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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Klappenverbandes
mit einer Klappeneinheit zur Steuerung von Fluiden insbesondere
eines Saugrohrs einer Brennkraftmaschine, bei dem eine Klappenwelle
aus einem ersten festen Werkstoff mit wenigstens einem Klappenkörper
aus einem zweiten fest aushärtenden Werkstoff umspritzt
oder umgossen wird.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine mit
wenigstens einer nach dem obigen Verfahren hergestellten Klappeneinheit.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE 10 2004
043 156 A1 ist ein Klappenverband bekannt, mit dem Öffnungen
zwischen einem Luftsammelraum und einem Endrohr eines Ansaugsystems
einer Brennkraftmaschine ganz oder teilweise verschlossen werden
können, um Strömungen der Ansaugluft zu Steuern.
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Aus
der
DE 199 18 776
A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltklappenverbandes
bekannt, bei dem eine Stahlwelle mit Schaltklappen umspritzt wird,
so dass eine drehsteife Verbindung zwischen der Stahlwelle und den
Schaltklappen entsteht. Die Welle kann so zur Betätigung
der Schaltklappen verwendet werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
einer Klappeneinheit auszugestalten, bei dem einfach und zuverlässig
die Schließfunktion des Klappenkörpers optimiert
wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass der Klappenkörper mit einer Dichtkontur aus einem
dritten elastisch aushärtenden Werkstoff umspritzt oder
umgossen wird.
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Erfindungsgemäß wird
also ein Klappenverband nach einem Dreikomponenten-Verfahren hergestellt.
Jede der Komponenten wird aus einem separaten Material realisiert,
welches optimal für seine funktionelle Bestimmung geeignet
ist. Die Klappenwelle wird dabei aus einem biege- und torsionssteifen Material
vorgefertigt. Der Klappenkörper wird aus einem zweiten,
einfach bearbeitbaren, im Endzustand festen Material umspritzt oder
umgossen und ist so geeignet, um einen entsprechenden Schließdruck auf
eine Dichtfläche zu übertragen. Die Dichtkontur wird
aus einem dritten, ebenfalls einfach bearbeitbaren, im Endzustand
elastischen Material angegossen. Die Elastizität der Dichtkontur
bewirkt eine optimale Dichtwirkung. Durch das Verspritzen beziehungsweise
Vergießen der einzelnen Materialien wird die erforderliche
Stabilität und Zuverlässigkeit der Verbindungen
auf einfachem Wege erreicht.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Klappenwelle
aus einem Metall, insbesondere aus Stahl, gefertigt werden. Stahl wellen
können einfach hergestellt werden und sind biege- und torsionssteif.
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Vorteilhafterweise
kann die Klappenwelle mit dem Klappenkörper aus Kunststoff
umspritzt oder umgossen werden. Kunststoff kann einfach geformt und
gegossen werden und haftet gut auch auf Stahl. Es wird dabei ein
Kunststoff verwendet, der fest aushärtet.
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Ferner
kann der Klappenkörper mit der Dichtkontur aus Elastomer,
insbesondere Fluorsilikon, umspritzt oder umgossen werden. Elastomer weist
in ausgehärtetem Zustand die optimale Elastizität
für eine Dichtkontur auf und kann einfach, stabil und zuverlässig
an den Klappenkörper angespritzt oder angegossen werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die
Klappenwelle mit dem Klappenkörper und der Klappenkörper
mit der Dichtkontur mittels eines einzigen Formwerkzeugs umspritzt
oder umgossen werden. Dies hat den Vorteil, dass die so hergestellte
Klappeneinheit vollständig vormontiert von dem Formwerkzeug
getrennt und ohne weiteren Montageaufwand für die einzelnen Komponenten
seiner Verwendung zugeführt werden kann. Hierdurch steigt
die Wirtschaftlichkeit der montagegespritzten Klappeneinheit.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Klappenwelle
mit dem Klappenkörper mit wenigstens einem teilbaren, insbesondere
ein Filmscharnier aufweisenden, Lagerbock versehen wer den, derart,
dass der zunächst geteilte Lagerbock zum Umgreifen der
Klappenwelle geschlossen wird. Ein derart teilbarer Lagerbock hat den
Vorteil, dass er einfach zwischen zwei Klappenkörpern auf
der Klappenwelle der vormontierten Klappeneinheit angeordnet werden
kann. Ein Filmscharnier kann besonders einfach hergestellt und gehandhabt
werden. Darüber hinaus hat ein Filmscharnier den Vorteil,
dass die beiden Teile des Lagerbocks auch vor der Montage miteinander
verbunden sind, was das Handhabung der Teile vereinfacht.
