DE102004003464A1

DE102004003464A1 - Verfahren zur Herstellung einer Drosselklappen-Einheit mit erhöhter Dichtheit

Info

Publication number: DE102004003464A1
Application number: DE200410003464
Authority: DE
Inventors: Johannes Meiwes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2005-08-11
Also published as: WO2005070646A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Drosselklappeneinheit, ein Gehäuseteil (10, 13, 53) und ein relativ zu diesem bewegbares Klappenteil (17) umfassend. Zunächst wird das Gehäuseteil (10, 13, 53) in einer ersten Kavität aus einem ersten Kunststoffmaterial spritzgegossen. Das gemäß dieses Verfahrensschritts erhaltene Vorspritzteil (41) wird in eine von der ersten Kavität räumlich getrennte zweite Kavität (42) überführt. Innerhalb der zweiten Kavität (42) wird ein bewegbares Klappenteil (17) aus einem zweiten Kunststoffmaterial (57) innerhalb des Vorspritzlings (41) spritzgegossen. Dabei erfolgt eine Kühlung der zweiten Spritzstation (40). Anschließend wird in die Spaltgeometrien (61, 62) des Zwei-Komponenten-Spritzgießfertigteiles (60) ein drittes Material eingebracht, wobei die Spaltgeometrien (61, 62) vor dem Einbringen des dritten Materials außerhalb der Dichtheitsspezifikation und danach, bei gegebenenfalls teilweiser Entfernung des dritten Materials, innerhalb der geforderten Dichtheitsspezifikation liegen.

Description

Technisches Gebiet
Im Automobilbereich werden Drosselklappen-Einheiten heute vermehrt als Kunststoffspritzgießbauteile in Großserien gefertigt. Bei solchen Drosselklappen-Einheiten handelt es sich beispielsweise um im Wege des Spritzgießverfahrens hergestellte Klappengehäuse samt in das Gehäuse eingespritzter Klappen. Die Drosselklappen-Einheiten, die im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt werden, sind Temperaturen zwischen minus 40°C und 120°C ausgesetzt, so dass Sorge dafür zu tragen ist, dass in diesem Temperaturbereich die Funktionstüchtigkeit der Formteile hinsichtlich im Spritzgießverfahren erzielbarer Spaltweiten zu gewährleisten ist.
Stand der Technik
EP 0 482 272 A1 bezieht sich auf eine Klappeneinheit. Es werden eine Klappenvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer beweglichen Klappe in einem Gehäuse, welches die bewegliche Klappe aufnimmt, offenbart. Die Klappe und das Klappengehäuse werden in ein und demselben Werkzeug hergestellt. In einem ersten Spritzgießschritt wird das Gehäuse hergestellt und in einem nachfolgenden Spritzgießschritt wird die scheibenförmige Klappe darin eingeformt. An den relativ zum Gehäuse beweglichen Klappen werden Dichtabschnitte ausgebildet, welche mit Gehäusebereichen des Klappengehäuses dichtend zusammenwirken. Bei der Klappe handelt es sich vorzugsweise um eine solche, die in Schmetterlingsbauart beschaffen ist und bei dem Klappengehäuse um ein solches, welches eine in Schmetterlingsbauform ausgebildete Klappe aufnimmt. Mit dem offenbarten Herstellungsverfahren lässt sich eine wesentlich kostengünstigere Fertigung einer Klappenvorrichtung für den Kraftfahrzeugbereich erzielen. Die Position der Klappe und deren Gehäusestellung sind bei dieser Ausführungsvariante auf die Querlage zur Luftdurchtrittsrichtung festgelegt.
US 5,304,336 bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung. Diese Vorrichtung enthält ein bewegliches Teil und ein Gehäuse zur Aufnahme des beweglichen Teiles. Das bewegliche Teil und das Gehäuse werden im Wege des Spritzgießverfahrens durch sequenzielle Herstellungsschritte gefertigt. Vorzugsweise wird das Gehäuse in einem ersten Verfahrensschritt spritzgegossen, während das relativ zum Gehäuse bewegliche Teil in einem weiteren Herstellschritt gefertigt wird, wobei dieses sich in einer zumindest teilweise geschlossenen Position befindet. Durch das offenbarte Herstellungsverfahren wird erreicht, dass eine Oberfläche des Gehäuses zumindest teilweise als Form zur Ausbildung eines Dichtabschnittes an der beweglichen Klappe dient, so dass eine sehr enge Toleranz zwischen dem Gehäuse und der zu diesem relativ bewegbaren Klappe erreicht wird. Auch gemäß US 5,304,336 ist die relativ zum Gehäuse bewegliche Klappe schmetterlingsförmig ausgebildet. Bei dem Gehäuse handelt es sich vorzugsweise um ein solches, welches eine Klappe in Schmetterlingsform aufzunehmen vermag.
