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Die Erfindung betrifft eine Drosselvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der Kraftfahrzeugtechnik werden mittels einer in einem Ansaugrohr angeordneten Drosselvorrichtung die einem Verbrennungsmotor zur Verfügung stehende Luftmenge zur Verbrennung gesteuert und/oder geregelt werden, so dass dadurch die von dem Verbrennungsmotor abgegebene mechanische Leistung gesteuert und/oder geregelt werden kann.
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Die Drosselvorrichtung weist hierzu ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse ausgebildeten Gaskanal, eine Drosselwelle sowie eine an der Drosselwelle angeordnete Drosselklappe auf. Die Drosselwelle kann dabei mittels einer Stelleinrichtung, beispielsweise mit einem Elektromotor, bewegt werden, so dass auch die Drosselklappe eine Bewegung ausführt. Dadurch kann die für die Durchströmung von Luft durch den Gaskanal zur Verfügung stehende Strömungsquerschnittsfläche verändert werden. Die Drosselwelle ist an dem Gehäuse der Drosselvorrichtung mit einem Lager, beispielsweise einem Wälzlager, gelagert. Dabei tritt außerhalb des Wälzlagers zwischen dem Gehäuse und der Drosselwelle ein Zwischenraum bzw. ein Spalt auf. Zwar ist die Drosselwelle bezüglich des Gehäuses mittels einer oder zwei Dichtringen abgedichtet, jedoch kann es an diesen Dichtringen zu Undichtigkeiten kommen. Durch diesen Zwischenraum bzw. Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Gaskanal können Fluide, d. h. Flüssigkeiten oder Gase, eintreten. Insbesondere bei der Verwendung der Drosselvorrichtung in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges kann sich in dem Gaskanal Kondensat in Form von Wasser bilden. Bei einem Verbrennungsmotor mit einer Turboaufladung treten ferner in dem Gaskanal relativ große Drücke im Bereich von bis zu 3,5 bar auf. Dadurch kann das Wasser als Kondensat oder auch Luft bzw. Gas bis zu dem Wälzlager gelangen und hier Schäden verursachen. Dabei steht bei Verbrennungsmotoren mit Turboaufladung auch das Kondenswasser unter dem hohen Druck. Befindet sich das Kondenswasser in dem Gaskanal im Bereich des in den Gaskanal mündenden Zwischenraumes bzw. Spaltes zwischen dem Gehäuse und der Drosselwelle, wird auch dieses Kondenswasser mit diesem hohen Druck in diesen Zwischenraum eingedrückt.
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Aus der
DE 10 2004 043 125 A1 ist eine Drosselvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Drosselklappengehäuse und mit einer Drosselklappenwelle mit einer Drosselklappe bekannt. Dabei ist die Drosselklappenwelle in einer am Drosselklappengehäuse vorgesehenen Lageraufnahme im Drosselklappengehäuse schwenkbar gelagert und mit Hilfe einer an der Drosselklappenwelle angreifenden Stelleinrichtung schwenkbar.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäße Drosselvorrichtung, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, umfassend ein Gehäuse, einen Gaskanal, eine Drosselwelle, einen mittels der Drosselwelle beweglichen Drosselkörper, ein Lager zur Lagerung der Drosselwelle an dem Gehäuse, wobei in einem Zwischenraum zwischen der Drosselwelle und dem Gehäuse, insbesondere außerhalb des Lagers, ein viskoses Medium angeordnet ist, um den Zwischenraum fluiddicht abzudichten.
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Der Zwischenraum zwischen der Drosselwelle und dem Gehäuse ist erforderlich, weil die Drosselwelle beweglich und das Gehäuse feststehend ist. Das viskose Medium in dem Zwischenraum wirkt als Barriere bzw. Abdichtung, so dass aus dem Gaskanal kein Fluid zu dem Lager strömen kann. Darüber hinaus kann bei einem Unterdruck in dem Gaskanal verhindert werden, dass aus der Umgebung der Drosselvorrichtung Luft in den unter Unterdruck stehenden Gaskanal strömen kann.
