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DE102004045730B3 - Klappenvorrichtung für ein Luftansaugkanalsystem einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Klappenvorrichtung für ein Luftansaugkanalsystem einer Verbrennungskraftmaschine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Klappenvorrichtung (1) für ein Luftansaugkanalsystem einer Verbrennungskraftmaschine, welche beispielsweise als Tumble-, Drall- oder Schaltklappen eingesetzt werden können, dabei ist der Klappenkörper (3) in einer einen Kanal verschließenden und einer einen Kanal öffnenden Stellung drehbar. In der den Kanal freigebenden Stellung soll der Klappenkörper (3) Kanal bildend sein, was in einer bevorzugten Ausführung durch eine U-Form verwirklicht wird. Erfindungsgemäß ist der Klappenkörper (3) und die Welle (2) aus Metall hergestellt, wodurch eine hohe Lebensdauer und Temperaturfestigkeit gewährleistet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Klappenvorrichtung für ein Luftansaugkanalsystem einer Verbrennungskraftmaschine nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
  • Derartige Klappenvorrichtungen werden beispielsweise als Schaltklappen zur Änderung der wirksamen Schwingrohrlänge oder als Tumble- oder Drallklappen zur Erhöhung der Zylinderfüllung und/oder zur besseren Verwirbelung im Brennraum in Luftansaugkanalsystemen in bekannter Weise verwendet.
  • So wird in der DE 102 36 393 A1 ein Luftansaugkanalsystem beschrieben mit einer Tumbleklappenvorrichtung, welche in einem Unterteil des Luftansaugkanalsystems angeordnet ist, wobei diese auch im Oberteil angeordnet sein könnte. In dem den Luftansaugkanal freigebenden Zustand schwenkt diese Klappe in eine Tasche ein, so daß die Klappe den Kanal im wesentlichen verlängert, so daß keine Strömungshindernisse entstehen. Es handelt sich hierbei um eine im Spritzgußverfahren aus Kunststoff hergestellte Klappe, welche einteilig mit der Klappenwelle hergestellt wird. Im Querschnitt ist die Klappe im wesentlichen u-förmig geformt, wobei die Klappenwelle als Wellenstumpf ausgebildet ist, welcher sich jeweils von den beiden Schenkeln des Klappenkörpers an erstreckt.
  • Ebenfalls bekannt ist aus der WO 02/088533 A1 ein Klappenverband, der aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden kann und zwei Wellenstümpfe an den beiden Enden aufweist. Bei Herstellung aus Metall muss aufgrund der komplizierten Form ein Gussverfahren mit toleranzgenauer Nachbearbeitung verwendet werden. Die Form und die aufwendige Herstellung führen zu erhöhten Kosten und erhöhtem Gewicht der Vorrichtung.
  • Derartige Kanal bildende Klappen haben jedoch den Nachteil einer erhöhten Temperaturempfindlichkeit und erfüllen zum Teil nicht die gesetzlichen Anforderungen bezüglich ihrer Festigkeit. Aus diesem Grunde wurden derartige Klappen in den letzten Jahren mit einer Stahl- oder Metallseele ausgeführt, welche anschließend entsprechend umspritzt wird. Dies hat jedoch den Nachteil, daß ein zusätzlicher Fertigungsschritt entsteht, so daß die Herstellkosten steigen und die Temperaturunempfindlichkeit beispielsweise bei einem Einsatz im Abgasstrang weiterhin nicht ausreichend groß ist. Des weiteren ist durch die Schrumpfung im Spritzgußprozeß eine toleranzgenaue Fertigung schwierig.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Klappenvorrichtung zu schaffen, welche eine ausreichende Festigkeit und Temperaturbeständigkeit aufweist und in möglichst wenigen Fertigungsschritten toleranzgenau hergestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst.
  • Es wird somit kein zusätzlicher Fertigungsschritt für eine Kunststoffumspritzung benötigt, wobei gleichzeitig eine ausreichende Festigkeit und Temperaturbeständigkeit erreicht wird. Zusätzlich ist der Klappenkörper auf einfache Art und Weise in eine Stellung drehbar, in der der Klappenkörper eine Innenwand eines umliegenden Kanals im wesentlichen verlängert also durch seine U-Form Kanal bildend ausgeführt ist. Dies verringert die Strömungswiderstände im korrespondierenden Kanal.