Die aus EP 0 482 272 A1 und US 5,304,336 bekannten Herstellungsverfahren zur Fertigung eines Luftführungsteiles im Wege des Spritzgießverfahrens sind mit dem Nachteil behaftet, dass sich gemäß dieser Verfahren Formteile herstellen lassen, die eine mangelhafte Funktionstüchtigkeit aufweisen können. Dies wird im wesentlichen durch eine ungenügende Einstellbarkeit und Wiederholgenauigkeit erforderlicher Spaltweiten in den Wellenlagern und in der Gasdurchgangsbohrung solcherart hergestellter Vorrichtungen verursacht. Mit den dargestellten Verfahren ist eine gezielte Beeinflussung der Spaltweite zur Erreichung einer definierten Luftmenge in der Schließstellung der Klappe über Maschineneinstellparameter bei der Formgebung, d.h. beim Spritzgießverfahren, nicht ausreichend möglich. Von einem Produktionszyklus zum nächsten Produktionszyklus sind die erforderlichen Spaltweiten zur Erreichung einer definierten Leckluftmenge in der Schließstellung der Klappe nicht in ausreichendem Maße reproduzierbar.
Die Genauigkeit bzw. Gleichmäßigkeit solcher Spalte in Klappen darf nur im Bereich einiger weniger μm variieren. Dies ist von erheblicher Bedeutung im Kfz-Bereich, in dem solche Luftführungsteile einem größeren Temperaturbereich, so z.B. Temperaturen von –40°C bis + 120°C (Motorbetriebstemperatur am Zylinderkopfbereich) ausgesetzt sind. Durch eine enge Verknüpfung der Temperatur von Formgebungswerkzeug und der Zykluszeit des Spritzgießprozesses gemäß der oben aufgezeigten Herstellverfahren, kann über die im Formgebungswerkzeug vorgesehene Kavität die erforderliche Genauigkeit nicht erreicht werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn bei gemäß der obigen Lösungen beschriebenen Verfahren, teilkristalline oder amorphe thermoplastische Hochtemperatur-Kunststoffe für den oben angegebenen Temperaturbereich für Anwendungen im Motorraum eingesetzt werden. Gemäß der Herstellungsverfahren, die aus EP 0 482 272 A1 sowie US 5,304,336 bekannt sind, kann auf Prozessschwankungen, wie z.B. Eigenschaftsschwankungen in den Formmassen bei der Formgebung, d.h. beim Fertigungsprozess im Wege des Spritzgießverfahrens, nicht flexibel genug reagiert werden. Die beschriebenen Schwankungen schlagen unzulässig stark auf die Qualität der erhaltenen Vorrichtungen durch.
Darstellung der Erfindung
Gemäß des vorgeschlagenen Verfahrens wird den oben genannten Schwächen der aus dem Stande der Technik bekannten Verfahren abgeholfen, da die Ausformung der Formteile, d.h. eines Klappenteiles und eines Gehäuseteiles einer Drosselvorrichtung, nicht in einer gemeinsamen Kavität erfolgt. Die Kavität innerhalb eines Zwei-Komponenten-Spritzgießwerkzeugs ist in zwei voneinander getrennte Kavitäten aufgeteilt. Die beiden voneinander getrennten Kavitäten können mittels Drehteller oder Indexplatten oder dergleichen in zwei voneinander getrennten Formwerkzeugen untergebracht sein. Die Geometrie wesentlicher Abformbereiche am Gehäuseteil beim Hinterspritzen durch das Klappenteil während der zweiten Spritzstufe, kann durch Änderung der äußeren Geometrie der berandenden Werkzeugteile in der zweiten Kavität gegenüber der ersten Kavität zur elastischen Verformung des Gehäuseteiles (Vorspritzling) in der zweiten Spritzstufe genutzt werden. Damit steht eine zusätzliche Beeinflussungsmöglichkeit der sich einstellenden Spaltbildung zwischen den Lagerstellen und dem Gehäuseteil sowie der Berandung des Klappenteiles und dem Gehäuseteil zur Verfügung. In die zwei voneinander getrennten Kavitäten gemäß des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens, werden teilkristalline sowie amorphe Hochtemperatur-Thermoplasten mit hohen Schmelztemperaturen gegebenenfalls hohen Kristallisationsgraden und hoher Wärmeform- sowie Öl- und Kraftstoffbeständigkeit eingespritzt. Die verwendeten teilkristallinen oder amorphen Hochtemperatur-Thermoplasten weisen niedrige Reibungs-Koeffizienten und geringe Verschleißraten untereinander auf. Die Spaltgeometrien des im Wege des Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahrens erhaltenen Spritzgießfertigteiles, dessen Gehäuseteil aus einem ersten Kunststoffmaterial und dessen Klappenteil aus einem zweiten Kunststoffmaterial gefertigt ist, liegen vor dem Einbringen eines weiteren, d.h. dritten Materiales, außerhalb einer Dichtheitsspezifikation. Nach dem Einbringen des dritten zusätzlichen Materials und gegebenenfalls nach dessen teilweisem Entfernen liegen die dadurch erhaltenen Spaltgeometrien nunmehr wieder innerhalb der Dichtheitsspezifikation.
