DE102005031899A1

DE102005031899A1 - Klappeneinrichtung für Ansaugrohre und dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102005031899A1
Application number: DE102005031899A
Authority: DE
Inventors: Peter Fischer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2025-07-08
Also published as: GB0602540D0; GB2428081A; GB2428081B; DE102005031899B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klappeneinrichtung für Ansaugrohre und dessen Herstellung, insbesondere von Brennkraftmaschinen, wobei die Klappeneinrichtung eine Welle (2) und mindestens eine Klappe (3, 4) umfasst, die mit der Welle (2) drehfest verbunden ist. Dabei ist um die Klappe (2, 3) ein Ausgleichelement (9) angeordnet, das relativ zur Klappe (3, 4) verschiebbar ist, wobei zwischen dem Ausgleichselement (9) und der Klappe (3, 4) mindestens ein Federelement (14) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klappeneinrichtung für Ansaugrohre, insbesondere von Brennkraftmaschinen, gemäß dem Anspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Herstellung einer solchen Klappeneinrichtung gemäß Anspruch 10.

Für Klappen- bzw. Abschaltmechanismen in Luftverteilen von Verbrennungsmaschinen werden in Zukunft durch schärfere Abgasgesetzgebungen immer kleinere Spaltmaße bzw. immer größere Dichtheit zwischen Klappen und Rohrkanälen gefordert. Daraus ergeben sich immer größere Probleme bei der Toleranzauslegung der Bauteile, insbesondere hinsichtlich der Wärmeausdehnung der Bauteile. Die Luftverteiler bestehen größtenteils aus thermoplastischem Kunststoff, wogegen die Klappen auf Metallwellen angebracht sind. Die Klappen selber bestehen ebenfalls selbst aus thermoplastischem Kunststoff.

Zur Lösung des Problems werden bislang Kunststoffklappen auf eine Metallwelle aufgeschoben und sind auf dieser Welle axial verschiebbar, um ein Verklemmen der Klappen in den Rohrkanälen durch Wärmeausdehnungen zu verhindern. Bei dieser Konstruktion ist jedoch nachteilig, dass lediglich Wärmeausdehnungen ausgeglichen werden können. Des Weiteren müssen fertigungsbedingte Spaltmaße unbedingt eingehalten werden. Da die Klappe axial auf der Metallwelle verschiebbar ist – auch schwimmend gelagert -, können Relativbewegungen zwischen Klappe und Metallwelle auftreten, die zu einem erhöhten Verschleiß an den Klappen führen können.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Klappeneinrichtung und dessen Herstellung vorzustellen, wobei diese Klappeneinrichtung ein minimales Spaltmaß zwischen Klappe und Rohrkanal realisiert.

Die Erfindung wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 und durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 10 gelöst.

Erfindungsgemäß umfasst die Klappeneinrichtung für Ansaugrohre eine Welle und mindestens eine Klappe, die mit dieser Welle drehfest verbunden ist. Dabei ist um die Klappe ein Ausgleichselement angeordnet, das relativ zur Klappe verschiebbar ist. Zwischen dem Ausgleichselement und der Klappe ist ein Federelement angeordnet.

Das Ausgleichselement wird von dem Federelement gegen die Rohrwandung gedrückt, so dass bei geschlossener Stellung der Klappe praktisch kaum ein Spaltmaß zwischen Ausgleichselement und Rohrwandung vorhanden ist. Da das Ausgleichselement federnd gelagert ist, kann es ohne weiteres thermische Ausdehnungen aufnehmen, ohne dass die Klappe sich im Rohr verkeilt.

Vorzugsweise ist das Ausgleichselement an der Klappe und/oder Welle verliersicher befestigt. Dies hat den Vorteil, dass das Ausgleichselement einerseits bei der Montage andererseits beim Aufdrehen der Klappe das Ausgleichselement von der Klappe abfällt.