    •
  • Vorzugsweise ist die Welle aus einem Rundmaterial hergestellt, welches durch Umformung zumindest im Bereich des Klappenkörpers abgeflacht ist. Derartiges Rundmaterial ist kostengünstig und einfach zu bearbeiten, so daß am Rundmaterial nach der Umformung eine glatte Auflagefläche für den Klappenkörper besteht, der dann durch Schweißen, Schrauben oder ähnliches befestigt werden kann.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist die Welle aus einem Mehrkantprofil hergestellt, welches im Bereich von Lagerstellen mit Kunststoff umspritzt ist. Hier können beispielsweise Vierkantprofile verwendet werden, so daß ohne eine Umformung des Metallprofils die Klappe befestigt werden kann. Allerdings ist es dann notwendig im Bereich der Lagerstellen eine im Querschnitt runde Fläche herzustellen. Dies erfolgt auf einfache Art und Weise durch Kunststoffumspritzung.
  • In einer weiterführenden Ausführung ist die Welle durch Umformung in eine zum Klappenkörper korrespondierende U-Form gebogen. Hierdurch erhält der Klappenkörper eine zusätzliche Stabilität, so dass eine dünne Blechausführung für den Klappenkörper gewählt werden kann. Es handelt sich des weiteren um ein kostengünstiges Umformverfahren zur Herstellung des Klappenverbandes.
  • In einer alternativen Ausführung ist an Schenkelenden des u-förmigen Klappenkörpers je ein rund ausgebildeter Wellenstumpf geschweißt, wodurch der Materialaufwand verringert wird und eine hohe Festigkeit erhalten bleibt. Die Welle kann dabei entweder als Vollwelle oder als Hohlwelle ausgeführt werden.
  • Es wird somit eine Klappenvorrichtung geschaffen, welche eine hohe Lebensdauer und Dauerfestigkeit aufweist. Des weiteren ist auf kostengünstige Art und Weise eine sehr toleranzgenaue Fertigung möglich. Vorteile bezüglich des Einbaus in einen Luftansaugkanalsystem sowie die Verhinderung von Strömungswiderständen im offenen Zustand der Klappe bleiben im Vergleich zu bekannten Ausführungen mit Kunststoffklappen erhalten.
  • Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Klappenvorrichtung.
  • 2 zeigt eine alternative Ausführung einer erfindungsgemäßen Klappenvorrichtung in perspektivischer Ansicht.
  • 3 zeigt eine weitere alternative Ausführung einer erfindungsgemäßen Klappenvorrichtung in perspektivischer Ansicht.
  • Die in 1 dargestellte Klappenvorrichtung 1 besteht aus einer Metallwelle 2, auf der ein Klappenkörper 3 angeordnet ist.
  • Die Metallwelle 2 besteht dabei aus einem Rundmaterial, welches im Bereich 4 des Klappenkörpers derart verformt ist, daß ein rechteckiges flaches Vierkantprofil entsteht. Diese Umformung kann durch Stauchen oder Plätten erreicht werden.
  • Des weiteren ist zu erkennen, daß die Metallwelle 2 in einem Biegeformprozess im Bereich 4 des Klappenkörpers 3 etwa u-förmig gebogen ist, wobei die jeweiligen nicht umgeformten Wellenenden 5, 6 wiederum um etwa 90° zu den Schenkeln des u-förmigen Bereiches in Achsrichtung gebogen sind. Auf dieser Metallwelle 2 ist der Klappenkörper 3 im vorliegenden Beispiel über zwei Schrauben 7 angebracht, wobei auch Schweiß- oder Lötverfahren denkbar sind. Der Klappenkörper 3 ist ebenfalls im wesentlichen u-förmig geformt und korrespondiert zu dem Bereich 4 der Metallwelle 2. Auch der Klappenkörper 3 kann durch Umformen in diese U-Form gebogen werden. Er kann aus Blech oder einem sonstigen Metall hergestellt werden.
  • Die sich axial erstreckenden runden Wellenenden 5, 6 dienen jeweils als Lagerstelle in einem Gehäuse eines Luftansaugkanalsystems.
  • In der 2 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, wobei gleiche Teile, gleiche Bezugszeichen erhalten.
