DE19951082B4

DE19951082B4 - Saugrohr mit einer Schaltwalze

Info

Publication number: DE19951082B4
Application number: DE19951082A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Kosicki; Helmut Neuschwander
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1999-10-23
Filing date: 1999-10-23
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2019-10-24
Also published as: DE19951082A1; WO2001031179A1

Abstract

Saugrohr, insbesondere für die Ansaugluft einer Brennkraftmaschine, welches – ein Gehäuse (15) mit einem Einlaß (13) und zylinderseitigen Auslässen (14) für die Verbrennungsluft, – Saugkanäle (10a, b), die von einem Sammelraum (11) abzweigen und – eine drehbar angeordnete Schaltwalze (12) zur Veränderung der Saugkanallänge, die an wenigstens einem Ende mit einem Wellenende (19a, b) zur Montage in einem Gleitlager (22a, b) versehen ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager aus einer Buchse (20) mit einer elastischen Montagefixierung besteht, die mit einer Ringnut (21) im Wellenende (19a, b) eine formschlüssige Verbindung bildet, wobei die Montagefixierung aus Nasen (36) besteht, die im Innendurchmesser der Buchse (20) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Saugrohr, insbesondere für die Ansaugluft einer Brennkraftmaschine, in dessen Gehäuse eine Schaltwalze zur Veränderung der Saugkanallänge vorgesehen ist, nach der Gattung des Patentanspruches 1.
Stand der Technik
Derartige Saugrohre sind aus dem Stand der Technik, z. B. durch die DE 43 44 505 A1 bekannt. Gemäß diesem Dokument wird die zur Anwendung kommende Schaltwalze in eine Längsbohrung eingebaut, die die jeweils kürzeren Kanäle zu den einzelnen Zylindern einer Brennkraftmaschine schneidet. Durch Verdrehen dieser Schaltwalze können die kurzen Kanäle zu- oder abgeschaltet werden. Die Schaltwalze ist zu diesem Zweck im Saugrohrgehäuse gelagert. Hierbei kommen Nadel- und Kugellager zur Anwendung. Diese Lagertechnik wirft jedoch im praktischen Gebrauch des Saugrohrs Probleme auf. Die Verbrennungsluft, die durch die einzelnen Saugkanäle gesogen wird, ist stark druckpulsationsbeaufschlagt. Hierdurch werden Schwingungen auch auf die Schaltwalze übertragen, die von der Lagerung aufgenommen werden müssen. Um diese Aufgabe bewältigen zu können, müssen die Nadellager entsprechend dimensioniert sein, wodurch die Kosten für das Saugrohr nachteilhafterweise steigen. Außerdem werden durch die Lagerung die Schwingungen auch auf das Saugrohrgehäuse übertragen, was zu einer erhöhten Körperschallabstrahlung führt und im übrigen auch eine stärkere Dimensionierung der Saugrohrwände erfordert. Auch hierdurch entstehen zusätzliche Kosten bzw. ein höheres Bauteilgewicht. Beides mindert die Wirtschaftlichkeit der vorgeschlagenen Losung.
Um eine in Grenzen elastische Lagerung der Schaltwalze zu erreichen, wird gemäß der EP 691 461 A1 vorgeschlagen, die Schaltwalze einseitig fliegend zu lagern. Die Schaltwalze kann dann über die vorgesehenen radialen Dichtringe, die die Saugkanäle voneinander trennen, elastisch gelagert sein. Hierdurch werden diese Dichtringe jedoch durch die Druckpulsation stärker beansprucht, wodurch deren Funktion beeinträchtigt wird. Außerdem läßt sich das fliegende Lagerprinzip auf der Seite der Schaltwalze, wo diese eine Schnittstelle zum Antrieb aufweist, nicht verwirklichen. Daher ist an dieser Stelle in der bereits beschriebenen Weise ein Wälzlager vorgesehen, welches in einen Deckel eingebracht ist, der gleichzeitig zum Verschluß der Einbauöffnung für die Schaltwalze dient. Damit ist die Lagerung der Schaltwalze auf der Seite des Wälzlagers weiterhin starr, so daß der Nachteil, daß Schwingungen aufgrund der Druckpulsation der Ansaugluft auf das Gehäuse übertragen werden können, nicht vollständig vermieden werden kann.
Die DE 197 12 680 A1 zeigt ein Saugrohr mit einer in Gleitlagern geführten Welle einer Schaltwalze. Die Gleitlager weisen eine Nut oder einen Absatz am Außenumfang auf, in die zur elastischen Lagerung des Gleitlagers im Saugrohrgehäuse ein O-Ring aufgenommen wird, der die Lagerbuchse im Gehäuse fixiert.
Die DE 197 17 349 A1 zeigt eine Ansaugeinrichtung mit einer Schaltklappenanordnung in verschiedenen Ausführungen für die Ausgestaltung der Lagerung der Schaltklappenwelle. So wird etwa eine Welle mit einem als Buchse ausgeführten Gleitlager oder einem axial anschließend angeordneten O-Ring vorgeschlagen. Der O-Ring ist in einer umlaufenden Nut in der Gleitlagerbuchse angeordnet und bildet ein elastisches Dämpfungsmittel zwischen Gleitlagerbuchse und Klappenwelle.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Saugrohr mit einer Schaltwalze zu schaffen, welche sich einfach montieren läßt, kostengünstig in der Herstellung ist und eine hohe Zuverlässigkeit im Betrieb aufweist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 sowie des Patentanspruches 3 gelöst.
