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Gegenstand der Erfindung ist ein Drosselklappengehäuse für
eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor, insbesondere eine Einspritzvorrichtung mit einer
elektronischen Steuereinrichtung für die bei jedem Arbeitszyklus
des Motors eingeführte Kraftstoffmenge.
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Die je Zyklus eingespritzte Kraftstoffmenge muß der dem Motor
zugeführten Luftmenge proportional sein. Bei vielen
gegenwärtig verwendeten Einspritzvorrichtungen wird diese Luftmenge
durch eine elektronische Einrichtung ausgehend von Signalen
berechnet, die einerseits den Öffnungsgrad der Drosselklappe
(beispielsweise geliefert durch ein Potentiometer) und
andererseits den Druckunterschied zwischen der stromaufwärtigen
und der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe, die für die
Luftgeschwindigkeit repräsentativ ist, angeben. Eine
zufriedenstellende Steuerung des Motors bei geringen Lasten (das
heißt für kleine Drosselklappenöffnungen) macht es
erforderlich, daß die anfängliche Mengenvergrößerung sehr progressiv
ist. Insbesondere wird die Annehmlichkeit der Steuerung in
der Praxis in dem Fall einer Einspritzeinrichtung mit
elektronischer Steuerung nur mit einer anfänglichen Änderung der
Menge der Luft in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel α der
Drosselklappe erreicht, wenn die Form vorgesehen ist, deren
Art in Fig. 1 mit dicken Linien schematisch dargestellt ist.
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Zur Erzielung der benötigten Progressivität sind bereits
Drosselklappengehäuse derjenigen Art vorgeschlagen worden,
die über einen Korpus verfügen, in dem eine Einlaßleitung und
eine Drosselklappe in der Form einer kreisförmigen oder etwas
elliptischen Scheibe untergebracht sind, wobei die
Drosselklappe auf einer mittleren Drehachse quer zur Leitung
angebracht und zwischen einer Stellung minimaler Öffnung,
gegebenenfalls
Null, und einer Stellung maximaler Öffnung
verstellbar ist, bei der die Drosselklappe parallel zur Achse der
Leitung ausgerichtet ist, wobei die Leitung über eine Wand
mit einer komplexen Form derart verfügt, daß der
Durchtrittsquerschnitt für die Luft bei Beginn der Öffnung in
Abhängigkeit vom Öffnungswinkel der Drosselklappe viel weniger
schnell zunimmt als in dem Fall einer zylindrischen Leitung.
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In dem Fall eines Metallgehäuses, bei dem das Gießen zu
keinem ausreichenden Endzustand führt, können die bisher
vorgesehenen komplexen Formen nicht im Wege einer einfachen
Bearbeitung hergestellt werden, und/oder erfordern sie schwierig
zu gießende Rohlinge. Darüber hinaus erlauben viele Formen
keine Anordnung der Drosselklappe durch einfaches Einsetzen
entlang der Achse der Leitung, wobei es sich hierbei um eine
unverzichtbare Bedingung für eine automatische Montagestraße
handelt.
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Es ist jedoch ein Drosselklappenkörper mit einer Leitung
komplexer Form vorgeschlagen worden (s. FR-A-2 663 710), der im
Wege des Gießens direkt hergestellt werden kann, jedoch nur
in dem Fall der Herstellung aus einem Kunststoff, bei dem das
Gießen zur einer zufriedenstellenden Genauigkeit führt. Die
(in FR-A-2 663 710) vorgeschlagene Form, die auf einer
Annäherung beruht, die die Durchtrittsquerschnitte anstelle der
Mengen berücksichtigt, gestattet es jedoch nicht, die
Gesamtheit der Verläufe der Änderung der Menge in Abhängigkeit von
der Öffnung in einfacher Weise zu erreichen, die je nach
versorgtem Motor oder Antriebsgestänge, die von den heutigen
Konstrukteuren benötigt werden, sehr unterschiedlich sind.
