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Die Erfindung betrifft eine Klappenanordnung
für Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen.
Insbesondere ist die Klappenanordnung für V-Motoren geeignet.
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Es ist bekannt, in Luftansaugkanälen von Brennkraftmaschinen
zur Beeinflussung des Strömungsverhaltens
der angesaugten Luft Drossel-, Drall- und/oder Tumbelklappen vorzusehen.
Durch derartige Klappen kann die Luftmenge sowie die Verwirbelung
der Luftströmung
gesteuert werden. Insbesondere bei V-Motoren ist der vorhandene Bauraum in
dem Bereich des Luftansaugkanalsystems, in dem derartige Klappen
angeordnet werden, sehr gering. Auf Grund des geringen vorhandenen
Platzes werden die Klappen beispielsweise an einer Seitenwand des
Kanals einseitig gelagert. Die einseitige Lagerung derartiger Klappen
ist äußerst aufwändig. Ferner
ist eine exakte Steuerung auf Grund der auftretenden Strömungskräfte im Kanal
schwierig. Dem gegenüber
sind mittig in dem Ansaugkanal gelagerte Klappen vorteilhaft, da
hierdurch eine im Wesentlichen symmetrische Strömung erzeugt werden kann. Die
Ansteuerung der Klappen erfolgt über
eine Betätigungseinrichtung,
wie einen Elektromotor. Hierzu ist eine Schaltwelle, die mit mindestens
einer Klappe verbunden ist, unmittelbar mit der Betätigungseinrichtung,
z.B. einer Hebelanordnung oder einem Getriebe der Betätigungseinrichtung
verbunden.
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Ferner ist das Vorsehen von Schaltklappen in
Luftansaugkanalsystemen bekannt. Schaltklappen dienen zur Variation
der Länge
von Ansaugkanälen. Ein aus
DE 196 14 474 bekanntes
Luftansaugkanalsystem weist für
jeden Zylinder einen spiralförmig verlaufenden
Luftansaugkanal auf. Hierbei erfolgt das Ansaugen der Luft über einen
zentralen, innerhalb der spiralförmigen
Ansaugkanäle
angeordneten Sammel-Einlasskanal. Durch den für sämtliche Luftansaugkanäle gemeinsam
vorgesehenen Sammel-Einlasskanal wird Luft angesaugt und über die einzelnen
Luftansaugkanäle
zur Brennkraftmaschine geleitet. Zum Verändern der Länge des Luftansaugkanals ist
ein Kurzschlusskanal vorgesehen. Dieser mit einer Schaltklappe öffen- und
verschließbare Kurzschlusskanal
ist mit dem Sammel-Einlasskanal und jeweils einem Luftansaugkanal
verbunden. Mehrere Schaltklappen sind ggf. über eine gemeinsame Welle miteinander
verbunden. Die Lagerung der Welle erfolgt in einem Kanalelement,
wie einem Gehäuseteil
des Luftansaugkanalsystems. Hierzu weist das Luftansaugkanalsystem
z.B. zwei Gehäusehälften auf,
wobei die Schaltwelle zwischen die Gehäusehälften eingelegt wird. Das Betätigen der
gemeinsamen Schaltwelle erfolgt ebenfalls über einen Elektromotor o.dgl.,
der wiederum unmittelbar oder über
einen Hebelmechanismus mit der Schaltwelle verbunden ist.
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Auf Grund von Fertigungstoleranzen
entstehen zwischen der Schaltwelle und dem Anschluss der Betätigungseinrichtung
oder ggf. an Hebeln etc., die die Betätigungseinrichtung umfaßt, Fluchtfehler. Sich
ergebende Toleranzen entstehen beispielsweise durch die Bearbeitung
der Gussteile bei Sandguss oder bei Druckgussteilen durch das Vorsehen
von Schiebern in verschiedenen Formhälften.
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Zum Ausgleich von Fluchtfehlern und
dem hierdurch hervorgerufenen Versatz zwischen der Betätigungseinrichtung
bzw. einem zu der Betätigungseinrichtung
gehörenden
Hebel und der Schwenkwelle ist es bekannt, eine Kupplung zum Ausgleich
des Versatzes vorzusehen. Das Vorsehen einer derartigen Kupplung,
beispielsweise einer Oldham-Kupplung, ist aus Platzgründen häufig nicht
möglich.
