DE102021103945A1

DE102021103945A1 - Klappeneinheit für eine Klappenanlage, Klappenanlage für eine Verbrennungskraftmaschine, Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021103945A1
Application number: DE102021103945.2A
Authority: DE
Inventors: Jochen Kronsteiner; Andreas Nabecker; Christian Bramberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-02-19
Filing date: 2021-02-19
Publication date: 2022-08-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klappeneinheit (1), eine Klappenanlage (2), eine Verbrennungskraftmaschine (3) und ein Kraftfahrzeug. Die Klappeneinheit (1) weist ein metallisches Klappenelement (4) auf, in welchem eine gerade Wellenaufnahme (8) ausgebildet ist. Dabei durchdringt die Wellenaufnahme (8) das Klappenelement (4) vollständig, wobei an einem seitlichen Ende (5, 6) der Wellenaufnahme (8) ein Hülsensitz (13, 14, 24) ausgebildet ist. Die Klappeneinheit (1) weist weitere eine separat ausgebildete Hülse (15, 16) auf, die außenumfangsseitig mit einer Innenseite (25) des Hülsensitzes (13, 14, 24) korrespondiert und koaxial zu der Wellenaufnahme (8) in dem Hülsensitz (13, 14, 24) formschlüssig drehfest eingesetzt ist. Die Hülse (15, 16) hat eine polygonale Innenumfangskontur (23).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klappeneinheit für eine Klappenanlage. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Klappenanlage für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei die Klappenanlage eine Klappeneinheit aufweist. Zudem betrifft die Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, wobei die Verbrennungskraftmaschine eine Klappenanlage aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, was mit einer Verbrennungskraftmaschine ausgerüstet ist.
Zum Beeinflussen einer Fluidströmung in einem Strömungskanal, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sind aus dem Stand der Technik Klappenanlagen mit einem zumeist aus Kunststoff gefertigten Klappenelement bekannt. Dabei ist das Klappenelement beispielsweise auf/an einer Stahlwelle montiert, über die das Klappenelement in dem Strömungskanal schwenkbar gelagert ist, um einen effektiven Strömungsquerschnitt zu verstellen. So offenbaren die DE 10 2008 021 536 A1 und die DE 10 2010 014 045 A1 jeweils eine als Kunststoffteil ausgebildete Schwenkklappe in einem Strömungskanal einer Verbrennungskraftmaschine. Die DE 10 2004 063 017 A1 und die DE 10 2007 027 123 A1 offenbaren jeweils ein Saugrohr für eine Verbrennungskraftmaschine, in dem eine einstellbare Drallklappe angeordnet ist.
Sind diese herkömmlichen Klappenelemente besonders hohen, zum Beispiel übermäßigen mechanischen und/oder thermischen Belastungen unterworfen, können die herkömmlichen Klappenelemente beschädigt werden, etwa brechen oder von der Stahlwelle abbrechen. Dadurch gelangen die Klappenelemente oder zumindest Bruchstücke derselben in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine, wodurch diese erheblichen mechanischen Schaden nimmt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen besonders sicheren Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
Eine erfindungsgemäße Klappeneinheit für eine Klappenanlage, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine, weist ein metallisches Klappenelement auf. Das Klappenelement ist somit zumindest teilweise aus einem metallischen Werkstoff, etwa Aluminium, ausgebildet. Beispielsweise handelt es sich bei dem Klappenelement um ein mittels eines Gießens, insbesondere Druckgießens, hergestelltes Metallbauteil. Das Klappenelement kann insbesondere additiv, beispielsweise mittels eines 3D-Druckens, hergestellt sein.
Das Klappenelement ist besonders stabil, insbesondere im Vergleich mit einem aus Kunststoff ausgebildeten, herkömmlichen Klappenelement. Aufgrund dessen ist das metallische Klappenelement besonders verschleißfest. Dadurch ist das metallische Klappenelement besonders vielseitig einsetzbar, etwa in einer mechanisch und/oder thermisch besonders belasteten Umgebung, wie in einem Ansaugtrakt, in einem Abgastrakt, in einer Auspuffanlage etc. der Verbrennungskraftmaschine. Dabei ist durch die vorteilhaft besonders hohe Stabilität bzw. Festigkeit einem unerwünschten Brechen des Klappenelements wirksam entgegengewirkt. Ist das Klappenelement in der Verbrennungskraftmaschine eingesetzt, insbesondere in deren Ansaugtrakt oder in einem Abgasrückführungstrakt, ist so ein Ansaugen des Klappenelements oder zumindest von Bruchstücken desselben und infolgedessen ein Motorschaden verhindert.
In dem Klappenelement ist weiter eine gerade Wellenaufnahme ausgebildet, die das Klappenelement vollständig durchdringt. Das Klappenelement weist eine Längsmittenachse auf, zu welcher die Wellenaufnahme parallel, insbesondere koaxial, angeordnet ist. Dabei kann die Wellenaufnahme beim Urformen des Klappenelements ausgebildet worden sein.
Ferner ist es denkbar, dass die Wellenaufnahme in einem Vollmaterialkörper des Klappenelements ausgebildet wurde, etwa mittels eines Fräsens. Dabei ist zu verstehen, dass die Wellenaufnahme zumindest teilweise entlang einer Längserstreckung derselben eine polygonale, insbesondere quadratische Innenumfangskontur aufweist (gegebenenfalls mit abgerundeten Innenecken aufgrund des Fertigens). Das Klappenelement weist also entlang seiner Längserstreckung wenigstens einen Abschnitt mit der polygonalen bzw. quadratischen Innenumfangskontur auf. Die Wellenaufnahme korrespondiert mit einer Schwenkwelle, die entlang einer Längserstreckung derselben eine polygonale, insbesondere quadratische Außenumfangskontur aufweist, die mit der polygonalen, insbesondere quadratischen Innenumfangskontur des Klappenelements korrespondiert. Damit ist das Klappenelement formschlüssig drehfest auf die Schwenkwelle aufschiebbar. Anders ausgedrückt ist die Schwenkwelle formschlüssig drehfest in das Klappenelement einschiebbar.
Das Klappenelement weist entlang seiner Längsmittenachse zwei seitliche Enden auf. Dabei ist an wenigstens einem ersten der seitlichen Enden der Wellenaufnahme ein erster Hülsensitz ausgebildet, der zum Aufnehmen einer separat ausgebildeten Hülse der Klappeneinheit konfiguriert ist. Das bedeutet, dass die Hülse bei fertig montierter Klappeneinheit bestimmungsgemäß in dem Hülsensitz aufgenommen ist, insbesondere in dem Hülsensitz befestigt ist. Angenommen, die Hülse weist eine kreiszylindrische Außenumfangskontur auf, weist der Hülsensitz dann eine kreiszylindrische Innenumfangskontur auf, welche beispielsweise mittels eines Bohrens, Fräsens und/oder eines anderen - insbesondere spanenden - Fertigungsverfahrens hergestellt sein kann. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die Wellenaufnahme an dem ersten seitlichen Ende auf die kreiszylindrische Innenumfangskontur aufgebohrt oder aufgefräst ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Hülsensitz unter dem Urformen des Klappenelements ausgebildet wurde.
Die Klappeneinheit weist also die Hülse auf, die separat zum Klappenelement ausgebildet ist. Die Hülse weist insbesondere einen Kopfanteil und einen fest damit verbundenen Schaftanteil auf, welche kraft-, form- und/oder stoffschlüssig aneinander fixiert sind, insbesondere einstückig miteinander ausgebildet sind. Die Hülse weist weiter eine Längsmittenachse auf, entlang derer der Kopfanteil und der Schaftanteil koaxial angeordnet sind. Der Kopfanteil überragt den Schaftanteil in radialer Richtung nach außen und kann insbesondere eine andere Außenumfangskontur als der Schaftanteil aufweisen. Beispielsweise kann der Kopfanteil eine polygonale Außenumfangskontur haben. Der Schaftanteil und der Kopfanteil haben eine gemeinsame bzw. deckungsgleiche Innenumfangskontur, das heißt die gleiche Innenumfangskontur.