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Die Erfindung beabsichtigt insbesondere die
Zurverfügungstellung eines Drosselklappengehäuses, das besser als die bisher
bekannten den Forderungen der Praxis entspricht, insbesondere
dadurch, daß es alle benötigten Progressivitätsverläufe
zuläßt, ohne Schwierigkeiten bei der Herstellung oder der
Montage der Drosselklappe oder bei Verklemmung zu bereiten (s.
EP-A-0 433 518).
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Zu diesem Zwecke schlägt die Erfindung ein
Drosselklappengehäuse der obenangegebenen Art vor, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Leitung einen geradzylindrischen Abschnitt
aufweist, dessen Profil der Form der Drosselklappe in der
Stellung minimaler Öffnung der letzteren entspricht, sich
stromaufwärts und stromabwärts der Stellung minimaler Öffnung
erstreckt und stromaufwärts und stromabwärts des
Zylinderabschnitts und entlang der Bahn der Ränder stromaufwärts und
stromabwärts der Drosselklappe bis zu einem durch letztere
bestimmten Öffnungswinkel Bereiche aufweist, die durch
preisbögen mit dem Zentrum auf der Achse der Einlaßleitung und
ausgehend von dem Zylinderabschnitt abnehmendem Radius
begrenzt sind.
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Ganz allgemein besitzt der zylindrische Abschnitt einen
kreisförmigen Querschnitt, der den üblichen Formen der
Drosselklappe gut entspricht, die entweder einen kreisförmigen
Umlaufrand oder einen sehr leicht elliptischen Umlaufrand
aufweisen, wenn die Stellung minimaler Öffnung, gegebenen
falls Null, der Drosselklappe hinsichtlich einer Ebene
rechtwinklig zur Achse der Leitung geneigt ist.
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In der Praxis sollte die Axiallänge des Zylinderabschnitts
eine solche sein, daß bei konstanter Luftdruckdifferenz
zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite die
Menge, die dann, wenn der Rand der Drosselklappe abhebt,
stromaufwärts und stromabwärts den Zylinderabschnitt
durchströmt, zwischen 160 und 180 % der Menge liegt, die der
Minimalöffnung der Drosselklappe entspricht. Diese Menge, die der
Minimalöffnung entspricht, die durch das Spiel hindurchtritt,
das zwischen dem Rand der Drosselklappe und der Einlaßleitung
besteht, wenn die Schließung der Drosselklappe durch einen
Anschlag derart begrenzt ist, daß sich die Drosselklappe
nicht gegen die Wand abstützen kann, oder die durch eine
Umlenkleitung durchtritt, die insbesondere die gedrosselte
Luftmenge liefert.
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Die Erfindung schlägt des weiteren vor ein Verfahren, das die
einfache Herstellung eines Drosselklappengehäuses der
obenangegebenen Gattung aus Metall gestattet.
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Das Verfahren umfaßt die Schritte des Herstellens eines
Rohlings mit einem Innenkanal, der stromaufwärts und
stromabwärts eines geradzylindrischen Abschnitts, der der
Minimalöffnung der Drosselklappe entspricht, Zonen aufweist, deren
jede einen Erweiterungsabschnitt seitlich der Mittelebene
aufweist, in Richtung auf den sich der Rand beim Öffnen
ausgehend von der Stellung minimaler Öffnung nicht verstellt,
und an der gegenübeliegenden Seite eine Zone aufweist, deren
Vorsprung in Richtung auf die Achse der Leitung von der die
Achse der Drosselklappe enthaltenden Ebene in Richtung auf
die rechtwinklige und die Achse der Drosselklappe enthaltende
Ebene zunimmt, und des Bearbeitens der genannten Zonen zu
einer Form von Kreisbögen, deren Radius vom Zylinderabschnitt
aus bis zu der von der Drosselklappe eingenommenen
Extremstellung für den vorbestimmten Winkel der Maximalöffnung
abnimmt.