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Vorteilhafterweise
kann die mit dem Lagerbock versehene Klappeneinheit mit einem Gehäuse, insbesondere
einem Mittelteil eines Saugrohrs, verbunden werden. Auf diese Weise
kann eine sichere und zuverlässige Verbindung zwischen
dem Saugrohrmittelteil und dem Klappenverband erzielt werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens die Klappenwellen
mit einer Mehrzahl von Klappenkörpern umspritzt oder umgossen
werden, die bezüglich der Achse der Klappenwelle zueinander
verdreht, insbesondere kaskadenartig versetzt, angeordnet werden
kann. Auf diese Weise kann einfach eine Klappeneinheit erzeugt werden,
die bei der Drehung der Klappenwelle ermöglicht, dass die
einzelnen Klappenkörper jeweils mit einer Verzögerung
mit den jeweils entsprechenden Dichtflächen insbesondere
eines Saugrohrs dichtend zusammenwirken.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert
werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung
und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale
zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und
zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:
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1 schematisch
eine isometrische Darstellung eines Saugrohrmittelteils einer Brennkraftmaschine
mit zwei Klappenverbänden;
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2 bis 4 schematisch
eine isometrische Darstellungen einer Klappeneinheit eines der Klappenverbände
aus 1 in unterschiedlichen Herstellungsstufen;
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5 bis 7 schematisch
eine isometrische Darstellung der Anordnung von Lagerböcken auf
der vormontierten Klappeneinheit aus der 4 in unterschiedlichen
Herstellungsstufen;
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8 ein
zweites Ausführungsbeispiel einer Klappeneinheit, bei der
die Klappenkörper in Richtung der Achse der Klappenwelle
kaskadenartig versetzt angeordnet sind.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist
ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehenes Mittelteil
eines ansonsten nicht gezeigten Saugrohrs einer Brennkraftmaschine gezeigt.
Ein Deckel 12 des Saugrohrmittelteils 10 ist entfernt,
so dass zwei Klappenverbände 13 mit je einer Klappeneinheit 14 sichtbar
sind, die über Lagerböcke 28, 30 und 32 im
Oberteil eines Gehäuses 16 des Saugrohrmittelteils 10 gelagert
sind. Eine der Klappeneinheiten 14 ist in den 2 bis 4 und der
Klappenverband 13 mit den Lagerböcken 28, 30 und 32 in
den 5 bis 7 jeweils in unterschiedlichen
Montagestufen im Detail gezeigt. Die Klappenverbände 13 werden
weiter unten noch näher erläutert.
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Mit
Klappen 18 der Klappeneinheiten 14 können
jeweilige Öffnungen 20 im Oberteil des Gehäuses 16 geöffnet
oder verschlossen werden, um in hier nicht weiter interessierender
Weise einen Frischgasstrom zwischen Frischgassammelräumen 22 und
einem Endrohr im Inneren des Gehäuses 16 zu steuern.
Die Frischgassammelräume 22 befinden sich zwischen
dem Deckel 12 und der Oberseite des Gehäuses 16.
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Über
ein Schaltgestänge 24 können alle Klappen 18 gemeinsam
betätigt werden. Das Schaltgestänge 24 greift
an jeweiligen Klappenwellen 26 aus Vierkantstahl an, die
in den 2 bis 7 gezeigt sind. Die Klappenwellen 26 sind über
die Lagerböcke 28, 30 und 32 aus
Kunststoff im Oberteil des Gehäuses 16 drehbar
gelagert.
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Der
Aufbau einer der Klappenverbände 13 wird im Folgenden
näher erläutert:
Die Klappenwelle 26 ist
mit den drei flügelartigen Klappen 18 umspritzt,
welche in axialer Richtung im gleichen Abstand wie die entsprechenden Öffnungen 20 angeordnet
ist. Die Klappen 18 sind unlösbar und drehsteif
mit der Klappenwelle 26 vergossen. Zur Sicherung der Klappen 18 in
Axialrichtung der Klappenwelle 26 weist diese für
jede Klappe 18 eine Kerbe 34 auf, in die eine
gegossene Nase der jeweiligen Klappe 18 eingreift.