Als drittes Material werden an einem Spritzgießfertigteil zur Erhöhung der Spaltdichtigkeit pulverförmige Feststoffteile oder pastös aufbereitete Materialien in das Zwei-Komponenten-Spritzgießfertigteil eingebracht und können aus diesem später teilweise oder vollständig wieder entfernt werden. Das aus dem Spritzgießwerkzeug entnommene Spritzgießfertigteil weist eine relativ große Spaltbreite auf. Das erwähnte dritte Material kann entweder auf die Drosselklappe oder an die Innenwandung des Drosselklappenstutzens bzw. direkt in den Spalt zwischen der Drosselklappe und der Innenwandung des Drosselklappenstutzens als Zusatzstoff eingebracht werden. Der Zusatzstoff dichtet den Spalt zwischen der Drosselklappe und dem Drosselklappenstutzen weitgehend ab, ist jedoch so nachgiebig bzw. wird bei der ersten Bewegung der Drosselklappe derart abgeschert, dass eine kleine Spaltweite entsteht, trotzdem jedoch kein Klemmen zwischen der Drosselklappe und dem Drosselklappenstutzen befürchtet werden muss. Dadurch ist es möglich, während des Spritzgießprozesses die zulässige Spaltbreite so zu wählen, dass unter Berücksichtigung der nie vollständig vermeidbaren Toleranzen, eine möglichst große Spaltbreite entsteht. Dies gestattet, dass vor dem Aufbringen des Zusatzstoffes die Spaltbreite S ziemlich stark streuen darf, wodurch das Spritzgießen erheblich erleichtert wird, da die erhaltene Spaltweite S durch Ein- bzw. Aufbringen des dritten Materials nach dem Spritzgießen definiert wird und nicht unmittelbar während des Spritzgießprozesses beigeführt zu werden braucht. Dies erlaubt auch den Einsatz solcher Spritzgießfertigteile, deren Spaltweite S ohne Anbringen eines Zusatzstoffes zwischen Drosselklappenrand und Innenwandung des Drosselklappenspritzens hinsichtlich der Toleranz zum Ausschuss zu zählen sind.
Durch Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird der dem Herstellungsverfahren immanente Nachteil des Klemmens der Klappe im Gehäuse vermieden. Die Schwindung in und nach dem Kunststoffspritzgießprozess ist so eingestellt, dass die Dichtheit außerhalb der marktüblichen Dichtheitsspezifikation liegt und durch anschließendes Einbringen eines dritten Stoffes, d.h. des Zusatzsmaterials in den Dichtspalt derart geändert wird, dass die Dichtheit wieder marktübliche gängige Dichtheitsspezifikationen erfüllt. Insbesondere wird die Schwindung im zweiten Spritzgießprozessschritt, d.h. für die Drosselklappe, relativ groß gewählt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Werkzeugtemperatur niedrig gehalten wird und dadurch ein entsprechend schnelles Abkühlen der Kunststoffschmelze erfolgen kann. Ferner kann durch Anreicherung des zweiten Kunststoffmaterials, welches im zweiten Spritzgießprozess verwendet wird, mit Füllstoffen ein kleiner Faserteil im Kunststoffmaterial eingestellt werden. Insbesondere wird der Anteil an körnigen, nichtfasrigen Füllstoffen beim zweiten Kunststoffmaterial für den zweiten Spritzgießschritt relativ groß gewählt. Zumal können die erhaltenen Kunststoffspritzgießteile nach dem Kunststoffspritzgießprozess getempert werden, bevor das dritte Material, d.h. der Zusatzstoff eingebracht wird. Bei dem dritten Material kann es sich um einen Festschmierstoff handeln.
Das Tempern der Kunststoffspritzgießbauteile bzw. des Gehäuserohlings kann nach dem ersten Spritzgießprozess oder nach dem zweiten Spritzgießprozess erfolgen, in jedem Falle aber vor das dritte Material in das Spritzgießbauteil eingebracht werden.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
1 die Häufigkeitsverteilung Stückzahl Spaltbreite bei bisheriger Fertigung von Drosselklappeneinrichtungen,
2, Kurve 1 die Häufigkeitsverteilung Stückzahl/Spaltbreite bei Fertigung gemäß der erfindungsgemäßen Vorgehensweise vor Aufbringen eines Zusatzstoffes,
Kurve 2 die Häufigkeitsverteilung Stückzahl/Spaltbreite bei Fertigung gemäß der erfindungsgemäßen Lösungen nach Aufbringen des Zusatzstoffes,
3 einen, in eine zweite Spritzstation eingelegten Vorspritzling und eine zweite Kavität zum Einspritzen eines zweiten Kunststoffmaterials,
4 und 5 den Vorspritzling des Gehäuseteiles aus einem zweiten Kunststoffmaterial innerhalb der zweiten Kavität eingespritzte Klappenteile, deren Klappenwellenteile in 4 mit einer Einlegehülse/Gleitbüchse versehen sind und deren Klappenwellenteile gemäß 5 unmittelbar in den Vorspritzling eingeformt sind,
6 Auftragsflächen am Vorspritzling, auf welchen nach dem Formen des Vorspritzlinges in einer ersten Spritzstation Gleit- bzw. Schmierstoff aufgebracht oder eingerieben oder in Folienform appliziert wird und
7 weitere mögliche Auftragsflächen am Vorspritzling gemäß 6.
Ausführungsvarianten
Der Darstellung gemäß 1 ist die Häufigkeitsverteilung Stückzahl/Spaltbreite bei Fertigung eines Drosselklappengehäuses gemäß aus dem Stand der Technik bekannter Spritzgießverfahren zu entnehmen.
Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass mit S₁ der minimale Spalt zwischen dem Rand der Drosselklappe, der Innenwandung eines Drosselklappenstutzens, die untere Ausschussgrenze bildet. Wird die Spaltweite S₁ unterschritten, kommt es zu einem Klemmen der schwenkbar angeordneten Drosselklappe innerhalb des Drosselklappenstutzens. Spritzgießfertigteile, die die minimale Spaltweite S₁ unterschreiten, können daher nicht verwendet werden und stellen teuer produzierten Ausschuss dar. Mit S₂ ist die maximale Spaltweite zwischen dem Rand einer verschwenkbar im Drosselklappenstutzen aufgenommenen Drosselklappe und der Innenwandung des Drosselklappenstutzens bezeichnet. Wird die maximale Spaltweite S₂ überschritten, liegt ein zu großer Spalt zwischen dem Rand der verschwenkbar angeordneten Drosselklappe und der Innenwandung des Drosselklappenstutzens vor, über welchen eine Verbrennungskraftmaschine zu viel Fehlluft ansaugt, mithin eine einwandfreie Funktion der Drosselklappeneinrichtung nicht mehr gewährleistet ist.
Alle Spritzgießbauteile der Spaltweite, die zwischen der minimalen Spaltweite S₁ und der maximal zulässigen Spaltweite S₂ liegen, stellen Gutteile dar, welche an einer Verbrennungskraftmaschine, sei es im Ansaug-, sei es im Abgastrakt, eingesetzt werden könnten.
Dem Diagramm gemäß 2 sind die Kurve 1 und die Kurve 2 zu entnehmen. Die Kurve 1 stellt die Stückzahlverteilung vor Einbringen des dritten Materials, d.h. des die Dichtheit bestimmenden Zusatzstoffes vor dessen Einbringen dar. Die Stückzahlverteilung gemäß Kurve 1 ist über der Spaltweite aufgetragen. Die Kurve 2 stellt die Stückzahlverteilung nach Einbringen des dritten Materiales, d. h. des die Dichtheit bestimmenden Zusatzstoffes dar. Während Kurve 1 die erhaltene Stückzahl an Vorspritzlingen darstellt, deren Spaltweite überwiegend größer als der maximal zulässige Spalt S₂ ist, zeigt Kurve 2 die erhaltene Stückzahl an Vorspritzlingen, deren Spaltweite relativ groß gewählt wurde und S höchstens die Spaltweite S₂ beträgt, nachdem zwischen der Innenwandung des Drosselklappenstutzens und dem Außenrand der Drosselklappe das dritte Material, d.h. der die Dichtheit definierende Zusatzstoff, eingebracht wurde. Aus Kurve 2 geht hervor, dass die Anzahl von Vorspritzlingen, die Gutteile darstellen, d.h. die weiterverwendet werden können, durch Einsatz des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wesentlich erhöht werden konnte. Vor zum Ausschuss zu zählende, da die maximale Spaltweite S₂ übersteigende Spaltweiten aufweisende Vorspritzlinge, können durch Einsatz des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens in das zulässige Toleranzmaß, d.h. in den Bereich zwischen dem minimal zulässigen Spalt S₁ und dem maximal zulässigen Spalt S₂ überführt werden, so dass sich insgesamt eine wesentlich höhere Produktivität durch Einsatz des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens bei der Herstellung von im Wege des Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahrens hergestellten Kunststoffbauteilen erreichen lässt.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Schwindung, insbesondere im zweiten Spritzgießprozessschritt, d.h. beim Einspritzen der Klappe in das Drosselklappengehäuse, groß gewählt wird. Dies lässt sich durch ein gekühltes Spritzgießwerkzeug erreichen, was ein schnelles Abkühlen, d.h. Erstarren der Kunststoffschmelze, ermöglicht. Werden dem im zweiten Spritzgießschritt eingesetzten zweiten Kunststoffmaterial Füllstoffe, wie z.B. körnige nichtfasrige Materialien beigemischt, wird der Schwindungsprozess durch diesen Verfahrensparameter zusätzlich begünstigt. Bei dem dritten Material, d.h. dem die Dichtheit definierenden Zusatzstoff, kann es sich um einen Festschmierstoff wie beispielsweise Molybdändisulfid (Handelsname: Molykote) oder ander Molybdänverbindungen oder um Graphite handeln.
3 zeigt einen in eine zweite Spritzstation eingelegten Vorspritzling und eine zweite Kavität zum Einspritzen eines zweiten Kunststoffmateriales, aus welchem die Drosselklappe gefertigt wird.
Bevor ein Vorspritzling 41 in eine zweite Spritzstation 40 eingesetzt wird, kann nach dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren eine Zwischenbehandlung des Vorspritzlinges 41 zwischen der ersten Spritzstufe, d.h. nach dem Entformen aus der ersten Formstation und vor dem Einsetzen des Vorspritzlinges 41 in die in 4 dargestellte zweite Spritzstation 40 erfolgen. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Tempervorgang handeln, dieser ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Nach dem Entformen eines Gehäuseteiles 10, 41 aus der ersten Kavität, d.h. nach Abschluss der ersten Spritzstufe, wird der Vorspritzling 41 unmittelbar einer thermischen Zwischenbehandlung oberhalb der Glastemperatur des ersten Kunststoffmateriales zugeführt. Dies kann z.B. innerhalb eines Wärmeschrankes erfolgen. Bei dem Temperaturniveau, bei dem die Zwischenbehandlung durchgeführt wird, klingen in den Thermoplasten beim Spritzgießen auftretende induzierte Spannungen ab. Dies gilt sowohl für teilkristalline Thermoplaste als auch für amorphe Hochtemperatur-Thermoplaste. Nach wenigen Minuten Verweildauer des Vorspritzlinges 41 in der Zwischenbehandlung klingen durch molekulare Orientierungen beim Füllvorgang der ersten Kavität bzw. beim schnellen Abkühlen des Vorspritzlinges 41 durch verzögerte Kristallisationseffekte induzierte Spannungen und Schwindungseffekte in den Thermoplasten bis auf ein vernachlässigbares Niveau ab.
