DE102009057491A1 - Throttle device is provided with throttle body with ring element and outer cylinder, where throttle body is provided with cross-pervading throttle shaft with attached butterfly valve - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Drosselklappenvorrichtung, bei der eine an einer Drosselklappenwelle angebrachte Drosselklappe drehbar in einem Drosselklappenstutzen angeordnet ist sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Drosselklappenvorrichtung.The invention relates to a throttle valve device in which a throttle valve mounted on a throttle shaft is rotatably disposed in a throttle body and a method for producing such a throttle device.
Drosselklappenvorrichtungen werden in Verbrennungsmotoren verwendet, um die Luftzufuhr zum Motor zu regeln. Dabei verbleibt im Drosselklappenstutzen ein von der Drehstellung der Drosselklappe abhängiger effektiver Strömungsquerschnitt. In einer Schließstellung der Drosselklappe ist die Luftzufuhr – bis auf Leckluft – vollständig unterbunden.Throttle valve devices are used in internal combustion engines to control the supply of air to the engine. It remains in the throttle body a dependent of the rotational position of the throttle effective flow area. In a closed position of the throttle valve, the air supply - except for leakage air - completely prevented.
Herkömmlich werden Drosselklappenvorrichtungen aus Metall, insbesondere Aluminium, hergestellt. In neueren Vorschlägen werden nun auch andere Werkstoffe verwendet.Conventionally, throttle bodies are made of metal, especially aluminum. Recent proposals now use other materials.
In der
In der
In der
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Drosselklappenvorrichtung und ein Herstellungsverfahren hierfür vorzuschlagen, die kostengünstig sind und eine gute Leckluftrate erreichen.It is an object of the invention to propose a throttle device and a manufacturing method thereof, which are inexpensive and achieve a good rate of leakage air.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Drosselklappenvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Drosselklappenvorrichtung nach Anspruch 11. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.This object is achieved by a throttle valve device according to claim 1 and a method for manufacturing a throttle valve device according to claim 11. Dependent claims relate to advantageous embodiments of the invention.
Erfindungsgemäß umfasst der Drosselklappenstutzen ein zweiteiliges Ringelement aus Duroplast, das von einem Außenzylinder umgeben ist, der ebenfalls aus einem Duroplast-Material gebildet ist.According to the invention, the throttle body comprises a two-part ring element made of duroplastic, which is surrounded by an outer cylinder, which is also formed from a thermoset material.
Hierbei ist die Drosselklappenwelle am Ringelement angeordnet und durchdringt dieses quer zum Drosselklappenstutzen. Das Ringelement ist so geteilt, dass mindestens zwei Teile davon die Drosselklappenwelle zwischen sich aufnehmen.Here, the throttle shaft is arranged on the ring element and penetrates this transversely to the throttle body. The ring element is split so that at least two parts of it receive the throttle shaft between them.
Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Konstruktion erhebliche Vorteile hinsichtlich einer einfachen und kostengünstigen Herstellung einerseits und einer hohen Maßhaltigkeit und Dichtigkeit andererseits hat.It has been found that the construction according to the invention has considerable advantages in terms of a simple and cost-effective production on the one hand and high dimensional accuracy and tightness on the other.
Das Ringelement aus Duroplast hat eine für den Einsatz an einem Kfz-Motor gut geeignete hohe Temperaturbeständigkeit und weist eine relativ geringe thermische Ausdehnung bzw. Schwindung auf. Der darum gebildete Außenzylinder besteht ebenfalls aus einem Duroplast-Material, bevorzugt aus demselben Material wie das Ringelement. Er umschließt das Ringelement und wirkt so abdichtend. Duroplast hat sich auch hier als geeignetes Kunststoffmaterial erwiesen, insbesondere, weil beim Umspritzen des Ringelements durch die geringe Schwindung Spannungen vermindert werden können.The thermoset ring element has a high temperature resistance which is well suited for use on a motor vehicle and has a relatively low thermal expansion or shrinkage. The outer cylinder formed around it also consists of a thermoset material, preferably of the same material as the ring element. It encloses the ring element and thus acts sealingly. Duroplast has also proved to be a suitable plastic material here, in particular because stresses can be reduced during encapsulation of the ring element due to the low shrinkage.