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Beide
Endbereiche der Klappenwelle 26 überragen die
jeweils äußeren Klappen 18. An ihren Endbereichen
ist die Klappenwelle 26 in den äußeren Lagerböcken 28 und 30 drehbar
gelagert.
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Jede
Klappe 18 umfasst einen Klappenkörper 36 aus
festem Kunststoff, vorzugsweise PA6 GF30. Die Klappenkörper 36 weisen
jeweils auf einer Seite eine Verrippung auf. Die Ränder
der Klappenkörper 26 sind jeweils mit einer Dichtkontur 38 versehen,
welche fest mit dem Klappenkörper 36 vergossen
ist. Die Dichtkontur 38 ist aus einem Elastomer, vorzugsweise
Fluorsilikon (FVMQ). Bei geschlossenen Klappen 18 liegen
die Dichtkonturen 38 dichtend an entsprechenden Dichtflächen
um die Öffnungen 20 des Gehäuses 16 an.
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Die
beiden inneren Lagerböcke 32 zwischen der zentralen
Klappe 18 und den äußeren Klappen 18 sind
jeweils aus zwei Teilen aufgebaut. Die beiden Teile sind über
Filmscharniere 40 (6 und 7 unten)
an einer Seite miteinander verbunden. In der 5 ist der
besseren Übersichtlichkeit halber lediglich jeweils nur
einer der Teile der Lagerböcke 32 im Hintergrund
gezeigt. Der jeweils andere, in der 5 nicht
gezeigte Teil der Lagerböcke 32 ist mit dem gezeigten
Teil über die Filmscharniere 40 verbunden und
befindet sich eigentlich unterhalb der Klappenwelle 26.
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Die
Lagerböcke 32 weisen im Bereich der Filmscharniere 40 Hülsenaufnahmen
mit kreiszylindrischen Innenseiten auf. Die Hülsenaufnahmen
umgreifen bei geschlossenen inneren Lagerböcken 32 jeweilige
Lagerhülsen 44 der Klappenkörper 36 mit kreiszylindrischen
Außenseiten so, dass sich die Klappeneinheit 14 leichtgängig
in den Hülsenaufnahmen der Lagerböcke 32 drehen
kann. Die beiden Teile der Lagerböcke 32 sind
auf der den Filmscharnieren 40 gegenüberliegenden
Seite der Hülsenaufnahmen miteinander verrastet oder in
anderer Weise verbunden.
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Die
beiden endseitigen Lagerböcke 28 und 30 weisen
jeweils ein Aufnahmeloch 42 zum Einstecken der jeweiligen
Endbereiche der Klappenwelle 26 auf.
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Die
Montage des Klappenverbandes 13 wird folgendermaßen
durchgeführt:
Zunächst wird die in der 2 gezeigte,
mit den Kerben 34 versehene Klappenwelle 26 in
ein hier nicht weiter interessierendes Formwerkzeug zur Montagespritzung
eingelegt.
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Anschließend
wird mittels des Formwerkzeugs die Klappenwelle 26 mit
den Klappenkörpern 36 aus Kunststoff umspritzt.
Hierdurch entsteht eine unlösbare, drehsteife Verbindung
zwischen den Klappenkörpern 36 und der Klappenwelle 26.
Die Klappenwelle 26 mit den Klappenkörpern 36 ist
in der 3 gezeigt.
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Mittels
des selben Formwerkzeugs werden die Klappenkörper 36 mit
den Dichtkonturen 38 aus Elastomer umspritzt. Zwischen
den Klappenkörpern 36 und den Dichtkonturen 38 entsteht
so eine stabile, unlösbare Verbindung. Die so vorgefertigte
Klappeneinheit 14 ist in der 4 gezeigt.
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Die
Klappeneinheit 14 wird dann von dem Formwerkzeug getrennt.
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Daraufhin
werden die inneren Lagerböcke 32, wie in den 5 und 6 gezeigt,
auf der Klappenwelle 26 zwischen den äußeren
Klappen 18 und der zentralen Klappe 18 angeordnet.