Die Hülse korrespondiert außenumfangsseitig - insbesondere mittels des Schaftanteils - mit einer Innenseite des Hülsensitzes und ist koaxial zu der Wellenaufnahme in dem Hülsensitz formschlüssig zumindest drehfest eingesetzt. Anders ausgedrückt, sind die Hülse und das Klappenelement, indem die Hülse in der Wellenaufnahme aufgenommen ist, drehfest aneinander arretiert bzw. befestigt. Dabei fallen die Längsmittenachse der Hülse und die Längsmittenachse des Klappenelements zusammen. Bei der Klappeneinheit erstreckt die Hülse sich also in den Hülsensitz hinein, in dem der Schaftanteil von dem Klappenelement außenumfangseitig umgriffen und somit in dem Hülsensitz angeordnet ist. Die Hülse erstreckt sich in den Hülsensitz hinein, wobei die Hülse beispielsweise eine von einem Kreiszylinder unterschiedliche Außenumfangskontur aufweist, und der Hülsensitz eine innenseitig mit der Außenumfangskontur der Hülse, insbesondere mit einem Schaftanteil, korrespondierende Innenumfangskontur aufweist, wodurch die Hülse und das Klappenelement relativ zueinander drehfest arretiert sind, wenn die Hülse bestimmungsgemäß in dem Hülsensitz eingesetzt ist. Alternativ oder zusätzlich sind das Klappenelement und die Hülse anderweitig kraft-, form- und/oder stoffschlüssig aneinander befestigt, zum Beispiel mittels eines Klebstoffs verklebt, verschweißt, verlötet, verschraubt etc.
Die Klappeneinheit ist somit gemäß einer besonders einfachen Konstruktion aufgebaut bzw. weist eine besonders einfache Struktur auf. Denn indem die Hülse und das Klappenelement drehfest aneinander arretiert sind, ist auf separate Verbindungselemente (Schrauben, Nieten etc.) zum drehfesten Verbinden der Hülse und des Klappenelements verzichtet, sodass die Klappeneinheit vorteilhaft aus besonders wenigen Bauteilen ausgebildet ist.
Durch das Klappenelement, insbesondere dessen Hülsensitz, ist zudem ein Schutzelement für die in dem Hülsensitz angeordnete Hülse gebildet. Denn indem die Hülse, insbesondere an dessen Schaftanteil, durch das Klappenelement außenseitig umgriffen ist, ist die Hülse mittels des Klappenelements gegen mechanische, thermische und/oder chemische Einflüsse abgeschirmt, zum Beispiel gegen anströmendes, heißes Gas, wie Abgas.
Die Hülse weist weiter eine polygonale, insbesondere quadratische Innenumfangskontur auf, die mit einer polygonalen Außenumfangskontur der Schwenkwelle korrespondiert. Ist die Hülse bestimmungsgemäß in das Klappenelement eingesetzt, bilden die Innenumfangskontur der Hülse und der Abschnitt der Wellenaufnahme, der die polygonale, insbesondere quadratische Innenumfangskontur hat, entlang der Längsmittenachse des Klappenelements eine gemeinsame Innenumfangskontur der Klappeneinheit.
Durch die mit der Schwenkwelle korrespondierende, polygonale Innenumfangskontur ist das Klappenelement besonders einfach und/oder aufwandsarm drehfest an/auf der Schwenkwelle befestigbar. Hierdurch ist einem Gedanken an eine besonders einfach herstellbare Klappenanlage, die das Klappenelement aufweist, in besonderem Maße Rechnung getragen.
Eine weitere Ausgestaltung der Klappeneinheit sieht vor, dass die Hülse einen gerade kreiszylindrisch ausgebildeten Zylinderanteil aufweist, und die Wellenaufnahme an dem ersten seitlichen Ende eine mit dem Zylinderanteil korrespondierende Zylinderanteilaufnahme aufweist, durch welche der Hülsensitz gebildet ist. Das bedeutet, dass der Schaftanteil der Hülse als der Zylinderanteil ausgebildet sein kann, wodurch der Zylinderanteil und der Kopfanteil der Hülse fest aneinander fixiert sind. Insoweit hat die Hülse am Zylinderanteil eine gerade kreiszylindrische Außenumfangsfläche. Dabei weist die Zylinderanteilaufnahme gemäß dieser Ausgestaltung der Klappeneinheit eine gerade kreiszylindrische Innenumfangskontur auf. Beispielsweise ist die Wellenaufnahme an dem seitlichen Ende aufgebohrt. Die Wellenaufnahme kann abseits der Zylinderanteilaufnahme eine andere Innenumfangskontur aufweisen, zum Beispiel eine polygonale Innenumfangskontur, die insbesondere mit der Außenumfangskontur der Schwenkwelle korrespondiert. Jedenfalls hat die Wellenaufnahme an der Zylinderanteilaufnahme eine gerade, kreiszylindrische Innenumfangsfläche.
Die Außenumfangsfläche der Hülle, insbesondere des Zylinderanteils, und die Innenumfangsfläche des Hülsensitzes, insbesondere der Zylinderanteilaufnahme, grenzen entlang eines vollständigen Umfangs des Zylinderanteils direkt aneinander an. Hierdurch sind sowohl die Hülse als auch das Klappenelement besonders einfach herstellbar, wobei ein besonders zuverlässiger Sitz der Hülse in dem Klappenelement gewährleistet ist, da die Hülse nicht unbeabsichtigt senkrecht zur Längsmittenachse des Klappenelements aus der Wellenaufnahme ausweichen kann.
Einer weiteren Ausgestaltung der Klappeneinheit zufolge ist die Hülse zumindest teilweise aus einem Kunststoffwerkstoff ausgebildet. Bei dem Kunststoffwerkstoff handelt es sich um ein Thermoplast oder um ein Duroplast. Beispielsweise ist die Hülse aus einem Polyamid, insbesondere Polyamid 6.6 oder Polyamid 6, ausgebildet. Bei der Hülse kann es sich ferner um ein Kunststoffgussbauteil, insbesondere Kunststoffdruckgussbauteil, handeln. Die Hülse kann weiter additiv, beispielsweise mittels eines 3D-Druckens, hergestellt sein. Die Hülse ist so besonders stabil und dabei besonders leicht ausgebildet. Dies führt zu einer besonders maßeffizient ausgebildeten Klappeneinheit, wodurch das die Klappeneinheit aufweisende Kraftfahrzeug besonders kraftstoff- bzw. energieeffizient und/oder emissionsarm betreibbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Klappeneinheit ein an dem Hülsensitz ausgebildetes, klappenelementseitiges Rastelement auf, wobei die Hülse ein mit dem klappenelementseitigen Rastelement korrespondierendes, hülsenseitiges Rastelement aufweist. Die Hülse und das Klappenelement sind mittels einer Rastverbindung der miteinander zusammenwirkenden Rastelemente formschlüssig drehfest und translatorisch fest miteinander verbunden. So sind die Hülse und das Klappenelement besonders einfach - nämlich schon allein mittels der Rastverbindung - drehfest und translatorisch fest aneinander befestigt. Hieraus resultiert, dass die Hülse und das Klappenelement, zum Beispiel während eines Montierens einer die Hülse und das Klappenelement aufweisenden Vormontageanordnung, besonders effizient und sicher aneinander befestigbar sind.
