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DE19717347C1 - Verfahren zum Herstellen einer Schaltklappe - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Schaltklappe

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DE19717347C1
DE19717347C1 DE19717347A DE19717347A DE19717347C1 DE 19717347 C1 DE19717347 C1 DE 19717347C1 DE 19717347 A DE19717347 A DE 19717347A DE 19717347 A DE19717347 A DE 19717347A DE 19717347 C1 DE19717347 C1 DE 19717347C1
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Werner Happenhofer
Mathias Scheytt
Helmut Schwaiger
Stefan Schmid
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Siemens Corp
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Siemens AG
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Schaltklappe, die insbesondere in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine angeordnet ist.
Aus der WO 96/07022 ist eine Schaltklappe bekannt, die eine Welle hat und die längs der Drehachse der Welle langgestreckt ausgebildet ist. Die Schaltklappe ist in einer Öffnung zwi­ schen zwei Saugrohren einer Ansaugeinrichtung angeordnet und schwenkbar gelagert. Die Saugrohre zweigen von einem ersten Sammler ab und münden in Einlässe von Zylindern der Brenn­ kraftmaschine. Wenn die Schaltklappe derart verschwenkt ist, daß die Öffnung geschlossen ist, so entspricht die effektive Länge der Saugrohre, das heißt die Länge auf der die Gassäule im Saugrohr schwingt, der Länge der Saugrohre von dem ersten Sammler zu den Einlässen der Zylinder. Wenn die Schaltklappe derart verschwenkt ist, daß die Öffnung geöffnet ist, so ent­ spricht die effektive Länge der Saugrohre dem Abstand von der Öffnung bis zu den Einlässen der Zylinder. Abhängig von Meß­ werten der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine wird eine der zwei effektiven Längen der Saugrohre eingestellt. So kann die Aufladung der Zylinder verbessert werden und damit das maximale Drehmoment gesteigert werden.
An der Öffnung sind Anlagebünde vorgesehen, an denen die Schaltklappe zur Anlage kommt, wenn sie derart verschwenkt ist, daß die Öffnung geschlossen ist.
Aus der US 3 724 812 ist eine Schaltklappe bekannt, die eine Platte hat mit einer umlaufenden Nut an ihren Rändern. In die Platte sind Schlitze eingebracht, die mit der Nut kommunizie­ ren. In die Nut und die Schlitze ist eine Dichtung einge­ bracht.
Die Aufgabe der Erfindung ist, ein einfaches und zuverlässi­ ges Verfahren zum Herstellen einer Schaltklappe zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Welle mit einem thermoplastischen Kunststoff derart umspritzt wird, daß sich ein Flügelkörper bildet. Der Flügelkörper ist so ausgebildet, daß er minde­ stens eine Aussparung aufweist. Eine Dichtmasse, mit der der Flügelkörper umspritzt wird, dringt in die Aussparung ein, so daß ein Formschluß zwischen der Dichtmasse und dem Flügelkör­ per besteht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Brennkraftmaschine,
Fig. 2 einen Schnitt der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 längs der Schnittlinie II-II'
Fig. 3 eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herge­ stellte Schaltklappe,
Fig. 4 eine Ausschnittsvergrößerung der Schaltklappe längs eines Schnittes entlang der Drehachse der Schalt­ klappe,
Fig. 5 eine weitere Ausschnittsvergrößerung der Schalt­ klappe in einer Schnittbilddarstellung,
Fig. 6 einen Schnitt längs einer Schnittlinie III-III' der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1,
Fig. 7 einen ersten Arbeitsschritt zur Herstellung der Schaltklappe,
Fig. 8 einen zweiten Arbeitsschritt zur Herstellung der Schaltklappe,
Fig. 9 einen dritten Arbeitsschritt zur Herstellung der Schaltklappe.
