DE102010046194A1

DE102010046194A1 - Saugrohr einer Brennkraftmaschine und Verfahren zur Befestigung eines Drosselklappenstutzens an einem Saugrohr

Info

Publication number: DE102010046194A1
Application number: DE201010046194
Authority: DE
Inventors: Eric Thébault; Jürgen Lang; Herbert Pietrowski
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2010-09-23
Publication date: 2012-03-29

Abstract

Es werden ein Saugrohr (10) für Verbrennungsgas einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, und ein Verfahren zur Befestigung eines Drosselklappenstutzens (20 an einem Saugrohr (10) beschrieben. Ein Einlass (12) für das angesaugte Verbrennungsgas ist in einem Gehäuseabschnitt (14) des Saugrohrs (10) angeordnet und mit einem Auslass (23) eines Drosselklappenstutzens (20) verbunden. Der Drosselklappenstutzen (20) ist kraftbelastbar an dem Gehäuseabschnitt (14) befestigt. Der Drosselklappenstutzen (20) ist mittels einer formschlüssigen Verbindungseinrichtung (18) mit dem Gehäuseabschnitt (14) verbunden und mittels einer positionsneutralen Schweiß- und/oder Klebeverbindung (24) an dem Gehäuseabschnitt (14) fixiert.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Saugrohr für Verbrennungsgas einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Einlass für das angesaugte Verbrennungsgas, der in einem Gehäuseabschnitt des Saugrohrs angeordnet und mit einem Auslass eines Drosselklappenstutzens verbunden ist, wobei der Drosselklappenstutzen kraftbelastbar an dem Gehäuseabschnitt befestigt ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Befestigung eines Drosselklappenstutzens an einem Saugrohr für Verbrennungsgas einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein Auslass des Drosselklappenstutzens mit einem Einlass für das angesaugte Verbrennungsgas, der in einem Gehäuseabschnitt des Saugrohrs angeordnet ist, verbunden wird, wobei der Drosselklappenstutzen kraftbelastbar an dem Gehäuseabschnitt befestigt wird.
Stand der Technik
Ein vom Markt her bekanntes Saugrohr in Form einer Einzelschale aus Kunststoff ist an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs angebracht. Es dient dazu, angesaugtes Verbrennungsgas, insbesondere Verbrennungsluft oder ein Kraftstoff-Luftgemisch, Einlasskanälen von einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführen. Das Saugrohr weist einen Gehäuseabschnitt auf, in dem ein Einlass für das angesaugte Verbrennungsgas angeordnet ist. Ein Drosselklappenstutzen mit einem Gehäuse aus Kunststoff ist mittels Vibrationsschweißverfahrens mit dem Gehäuseabschnitt verbunden, derart, dass der Auslass des Drosselklappenstutzens mit dem Einlass des Saugrohrs korrespondiert. Beim Vibrationsschweißvorgang müssen die beiden Bauteile relativ zueinander bewegt werden, welche eine entsprechende große Positionstoleranz des Drosselklappenstutzens an dem Gehäuseabschnitt erfordert. Durch das Gewicht des Drosselklappenstutzens wirken entsprechend große Kräfte und Biegemomente auf die Schweißverbindung zwischen dem Drosselklappenstutzen und dem Gehäuseabschnitt. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird die Schweißverbindung durch Schwingungen des Drosselklappenstutzens zusätzlich belastet. Die gesamte mechanische Belastung wird durch die Schweißnaht getragen, welche entsprechend groß dimensioniert sein muss.