Ohne die Durchführung einer Zwischenbehandlung würden die durch molekulare Orientierungen bzw. beim schnellen Abkühlen des Vorspritzlinges 41 durch verzögerte Kristallisationseffekte in teilkristallinen Thermoplasten induzierten Spannungen, dem Vorspritzling 41 während dessen gesamter Betriebszeit inne wohnen. Aufgrund der thermischen Zwischenbehandlung wird vermieden, dass die induzierten Spannungen zu einer sich evtl. über eine längere Betriebszeit der Drosselklappeneinheit andauernden Rückdeformation des Vorspritzlinges 41 und damit zu einer Veränderung der Spaltgeometrien führen. Die Veränderung der Spaltgeometrien durch Rückdeformationen des Gehäuses 10, d.h. des Vorspritzlinges 41 ohne thermische Zwischenbehandlung, führen im Extremfall zu möglichem Festsetzen eines relativ zum Vorspritzlinges 41, d.h. zum Gehäuseteil 10 bewegbaren Klappenteiles 17.
Der in 4 dargestellte Vorspritzling umfasst das Gehäuseteil 10 einer Drosselklappeneinheit zur Durchführung der zweiten Spritzstufe, innerhalb der zweiten Spritzstation 40 wird der Vorspritzling 41 der ersten Kavität der ersten Spritzstation entnommen. Nach dem Spritzgießen des Vorspritzlinges 41 aus einem ersten Kunststoffmaterial kann der Vorspritzling 41 in einer Spritzgießeinrichtung durch manuelles Umsetzen, durch Betätigung eines den Vorspritzling 41 transportierenden Drehtellers, einer Indexplatte oder eines Handlingsystems der zweiten Spritzstation 40 zugeführt werden. In der zweiten Spritzstation 40 ist eine zweite Kavität 42 zur Ausbildung des in den Vorspritzling 41 zu integrierenden Klappenteiles 17 vorgesehen. Die Geometrie wesentlicher Abformbereiche am Vorspritzling 41 während des Hinterspritzens des Klappenteiles 17 in der zweiten Spritzstation 40, kann durch Änderung der äußeren Geometrie der berandenden Werkzeugteile der zweiten Kavität 42, gegenüber der ersten Kavität, zur elastischen Verformung oder Vorspannung des Vorspritzlinges 41 im Rahmen der zweiten Spritzstufe innerhalb der zweiten Spritzstation 40 genutzt werden. Damit steht eine werkzeugtechnische Beeinflussungsmöglichkeit einer späteren Spaltbildung zwischen dem Dichtrand des Klappenteiles 17 und den Lagerstellen im Vorspritzling 41 zur Verfügung.
Beim Einsatz des vorgeschlagenen Verfahrens kann der Dichtrand des Klappenteiles 17 so gestaltet werden, dass das Klappenteil 17 berührungsfrei im Spritzgießfertigteil durch die Gasdurchtrittsöffnung 13 durchtaucht. Der Dichtrand am Klappenteil 17 ist bei Ausführung eines durchtauchend gestalteten Klappenteiles 17 hinsichtlich der Dichtheitsspezifikation dann als dichtend anzusehen, wenn am Spalt zwischen dem Klappenteil 17 und der Innenwandung der Gasdurchtrittsöffnung 13 Luftmassenstrom von 2 kg/h bis 6 kg/h zugelassen wird, was je nach Durchmesser der Gasdurchtrittsöffnung 13 im vorgespritzen Gehäuseteil 10 als „dicht" im Sinne der Dichtheitsspezifikation anzusehen ist. Alternativ lässt sich das bevorzugt mit einer gewölbten Klappenfläche in das vorgespritzte Gehäuseteil 10 eingespritzte Klappenteil 17 auch als nicht-durchtauchendes Klappenteil 17 ausformen, welches innerhalb der Gasdurchtrittsöffnung 13 üblicherweise in einer Schrägstellung zwischen 8° und 10°, bezogen auf eine senkrechte 90°-Position des Klappenteiles 17 in der Gasdurchtrittsöffnung 13 seine weitestgehend abdichtende Stellung erreicht. Auch bei nicht-durchtauchenden Klappenteilen 17 wird in der „Dichtstellung" des im vorgespritzen Gehäuseteils 10 verschwenkbaren Klappenteiles 17 zwischen Dichtrand und der Innenwandung der Gasdurchtritttsöffnung 13 ein Luftmassenstrom in der Größenordnung zwischen 2 kg/h bis 6 kg/h zugelassen. Eine derartig ausgeführte, nicht-durchtauchende Drosselklappe ist im Sinne der Dichtheitsspezifikation als „dicht" anzusehen. In Abhängigkeit von der Durchmesserdimensionierung der Gasdurchtrittsöffnung 13 im vorgespritzen Gehäuseteil 10 können auch höhere Luftmassenströme als die oben angegebenen 2 kg/h bis 6 kg/h zugelassen werden, wobei die Drosselklappeneinheit auch bei den auftretenden höheren, den Dichtrand passierenden Luftmassenströmen, im Sinne der Dichtheitsspezifikation noch als „dicht" anzusehen ist.