Vorzugsweise weist das Ausgleichselement mindestens ein Verrastelement auf, das mit einem komplementärgeformten Verrastelement greift, wobei diese beiden Verrastelemente im montierten Zustand zueinander ein Spiel aufweisen. Dabei kann das komplementärgeformte Verrastelement einerseits an der Klappe oder andererseits an der Welle geformt sein. Diese Konstruktion bietet die Möglichkeit einer einfachen Montage des Ausgleichselements an die Klappe.

Vorzugsweise sind die Verrastelemente des Ausgleichselementes an den freien Enden angeordnet. Damit ist das Ausgleichselement am flexibelsten und bietet das größtmögliche Spiel an, so dass größere Toleranzen und Temperaturschwankungen ausgeglichen werden können.

Vorzugsweise ist das Ausgleichselement U-förmig und umklammert im eingebauten Zustand die Kanten der Klappe. Darunter ist zu verstehen, dass das Ausgleichselement entlang des gesamten Umfangs der Klappe angeordnet ist. Vorzugsweise umfasst der Umfang der Klappe eine Führung für das Ausgleichselement auf. Diese Führung verhindert, dass das Ausgleichselement senkrecht zur Klappenfläche verrutschen kann.

Vorzugsweise ist das Federelement an der Führung der Klappe und/oder an der Innenkante des Ausgleichselementes angeformt. Mit dieser Ausgestaltung kann ein zusätzliches Bauteil eingespart werden, da die Federwirkung entweder durch die Klappe oder aber durch das Ausgleichselement übernommen wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäßen Klappeneinrichtung;
2A und B einen Schnitt entlang der Linie II-II von 1;
3 einen Teilausschnitt eines Ausgleichselementes und einer Klappe, wobei ein Federelement als Führung dient;
4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV von 3 und
5 einen Teilausschnitt gemäß V aus 1, wobei eine weitere Ausgestaltung eines Verrastelementes abgebildet ist.
1 zeigt eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Klappeneinrichtung 1, die eine zylindrische Hohlwelle 2 und zwei daran angeformte im Wesentlichen rechteckförmige Klappen 3 und 4 aufweist. Die beiden Klappen sind senkrecht zur Drehachse 5 an der Hohlwelle 2 diametral gegenüberliegend angeformt, wobei die beiden Klappen 3 und 4 in einer einzigen Ebene angeordnet sind. Entlang des Umfangs 6 der Klappe 3 bzw. 4 ist eine Führung 7 vorgesehen. Diese Führung kann beispielsweise als Nut oder als Nase ausgestaltet sein. In dieser Führung 7 – hier als Nut ausgeführt – kann ein komplementärgeformtes Verrastelement 8 vorgesehen sein. Im in der 1 abgebildeten Ausführungsbeispiel sind sowohl an der rechten als auch an der linken Seite der Führung 7 in der Nähe der Hohlwelle 2 jeweils ein komplementärgeformtes Verriegelungselement 8a bzw. b – hier als Aufnahme geformt – vorgesehen.
Im Gegensatz zur unteren Klappe 4 weist die obere Klappe 3 ein Ausgleichselement 9 auf. Das Ausgleichselement ist im Wesentlichen U-förmig und weist an dessen Enden jeweils ein Verriegelungselement 10a und b auf. Entscheidend ist, dass das Ausgleichselement 9 der Kontur der Klappe 3 angepasst ist. In diesem hier abgebildeten Ausführungsbeispiel ist das Verriegelungselement 10 eine nach innen gerichtete Verrastnase. Die beiden Verrastnasen 10a und b greifen in die Aufnahmen 8a und 8b der Klappe 3 ein. Damit wird gewährleistet, dass das Ausgleichselement 9 gegen Herunterfallen gesichert ist.
Die 2A und 2B zeigen einen Schnitt entlang der Linie II-II aus 1. Dabei werden unterschiedliche Ausführungsformen des Ausgleichselementes 9 gezeigt. Zwischen Innenkante 11 des Ausgleichselementes 9 und der Außenkante 12 der Nut 7 ist ein Zwischenraum 13 zur Aufnahme eines Federelementes 14 vorgesehen. Der Zwischenraum 13 ermöglicht, dass das Ausgleichselement 9 sowohl in x-Richtung (1), d. h. in Richtung Pfeil 15, als auch in y-Richtung (1), d. h. in Pfeilrichtung 16, sich relativ zur Klappe 3 verschiebbar angeordnet ist. Das im Zwischenraum 13 vorhandene Federelement 14 hält das Ausgleichselement 9 unter Spannung.