Die Unterteilung des Ringelements in mindestens zwei Teile, zwischen denen die Drosselklappenwelle aufgenommen wird, erlaubt auf einfache Weise die Herstellung einer hochgenauen Einheit aus einer Wandung, die Teil des Drosselklappenstutzens wird, und einer in Form und Anordnung exakt passgenau darin aufgenommenen Drosselklappe. In der Schließstellung liegt die Drosselklappe an der inneren Wandung des Ringelements an. Durch die hohe Passgenauigkeit ergibt sich eine gute Abdichtung.The subdivision of the ring element into at least two parts, between which the throttle shaft is received, allows in a simple way the production of a high-precision unit from a wall which becomes part of the throttle body, and a precisely recorded in the form and arrangement accurately fit therein throttle. In the closed position, the throttle valve is located on the inner wall of the ring element. The high accuracy of fit results in a good seal.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist an der Drosselklappenwelle mindestens ein Wälzlager angeordnet, das in einer zwischen den Teilen des Ringelements gebildeten Lageraufnahme aufgenommen ist. Durch ein Wälzlager, das bevorzugt als Rillenkugellager ausgebildet ist, wird eine exakte, leichtgängige Lagerung der Drosselklappenwelle ermöglicht. Bevorzugt ist die Drosselklappenwelle dabei einseitig in einem Festlager und auf der gegenüberliegenden Seite in einem Loslager gelagert. Hierbei hat es sich als bevorzugt erwiesen, ein Wälzlager als Festlager nur an einer Seite der Welle anzuordnen und die Welle auf der gegenüberliegenden Seite in einer direkt am Ringelement gebildeten Aufnahme (Gleitlager als Loslager) zu führen. Das Wälzlager ist hierbei bevorzugt axial an der Welle fixiert, also nicht verschieblich angeordnet. Es hat sich gezeigt, dass eine sehr genaue axiale Positionierung der Welle und der daran angebrachten Drosselklappe innerhalb des Ringelements dadurch möglich ist, dass das Wälzlager in einer entsprechend exakt geformten Lageraufnahme positioniert ist.According to one embodiment of the invention, at least one rolling bearing is arranged on the throttle valve shaft, which is accommodated in a bearing receptacle formed between the parts of the ring element. By a rolling bearing, which is preferably designed as a deep groove ball bearing, an accurate, smooth-running mounting of the throttle shaft is possible. Preferably, the throttle valve shaft is mounted on one side in a fixed bearing and on the opposite side in a floating bearing. It has proved to be preferred, a rolling bearing as a fixed bearing only on one side of the shaft to arrange and to guide the shaft on the opposite side in a directly formed on the ring element recording (sliding bearing as a floating bearing). The rolling bearing is in this case preferably axially fixed to the shaft, that is not arranged displaceably. It has been found that a very accurate axial positioning of the shaft and the throttle valve mounted therein within the ring member is possible in that the rolling bearing is positioned in a correspondingly accurately shaped bearing mount.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist auf der Drosselklappenwelle mindestens ein Wellendichtring vorgesehen. Dieser dient als Abdichtung an der bevorzugt einzig verbleibenden Öffnung, nämlich dem Durchtritt der Drosselklappenwelle. Besonders bevorzugt ist es, den Wellendichtring in einer Aufnahme zwischen den Teilen des Ringelements anzuordnen, weiter bevorzugt so, dass ein Wälzlager durch den Ring gegenüber dem Drosselklappenstutzen abgedichtet ist. Ergänzend kann auch ein zweiter Wellen dichtring auf der Drosselklappenwelle vorgesehen sein, bevorzugt in einer hierfür vorgesehenen Ausnehmung des Außenzylinders.According to a development of the invention, at least one shaft sealing ring is provided on the throttle valve shaft. This serves as a seal at the preferably only remaining opening, namely the passage of the throttle valve shaft. It is particularly preferred to arrange the shaft sealing ring in a receptacle between the parts of the ring element, more preferably such that a roller bearing is sealed by the ring with respect to the throttle body. In addition, a second shaft sealing ring may be provided on the throttle shaft, preferably in a recess provided for this purpose of the outer cylinder.