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Die Erfindung ist bei der Lektüre der nachfolgenden
Beschreibung einer als nicht einschränkend zu verstehendes Beispiel
angegebenen besonderen Ausführungsform besser verständlich.
Die Beschreibung nimmt Bezug auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen zeigen:
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Fig. 1 wie bereits angegeben einen erwünschten Verlauf der
Änderung der Menge Q der Luft in Abhängigkeit von
der Zugbewegung eines Steuerseils der
Drosselklappe;
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Fig. 2 ein Drosselklappengehäuse gemäß einer besonderen
Ausführungsform im Schnitt entlang einer Ebene
durch die Achse der Einlaßleitung und rechtwinklig
zur Achse der Drosselklappe;
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Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III von Fig. 2;
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Fig. 4 eine Draufsicht auf das Drosselklappengehäuse von
Fig. 1, in der das Profil zu den Höhen z0, z1 und
z2 von Fig. 2 mit gestrichelten Linien angegebenen
ist;
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Fig. 5 einen durch Gießen erhaltenen Rohling, der zur
Herstellung des Korpus eines Gehäuses von Fig. 2
geeignet ist, wobei die Form nach der Bearbeitung
mittels strichpunktierter Linien angegeben ist.
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Das Drosselklappengehäuse, das jetzt beschrieben wird, dient
dazu, den Verlauf der Änderung der Menge wie in Fig. 1
dargestellt zu erreichen. Das in Fig. 2 bis 4 dargestellte Gehäuse
verfügt über einen Metallkorpus 10, der durch Gießen und
teilweise Bearbeitung hergestellt ist, und über eine
Drosselklappe 12 (Fig. 2), die an einer Welle 14 befestigt ist, die
es ihr erlaubt, sich um eine Achse rechtwinklig zur Achse 16
der Einlaßleitung 18 zu drehen, die im Gehäuse aufgenommen
ist.
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In herkömmlicher Weise ist die in Fig. 2 dargestellte
Drosselklappe 12 aus der Stellung minimaler Öffnung, die mit
einer voll ausgezogenen Linie dargestellt ist, zu einer
Stellung voller Öffnung verstellbar ist, in der sie entsprechend
der Achse 16 der Leitung 18 ausgerichtet ist. Die Stellung
minimaler Öffnung kann durch Abstützung des Randes der
Drosselklappe, etwas elliptischer Form, gegen die Wand der
Leitung an einer Stelle festgelegt sein, an der diese Wand durch
eine Neigung von etwa 5 Grad hinsichtlich einer Ebene quer
zur Achse 16 zylindrisch ist. Die Stellung minimaler Öffnung
kann gleichfalls durch einen nicht dargestellten
Regelanschlag festgelegt sein. Der Winkel minimaler Öffnung kann in
diesem Fall 0 Grad messen oder sehr nahe bei 0 Grad liegen.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform dreht sich
die Welle 14 in Lagern, die in Vorsprüngen 20 des Gehäuses
aufgenommen sind. Eines ihrer Enden ist an dem Zeiger eines
Winkelmessers, beispielsweise eines Potentiometers 22,
befestigt, der bzw. das die Winkelstellung der Drosselklappe
angibt. Das andere Ende ist an einer Scheibe 24 befestigt, an
der das Steuerseil der Drosselklappe befestigt ist. Im
Gehäuse kann ein Umlenkkanal 23 vorgesehen sein, der die
stromaufwärtige Seite der Drosselklappe mit einer stromabwärts
gelegenen Öffnung 25 verbindet. An diesem Kanal ist eine
Schaltschütz angebracht, der es gestattet, den Kanal zu
öffnen und somit eine zusätzliche Luftmenge bei ihm durchtreten
zu lassen, die die Drosselklappe 12 mindestens dann umspült,
wenn diese sich in ihrer Stellung minimaler Öffnung befindet.