Ein Verbinden der Betätigungseinrichtung
bzw. eines Anschluss- oder
Verbindungsstücks
der Betätigungseinrichtung
mit der Schaltwelle erfor dert sodann ein Nachbearbeiten der einzelnen
Bauteile. Dies ist zeitaufwändig
und daher kostenintensiv.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Klappenanordnung zu schaffen, bei der Fertigungstoleranzen auf einfache
Weise und insbesondere mit geringem Platzbedarf ausgeglichen werden
können.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Patentanspruchs 1.
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Die erfindungsgemäße Klappenanordnung für Kraftfahrzeugbrennkraftmaschinen
weist mindestens eine Klappe auf, die mit einer Schaltwelle verbunden
ist. Vorzugsweise sind mehrere Klappen mit einer gemeinsamen Schaltwelle
verbunden. Die Schaltwelle ist mit einer Betätigungseinrichtung, wie einem
Elektromotor o.dgl., verbunden, wobei die Verbindung über ein
zwischengeschaltetes Getriebe oder geeignete Antriebshebel, erfolgen
kann. Um den durch Fertigungstoleranzen ggf. auftretenden Versatz
zwischen der Schaltwelle und der Betätigungseinrichtung bzw. einem
Anschlusselement der Betätigungseinrichtung,
wie dem Antriebshebel, auszugleichen, ist erfindungsgemäß ein stabförmiges Versatzausgleichselement
vorgesehen. Bei dem stabförmigen
Versatzausgleichselement handelt es sich um ein Zwischenelement
zwischen der Schaltwelle und der Betätigungseinrichtung bzw. eines
Antriebshebels o.dgl. der Betätigungseinrichtung.
Durch die stabförmige
Ausgestaltung und geeignete Anschlusselemente an der Schaltwelle
und/oder der Betätigungseinrichtung
kann ein Versatz ausgeglichen werden.
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Gegenüber einer Kupplung weist das
erfindungsgemäße stabförmige Versatzausgleichselement
den wesentlichen Vorteil auf, dass der Platzbedarf erheblich geringer
ist. Ferner ist die Montage eines einzelnen stabförmigen Elements,
das z.B. in entsprechende Aufnahmen an der Schaltwelle und/oder
der Betätigungseinrichtung
einsteckbar ist, erheblich einfacher.
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Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform
ist das Versatzausgleichselement mit der Schwenkwelle und/oder der
Betätigungseinrichtung über eine
Aufnahme, die an der Schwenkwelle oder der Betätigungseinrichtung vorgesehen
ist, verbindbar. Bei der Aufnahme handelt es sich vorzugsweise um
eine Steckverbindung, wobei vorzugsweise hierbei jeweils an der
Schwenkwelle und/oder der Betätigungseinrichtung
eine Aufnahme vorgesehen ist. Hierdurch ist die Montage weiter vereinfacht.
Das stabförmige
Versatzausgleichselement weist zum Verbinden vorzugsweise eine kopfartige
Erweiterung auf, die in eine als Aufnahme dienende Ausnehmung einsteckbar
ist. Beim Einstecken wird vorzugsweise die Aufnehmung elastisch
aufgeweitet, so dass die Aufnahme die kopfartige Erweiterung nach
dem Einstecken hintergreift. Dies hat zur Folge, dass das Versatzausgleichselement
nicht aus der Aufnahme heraus rutschen kann, sondern eine vorgegebene
definierte Kraft erforderlich ist, um das Versatzausgleichselement
aus der Aufnahme heraus zu ziehen.