Elemente gleicher Funktion und Konstruktion werden figuren­ übergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Ansaugeinrichtung 1 (Fig. 1) einer Brennkraftmaschine umfaßt einen Ansaugstutzen 2, in dem eine Drosselklappe 3 an­ geordnet ist. Ein erster Sammler 4 kommuniziert über den An­ saugstutzen 2 mit der Umgebungsluft. Saugrohre 5, 6, 7, 8 sind von dem ersten Sammler 4 über einen zweiten Sammler 9 zu Einlässen der Zylinder 11, 12, 13, 14 geführt. Die Zylinder 11, 12, 13, 14 sind in einem Motorblock 10 angeordnet. Im Be­ reich des zweiten Sammlers 9 sind Schaltklappen 20, 21, 22 angeordnet, die langgesteckt ausgebildet sind und schwenkbar gelagert sind (Fig. 2). Abhängig von einer Betriebsgröße wie zum Beispiel einer Drehzahl N einer nicht dargestellten Kur­ belwelle und/oder eines Luftmassenstroms und/oder eines Saug­ rohrdrucks werden die Schaltklappen 20, 21, 22 in eine Offen­ stellung oder eine Schließstellung verschwenkt. In der Offen­ stellung der Schaltklappen 20, 21, 22 kommunizieren die Saug­ rohre 5, 6, 7, 8 über die Öffnungen miteinander, so daß die effektive Saugrohrlänge, das heißt der Bereich mit durchge­ hender Strömung im Saugrohr, dem Abstand der Öffnungen zu den Einlässen der Zylinder 11, 12, 13, 14 entspricht. In der Schließstellung der Schaltklappen verschließen die Schalt­ klappen die Öffnungen zwischen den Saugrohren 5, 6, 7, 8, so daß die effektive Länge der Saugrohre der Länge der Saugrohre von dem ersten Sammler 4 bis zu den Einlässen der Zylinder 11, 12, 13, 14 entspricht.
Der Aufbau der Schaltklappen 20, 21, 22 ist identisch. Im folgenden wird exemplarisch der Aufbau der Schaltklappe 20 beschrieben. Die Schaltklappe 20 (Fig. 3) weist eine Welle 23 auf, die an einem freien Ende rechtwinklig abgekröpft ist. Dadurch ist ein einfaches Verschwenken zwischen der Offen­ stellung und der Schließstellung im eingebauten Zustand über ein nicht dargestelltes Gestänge möglich, das von einem eben­ falls nicht dargestellten Stellglied angetrieben wird. Das Stellglied ist vorzugsweise eine Druckdose oder ein Elektro­ motor. Auf die Welle 23 sind in einem vorgegebenen Abstand eine erste Hülse 24 und eine zweite Hülse 25 aufgebracht. Die erste und zweite Hülse 24, 25 sind paßgenau ausgeführt und dienen zur Lagerung in einer Lagerbuchse 45, 46 (Fig. 6). Vorzugsweise sind darüberhinaus ein erster und ein zweiter Dämpfungsring 28, 29 so auf die Welle aufgebracht, daß sie mit der ersten beziehungsweise der zweiten Hülse 24, 25 zur Anlage kommt. Die Welle 23 ist formschlüssig mit einem Flü­ gelkörper 30 verbunden. Der Formschluß wird durch Prägenasen 23a, b bewirkt. Die Welle 23 und der Flügelkörper 30 sind dem­ nach starr verbunden. Der Flügelkörper 30 ist darüberhinaus mit Aussparungen 31, 32, 33, 34 versehen. Eine Dichtmasse ist um den Flügelkörper 30 gespritzt und so ausgebildet, daß sie randseitig der Schaltklappe eine Dichtlippe 37 bildet, die im Schließzustand mit einem Anlagebund der Öffnung zur Anlage kommt und die Öffnung somit dicht verschließt. Darüberhinaus bildet die Dichtmasse eine erste und eine zweite Dichthaube 39, 40, die an den gegenüberliegenden axialen Enden der Schaltklappe 20 konzentrisch zu der Welle 23 angeordnet sind. Die Dichthauben 39, 40 sind jeweils zu der Seite hin offen, die der Schaltklappe 20 abgewandt ist. Auf der Seite, die der Schaltklappe zugewandt ist, sind sie formschlüssig mit der Schaltklappe verbunden.