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Die Einlaßleitung 18 kann als einen zentralen geradlinigen
Zylinderabschnitt mit Kreisprofil 26 und stromaufwärtigen
Teile (oberhalb der Drosselklappe 12 in dem Fall eines
kopfstehenden Drosselklappengehäuses, bei dem die Luft in der
durch den Fall f angegebenen Richtung zirkuliert) und
stromabwärtigen Teile umfassend verstanden werden.
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Der zentrale Abschnitt 26 besitzt einen Durchmesser derart,
daß die Undichtigkeiten entlang des Randes der Drosselklappe
12, wenn diese sich gegen die Wand abstützt, sehr stark
reduziert sind. Die Höhe h dieses Abschnitts ist derart gewählt,
daß die Menge, die um die Drosselklappe herumströmt, sobald
der Rand stromaufwärts und stromabwärts den zylindrischen
Abschnitt verläßt, zwischen 160 und 180 % der Luftmenge liegt,
die der minimalen Öffnung der Drosselklappe entspricht, wenn
der evtl. vorgesehene Umlenkkanal 23 versperrt ist. Bei einer
vorteilhaften Ausführungsform, die es gestattet, die
Herstellungstoleranzen zu minimieren, ist der Abschnitt 26 zur Achse
der Welle 14 der Drosselklappe symmetrisch.
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Der stromaufwärtige Teil der Einlaßleitung 18 ist
hinsichtlich einer Ebene durch die Achse 16 asymmetrisch und verläuft
durch die Achse der Welle 14. Die Hälfte des stromabwärtigen
Teils, von dem sich der Rand der Drosselklappe anläßlich der
Öffnung entfernt (rechte Hälfte in Fig. 2), ist leicht
konisch oder zylindrisch und besitzt ein halbkreisförmiges
Profil in jeder Höhe entlang der Achse 16. Die andere Hälfte
besitzt im Gegensatz hierzu in jeder Höhe z zwischen der oberen
Höhe z0 des Zylinderabschnitts 26 und einer Höhe zm ein
Profil
zusammengesetzter Form. Dieses Profil kann als ein
solches mit einem zentralen Teil betrachtet werden, der durch
einen Kreisbogen mit dem Mittelpunkt auf der Achse 16 und
einem ausgehend von der Höhe z0 abnehmenden Radius und
seitlichen Teilen mit der allgemeinen Form eines Ellipsenbogens
betrachtet werden, dessen große Achse in jeder Höhe gleich
derjenigen des Profils der rechten Hälfte in gleicher Höhe
ist und dessen kleine Achse von dem zentralen Abschnitt
ausgehend größer wird. Die kleine Achse dieser Ellipse ist
derart gewählt, daß der Rand der Drosselklappe entlang der Zone
gänzlich aufliegt, an der das rechte Profil die Form eines
Kreisbogens besitzt, bis zu der Stelle, wo es die Höhe zm
erreicht.
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Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß dies zur Wahl der
Exzentrizität der Ellipse in jeder Höhe z0 bis zm derart führt, daß
sich die Schnitte zwischen den Ellipsenbögen und den
Kreisbögen auf einer Linie 30 befinden, die von der Welle ausgeht
und deren Projektion in der Ebene von Fig. 2 im wesentlichen
geradlinig ist.
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Man kann gleichfalls den Umfang des zentralen Bereichs des
linken Teils in jeder Höhe zwischen z0 und zm als den Schnitt
eines elementaren Zylinders mit dem Mittelpunkt auf der Achse
16 und der Ebene betrachten, die die Achse der Welle der
Drosselklappe mit dem äußersten Punkt der so gebildeten
erweiterten Form in der Höhe zm verbindet.
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Infolge dieser Ausbildung kann die Drosselklappe leicht
angebracht werden, selbst wenn sie eine erhebliche Dicke
aufweist. Tatsächlich sieht man entlang der durch die Achse 16
und die Achse der Welle 14 der Drosselklappe geführten Ebene
eine Einführungsbahn vor, auf der die Querabmessung der
Leitung mindestens gleich dem Durchmesser der Drosselklappe ist.
