DE60205414T2 - Laserverschweisstes Luftsteuerventil und methode - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung bezieht sich auf Luftsteuerklappen und auf Klappenbaueinheiten zum Steuern des Luftstromes durch einen Durchlass. Eine beispielhafte Anwendung ist eine Drosselklappe oder eine Luftsteuerklappe in einem Motoreinlasssystem.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Im Gebiet ist es bekannt, Luftklappen wie etwa Ansaugdrosselklappen und Schlitzdeaktivierungsklappen zur Verwendung in Brennkraftmaschinen vorzusehen. Diese Klappen können sich in einem Klappenkörper, in einem Krümmerschieber, der mit einem Motoransaugschlitz verbunden ist, oder in einem anderen Körper, der einen rohrförmigen Luftdurchlass definiert, befinden. Die Klappe kann als eine ebene Platte ausgebildet sein, die gegenüber einem abgeflachten Abschnitt einer Klappenwelle befestigt und durch Feststellschrauben festgehalten ist.
  • Die Montage der Klappe in dem Klappenkörper kann ausgeführt werden, ohne dass ein gegliederter Klappenkörper hergestellt wird. Zunächst wird die Welle durch entlang der Klappenachse vorgesehene Lager in den Klappenkörper eingefügt. Daraufhin wird durch ein offenes Ende des Luftdurchlasses die Klappenplatte eingebaut und durch Anziehen der Feststellschrauben durch das offene Endes des Durchlasses an der Welle an ihrer Stelle befestigt. Der Montageprozess ist einfach, aber arbeitsaufwändig, und kann in einigen Anwendungen wie etwa in Schlitzdeaktivierungs klappen, wo der Ort der Klappen in den Krümmerschiebern den Montagepunkt schwer erreichbar machen kann, schwierig sein. Die europäische Patentveröffentlichung mit der Nr. EP 0899073 offenbart ein weniger arbeitsaufwändiges Verfahren zur Herstellung einer Luftstromklappe, in dem die Klappenscheibe nach der Montage an der Welle und an dem Drosselklappenkörper durch Erwärmen und Zusammendrücken der Scheibe zentriert wird. Ein weiteres Verfahren der Konstruktion einer Klappenwelle ist in der europäischen Patentveröffentlichung mit der Nr. EP 1065361 gezeigt, die das Formen einer Klappenplatte an einer Klappenwelle mit runden Vorsprüngen mittels Ultraschall- oder anderer Wärmeerzeugung beschreibt. Obgleich weitere alternative Klappenanordnungen vorgeschlagen worden sind, werden die oben beschriebene Klappenkonstruktionen und das oben beschriebene Klappenmontageverfahren seit vielen Jahren auf Metalldrosselklappen für Motoren angewendet.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine alternative Motorluftsteuerklappe und ein alternatives Montageverfahren zur Verwendung in verschiedenen Anwendungen. Sie ist besonders geeignet für eine Luftsteuerklappe in einem Kunststoffdrosselklappenkörper oder in einem Ansaugrohrkörper. Die Klappenwelle und die Klappenplatte werden aus Polymer-Verbundkunststoffen hergestellt, die durch lokalisierte Schmelz- und Aushärtprozesse wie etwa durch Infrarotlaserschweißen in der Weise geformt werden, dass sie miteinander verschweißt werden.
  • Die Klappenwelle enthält einen Zwischenabschnitt mit einer entlang einer Seite längsgerichteten offenen Nut. Die Klappenplatte ist mit einem mittleren erhabenen Abschnitt gebildet, der bei der Montage mit der Klappenwelle in Eingriff gelangt. Von dem erhabenen Abschnitt der Platte verläuft eine Zunge nach innen, die nach der Montage der Welle in einem Klappenkörper in die Wellennut eingepasst wird. Die Zunge wird durch einen auf die Zungen/Nut-Grenzfläche angewendeten Laserstrahl erweicht, wobei die Klappenkomponenten an dem eingebauten Ort miteinander verschweißt werden.
  • Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden umfassender verständlich aus der folgenden Beschreibung bestimmter spezifischer Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den Zeichnungen sind:
  • 1 eine Querschnittsansicht, die einen Schritt bei der Bildung einer Luftklappenbaueinheit gemäß der Erfindung zeigt, wobei die Ansicht längs der Achse der Drosselwelle genommen ist;
  • 2 eine Querschnittsansicht ähnlich 1, die die Komponenten der Klappenbaueinheit in einem Klappenkörper an der richtigen Stelle für das Laserschweißen zeigt;
  • 3 eine Querschnittsansicht ähnlich 2, jedoch quer zur Drosselwellenachse genommen;
  • 4 und 5 Querschnittsansichten, die das Laserschweißen der Klappenplatte mit der Welle an ihrer Stelle in einem Klappenkörper zeigen; und
  • 6 eine bildliche Ansicht, wobei der Klappenkörper geschnitten ist, um die Erscheinung der Luftklappe in der fertig gestellten Baueinheit nach dem Schweißen zu zeigen.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Zunächst anhand der 4–6 der ausführlichen Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein eine Luftklappenbaueinheit zum Steuern des Luftstromes durch einen rohrförmigen Durchlass. Die Baueinheit 10 enthält eine Klappenwelle 12 und eine Klappenplatte 14, die miteinander verscheißt sind, um eine Luftsteuerklappe 15 zu bilden, die zur Drehbewegung in einen Durchlass 16 eines Klappenkörpers 18 eingebaut ist, um den Luftfluss durch den Durchlass 16 zu steuern. Sowohl die Welle 12 als auch die Platte 14 sind aus Polymer-Verbundkunststoffmaterialien hergestellt. Der Durchlass 16 und die zugeordnete Klappenplatte 14 sind mit einer kreisförmigen zylindrischen Konfiguration gezeigt; allerdings könnten auf Wunsch andere Konfigurationen wie etwa eine ovale oder eine rechteckige verwendet werden. Obgleich ein Kunststoffmaterial bevorzugt sein kann, kann der Klappenkörper 18 aus Metall oder Kunststoff hergestellt sein.
  • Obgleich auf Wunsch andere Konfigurationen für die Welle verwendet werden könnten, ist die Klappenwelle 12 als ein gerades zylindrisches Element geformt. Die Welle enthält gegenüberliegende Enden 19, die mit einem Zwischenabschnitt 20 verbunden sind. Die Enden 19 sind zur Anbringung in Lagerflächen vorzugsweise zylindrisch. Der Zwischenabschnitt 20 enthält eine in Längsrichtung verlaufende offene Nut 22 mit einer Unterseite 24 und geneigten Seiten 26. Ein Ende der Welle könnte verlängert oder auf andere Weise mit nicht gezeigten Mitteln zur Verbin dung der Welle mit einer herkömmlichen Stellvorrichtung oder mit einem herkömmlichen Stellmechanismus versehen sein.
  • Die Klappenplatte 14 enthält einen erhabenen mittleren Abschnitt 28 mit seitlichen Steuerabschnitten 30, die gegenüberliegend von dem mittleren Abschnitt ausgehen. Eine herabhängende Zunge 32 verläuft von dem mittleren Abschnitt und in Längsrichtung über ein Mittelteil des erhabenen mittleren Abschnitts radial nach innen. Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, ist die Zunge 32 vorzugsweise anfangs etwas tiefer als die Wellennut 22 hergestellt, in die die Zunge anfangs verläuft.
  • In den 1–5 ist die Montage der Klappe 15 in dem Klappenkörper 18 zum Bilden der Klappenbaueinheit 10 gezeigt. Der Klappenkörper kann eine allgemein rohrförmige Form besitzen und definiert innen den Luftflussdurchlass 16, der wie gezeugt zylindrisch sein kann, aber andere lineare Konfigurationen wie etwa in einem Ansaugrohrschieber haben könnte. An den gegenüberliegenden Seiten des Durchlasses 16 und vorzugsweise in der Nähe eines offenen Endes 36 des Durchlasses 16 sind in dem Körper 18 Lager 34 vorgesehen, wobei wenigstens eines der Lager 34 eine Durchgangsbohrung 38 enthält.
  • Bei der Montage kann der Klappenkörper 18 so orientiert werden, dass das offene Ende 36 des Durchlasses nach oben zeigt. Wie in 1 gezeigt ist, wird daraufhin die Klappenwelle 12 durch die Lagerbohrung 38 in den Durchlass 16 eingeführt. Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, werden die Wellenenden 19 in Eingriff mit den Lagern 34 angeordnet, wobei die Nut 22 so in der Welle angeordnet wird, dass sie nach oben zeigt. Daraufhin wird durch ein offenes Ende 36 die Klappenplatte 14 in den Durchlass 16 eingeführt und mit der in die Nut 22 eingeführten Zunge 32 auf der Klappenwelle 12 angeordnet. Wie die 2 und 3 veranschaulichen, wird der erhabene Abschnitt 28 der Klappenplatte zu dieser Zeit etwas über der Welle 12 gehalten, da die Zunge tiefer als die Nut ist.