Die Drosselklappe ist bevorzugt aus Kunststoff hergestellt, besonders bevorzugt durch Aufspritzen auf die Drosselklappenwelle, die bspw. aus Stahl bestehen kann. Weiter bevorzugt handelt es sich bei dem Material der Drosselklappe um ein Duroplast-Material. Besonders bevorzugt ist es, mindestens das Ringelement und die Drosselklappe aus identischem Duroplast-Material herzustellen. Dann ergibt sich eine für die Leckluftrate gut geeignete Materialpaarung und es kommt auch bei verschiedenen Temperaturen nicht zu Leckluftschwankungen aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten des Materials. Weiter bevorzugt ist es, auch den Außenzylinder ebenfalls aus identischem Duroplast-Material herzustellen, um auch hier von denselben Eigenschaften profitieren zu können.The throttle valve is preferably made of plastic, more preferably by spraying on the throttle valve shaft, which may, for example, consist of steel. More preferably, the material of the throttle valve is a thermoset material. It is particularly preferred to produce at least the ring element and the throttle flap of identical thermoset material. Then there is a suitable material pairing for the leakage rate and it does not come at different temperatures to leakage air fluctuations due to different expansion coefficients of the material. It is also preferred to also produce the outer cylinder also made of identical thermoset material in order to benefit from the same properties here as well.
Das Ringelement ist bevorzugt in lediglich zwei Teile geteilt. Die Teilung kann hier einerseits quer zur Axialrichtung des Drosselklappenstutzens erfolgen, d. h. dass die beiden Teile des Ringelements selbst bevorzugt ringförmig und in Axialrichtung des Drosselklappenstutzens übereinander angeordnet sind. Vorteil dieser Ausgestaltung ist die erhöhte Stabilität der ringförmigen Teilelemente.The ring element is preferably divided into only two parts. The division can be done here on the one hand transversely to the axial direction of the throttle body, d. H. that the two parts of the ring element itself are preferably arranged annularly and one above the other in the axial direction of the throttle body. Advantage of this embodiment is the increased stability of the annular sub-elements.
Alternativ kann die Teilung auch in Axialrichtung des Drosselklappenstutzens erfolgen, wobei bevorzugt zwei Teilringe, bevorzugt 180° Halbringe, vorgesehen sind, die im Bereich des Durchtritts der Drosselklappenwelle nebeneinandergesetzt werden. Vorteil ist hierbei die relativ kurze Nahtstelle, die zudem quer zur Anliegerichtung der Drosselklappe am Ringelement verläuft, so dass Undichtigkeiten durch die im Bereich der Zusammenfügung entstehende Inhomogenität minimiert sind.Alternatively, the division can also take place in the axial direction of the throttle body, preferably two partial rings, preferably 180 ° half rings, are provided, which are juxtaposed in the region of the passage of the throttle valve shaft. The advantage here is the relatively short seam, which also extends transversely to the direction of contact of the throttle valve on the ring element, so that leaks are minimized by the inhomogeneity arising in the region of the assembly.
Die Drosselklappenvorrichtung kann ein Gehäuse für eine Sensor- und Verstelleinrichtung, auch bezeichnet als Getriebe- und Sensorraum, aufweisen, das am Drosselklappenstutzen befestigt ist. Bevorzugt ist das Gehäuse einstückig mit dem Außenzylinder gebildet. Es enthält bevorzugt eine Sensoreinheit für die Stellung der Drosselklappe und eine Verstelleinrichtung, insbesondere einen Elektromotor zur Einstellung einer gewünschten Position der Drosselklappe sowie ein entsprechendes Getriebe. Das Gehäuse weist bevorzugt eine elektrische Anschlussvorrichtung, bevorzugt eine elektrische Steckverbindung auf. Für die elektrische Verbindung der Sensoreinheit mit dem elektrischen Anschluss und/oder der Verstelleinrichtung mit dem elektrischen Anschluss ist bevorzugt ein Verbindungsgitterelement vorgesehen, das in Kunststoffmaterial eingebettet ist. Dies kann das Kunststoffmaterial eines Gehäuseunterteils oder Gehäusedeckels sein oder ein separates Kunststoffteil innerhalb des Gehäuses.The throttle valve device may include a housing for a sensor and adjusting device, also referred to as gear and sensor space, which is attached to the throttle body. Preferably, the housing is formed integrally with the outer cylinder. It preferably includes a sensor unit for the position of the throttle valve and an adjusting device, in particular an electric motor for setting a desired position of the throttle valve and a corresponding transmission. The housing preferably has an electrical connection device, preferably an electrical plug connection. For the electrical connection of the sensor unit to the electrical connection and / or the adjustment device to the electrical connection, a connecting grid element is preferably provided, which is embedded in plastic material. This may be the plastic material of a housing base or housing cover or a separate plastic part within the housing.