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die mindestens eine Gleitbuchse, die zur Lagerung der Schaltwalze im Saugrohrgehäuse vorgesehen ist, eine elastische Montagefixierung aufweist, welche mit einer Ringnut im Wellenende korrespondiert. Um die Montage zu erleichtern, kann die Buchse vor der Endmontage der Schaltwalze im Saugrohr auf das Wellenende geschoben werden, wobei die Montagefixierung einrastet. Die Montagefixierung ist durch Nasen gebildet, die in den Innendurchmesser der Buchse hineinreichen. Durch entsprechende Wahl der Nasengeometrie kann die Montagekraft der Buchsen auf dem Wellenende klein gehalten werden. Da die Montagefixierung als Teil der Buchse ausgeführt ist, werden weitere Bauteile zur Fixierung der Buchse eingespart. Insbesondere können z. B. Sicherungsringe entfallen, die zusätzlich zur Buchse auf den Wellenenden montiert werden müßten und neben einem erhöhten Montageaufwand auch eine Erhöhung des Bauteilgewichtes zur Folge hätten.
Die Schaltwalze ist zur Veränderung der Saugkanallänge im Saugrohr vorgesehen. Diese Veränderung kann stufenlos oder stufig erfolgen. Hierbei kommen im wesentlichen zwei Schaltwalzentypen zur Anwendung. Im einen Fall durchdringt die Schaltwalze die jeweils kürzeren Saugkanäle von jeweils zwei zu den Zylinder führenden Saugkanälen, so daß diese durch Drehung der Schaltwalze abgeschaltet werden können. In diesem Fall nimmt die Ansaugluft den Weg über den längeren Saugkanal. Wird die Schaltwalze geöffnet, nimmt die Ansaugluft den Weg des geringeren Widerstandes, also durch den kürzeren Saugkanal.
Die andere Variante besteht aus einer Schaltwalze, die schneckenförmig von den Saugkanälen umwunden ist. Durch Drehen der Schaltwalze verschiebt sich eine Durchgangsöffnung, die den in der Schaltwalze vorgesehenen Sammelraum mit den Saugkanälen verbindet, so daß sich die Länge der Saugkanäle verändert.
Eine alternative Ausgestaltung des Gleitlagers sieht vor, daß die Schnittstelle für den Antrieb der Schaltwalze an einem der Wellenenden vorgesehen ist, wobei dieses aus der Buchse des Gleitlagers herausragt. An dieser Schnittstelle kann ein Antrieb vorgesehen werden. Dabei können die vorteilhaften Gleitlager auch an der Seite der Schaltwalze Verwendung finden, die für den Antrieb ausgerüstet sein muß. Hierdurch entfällt auch auf dieser Seite das teure und schwere Wälzlager. Zudem können die Buchsen für die Lagerung der Wellenenden derart ausgeführt sein, daß eine Dämpfung der Druckpulsationsbeaufschlagung der Schaltwalze erfolgen kann.
Die Dämpfungseigenschaften der Gleitlagerung können noch verbessert werden, wenn die Buchsen im Gehäuse durch einen elastischen Ring gelagert sind. Dies kann insbesondere ein O-Ring sein, der in einer Montagenut in der Buchse vormontiert ist, und über den die Buchse in der Lageraufnahme im Saugrohrgehäuse gelagert wird. Hierdurch werden Relativbewegungen möglich, die nicht nur zu einer Dämpfung der Druckpulsation führen, sondern zusätzlich auftretende Toleranzen an den Bauteilen auszugleichen vermögen. Hierdurch werden insbesondere die an der Schaltwalze auftretenden Schaltkräfte vermindert, wodurch kostengünstigere Antriebe verwendet werden können.
Zusätzlich zu den radialen Lagerbereichen können die Buchsen gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auch axiale Lagerbereiche aufweisen. Hierdurch läßt sich eine Axialfixierung der Schaltwalze erreichen, ohne daß die Lagerreibung wesentlich ansteigt. Es werden zudem entsprechende axiale Bezugsflächen im Gehäuse unnötig, welche mit erhöhten Anforderungen an die Bauteiltoleranzen gefertigt werden müßten. Die Fixierung der Schaltwalze an den axialen Anlageflächen kann über axiale Vorspannmittel erfolgen, welche z. B. aus einer Schraubenfeder bestehen können. Selbstverständlich sind auch andere Federelemente, z. B. Tellerfedern, denkbar. Der Vorteil einer Fixierung über elastische Einstellmittel liegt darin, daß hierdurch definierte Axialkräfte auf die Lagerung der Schaltwalze ausgeübt werden können. Hierdurch können auch die auftretenden Reibungskräfte in definierten Grenzen gehalten werden, was die Dimensionierung des Antriebs erleichtert.
Am Innendurchmesser der Buchse kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens eine Verformungszone vorgesehen werden. Durch Einbau der Buchse im Saugrohr findet nämlich eine Verkleinerung des Durchmessers statt, da die elastische Aufnahme einen Druck auf die Buchse ausübt. Diese Durchmesserverkleinerung kann durch die Verformungszone aufgefangen werden, so daß sich dadurch die für eine leichtgängige Verstellung der Schaltwalze notwendige Passung ergibt. Es ergibt sich der Vorteil, daß als Werkstoff für die Buchse auch weiche Materialien, insbesondere Kunststoff, gewählt werden können. Diese Bauteile lassen sich kostengünstig fertigen. Außerdem kann durch entsprechende Wahl der Kunststoffe ein Werkstoffpaar mit günstigen tribologischen Eigenschaften gefunden werden.