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Wenn die Dicke der Drosselklappe nicht vernachlässigbar ist,
können die obenangegebenen Formen etwas modifiziert sein.
Insbesondere wird die Linie 30 dann der Ort der Schnitte
zwischen
aufeinanderfolgenden Zylinderelementen und einer Ebene,
die durch eine gegenüber der Drehachse in Richtung der Achse
16 versetzte Achse verläuft, wobei der Versatz im
wesentlichen gleich der halbe Dicke der Drosselklappe ist.
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Der stromabwärtige Teil der Einlaßleitung besitzt den
gleichen Aufbau wie der stromaufwärtige Teil. Er kann zum
stromaufwärtigen Teil symmetrisch sein. Bei dem in Fig. 2
dargestellten Fall ist er deutlich kürzer als der stromaufwärtige
Teil, und zwar aus Gründen des Raumbedarfs des Gehäuses.
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Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß einzig die eingezogenen Teile
einen Beitrag dazu leisten, den Verlauf der Änderung der
Menge in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel der Drosselklappe
festzulegen, bis dieser Winkel den Wert α erreicht. Folglich
reicht es aus, diese Teile der Leitung zu bearbeiten. Die
anderen Teile können rohe Gusteile bleiben. Die Bearbeitung ist
verhältnismäßig einfach, da sie sich auf den Schnitt entlang
aufeinanderfolgender Kreisbögen beschränkt, wie die bei z1
und z2 in Fig. 4 angegebenen, die den Höhen z1 und z2 in Fig.
2 entsprechen.
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Es ist möglich, bearbeitete Formen vorzusehen, die
stromaufwärts und stromabwärts der Drosselklappe symmetrisch sind.
Jedoch ist es häufig vorteilhafter, unterschiedliche Formen
vorzusehen, die eine gute Anpassung an unterschiedliche
Verläufe bieten, die zur Veränderung der Menge in Abhängigkeit
vom Öffnungswinkel erforderlich sind.
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Die Radien aufeinanderfolgender Kreise, d.h. die Erweiterung
der Form für aufeinanderfolgende Öffnungswinkel, können in an
sich bekannter Weise auf einer Rechenanlage erarbeitet
werden, indem ein Programm verwendet wird, das die Gegebenheiten
eines Verlaufs der Änderung des Massenstroms der Luft in
Abhängigkeit von dem Winkel der Drosselklappe in einer Form
stromaufwärts und einer Form stromabwärts, die durch
unterschiedliche Koordinaten definiert sind, umwandelt. Das
Programm dient dazu, eine Kontinuität mit den Teilen am rechten
kreisförmigen oder elliptischen Abschnitt zu erreichen.
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Es ist nicht notwendig, hier ein Programm zu beschreiben, das
den Radius berechnen kann, der in jeder Höhe z1, z2 ... zm
vorzusehen ist, da solche Programme dem Fachmann zur
Verfügung stehen. Es wird etabliert, in dem die Exzentrizität
berücksichtigt wird, die anfangs für die Ellipsen ausgewählt
wird, deren Bögen auf dem bearbeiteten Korpus vorgesehen
sind.
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Der Korpus besteht aus Metall (beispielsweise aus Aluminium)
und kann im Wege des Druckgießens eines Rohlings der in Fig.
