DE102004043125B4

DE102004043125B4 - Drosselvorrichtung

Info

Publication number: DE102004043125B4
Application number: DE102004043125.6A
Authority: DE
Inventors: Udo Utz; Ralf Kromer; Michael Knorpp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2024-09-08
Also published as: US7611123B2; DE102004043125A1; ITMI20051632A1; JP4651020B2; US20060048748A1; JP2006077771A

Abstract

Drosselvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem Drosselklappengehäuse (2) und mit einer Drosselklappenwelle (6) mit einer Drosselklappe (8), wobei die Drosselklappenwelle (6) in einer am Drosselklappengehäuse (2) vorgesehenen Lageraufnahme (10) im Drosselklappengehäuse (2) schwenkbar gelagert und mit Hilfe einer an der Drosselklappenwelle (6) angreifenden Stelleinrichtung (18) schwenkbar ist, wobei an das Drosselklappengehäuse (2) ein die Lageraufnahme (10) aufnehmender Fortsatz (22) angeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Lageraufnahme (10) ein Spannelement (30) den Fortsatz (22) und die Lageraufnahme (10) umgibt, wobei das Spannelement (30) von außen nach innen radial gegen den Fortsatz (22) drückt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Drosselvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Drosselvorrichtungen für Brennkraftmaschinen besitzen üblicherweise eine in einem Drosselklappengehäuse schwenkbar gelagerte Drosselklappenwelle, an der eine Drosselklappe angeformt oder befestigt ist. Durch das Drosselklappengehäuse verläuft ein Gaskanal. Durch den Gaskanal kann beispielsweise Luft oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zu einer Brennkraftmaschine strömen. Durch Schwenken der Drosselklappenwelle öffnet bzw. schließt die Drosselklappe den Gaskanal.
Damit die Drosselklappe nicht an der Wand des Gaskanals anstößt, ist bekannt, die Beweglichkeit der Drosselklappenwelle in ihrer axialen Richtung eng zu tolerieren.
Bei der in der Offenlegungsschrift DE 39 24 611 A1 gezeigten Drosselvorrichtung wird die Drosselklappenwelle in axialer Richtung, d. h. in Längsrichtung der Drosselklappenwelle, durch einen durch die Drosselklappenwelle quer verlaufenden Stift fixiert.
Bei der in der DE 30 48 995 A1 gezeigten Drosselvorrichtung erfolgt die axiale Kraftübertragung zwischen der Drosselklappenwelle und dem Drosselklappengehäuse über ein in das Drosselklappengehäuse eingebautes Kugellager.
Bei der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 10 622 A1 ist in das Drosselklappengehäuse ein Lagermittel eingepresst, gegen das eine Feder die Drosselklappenwelle spannt, zwecks exakter axialer Positionierung der Drosselklappenwelle.
Abhängig vom verwendeten Werkstoff, insbesondere abhängig vom für das Drosselklappengehäuse verwendeten Werkstoff, kann es im Stand der Technik vorkommen, dass sich die axiale Lagerung der Drosselklappenwelle verschiebt, so dass die ungestörte Beweglichkeit der Drosselklappe in dem Drosselklappengehäuse nicht mehr bei jeder Temperatur gewährleistet ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Drosselvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass das Drosselklappengehäuse im Bereich der Lageraufnahme so stabil ist, dass zwischen der Drosselklappenwelle und dem Drosselklappengehäuse auftretende Kräfte sowohl in radialer als auch in axialer Richtung sicher aufgefangen werden können. Dies gilt auch dann, wenn für das Drosselklappengehäuse mit Blick auf eine einfache Herstellungsweise und/oder auf preisgünstigen Werkstoff und/oder auf sonstige Anforderungen, wie beispielsweise chemische Angriffe von außen, ein relativ weicher und/oder relativ nachgiebiger Werkstoff und/oder ein Werkstoff gewählt wird, der im Laufe der Zeit aufgrund von einwirkenden Kräften nachgibt.