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Dabei werden als Gehäuse auch andere Komponenten der Drosselvorrichtung als Gehäuse angesehen, welche einen Zwischenraum oder einen Spalt zwischen der Drosselwelle und dem Gehäuse oder der anderen Komponente begrenzen. Aufgrund des vorhandenen Zwischenraumes zwischen der Drosselwelle und dem Gehäuse bzw. der anderen Komponente der Drosselvorrichtung ist im Bereich des Zwischenraumes die Drosselwelle nicht an dem Gehäuse gelagert. Insbesondere bildet das Gehäuse kein Gleitlager.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung beträgt das Volumen des Zwischenraumes oder des Spaltes zwischen 50 mm3 und 500 mm3, insbesondere zwischen 100 mm3 und 300 mm3, z. B. zwischen 100 mm3 und 150 mm3. Der Zwischenraum ist somit von dem viskosen Medium aufgefüllt, so dass dadurch das viskose Medium als Barriere gegen Eindringen eines Fluides, d. h. insbesondere von Luft oder Gas sowie von Kondenswasser, dient.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Drosselkörper ein Schirm oder ein aufrollbares Rollo.
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Insbesondere ist das viskose Medium in einem Bereich zwischen dem Gaskanal und dem Lager zwischen der Drosselwelle und dem Gehäuse angeordnet.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Drosselwelle mit einer Ringnut versehen und in der Ringnut eine Scheibe angeordnet zur axialen Lagerung der Drosselwelle.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist das viskose Medium in einem Zwischenraum zwischen der Scheibe und der Drosselwelle an der Ringnut angeordnet. Das viskose Medium ist damit in der Ringnut angeordnet.
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Vorzugsweise ist die Ringnut und die in der Ringnut angeordnete Scheibe zwischen dem Gaskanal und der Lagerung angeordnet.
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In einer Variante ist der Zwischenraum von dem viskosen Medium im Wesentlichen vollständig ausgefüllt. Im Wesentlichen vollständig ausgefüllt bedeutet dabei, dass das Volumen des Zwischenraumes oder des Spaltes zu wenigstens 80%, 90%, 95%, 98% oder 99% mit dem viskosen Medium ausgefüllt ist.
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Zweckmäßig ist das Lager ein Wälzlager.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist das Lager ein Gleitlager.
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In eine weiteren Ausführungsform ist die Drosselwelle bezüglich des Gehäuses mit einem Dichtring oder mit zwei Dichtringen abgedichtet. Der Dichtring stellt dabei eine Dichtung aus einem elastischen Material, z. B. Gummi oder elastischer Kunststoff, dar.
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Insbesondere ist das viskose Medium ein Öl, z. B. Schmieröl, ein Fett, z. B. Schmierfett, oder ein Gel.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Drosselvorrichtung eine Stelleinrichtung zum Verschwenken der Drosselwelle und/oder der Drosselkörper ist als eine Drosselklappe ausgebildet.
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In einer Variante besteht das Gehäuse wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, z. B. Stahl, oder Kunststoff.
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Erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor mit einem Ansaugrohr zum Durchleiten von Luft für eine Verbrennung in dem Verbrennungsmotor und einer in das Ansaugrohr eingebauten Drosselvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der durch das Ansaugrohr leitbaren Luftmenge, wobei die Drosselvorrichtung als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Drosselvorrichtung ausgebildet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 eine Draufsicht auf eine Drosselvorrichtung,
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2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in 1 durch die Drosselvorrichtung und
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3 eine Ausschnittvergrößerung eines in 2 mit III markierten Kreises.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Drosselvorrichtung 1 kann bei verschiedenen Brennkraftmaschinen bzw. Verbrennungsmotoren verwendet werden, bei denen mit Hilfe einer Drosselklappe 8 ein Durchlass durch einen Gaskanal 4 gesteuert werden soll. Der Gaskanal 4 ist beispielsweise für eine Strömung einer Luft, eines Kraftstoff-Luft-Gemischs usw. vorgesehen. Je nach Schwenk-Stellung der Drosselklappe 8 wird die Strömung des Gases mehr oder weniger gedrosselt. Normalerweise kann die Drosselklappe 8 bis zu 90° geschwenkt werden. Es gibt aber auch Ausführungen, bei denen die Drosselklappe 8 um weniger als 90° oder um mehr als 90°, beispielsweise bis zu 180°, geschwenkt werden kann. Eine Drosselwelle 6 aus Metall, z. B. Stahl, oder Kunststoff mit der Drosselklappe 8 kann mit Hilfe einer an der Drosselwelle 6 angreifen den Stelleinrichtung 18 geschwenkt werden. Die Stelleinrichtung 18 ist beispielsweise ein an der Drosselwelle 6 angreifender Stellmotor 18, z. B. Elektromotor, der beispielsweise direkt oder über ein Getriebe die Drosselwelle 6 verstellt.
