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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Veränderung des freien Durchlaßquerschnittes
eines kanalförmigen
Elementes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Einrichtungen
der gattungsgemäßen Art
sind bekannt. So zeigt zum Beispiel WO91/13245 eine derartige Einrichtung,
bei der die korrespondierenden Formmerkmale jeweils sechseckige
Querschnitte der Welle beziehungsweise der Ausnehmung der Klappe
sind. Bei
GB 1 061 651 und
US 2 529 572 werden die
korrespondierenden Formmerkmale dadurch erzeugt, daß die Welle
in die Ausnehmung der aus Kunststoff bestehenden Klappe eingepreßt wird und
diese dabei verformt. Aus
JP
0 830 3611 A ist eine Klappenanordnung bekannt, bei der
die Ausnehmung der Klappe in einem Steg ausgebildet ist, der durch
Freiräume
getrennte Profilabschnitte aufweist.
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Derartige
Einrichtungen werden beispielsweise als Drossel- beziehungsweise
Regelklappen in Ansauganlagen von Brennkraftmaschinen, zum Beispiel
von Turbodieselmotoren oder Saugdieselmotoren, eingesetzt. Durch
diese Klappen wird ein Durchlaßquerschnitt
eines Ansaugluft führenden
Kanals verän dert,
um an einem Abgasrückführungsventil, das
ebenfalls in dem kanalförmigen
Element mündet, ein
Druckgefälle
zu erhöhen.
Das kanalförmige
Element kann beispielsweise als Rohr ausgebildet sein. An einem
freien Ende der Welle greift ein Antrieb an, über den die Klappe innerhalb
des Rohres verschwenkbar ist, so daß der Durchtrittsquerschnitt
des Rohres zwischen einer Geschlossenstellung – Klappe ist radial zum Rohr
ausgerichtet – und
einer Offenstellung – Klappe
ist axial zum Rohr ausgerichtet – verlagerbar ist.
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Bei
der bekannten Anordnung ist nachteilig, daß eine axiale Arretierung der
Wellen-Klappen-Anordnung in dem kanalförmigen Element nur mit Hilfe zusätzlicher
Sicherungselemente möglich
ist.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Einrichtung
zur Veränderung
des freien Durchlaßquerschnittes
eines kanalförmigen
Elementes mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den
Vorteil, daß sie
einerseits eine definierte Montage der Welle mit der Klappe und
andererseits eine axiale Arretierung der Wellen-Klappen-Anordnung
in dem rohrförmigen
Element in einfacher Weise ermöglicht. Zu
dieser Arretierung kann auf die Anordnung zusätzlicher Sicherungselemente
verzichtet werden, da durch die einander zugeordneten Bogenabschnitte und
Sicherungsabschnitte nur das definierte Einführen der Welle in das kanalförmige Element
möglich ist
und nach anschließendem
Verschwenken in die Arbeitsposition der Welle ein axiales Herausführen aus
der Lagerausnehmung ausgeschlossen ist. Die erfindungsge mäße Einrichtung
ist somit sehr einfach aus wenigen Teilen aufgebaut und läßt sich
ohne weiteres, insbesondere ohne zusätzliche Sicherungselemente,
herstellen.
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Dadurch,
daß in
bevorzugter Ausgestaltung des Erfinders eine kraft- und formschlüssige Verbindung
zwischen der Klappe und der Welle derart erfolgt, daß eine Außenkontur
der Welle und eine Innenkontur einer die Welle aufnehmenden Ausnehmung
der Klappe korrespondierende Formmerkmale aufweisen, die Welle aus
einem härteren
Material als die Klappe besteht, und wenigstens ein Formmerkmal
der Welle zumindest bereichsweise Material der Klappe im Bereich
von dessen Ausnehmung verdrängt,
kann in einfacher Wiese durch Fügen
der Welle in die Ausnehmung der Klappe einerseits die formschlüssige Verbindung
durch die korrespondierenden Formmerkmale erzielt werden und andererseits
durch das bereichsweise Verdrängen
des Materials der Klappe durch einen Abschnitt der Welle eine kraftschlüssige Verbindung
geschaffen werden, die ein axiales Festlegen der Klappe auf der
Welle gewährleistet.