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn die Buchse in einen Lagerdeckel eingebaut wird, welcher gleichzeitig zum Verschluß einer Gehäuseöffnung dient. Insbesondere kann hiermit eine Einbauöffnung verschlossen werden, die für die Montage der Schaltwalze notwendig ist. Damit ergibt sich eine Einheit, die für sich ein abgedichtetes System darstellt, während das Wellenende der Schaltwalze mit seiner Schnittstelle zum Antrieb aus dem Deckel herausragen kann. Für den Fall, daß der Antrieb ausgewechselt werden muß, muß das Saugrohr selbst nicht geöffnet werden. Dies hat den Vorteil, daß durch eine solche Reparaturmaßnahme das Innere des Saugrohrs nicht verschmutzt werden kann, was eine Verringerung der Funktionszuverlässigkeit bewirken würde. Natürlich kann der Deckel auch auf der Seite der Schaltwalze vorgesehen werden, an der kein Antrieb geplant ist. Auf der Seite der Schnittstelle ist dann kein Deckel notwendig, wobei das entsprechende Wellenende durch eine Öffnung im Saugrohrgehäuse geschoben werden kann. Diese Öffnung kann gleichzeitig zur Aufnahme der Buchse dienen. Der Vorteil dieser Anordnung liegt in einer Trennung der Funktion Deckel und Antrieb, wobei hieraus eine größere Variationsbreite in der Gestaltung der Saugrohre resultiert. Dies kann z. B. die Lösung von Platzproblemen im Einbauraum bedeuten.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen und Erfindungen gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
Zeichnung
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Zeichnungen anhand von schematischen Ausführungsbeispielen beschrieben.
Hierbei zeigen
1 den Längsschnitt durch ein Saugrohr, wobei die Schaltwalze in der Schnittebene liegt entspricht Schnitt B-B in 2),
2 einen Querschnitt durch ein Saugrohr in stark schematisierter Darstellung gemäß dem Schnitt A-A in 1 und
3 eine Gleitbuchse mit Axialanschlag und Nasen zur Fixierung auf dem Wellenende der Schaltwalze.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist der Längsschnitt durch ein Saugrohr dargestellt, bei dem sich Saugkanäle 10a schneckenförmig um einen Sammelraum 11 winden. Es ist jeweils nur der erste und letzte Saugkanal dargestellt. Kurze Saugkanäle 10b werden durch eine Schaltwalze 12 durchdrungen, welche diese durch Drehung öffnen oder verschließen kann.
Die Verbrennungsluft strömt durch einen Einlaß 13 in den Sammelraum 11. Der Weg von dort zu Auslässen 14 läßt sich am besten in 2 erkennen. Vom Sammelraum durchläuft die Verbrennungsluft den langen Saugkanal 10a oder je nach Stellung der Schaltwalze 12 den kurzen Saugkanal 10b. Das Gehäuse 15 des Saugrohrs wird über einen Zylinderkopfflansch 16 an der nicht dargestellten Brennkraftmaschine befestigt. Der Zylinderkopfflansch ist mit den Auslässen 14 versehen, um eine Versorgung der Zylinder mit Verbrennungsluft zu gewährleisten.
Aufbau und Einbau der Schaltwalze 12 läßt sich am besten der 1 entnehmen. Die Schaltwalze besteht aus einem Walzenkörper 17, der zur Abdichtung der Saugkanäle 10b untereinander mit Dichtringen 18 ausgestattet ist. In den Walzenkörper sind zwei Wellenenden 19a, 19b eingegossen, auf die Buchsen 20 durch Einschnappen in Ringnuten 21 fixiert sind. Die Buchsen 20 und die Wellenenden 19a, b ergeben Gleitlager 22a, b. Diese Gleitlager sind über O-Ringe 23 im Gehäuse 15 bzw. in einem Lagerdeckel 24 elastisch befestigt. Die O-Ringe sind in Montagenuten 25 in den Buchsen 20 vormontiert.
Durch die elastische Lagerung der Buchsen 20 im Saugrohr werden gute Ergebnisse hinsichtlich der Dämpfung von Druckpulsationsschwingungen der Ansaugluft erreicht, welche direkt auf die Schaltwalze 12 wirken. Die Schwingungen werden daher weniger auf das Gehäuse übertragen. Auch wird ein angedeuteter Antrieb 26 entlastet. Dies macht die Verwendung eines Elektromotors für den Antrieb möglich. Hierbei ist z. B. eine Baueinheit denkbar, die neben dem Elektromotor auch ein Schneckengetriebe enthält, wobei die Welle der Schnecke direkt mit einer Schnittstelle 27 des Wellenendes 19b verbunden sein kann. Alternativ ist die Anlenkung der Schnittstelle durch eine Unterdruckdose denkbar. Es kann auch eine elektromagnetische oder hydraulische Antriebsform gewählt werden.
Die Schaltwalze 12 muß in einem Einbauraum 28 des Saugrohrs aber auch axial festgelegt sein. Hierzu weisen die Buchsen 20 axiale Lagerbereiche 29 auf, an denen sich die Schaltwalze mit Stirnflächen 30 abstützt. Die axialen Lagerbereiche werden über eine Schraubenfeder 31 gegen die Stirnflächen 30 gedrückt. Die Schraubenfeder 31 stützt sich einerseits in einer Aufnahme 32, andererseits auf einer Anlagefläche 33 der Buchse 20 ab.
Um eine vollständige Abdichtung des Gehäuses 15 gegen die Umgebung zu erreichen, ist der Lagerdeckel 24 zum Gehäuse hin mit einem Dichtring 34 und zu dem die Schnittstelle 27 tragenden Wellenende 19b mit einer Wellendichtung 35 versehen.
Die 3 ist eine perspektivische Darstellung der Buchse 20. Zu erkennen sind insbesondere der axiale Lagerbereich 29, die Anlagefläche 33, die Montagenut 25 und Nasen 38, die zur Fixierung der Buchse 20 in der Ringnut 21 (siehe 1) dienen.

