EP1148222B1 - Drosselklappenstutzen mit einer mittels einer Axialsicherung gesicherten Drosselklappenwelle sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen Axialsicherung - Google Patents

Drosselklappenstutzen mit einer mittels einer Axialsicherung gesicherten Drosselklappenwelle sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen Axialsicherung Download PDF

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EP1148222B1
EP1148222B1 EP01107430A EP01107430A EP1148222B1 EP 1148222 B1 EP1148222 B1 EP 1148222B1 EP 01107430 A EP01107430 A EP 01107430A EP 01107430 A EP01107430 A EP 01107430A EP 1148222 B1 EP1148222 B1 EP 1148222B1
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EP
European Patent Office
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throttle
valve shaft
throttle valve
axial
securing
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EP01107430A
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EP1148222A2 (de
EP1148222A3 (de
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Otmar Ganser
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
    • F02D9/08—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits
    • F02D9/10—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having pivotally-mounted flaps
    • F02D9/1065—Mechanical control linkage between an actuator and the flap, e.g. including levers, gears, springs, clutches, limit stops of the like
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    • F02D9/10—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having pivotally-mounted flaps
    • F02D9/1035—Details of the valve housing
    • F02D9/106—Sealing of the valve shaft in the housing, e.g. details of the bearings
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    • F02D9/107—Manufacturing or mounting details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/02—Light metals
    • F05C2201/021—Aluminium

