zu erfassen. Die Sensoreinrichtung 23 weist einen Sensorring 24 auf, welcher drehfest mit der Klappenwelle 5 und damit drehfest mit der Klappe 4 verbunden ist. Der Sensorring 24 ist beispielsweise als ein Zahnring ausgebildet, welcher in Umlaufrichtung um die Klappenwelle 5 regelmäßig beabstandete Zähne 25 aufweist.

Die Sensoreinrichtung 23 weist zudem ein Sensormodul (zeichnerisch nicht dargestellt) zur Erfassung der Position des Sensorrings 24, insbesondere der Zähne 25 auf, sodass die Winkelstellung des Sensorrings 24 und damit die Winkelstellung der Klappe 4 messtechnisch erfasst werden kann.

Der Sensorring 24 ist in einem Sensorgehäuse 26 integriert, welcher ebenfalls in dem Lageraufnahmeraum 22 angeordnet ist. Das Sensorgehäuse 26 weist einen Zylinderabschnitt 27 sowie einen Radialabschnitt 28 auf, welcher einstückig mit dem Zylinderabschnitt 27 verbunden ist. Der Radialabschnitt 28 ist auf einer der Lagereinrichtung 6 abgewandten Seite angeordnet. Der Zylinderabschnitt 27 stößt axial an den Außenring 14 an und ist mit diesem beispielsweise stoffschlüssig oder über eine Presspassung miteinander verbunden. Dadurch wird ein Sensorringaufnahmeraum 29 gebildet, welcher auf der einen Seite durch den Bord 16a und auf der anderen Seite durch den Radialabschnitt 28 begrenzt ist. An der radialen Innenseite kann ein Kragen 30 an dem Radialabschnitt 28 angeformt sein, sodass eine Abdichtung gegenüber dem Sensorring 24 gegeben ist. Auf der Sensoreinrichtung 23 und insbesondere auf dem Sensorgehäuse 26 ist eine Buchse 31 angeordnet, welche zur Kontaktierung der Sensoreinrichtung 23 und zur Übertragung der Sensorsignale zu einer nicht dargestellten Motorsteuereinrichtung dient. Die Buchse 31 befindet sich - zumindest abschnittsweise - in dem Lageraufnahmeraum 22 bzw. innerhalb des Aufnahmeabschnitt 8. Die Lagereinrichtung 6, die Sensoreinrichtung 23 und die Buchse 31 bilden gemeinsam eine selbsthaltende Baugruppe, welche bei der Montage als ein Stück montiert werden kann. Dadurch kann die Baugruppe als ein einziges Teil in den Aufnahmeabschnitt 8 bzw. in das Gehäuse 3 montiert werden. Ferner ist es nicht notwendig, dass das Gehäuse 3 eine erste Schnittstelle für die Lagereinrichtung 6 und eine zweite Schnittstelle zur Anbindung der Sensoreinrichtung 23 aufweist.

Bezugszeichenliste

Klappenanordnung

Strömungskanal

Gehäuse

Klappe

Klappenwelle

Lagereinrichtung

weitere Lagereinrichtung

Aufnahmeabschnitt

weiterer Aufnahmeabschnitt

Rollen

Rollen

Innenlaufbahn

Innenlaufbahn

Außenring

Außenring

a ,b Borde

a, b Borde

a, b Dichtungseinrichtung

a, b Dichtungseinrichtung

leer

leer

Lageraufnahmeraum

Sensoreinrichtung

Sensorring

Zähne

Sensorgehäuse

Zylinderabschnitt

Radialabschnitt

Sensorringaufnahmeraum

Kragen

Buchse