  • Zum Verschweißen der Klappenplatte 14 mit der Welle 12 wird die Klappenplatte mit ihrer Zunge 32 aus Kunststoff hergestellt, der für einen Infrarotlaserstrahl im Wesentlichen durchsichtig ist. Wie in den 4 und 5 gezeigt ist, wird die Klappenplatte 14 dadurch mit der Welle verschweißt, dass in das offene Ende 36 des Durchlasses 16 ein Strahl von einem Laser 40 gerichtet wird. Der Laserstrahl geht durch das laserdurchsichtige Material der Klappenplatte 14 und der Zunge 32 zur Unterseite 24 der Nut 22, die mit einem Laserenergie absorbierenden "schwarzen" Material gebildet ist. Die Laserenergie erwärmt die Unterseite 24 der Nut und das untere Ende der Zunge 32, was veranlasst, das das untere Ende der Zunge schmilzt, während die Klappenplatte 14 nach unten gedrückt wird. Das schmelzende Kunststoffmaterial wird neben der Zunge 32 in Zwischenräume, die durch die geneigten Seiten 26 der Nut 22 gebildet sind, nach oben verlagert, wobei die Klappenplatte 14 abgesenkt oder nach unten gedrängt wird, bis der erhabene Plattenabschnitt 28 wie in den 4 und 5 gezeigt mit der Klappenwelle 12 in Eingriff gelangt. Nachdem der Lasererwärmungszyklus abgeschlossen ist, härtet der Kunststoff aus, woraufhin die Klappenplatte 14 fest mit der Welle 12 in der Klappenbaueinheit 10 verschweißt ist.

Claims (6)

  1. Luftsteuerklappe (15) zum Steuern des Luftstromes in einem begrenzten Durchlass, wobei die Luftsteuerklappe umfasst: eine Klappenwelle (12) mit gegenüberliegenden Endabschnitten (19), die durch einen Zwischenabschnitt (20) verbunden sind, wobei der Zwischenabschnitt eine offene Nut (22) enthält, die in Längsrichtung entlang der Welle verläuft; und eine Klappenplatte (14), die an der Welle (12) befestigt ist, wobei die Klappenplatte einen erhabenen mittleren Abschnitt (28), der entlang des Zwischenabschnitts (20) der Welle und nach innen mit ihm ineinander greifend verläuft, und seitlich verlaufende Steuerabschnitte (30), die mit dem erhabenen mittleren Abschnitt (28) verbunden sind, enthält; dadurch gekennzeichnet, dass die Klappenplatte (14) eine Zunge (32) enthält, die von dem erhabenen mittleren Abschnitt (28) in die Nut (22) der Welle (12) nach innen verläuft und an der Welle befestigt ist, indem die Zunge (32) und die Nut (22) lokal miteinander verschmolzen und gehärtet sind.
  2. Luftsteuerklappe nach Anspruch 1, bei der die Klappenplatte und die Welle durch Laserschweißen aneinander befestigt sind.
  3. Luftsteuerklappe nach Anspruch 1, bei der die Zunge anfangs tiefer als die Nut hergestellt worden ist, so dass während der Montage geschmolzenes Material von der Zunge zwischen der Nut und der Zunge nach oben verlagert wird, um eine feste Verbindung zu schaffen.
  4. Luftsteuerklappen-Baueinheit (10), die eine Luftsteuerklappe (15) nach Anspruch 1 und einen Klappenkörper (18), der die Klappe (15) umgibt und einen Luftströmungsdurchlass (16) definiert, der durch die Klappe gesteuert wird, enthält, wobei der Klappenkörper (18) Wellenlager (34) besitzt, in denen die Endabschnitte (19) der Klappenwelle zur drehenden Unterstützung der Klappe (15) in der Baueinheit (10) aufgenommen sind.
  5. Verfahren für die Montage einer Luftsteuerklappen-Baueinheit (10), wobei das Verfahren umfasst: Montieren einer Klappenwelle (12) in einem Durchlass (16), der einen Klappenkörper (18) definiert, durch Anordnen von Endabschnitten (19) der Welle (12) in Wellenlagern (34) in dem Körper (18), wobei ein Zwischenabschnitt (20) der Welle (12) quer über den Körper (18) verläuft; Einführen einer Klappenplatte (14) in den Durchlass (16) und Anordnen der ineinander greifenden Teile (32, 22) der Platte (14) und des Zwischenabschnitts (20) der Klappenwelle (12), so dass sie in Eingriff gelangen; und Verschweißen der Abschnitte (32, 22) der Platte (14) und der Welle (12), die in Eingriff sind, miteinander in dem Durchlass (16) durch Laserschweißen durch Projizieren eines Laserstrahls gegen die Abschnitte, die in Eingriff sind, durch ein offenes Ende (36) des Klappenkörpers (18), dadurch gekennzeichnet, dass die ineinander greifenden Teile eine Zunge (32) enthalten, die von der Klappenplatte (14) in eine offene Nut (22) in der Welle (12) verläuft und zur Absorption von Laserenergie an der Unterseite der Nut (22) angeordnet ist; wobei der Laserstrahl (40) durch einen Abschnitt der Klappenplatte (14) gerichtet wird, der im Wesentlichen durchsichtig für den Laserstrahl (40) ist, wobei die ineinander greifenden Teile der Klappenwelle (12) die Laserenergie absorbieren und ihrerseits die ineinander greifenden Teile der Klappenplatte (14) schmelzen, um das Verschweißen abzuschließen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Zunge (32) tiefer als die Nut (22) gefertigt wird, so dass geschmolzenes Material von der Zunge (32) zwischen der Zunge (32) und der Nut (22) nach oben verlagert wird, um eine feste geschweißte Verbindung zu bilden.
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