DE10126063A1

DE10126063A1 - Klappenvorrichtung

Info

Publication number: DE10126063A1
Application number: DE10126063A
Authority: DE
Inventors: Klaus Leyendecker; Guido Tillmann
Original assignee: Montaplast GmbH
Current assignee: Montaplast GmbH
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2003-01-02
Anticipated expiration: 2021-05-29
Also published as: US20040159817A1; JP2002371930A; DE10126063B4; US20020175308A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klappenvorrichtung (1) zur Beeinflussung eines Strömungsquerschnitts in einer medienführenden Leitung. Die Klappenvorrichtung (1) umfasst ein in der medienführenden Leitung angeordnetes Steuerelement (2) und ein Wellenstück (3), das zur medienführenden Leitung drehbar angeordnet ist. Das Wellenstück (3) und das Steuerelement (2) sind drehsteif miteinander verbunden. Die Klappenvorrichtung (1) zeichnet sich dadurch aus, dass das Wellenstück (3) gekröpft ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klappenvorrichtung zur Beeinflussung eines Strömungsquerschnitts in einer medienführenden Leitung. Die Klappenvorrichtung weist ein in der medienführenden Leitung angeordnetes Steuerelement und ein Wellenstück auf, wobei das Wellenstück drehbar zur medienführenden Leitung gelagert ist und das Steuerelement an einem ersten Ende des Wellenstücks drehsteif befestigbar ist.
Beispielsweise kann die oben beschriebene Klappenvorrichtung in einem Saugkanal einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt werden. In diesem Fall ist das Steuerelement eine Klappe, die drehbar im Saugkanal angeordnet ist, wobei durch Drehung der Klappe der Strömungsquerschnitt im Saugkanal beeinflusst wird. Solch eine Klappe kann als Drosselklappe, als Verwirbelungsklappe, Längenschaltungsklappe oder dergleichen ausgebildet sein. Darüber hinaus kann das Steuerelement beispielsweise auch als Walze ausgebildet sein.
Aufgrund der Zylinderanordnung einer Verbrennungskraftmaschine und der Zylinderkopfgeometrie kann das Ansaugsystem mehrere Saugkanäle aufweisen, deren Kanalquerschnitte im Bereich des Übergangs von Ansaugsystem zu Zylinderkopf nebeneinander in einer Ebene liegen. Zur Beeinflussung der Strömungsquerschnitte der einzelnen Saugkanäle können die einzelnen Klappenvorrichtungen so angeordnet sein, dass deren Steuerelemente bzw. Klappen sich um eine gemeinsame Drehachse drehen. Dadurch lassen sich die Steuerelemente durch Wellenstücke verbinden, die sich um eine gemeinsame Achse drehen. Mit einer Stelleinheit, die mit einem der Wellenstücke im Eingriff steht, können die Steuerelemente gemeinsam betätigt werden.
Zur Vereinfachung der Montage der in einer Reihe liegenden Klappenvorrichtungen kann ein Einsatz vorgesehen sein, der zwischen Ansaugsystem mit seinen einzelnen Ansaugkanälen und dem Zylinderkopf angeordnet ist. Die Klappenvorrichtungen können auch direkt ins Ansaugrohr montiert werden. Dieser Einsatz ist mit den einzelnen Klappenvorrichtungen bestückt, die durch die Wellenstücke miteinander verbunden sind. Da der Einsatz zwischen Zylinderkopf und Saugsystem angeordnet ist, müssen am Einsatz für die in der Regel schraubenförmigen Verbindungselemente, mit denen das Ansaugsystem am Zylinderkopf befestigt wird, Durchbrüche oder Ausnehmungen vorgesehen sein. Jedoch müssen diese Durchbrüche oder Ausnehmungen von der Achse, in der die einzelnen Wellenstücke liegen, beabstandet sein, damit die Schrauben die Wellenachse nicht schneiden. Diese Beabstandung der einzelnen Anschraubpunkte von der Drehachse der einzelnen Wellenstücke führt zu einem hohen Platzbedarf des Bereiches am Zylinderkopf, an dem das Ansaugsystem mit dem Einsatz angeflanscht wird. Bei bauraumoptimierten Motoren kann die Verwendung eines Einsatzes der oben beschriebenen Art aufgrund der räumlichen Vorgaben zu Problemen führen.