Insbesondere wenn die Welle aus einem Metallwerkstoff und die Klappe
aus einem Kunststoff besteht, kann durch Aufbringen einer Fügekraft
die Welle in die Ausnehmung gedrängt
werden, wobei durch das bereichsweise Verdrängen von Material der Klappe
ein Hinterschnitt erfolgt, der die Klappe auf der Welle arretiert.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Welle
aus Metall und die Klappe aus einem Kunststoff besteht. Hierdurch
wird vor teilhaft möglich,
die Klappe mit ihrer die Welle aufnehmenden Ausnehmung als Kunststofformspritzteil in
einfacher Weise mit ausreichend genauer Geometrie zu erzeugen und
die Welle beispielsweise als Metallspritzgußteil zu fertigen. Durch diese
Materialwahl wird einerseits eine ausreichend große Stabilität der Welle
zum Abfangen von an die Klappe angreifenden Drücken gewährleistet und andererseits
durch die unterschiedlichen Materialhärten der Welle und der Klappe
die sichere bereichsweise Verdrängung
von Material der Klappe während
des Fügens
der Welle sichergestellt, so daß die
form- und kraftschlüssige Verbindung
zwischen Klappe und Welle in einfacher Weise herstellbar ist.
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Ferner
ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die die
Welle aufnehmende Ausnehmung der Klappe axial zueinander beabstandete
und fluchtend angeordnete Profilabschnitte aufweist. Hierdurch wird
die Herstellung der Ausnehmung der Klappe vereinfacht, da bei der
Herstellung als Kunststoffspritzgußformteil kein der Länge der Ausnehmung
entsprechend langer Kern zu ziehen ist. Ferner ist das Vorsehen
von Entformungsschrägen
des gespritzten Kunststoffteils von der Form nicht notwendig, so
daß aufgrund
des Fehlens dieser Entformungsschrägen die Klappe mit einfacher
Geometrie herstellbar ist und eine formschlüssige Verbindung zwischen der
Welle und der Ausnehmung nicht beeinträchtigt wird.
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In
weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß die
Welle wenigstens eine Verzahnung aufweist, die in wenigstens einen der
Pro filabschnitte der Ausnehmung dessen Innenprofil verformt und
wenigstens einen Hinterschnitt bildet. Hierdurch wird die bereichsweise
Materialverdrängung
der Klappe zur kraftschlüssigen
Verbindung zwischen der Klappe und der Welle besonders einfach möglich, da
die an der Welle vorgesehene, mit dieser vorzugsweise einstückig ausgebildeten Verzahnung
in einfacher Weise durch Aufbringen einer Fügekraft in einfacher Weise
in den Innenmantel wenigstens eines der Profilabschnitte eindringen kann.
Entsprechend der Elastizität
des Kunststoffes der Klappe wird hierdurch das Material verdrängt und umschließt die Verzahnung
zur Ausbildung des Kraftschlusses.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen,
in den Unteransprüchen
genannten Merkmalen.
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Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
teilweise aufgeschnittene Explosionsansicht einer Einrichtung zur
Veränderung
des freien Durchlaßquerschnittes
eines Elementes;
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2 die
Einrichtung gemäß 1 in
einem ersten Montageschritt;
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3 eine
Welle und eine Klappe der Einrichtung gemäß 1 in einer
Explosionsdarstellung und
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4a Teilansichten
der Einrichtung und 4b gemäß 1.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
eine Schnittdarstellung eines kanalförmigen Elementes 10,
das hier als Rohrabschnitt 12 einer Ansaugeinrichtung eines
Turbodieselmotors eines Kraftfahrzeuges ausgebildet ist. Das Element 10 wird
von einem zylindrischen Rohrabschnitt 12 gebildet und besitzt
eine auf einem bestimmten Radius verlaufende innere Zylindermantelfläche 14.