Für einen besonders festen/zuverlässigen Halt der Hülse im Hülsensitz können an dem Hülsensitz und an der Hülse jeweils zwei gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildete Rastelemente angeordnet sein. Dabei sind die zwei Rastelemente der Hülse bzw. die zwei Rastelemente des Hülsensitzes entlang einer Hochachse des Klappenelements beidseitig des Klappenelements angeordnet. Das bedeutet, dass die jeweilige Hülse mittels zweier Rastverbindungen an dem Klappenelement, insbesondere in dem jeweiligen Hülsensitz, formschlüssig gehalten ist.
Bei dem klappenelementseitigen Rastelement handelt es sich insbesondere um eine Rastkeilaufnahme, wohingegen es sich bei dem hülsenseitigen Rastelement um einen Rastkeil handelt. Das hülsenseitige Rastelement, also beispielsweise der Rastkeil, und der Schaftanteil und/oder der Kopfanteil der Hülse sind insbesondere stoffschlüssig aneinander befestigt, zum Beispiel einstückig miteinander ausgebildet. Dabei korrespondieren die Rastkeilaufnahme und der Rastkeil zum Bilden der Rastverbindung miteinander formschlüssig. Mittels der die Rastkeilaufnahme und den Rastkeil aufweisenden Rastverbindung sind die Hülse und das Klappenelement formschlüssig aneinander befestigt, wobei ein translatorisches Bewegen der Hülse und des Klappenelements relativ zueinander ebenso gesperrt ist, wie ein Verdrehen der Hülse und des Klappenelements relativ zueinander.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Klappeneinheit eine am hülsenseitigen Rastelement ausgebildete Federeinrichtung auf, die unter einem Einsetzen der Hülse in den Hülsensitz spannbar ist. Die Federeinrichtung ist ferner entspannt, wenn die Hülse und das Klappenelement mittels der (jeweiligen) Rastverbindung verbunden sind. Insoweit ist das hülsenseitige Rastelement, insbesondere der Rastkeil, mittels der Federeinrichtung federnd gelagert. Etwa beim Bauen der Vormontageanordnung wird das hülsenseitige Rastelement in Richtung hin zur Längsmittenachse der Hülse gespannt, indem das hülsenseitige Rastelement bzw. der Rastkeil an der Innenumfangskontur des Hülsensitzes abgleitet. Unter einem Positionieren der Hülse in den Hülsensitz, wobei die Hülse in eine vorgegebene Endposition angeordnet wird, wird die Federeinrichtung entspannt, wodurch/wobei das hülsenseitige Rastelement und das klappenelementseitige Rastelement ineinander einrücken bzw. ineinander eingreifen. Beispielsweise greift der Rastkeil in die Rastkeilaufnahme ein, wenn die Hülse in den Hülsensitz gemäß der vorgegebenen Endposition angeordnet ist oder wird.
So ist das Schließen der Rastverbindung, insbesondere beim Herstellen bzw. Montieren der Vormontageanordnung, nochmals vereinfacht. Indem die Federeinrichtung im zusammengesetzten Zustand entspannt ist, ist des Weiteren die Rastverbindung gegen ein unbeabsichtigtes Lösen gesichert, da zum Lösen die Federeinrichtung (wieder) zu spannen wäre. Bei einer Klappenanlage, bei welcher die Schwenkwelle in der Wellenaufnahme angeordnet ist, und infolgedessen sich durch die Hülse hindurch erstreckt, ist durch die Schwenkwelle darüber hinaus ein Sperrelement für die Federeinrichtung gebildet, da das Spannen der Federeinrichtung in radialer Richtung hin zu der Längsmittenachse der Hülse aufgrund der durch die Hülse sich hindurch erstreckenden Schwenkwelle blockiert ist.
In weiterer Ausgestaltung ist die Federeinrichtung durch einen - insbesondere einen einzigen - in einem Wandelement des Zylinderanteils ausgebildeten materialfreien Bereich gebildet, der zum Beispiel durch einen Einschnitt in den Zylinderanteil, insbesondere in dessen Wandelement, gebildet sein kann. Des Weiteren ist es denkbar, dass der materialfreie Bereich bereits bei einem Herstellen, insbesondere Urformen, der Hülse ausgebildet wurde. Es handelt sich bei dem materialfreien Bereich insbesondere um einen Schlitz, durch welchen das Wandelement teilweise unterbrochen ist. Dabei ist der Schlitz bzw. der materialfreie Bereich parallel zu der Längsmittenachse der Hülse angeordnet. Indem die Federeinrichtung durch den materialfreien Bereich gebildet ist, ist ein zuverlässiger Sitz der Hülse in dem Hülsensitz nicht beeinträchtigt, wobei dennoch die Rastverbindung besonders aufwandsarm bzw. einfach herstellbar ist. Des Weiteren ist auf ein von der Hülse separat ausgebildetes Federelement in vorteilhafter Weise verzichtet, was den besonders einfachen bzw. besonders teilearmen Aufbau der Klappeneinheit nochmals unterstreicht.
Die Klappeneinheit weist - einer weiteren Ausgestaltung zufolge - ein an der Hülse, insbesondere an dem Zylinderanteil, ausgebildetes prismatisches Keilelement auf, wobei an dem Hülsensitz eine mit dem Keilelement korrespondierende Keilelementaufnahme ausgebildet ist. Bei dem Keilelement und der Keilelementaufnahme handelt es sich nicht um Elemente der zuvor beschriebenen Rastverbindung. Mit anderen Worten sind der Rastkeil und die Rastkeilaufnahme separat oder zumindest entfernt von dem Keilelement und der Keilelementaufnahme ausgebildet bzw. angeordnet. Genauso gut ist es denkbar, dass das Keilelement und die Keilelementaufnahme zusätzlich zu dem Rastkeil und der Rastkeilaufnahme als Teil der Rastverbindung ausgebildet sind.
Das Keilelement und die Keilelementaufnahme sind dabei insbesondere gemäß einem geraden Prisma ausgebildet, das eine polygonale Grundfläche hat, zum Beispiel ein Dreieck, das insbesondere gleichschenklig oder gleichseitig sein kann. Das Keilelement ist ein Körper, welcher von der Außenumfangsfläche der Hülse, insbesondere von der Außenumfangsfläche des Zylinderanteils, hervorspringt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Schaftanteil der Hülse und das Keilelement stoffschlüssig aneinander befestigt sind, zum Beispiel einstückig miteinander ausgebildet sind. Dahingegen ist die Keilelementaufnahme eine an der Innenumfangsfläche des Hülsensitzes ausgebildete Materialausnehmung, die sich ausgehend von der Längsmittenachse des Klappenelements bzw. der Wellenaufnahme radial nach außen in die Innenumfangsfläche hinein erstreckt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die die Keilelementaufnahme bildende Materialausnehmung das Klappenelement ausgehend von dessen Längsmittenachse radial nach außen hin vollständig durchdringt. Die Keilelementaufnahme bzw. die entsprechende Materialausnehmung wurde insbesondere mittels eines Fräsens und/oder eines anderen, insbesondere spanenden Fertigungsverfahrens gebildet, wobei es denkbar ist, dass die Keilelementaufnahme alternativ oder zusätzlich unter einem Urformen des Klappenelements zumindest teilweise bereitgestellt wurde.
Das Keilelement und die Keilelementaufnahme sind dazu ausgebildet, unter einem Einsetzen der Hülse in den Hülsensitz derart aneinander abzugleiten, dass unter dem Abgleiten die Hülse und das Klappenelement um eine gemeinsame Montageachse, bei welcher es sich insbesondere um die Längsmittenachse des Klappenelements handeln kann, relativ zueinander verdreht werden. Hierdurch sind die Hülse und das Klappenelement relativ zueinander in eine vorgegebene Winkelposition gedreht, wenn das Keilelement und die Keilelementaufnahme formschlüssig aneinander anliegen, indem die Hülse bestimmungsgemäß in den Hülsensitz eingesetzt ist. So ist die Klappeneinheit noch einfacher herstellbar. Zudem ist die Hülse noch zuverlässiger in dem Hülsensitz gehalten, insbesondere wenn sowohl die Rastelemente als auch das Keilelement / die Keilelementaufnahme vorgesehen sind.