Fig. 4 zeigt eine Detailvergrößerung der Schaltklappe 20 in einem Schnitt längs der Drehachse der Schaltklappe. Die Dichthaube 39 ist kegelförmig ausgebildet. Sie ist aus ela­ stischem Material, vorzugsweise aus einem Elastomerkunst­ stoff. Die Dichthaube 39 kann vorteilhaft auch paraboloidför­ mig, halbkugelförmig oder zylinderförmig ausgebildet sein.
Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltklap­ pe 20 in einer Detailvergrößerung in einer Schnittbilddar­ stellung längs der Drehachse der Schaltklappe 20. Die Dicht­ haube 39 ragt in Form einer Wulst über die Dichtlippe 37 hin­ aus.
Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung längs einer Schnittlinie III-III' gemäß Fig. 1. In eine Öffnung 44 und eine erste Lagerbuchse 45 und eine zweite Lagerbuchse 46 ist die Schalt­ klappe 20 eingebracht. Die erste und zweite Lagerbuchse 45, 46 sind vorzugsweise aus Bronze gefertigt und paßgenau zu der ersten und zweiten Hülse 24, 25. Die Schaltklappe ist in Fig. 6 in ihrem Offenzustand dargestellt. Die erste und die zweite Dichthaube 39, 40 sind gegen die erste beziehungsweise die zweite Lagerbuchse 45, 46 gepreßt, können jedoch aufgrund ihrer Elastizität abhängig vom Anpreßdruck nach außen wan­ dern. So wird mit einfachen Mitteln eine axiale Dichtung der Schaltklappe um die Lagerbuchse herum bewirkt. Durch die axiale Dichtung wird gewährleistet, daß Druckpulsationen im Schließzustand der Schaltklappe 20 nicht von dem Saugrohr 5 auf das Saugrohr 6 und umgekehrt übertragen werden. Durch die erste und zweite Dichthaube 39, 40 erfolgt des weiteren ein axialer Spielausgleich mit einer schwimmenden Lagerung. Da­ durch ist gewährleistet, daß die Schaltklappe 20 temperatu­ runabhängig und unabhängig von Fertigungstoleranzen mittig in der Öffnung 44 gelagert ist. Die Dichthaube 39, 40 dämpft darüber hinaus durch Vibrationen der Brennkraftmaschine her­ vorgerufene und von der ersten oder zweiten Lagerbuchse 45, 46 und der ersten beziehungsweise zweiten Hülse 24, 25 er­ zeugten Geräusche. Die Dichthaube 39, 40 dämpft darüber hin­ aus ein Überstromgeräusch, das durch ein Klappern der Schalt­ klappe 20 und Druckunterschieden zwischen den Saugrohren 5, 6 hervorgerufen wird, stark ab. Dies ist ein gewichtiger Vor­ teil, da das Überstromgeräusch als unangenehmes Pfeifen hör­ bar wird und immer strengere gesetzliche Vorschriften gelten, die Grenzwerte für die Amplitude der von einem Kraftfahrzeug erzeugten Schallwellen festlegen.
Im folgenden wird das Herstellen der Schaltklappe beschrie­ ben. In einem ersten Fertigungsschritt wird die Welle 23 (Fig. 7) an einem freien Ende rechtwinklig abgekröpft und mit Prägenasen 23a, b versehen. Die Welle weist in einer ko­ stengünstigen Ausführungsform größere Fertigungstoleranzen auf. Auf eine spanende Bearbeitung der Welle wird verzichtet. Anschließend werden die erste Hülse 24 und die zweite Hülse 25 in einem vorgegebenen axialen Abstand auf die Welle 23 aufgebracht und radial verpreßt. Die Hülsen sind vorzugsweise paßgenau zu den Lagerbuchsen ausgebildet.