In 2A weist das Ausgleichselement 9 einen im Wesentlichen reckeckigen Querschnitt auf. Im Gegensatz dazu weist das Ausgleichselement 9' aus 2B einen im Wesentlichen Tförmigen Querschnitt auf. Dabei wird vorzugsweise die Höhe h des Ausgleichselementes 9' genau so ausgewählt wie die Dicke D der Klappe 3. Dies bietet den Vorteil, dass das Ausgleichselement 9' bündig mit der Klappe 3 abschließt.
Im Gegensatz dazu weist das Ausgleichselement 9 aus 2A eine einheitliche Breite b auf, die derart ausgesucht ist, dass das Ausgleichselement in die Nut 7 einführbar ist.
Anzumerken ist, dass in 2B die Klappe 3 als Führung eine Nut 7 aufweist und das Ausgleichselement 9' eine in die Nut 7 eingreifende Feder 17 aufweist. Es ist auch denkbar, dass das Ausgleichselement 9' eine Nut aufweist und die Klappe eine in die Nut des Ausgleichselementes 9' eingreifende Feder aufweist.
3 zeigt eine Draufsicht auf einen Teilausschnitt eines Ausgleichselementes 9'' und der Klappe 3. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie IV-IV aus 3. In diesem Ausführungsbeispiel weisen sowohl das Ausgleichselement 9'' als auch die Klappe 3 eine Nut 7 und 18 auf. In diesen beiden Nuten ist ein wellenförmig Federelement 14' eingeführt, dass sowohl die Führungs- als auch die Federungsfunktion übernimmt. Anzumerken ist hierbei, dass die Form des Federungselementes 14' sekundär ist. Es sind verschiedene Formen denkbar, sofern das Federelement 14' eine gewisse Steifigkeit aufweist und sich an den jeweiligen Kanten 12 und 12' der Nuten 7 und 18 abstützen kann.
In 5 ist ein Teilausschnitt der Hohlwelle 2 einer weiteren Ausgestaltung eines Ausgleichselementes 9''' und der Klappe 3 zu sehen. Dies entspricht etwa dem Ausschnitt V aus 1, wobei wie erwähnt eine andere Ausführungsform des Ausgleichselementes gezeigt ist. In dieser 5 ist die Hohlwelle 2 geschnitten abgebildet. Der wesentliche Unterschied zur Ausführungsform in 1 ist, das dass komplementärgeformte Verriegelungselement 8' nicht mehr in der Klappe 3, sondern in der Hohlwelle 2 geformt ist. Das Ausgleichselement 9''' ist im Gegensatz zum Ausgleichselement 9 etwas länger ausgestaltet und weist am Ende eine nach außen gerichtete Verrastnase 19 auf. Diese nach außen gerichtete Verrastnase 19 greift in die Aufnahme 20 der Hohlwelle 2 ein. Die in 5 abgebildete Ausführungsform ist im Gegensatz zu der in der 1 abgebildeten Ausführungsform dichter, da die Lücke 21 zwischen Ausgleichselement 9 und Hohlwelle 2 prinzipbedingt nicht mehr vorhanden ist.
Zur Herstellung einer solchen Klappeneinrichtung wird die Welle samt Klappen gegossen. Zur Versteifung und zum besseren Übertragen des Drehmoments kann in den Hohlraum 22 der Hohl welle 2 eine Metallwelle eingeführt werden. Das Ausgleichselement wird getrennt von Welle und Klappe gegossen. Als nächstes wird je nach Ausführungsform das Ausgleichselement auf die Klappe geschoben. Bei der in der 3 abgebildeten Ausführungsform des Federelements 14' wird dieses Federelement 14' beispielsweise durch die Öffnung 23 des Ausgleichselementes 9'' eingeschoben. Diese Öffnungen 23 sind vorzugsweise in Verlängerung der Zwischenräume 13 in den Ausgleichselementen eingelassen. Eine spätere Montage der Federungselemente 14' erleichtert das Aufschieben des Ausgleichselementes.
Vorzugsweise kann die Hohlwelle 2 direkt auf eine Metallwelle gegossen werden. Damit wird ein Verfahrensschritt eingespart.
Die erfindungsgemäße Klappeneinrichtung ist schnell und einfach herzustellen und ist im geschlossenen Zustand dicht und weist im Wesentlichen ein Spaltmaß von Null auf.