In weiterer Ausgestaltung ist an einem zweiten der seitlichen Enden des Klappenelements bzw. der Wellenaufnahme ein weiterer (zweiter) Hülsensitz ausgebildet, wobei die Klappeneinheit eine weitere (zweite) Hülse aufweist, die in dem weiteren bzw. zweiten Hülsensitz angeordnet ist. Die zweite Hülse bzw. der zweite Hülsensitz ist insbesondere gleich der ersten Hülse bzw. gleich dem ersten Hülsensitz ausgebildet. Dabei sind die erste Hülse und die zweite Hülse zueinander spiegelbildlich angeordnet, wobei der erste Hülsensitz und der zweite Hülsensitz spiegelbildlich zueinander angeordnet sind. Damit ist das Klappenelement der Klappeneinheit besonders sicher und zuverlässig an/auf der Schwenkwelle befestigbar, wodurch die Klappeneinheit, insbesondere die die Klappeneinheit aufweisende Klappenanlage und/oder die die Klappeneinheit aufweisende Verbrennungskraftmaschine, besonders sicher betreibbar ist. Des Weiteren ist so für die Klappeneinheit nur eine Hülse einer einzigen Bauform vorzusehen, wodurch die besonders einfache Struktur bzw. Konstruktion der Klappeneinheit nochmals betont ist.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Klappenanlage für eine Verbrennungskraftmaschine. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Klappeneinheit sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Klappenanlage anzusehen und umgekehrt.
Die Klappenanlage weist eine gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildete Klappeneinheit auf sowie eine Schwenkwelle, die eine mit der polygonalen Innenumfangskontur der Hülse korrespondierende, polygonale Außenumfangskontur aufweist. Dabei ist die Schwenkwelle koaxial in der Wellenaufnahme angeordnet, wodurch die Hülse und infolgedessen das mit der Hülse formschlüssig verbundene Klappenelement drehfest mit der Schwenkwelle verbunden sind.
Insbesondere ist hierbei für einen besonders festen Sitz der Schwenkwelle in der Hülse bzw. in dem Klappenelement vorgesehen, dass die Schwenkwelle kraftschlüssig, insbesondere reibschlüssig direkt an der Innenumfangskontur der Hülse angrenzt, sodass zwischen der Innenumfangskontur der Hülse und der Außenumfangskontur der Schwenkwelle eine Presspassung ausgebildet ist. Hierzu ist - vor dem Anordnen der Schwenkwelle in die Hülse bzw. der Hülse auf die Schwenkwelle - ein Maß einer Querschnittsfigur der Schwenkwelle, etwa eine Kantenlänge, größer als ein mit dem Maß der Schwenkwelle korrespondierendes Maß der Innenumfangskontur der Hülse. Durch das Zusammensetzen der Schwenkwelle mit der Hülse, wobei die Schwenkwelle und die die Schwenkwelle umgreifende Hülse koaxial entlang der Längsmittenachse des Klappenelements relativ zueinander translatorisch bewegt werden, wird das an der Presspassung beteiligte Maß der Schwenkwelle komprimiert und/oder das an der Presspassung beteiligte Maß der Hülse expandiert, sodass die Maße jeweils in ein Presspassungsmaß verändert werden.
Bei der Klappenanlage kann des Weiteren eine Vielzahl von solchen Klappeneinheiten vorgesehen sein, die entlang der Schwenkwelle - die insbesondere eine gemeinsame Schwenkwelle für die Klappeneinheiten der Klappenanlage bildet - nebeneinander angeordnet sind. Das (jeweilige) Klappenelement ist in einem Strömungskanal - zum Beispiel der Verbrennungskraftmaschine - anordenbar, um bestimmungsgemäß eine Fluidströmung in dem Strömungskanal zu beeinflussen, etwa zu lenken, nachzulenken, zu sperren, freizugeben, mit einem Drall zu beaufschlagen etc.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Montieren einer gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Klappenanlage. Bei dem Verfahren werden das Klappenelement, die Hülse und die Schwenkwelle separat voneinander hergestellt bzw. bereitgestellt. Indem zunächst die Hülse in den Hülsensitz bzw. in die Wellenaufnahme des Klappenelements eingesetzt wird, wird eine Vormontageanordnung gebildet, die das Klappenelement und die in dem Klappenelement gehaltene Hülse aufweist. Es kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass diese Vormontageanordnung dann in den Strömungskanal eingesetzt wird. In einem weiteren Schritt wird die Schwenkwelle - insbesondere von außerhalb des Strömungskanals - durch die Vormontageanordnung bewegt, indem die Schwenkwelle durch die Hülse und infolgedessen durch die Wellenaufnahme bewegt wird. Indem die Schwenkwelle eine vorgegebene Endposition erreicht, wird zwischen der Außenumfangskontur der Schwenkwelle und der Innenumfangskontur der Hülse die Presspassung ausgebildet, wodurch das Klappenelement und die Schwenkwelle mittels der Hülse drehfest miteinander verbunden sind.
Des Weiteren ist gemäß der Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Strömungskanal und einer gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Klappenanlage vorgesehen. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Klappenanlage anzusehen und umgekehrt.
Das Klappenelement der Klappenanlage bzw. der Klappeneinheit ist in dem Strömungskanal der Verbrennungskraftmaschine zum Beeinflussen einer Fluidströmung in den Strömungskanal mittels der Schwenkwelle schwenkbar gelagert. Insbesondere ist die Verbrennungskraftmaschine als eine Hubkolbenmaschine ausgebildet. Die Verbrennungskraftmaschine ist zum Beispiel ein Traktionsmotor und/oder Generatorantrieb für ein Kraftfahrzeug. Es ist jedoch zu verstehen, dass die die Klappenanlage, insbesondere die Klappeneinheit, aufweisende Verbrennungskraftmaschine alternativ oder zusätzlich zum Automobilbereich bestimmungsgemäß in anderen Bereichen der Technik anwendbar bzw. einsetzbar ist.
Bei dem Strömungskanal kann es sich beispielsweise um einen Teil einer Auspuffanlage handeln, sodass durch die Klappenanlage, insbesondere die Klappeneinheit, eine Auspuffklappe der Auspuffanlage gebildet ist. Ferner kann der Strömungskanal Teil eines Ansaugtrakts zum Führen eines Verbrennungsgases sein, sodass es sich bei der Klappeneinheit um eine Drosselklappe und/oder um eine Drallklappe des Ansaugtrakts handelt. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei dem Strömungskanal um einen Teil einer Abgasrückführungseinrichtung handeln. Demnach ist durch die Klappeneinheit dann eine Drallklappe der Abgasrückführungseinrichtung gebildet. Die Verbrennungskraftmaschine mit der Klappenanlage, insbesondere mit dem Klappenelement, ist besonders sicher ausgebildet, da das Klappenelement besonders stabil bzw. verschleißfest ist, wodurch das Risiko eines Ansaugens von Bruchstücken des Klappenelements und infolgedessen das Risiko eines dadurch verursachten Motorschadens besonders gering ist.
Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug mit einer gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine anzusehen und umgekehrt. Das Kraftfahrzeug, bei welchem es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen und/oder Lastkraftwagen handeln kann, ist aufgrund der Klappenanlage besonders sicher ausgebildet.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in

1 einer perspektivischen Explosionsansicht eine Klappeneinheit;
2 in einer perspektivischen Ansicht einen Strömungskanalanteil, in dem die Klappeneinheit mittels einer Schwenkwelle schwenkbar gelagert ist; und
3 in einer entlang einer X-Y-Ebene geschnittenen Ansicht den Strömungskanalanteil mit der Klappeneinheit.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden werden eine Klappeneinheit 1 für eine Klappenanlage 2, die Klappenanlage 2, die für eine Verbrennungskraftmaschine 3 vorgesehen ist, sowie die Verbrennungskraftmaschine 3 und ein die Verbrennungskraftmaschine 3 aufweisendes Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) gemeinsam beschrieben. Des Weiteren geht aus der folgenden Beschreibung ein Verfahren zum Montieren der Klappenanlage 2 hervor.
1 zeigt in perspektivischer Explosionsansicht die Klappeneinheit 1, die ein metallisches Klappenelement 4 umfasst. Im vorliegenden Beispiel ist das metallische Klappenelement 4 ein Druckguss-Metallbauteil, was bedeutet, dass das Klappenelement 4 aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist. Vorliegend handelt es sich bei dem metallischen Klappenelement 4 um ein Aluminium-Druckguss-Bauteil, wobei es jedoch denkbar ist, dass alternativ oder zusätzlich zum Aluminium ein anderer Metallwerkstoff eingesetzt sein kann, etwa Messing, Stahl und/oder ein weiterer legierter oder unlegierter Metallwerkstoff. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Klappenelement 4 mittels eines additiven Herstellungsverfahrens urgeformt und/oder fertiggestellt wurde. So kann es sich bei dem metallischen Klappenelement 4 zum Beispiel um ein lasergesintertes oder 3D-gedrucktes Bauteil handeln. Ferner ist ein Herstellen oder Fertigstellen bzw. Finalisieren des Klappenelements 4 mittels eines spanenden Fertigungsverfahrens nicht ausgeschlossen.
In 1 ist des Weiteren zu erkennen, dass das Klappenelement 4 zwei seitliche Enden 5, 6, das heißt ein erstes Ende 5 und ein zweites Ende 6, aufweist. Die seitlichen Enden 5, 6, an welchen das Klappenelement 4 entlang einer Längsmittenachse 7 desselben endet, sind einander entgegengesetzt und voneinander beabstandet. Des Weiteren gilt im vorliegenden Beispiel, dass das Klappenelement 4 in Bezug auf eine X-Y-Ebene, eine X-Z-Ebene und auf eine Y-Z-Ebene ebenensymmetrisch ausgebildet ist.
Das Klappenelement 4 weist weiter eine gerade Wellenaufnahme 8 auf, die das Klappenelement 4 entlang dessen Längsmittenachse 7 koaxial vollständig durchdringt. Dabei mündet die Wellenaufnahme 8 entlang der Längsmittenachse 7 an dem jeweiligen Ende 5, 6 des Klappenelements 4 in eine Umgebung des Klappenelements 4. Das bedeutet, dass das jeweilige seitliche Ende 5, 6 ein jeweiliges seitliches Ende der Wellenaufnahme 8 bildet. Bei der Wellenaufnahme 8 handelt es sich weiter um einen materialfreien Bereich des Klappenelements 4. Die Wellenaufnahme 8 weist einen zwischen den Enden 5, 6 befindlichen Abschnitt 9 auf, der eine polygonale, vorliegend quadratische Innenumfangskontur 10 aufweist. Damit korrespondiert die Wellenaufnahme 8, insbesondere der die quadratische Innenumfangskontur 10 aufweisende Abschnitt 9, mit einer Außenumfangskontur 11 einer Schwenkwelle 12.
An wenigstens einem der seitlichen Enden 5, 6, vorliegend an beiden Enden 5, 6, ist ein jeweiliger Hülsensitz 13, 14 - das heißt ein erster Hülsensitz 13 und ein zweiter Hülsensitz 14 - ausgebildet, wobei der jeweilige Hülsensitz 13, 14 dazu konfiguriert ist, jeweils eine zu dem Klappenelement 4 separat ausgebildete Hülse 15, 16 formschlüssig aufzunehmen. Sind die Hülsen 15, 16 - das heißt eine erste Hülse 15 und eine zweite Hülse 16 - bestimmungsgemäß in dem jeweiligen Hülsensitz 13, 14 formschlüssig aufgenommen, ist eine Vormontageanordnung 17 für die Klappenanlage 2 gebildet. Lediglich der Einfachheit halber wird im Vorliegenden das seitliche Ende 5 als erstes seitliches Ende angesprochen, wohingegen das seitliche Ende 6 als zweites seitliches Ende angesprochen wird. Gleiches gilt in analoger Weise für die Hülsensitze 13, 14 und für die Hülsen 15, 16.
Da die Hülsen 15, 16 einander gleich ausgebildet sind, gelten die im Zusammenhang mit nur einer der Hülsen 15, 16 beschriebenen Merkmale ebenso für die entsprechend andere der Hülsen 15, 16. Des Weiteren sind die Hülsensitze 13, 14 einander gleich ausgebildet, sodass Merkmale, die lediglich im Zusammenhang mit einem der Hülsensitze 13, 14 beschrieben werden, ebenso für den entsprechend anderen der Hülsensitze 13, 14 gelten.
Die Hülse 15, 16 weist einen Kopfanteil 18 und einen fest damit verbundenen Schaftanteil 19 auf. Hierbei sind der Kopfanteil 18 und der Schaftanteil 19 miteinander einstückig ausgebildet. Die jeweilige Hülse 15, 16 ist aus einem Kunststoffwerkstoff gebildet. Das bedeutet, dass der jeweilige Kopfanteil 18 und der jeweilige Schaftanteil 19 jeweils aus dem Kunststoffwerkstoff gebildet sind. Bei dem Kunststoffwerkstoff handelt es sich um ein Thermoplast oder um ein Duroplast, insbesondere um ein Polyamid. Die jeweilige Hülse 15, 16 ist zum Beispiel mittels eines Kunststoffgießens, insbesondere Kunststoff-Druckgießens, oder mittels eines additiven Herstellungsverfahrens, etwa eines 3D-Druckens hergestellt. Ferner ist ein Herstellen oder Fertigstellen bzw. Finalisieren der jeweiligen Hülse 15, 16 mittels eines spanenden Fertigungsverfahrens nicht ausgeschlossen.
Die Hülse 15, 16 weist weiter eine Längsmittenachse 20 auf, die während des Zusammensetzens der Hülse 15, 16 mit dem Klappenelement 4 und bei der Vormontageanordnung 17 mit der Längsmittenachse 7 des Klappenelements 4 zusammenfällt. Des Weiteren sind entlang der Längsmittenachse 20 der Hülse 15, 16 der jeweilige Kopfanteil 18 und der jeweilige Schaftanteil 19 koaxial angeordnet. Dabei überragt der Kopfanteil 18 den Schaftanteil 19 in radialer Richtung nach außen und weist eine andere - nämlich eine polygonale - Außenumfangskontur auf als der Schaftanteil 19. Denn der Schaftanteil 19 ist im vorliegenden Beispiel als ein Zylinderanteil 21 ausgebildet, welcher gemäß einem geraden Kreiszylinder ausgebildet ist. Das bedeutet, dass der Schaftanteil 19 bzw. der Zylinderanteil 21 der Hülse 15, 16 eine Außenumfangskontur 22 aufweist, die einer Mantelfläche eines geraden Kreiszylinders entspricht. Innenumfangsseitig weist die jeweilige Hülse 15, 16 eine Innenumfangskontur 23 auf, die vorliegend gleiche Kantenlängen aufweist, wie die Innenumfangskontur 10 der Wellenaufnahme 8. Mit anderen Worten sind die Innenumfangskonturen 10, 23 gleich ausgebildet. Das bedeutet, dass die jeweilige Innenumfangskontur 23 der Hülse 15, 16 polygonal, vorliegend quadratisch, ausgebildet ist. Infolgedessen korrespondiert die Hülse 15, 16 innenseitig, das heißt mittels der quadratischen Innenumfangkontur 23, mit der Außenumfangskontur 11 der Schwenkwelle 12.