Hierzu werden die zunächst offenen inneren Lagerböcke 32 radial zur
Klappenwelle 26 auf entsprechende Lagerhülsen 44 der
Klappenkörper 36 gesteckt, wie in der 5 gezeigt
ist. Die beiden Teile der Lagerböcke 32 werden
dann auf der den Filmscharnieren 40 gegenüberliegenden
Seiten der Klappenwelle 26 miteinander verrastet oder in
anderer Weise miteinander verbunden (6). Die äußeren
Lagerböcke 28 und 30 werden an den Endbereichen
der Klappenwelle 26 so auf die endseitigen Lagerhülsen 44 der äußeren
Klappenkörper 36 gesteckt, dass auch sie um die
Achse der Klappenwelle 26 relativ zur Klappeneinheit 14 drehbar
sind. Der fertig montierte Klappenverband 13 ist in der 7 gezeigt.
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Schließlich
werden die beiden Klappenverbände 13 mit den Lagerböcken 28, 30 und 32 von
der Deckelseite her in entsprechende Lagerbockaufnahmen in der Oberseite
des Gehäuses 16 eingesteckt, wie dies in der 1 gezeigt
ist. Außerdem werden die Klappenwellen 26 in hier
nicht weiter interessierender Weise mit dem Schaltgestänge 24 verbunden. Das
Saugrohrmittelteil 10 wird mit dem Deckel 12 verschlossen.
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In
der 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Klappeneinheit 14 in einer Seitenansicht in Richtung
der Achse der Klappenwelle 26 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel
sind die Klappen 18 in Achsrichtung der Klappenwelle 26 kaskadenartig
zueinander versetzt angeordnet. Die benachbarten Klappen 18 sind
dabei bezüglich der Achse der Klappenwelle 26 jeweils
um einen bestimmten Winkel zueinander versetzt angeordnet. Vorzugsweise
sind bei allen Klappenpaaren die gleichen Versatzwinkel vorgesehen.
Es können aber auch unterschiedliche gleichen Versatzwinkel
vorgesehen sein. Die kaskadenartige Anordnung der Klappen 18 bewirkt,
dass beim Schließen der Klappeneinheiten 14, die
Klappen 18 nacheinander mit einer Verzögerung
an den Dichtflächen der entsprechenden Öffnungen 20 zum
Anliegen kommen.
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Bei
den oben beschriebenen Klappenverbänden 13 und
dem Verfahren zu deren Herstellung sind unter Anderem folgende Modifikationen
möglich:
Statt nur drei Klappen 18 kann jede
Klappeneinheit 14 auch mehr oder weniger als drei Klappen 18 aufweisen.
Die inneren Lagerböcke 32 können auch
in anderer Weise als über Filmscharniere 40 teilbar sein.
Die Teile eines inneren Lagerbocks können auch vollständig
voneinander trennbar sein.
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Die
Klappenwellen 26 können statt aus Stahl auch aus
einem anderen biege- und torsionsfesten Material, beispielsweise
aus einem anderen Metall, aus festem Kunststoff oder aus einem Kohlefaser-Verbundwerkstoff,
sein.
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Die
Klappenkörper 36 können aus einem anderen
Kunststoff oder einem anderen gieß- oder spritzbaren Material
sein. Ebenso können die Dichtkonturen 38 aus einem
anderen elastischen Dichtstoff sein, welcher gieß- oder
spritzbar ist.
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Die
Klappeneinheiten 14 können statt mittels eines
einzigen Formwerkzeugs gegossen beziehungsweise gespritzt auch mittels
zweier separater Formwerkzeuge gefertigt werden. Hierbei können beispielsweise
mittels des ersten Formwerkzeugs die Klappenwellen 26 mit
den Klappenkörpern 36 umspritzt werden. Anschließend
können mittels eines zweiten Formwerkzeugs die Klappenkörper 36 mit den
Dichtkonturen 38 umspritzt werden.
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Die
Klappenwellen 26 können statt eines viereckigen
Profils auch ein anderes vieleckiges oder ovales Profil aufweisen.
Es können auch runde Klappenwellen verwendet werden, hierbei
können zur Verbesserung der Drehsteifigkeit der Verbindung weitere
Einkerbungen vorgesehen sein, in die das Material der Klappenkörper 36 beim
Umgießen eindringen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004043156
A1 [0003]
- - DE 19918776 A1 [0004]