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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Wellendurchführung eines Gehäuses, mit einer Lageraufnahme, welche in einer Wandung des Gehäuses angeordnet ist, und mit einem Lager für die Welle, wobei das Lager zumindest abschnittsweise koaxial in der Lageraufnahme angeordnet ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Lager um ein Gleitlager. Bei der Welle handelt es sich beispielsweise um eine Klappenwelle. Klappenwellen kommen beispielsweise im Ansaugtrakt oder Abgasableitungssystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, zum Einsatz.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Lageraufnahme und ein Lager einer Wellendurchführung genannter Art.
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Stand der Technik
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Ein bekanntes Saugrohr einer Brennkraftmaschine weist eine Klappenwelle auf, auf der eine Mehrzahl an Klappen angeordnet ist. Die Klappenwelle ist drehbar in einem Gehäuse des Saugrohrs gelagert. Mit den Klappen können Öffnungen im Gehäuse geöffnet oder geschlossen werden, um einen Frischgasstrom zwischen Frischgassammelräumen und einem Endrohr im Inneren des Gehäuses zu steuern. Die Klappenwelle führt auf einer Seite durch eine Wellendurchführung in einer Wand des Gehäuses. An dem Ende, welches sich außerhalb des Gehäuses befindet, weist die Klappenwelle einen Mitnehmerhebel auf. Über den Mitnehmerhebel kann die Klappenwelle von außerhalb des Gehäuses betätigt werden. Die Wellendurchführung des Gehäuses weist eine Lageraufnahme auf, in der ein typischerweise ringförmiges Lager angeordnet ist. In dem Lager ist die Klappenwelle drehbar gelagert. Der Lager ist von außen in die Lageraufnahme eingesteckt.
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Während des Betriebes der Brennkraftmaschine können unterschiedliche Druckverhältnisse zwischen dem Inneren des Gehäuses und dem Außenbereich auftreten. Im Fall eines Überdrucks im Gehäuse besteht die Gefahr, dass sich das Lager in axialer Richtung entgegen der Montagerichtung verschiebt und aus der Lageraufnahme herausfällt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellendurchführung bereitzustellen, bei welcher das Lager gegen ein Verschieben in axialer Richtung gesichert ist. Weiterhin sind ein Lager und eine Lageraufnahme für eine derartige Wellendurchführung anzugeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist an dem Lager mindestens ein elastisches Element angeformt, welches die Lageraufnahme zumindest abschnittsweise umgreift. Das mindestens eine elastische Element bildet zusammen mit einem Grundkörper des Lagers, beispielsweise einem ringförmigen Abschnitt, einen Spalt aus. Bei der Montage wird das Lager in die Lageraufnahme eingeschoben, wobei eine Wandung der Lageraufnahme in den Spalt eingreift, sodass der Grundkörper innerhalb der Wandung angeordnet ist. Das elastische Element umklammert zumindest einen Teil der Lageraufnahme. Vorteilhaft verfügt das Lager über mindestens zwei elastische Elemente. Unter einem elastischen Element ist ein Bauteil mit federnder Wirkung zu verstehen.
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In einer Ausgestaltung verfügt das elastische Element über mindestens ein Rastelement zur Ausbildung einer Schnappverbindung mit der Lageraufnahme. Über die Schnappverbindung besteht eine formschlüssige Verbindung zwischen Lager und Lageraufnahme.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Lager mindestens zwei elastische Elemente auf, welche symmetrisch und/oder äquidistant an einem Grundkörper des Lagers angeformt sind. Beispielsweise handelt es sich um zwei elastische Elemente, welche umfangsseitig gegenüberliegend angeordnet sind, oder um drei elastische Elemente, welche unter einem Winkel von jeweils 120° angeordnet sind. Der Grundkörper ist vorzugsweise zylindrisch. Die elastischen Elemente sind beispielsweise an einer Stirnseite des Grundkörpers angeordnet und erstrecken sich von der Stirnseite aus zumindest abschnittsweise über den Grundkörper, sodass ein Zwischenraum ausgebildet ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist das Lager zumindest anteilig aus Kunststoff gefertigt. Das Lager ist beispielsweise ein Spritzgussteil aus Kunststoff. In einer Variante ist das Lager als Kunststoffteil mit mindestens einem metallischen Einlegeteil im Bereich des elastischen Elements ausgebildet. Das Lager kann jedoch auch aus einem oder mehreren anderen Materialien bestehen.