Bei anderen bekannten Saugrohren ist der Drosselklappenstutzen mittels Schrauben am Saugrohr befestigt. Beim Verschraubungsvorgang wird der Drosselklappenstutzen relativ zum Saugrohr bewegt, so dass auch hier eine entsprechend große Positionstoleranz erforderlich ist. Schraubverbindungen benötigen außerdem einen größeren Bauraum als Schweißverbindungen. Ferner ist bei reinen Schraubverbindungen eine separate Dichtung erforderlich zur Abdichtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Saugrohr und ein Verfahren zur Befestigung eines Drosselklappenstutzens der eingangs genannten Art zu gestalten, bei dem der Drosselklappenstutzen einfach, stabil und mit einer möglichst geringen Positionstoleranz am Saugrohr befestigt wird.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Drosselklappenstutzen mittels einer formschlüssigen Verbindungseinrichtung mit dem Gehäuseabschnitt verbunden ist und mittels einer positionsneutralen Schweiß- und/oder Klebeverbindung an dem Gehäuseabschnitt fixiert ist.
Erfindungsgemäß ist also zwischen dem Drosselklappenstutzen und dem Gehäuseabschnitt eine formschlüssige Verbindungseinrichtung vorgesehen, mit der die auftretenden Kräfte und Biegemomente vom Drosselklappenstutzen auf den Gehäuseabschnitt übertragen werden. Die Fixierung erfolgt durch die positionsneutrale Schweiß- und/oder Klebeverbindung. Die Kraft-/Momentübertragungsfunktion ist also getrennt von der Fixierungsfunktion. Auf diese Weise wird die Schweiß- und/oder Klebeverbindung durch die Masse und die Schwingung des Drosselklappenstutzens nur unwesentlich beansprucht, da die Einleitung der Kräfte größtenteils über den Formschluss erfolgt. Über den Formschluss erfolgt ferner die Ausrichtung des Drosselklappenstutzens am Gehäuseabschnitt. Zur Realisierung der positionsneutralen Verbindung ist es nicht erforderlich, den Drosselklappenstutzen relativ zum Gehäuseabschnitt zu bewegen, wie dies bei dem aus dem Stand der Technik eingesetzten Vibrationsschweißen der Fall ist. Auch führt im Unterschied zu Schraubverbindungen der Fixiervorgang selbst nicht zu einer Positionsverschiebung. Mit der positionsneutralen Fixierung ist daher eine deutlich kleinere Positionstoleranz für den Drosselklappenstutzen möglich als bei den vorbeschriebenen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren. Die positionsneutrale Schweiß- und/oder Klebeverbindung kann dabei unterbrochen oder geschlossen um den Auslass und den Einlass herum verlaufen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Drosselklappenstutzen mittels der Schweiß- und/oder Klebeverbindung dicht an dem Gehäuseabschnitt fixiert sein. Vorzugsweise erfolgt das durch eine geschlossen um den Auslass und den Einlass umlaufende Schweiß- beziehungsweise Klebenaht. Eine separate Dichtung ist so nicht erforderlich. Mit nur einer Einrichtung kann sowohl die Fixierung als auch die Abdichtung der Verbindung zwischen dem Drosselklappenstutzen und dem Saugrohr erfolgen.
Vorteilhafterweise kann der Drosselklappenstutzen oder der Gehäuseabschnitt wenigstens in einem an dem jeweils anderen Bauteil anliegenden Abschnitt wenigstens bereichsweise aus einem lasertransparenten Material sein und der Drosselklappenstutzen kann mittels einer Laserdurchstrahlschweißnaht an dem Gehäuseabschnitt fixiert sein. Bei der Laserdurchstrahlschweißnaht handelt es sich um eine positionsneutrale Fixierung. Zur Realisierung wird ein Laserstrahl durch den lasertransparenten Bereich eines der zu verbindenden Bauteile auf eine Berührungsfläche der beiden Bauteile geleitet. Das dort angrenzende Material des anderen Bauteils ist bevorzugt aus einem laserstrahlabsorbierenden Material. Die beiden Bauteile werden in dem Berührungsbereich aufeinander geschmolzen, so dass die stabile Laserdurchstrahlschweißnaht entsteht, ohne dass die beiden Bauteile relativ zueinander bewegt werden müssen. Um eine vergleichbare Stabilität zu erreichen, kann die Schweißtiefe der Laserdurchstrahlschweißnaht deutlich geringer sein, als bei einer Vibrationsschweißnaht.