Claims

Klappeneinrichtung für Ansaugrohre, insbesondere von Brennkraftmaschinen, umfasst eine Welle (2) und mindestens eine Klappe (3, 4), die mit der Welle (2) drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass um die Klappe (2, 3) ein Ausgleichelement (9, 9', 9'', 9''') angeordnet ist, das relativ zur Klappe (3, 4), verschiebbar ist, wobei zwischen dem Ausgleichselement (9, 9', 9'', 9''') und der Klappe (3, 4) mindestens ein Federelement (14, 14') angeordnet ist.
Klappeneinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ausgleichselement (9, 9', 9'', 9''') verliersicher an der Klappe (3, 4) und/oder an der Welle (2) befestigt ist.
Klappeneinrichtung nach Anspruch 2, wobei das Ausgleichelement (9, 9', 9'', 9''') mindestens ein Verrastelement (10a, 10b; 19) aufweist, dass mit einem komplementärgeformten Verrastelement (8a, 8b; 20) greift, wobei diese beiden Verrastelemente (8a, 8b, 10a, 10b; 19, 20) im montierten Zustand zueinander ein Spiel aufweisen.
Klappeneinrichtung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verrastelement (10a, 10b; 19) des Ausgleichselementes (9, 9', 9'', 9''') an mindestens einem der freien Enden angeordnet ist und dass das zu komplementär geformte Verrastelement (8a, 8b; 20) in der Nähe der Welle (2) an der Klappe (3, 4) und/oder an der Welle (2) angeordnet ist.
Klappeneinrichtung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Ausgleichselement (9, 9', 9'', 9''') u-förmig ist.
Klappeneinrichtung nach Anspruch 5, wobei die beiden Schenkel des u-förmigen Ausgleichselementes (9, 9', 9'', 9''') im eingebauten Zustand die Kanten (6) der Klappe (3, 4) umklammern.
Klappeneinrichtung nach Anspruch 6, wobei die beiden Schenkel des u-förmigen Ausgleichselementes (9, 9', 9'', 9''') im eingebauten Zustand die Flächen der Klappen (3, 4) umklammern.
Klappeneinrichtung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Umfang und/oder mindestens eine Fläche der Klappen (3, 4) eine Führung (7) für das Ausgleichselement (9, 9', 9'', 9''') aufweist.
Klappeneinrichtung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Federelement (14, 14') an der Innenkante (11) des Ausgleichselementes (9, 9', 9'', 9''') und/oder an der Aussenkante (12) der Klappe (3) angeformt ist.
Verfahren zur Herstellung einer Klappeneinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, mit folgenden Schritten: a) Erzeugen der Welle (2) samt mindestens einer Klappe (3, 4), b) Erzeugen des Ausgleichselementes (9, 9', 9'', 9''') c) Aufschieben des Ausgleichselementes (9, 9', 9'', 9''') um die Klappe (3, 4).
Verfahren nach Anspruch 10, wobei in Schritt a) eine Hohlwelle (2) erzeugt wird, in der anschließend eine Metallwelle eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei in Schritt a) die Welle (2) auf eine Metallwelle gegossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei in Schritt a) auf dem Umfang der Klappe (3, 4) mindestens ein Federelement (14, 14') mitgeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei in Schritt b) auf der zur Klappe (3, 4) gerichteten Innenkante (11) des Ausgleichselementes (9, 9', 9'', 9''') mindestens ein Federelement (14, 14') mitgeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei in Schritt b) das Ausgleichselement (9, 9', 9'', 9''') spritzgegossen wird.