Die Wellenaufnahme 8 ist vorliegend an dem jeweiligen seitlichen Ende 5, 6 aufgebohrt, wodurch an dem jeweiligen seitlichen Ende 5, 6 der jeweilige Hülsensitz 13, 14 ausgebildet ist. Demnach handelt es sich bei dem Hülsensitz 13, 14 um eine Zylinderanteilaufnahme 24, die mit dem Zylinderanteil 21 der jeweiligen Hülse 15, 16 korrespondiert. Somit korrespondiert die jeweilige Hülse 15, 16 außenumfangseitig - insbesondere mittels des Schaftanteils 19 bzw. mittels des Zylinderanteils 21 - mit einer Innenseite 25 des jeweiligen Hülsensitzes 13, 14. Die Innenseite 25 des Hülsensitzes 13, 14 weist eine Innenumfangskontur 26 auf, die mit der jeweiligen Außenumfangskontur 22 der Hülse 15, 16 korrespondiert, sodass - wenn die jeweilige Hülse 15, 16 in die Wellenaufnahme 8, insbesondere in den jeweiligen Hülsensitz 13, 14, eingesetzt ist - der jeweilige Schaftanteil 19 außenumfangseitig direkt an der jeweiligen Innenseite 25 des entsprechenden Hülsensitzes 13, 14 anliegt. Bei der jeweiligen Innenseite 25 handelt es sich insbesondere um eine Innenumfangsfläche des jeweiligen Hülsensitzes 13, 14. Da in diesem Zustand, das heißt beispielsweise bei der Vormontageanordnung 17, die jeweilige Längsmittenachse 20 der entsprechenden Hülse 15, 16 und die Längsmittenachse 7 des Klappenelements 4 zusammenfallen, ist die jeweilige Hülse 15, 16 formschlüssig in den jeweiligen Hülsensitz 13, 14 eingesetzt.
Es kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Außenumfangskontur 22 der jeweiligen Hülse, 15, 16 und die jeweilige Innenumfangskontur 26 des jeweiligen Hülsensitzes 13, 14 alternativ gemäß einer anderen Querschnittsfigur als einem Kreis ausgebildet sind. In diesem Fall sind dann das Klappenelement 4 und die Hülsen 15, 16 relativ zueinander drehfest angeordnet, wenn die Hülsen 15, 16 bestimmungsgemäß in dem jeweiligen Hülsensitz 13, 14 angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich kann zum drehfesten Verbinden der Hülsen 15, 16 mit dem Klappenelement 4 vorgesehen sein, dass die Hülsen 15, 16 kraft-, form- und/oder stoffschlüssig in dem jeweiligen Hülsensitz 13, 14 mit dem Klappenelement 4 verbunden sind. Vorliegend ist eine Rastverbindung 27 vorgesehen, mittels derer die jeweilige Hülse 15, 16 formschlüssig drehfest und entlang der Längsmittenachse 7, 20 translatorisch fest in dem jeweiligen Hülsensitz 13, 14 arretiert ist. Hierzu weist das Klappenelement 4 an dem jeweiligen seitlichen Ende 5, 6 ein klappenelementseitiges Rastelement 28 auf, wobei die jeweilige Hülse 15, 16 ein mit dem klappenelementseitigen Rastelement 28 korrespondierendes hülsenseitiges Rastelement 29 aufweist. Dabei ist das klappenelementseitige Rastelement 28 an dem jeweiligen Hülsensitz 13, 14 ausgebildet, wobei es sich bei dem klappenelementseitigen Rastelement 28 vorliegend um eine Rastkeilaufnahme handelt. Demnach handelt es sich bei dem jeweiligen hülsenseitigen Rastelement 29 im vorliegenden Beispiel um einen Rastkeil, wobei die Rastkeilaufnahme und der Rastkeil miteinander korrespondieren, sodass die Rastverbindung 27 zwischen dem Klappenelement 4 und der jeweiligen Hülse 15, 16 geschlossen ist, wenn der Rastkeil in die Rastkeilaufnahme eingreift.
In diesem Zustand ist dann die Vormontageanordnung 17 gebildet, wobei die jeweilige Hülse 15, 16 und das Klappenelement 4 mittels der Rastverbindung 27 der miteinander zusammenwirkenden Rastelemente 28, 29 formschlüssig drehfest sowie translatorisch fest miteinander verbunden sind. Der jeweilige Rastkeil bzw. das jeweilige hülsenseitige Rastelement 29 ist vorliegend in Bezug auf die X-Y-Ebene kreisrund ausgebildet und weist eine Rampenfläche 30 auf, die schräg von der Außenumfangskontur 22 der jeweiligen Hülse 15, 16 hervorspringt. Das klappenelementseitige Rastelement 28 bzw. die Rastkeilaufnahme korrespondiert als kreisrunde Durchgangsöffnung mit dem Rastkeil bzw. mit dem hülsenseitigen Rastelement 29 zum Vermitteln der Rastverbindung 27.
In 1 ist weiter zu erkennen, dass die jeweilige Hülse 15, 16 in Bezug zur X-Y-Ebene ebenensymmetrisch ausgebildet ist, was bedeutet, dass die jeweilige Hülse 15, 16 beidseitig der X-Y-Ebene ein jeweiliges hülsenseitiges Rastelement 29, vorliegend einen jeweiligen Rastkeil, aufweist. Gleichermaßen ist das Klappenelement 4 gemäß der X-Y-Ebene ebenensymmetrisch ausgebildet, sodass das Klappenelement 4 beiderseits der X-Y-Ebene je ein klappenelementseitiges Rastelement 28 pro seitlichem Ende 5, 6 bzw. pro Hülsensitz 13, 14 aufweist. Insgesamt weist das Klappenelement 4 somit vier klappenelementseitige Rastelemente 28, das heißt Rastkeilaufnahmen auf.
Vorliegend ist das jeweilige hülsenseitige Rastelement 29 bzw. die jeweilige Rampenfläche 30 mittels einer Federeinrichtung 31 gelagert. Mit anderen Worten ist am hülsenseitigen Rastelement 29 die Federeinrichtung 31 ausgebildet. Im vorliegenden Beispiel ist die jeweilige Federeinrichtung 31 durch einen materialfreien Bereich bzw. durch einen Einschnitt 32 gebildet, der in/an dem Schaftanteil 19, insbesondere Zylinderanteil 21, der jeweiligen Hülse 15, 16 ausgebildet ist. Der jeweilige Einschnitt 32 kann insbesondere unter einem Urformen der jeweiligen Hülse 15, 16 bereitgestellt werden oder spanend und/oder spanlos an/in der jeweiligen Hülse 15, 16 ausgebildet werden. Der jeweilige Einschnitt 32 ist vorliegend als ein Schlitz bzw. eine Nut ausgebildet, welche den Schaftanteil 19 bzw. Zylinderanteil 21 der jeweiligen Hülse 15, 16 ausgehend von der jeweiligen Längsmittenachse 20 radial nach außen, das heißt vollständig von der Innenumfangskontur 23 bis zur Außenumfangskontur 22, durchdringt. Mit anderen Worten ist der Einschnitt 32 bzw. der Schlitz oder die Nut entlang des Radius der jeweiligen Hülse 15, 16 beidseitig offen und mündet einerseits an der Innenumfangskontur 23 und andererseits an der Außenumfangskontur 22. Einander flächenparallel gegenüberliegende bzw. einander entgegengesetzte Schlitzwände oder Nutwände des Einschnitts 32 sind durch ein Material des Schaftanteils 19 bzw. Zylinderanteils 21 gebildet. Des Weiteren ist ein Nutboden bzw. Schlitzboden des Einschnitts 32 ebenfalls durch das Material des Zylinderanteils 21 gebildet. Dahingegen ist der Schlitz bzw. der Einschnitt 32 entlang der Längsmittenachse 20 an einem Ende 33 der jeweiligen Hülse 15, 16 offen, wobei das offene Ende 33 der Hülse 15, 16 bzw. des Einschnitts 32 beim Montieren der Vormontageanordnung 17 dem Klappenelement zugewandt und von dem Kopfanteil 18 der jeweiligen Hülse 15, 16 abgewandt. Somit ist die jeweilige Hülse 15, 16 im Bereich des Kopfanteils 18, entlang des vollständigen Außenumfangs außenseitig geschlossen, wobei der Außenumfang der jeweiligen Hülse 15, 16 am Ende 33 durch den Einschnitt 32 außenseitig materialfrei unterbrochen ist.