Die zweite Spritzstation 40 gemäß der Darstellung in 4 enthält die zweite Kavität 42, welche durch die einander gegenüberliegenden Stirnflächen eines ersten Formeinsatzes 43 bzw. eines zweiten Formeinsatzes 44 definiert wird. An der die zweite Kavität 42 begrenzenden Seite des ersten Formeinsatzes 43 ist eine Konturierung 47 ausgebildet; ferner liegt auf der dem der zweiten Kavität 42 zuweisenden Seite des ersten Formeinsatzes 43 der Anschnitt 24. 4 ist entnehmbar, dass durch die Konturierung 47 des ersten Formeinsatzes 43 eine auf einer Seite der Klappenfläche ausgebildete Verrippung geformt wird. Die Verrippung sowie die Kontur der Klappenfläche werden entsprechend der mechanischen und der strömungstechnischen Anforderungen an die herzustellende Drosselklappeneinheit ausgeführt. Neben einer gewölbt ausgebildeten Klappenfläche des Klappenteiles 17 kann diese auch plan ausgebildet werden.
Die zweite Kavität 42 ist darüber hinaus von einem ersten Kernteil 45 bzw. einem zweiten Kernteil 46 begrenzt. Das in die zweite Kavität 42 eingespritzte zweite Kunststoffmaterial strömt um die einander gegenüberliegenden Spitzen der Kernteile 45 und 46. Dadurch werden in der zweiten Kavität 42 Hohlräume des ersten Klappenwellenteiles 19 bzw. des zweiten Klappenwellenteiles 20 geformt. Die Kernteile 45 bzw. 46 sind innerhalb der zweiten Spritzstation 40 von Hülsen 48 umschlossen, die in horizontale Richtung wie auch in vertikale Richtung ziehbar ausgeführt sein können. Zur Variation der Geometrie ist unterhalb des ersten Formeinsatzes 43 ein Distanzring 49 eingelassen.
Den 4 und 5 ist jeweils die zweite Kavität entnehmbar, die vollständig mit dem zweiten Kunststoffmaterial befüllt wird, wobei in der Ausführungsvariante gemäß 4 eine Einleghülse in den Vorspritzling eingebracht ist, während in der in 5 dargestellten Ausführungsvariante das Klappenteil unmittelbar in die Wandung des Vorspritzlings eingespritzt wird.
Über den Einspritzpunkt 24 im ersten Formeinsatz 43 wird das zweite Kunststoffmaterial 57 in die in den 4 und 5 nicht mehr vorhandene zweite Kavität 42 eingespritzt, die im dargestellten Zustand bereits vollständig mit dem zweiten Kunststoffmaterial 57 angefüllt ist. Entsprechend der Konturierung der beiden die zweite Kavität begrenzenden Formeinsätze 43 bzw. 44 wird ein Klappenteil 17 in den Vorspritzling 41 eingeformt. An diesem sind aus dem zweiten Kunststoffmaterial 57 geformte Klappenwellenteile 19 bzw. 20 ange formt. Durch die verfahrbar an der zweiten Spritzstation 40 angeformten Kernteile 45 bzw. 46 werden in den Klappenwellenteilen 19, 20 Hohlräume geformt, um Stoffanhäufungen zu vermeiden.
Die Klappenwellenteile 19 bzw. 20 durchsetzen die Innenwandung des Vorspritzlinges 41, welcher das Gehäuseteil 10 darstellt. Die Innenwandung des Vorspritzlinges 41 ist mit Bezugszeichen 53 gekennzeichnet, dessen Außenwandung mit Bezugszeichen 54. Entsprechend der Formgebung der nunmehr vom zweiten Kunststoffmaterial 57 ausgefüllten zweiten Kavität 42 werden an den Klappenwellenteilen 19 bzw. 20 einander gegenüberliegend, die Wandung des Vorspritzlinges 41 bildend, Dichtflächen erzeugt. Sich in axialer Richtung an die erste Dichtfläche 55 anschließend, können auf den Klappenwellenteilen 19 bzw. 20 vor der zweiten Spritzstufe, Gleitbuchsen 52 (vergl. Darstellung gem. 4) in die Öffnungen 14 für die Klappenwellen in den Vorspritzling 41 eingefügt oder eingepresst werden. Diese werden beim Einspritzen des zweiten Kunststoffmaterials 57 über den Einspritzpunkt 24 vom zweiten Kunststoffmaterial 57 ausgefüllt und sind somit passgenau auf dem ersten Klappenwellenteil 19 bzw. dem zweiten Klappenwellenteil 20 aufgenommen. Die mit Bezugszeichen 52 bezeichnete Gleitbuchse ist aus einem Material mit reibungs- und verschleißmindernden Eigenschaften in der axialen Länge des jeweiligen Klappenwellenteiles 19, 20 ausgebildet. Gemäß der Darstellung in 5 ist das Klappenwellenteil 20 unmittelbar in die Wandung des Vorspritzlinges 41 ohne Zwischenschaltung eine Einlegehülse wie in 4 eingespritzt. Dies gilt in analoger Weise für das erste Klappenwellenteil 19.