In einem zweiten Arbeitsschritt (Fig. 8) wird die Welle 23 in ein Spritzwerkzeug eingebracht und die Welle 23 zwischen der ersten und der zweiten Hülse 24, 25 mit einem thermopla­ stischen Kunststoff derart umspritzt, daß sich der Flügel­ köper 30 bildet. Die Prägenasen 23a, b gewährleisten, daß der Flügelkörper 30 formschlüssig mit der Welle verbunden ist. Der Flügelkörper weist mehrere Aussparungen 31, 32, 33, 34 auf.
Anschließend wird der Flügelkörper (Fig. 9) mit einer Dicht­ masse, die vorzugsweise als Elastomerkunststoff ausgebildet ist, derart umspritzt, daß sich randseitig an dem Flügelkör­ per eine Dichtlippe bildet. Vorzugsweise erfolgt das Umsprit­ zen mit der Dichtmasse derart, daß sich an den gegenüberlie­ genden axialen Enden des Flügelkörpers 30 die erste und die zweite Dichthaube 39, 40 ausbilden. Der Flügelkörper 30 wird vollständig mit der Dichtmasse umspritzt. Die Dichtlippe 37 und die erste und zweite Dichthaube 39, 40 werden demnach in einem Spritzvorgang hergestellt.
Die Aussparungen 31, 32, 33, 34 sind vorzugsweise als Langlö­ cher ausgeführt und sind nach dem Umspritzen mit der Dichtma­ sse gefüllt. Dadurch ist ein Formschluß mit dem Flügelkörper gewährleistet. Dies hat den Vorteil, daß keine Klebemittel oder Befestigungsmittel verwendet werden müssen, auf ein Vul­ kanisieren verzichtet werden kann und die Dichtmasse auch fest anliegt, wenn hohe Reibkräfte durch ein strömendes Fluid auf sie einwirken.
Das beschriebene Herstellungsverfahren hat den Vorteil, daß die Schaltklappe in sehr wenigen Fertigungsschritten gefer­ tigt werden kann und die Schaltklappe ein geringes Gewicht aufweist aber dennoch eine hohe mechanische Haltbarkeit hat. Falls die Welle aus Stahl besteht, ist eine hohe Steifigkeit der Schaltklappe gewährleistet. Außerdem ist das Dichtverhal­ ten der Schaltklappe optimiert.
Die Flügelklappe kann alternativ auch drei oder vierarmig ausgebildet sein.
Die Erfindung ist nicht auf die hier dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele beschränkt.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen einer Schaltklappe (20, 21, 22), die einen Flügelkörper (30) aufweist, der mit einer Welle (23) längs ihrer Drehachse verbunden ist, bei dem:
  • 1. - eine erste Hülse (24) und eine zweite Hülse (25) in einem vorgegebenen axialen Abstand auf die Welle (23) aufgebracht werden und radial verpreßt werden,
  • 2. - die Welle (23) zwischen der ersten und der zweiten Hülse (24, 25) mit einem thermoplastischen Kunststoff derart umspritzt wird, daß sich der Flügelkörper (30) bildet, der mindestens eine Aussparung (31) aufweist, und
  • 3. - der Flügelkörper (30) mit einer Dichtmasse derart umspritzt wird, daß sich randseitig an dem Flügelkörper (30) eine Dichtlippe (37) bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (23) an einer Stelle zwischen der ersten und der zweiten Hülse (24, 25) derart verquetscht wird, daß sie eine Prägenase (23a, 23b) aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügelkörper (30) mit der Dichtmasse derart umspritzt wird, daß sich an den gegenüberliegenden axialen Enden des Flügelkörpers (30) eine erste und eine zweite Dichthaube (39, 40) ausbilden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Dämpfungsring (28, 29) auf die Welle (23) an der dem Flügelkörper (30) abgewandten Seite der Hülse (24, 25) aufgebracht wird, so daß er mit der Hülse (24, 25) zur Anlage kommt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (31) als Langloch ausgebildet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (23) an einem freien Ende gekröpft wird.
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