Wegen dem Spannelement kann das Drosselklappengehäuse auch im Bereich der Lageraufnahme beispielsweise ein Kunststoff sein.
Das Spannelement kann auch sehr gut als Reibschutz oder als Schlagschutz dienen, um das Drosselklappengehäuse vor Beschädigungen durch mechanischen Abrieb, Eindrückungen oder Schläge zu schützen. Das Spannelement kann das Drosselklappengehäuse vor Beschädigungen durch beispielsweise eine eventuell schwingende Feder schützen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Drosselvorrichtung nach dem Anspruch 1 möglich.
Auch wenn an das Drosselklappengehäuse für die Lageraufnahme ein Fortsatz angeformt oder angebaut ist, erhält man mit dem Spannelement den Vorteil, dass auch bei dieser Ausgestaltung des Drosselklappengehäuses eine sichere Lagerung der Drosselklappe gewährleistet ist.
Das Spannelement kann vorzugsweise in Form einer Hülse ausgebildet sein, was den Vorteil hat, dass das Spannelement mit wenig Aufwand hergestellt werden kann.
Wenn das Drosselklappengehäuse ganz oder zumindest im Bereich der Lageraufnahme aus Kunststoff besteht, dann hat dies den Vorteil, dass das Drosselklappengehäuse ziemlich einfach hergestellt werden kann und trotzdem erhält man mit Hilfe des Spannelements eine sichere Lagerung der Drosselklappenwelle.
Das Spannelement kann beispielsweise aus Metall bestehen, was den Vorteil hat, dass auch mit einem kleinen Spannelement, das beispielsweise aus einem dünnen Blech besteht, eine gute stabilisierende Wirkung erzielt wird.
Aufgrund des Spannelements erhält man im Bereich der Lageraufnahme eine gute Stabilität, was den Vorteil hat, dass in die Lageraufnahme ohne Probleme ein Lager eingebaut werden kann, wobei das Lager beispielsweise ein Gleitlager oder ein Wälzlager, insbesondere ein Rollenlager oder ein Kugellager, sein kann.
Wegen der stabilisierenden Wirkung des Spannelementes kann in die Lageraufnahme ein Lager mit ziemlich großer radialer Vorspannung eingebaut sein bzw. eingepresst werden.
Wird für das Spannelement ein Werkstoff gewählt, der einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der ungefähr dem entspricht, den das in die Lageraufnahme eingebaute Lager hat, dann hat dies den Vorteil, dass sowohl bei sehr hoher als auch bei sehr niedriger Temperatur die Pressung zwischen dem Lager und der Lageraufnahme im Wesentlichen unverändert gleich bleibt. Dies gilt auch dann, wenn das Drosselklappengehäuse bzw. der Fortsatz im Bereich der Lageraufnahme aus einem Werkstoff mit einem anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht. Für das Drosselklappengehäuse bzw. für den Fortsatz kann also problemlos auch Kunststoff verwendet werden.
Zeichnung
Ein bevorzugt ausgewähltes, besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiele der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die 1 eine Draufsicht auf das ausgewählte Ausführungsbeispiel der Drosselvorrichtung, die 2 einen Schnitt durch die Drosselvorrichtung entlang der in der 1 mit II bis II markierten Schnittebene, und die 3 eine Ausschnittvergrößerung eines in der 2 mit III markierten Kreises.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die erfindungsgemäße Drosselvorrichtung kann bei verschiedenen Brennkraftmaschinen verwendet werden, bei denen mit Hilfe einer Drosselklappe ein Durchlass durch einen Gaskanal gesteuert werden soll. Der Gaskanal ist beispielsweise für eine Strömung einer Luft, eines Kraftstoff-Luft-Gemischs usw. vorgesehen. Je nach Schwenk-Stellung der Drosselklappe wird die Strömung des Gases mehr oder weniger gedrosselt. Normalerweise kann die Drosselklappe bis zu 90° geschwenkt werden. Es gibt aber auch Ausführungen, bei denen die Drosselklappe um weniger als 90° oder um mehr als 90°, beispielsweise bis zu 180°, geschwenkt werden kann. Die Drosselklappenwelle mit der Drosselklappe kann mit Hilfe einer an der Drosselklappenwelle angreifenden Stelleinrichtung geschwenkt werden. Die Stelleinrichtung ist beispielsweise ein an der Drosselklappenwelle angreifender Stellmotor, der beispielsweise direkt oder über ein Getriebe die Drosselklappenwelle verstellt.