Der Radius, auf dem die Mantelfläche 14 verläuft, bestimmmt
einen freien Durchlaßquerschnitt des
Elementes 10.
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Eine
Wandung 16 des Elementes 10 besitzt eine Verdickung 18,
die koaxial zur Wandung 16 verläuft. Die Verdickung 18 besitzt
eine Sacköffnung 20, die
zur Mantelfläche 14 hin
offen ist. Die Sacköffnung 20 besitzt
einen zylindrischen Querschnitt und bildet eine Lagerstelle 22 zur
Aufnahme eines Endes 24 einer Welle 26 aus. Der
Sacköffnung 20 diametral
gegenüberliegend
ist eine Durchgangsöffnung 28 in
der Wandung 16 angeordnet. Die Durchgangsöffnung 28 wird
von einem Flansch 30 umgriffen, der von der Verdickung 18 entspringt.
Der Flansch 30 bildet einen Aufnahmeraum 32 für einen
Antrieb 34 der Welle 26 aus. Der Antrieb 34 wird
von einer exzentrisch zur Welle 26 angeordneten Kurbel 34 gebildet,
die über ein
Paßstück 36 in
die Welle 26 übergeht.
Die Welle 26 und der Antrieb 34 sind einstückig ausgebildet
und beispielsweise aus einem Metall-Spritzgußteil gefertigt.
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Die
insgesamt mit 8 bezeichnete Einrichtung umfaßt ferner
eine Klappe 38, die im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet
ist. Eine Außenkontur 40 verläuft hierbei
auf einem gleichen Radius wie die Mantelfläche 14 des Elementes 10.
Die Klappe 18 umfaßt
einen radial zur Längserstreckung
des Elementes 10 verlaufenden Steg 42, von dem
halbkreisförmige,
scheibenförmige
Abschnitte 44 entspringen. Die Abschnitte 44 sind über Verstärkungsrippen 46 fixiert.
Der Steg 42 besitzt eine Ausnehmung 48, die sich über die
gesamte Länge
des Steges 42 erstreckt und als Durchgangsöffnung ausgebildet
ist. Der Steg 42 selber besteht aus Profilabschnitten 50,
im gezeigten Beispiel drei Profilabschnitte 50, von denen ein
erster Profilabschnitt 50 der Durchgangsöffnung 28,
ein zweiter. Profilabschnitt 50 der Sacköffnung 20 zugeordnet
ist und ein dritter Profilabschnitt 50 zwischen dem ersten
und zweiten Profilabschnitt 50 angeordnet ist. Die Profilabschnitte 50 sind
beabstandet, das heißt
auf Lücke
zueinander angeordnet, so daß zwischen
zwei benachbarten Profilabschnitten 50 jeweils ein Freiraum 52 verbleibt.
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Sowohl
das Element 10 als auch die Klappe 38 sind als
Kunststoffspritzgußteile
ausgebildet. Durch die Freiräume 52 zwischen
den Profilabschnitten 50 läßt sich die durch den Steg 42 sich
erstreckende Ausnehmung 48 erzielen, ohne daß ein entsprechend
langer Kern zur Ausbildung der Durchgangsöffnung 48 einer Spritzgußform vorzusehen und
bei der Entformung zu ziehen ist. Hierdurch ist ein Entformungsweg
des Spritzgußformwerkzeuges auf
ein Minimum reduziert, so daß sich
die Herstellung der Klappen 38 in für eine Massenproduktion geeignete
Weise einfach realisieren läßt.
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Eine
Außenkontur 54 der
Welle 26 ist einer Innenkontur 56 der Ausnehmung 48 angepaßt. Die Außenkontur 54 wird
von einem Sechskantprofil gebildet, so daß entsprechend die Innenkontur 56 von einem
Innensechskantprofil gebildet ist. Die Außenkontur 54 und die
Innenkontur 56 sind so aufeinander abgestimmt, daß die welle 26 spielarm,
das heißt formschlüssig, in
die Ausnehmung 48 der Klappe 38 einbringbar ist.