Der Verwendung der Klappenvorrichtung, insbesondere in bauraumoptimierten Motoren, steht auch der Einfluss unterschiedlicher Wärmeausdehnungen von Ansaugrohr und Klappenvorrichtung entgegen. Wenn das Ansaugrohr aus Kunststoff und das Steuerelement aus Metall gefertigt werden, können die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der Materialien dazu führen, dass die Breite des Spalts zwischen Kunststoffansaugrohr und Steuerelement in axialer Richtung bei unterschiedlichen Temperaturen nicht konstant ist. Jedoch ist eine konstante Spaltbreite erwünscht, damit unabhängig von der jeweiligen Temperatur der Strömungsquerschnitt durch das Steuerelement exakt beeinflussbar ist. Außerdem muss sicher verhindert werden, dass das Steuerelement sich derart ausdehnt, dass es sich in der Leitung verklemmt und dadurch nicht mehr betätigt werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Klappenvorrichtung bereitzustellen, die den Einsatz insbesondere in bauraumoptimierten Verbrennungskraftmaschinen ermöglicht und einfach einbaubar ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Wellenstück in einem Bereich zwischen dem ersten und zweiten Ende gekröpft ist. Durch die Kröpfung ist es möglich, dass ein Verbindungsmittel zur Befestigung des Ansaugsystems an dem Zylinderkopf, wie beispielsweise eine Schraube im Bereich der Kröpfung des Wellenstücks, die Drehachse der Steuerelemente zwischen zwei nebeneinander angeordneten Steuerelementen schneidet bzw. tangiert. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, die einzelnen Verbindungselemente zwischen den Saugkanälen des Ansaugsystems auf bzw. in der Nähe der Drehachse der Klappenvorrichtungen anzuordnen. Folglich können die Anschraubpunkte am Zylinderkopf näher an die Drehachse der Klappenvorrichtungen gesetzt werden, so dass der Flanschbereich am Zylinderkopf schmaler gestaltet werden kann.
Auch wenn ein Verbindungsmittel die Drehachse einer Klappenvorrichtung im Bereich eines Wellenstücks schneidet, wird aufgrund der Kröpfung des Wellenstücks die Funktion der Klappenvorrichtung nicht beeinträchtigt. Da der Winkelbereich zwischen Schliess- und maximaler Öffnungsstellung des Steuerelements in der medienführenden Leitung maximal 90 Grad beträgt, dreht sich auch das Wellenstück um maximal 90 Grad um seine Drehachse. Die Kröpfung des Wellenstücks ist dabei so auszulegen, dass bei Drehung innerhalb dieses Winkelbereichs die Kröpfung das Verbindungselement nicht berührt.
In einem Ausführungsbeispiel wird an dem zweiten Ende des Wellenstücks ein Steuerelement einer weiteren Klappenvorrichtung für eine weitere medienführende Leitung drehsteif befestigt. Somit lassen sich nebeneinander angeordnete Steuerelemente auf einfach Weise mechanisch koppeln, so dass sie durch eine Stelleinheit gemeinsam betätigt werden können.
Vorzugsweise kann die drehsteife Verbindung zwischen Steuerelement und Wellenstück eine Nut-Feder-Verbindung aufweisen.
Alternativ kann das Steuerelement mit dem Wellenstück auch durch eine Presspassung drehsteif verbunden sein. Dabei weist das Steuerelement einen das Wellenende aufnehmenden Zylinder auf, der sich im Rahmen eines Aufschrumpfprozesses auf das Wellenende schieben lässt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Welle eine in Wellenlängsrichtung abgeflachte Seite aufweisen, auf der das Steuerelement mit einer ebenfalls flachen Seite aufliegt und drehsteif fixiert ist. Sind Wellenstück und Steuerelement aus Stahl, bietet sich zum Befestigen der beiden Bauteile beispielsweise Schweissen an. Grundsätzlich können die beiden Bauteile auch durch andere Verbindungsmittel wie Klebstoff etc. miteinander verbunden werden. Die beiden Teilelemente können auch aus Kunststoff sein und vorher an das Wellenstück gespritzt werden. Das Steuerelement und das Wellenstück können auch einstückig ausgeführt sein. Wenn zwischen Kröpfung und Steuerelement eine Lagerung vorgesehen wird, muss das die Welle aufnehmende Lager zur Montierbarkeit des Lageres teilbar sein.