Die Mess- und Verstelleinrichtung weist bevorzugt eine elektronische Schaltung zur Verarbeitung der Sensorsignale oder zur Ansteuerung der Verstelleinrichtung oder für beide Zwecke auf, die als Leadframe-Moduleinheit gebildet ist. Hierbei sind in einem Spritzkörper Leitungsstränge und daran angebrachte elektrische und elektronische Bauelemente, insbesondere bevorzugt eine integrierte Schaltung, gekapselt.The measuring and adjusting device preferably has an electronic circuit for processing the sensor signals or for controlling the adjusting device or for both purposes, which is formed as a leadframe module unit. In this case, line strands and electrical and electronic components mounted thereon, in particular preferably an integrated circuit, are encapsulated in a molded body.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Drosselklappe eine Form mit zwei Drosselklappenflügeln auf, die außermittig an der Drosselklappenwelle angebracht sind. Insbesondere ist bevorzugt, dass die Drosselklappenflügel nicht fluchtend angeordnet sind, sondern sich tangential von der Drosselklappenwelle erstrecken. Die beiden Drosselklappenflügel verlaufen bevorzugt in zueinander parallelen, aber voneinander beabstandeten Ebenen. Es hat sich herausgestellt, dass diese Form der Drosselklappe durch die damit vorgegebene kinematische Bahn der Endbereiche eine besonders gute Abdichtung in der Schließstellung ermöglicht.According to one embodiment of the invention, the throttle valve on a shape with two throttle blades, which are mounted off-center on the throttle shaft. In particular, it is preferred that the throttle blades are not aligned, but extend tangentially from the throttle shaft. The two throttle blades preferably run in mutually parallel but spaced-apart planes. It has been found that this shape of the throttle valve allows a particularly good seal in the closed position by the thus given kinematic path of the end regions.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst die Teile des Ringelements aus dem Duroplast-Material gebildet und separat hiervon eine Drosselklappenwelle mit daran angebrachter Drosselklappe. Die Drosselklappenwelle wird an den Teilen so angeordnet, dass sie zwischen diesen aufgenommen wird. Das so gebildete Ringelement wird in einem weiteren Schritt in einen Außenzylinder aus Duroplast eingebettet, bevorzugt durch Umspritzen.In the method according to the invention, the parts of the ring element are first formed of the thermosetting material and separately thereof a throttle shaft with attached thereto throttle. The throttle shaft is disposed on the parts so as to be sandwiched therebetween. The ring element thus formed is embedded in a further step in an outer cylinder made of thermoset, preferably by molding.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei zeigen Embodiments of the invention will be described in more detail with reference to drawings. Show here
Der Drosselklappenstutzen
Innerhalb des Gehäuses
Nachfolgend werden einzelne Schritte bei der Herstellung der Drosselklappenvorrichtung
Zunächst wird wie in
Während die Form der Drosselklappe
Auf der Drosselklappenwelle
Separat werden Ringteile
Die Ringteile
Wie in
In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) sind die Ringteilelemente exakt gleich, so dass sich eine vereinfachte Herstellung ergibt. Durch eine wie in
Auf diese Weise wird wie in
Das so fertig gestellte Ringelement
Der Außenzylinder
Die Gehäuseeinheit
Anschließend werden in das Gehäuse
Ein elektrische Verbindung vom Stecker
Der Sensor
Ein solches Leadframe-Modul umfasst einerseits eine integrierte Schaltung mit dem eigentlichen Sensorelement und andererseits zusätzliche elektrische Bauelemente zu dessen Beschaltung, wie bspw. Widerstände und Kondensatoren. Diese Bauelemente sind auf ausgestanzten Leiterbahnen angeordnet und gemeinsam mit diesen in einem Spritzkörper eingebettet. Details zur Bildung eines derartigen Leadframe-Moduls finden sich in den deutschen Patentanmeldungen
Zu den gezeigten Ausführungen sind Abwandlungen möglich. Insbesondere kann die Drosselklappenwelle neben der in
In der zweiten Ausführungsform ist das Ringelement
Die Ringteilelemente
Bei beiden Ausführungsformen erfolgt im Schließzustand der Drosselklappe
Als Duroplast-Material werden insbesondere BMC-Formmassen und Phenolharzformmassen bevorzugt, die eine hohe Festigkeit und sehr geringe Schwindung aufweisen. Besonders bevorzugt wird schwindungsfreies BMC-Material.As the thermosetting material in particular BMC molding compositions and phenolic molding compositions are preferred which have a high strength and very low shrinkage. Particularly preferred is shrinkage-free BMC material.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |
Effective date: 20120202 |