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Vorzugsweise ist das Lager einstückig ausgebildet, d. h. das mindestens eine elastische Element und der Grundkörper, an welchem das elastische Element angeformt ist, sind aus einem Stück geformt oder zumindest aus unlösbar miteinander verbundenen Teilen gebildet.
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In einer Ausgestaltung der Wellendurchführung verfügt das Lager über eine Anschlagkante zum Anschlag an eine Wellendichtung, welche in der Lageraufnahme angeordnet ist. Das Lager sichert auch die Wellendichtung und gegebenenfalls weitere hinter der Anschlagkante des Lagers angeordnete Bauteile gegen ein Herausbewegen aus der Lageraufnahme entgegen der Montagerichtung.
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Gemäß einer Ausgestaltung verfügt das elastische Element über mindestens eine Rastausnehmung und die Lageraufnahme verfügt über mindestens eine Rastnase zum Eingriff in die Rastausnehmung. In einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung weist die Lageraufnahme mindestens eine Rastausnehmung auf und das elastische Element verfügt über mindestens eine Rastnase zum Eingriff in die Rastausnehmung der Lageraufnahme. Bei der Rastausnehmung kann es sich beispielsweise um eine Nut oder einen Schlitz, vorzugsweise um eine abgesetzte Nut oder einen abgesetzten Schlitz, handeln. Durch die Rastverbindung ist das elastische Element gegen ein Verschieben in radialer und in axialer Richtung gesichert.
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Erfindungsgemäß sind Wellenlagerung und Axialsicherung in einem Bauteil kombiniert. Dies vereinfacht die Montage des Lagers bzw. der Wellendurchführung. Da das mindestens eine elastische Element an dem Lager angeformt ist handelt es sich um eine verliersichere Axialsicherung.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Lageraufnahme einer Wellendurchführung eines Gehäuses, welche in einer Wandung des Gehäuses angeordnet ist, und welche dazu ausgestaltet ist, ein Lager zumindest abschnittsweise koaxial zu umschließen. Die Lageraufnahme bildet eine Hülse für das Lager. An der Lageraufnahme ist mindestens ein Rastelement zur Ausbildung einer Schnappverbindung mit dem Lager angeformt.
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Das Rastelement ist beispielsweise eine Rastnase, welche in eine Rastausnehmung in dem Lager eingreift. Bei dem Rastelement kann es sich aber auch um eine Rastausnehmung handeln, in welche eine an dem Lager angeformte Rastnase eingreift. Das Rastelement kann an einer der Welle zugewandten Innenseite einer Wandung der Lageraufnahme angeordnet sein, oder an einer Außenseite. Vorzugsweise ist die Lageraufnahme zumindest abschnittsweise zylinderförmig.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Lager für eine Lageraufnahme einer Wellendurchführung eines Gehäuses, wobei das Lager dazu ausgestaltet ist, zumindest abschnittsweise koaxial in die Lageraufnahme einbringbar zu sein. Die Abmessungen des Lagers sind hierzu an die Abmessungen der Lageraufnahme angepasst. Das Lager bildet eine Buchse für die Welle. An dem Lager ist mindestens ein elastisches Element angeformt. Das elastische Element ist dazu ausgestaltet, die Lageraufnahme zumindest abschnittsweise zu umgreifen. Bei dem elastischen Element handelt es sich um einen hakenförmigen Abschnitt. Das elastische Element bildet mit einem vorzugsweise ringförmigen Grundkörper des Lagers einen Spalt aus, in welchen ein Abschnitt der Lageraufnahme aufgenommen werden kann.