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Um eine als Aufnahme dienende Ausnehmung
elastisch aufweitbar auszubilden, kann diese beispielsweise radial
geschlitzt sein. Anstatt einer elastisch verformbaren Aufnahme oder
zusätzlich
zu dieser kann auch das Versatzausgleichselement elastisch ausgebildet
sein. Hierzu kann beispielsweise die kopfartige Erweiterung des
Versatzausgleichselements aus geeignetem elastisch verformbaren Kunststoff
o.dgl. hergestellt sein und/oder das Versatzausgleichselement in
diesem Bereich beispielsweise Schlitze aufweisen. Anstatt eine das
Versatzausgleichselement umgreifende, d.h. außen am Versatzausgleichselement
anliegende Aufnahme vorzusehen, kann die Verbindung auch umgekehrt
erfolgen, so dass beispielsweise die Schaltwelle einen kopfartigen
oder kugelartigen Ansatz aufweist, der von einem Ansatz des Versatzausgleichselements umgriffen
wird.
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Das erfindungsgemäße stabförmige Versatzausgleichselement
ist zum Ausgleich des Versatzes vorzugsweise im Wesentlichen um
eine senkrecht zur Längsachse
der Schwenkwelle laufende Achse kippbar. Hierdurch kann ein Versatz
zwischen der Längsachse
der Schwenkwelle und der Betätigungsein richtung
bzw. eines Antriebshebels o.dgl. der Betätigungseinrichtung überbrückt bzw.
ausgeglichen werden.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die Verbindung zwischen dem Versatzausgleichselement und der
Schwenkachse oder der Betätigungseinrichtung über ein
Verbindungselement realisiert, das torsionssteif, aber biegbar ist.
Vorzugsweise ist das Verbindungselement, beispielsweise einstöckig mit
der Schaltwelle oder einstückig
mit der Betätigungseinrichtung
verbunden. Wenn das Verbindungselement beispielsweise aus Kunststoff
hergestellt ist, kann die Verbindung zwischen dem stabförmigen Versatzausgleichselement
und beispielsweise dem Antriebshebel über eine Kunststoffband oder
Kunststoffsteg erfolgen. Da das Versatzausgleichselement bei dieser
Ausführungsform
torsionssteif und äußerst flexibel
mit der Betätigungseinrichtung
bzw. einem Bauteil der Betätigungseinrichtung oder
der Schwenkwelle verbunden ist, ist die Montage vereinfacht, da
nur eine Verbindung montiert werden muss. Bei dieser Verbindung
handelt es sich sodann vorzugsweise um die vorstehend beschriebene Verbindung
zwischen einer Aufnahme und einer beispielsweise kopfartigen Erweiterung
des Versatzausgleichselements, so dass das Versatzausgleichselement
lediglich in die Aufnahme eingesteckt werden muss.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform,
die mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden
kann, ist das stabförmige
Versatzausgleichselement selbst um eine im Wesentlichen senkrecht
zu seiner Längsachse
verlaufenden Biegeachse biegbar und im Wesentlichen torsionssteif
ausgebildet. Der durch Fertigungstoleranzen hervorgerufene Versatz
kann somit durch ein leichtes Biegen des Versatzausgleichselementes
ausgeglichen werden. Auch bei einem derartigen Versatzausgleichselement
ist die Montage gegenüber
der Montage einer Kupplung erheblich vereinfacht. Ferner ist der
erforderliche Platzbedarf geringer.
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Wenn das Versatzausgleichselement
selbst um die Biegeachse biegbar ist, ist es möglich, die Anschlussstücke bzw.
Verbindungselemente zwischen der Schaltwelle und dem Versatzausgleichselement bzw.
zwischen der Betätigungseinrichtung
und dem Versatzausgleichselement zueinander parallel verschoben
anzuordnen. Dies hat zur Folge, dass eine Kippbarkeit der Anschlussstücke in einer
Aufnahme der Welle bzw. der Betätigungseinrichtung
nicht erforderlich ist. Die Anschlussstücke können somit einfacher gestaltet
sein. Beispielsweise ist eine einfache Rastverbindung o.dgl. ausreichend.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer
bevorzugter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Klappenanordnung,
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2 eine
schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II in 1,
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3 eine
schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Klappenanordnung,
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4 eine
schematische Draufsicht einer Explosionszeichnung einer dritten
Ausführungsform,
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5 eine
schematische perspektivische Ansicht der dritten Ausführungsform
in Explosionsdarstellung und
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6 eine
schematische perspektivische Ansicht eines Teils der Dritten Ausführungsform
in Explosionsansicht.