Ferner kann vorteilhafterweise die formschlüssige Verbindungseinrichtung einen ersten Steckabschnitt an dem Drosselklappenstutzen, insbesondere einen zylindrischen Anschlussabschnitt, und einen zweiten Steckabschnitt an dem Gehäuseabschnitt, welcher formschlüssig mit dem ersten Steckabschnitt zusammen gesteckt ist, insbesondere einen zylindrische Aufnahmeabschnitt, in den der Anschlussabschnitt formschlüssig eingesteckt ist, aufweisen. Eine derartige formschlüssige Steckverbindung ist einfach realisierbar. Mit ihr können insbesondere durch die Masse des Drosselklappenstutzens und durch Schwingungen auftretende Kräfte mit quer zu der Verbindungsachse gerichteten Anteilen, welche Biegemomente hervorrufen, einfach und zuverlässig kompensiert werden. Die positionsneutrale Schweiß- und/oder Klebeverbindung muss lediglich in Richtung der Verbindungsachse wirkende etwaige Zugbelastungen auf die Steckverbindung tragen, welche beim Ziehen an dem Drosselklappenstutzen entstehen. Bei normalem Betrieb treten derartige Zugbelastungen in der Regel nicht auf. Beim Einsatz einer Laserdurchstrahlschweißnaht zur Fixierung der Bauteile kann vorteilhafterweise das jeweils radial äußere Steckbauteil aus einem lasertransparenten Material sein, so dass der Laserstrahl einfach von außen nach innen auf die Berührungsfläche der beiden Steckbauteile fokussiert werden kann. Es kann auch das radial innere Steckbauteil aus einem lasertransparenten Material sein. Der Laserstrahl kann dann von radial innen nach außen eingeleitet wird.
Verfahrenstechnisch wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Drosselklappenstutzen mittels einer formschlüssigen Verbindung mit dem Gehäuseabschnitt verbunden wird und mittels einem positionsneutralen Schweiß- und/oder Klebeverfahren an dem Gehäuseabschnitt fixiert wird. Alle oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Saugrohr aufgezählten Merkmale und Vorteile gelten für das Verfahren und seine vorteilhaften Ausgestaltungen entsprechend.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann der Drosselklappenstutzen mittels Laserdurchstrahlschweißverfahrens an dem Gehäuseabschnitt fixiert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert wird. 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
1 schematisch ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem formschlüssig eingesteckten und mittels einer Laserdurchstrahlschweißnaht fixierten Drosselklappenstutzen;
2 schematisch eine Detailansicht einer Verbindungseinrichtung des Drosselklappenstutzens mit dem Saugrohr aus 1.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist ein Saugrohr 10 für den Anschluss an einen nicht gezeigten Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Das Saugrohr 10 dient der Verteilung der Verbrennungsluft auf die Zylinder der Brennkraftmaschine.
Das Saugrohr 10 ist aus Kunststoff gegossen. Es weist einen Einlass 12 für die angesaugte Verbrennungsluft auf, der sich seitlich in einem Gehäuseabschnitt 14 des Saugrohrs 10 befindet. Der Gehäuseabschnitt 14 umfasst einen kreiszylindrischen Aufnahmeabschnitt 16 einer insgesamt mit 18 bezeichneten Verbindungseinrichtung. Die Verbindungseinrichtung 18 in der 2 im Detail gezeigt. Der Aufnahmeabschnitt 16 aus einem lasertransparenten Material realisiert eine Öffnung des Einlasses 12.