In 1 ist des Weiteren erkennbar, dass die jeweilige Hülse 15, 16 jeweils zwei prismatische Keilelemente 34 umfasst. Dabei sind an dem jeweiligen Hülsensitz 13, 14, das heißt in/an dem Klappenelement 4, vier Keilelementaufnahmen 35 ausgebildet, wobei das jeweilige Keilelement 34 und die jeweilige Keilelementaufnahme 35 miteinander korrespondieren. Vorliegend sind die jeweilige Keilelementaufnahme 35 und das jeweilige Keilelement 34 gemäß einem geraden Dreiecksprisma ausgebildet, wobei das die Grundfläche des Dreiecksprismas bildende Dreieck ein gleichschenkliges Dreieck ist. Das die Grundfläche des Dreiecksprismas bildende Dreieck weist vorliegend gegenüber seiner Basis eine abgerundete Ecke auf.
Bei einem Zusammensetzen bzw. Montieren der Vormontageanordnung 17 gleitet die Rampenfläche 30 des Rastkeils bzw. des hülsenseitigen Rastelements 29 an der Innenseite 25 des Hülsensitzes 13, 14 bzw. der Wellenaufnahme 8 ab, wodurch - aufgrund der Schrägstellung der Rampenfläche 30 in Bezug zu der Innenseite 25 bzw. Innenumfangsfläche - die Federeinrichtung 31 gespannt wird. Dabei sind die jeweilige Hülse 15, 16 und die Hülsensitze 13, 14 gemeinsam koaxial zu der Längsmittenachse 7 des Klappenelements 4 angeordnet, sodass die zusammenfallenden Längsmittenachsen 7, 20 miteinander eine Montageachse 36 bilden. Werden die Hülsen 15, 16 und das Klappenelement 4 weiter entlang der Montageachse 36 aufeinander zubewegt, greift das Keilelement 34 in die geometrisch bzw. formschlüssig korrespondierende Keilelementaufnahme 35 ein. Dabei gleiten das Keilelement 34 und die Keilelementaufnahme 35 aneinander ab, wobei aufgrund deren dreiecksprismatischer Gestalt die Hülsen 15, 16 und/oder das Klappenelement 4 um die gemeinsame Montageachse 36 relativ zueinander verdreht werden. So werden die Hülsen 15, 16 und das Klappenelement 4 relativ zueinander unter dem Einsetzen der jeweiligen Hülse 15, 16 in den entsprechenden Hülsensitz 13, 14 relativ zueinander in eine vorgegebene Winkelposition verdreht, in welcher das Keilelement 34 und die Keilelementaufnahme 35 formschlüssig direkt aneinander anliegen. Des Weiteren liegen das Keilelement 34 und die Keilelementaufnahme 35 direkt formschlüssig aneinander an, wenn die jeweilige Hülse 15, 16, insbesondere deren Schaftanteil 19, bestimmungsgemäß vollständig im entsprechenden Hülsensitz 13, 14, insbesondere in der entsprechenden Zylinderanteilaufnahme 24, angeordnet ist. Dabei grenzen eine dem Klappenelement 4 zugewandte Stirnfläche des Kopfanteils 18 der jeweiligen Hülse und eine mit dieser Stirnfläche korrespondierende Stirnfläche des jeweiligen seitlichen Endes 5, 6 direkt aneinander an.
Sind also die Hülsen 15, 16 in den Hülsensitzen 13, 14 angeordnet und mittels der Rastverbindung 27 und/oder mittels des Keilelements 34 in Verbindung mit der Keilelementaufnahme 35 gegen ein Verdrehen in Bezug zu dem Klappenelement 4 und gegen ein translatorisches Bewegen entlang der Längsmittenachse 7 des Klappenelements 4 gesichert, ist die Vormontageanordnung 17 hergestellt bzw. montiert.
2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Strömungskanalanteil 37, in dem die Klappeneinheit 1 mittels der Schwenkwelle 12 schwenkbar gelagert ist. Hierzu wird die Klappeneinheit 1 bzw. die Vormontageanordnung 17 in den Strömungskanalanteil 37 eingesetzt und darin drehbar fixiert, indem die Schwenkwelle 12 (siehe auch 1) entlang der Montageachse 36 durch die erste Hülse 15, durch das Klappenelement 4 und durch die zweite Hülse 16 hindurchbewegt wird. Dadurch wird die Schwenkwelle 12 durch die Wellenaufnahme 8 hindurchbewegt, sodass das Klappenelement 4 einerseits direkt am Abschnitt 9 der Wellenaufnahme 8 formschlüssig an die Schwenkwelle 12 angrenzt. Zum anderen ist das Klappenelement 4 indirekt, das heißt mittels der Hülsen 15, 16, drehfest mit der Schwenkwelle 12 verbunden, indem die Hülsen 15, 16 direkt mit der Schwenkwelle 12 formschlüssig bzw. drehfest verbunden sind und die Hülsen 15, 16 drehfest und formschlüssig mit dem Klappenelement 4 verbunden sind. Dabei ist insbesondre vorgesehen, dass unter dem Einschieben bzw. Hindurchschieben der Schwenkwelle 12 durch die Hülsen 15, 16 bzw. durch die Wellenaufnahme 8 zwischen der Außenumfangskontur 11 der Schwenkwelle 12 und der Innenumfangskontur 23 der jeweiligen Hülse 15, 16 eine Presspassung gebildet wird. Das bedeutet, dass die Hülsen 15, 16 auf/an der Schwenkwelle 12 kraftschlüssig, insbesondere reibschlüssig, gehalten sind.
Durch den in 2 dargestellten Strömungskanalanteil 37 ist insbesondere eine Sauganlage 38 der Verbrennungskraftmaschine 3 teilweise gebildet. Mit anderen Worten umfasst die Verbrennungskraftmaschine 3 die Sauganlage 38, die einen Strömungskanal oder mehrere Strömungskanäle aufweist. Das bedeutet, dass es sich bei dem Klappenelement 4 vorliegend um eine Drallklappe der Sauganlage 38 bzw. für die Sauganlage 38 handelt. Die Verbrennungskraftmaschine 3 kann des Weiteren eine Vielzahl von Klappenanlagen 2, das heißt eine Vielzahl von Klappenelementen 4 aufweisen, wobei dann insbesondere vorgesehen ist, dass die Klappenanlagen 2 bzw. die Klappenelemente 4 entlang einer gemeinsamen Schwenkwelle 12 auf dieser bzw. an dieser angeordnet und gehalten sind.
Mit anderen Worten weist die Sauganlage 38 der Verbrennungskraftmaschine 3 (von welcher lediglich die Sauganlage 38 teilweise dargestellt ist) die Klappenanlage 2 auf, welche beispielsweise hergestellt bzw. montiert wird, indem die Vormontageanordnung 17 auf die Schwenkwelle 12 aufgeschoben oder indem die Schwenkwelle 12 in die Vormontageanordnung 17, insbesondere in/durch die Wellenaufnahme 8 und dabei in/durch die Hülsen 15, 16, eingeschoben wird.