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Eine Klappenanordnung (1) weist eine Klappe 10,
beispielsweise eine Schalt-, Drall- oder Tumbleklappe, auf. Die
Klappe 10 ist mit einer Schaltwelle 12 verbunden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Schaltwelle 12 als Ansatz einstückig mit der Klappe 10 verbunden,
wobei mehrere Klappen 10 über die gemeinsame Schaltwelle 12 miteinander
verbunden sind. Die Schaltwelle 12 ist in Lagerteilen 14 gelagert
und in einem Gehäuse 16 angeordnet.
Mit der Schaltwelle 12 ist das erfindungsgemäße stabförmige Versatzausgleichselement 18 verbunden.
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Das Versatzausgleichselement 18 ist
ferner mit einem in dem Gehäuse 16 gelagerten
Antriebshebel 20 verbunden, der Teil einer Betätigungseinrichtung
ist. Die Betätigungseinrichtung
umfasst ferner einen elektrischen Stellmotor o.dgl. Zwischen einem zylindrischen
Ansatz 22 des Antriebshebels 20 und dem Gehäuse 16 ist
eine umlaufende Dichtung 24 vorgesehen.
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Das stabförmige Versatzausgleichselement 18 weist
im dargestellten Ausführungsbeispiel
an jedem Ende einen Kopf bzw. eine Erweiterung 26 auf. Der
mit der Welle 12 verbundene Kopf 26 ist innerhalb
einer im dargestellten Ausführungsbeispiel
als Ausnehmung ausgebildeten Aufnahme 28 angeordnet. Der
Kopf 26 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Sechskant
ausgebildet und weist somit sechs Rotationsübertragungsflächen 30 (2) auf. Die Rotationsübertragungsflächen 30,
von denen beispielsweise 4, 6, 8, 10, 12 etc. vorgesehen sein können, ermöglichen
eine Übertragung
einer Drehbewegung des Versatzausgleichselements 18 um dessen
Längsachse 32.
Zur Übertragung
der Dreh- bzw. Schwenkbewegung des Versatzausgleichselements 18 auf
die Schaltwelle 12 weist die Aufnahme 28 ebenfalls
einen regelmäßigen sechseckigen Querschnitt
auf (2).
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Um das Versatzausgleichselement 18 auf einfache
Weise mit der Schaltwelle 12 verbinden zu können, weist
die Schaltwelle 12 Schlitze 34 auf, so dass die
Schaltwelle 12 in diesem Bereich durch Eindrücken des
Kopfes 26 elastisch aufgeweitet und bei vollständig eingesetztem
Kopf 26 in die Ausgangsstellung zurück gelangt.
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Um einen Versatz zwischen der Längsachse bzw.
der Rotationsachse 36 der Schaltwelle 12 und einer
Rotationsachse 38 des Antriebshebels 20 ausgleichen
zu können,
sind die beiden Köpfe 26 des Versatzausgleichselements 18 in
der Aufnahme 28 der Welle 12 sowie in einer Aufnahme 40 des
Antriebshebels 20 jeweils in Richtung eines Pfeils 42 bzw. 44 schwenkbar.
Hierzu sind die Rotationsübertragungsflächen 30 in
Längsrichtung
des Versatzausgleichselements 18 gekrümmt (1). Die Aufnahme 28 in der Welle 12 weist
zu den sechs Rotationsübertragungsflächen komplementär gekrümmte Flächen auf.
Das Versatzausgleichselement 18 ist somit um eine senkrecht
zur Längsachse 46 des
Versatzausgleichselements 18 verlaufende Achse 48 bzw. 50 schwenkbar.
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Die Aufnahme 40 in dem Antriebshebel 20 sowie
der Kopf 26 des Versatzausgleichselements, der in der Aufnahme 40 gehalten
ist, sind entsprechend dem gegenüberliegenden
Kopf 26, der an der Aufnahme 40 der Welle angeordnet
ist, ausgebildet.
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Die Aufnahme 40 ist, um
ein elastisches Aufweiten zu ermöglichen,
ebenfalls geschlitzt.