Das Steuerelement, das zur Beeinflussung eines Strömungsquerschnitts einer medienführenden Leitung darin drehbar angeordnet ist, kann zwei Teilelemente aufweisen, wobei das erste Teilelement mit einem ersten Wellenstück und das zweite Teilelement mit einem zweiten Wellenstück verbunden ist. Die beiden Teilelemente greifen in Einbaulage ineinander, wobei in axialer Richtung der Wellenstücke ein Spiel vorgesehen ist. Das Spiel zwischen den beiden Teilelementen des Steuerelements ermöglicht es, dass sich die Teilelemente bei steigender Temperatur in axialer Richtung der Wellenstücke ausdehnen können, ohne dass dadurch in axialer Richtung der Wellenstücke die Breite der Spalte zwischen den Teilelementen und der medienführenden Leitung beeinflusst wird. Dadurch kann sicher vermieden werden, dass sich bei Ausdehnung des Steuerelements das Steuerelement in der Leitung verklemmt und nicht mehr betätigt werden kann. Durch das Spiel zwischen den einzelnen Teilelementen oder Klappenelementen kann daher der Spalt zwischen dem Steuerelement und der Wandung der medienführender Leitung in axialer Richtung der Wellenstücke unabhängig vom Temperatureinfluss auf die Ausdehnung der Teilelemente eingestellt werden. Die Spalte zwischen den Teilelementen und jeweiligen angrenzenden Leitungswandungen können daher bei unterschiedlichen Temperaturen konstante bzw. näherungsweise konstante Breiten aufweisen.
Vorzugsweise überlappen sich die Teilelemente zumindest teilweise. Durch die Überlappung kann sichergestellt werden, dass sich zwischen den beiden Teilelementen an den jeweils zugewandten Enden keine unerwünschte Strömung einstellt.
Die Teilelemente können drehsteif im Eingriff stehen. Durch diese drehsteife Verbindung der beiden Teilelemente reicht es wie bei einem einstückig ausgeführten Steuerelement aus, wenn nur ein Wellenstück zur Betätigung des Steuerelements angetrieben wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Teilelement an dem dem zweiten Teilelement zugewandten Ende ein versetztes Zahnprofil auf, in das ein komplementäres Zahnprofil des zweiten Teilelements greift. Dadurch lassen sich die beiden Teilelemente durch einfaches Aufstecken miteinander verbinden, wobei zur Herstellung einer drehsteifen Verbindung keine weiteren Verbindungsmittel notwendig sind.
Die erfindungsgemäße Aufgabe lässt sich auch durch Verwendung eines Wellenstücks in einer Klappenvorrichtung zur Beeinflussung eines Strömungsquerschnitts in einer medienführenden Leitung lösen, wobei das Wellenstück ein erstes und ein zweites Ende aufweist. An dem ersten und/oder an dem zweiten Ende können Steuerelemente befestigbar sein, wobei das Wellenstück in einem Bereich zwischen den beiden Enden gekröpft ist. Durch die Kröpfung des Wellenstücks können im Bereich der Kröpfung Bauteile angeordnet werden, die die Drehachse des Wellenstücks schneiden bzw. tangieren. Aufgrund des begrenzten Winkelstellbereichs wird die Funktionalität der Klappenvorrichtung durch das Bauteil, das die die Drehachse des Wellenstücks schneidet, nicht beeinträchtigt.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Mehrzahl von Klappenvorrichtungen in perspektivischer Ansicht;
Fig. 2 in perspektivischer Ansicht den Verbund der Klappenvorrichtungen der Fig. 1, der in einem Einsatz angeordnet ist;
Fig. 3 ein gekröpftes Wellenstück in perspektivischer Ansicht;
Fig. 4 ein erstes Teilelement in perspektivischer Ansicht und
Fig. 5 in zweites Teilelement in perspektivischer Ansicht.