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Das
Ende 24 der Welle 26 besitzt kein Sechskantprofil,
sondern ist entsprechend des Durchmessers der Sacköffnung 20 in
dem Element 10 zylindrisch ausgebildet. Die Welle 26 weist
ferner eine Verzahnung 58 auf, die von radial von der Wellen 26 weggerichteten,
hier lediglich angedeuteten Zähnen
gebildet wird. Die Zähne 58 kragen über das zylindrische
Ende 24 nach außen
ab. die Verzahnung 58 ist in einem derartigen Abstand zum
Ende 24 der Welle 26 angeordnet, daß bei montierter
Welle 26 die Verzahnung 58 im Bereich des der
Sacköffnung 20 zugewandten Profilabschnittes 50 der
Klappe 38 angeordnet ist. Der Profilabschnitt 50 weist
eine in der Darstellung gemäß 1 nicht
sichtbare Stufe 60 (3) auf, über die
die Durchgangsöffnung 48 von dem
Innensechskantprofil in einen zylindrischen Abschnitt 62 (3) übergeht.
Ein Durchmesser des zylindrischen Abschnittes 62 entspricht
hierbei einem Durchmesser der Sacköffnung 20 und dem
Ende 24 der Welle 26. Die Verzahnung 58 kommt
im montierten Zustand der Einrichtung 8 in dem zylindrischen Abschnitt 62 in
Position.
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3 zeigt
in einer Explosionsdarstellung die Welle 26 sowie die Klappe 38.
Die Klappe 38 ist in einer Schnittdarstellung gezeigt,
so daß quasi
in die Ausnehmung 48 des Steges 42 hineingeschaut wird.
Gleiche Teile wie in 1 sind mit gleichen Bezugszeichen
versehen und nicht nochmals erläutert. Anhand
der aufgeschnittenen Darstellung wird die Anordnung der Profilabschnitte 50 deutlich,
die zur Ausbildung der Ausnehmung 48 ein Innensechskant aufweist,
das dem Außensechskant
der Welle 26 entspricht.
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Der
Steg 42 erstreckt sich nicht über den gesamten Durchmesser
der Scheibe 38, sondern endet in seinem der Durchgangsöffnung 38 des
Elementes 10 (1) zugewandten Ende vor der
Mantelfläche 14.
Hierdurch kommt es zur Ausbildung eines Freischnittes 64,
der der Aufnahme eines Sicherungsabschnittes 66 der Welle 26 dient.
Funktion und Aufbau des Sicherungs abschnittes 66 werden
anhand der 4a und 4b noch
erläutert.
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Die
Montage der Einrichtung 8 erfolgt in zwei Schritten, die
in 2 verdeutlicht sind. In 2 sind die
Einrichtung 10, die Welle 26 und die Klappe 38 mit
ihrem anhand der 1 und 3 erläuterten Aufbau
gezeigt. Hinsichtlich der Einzelheiten wird auf die dortige Figurenbeschreibung
verwiesen. Zunächst
wird die Klappe 28 in der Einrichtung 10 derart positioniert,
daß der
Steg 42 mit der Durchgangsöffnung 28 sowie der
Sacköffnung 20 fluchtet.
Hierdurch wird ein durchgehender freier Raum über die Durchgangsöffnung 28,
die Ausnehmung 48 des Steges 42 sowie die Sacköffnung 20 geschaffen.
In diesen freien Raum wird nunmehr die Welle 26 in Fügerichtung 68 unter
Beaufschlagung mit einer Fügekraft eingebracht.
Die Welle 26 wird hierbei derart justiert eingebracht,
daß die
Außenkontur 54 der
Welle 26 formschlüssig
mit der Innenkontur 56 der Ausnehmung 48 in Anlage
kommt. Durch die Fügekraft
wird die Welle 26 so weit eingebracht, bis das Ende 24 in die
Sacköffnung 20 eingreift.