5 dargestellten Art hergestellt werden, worauf eine
Bearbeitung in einem Bearbeitungszentrum erfolgt. Der in Fig. 5
dargestellte Rohling ist ohne Schwierigkeit mit einem
zweiteiligen Kern herstellbar, dessen beide Teile beiderseits entlang
der Achse eingesetzt werden. In jeder Höhe entlang der Achse
besitzen der linke Teil oberhalb des zylindrischen
Zentralabschnitts und der rechte Teil unterhalb dieses Abschnitts in
jeder Höhe entlang der Achse die Form einer Halbellipse,
deren kleine Achse derart gewählt ist, daß das Profil den
genau richtigen Durchtritt für die Drosselklappe in Richtung
der Öffnung der letzteren zur Verfügung stellt. Die zu
beseitigende Überdicke in den bearbeiteten Zonen (dargestellt
durch eingezogene Flächen in Fig. 2) ist in Fig. 5 mittels
strichpunktierter Linien angegeben. Während das Programm mit
einem Schritt, der sehr klein sein kann (in der Größenordnung
von Zehntel Millimetern) die Radien aufeinanderfolgender
Kreisbögen von z0 bis zm liefert, kann die Bearbeitung in
sehr einfacher Weise stattfinden, indem der Radius der
Bearbeitung jedes Mal verändert wird, wenn das Werkzeug eine
weitere Höhe durchläuft. Wenn der Schritt sehr klein ist, erhält
man somit schließlich eine Fläche in Treppenform, die zu
einer durchgehenden Fläche umformbar ist. In der
zylindrischen Zentralzone ist die Gesamtheit des Umfangs bearbeitet.
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In der Praxis liegt der Winkel α (Fig. 2) der Öffnung,
entlang dessen die Drosselklappe in einer bearbeiteten Zone
bleibt, zwischen 35º und 50º.
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Die Drosselklappe kann dann in herkömmlicher Weise angebracht
werden. Die Welle der Drosselklappe kann eingeführt werden,
wobei ihr Schlitz in der der vollständigen Öffnung der
Drosselklappe entsprechenden Richtung ausgerichtet wird. Dann
wird die Drosselklappe 12 entlang der Achse verschoben. Die
Welle wird so gedreht, daß die Drosselklappe in der Stellung
minimaler Öffnung zugeführt wird. Die Befestigungsmittel, wie
beispielsweise Schrauben, werden dann angebracht.
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Bei der bisher beschriebenen Ausführungsform besitzt die
Drosselklappe Abmessungen, die es unmöglich machen, daß sie
eine Ausrichtung annimmt, in der sie rechtwinklig zur Achse
16 verläuft. Ihre Anschlagstellung gegen die Wand der
Einlaßleitung 18 bildet einen Winkel von einigen Grad mit der Ebene
rechtwinklig zur Achse 16. In diesem Fall kann sich der
Abschnitt 26 auf eine Kreislinie beschränken.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Drosselklappe
gewölbt, d.h. ihre beiden Flügel bilden zueinander einen
stumpfen Winkel. Einer der Flügel ist dazu vorgesehen, sich gegen
die Wand der Einlaßleitung abzustützen, wobei ein Winkel von
einigen Grad mit der Ebene rechtwinklig zu der Achse gebildet
wird, während der andere Flügel dann rechtwinklig zur Achse
verläuft. In diesem Fall ist der Abschnitt 26 hinsichtlich
der die Achse der Welle der Drosselklappe enthaltenden Ebene
asymmetrisch.
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Die Erfindung ist des weiteren in dem Fall einer
Drosselklappe, die sich um 180º um ihre Achse drehen kann,
anwendbar, was eine einige Male reservierte Lösung für das Gehäuse
einer Drosselklappe ist, dessen Drosselklappe nicht direkt
durch den Fahrer, sondern durch einen Motor gesteuert ist,
der verschiedene Arbeitsparameter und insbesondere die
Stellung des Gaspedals berücksichtigt.
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Das Gießen von Kunststoffen kann mit viel größerer Präzision
als das von Metallen durchgeführt werden, ein Gehäuse der
obenbeschriebenen Art kann in vorteilhafter Weise aus
Kunststoff im Wege des direkten Kerngießens hergestellt werden. In
diesem Fall ist es die Außenform des Kerns, die durch
Bearbeitung hergestellt wird, damit sie die obenangegebene Form
aufweist.