Es ist jedoch ebenso gut möglich, den in 5 auf der Antriebsseite des Klappenteiles 17 liegenden Klappenwellenteil 20, der hier ohne Gleitbuchse 52 dargestellt ist, bzw. 19, mit einer entsprechenden Gleitbuchse 52 zu versehen. Aus 4 geht das Klappenwellenteil 19 hervor, welches mit einer Gleitbuchse 52 versehen ist. Den Darstellungen gemäß den 7 und 8 s ind Auftragsflächen am erhaltenen Fertigbauteil, d.h. am Vorspritzling einer Drosselklappeneinheit zu entnehmen, auf welchen nach der Entnahme aus dem Werkzeug ein Gleit/Schmierstoff aufgebracht, eingerieben oder in Folienform appliziert werden kann.
Nach der optionalen thermischen Zwischenbehandlung des Vorspritzlinges 41, nach dessen Herstellung innerhalb einer ersten Spritzstation und vor dem Einsetzen des Vorspritzlings 41 in die zweite Spritzstation 40, kann auf Abformflächen 63 bzw. 64 für das zweite Kunststoffmaterial, welches nachfolgend in eine durch den Vorspritzling 41 begrenzte zweite Kavität 42 eingespritzt wird, ein Material aufgebracht werden, so dass das erste Kunststoffmaterial des Vorspritzlinges 41 nicht direkt mit dem zweiten Kunststoffmaterial 57, aus welchem der Klappenteil 17 samt Klappenwellenteil 19 und 20 in der zweiten Spritzstation 40 gefertigt wird, in Berührung kommt. Somit lassen sich unter Einsatz des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens mit voneinander getrennter Kavitäten auch Kunststoffmaterialien verwenden, die sonst aufeinander haften würden. Dies gestattet auch den Einsatz identischer erster und zweiter Kunststoffmaterialien zur Herstellung einer Drosselklappeneinheit.
Über das Einbringen eines dritten Materials nach dem zweiten Spritzgießprozess auf Abformflächen 63 bzw. 64, d.h. zwischen dem Dichtrand des Klappenteiles 17 und der Innenwandung 53 der Gasdurchtrittsöffnung 13, wird ein evtl. dort vorhandenes Spiel, d.h. eine Spaltweite S, die oberhalb der maximal tolerierbaren Spaltweite S₂ liegt, ausgeglichen. Diese Maßnahme kann eine evtl. vorher zum Ausschuss zu zählender Vorspritzling 41 wieder zu einem Gutteil gemacht werden, was einer Weiterverwendung zugeführt werden kann. Durch Einspritzen des dritten Materials, nach dem zweiten Spritzgießprozess, bei dem es sich um eine pastöses oder auch um ein Feststoffmaterial handeln kann, wie z.B. eine Molybdänverbindung oder Graphit, wird die Spaltweite reduziert, so dass die Dichtheit des Klappenteiles 17 in Bezug auf die Gasdurchtrittsöffnung 13 nach dem Einbringen des dritten Materials nach dem zweiten Spritzgießprozess wieder innerhalb der geforderten vom Durchmesser der Gasdurchtrittsöffnung 13 abhängigen Dichtheitsspezifikation liegt. Gemäß eines besonders vorteilhaften Aspektes des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann eine höhere Spaltweite zwischen den Dichtrand des Klappenteiles 17 und der Innenwandung 53 der Gasdurchtrittsöffnung 13 dadurch erreicht werden, dass das Spritzgießwerkzeug, d.h. im vorliegenden Falle die zweite Spritzstation 40, während oder nach des Einspritzens/dem Einspritzen des zweiten Kunststoffmateriales 57 gekühlt wird und eine niedrige Werkzeugtemperatur beibehalten wird. Dies begünstigt die Schwindung des zweiten Kunststoffmateriales 57 und ermöglicht ein sehr schnelles Abkühlen der Schmelze des zweiten Kunststoffmateriales 57 in der zweiten Spritzstation 40. Andererseits ist eine positive Beeinflussung des Schwindungsverhaltens, d.h. die Einstellung einer relativ großen Spaltweite dadurch möglich, dass im zweiten Kunststoffmaterial Füllstoffe beigemischt werden. Durch das Beigeben von Füllstoffen zum zweiten Kunststoffmaterial 57 wird dessen Faseranteil reduziert und ein größerer Anteil körniger Stoffe erreicht, der wiederum das Schwindungsverhalten eines derart zusammengesetzten zweiten Kunststoffmateriales 57 positiv beeinflusst.
Aus der Darstellung gemäß 7 geht hervor, dass das dritte Material nach dem zweiten Spritzgießprozess auf die zweiten Abformflächen 64 aufgebracht werden kann, welche durch die Innenseite der Öffnungen 14 in der Wandung des Vorspritzlings 41 zur Aufnahme der Klappenwellenteile 19 und 20 gebildet sind. Das Auftragen des weiteren dritten Materials nach dem zweiten Spritzgießprozess, welches die Dichtheit des Vorspritzlinges 41 im Bereich der Öffnungen 14 bestimmt, kann durch Aufbringen, Einreiben bzw. Aus kleiden mit einem Folienmaterial erfolgen. In der Darstellung gemäß 7 kann der Vorspritzling nach Entnahme aus der zweiten Spritzstation im Bereich der Innenseiten der Öffnungen 14 mit dem weiteren, dritten Material nach dem zweiten Spritzgießprozess beschichtet werden.
