DE10317505A1

DE10317505A1 - Verschlusseinrichtung für einen durchströmten Kanal

Info

Publication number: DE10317505A1
Application number: DE2003117505
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr.-Ing. Capellmann; Wolfgang Dr.-Ing. Korte; Götz von Dr. Esebeck
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2005-01-20

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verschlusseinrichtung für einen durchströmten Kanal (1) mit einer Schaltklappe (3) und einer an dieser angebrachten Anbindung (4) für einen Aktuator. DOLLAR A Um eine Verschlusseinrichtung für einen durchströmten Kanal (1) derart auszubilden, dass deren Schaltklappe (3) bei ausreichender Steifigkeit und Großserientauglichkeit eine Verwirklichung von hohen Schaltzeiten ermöglicht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Schaltklappe (3) mindestens eine Rippe (5 bis 7, 9 bis 11) und/oder mindestens eine schalenförmige Wölbung (8, 14) aufweist und im Wesentlichen aus einem Polyaryletherketon (PAEK) oder einem seiner Derivate besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verschlusseinrichtung für einen durchströmten Kanal gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur Optimierung von Ladungswechselvorgängen bei Hubkolbenmotoren können Verschlusseinrichtungen in Form von Schaltklappen im Saugrohr vorgesehen werden, die im zylindernahen Ansaugbereich des Motors direkt vor dem Einlassventil die Luftzufuhr in den Brennraum steuern. Durch schnelle Schaltzyklen der Klappen kann über die sogenannte Impulsaufladung eine höhere Luftaufladung erzielt werden.

Aus der DE 101 40 706 A1 ist eine gattungsgemäße Verschlusseinrichtung bekannt, die in einem Einlasskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die Verschlusseinrichtung umfasst eine Schaltklappe die über eine Welle mit einer Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung verbunden ist. Die Schaltklappe ist im wesentlichen aus einem extrem leichten und steifen Werkstoff, insbesondere aus lang- oder endlosfaserverstärkten Kunststoffen (CFK oder GFK) hergestellt. Nachteilig dabei ist, dass eine derartige CFK- oder GFK-Klappe erstens keine großserientaugliche Lösung darstellt, da derzeit die Herstellung einer solchen Klappe aus CFK oder GFK nur mit großem manuellen Fertigungsaufwand möglich ist. Dies führt zu einer teuren und damit unwirtschaftlichen Fertigung. Zweitens bestehen wesentliche geometrische Einschränkungen bei der Konstruktion mit CFK oder GFK, bedingt durch die spezielle Verarbeitung, so dass konstruktionsbedingt keine ausreichende Steifigkeit der Klappe zur Verwirklichung eines ausreichend dichten Verschlusses des durchströmten Kanales bei hohen Schaltfrequenzen möglich ist. Desweiteren ist konstruktions- und werkstoffbedingt ein Versagen des Bauteils infolge der hohen dynamischen Belastung möglich.

Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird noch auf die MTZ 12/2001 Jahrgang 62S. 998 ff verwiesen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Verschlusseinrichtung bereitzustellen, deren Schaltklappe bei ausreichender Steifigkeit und Großserientauglichkeit eine Verwirklichung von hohen Schaltfrequenzen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gegebenen Merkmale gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt aufgrund von Materialauswahl und Geometrie in der erhöhten Steifigkeit der Schaltklappe. Die Herstellung der Klappe aus einem Polyaryletherketon (PAEK) oder einem seiner Derivate vorzugsweise Polyetherketon (PEK) oder Polyetheretherketon (PEEK) in Verbindung mit mindestens einer Rippe und/oder mindestens einer Verwölbung führt zu einer erhöhten Steifigkeit der Klappe. Hierdurch wird gleichzeitig die Dichtigkeit optimiert und damit eine geringere Leckage bei geschlossener Klappe erreicht. Vorteilhafterweise kann eine weitere Steifigkeitserhöhung durch eine Faserverstärkung des PAEK bzw. seiner Derivate erfolgen, z.B. durch Kohlenstoff- oder Glasfasern.

Die Materialauswahl für die Klappe in Verbindung mit der konstruktiven Ausgestaltung der Schaltklappe ermöglicht vorteilhafterweise eine Herstellung der Klappe durch Spritzgießen, insbesondere eine wirtschaftliche Serienherstellung der Schaltklappe in großen Stückzahlen. Die Schaltklappe kann mittig angespritzt werden, wodurch sich eine Faserausrichtung ergibt, die der Hauptbeanspruchungsrichtung des Bauteils entspricht. Hierdurch wird die versteifende Wirkung der Fasern optimal ausgenutzt. Das mittige Anspritzen des Bauteils im Bereich der vergleichsweise dicken Nabe führt zu einer ausreichenden Nachdruckversorgung beim Spritzgießen und damit zur Minimierung von Schwindung und Verzug. Bindenähte entstehen nur an unkritischen Stellen.