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Die 1 bis 3 zeigen die Drosselvorrichtung 1 mit einem Gehäuse 2. Durch das Gehäuse 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 Gehäuse 2 schwenkbar gelagerte Drosselwelle 6. An der Drosselwelle 6 ist eine Drosselklappe 8 befestigt. Die Drosselklappe 8 als Drosselkörper 9 kann beispielsweise auch zusammen mit der Drosselwelle 6 einstückig aus Kunststoff gefertigt sein.
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An dem Gehäuse 2 bzw. Drosselklappengehäuse 2 sind eine Lageraufnahme 10 und eine weitere Lageraufnahme 12 vorgesehen. In den Lageraufnahmen 10, 12 ist die Drosselwelle 6 schwenkbar gelagert.
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Ein Anlenkmittel 14 ist mit der Drosselwelle 6 fest verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Anlenkmittel 14 in Form eines auf die Drosselwelle 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 Drosselwelle 6 gelagerten Drosselklappe 8.
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Ein Ende einer Stellfeder 20 ist einerseits direkt oder indirekt am Gehäuse 2 angelenkt, und andererseits ist die Stellfeder 20 direkt oder indirekt an der Drosselwelle 6 bzw. an der Drosselklappe 8 angelenkt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt das rechte Ende der Stellfeder 20 über das Anlenkmittel 14 auf die Drosselwelle 6. Das linke Ende der Stellfeder 20 stützt sich am Gehäuse 2 ab. Die Stellfeder 20 dient zum Zurückstellen der Drosselwelle 6 bzw. der Drosselklappe 8 in eine unbetätigte Ruhestellung.
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An das Drosselklappengehäuse 2 ist seitlich hervorstehend ein Fortsatz 22 angeformt. Der Fortsatz 22 ist vorzugsweise zusammen mit dem Gehäuse 2 einstückig geformt. Der Fortsatz 22 besteht vorzugsweise aus demselben Material wie das Gehäuse 2. Der Fortsatz 22 besteht vorzugsweise ebenso wie das übrige Gehäuse 2 aus einem Kunststoff. Somit kann das Gehäuse 2 zusammen mit dem Fortsatz 22 sehr einfach beispielsweise durch Spitzgießen hergestellt werden.
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Die Lageraufnahme 10 wird beispielsweise von einer von außen in den Fortsatz 22 des Gehäuses 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 Gehäuse 2 drückt und dass das Lager 24 bei den während des Betriebs der Drosselvorrichtung 1 auftretenden Kräften nicht verschoben wird.
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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.
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Der Umfang 24a des Außenrings 24d ist so dimensioniert, dass der Außenring 24d mit Vorspannung in der Lageraufnahme 10 gehalten wird.
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An der Drosselwelle 6 ist eine umlaufender Ringnut 6b vorgesehen. In der Ringnut 6b ist eine Scheibe 26 eingebaut. Eine in axialer Richtung federnde gewellte Federscheibe 28 spannt die in der Ringnut 6b eingebaute Scheibe 26 gegen den Außenring 24d des Lagers 24. Dabei stützt sich die Federscheibe 28 am Gehäuse 2 ab, genauer gesagt stirnseitig an der die Lageraufnahme 10 bildenden Stufenbohrung. Damit ist sichergestellt, dass während des Betriebs der Drosselvorrichtung 1 keine Relativbewegung in Längsrichtung der Drosselwelle 6, zwischen der Scheibe 26 und dem Lager 24 bzw. zwischen der Scheibe 26 und dem Drosselklappengehäuse 2, auftritt.
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Die Ringnut 6b in der Drosselwelle 6 ist minimal breiter als die Dicker der Scheibe 26, so dass bei stillstehender Scheibe 26 die Drosselwelle 6 leicht gedreht werden kann und ein Zwischenraum 11 zwischen der Scheibe 26 und der Drosselwelle 6 an der Ringnut 6b vorhanden ist.