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Um den Bauraum möglichst gering zu halten, ist
der Ansatz 22 des Antriebshebels 20, der zur Lagerung
des Antriebshebel 20 in dem Gehäuse 16 dient, als
Hohlzylinder ausgebildet, so dass insbesondere mehr als die Hälfte der
Länge des
Versatzausgleichselements innerhalb des Antriebshebels 20 angeordnet
ist.
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Die zweite bevorzugte Ausführungsform (3) unterscheidet sich von
der ersten Ausführungsform
(1 und 2) lediglich durch die Verbindung zwischen
dem Antriebshebel 20 und dem Versatzausgleichselement 18.
Identische und ähnliche Bestandteile
der Ausführungsform
sind somit mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Das Versatzausgleichselement 18 ist
im dargestellten Ausführungsbeispiel
unmittelbar mit dem Antriebshebel 20 verbunden. Hierzu
ist anstatt des Kopfes 26 ein Verbindungselement 52,
das filmartig ausgebildet sein kann, vorgesehen. Das Verbindungselement
ist torsionssteif, so dass ein Drehen oder Schwenken des Antriebshebels 20 auf
die Welle 12 übertragen
wird. Das Verbindungselement 52, das vorzugsweise aus Kunststoff
hergestellt ist, ist jedoch verbiegbar, so dass ein Schwenken in
Richtung eines Pfeils 54 möglich ist. Hierdurch kann ein
Versatz der Welle 12 sowie des Antriebshebels 20 ausgeglichen werden.
Selbstverständlich
ist auch ein Ausgleich des Versatzes senkrecht zur Zeichenebene
möglich. Das
Verbindungselement, dessen Dicke vom verwendeten Material abhängt, um
eine entsprechende Biegbarkeit zu ermöglichen, kann beispielsweise
geschlitzt sein oder als durchgehender umlaufender Ring ausgebildet
sein. Um eine geeignete Biegbarkeit zu ermöglichen, ist das Versatzausgleichselement 18 im
Bereich des Verbindungselementes 52 hohl ausgebildet.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Klappenanordnung
(4-6) erfolgt der Versatzausgleich nicht durch
ein in einem Winkel angeordnetes stabförmiges Versatzausgleichselement 18,
sondern durch ein stabförmiges
biegbares, aber torsionssteifes Versatzausgleichselement 56.
Das Versatzausgleichselement 56 ist derart ausgebildet,
dass die beiden Anschlussstücke 58, 60,
die zum Verbinden mit einer Betätigungseinrichtung 62 bzw.
der Welle 12 dienen, parallel zueinander verschiebbar sind,
wobei ein Zwischenstück 64 des
Versatzausgleichselements 56 gebogen wird. Beispielsweise
würde das
im dargestellten Ausführungsbeispiel
kopfförmige
Anschlussstück 60 in 4 parallel nach oben geschoben, während die
Lage des Anschlussstückes 58 unverändert bleibt.
Um die entsprechende Biegung im Zwischenstück 64 zu ermöglichen,
weist das Zwischenstück 64 Biegebereiche 66 auf.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Zwischenstück 64 teilweise mäanderförmig. Es
ist somit möglich,
mit dem Versatzausgleichselement 56 die Schaltwelle 12 mit
einem Anschlussstück
der Betätigungseinrichtung 62 bzw.
eines zwischengeschalteten Antriebshebels o.dgl. zu verbinden, obwohl
die Rotationsachse 36 der Welle 12 versetzt zu
der Rotationsachse 38 des Antriebshebels bzw. der Betätigungseinrichtung 62 angeordnet
ist.
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Das Versatzausgleichselement 56 ist
somit um eine senkrecht zu seiner Längsachse 68 verlaufende
Biegeachse biegbar.
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Das Anschlussstück 60 entspricht in
der Ausgestaltung dem Kopf 26 des Versatzausgleichselements 18 (1). Hierdurch ist ein zusätzliches Schwenken
des Versatzausgleichselements 56 bezogen auf die Welle 12 und
somit ein weiteres vereinfachtes Ausgleichen des Versatzes möglich.
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Das Anschlussstück 58 ist als herkömmliche Rast-
oder Schnappverbindung ausgestaltet, kann jedoch ebenfalls entsprechend
dem Kopf 60 ausgestaltet sein.