Mittels der Verbindungseinrichtung 18 ist ein Drosselklappenstutzen 20 mit dem Saugrohr 10 formschlüssig verbunden. Der Drosselklappenstutzen 20 befindet sich seitlich am Saugrohr 10, so dass vom Drosselklappenstutzen 20 aufgrund der Schwerkraft und Schwingungen beim Betrieb der Brennkraftmaschine entsprechend große Biegebelastungen auf die Verbindungseinrichtung 18 wirken.
Der Drosselklappenstutzen 20 weist einen kreiszylindrischen Anschlussabschnitt 22 auf, der spielfrei in den Aufnahmeabschnitt 16 eingesteckt ist. In den 1 und 2 ist der Teil des Anschlussabschnitts 22, der sich innerhalb des Aufnahmeabschnitts 16 befindet, gestrichelt gezeichnet. Der Anschlussabschnitt 22 realisiert einen Auslass 23 des Drosselklappenstutzens 20, welcher mit dem Einlass 12 kommuniziert.
Der Anschlussabschnitt 22 ist aus einem laserabsorbierenden Material. Der Außendurchmesser des Anschlussabschnitts 22 entspricht etwa dem Innendurchmesser des Aufnahmeabschnitts 16, so dass ein optimaler Formschluss realisiert wird.
Die axiale Einstecktiefe des Anschlussabschnitts 22 in den Aufnahmeabschnitt 16 ist im Verhältnis zum Durchmesser des Aufnahmeabschnitts 16 und des Anschlussabschnitts 22 so vorgegeben, dass Biegebelastungen durch den Drosselklappenstutzen 20 auf die Verbindungseinrichtung 18 optimal kompensiert werden.
Der Anschlussabschnitt 22 ist mittels einer Laserdurchstrahlschweißnaht 24 in dem Aufnahmeabschnitt 16 fixiert. Laserdurchstrahlschweißnaht 24 verläuft geschlossen entlang einer Berührfläche der radial inneren Seite des Aufnahmeabschnitts 16 mit der radial äußeren Seite des Anschlussabschnitts 22. Die Laserdurchstrahlschweißnaht 24 dichtet das Saugrohr 10 gegen den Drosselklappenstutzen 20 ab. Die Laserdurchstrahlschweißnaht 24 wird durch die Masse und Schwingungen des Drosselklappenstutzens 20 nahezu nicht belastet, da ein Großteil der mechanischen Kräfte durch die formschlüssige Verbindungseinrichtung 18 aufgenommen wird.
Die Laserdurchstrahlschweißnaht 24 ist mittels eines Laserdurchstrahlschweißverfahrens realisiert. Das Laserdurchstrahlschweißverfahren und damit die Laserdurchstrahlschweißnaht 24 sind positionsneutral, da der Anschlussabschnitt 22 bei der Laserdurchstrahlschweißung im Aufnahmeabschnitt 16 nicht bewegt werden muss. Auch führt der Schweißvorgang selbst zu keiner Positionsveränderung der beiden Bauteile relativ zueinander. Der Drosselklappenstutzen 20 kann so mit einer optimal kleinen Positionstoleranz am Saugrohr 10 montiert werden.
Zur Montage wird der Drosselklappenstutzen 20 mit dem Anschlussabschnitt 22 voran in den Aufnahmeabschnitt 16 gesteckt und entsprechend ausgerichtet.
Anschließend wird ein Laser so positioniert, dass sein Laserstrahl durch den lasertransparenten Aufnahmeabschnitt 16 hindurchstrahlt und auf die radial äußere Mantelfläche des laserabsorbierenden Anschlussabschnitts 22 trifft. Der Laser wird in Umfangsrichtung um den Aufnahmeabschnitt 16 herum geführt. Auf diese Weise werden das Material des Anschlussabschnitts 22 und das Material des Aufnahmeabschnitts 16 miteinander verschmolzen, so dass die Laserdurchstrahlschweißnaht 24 entsteht.