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Ein Spannelement 30 umgibt die Lageraufnahme 10. Beim bevorzugt ausgewählten Ausführungsbeispiel ist das Spannelement 30 am Außenumfang des Fortsatzes 22 des Gehäuses 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 Gehäuse 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.
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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.
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Das Spannelement 30 ist in Umfangsrichtung betrachtet vorzugsweise geschlossen. Das Spannelement 30 kann aber auch beispielsweise entlang einer Mantellinie geschlitzt sein.
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Das Spannelement 30 besteht beispielsweise aus Metall, vorzugsweise aus einem gehärteten Metall, insbesondere Federstahl.
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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 Gehäuses 2 eingraben kann.
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Zwischen dem Fortsatz 22 des Gehäuses 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 Gehäuses 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.
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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.
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In einem in 3 strichliert eingerahmten Bereich 17 zwischen dem Gehäuse 2 und der Scheibe 26 sowie der Drosselwelle 6 tritt der Zwischenraum 11 bzw. Spalt 11 auf. Der Zwischenraum 11 ist dabei in 3 teilweise nur als Linie oder Gerade dargestellt. Der Zwischenraum 11 zwischen dem Gehäuse 2 und der Drosselwelle 6 ist dabei als Gerade dargestellt und auch teilweise ist der Zwischenraum 11 auch zwischen der Scheibe 26 und der Drosselwelle 6 an der Ringnut 6b als Strich dargestellt. Lediglich im Bereich eines radialen inneren Endes der Scheibe 26 und im radialen unteren inneren Ende der Ringnut 6b an der Drosselwelle 6 ist der Zwischenraum 11 nicht als Gerade sondern als Freiraum dargestellt. In diesem Zwischenraum 11 ist ein viskoses Medium 7, z. B. Fett oder Schmierfett, angeordnet. Dabei füllt das viskose Medium 7 den Zwischenraum 11 vollständig aus, so dass das viskose Medium 7 eine Dichtwirkung hat. Das viskose Medium 7 stellt dabei eine Barriere für aus dem Gaskanal 4 durch den Zwischenraum 11 in Richtung zu dem Wälzlager 24b eindringenden Fluiden dar. Wird mit der Drosselvorrichtung 1 beispielsweise in einem Verbrennungsmotor mit Turboaufladung betrieben, treten in dem Gaskanal 4 hohe Drücke im Bereich zwischen 3 bis 4 bar auf sowie auch Druckstöße. Dieser hohe Druck wirkt sowohl für Gas als auch in dem Gaskanal 4 angeordnetes Kondenswasser. Dadurch könnte Gas oder Kondenswasser aus dem Gaskanal 4 durch den Zwischenraum 11 in Richtung zu dem Wälzlager 24 eindringen. Aufgrund der Auffüllung des Zwischenraumes 11 mit dem viskosen Medium 7 ist im Wesentlichen kein Eindringen dieser Fluide aus dem Gaskanal 4 zu dem Wälzlager 24b mehr möglich.
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In axialer Richtung betrachtet sind an beiden Endbereichen des Wälzlagers 24 zwei als Dichtringe 16 ausgebildete Dichtungen 15 angeordnet. Die Dichtringe 16 bestehen aus einem elastischen Material z. B. Kunststoff oder Gummi und dienen zur zusätzlichen Abdichtung der Drosselwelle 6 in axialer Richtung bezüglich des Gehäuses 2. Die Dichtringe 16 sind dabei zwischen dem Außenring 24d bzw. dem Fortsatz 22 und der Drosselwelle 6 elastisch vorgespannt.
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Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Drosselvorrichtung 1 wesentliche Vorteile verbunden. Durch das Auffüllen des Zwischenraumes 11 zwischen dem Gehäuse 2 bzw. der Scheibe 26 und der Drosselwelle 6 mit dem viskosen Medium 7 kann mit einem geringen und in der Herstellung einfachen Aufwand ohne der Verwendung von zusätzlichen Teilen die Dichtheit zwischen dem Gehäuse 2 und der Drosselwelle 6 wesentlich erhöht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004043125 A1 [0004]