Das dritte Material, d.h. der die Dichtheit zwischen dem Dichtrand des Klappenteiles 17 und der Innenwandung 53 der Gasdurchtrittsöffnung 13 definierende Zusatzstoff, kann nachgiebig sein oder bei der ersten Bewegung des Klappenteiles 17 relativ zur Gasdurchtrittsöffnung 13 im Gehäuseteil 10 abgeschert werden. Dadurch entsteht eine kleinere Spaltweite S, wobei ein Klemmen zwischen dem Klappenteil 17 und der Gasdurchtrittsöffnung 13 ausgeschlossen ist. Dadurch kann auf sehr einfache Weise sichergestellt werden, dass bei allen hergestellten Drosselklappenstutzen die Spaltbreite S innerhalb der in 2, vergleiche dort Kurve 2, bezeichneten Toleranzen S₁ minimaler Spalt und S₂ maximaler Spalt liegt. Dadurch kann eine den Spritzgießvorgang erheblich vereinfachende stärkere Streuung der erhaltenen Spaltweite bei Vorspritzlängen 41, die im Wege des Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahrens hergestellt werden, erzielt werden.

10: Gehäuseteil
13: Gasdurchtrittsöffnung
14: Öffnung für Klappenwelle
15: Anspritzpunkte zum Einbringen des ersten Kunststoffmaterials
17: Klappenteil
19: erste Klappenwelle
20: zweite Klappenwelle
22: Anströmrichtung
24: Anspritzpunkt für zweites Kunststoffmaterial
40: zweite Spritzstation
41: Vorspritzling
42: zweite Kavität für Klappenteil 17
43: erster Formeinsatz
44: zweiter Formeinsatz
45: erstes Kernteil (horizontal ziehbar)
46: zweites Kernteil (horizontal ziehbar)
47: Konturierung erster Formeinsatz 43
48: Hülse für Kernteile (horizontal oder vertikal ziehbar)
49: Distanzring
52: Gleitbuchse
53: Innenwandung Vorspritzling 41
54: Außenwandung Vorspritzling 41
55: Dichtfläche
57: zweites Kunststoffmaterial
60: Zweikomponenten- Spritzgießfertigteil aus zweiter Spritzstation 40
61: Klappenspalt Gasdurchtrittsöffnung
62: Spaltgeometrie Klappenlager
63: erste Auflagefläche für drittes Material
64: zweite Aufbringfläche für drittes Material
70: erste Gleitbuchse
71: zweite Gleitbuchse

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Drosselklappeneinheit, ein Gehäuseteil (10, 13, 53) und ein relativ zu diesem bewegbares Klappenteil (17) umfassend, mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) dem Spritzgießen des Gehäuseteiles (10, 13, 53) in einer ersten Kavität aus einem ersten Kunststoffmaterial, b) dem Überführen des gemäß Verfahrensschritt a) erhaltenen Vorspritzlinges (41) des Gehäuseteiles (10, 13, 53) in eine von der ersten Kavität räumlich getrennte zweite Kavität (42), c) dem Spritzgießen des bewegbaren Klappenteiles (17) aus einem zweiten Kunststoffmaterial (57) innerhalb des Vorspritzlinges (41) des Gehäuseteiles (10, 13, 53) in der zweiten Kavität (42), die während des Spritzgießens des zweiten Kunststoffmateriales 57 gekühlt wird und d) dem Einbringen eines dritten Materials nach dem Spritzgießen des 2. Kunststoffmateriales (57), in die Spaltgeometrien (61, 62) eines erhaltenen Zwei-Komponenten-Spritzgießfertigteiles (60), wobei die Spaltgeometrien (61, 62) vor dem Einbringen des dritten Materiales außerhalb der Dichtheitsspezifikation und nach dem Einbringen des dritten Materiales bei gegebenenfalls teilweiser Entfernung des dritten Materiales innerhalb der Dichtheitsspezifikation liegen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Überführen gemäß des Verfahrensschrittes a) erhaltenen Vorspritzlinges (41) des Gehäuseteiles (10, 13, 53) von der ersten Kavität in die räumlich getrennte zweite Kavität (42) eine thermische Zwischenbehandlung des Vorspritzlinges (41) erfolgt.
Verfahren Gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Zwischenbehandlung durch einen Tempervorgang erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Spaltgeometrien (61, 62) des Zwei-Komponenten-Spritzgießfertigteiles (60) gemäß Verfahrensschritt d) eingebrachte dritte Material ein Fest-Schmierstoff ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Kunststoffmaterial (57) Füllstoffe mit einem kleinen fasrigen Anteil und einem großen körnigen Anteil beigemischt sind.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Festschmierstoff Molybdänverbindungen oder Graphite eingebracht werden.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als drittes Material Molybdändisulfid eingebracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Material nach dem zweiten Spritzgießprozess gemäß Verfahrensschritt c) eingebracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Spritzgießen des Gehäuseteiles (10, 13, 53) gemäß Verfahrensschritt a) und vor dem Spritzgießen des bewegbaren Klappenteiles (17) aus dem zweiten Kunststoffmaterial (57) innerhalb des Vorspritzlinges (41) Lagerbuchsen für das bewegbare Klappenteil (17) in den Vorspritzling (41) eingebracht werden.