3 zeigt in einer entlang der X-Y-Ebene geschnittenen Ansicht den Strömungskanalanteil 37 mit der Klappenanlage 2 bzw. dem Klappenelement 4, wobei besonders gut zu erkennen ist, wie die Innenumfangskontur 10 des Klappenelements 4 und die Außenumfangskontur 11 der Schwenkwelle 12 miteinander korrespondieren. Zudem ist in 3 zu erkennen, wie die Außenumfangskontur 11 der Schwenkwelle 12 und die Innenumfangskontur 23 der jeweiligen Hülse 15, 16 miteinander korrespondieren. Des Weiteren korrespondieren die Innenumfangskontur 26 des Klappenelements 4, insbesondere des Hülsensitzes 13, 14 und die Außenumfangskontur 22 der jeweiligen Hülse 15, 16 miteinander. Demnach ist das Klappenelement 4 besonders sicher auf der Schwenkwelle 12 drehfest gesichert, insbesondere, da zwischen der Schwenkwelle 12 und den Hülsen 15, 16 eine Presspassung ausgebildet ist, wobei die Hülsen 15, 16 - insbesondere mittels der Rastverbindung 27 - formschlüssig in das metallische Klappenelement 4, insbesondere in den Hülsensitzen 13, 14 gesichert sind.
Bei der Verbrennungskraftmaschine 3 handelt es sich insbesondere um einen Traktionsmotor des Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) bzw. für das Kraftfahrzeug.
Insgesamt zeigt die Erfindung, wie das metallische - insbesondere als Aluminium-Druckguss-Bauteil ausgebildete - Klappenelement 4 mittels der aus Kunststoff bzw. Polyamid gefertigten Hülsen 15, 16 zuverlässig und sicher drehfest an/auf der Schwenkwelle 12 fixierbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Klappeneinheit
2: Klappenanlage
3: Verbrennungskraftmaschine
4: Klappenelement
5: seitliches Ende
6: seitliches Ende
7: Längsmittenachse des Klappenelements
8: Wellenaufnahme
9: Abschnitt
10: Innenumfangskontur der Wellenaufnahme
11: Außenumfangskontur der Schwenkwelle
12: Schwenkwelle
13: Hülsensitz
14: Hülsensitz
15: Hülse
16: Hülse
17: Vormontageanordnung
18: Kopfanteil
19: Schaftanteil
20: Längsmittenachse der Hülse
21: Zylinderanteil
22: Außenumfangskontur der Hülse
23: Innenumfangskontur der Hülse
24: Zylinderanteilaufnahme
25: Innenseite
26: Innenumfangskontur des Hülsensitzes
27: Rastverbindung
28: klappenelementseitiges Rastelement
29: hülsenseitiges Rastelement
30: Rampenfläche
31: Federeinrichtung
32: Einschnitt
33: Ende
34: Keilelement
35: Keilelementaufnahme
36: Montageachse
37: Strömungskanalanteil
38: Sauganlage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008021536 A1 [0002]
DE 102010014045 A1 [0002]
DE 102004063017 A1 [0002]
DE 102007027123 A1 [0002]

Claims

Klappeneinheit (1) für eine Klappenanlage (2), mit einem metallischen Klappenelement (4), in welchem eine gerade Wellenaufnahme (8) ausgebildet ist, die das Klappenelement (4) vollständig durchdringt, wobei an einem seitlichen Ende (5, 6) der Wellenaufnahme (8) ein Hülsensitz (13, 14, 24) ausgebildet ist, und die Klappeneinheit (1) eine separat ausgebildete Hülse (15, 16) aufweist, die außenumfangsseitig mit einer Innenseite (25) des Hülsensitzes (13, 14, 24) korrespondiert und koaxial zu der Wellenaufnahme (8) in dem Hülsensitz (13, 14, 24) formschlüssig drehfest eingesetzt ist sowie eine polygonale Innenumfangskontur (23) aufweist.
Klappeneinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (15, 16) einen gerade kreiszylindrisch ausgebildeten Zylinderanteil (19, 21) aufweist, und die Wellenaufnahme (8) an dem seitlichen Ende (5, 6) eine mit dem Zylinderanteil (19, 21) korrespondierende Zylinderanteilaufnahme (24) aufweist, durch welche der Hülsensitz (13, 14) gebildet ist.
Klappeneinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (15, 16) aus einem Kunststoffwerkstoff ausgebildet ist.
Klappeneinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsensitz (13, 14, 24) ein klappenelementseitiges Rastelement (28) aufweist und die Hülse (15, 16) ein mit dem klappenelementseitigen Rastelement (28) korrespondierendes, hülsenseitiges Rastelement (29) aufweist, wobei die Hülse (15, 16) und das Klappenelement (4) mittels einer Rastverbindung (27) der zusammenwirkenden Rastelemente (28, 29) formschlüssig drehfest und translatorisch fest miteinander verbunden sind.
Klappeneinheit (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am hülsenseitigen Rastelement (29) eine Federeinrichtung (31) ausgebildet ist, die unter einem Einsetzen der Hülse (15, 16) in den Hülsensitz (13, 14, 24) spannbar ist und entspannt ist, wenn die Hülse (15, 16) und das Klappenelement (4) mittels der Rastverbindung (27) verbunden sind.
Klappeneinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (15, 16) eine prismatisches Keilelement (34) aufweist, und an dem Hülsensitz (13, 14, 24) eine mit dem prismatischen Keilelement (34) korrespondierende Keilelementaufnahme (35) ausgebildet ist, wobei das Keilelement (34) und die Keilelementaufnahme (35) dazu ausgebildet sind, unter einem Einsetzen der Hülse (15, 16) in den Hülsensitz (13, 14, 24) derart aneinander abzugleiten, dass unter dem Abgleiten die Hülse (15, 16) und das Klappenelement (4) um eine gemeinsame Montageachse (7, 20, 36) relativ zueinander verdreht werden, wodurch die Hülse (15, 16) und das Klappenelement (4) relativ zueinander in eine vorgegebene Winkelposition gedreht sind, wenn das Keilelement (34) und die Keilelementaufnahme (35) formschlüssig aneinander anliegen, indem die Hülse (15, 16) bestimmungsgemäß in den Hülsensitz (13, 14, 24) eingesetzt ist.
Klappeneinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem anderen seitlichen Ende (5, 6) der Wellenaufnahme (8) ein weiterer Hülsensitz (13, 14, 24) ausgebildet ist und die Klappeneinheit (1) eine weitere Hülse (15, 16) aufweist, die in dem weiteren Hülsensitz (13, 14, 24) angeordnet ist.
Klappenanlage (2) für eine Verbrennungskraftmaschine (3), mit einer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Klappeneinheit (1) und mit einer Schwenkwelle (12), die eine mit der polygonalen Innenumfangskontur (23) der Hülse korrespondierende, polygonale Außenumfangskontur (11) aufweist und koaxial in der Wellenaufnahme (8) angeordnet ist, wodurch die Hülse (15, 16) und infolgedessen das mit der Hülse (15, 16) formschlüssig verbundene Klappenelement (4) drehfest mit der Schwenkwelle (12) verbunden sind.
Verbrennungskraftmaschine (3) mit einem Strömungskanal (38) und einer gemäß Anspruch 8 ausgebildeten Klappenanlage (2), deren Klappenelement (4) in dem Strömungskanal (38) zum Beeinflussen einer Fluidströmung in dem Strömungskanal (38) mittels der Schwenkwelle (12) schwenkbar gelagert.
Kraftfahrzeug mit einer gemäß Anspruch 9 ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine (3).