Die erfindungsgemäße Schaltklappe ermöglicht aufgrund der Werkstoffauswahl und der Geometrie eine derartige Ausgestaltung, dass der Randbereich der Klappe dünner als der Rest der Klappe ausgeführt sein kann und die Steifigkeit und somit auch die Dichtigkeit der Klappe nicht darunter leiden. Dadurch kann Masse eingespart werden, was vorteilhafterweise eine verringerte Massenträgheit nach sich zieht und somit die Öffnungs- und Schließzeit der Klappe reduziert.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden in 3 Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert, und zwar zeigen:
1 ein Modell der Verschlusseinrichtung mit einer in einem Kanal angeordneten Schaltklappe und einer an dieser angebrachten Anbindung für einen Aktuator, wobei die Schaltklappe Rippen aufweist,
2 eine Schaltklappe mit Rippen und einer schalenförmigen Wölbung, und
3 eine aus zwei aneinandergefügten, einen Hohlraum bildenden Schalen gefertigte Schaltklappe.
Der Einfachheit halber werden in den 2 und 3 für übereinstimmende Bauelemente aus 1 die dort verwendeten Bezugszeichen übernommen.
1 zeigt einen durchströmten Kanal 1, in welchem zur Steuerung der Durchflussmenge eine erfindungsgemäße Verschlusseinrichtung 2 angeordnet ist. Beim durchströmten Kanal handelt es sich um einen Einlasskanal 1 einer Brennkraftmaschine, wobei die Verschlusseinrichtung 2 stromauf eines hier nicht sichtbaren Einlassventiles angeordnet ist.
Die Verschlusseinrichtung umfasst eine Schaltklappe 3 und eine an dieser angebrachten Anbindung 4, welche zur Kraftübertragung der Schaltkraft von einem nicht dargestellten Aktuator auf die Schaltklappe 3 dient. Als Aktuatoren sind alle schnell schaltenden Mechanismen denkbar, die in der Lage sind die Klappe 3 in weniger als drei Millisekunden zu öffnen und zu schliessen. Als Anbindung dient im vorliegenden Fall eine mit der Schaltklappe 3 verbundene Welle 4.
Die Schaltklappe 3 ist in einem geöffneten Zustand dargestellt. Die Schaltklappe 3 schwingt rotatorisch um eine Achse, die durch die Längsachse der Welle 4 gebildet wird, herum von einer Schließstellung in eine Offenstellung. In der Schließstellung wird der Durchflussquerschnitt des Kanales 1 luftdicht abgedichtet.
Um eine ausreichende Steifigkeit der Schaltklappe 3 bei hohen Schaltfrequenzen zu ermöglichen, weist die Schaltklappe 3 er findungsgemäß mindestens eine Rippe 5 bis 7 (1) und 9 bis 11 (2) und/oder mindestens eine schalenförmige Wölbung 8 (2 und 3) und 14 (3) auf und besteht im wesentlichen aus einem Polyaryletherketon (PAEK) oder einem seiner Derivate, vorzugsweise Polyetherketon (PEK) oder Polyetheretherketon (PEEK). Zusätzlich können Verarbeitungshilfsstoffe, eigenschaftsmodifizierende Zusätze wie z.B. Kohlenstofffasern oder Glasfasern zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit der Klappe (3) und/oder farbgebende Mittel wie z.B. Pigmente enthalten sein.
Die Herstellung der PAEK-Schaltklappe 3 ist mit unterschiedlichen Geometrien möglich. Nachfolgend sollen einige Varianten, zum Teil bildhaft, aufgeführt werden. Die erste Variante, bei der die Schaltklappe 3 Rippen 5 bis 7 aufweist, ist bereits aus 1 bekannt. 2 zeigt in einer zweiten Variante eine Schaltklappe 3 mit Rippen 9 bis 11 und einer schalenförmigen Wölbung 8. 3 zeigt in einer dritten Variante eine aus zwei aneinandergefügten, einen Hohlraum bildenden Schalen 12 und 13 gefertigte Schaltklappe 3. In einer vierten Variante weist die Schaltklappe 3 nur eine schalenförmige Wölbung auf, in welcher gemäß einer fünften Variante ein umspritzter Kern angeordnet ist. Desweiteren können auch Einlegeteile in der Schaltklappe vorhanden sein. Im übrigen können auch noch weitere hier nicht explizit erwähnte oder gezeigte Ausführungen möglich sein.

Claims

Verschlusseinrichtung für einen durchströmten Kanal (1) mit einer Schaltklappe (3) und einer an dieser angebrachten Anbindung (4) für einen Aktuator, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltklappe (3) mindestens eine Rippe (5 bis 7, 9 bis 11) und/oder mindestens eine schalenförmige Wölbung (8, 14) aufweist und im wesentlichen aus einem Polyaryletherketon (PAEK) oder einem seiner Derivate besteht.
Verschlusseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltklappe (3) aus einem kohlenstoff- oder glasfaserverstärkten Polyaryletherketon (PAEK) besteht.
Verschlusseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltklappe (3) aus Polyetherketon (PEK) oder Polyetheretherketon (PEEK) besteht.
Verschlusseinrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltklappe (3) aus faserverstärktem Polyetherketon (PEK) oder faserverstärktem Polyetheretherketon (PEEK) besteht.
Verschlusseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltklappe (3) aus zwei aneinandergefügten, einen Hohlraum bildenden Schalen (12, 13) besteht.
Verschlusseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltklappe (3) einen umspritzten Kern aufweist.
Verschlusseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltklappe (3) Einlegeteile aufweist.
Verschlusseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltklappe (3) durch Spritzgießen herstellbar ist.
Verwendung einer Verschlusseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Einsatz insbesondere in einem Einlasskanal einer Brennkraftmaschine, wobei die Verschlusseinrichtung (2) stromauf eines Einlassventiles angeordnet ist.