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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 Zeichnungen näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in den Zeichnungen, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch:
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1 eine Wellendurchführung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 ein Lager für eine Wellendurchführung;
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3a eine Wellendurchführung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
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3b eine Detailansicht der Wellendurchführung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Wellendurchführung 10 eines hier nicht dargestellten Gehäuses. Die Welle 12 ist entlang einer Achse 13 angeordnet und erstreckt sich von einem Inneren des Gehäuses durch die Wellendurchführung 10 nach außen. Die Wellendurchführung 10 weist eine Lageraufnahme 2 auf. Die Lageraufnahme 2 ist zylindrisch und bildet einen Teil des Gehäuses. Hierbei kann die Lageraufnahme 2 einstückig mit einer Wandung des Gehäuses ausgebildet sein. Die Lageraufnahme 2 ist aus Kunststoff gefertigt, kann jedoch auch aus einem anderen Material gefertigt sein.
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An der Lageraufnahme 2 sind zwei Rastelemente 21 angeordnet, welche radial nach außen gerichtet sind. Die Rastelemente 21 sind als Rastnasen ausgebildet, welche über einen Widerhaken verfügen. Die Rastnasen greifen in Rastausnehmungen 32 in einem Lager 3 ein, welches in die Lageraufnahme 2 eingepresst ist und als Führung für die Welle 13 dient. Bei dem dargestellten Lager 3 handelt es sich um ein Gleitlager in Form eines Radiallagers. Eine Detaildarstellung des Lagers 3 ist 2 zu entnehmen.
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Das Lager 3 ist formschlüssig mit der Lageraufnahme 2 verbunden. An dem Lager 3 sind zwei elastische Elemente 31 angeformt. Die elastischen Elemente 31 sind federnd, sodass die elastischen Elemente 31 bei der Montage über die Rastnasen 21 an der radial außen liegenden Wandfläche der Lageraufnahme 2 gleiten. Die Montagerichtung ist durch den Pfeil 15 angedeutet. Die Rastnasen 21 greifen in die Rastausnehmungen 32 der elastischen Elemente 31 ein. Bei Krafteinwirkung entgegen der Montagerichtung 15 fixieren die Rastnasen 21 das Lager 3, sodass es gegen Herausrutschen gesichert ist. Ein ringförmiger Grundkörper des Lagers 3 wird von der Lageraufnahme 2 koaxial umschlossen, während die elastischen Elemente 31 einen Abschnitt der Lageraufnahme 2 umgreifen.
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Der die Lageraufnahme 2 abschnittsweise umgreifende Abschnitt der elastischen Elemente 31 erstreckt sich über eine Länge, welche im Wesentlichen gleich der axialen Abmessung des innerhalb der Lageraufnahme 2 befindlichen Abschnitts des Lagers 3 ist. Durch den hierdurch ausgebildeten Hebelarm erhöht sich die Elastizität der elastischen Elemente 31, was insbesondere bei der Montage vorteilhaft ist.
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Die Lageraufnahme 2 verfügt über eine Schulter 22, an welcher ein Stützring 5 anliegt. An den Stützring 5 schließt sich eine ringförmige Wellendichtung 4 an. An dem Lager 3 ist eine Anschlagkante 33 für die Wellendichtung 4 ausgebildet. Durch das Lager 3 sind Stützring 5 und Wellendichtring 4 in axialer Richtung entgegen der Montagerichtung 15 gesichert.
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2 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung eines Lagers 3 mit zwei angeformten elastischen Elementen 31. Die elastischen Elemente 31 sind hakenförmig und umfangsseitig gegenüberliegend angeordnet. Die elastischen Elemente 31 weisen jeweils eine Ausnehmung in Form eines abgesetzten Schlitzes 32 auf. Der Schlitz 32 bildet ein Rastelement, in welches eine an der Lageraufnahme 2 angeformte Rastnase 21 zur Ausbildung einer Rastverbindung eingreifen kann. Das Lager 3 besteht aus Kunststoff und ist einstückig in einem Spritzgussverfahren hergestellt. Kunststoffteile besitzen den Vorteil eines geringen Gewichts und sind zudem einfach herstellbar. Zur Erhöhung der Stabilität kann jeweils ein metallisches Einlegeteil, beispielsweise ein Blech, im Ansatzbereich der elastischen Elemente 31 in das Lager 3 eingebracht sein. Das Blech befindet sich jeweils teilweise im Grundkörper und erstreckt sich in das elastische Element 31 hinein.