  • Im Vergleich zu der Ausführung aus 1 ist die Metallwelle 2, hier nicht aus einem Rundmaterial sondern aus einem Vierkantmaterial hergestellt, welches lediglich im Querschnitt in U-Form gebogen wird mit den sich axial erstreckenden Wellenenden 5,6. Eine sonstige Bearbeitung ist lediglich im Bereich dieser Wellenenden 5, 6 erforderlich, um eine runde Lagerstelle herzustellen. So ist in 2 das Wellenende 5 mit einer entsprechenden Lagerstelle dargestellt, welche durch einen Umspritzvorgang mit einem Kunststoff hergestellt ist. Auf dem gegenüberliegenden Wellenende 6 ist diese Lagerstelle nicht ausgeführt. Im übrigen entsprechen sich die Darstellungen gemäß 1 und 2.
  • Während die Alternative gemäß 1 den Vorteil aufweist, daß keine zusätzliche Umspritzung der Metallwelle mit Kunststoff erforderlich ist, entfällt bei der Ausführung mit dem Vierkantprofil ein Umformen der Metallwelle im Bereich der Klappe. Beide Alternativen sind geeignet, auch bei hohen Temperaturschwankungen eingesetzt zu werden und verfügen des weiteren über eine hohe Festigkeit bei einfacher und kostengünstiger Herstellung und hoher Fertigungsgenauigkeit.
  • Die in 3 dargestellte alternative Klappenvorrichtung 1 ist als vollständiger Klappenverband dargestellt. Die u-förmig gebogenen vier Klappenkörper 3 aus Stahlblech sind an ihren beiden Schenkelenden 8 mit je einem Wellenstumpf 10 verschweißt und somit stoffschlüssig verbunden. Dabei kann der Wellenstumpf 10 entweder außen an den Klappenkörper 3 geschweißt werden oder über ein Loch 9 durch das jeweilige Schenkelende 8 gesteckt werden und von der Klappeninnenseite verschweißt werden. Vorzugsweise wird ein Laserschweißverfahren verwendet.
  • Durch eine derartige Ausführung wird das Gewicht weiter reduziert und es entfallen zusätzliche Umformprozesse. Dennoch wird eine deutlich erhöhte Festigkeit im Vergleich zu Kunststoffklappen erzielt.
  • Selbstverständlich ist es denkbar, eine andere Form der Klappe beziehungsweise der Metallwelle zu wählen, wobei der besondere Vorteil dieser U-Form darin liegt, daß die Klappe auf diese Art und Weise Kanal bildend genutzt werden kann. Insbesondere bei einer Ausführung gemäß 3 ist dies einfach realisierbar.
  • Eine Ausführung als Klappenverband ist selbstverständlich auch für eine der Ausführungen gemäß 1 oder 2 möglich. Ein so entstehender Klappenverband erleichtert die Montage.

Claims (5)

  1. Klappenvorrichtung für ein Luftansaugkanalsystem einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Welle und zumindest einem Klappenkörper, welcher an der Welle in einem Kanal des Luftansaugkanalsystems befestigt ist, wobei der Klappenkörper zumindest in eine erste, den Kanal verschließende und eine zweite, den Kanal freigebende Stellung drehbar ist und wobei der Klappenkörper in der zweiten Stellung Kanal bildend ist, wobei die Welle und der zumindest eine Klappenkörper aus Metall hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (2) und der zumindest eine Klappenkörper (3) einzeln hergestellt und miteinander verbunden sind, wobei der metallische Klappenkörper (3) im Querschnitt im wesentlichen u-förmig gebogen ist.
  2. Klappenvorrichtung für ein Luftansaugkanalsystem einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (2) aus einem Rundmaterial hergestellt ist, welches durch Umformung zumindest im Bereich (4) des Klappenkörpers (3) abgeflacht ist.
  3. Klappenvorrichtung für ein Luftansaugkanalsystem einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (2) aus einem Mehrkantprofil hergestellt ist, welches im Bereich von Lagerstellen (5, 6) mit Kunststoff umspritzt ist.
  4. Klappenvorrichtung für ein Luftansaugkanalsystem einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (2) durch Umformungen in eine zum Klappenkörper (3) korrespondierende U-Form gebogen ist.
  5. Klappenvorrichtung für ein Luftansaugkanalsystem einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an Schenkelenden (8) des u-förmigen Klappenkörpers (3) je ein rund ausgebildeter Wellenstumpf (10) geschweißt ist.
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