Claims

Saugrohr, insbesondere für die Ansaugluft einer Brennkraftmaschine, welches – ein Gehäuse (15) mit einem Einlaß (13) und zylinderseitigen Auslässen (14) für die Verbrennungsluft, – Saugkanäle (10a, b), die von einem Sammelraum (11) abzweigen und – eine drehbar angeordnete Schaltwalze (12) zur Veränderung der Saugkanallänge, die an wenigstens einem Ende mit einem Wellenende (19a, b) zur Montage in einem Gleitlager (22a, b) versehen ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager aus einer Buchse (20) mit einer elastischen Montagefixierung besteht, die mit einer Ringnut (21) im Wellenende (19a, b) eine formschlüssige Verbindung bildet, wobei die Montagefixierung aus Nasen (36) besteht, die im Innendurchmesser der Buchse (20) angeordnet sind.
Saugrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwalze (12) in einen zylindrischen Einbauraum (28) eingebaut ist, der jeweils kürzere Saugkanäle (10b) zu den Zylindern durchdringt.
Saugrohr nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (20) einen axialen Lagerbereich (29) aufweist, an dem sich die Schaltwalze abstützt.
Saugrohr nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als elastische Aufnahme der Buchse (20) im Gehäuse (15) ein elastischer Ring vorgesehen ist, der in einer Montagenut (25) in der Buchse vormontiert ist.
Saugrohr nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Innendurchmesser der Buchse (20) eine Verformungszone aufweist, die eine Verkleinerung dieses Durchmessers auf Grund des durch die elastische Aufnahme auf die Buchse ausgeübten Druckes erlaubt.
Saugrohr nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Aufnahme in einen Lagerdeckel (24) eingebaut ist, welcher eine Öffnung im Gehäuse (15) verschließt.
Saugrohr nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (20) eine Anlagefläche (33) für ein axiales Vorspannmittel, insbesondere eine Schraubenfeder (31) aufweist.