Die 1 bis 3 zeigen ein bevorzugt ausgewähltes, besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Drosselvorrichtung.
Die 1 zeigt eine Draufsicht auf die Drosselvorrichtung. Die 2 zeigt einen Schnitt durch die Drosselvorrichtung in einer in Längsrichtung des Gaskanals der Drosselvorrichtung verlaufenden Schnittebene. Diese Schnittebene ist in der 1 mit II bis II markiert. Der in der 2 mit einem gestrichelten Kreis III markierte Bereich ist in der 3 vergrößert dargestellt.
In allen Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die 1 bis 3 zeigen die Drosselvorrichtung mit einem Drosselklappengehäuse 2. Durch das Drosselklappengehäuse 2 verläuft ein in der 1 in stirnseitiger Ansicht dargestellter Gaskanal 4. Der Gaskanal 4 ist beispielsweise ein Teil eines zu Brennräumen einer Brennkraftmaschine führenden Saugrohrs. Quer durch den Gaskanal 4 verläuft eine in dem Drosselklappengehäuse 2 schwenkbar gelagerte Drosselklappenwelle 6. An der Drosselklappenwelle 6 ist eine Drosselklappe 8 befestigt. Die Drosselklappe 8 kann beispielsweise auch zusammen mit der Drosselklappenwelle 6 einstückig aus Kunststoff gefertigt sein.
Am Drosselklappengehäuse 2 bzw. im Drosselklappengehäuse 2 sind eine Lageraufnahme 10 und eine weitere Lageraufnahme 12 vorgesehen. In den Lageraufnahmen 10, 12 ist die Drosselklappenwelle 6 schwenkbar gelagert.
Ein Anlenkmittel 14 ist mit der Drosselklappenwelle 6 fest verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Anlenkmittel 14 in Form eines auf die Drosselklappenwelle 6 aufgespritzten oder angeschweißten Zahnrades ausgebildet. Da die Drosselklappe 8 um nicht mehr als beispielsweise 110° geschwenkt werden soll, genügt es, wenn das aufgespritzte Zahnrad nur in einem Bereich von 110° Außenzähne hat, die über ein weiteres Getrieberad mit einem Antriebsritzel eines Stellmotors kämmen. Der Stellmotor zusammen mit dem Getrieberad und dem Anlenkmittel 14 bilden eine Stelleinrichtung 18 zum Verstellen der auf der Drosselklappenwelle 6 gelagerten Drosselklappe 8.
Ein Ende einer Stellfeder 20 ist einerseits direkt oder indirekt am Drosselklappengehäuse 2 angelenkt, und andererseits ist die Stellfeder 20 direkt oder indirekt an der Drosselklappenwelle 6 bzw. an der Drosselklappe 8 angelenkt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt das rechte Ende der Stellfeder 20 über das Anlenkmittel 14 auf die Drosselklappenwelle 6. Das linke Ende der Stellfeder 20 stützt sich am Drosselklappengehäuse 2 ab. Die Stellfeder 20 dient zum Zurückstellen der Drosselklappenwelle 6 bzw. der Drosselklappe 8 in eine unbetätigte Ruhestellung.
An das Drosselklappengehäuse 2 ist seitlich hervorstehend ein Fortsatz 22 angeformt. Der Fortsatz 22 ist vorzugsweise zusammen mit dem Drosselklappengehäuse 2 einstückig geformt. Der Fortsatz 22 besteht vorzugsweise aus demselben Material wie das Drosselklappengehäuse 2. Der Fortsatz 22 besteht vorzugsweise ebenso wie das übrige Drosselklappengehäuse 2 aus einem Kunststoff. Somit kann das Drosselklappengehäuse 2 zusammen mit dem Fortsatz 22 sehr einfach beispielsweise durch Spitzgießen hergestellt werden.