Fig. 1 zeigt eine Mehrzahl von Klappenvorrichtungen 1, die um eine gemeinsame Drehachse 20 drehen. Eine Klappenvorrichtung 1 umfasst ein Steuerelement 2 und ein Wellenstück 3. Die jeweiligen Wellenstücke 3 sind in wenigstens einer Lagerbuchse 4 drehbar gelagert. Der Übersicht halber ist in Fig. 1 nur eine der dargestellten Klappenvorrichtungen mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt vier in Reihe angeordnete Klappenvorrichtungen 1, von denen drei ein Wellenstück 3 aufweisen, das zwischen den jeweiligen Enden des Wellenstücks 3 gekröpft ist. An einem ersten Wellenende 5 ist das Steuerelement 2 drehsteif befestigbar. An einem zweiten Wellenende 6 kann ein anderes Steuerelement 2 ebenfalls drehsteif befestigt werden. Alternativ dazu kann das zweite Wellenende 6 eines Wellenstücks 3 in einer Lagerbuchse 4 angeordnet sein oder mit einer Stelleinheit verbunden sein, die in Fig. 1 nicht dargestellt ist.
Das Steuerelement 2 umfasst ein erstes Teilelement 7 und ein zweites Teilelement 8. An den jeweils von den Wellenstücken 3 abgewandten Ende 9, 10 der jeweiligen Teilelemente 7, 8 stehen die Teilelemente im Eingriff. Die Verbindung zwischen dem ersten Teilelement 7 und dem zweiten Teilelement 8 weist in axialer Richtung der Wellenstücke 3 ein Spiel auf, so dass sich die Teilelemente 7, 8 in axialer Richtung der Wellenstücke 3 ausdehnen können, ohne dass dadurch der Abstand in axialer Richtung der Wellenstücke 3 zwischen den Enden 11, 12, die den jeweiligen Wellenstücken 3 zugewandt sind, verändert wird.
Fig. 2 zeigt einen als Schaltklappeneinsatz ausgebildeten Einsatz 13, der mit den Klappenvorrichtungen 1 aus der Fig. 1 bestückt ist. Der Einsatz 13 nimmt dabei die einzelnen Lagerbuchsen 4 auf, so dass die Klappvorrichtungen 1 in dem Einsatz drehbar gelagert sind. Der Einsatz 13 ist zwischen einem Ansaugsystem und einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine einsetzbar. Die Ausnehmungen 14, in denen jeweils ein Steuerelement 2 angeordnet ist, fluchten dabei im eingebauten Zustand des Einsatzes (nicht dargestellt) mit den entsprechenden Saugkanälen des Ansaugsystems und den im Zylinderkopf eingebrachten Kanälen.
Der Einsatz 13 weist mehrere Aussparungen 15 auf, durch die Verbindungsmittel wie beispielsweise Schrauben greifen können, durch die das Ansaugsystem an dem Zylinderkopf befestigt werden kann. Aufgrund der Kröpfung der Wellenstücke 3, die jeweils zwischen zwei Steuerelementen 2 angeordnet sind, können die Aussparungen 15 die Drehachse 20 der Klappenvorrichtungen 1 überschneiden. Dadurch können die Verbindungsmittel zur Befestigung des Ansaugsystems an dem Zylinderkopf näher zur Drehachse 20 rücken, wodurch der Platzbedarf für den Bereich am Zylinderkopf reduziert wird, an dem das Ansaugsystem angeflanscht wird.
Fig. 3 zeigt ein Wellenstück 3, das an seinem ersten und zweiten Wellenende 5, 6 eine in Wellenlängsrichtung abgeflachte Seite 16 aufweist. Durch Auflage einer ebenfalls flachen Seite eines Steuerelements 2 auf der abgeflachten Seite 16 und entsprechender Fixierung der beiden anliegenden Seiten untereinander kann das Wellenstück 3 mit dem Steuerelement 2 drehsteif verbunden werden.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen das erste bzw. das zweite Teilelement in perspektivischer Ansicht. An dem dem Wellenstück 3 abgewandten Ende 9 des ersten Teilelements 7 weist das erste Teilelement 7 ein versetztes Zahnprofil auf, das drei Zähne 17, 18 und 19 umfasst. Das zweite Teilelement 8 weist ebenfalls an seinem dem Wellenstück abgewandten Ende 10 ein Zahnprofil auf, das komplementär zum Zahnprofil des ersten Teilelementes 7 ausgebildet ist. Somit lassen sich ein erstes Teilelement 7 und ein zweites Teilelement 8 ineinander stecken, wobei die ineinandergesteckten Zähne eine drehsteife Verbindung bilden. Bezugszeichenliste 1 Klappenvorrichtung
2 Steuerelement
3 Wellenstück
4 Lagerbuchse
5 Erstes Wellenende
6 Zweites Wellenende
7 Erstes Teilelement
8 Zweites Teilelement
9 abgewandtes Ende
10 abgewandtes Ende
11 zugewandtes Ende
12 zugewandtes Ende
13 Einsatz
14 Ausnehmung
15 Aussparung
16 abgeflachte Seite
17 Zahn
18 Zahn
19 Zahn
20 Drehachse