Gleichzeitig kommt hierdurch die Verzahnung 58 in den Bereich
des zylindrischen Abschnittes 62 des der Sacköffnung 20 zugewandten
Profilabschnittes 50 des Steges 48. Durch die
Fügekraft
verdrängt
die Verzahnung 58 Material dieses Profilabschnittes 50,
so daß sich
die Verzahnung 58 quasi in das Material des Profilabschnittes 50 eingräbt. Aufgrund
der höheren
Härte des
Materials der Welle 26, insbesondere der Verzahnung 58, gegenüber der
Härte des
Materials des Profilabschnittes 50 findet diese Materialverdrängung problemlos
statt. Hierdurch kommt es zur Ausbildung einer kraftschlüssigen Verbindung
zwischen der Welle 26 und der Klappe 28, so daß die Klappe 28 gegen axiales
Verschieben auf der Welle 26 gesichert ist. Ein Verdrehen
der Klappe 28 auf der Welle 26 ist durch den Formschluß zwischen
der Außenkontur 54 und
der Innenkontur 56 verhindert. Somit wird insgesamt mit
nur einem Fügeschritt
die aus dem Element 10, der Welle 26 und der Klappe 28 bestehende
Einrichtung 8 montiert. Durch den Kraftschluß zwischen der
Welle 26 und der Klappe 28 ist die Welle 26 gleichzeitig
gegen ein Lockern, beispielsweise durch Vibrationsbeanspruchung,
gesichert. Die Anordnung zusätzlicher
Sicherungsteile, wie beispielsweise Splinte oder dergleichen, ist
nicht notwendig.
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Zur
zusätzlichen
Sicherung der Welle 26 dient deren Sicherungsabschnitt 66.
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Die
Wirkungsweise des Sicherungsabschnittes 66 ist anhand der 4a und
der Detailvergrößerung in 4b ersichtlich.
In der Durchgangsöffnung 38 entspringen
radial zur Welle 26 gerichtete Bogensegmente 68,
im Beispiel zwei diametral gegenüberliegende
Bogensegmente 68. Die Bogensegmente 68 erstrecken
sich über
einen Winkelbereich, der gemeinsam mit dem Winkelbereich, über den
sich die Sicherungsabschnitte 66 der Welle 26 erstrecken, 360° ergeben.
Durch die Bogensegmente 68 und die Sicherungsabschnitte 66 wird
erreicht, daß die
Welle 26 nur in definierter Position, nämlich in der Position, in der
die Sicherungsabschnitte 66 an den Bogensegmenten 68 vorbei
verlagerbar sind, in die Ausnehmung 48 der Klappe 38 einführbar ist.
Diese definierte Einführposition
der Welle 26 bestimmt gleichzeitig die Lage des Antriebes 34,
insbesondere der Kurbel 35 in Endposition der Welle 26.
Nachdem die Sicherungsabschnitte 66 die Bogensegmente 68 passiert haben,
wird die Welle 26 in ihre Nullposition verdreht, so daß die Sicherungsabschnitte 66 die
Bogensegmente 68 hintergreifen. In dieser Nullposition
wird der Antrieb 34 durch eine nicht dargestellte Schutzkappe fixiert,
wobei ein am Antrieb 34 ausgebildeter Vorsprung 70 (1)
als Anschlag dient, so daß eine maximale
Verdrehung der Welle 26 um 90° möglich wird. Diese 90° entsprechen
dem Arbeitsbereich der Einrichtung 8, innerhalb dem der
freie Durchlaßquerschnitt
des Elementes 10 zwischen einer Geschlossenstellung und
einer Offenstellung variiert werden kann.
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Die
Bogensegmente 68 und die Sicherungsabschnitte 66 sind
so angeordnet, daß innerhalb
dieses Arbeitsbereiches (Drehwinkel von 90°) der Welle 26, diese
nicht in ihre Montageposition gelangen kann. Hierdurch wird erreicht,
daß die
Sicherungselemente 66 immer die Bogensegmente 68 hintergreifen,
so daß die
Welle 26 gegen Herausziehen aus der Einrichtung 8 gesichert
ist.