Die Lageraufnahme 10 wird beispielsweise von einer von außen in den Fortsatz 22 des Drosselklappengehäuses 2 sich hineinerstreckenden Stufenbohrung gebildet. In die Lageraufnahme 10 ist ein Lager 24 mit Übermaß eingepresst. Der Durchmesser des Umfangs 24a des Lagers 24 ist größer als der Durchmesser der Lageraufnahme 10 im Bereich des Lagers 24. Dadurch wird erreicht, dass das Lager 24 in radialer Richtung gegen das Drosselklappengehäuse 2 drückt und dass das Lager 24 bei den während des Betriebs der Drosselvorrichtung auftretenden Kräften nicht verschoben wird.
Das Lager 24 ist beispielsweise ein Wälzlager 24b. Beim bevorzugt ausgewählten Ausführungsbeispiel hat das Wälzlager 24b einen Außenring 24d und mehrere Rollen 24c bzw. Lagernadeln, die in dem Außenring 24d aufgenommen werden.
Der Umfang 24a des Außenrings 24d ist so dimensioniert, dass der Außenring 24d mit Vorspannung in der Lageraufnahme 10 gehalten wird.
An der Drosselklappenwelle 6 ist ein umlaufender Einstich 6b vorgesehen. In dem Einstich 6b ist eine Scheibe 26 eingebaut. Eine in axialer Richtung federnde gewellte Federscheibe 28 spannt die in dem Einstich 6b eingebaute Scheibe 26 gegen den Außenring 24d des Lagers 24. Dabei stützt sicht die Federscheibe 28 am Drosselklappengehäuse 2 ab, genauer gesagt stirnseitig an der die Lageraufnahme 10 bildenden Stufenbohrung. Damit ist sichergestellt, dass während des Betriebs der Drosselvorrichtung keine Relativbewegung in Längsrichtung der Drosselklappenwelle 6, zwischen der Scheibe 26 und dem Lager 24 bzw. zwischen der Scheibe 26 und dem Drosselklappengehäuse 2, auftritt.
Der Einstich 6b in der Drosselklappenwelle 6 ist minimal breiter als die Dicker der Scheibe 26, so dass bei stillstehender Scheibe 26 die Drosselklappenwelle 6 leicht gedreht werden kann.
Ein Spannelement 30 umgibt die Lageraufnahme 10. Beim bevorzugt ausgewählten Ausführungsbeispiel ist das Spannelement 30 am Außenumfang des Fortsatzes 22 des Drosselklappengehäuses 2 vorgesehen. Das Spannelement 30 umgibt im Bereich der Lageraufnahme 10 den Fortsatz 22 vollständig. Beim bevorzugt ausgewählten Ausführungsbeispiel drückt der Außenring 24d des Lagers 24 von innen nach außen gegen den Fortsatz 22, und das Spannelement 30 drückt von außen nach innen gegen den Fortsatz 22. Weil das Spannelement 30 von außen nach innen radial gegen den Fortsatz 22 drückt, kann der Fortsatz 22 nicht ausweichen, trotz der auf den Fortsatz 22 wirkenden radialen Kraft des eingepressten Lagers 24. Dies gilt auch dann, wenn der Fortsatz 22 bzw. das gesamte Drosselklappengehäuse 2 aus einem Kunststoff besteht, der ohne die vorgeschlagene Einspannung durch das Spannelement 30 nachgeben würde bzw. der Kunststoff würde ohne das stabilisierende Spannelement 30 im Laufe der Zeit wegkriechen.
Das Spannelement 30 ist vorzugsweise zylinderförmig oder hülsenförmig und hat ungefähr die Form eines gestuften, stirnseitig offenen, hutförmigen Zylinders mit einem Zylinderbereich 30a und einem Radialbereich 30b.