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In 3a und 3b ist eine Wellendurchführung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei 3b eine Detailansicht eines Teilbereichs A aus 3a darstellt. Das Lager 3 ist wie in 2 dargestellt ausgestaltet. Die Lageraufnahme 2 unterscheidet sich von der in 1 beschriebenen Lageraufnahme 2 durch Position und Form des Rastelements 23, sowie durch die Gestaltung der Wandungen.
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Die Lageraufnahme 2 verfügt über eine Außenwandung 24 und eine Innenwandung 25, wobei die Außenwandung 24 die Innenwandung 25 in axialer Richtung entgegen der Montagerichtung 15 überragt. Die Innenwandung 25 ist von der Außenwandung 24 koaxial umschlossen und bildet eine Anlagefläche für einen Abschnitt des Lagers 3. Die radial außen liegende Seite der Innenwandung dient als Auflagefläche für die elastischen Elemente 31. Die Rastelemente der Lageraufnahme 2 befinden sich radial nach innen gerichtet an der Außenwandung 24. Als Rastelemente dienen Keile 23, welche in entsprechende Rastausnehmungen 32 in Form von Schlitzen in den elastischen Elementen 31 eingreifen. Bei der Montage gleiten die elastischen Elemente 31 entlang der durch die Keile 23 gebildeten schiefen Ebenen, bis die Keile 23 in die Rastausnehmungen 32 eingreifen. Ein Endbereich der elastischen Elemente 31 liegt radial außen auf der Innenwandung 25 auf. Es besteht eine formschlüssige Verbindung zwischen Lager 3 und Lageraufnahme 2. Das Lager 3 ist vollständig koaxial von der Lageraufnahme 2 umgeben.
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Weiterhin zeigt 3a ein Anwendungsbeispiel der Wellendurchführung 10. Das dargestellte Gehäuse 11, in welches die Wellendurchführung 10 integriert ist, bildet einen Teil des Ansaugtraktes einer Brennkraftmaschine. In dem Gehäuse 11 sind mehrere Hohlräume 14 ausgebildet, durch welche Ansaugluft zur Brennkraftmaschine strömt. Die Welle 12 ist als Klappenwelle ausgestaltet, d. h. an der Welle 12 ist eine Mehrzahl an Klappen angeformt. Beispielsweise ist die Klappenwelle aus Metall gefertigt, welches mit Kunststoff umspritzt ist, wobei die Klappen ebenfalls angespritzt sind. Außerhalb des Gehäuses 11 befindet sich ein Mitnehmerhebel 16 für die Welle 12, welcher von einer Klappensteuereinheit derart betätigbar ist, dass sich die Welle 12 und somit die Klappen in der gewünschten Lage befinden.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf eine Wellendurchführung für eine Klappenwelle. Die Wellendurchführung ist auch im Zusammenhang mit anderen Wellen, insbesondere einer Brennkraftmaschine, einsetzbar.
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Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen einer Wellendurchführung sind unter anderem folgende Modifikationen möglich:
Die Lageraufnahme kann über eine oder mehrere Rastausnehmungen verfügen, wobei das Lager dann entsprechende Rastnasen aufweist.
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An Stelle von zwei elastischen Elementen können auch drei oder mehr elastische Elemente an dem Lager angeformt sein.
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Die elastischen Elemente können auch kürzer oder länger sein als dargestellt. Die Befestigung der elastischen Elemente an dem ringförmigen Grundkörper kann auch auf andere als der dargestellten Weise erfolgen.
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Das Material der Lageraufnahme kann Kunststoff, ein anderes Material, beispielsweise Metall oder Keramik, oder ein Materialmix sein. Verschiedene Abschnitte können auch aus verschiedenen Materialien gefertigt sein, beispielsweise aus verschiedenen Kunststoffen.
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Das Lager kann zumindest abschnittsweise aus einem von Kunststoff verschiedenen Material gefertigt sein, beispielsweise aus Metall oder Keramik, oder einem Materialmix. Das Lager kann in einem Spritzgussverfahren oder in einem anderen Guss- oder Formverfahren hergestellt sein.