Claims

1. Klappenvorrichtung (1) zur Beeinflussung eines Strömungsquerschnitts in einer medienführenden Leitung, mit einem in der medienführenden Leitung angeordneten Steuerelement (2) und wenigstens einem Wellenstück (3) mit einem ersten und einem zweiten Ende (5, 6), wobei das Wellenstück (3) drehbar zur medienführenden Leitung gelagert ist und das Steuerelement (2) an dem ersten Ende des Wellenstücks (5) drehsteif befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenstück (3) in einem Bereich zwischen dem ersten und zweiten Ende (5, 6) gekröpft ist.

2. Klappenvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Ende des Wellenstücks (6) ein Steuerelement (2) einer weiteren Klappenvorrichtung (1) für eine weitere medienführende Leitung drehsteif befestigbar ist.

3. Klappenvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die drehsteife Verbindung zwischen Steuerelement (2) und Wellenstück (3) eine Nut-Feder-Verbindung aufweist.

4. Klappenvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die drehsteife Verbindung zwischen Steuerelement (2) und Wellenstück (3) eine Presspassung aufweist.

5. Klappenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Wellenstück (3) und Steuerelement (2) einstückig ausgebildet sind.

6. Klappenvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle eine in Wellenlängsrichtung abgeflachte Seite (16) aufweist, auf der das Steuerelement (2) mit einer flache Seite aufliegt und drehsteif fixierbar ist.

7. Steuerelement (2), das zur Beeinflussung eines Strömungsquerschnitts einer medienführenden Leitung in dieser Leitung drehbar angeordnet ist, wobei an dem Steuerelement (2) ein erstes und ein zweites Wellenstück (3) drehsteif befestigbar sind, und wobei die Wellenstücke (3) eine gemeinsame Drehachse (20) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (2) zwei Teilelemente (7, 8) aufweist, wobei ein erstes Teilelement (7) mit dem ersten Wellenstück (3) und ein zweites Teilelement (8) mit dem zweiten Wellenstück (3) verbunden ist und wobei die Teilelemente (7, 8) mit Spiel in axialer Richtung der Wellenstücke (3) ineinandergreifen.

8. Steuerelement (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente (7, 8) sich zumindest teilweise überlappen.

9. Steuerelement (2) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente (7, 8) drehsteif im Eingriff stehen.

10. Steuerelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilelement (7) an dem dem Wellenstück (3) abgewandten Ende (9) ein versetztes Zahnprofil aufweist, in das ein komplementäres Zahnprofil des zweiten Teilelementes (8) greift.

11. Wellenstück (3) mit einem ersten und zweiten Ende, wobei wenigstens ein Ende mit einem Steuerelement (2) drehsteif verbindbar ist, das zur Beeinflussung des Strömungsquerschnittes einer medienführenden Leitung in dieser Leitung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenstück (3) in einem Bereich zwischen dem ersten und zweiten Ende (5, 6) gekröpft ist.