Bei allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen eines Saugrohrs 10 und eines Verfahrens zur Befestigung eines Drosselklappenstutzens 20 an einem Saugrohr 10 sind unter anderem folgende Modifikationen möglich:
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf Saugrohre 10 für Kraftfahrzeuge. Vielmehr kann sie auch in andersartigen Bereichen beispielsweise bei Industriemotoren eingesetzt werden.
Saugrohr 10 kann statt für Verbrennungsluft auch für ein anderes Verbrennungsgas, beispielsweise ein Kraftstoff-Luftgemisch, vorgesehen sein.
Anstelle der umfänglich geschlossenen Laserdurchstrahlschweißnaht 24 kann auch eine in Umfangsrichtung unterbrochene Laserdurchstrahlschweißnaht vorgesehen sein.
Die Fixierung des Drosselklappenstutzens 20 an Gehäuseabschnitt 14 kann statt mittels Laserdurchstrahlschweißverfahrens auch mittels einem anderen positionsneutralen Schweiß- und/oder Klebeverfahren erfolgen.
Anstelle des Aufnahmeabschnitts 16 kann auch der Anschlussabschnitt 22 aus einem lasertransparenten Material sein und der Aufnahmeabschnitt 16 kann aus einem laserabsorbierenden Material sein. In diesem Fall erfolgt die Einstrahlung des Laserstrahl von radial innen.

Claims

Saugrohr (10) für Verbrennungsgas einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Einlass (12) für das angesaugte Verbrennungsgas, der in einem Gehäuseabschnitt (14) des Saugrohrs (10) angeordnet und mit einem Auslass (23) eines Drosselklappenstutzens (20) verbunden ist, wobei der Drosselklappenstutzen (20) kraftbelastbar an Gehäuseabschnitt (14) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselklappenstutzen (20) mittels einer formschlüssigen Verbindungseinrichtung (18) mit Gehäuseabschnitt (14) verbunden ist und mittels einer positionsneutralen Schweiß- und/oder Klebeverbindung (24) an dem Gehäuseabschnitt (14) fixiert ist.
Saugrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselklappenstutzen (20) mittels der Schweiß- und/oder Klebeverbindung (24) dicht an dem Gehäuseabschnitt (14) fixiert ist.
Saugrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselklappenstutzen oder Gehäuseabschnitt (14) wenigstens in einem an dem jeweils anderen Bauteil (20) anliegenden Abschnitt (16) wenigstens bereichsweise aus einem lasertransparenten Material ist und der Drosselklappenstutzen (20) mittels einer Laserdurchstrahlschweißnaht (24) an dem Gehäuseabschnitt (14) fixiert ist.
Saugrohr nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindungseinrichtung (18) einen ersten Steckabschnitt an dem Drosselklappenstutzen (20), insbesondere einen zylindrischen Anschlussabschnitt (22), und einen zweiten Steckabschnitt an dem Gehäuseabschnitt (14), welcher formschlüssig mit dem ersten Steckabschnitt zusammengesteckt ist, insbesondere einen zylindrische Aufnahmeabschnitt (16), in den der Anschlussabschnitt (22) formschlüssig eingesteckt ist, aufweist.
Verfahren zur Befestigung eines Drosselklappenstutzens (20) an einem Saugrohr (10) für Verbrennungsgas einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, insbesondere nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem ein Auslass (23) des Drosselklappenstutzens (20) mit einem Einlass (12) für das angesaugte Verbrennungsgas, der in einem Gehäuseabschnitt (14) des Saugrohrs (10) angeordnet ist, verbunden wird, wobei der Drosselklappenstutzen (20) kraftbelastbar an dem Gehäuseabschnitt (14) befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselklappenstutzen (20) mittels einer formschlüssigen Verbindung (18) mit dem Gehäuseabschnitt (14) verbunden wird und mittels einem positionsneutralen Schweiß- und/oder Klebeverfahren an dem Gehäuseabschnitt (14) fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselklappenstutzen (20) mittels Laserdurchstrahlschweißverfahrens an dem Gehäuseabschnitt (14) fixiert wird.