Das Spannelement 30 ist in Umfangsrichtung betrachtet vorzugsweise geschlossen. Das Spannelement 30 kann aber auch beispielsweise entlang einer Mantellinie geschlitzt sein.
Das Spannelement 30 besteht beispielsweise aus Metall, vorzugsweise aus einem gehärteten Metall, insbesondere Federstahl.
Die Stellfeder 20 kann sich mit ihrem einen Ende am Übergang zwischen dem Zylinderbereich 30a und dem Radialbereich 30b abstützen. Dies verhindert, dass sich das Ende der Stellfeder 20 in den relativ weichen Werkstoff des Drosselklappengehäuses 2 eingraben kann.
Zwischen dem Fortsatz 22 des Drosselklappengehäuses 2 und der Stellfeder 20 befindet sich der Zylinderbereich 30a des Spannelements 30. Dadurch ist sichergestellt, dass auch bei starker Schwingbeanspruchung der Drosselvorrichtung die Windungen der Stellfeder 20 nicht direkt am Fortsatz 22 des Drosselklappengehäuses 2 anschlagen können. Dadurch kann sichergestellt werden, auch wenn für den Fortsatz 22 ein relativ weiches Material verwendet wird, dass die Stellfeder 20 weder den Fortsatz 22 noch einen anderen Bereich des Drosselklappengehäuses 2 beschädigen kann.
Das Material des Spannelements 30 wird vorzugsweise so gewählt, dass das Material des Spannelements 30 einen weitgehend gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt wie das Lager 24 zumindest aber wie der Außenring 24d des Lagers 24. Dies lässt sich sehr einfach dadurch erreichen, dass das Lager 24 bzw. zumindest der Außenring 24d des Lagers 24 aus Metall und das Spannelement 30 ebenfalls aus Metall bestehen, so dass sowohl das Spannelement 30 als auch das Lager 24 bzw. der Außenring 24d praktisch den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen. Durch denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten beim Lager 24 und beim Spannelement 30 wird sichergestellt, dass sowohl bei sehr hoher auftretender Betriebstemperatur als auch bei sehr niedriger Temperatur die Pressung des Werkstoffs des Fortsatzes 22 bzw. des Drosselklappengehäuses 2 zwischen dem Lager 24 und dem Spannelement 30 praktisch unverändert gleich bleibt.

Claims

Drosselvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem Drosselklappengehäuse (2) und mit einer Drosselklappenwelle (6) mit einer Drosselklappe (8), wobei die Drosselklappenwelle (6) in einer am Drosselklappengehäuse (2) vorgesehenen Lageraufnahme (10) im Drosselklappengehäuse (2) schwenkbar gelagert und mit Hilfe einer an der Drosselklappenwelle (6) angreifenden Stelleinrichtung (18) schwenkbar ist, wobei an das Drosselklappengehäuse (2) ein die Lageraufnahme (10) aufnehmender Fortsatz (22) angeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Lageraufnahme (10) ein Spannelement (30) den Fortsatz (22) und die Lageraufnahme (10) umgibt, wobei das Spannelement (30) von außen nach innen radial gegen den Fortsatz (22) drückt.
Drosselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (30) eine Hülse ist.
Drosselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselklappengehäuse (2) zumindest im Bereich der Lageraufnahme (10) aus Kunststoff besteht.
Drosselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (30) aus Metall besteht.
Drosselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Lagern der Drosselklappenwelle (6) in der Lageraufnahme (10) ein Lager (24) eingebaut ist.
Drosselvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umfang (24a) des Lagers (24) mit Radialspannung in die Lageraufnahme (10) eingebaut ist.
Drosselvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (24) ein Wälzlager ist.
Drosselvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (24) ein Gleitlager ist.
Drosselvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (30) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der im wesentlichen gleich groß ist wie ein Wärmeausdehnungskoeffizienten des Lagers (24).