Definitions

  • the invention relates to a throttle valve assembly with a Housing in which a through throttle opening is formed, the can be closed by a throttle valve arranged on a throttle valve shaft is, the throttle valve shaft with its lateral ends protrudes in bearing recesses of the housing and is rotatably supported, wherein one end of the throttle valve shaft on that facing away from the throttle valve Side of the bearing recess out and a hole in one Extends through the holding element that is axially immovable on the throttle valve shaft arranged and axially facing away from the throttle valve shaft Mouth area of the bearing recess supported on the housing is.
  • It also relates to a method for producing a Axial lock for a throttle valve shaft in a throttle valve assembly comprising a housing in which a continuous throttle opening is arranged by a arranged on a throttle valve shaft Throttle valve is closable, the throttle valve shaft with its lateral ends in bearing recesses of the housing and rotatable is mounted, with one end of the throttle valve shaft on that of the throttle valve out the opposite side of the bearing recess and a hole protrudes through a holding element which is axially immovable on the Throttle valve shaft arranged and axially in that facing away from the throttle valve Mouth area of the bearing recess supported on the housing is.
  • Throttle body used to control the amount of fresh gas in a motor vehicle.
  • throttle body a housing with a throttle opening and one in the throttle opening arranged throttle body.
  • the throttle body takes for the Passing a certain amount of fresh gas in a certain position the throttle opening.
  • the throttle element is mechanical or electronically controllable.
  • the throttle element usually comprises a throttle valve, which is on a Throttle valve shaft is arranged.
  • the throttle valve shaft in turn is rotatably mounted in the housing of the throttle valve assembly.
  • Throttle valve shafts usually have components that could be damaged an axial lock.
  • the axial locks for throttle valve shafts can be divided into two groups split.
  • a slot is usually made in the Shaft inserted into which a securing component engages, which is rigid or loose is connected to the housing of the throttle valve assembly. hereby the throttle valve shaft will position with some play held in the throttle body.
  • this proves disadvantageous Slot or the notch in the throttle shaft, which is the mechanical Resilience of the throttle valve shaft is particularly reduced.
  • a securing element is usually applied to the shaft.
  • These are often plastic elements that affect the Throttle valve shaft can be sprayed on or glued on. Alternatively, you can but also metal elements shrunk onto the throttle valve shaft, be pressed on or glued on.
  • the on the throttle valve shaft applied elements are usually freely rotatable in the The throttle body is arranged with a certain clearance, limiting the freedom of movement in the axial direction by means of suitable securing means. This can be done on the throttle valve shaft applied element to one side, for example through a bearing firmly connected to the throttle valve shaft, for example a deep groove ball bearing, and to the other direction by one Stop axially limited.
  • Game of the axial lock is not particularly fine adjustable. This is because the material tolerances and manufacturing tolerances of the slot and the in the respective slot-engaging component on the one hand and on the other hand in the material and manufacturing tolerances of the applied to the shaft Axial locking element.
  • the invention is therefore based on the object of a throttle valve assembly of the type mentioned above, its throttle valve shaft is secured in the housing by means of an axial lock, which is special stable against axial and radial vibration loads and at the same time is particularly finely adjustable. Furthermore, a method of manufacture is said to be an axial lock for a throttle valve shaft in a housing Throttle body are specified, the axial lock particularly stable against axial and radial vibration loads and is particularly finely adjustable at the same time.
  • the object is achieved according to the invention solved in that the holding element on its radially outer Area is firmly connected to the housing and at its bore area axially on each side on an approximately annular disk-shaped securing element is in plant, with the securing elements firmly on the Throttle valve shaft are arranged and the throttle valve shaft free Rotatably extends through the bore of the holding element.
  • the invention is based on the consideration that an axial lock for a throttle valve shaft, which is particularly stable against radial and axial Vibration loads should be the material of the throttle valve shaft should only be used to a particularly small extent. Therefore one should Slit or similar damage to the throttle valve shaft is unnecessary be to a particularly high radial vibration load of the To ensure throttle valve shaft.
  • the latter is usually only in particularly low mass of a thermal and / or mechanical Exposed to stress.
  • the connection between the throttle valve shaft and the element mounted on the throttle valve shaft particularly stable not only against pressure but above all especially be stable against tensile loads.
  • a special stability of the Connection between the throttle valve shaft and that on the throttle valve shaft then applied element against tensile loads not required if the connection is almost exclusively pressure and exposed to only a particularly small amount or no tensile loads at all is.
  • the connection between the throttle valve shaft and the element applied to the throttle valve shaft is then almost free of Tensile loads when the tensile load of the axial lock away from the Connection and towards the support of the axial lock on the housing of the throttle valve body is shifted.
  • This will be a first and a second securing element of the axial securing device on the throttle valve shaft attached that each securing element for only one Pressure, however, is subjected to almost no strain.
  • a holding element is arranged, at least can be supported in a region on a holding device of the housing is.
  • the holding element is advantageously fixed by means of securing means connected to the housing.
  • a firm connection between the holding element and the housing ensures that the Securing elements arranged on both sides of the holding element exclusively exposed to pressure and almost no tensile stress are. Because with a pressure load one of the two securing elements the other securing element does not become a tensile load exposed because the tensile load on the holding element on the housing is transmitted, the other securing element being free of a pressure and tensile load.
  • the securing means are advantageous Screws because the holding element in a particularly simple manner to be attached to the housing by means of one or more screws. For this the holding element has corresponding bores through which the Screws are inserted before the screws are firmly attached to the housing be screwed.
  • the first securing element as well as the second securing element advantageously have an axial inner surface and an axial outer surface on, the axial inner surfaces of the securing elements are each facing the holding element and the securing elements each with its throttle valve shaft on its axial outer surfaces are connected. Because the tensile loads when operating the axial lock of the first and the second securing element from the fixed holding element connected to the housing of the throttle valve assembly intercepted, it proves a one-sided attachment of the securing elements on the throttle valve shaft as sufficient. hereby the manufacturing effort for the axial securing of the throttle valve assembly is reduced.
  • the first approximately annular disk-shaped securing element is advantageous and the second approximately annular disk-shaped securing element each with at least one of their axial outer surfaces Welded connection firmly connected to the throttle valve shaft.
  • the Weld connection can be, for example, as a weld seam, in particular Laser weld seam, be formed and individual points or lines have or also form a closed line.
  • welding especially laser welding, is used in the production of the connection a particularly small amount on the throttle valve shaft Transfer heat, which makes the throttle valve shaft particularly low Mass is thermally stressed.
  • the bore of the first is approximate ring-shaped securing element and the second approximately ring-shaped securing element only with a certain Match the throttle valve shaft so that between the bore diameter of the respective approximately annular disk-shaped securing element and the throttle valve shaft always has an annular gap.
  • This radial annular gap is ideally particularly small in order to ensure that the approximately ring-shaped securing elements sit particularly precisely on the throttle valve shaft.
  • the welded joint can also extend into the annular gap between the first or the second approximately ring-shaped Securing element and the throttle valve shaft extends.
  • the first or second approximately ring-shaped securing element should, however predominantly in the area of its axial outer surface with the throttle valve shaft be connected so that the connection when operating the Axial securing only pressure and almost no tensile loads is exposed.
  • the housing of the throttle valve body is advantageously made of one first material and the throttle valve shaft from a second material made, the first material one of the second material has different coefficients of thermal expansion.
  • the first material is aluminum and the second material is stainless steel.
  • Different housing materials and the throttle valve shaft with different thermal expansion coefficients can be combined particularly well if the game of Axial lock is particularly fine adjustable.
  • Throttle body are for example, in motor vehicles, temperatures down to -40 ° C on the one hand and on the other hand temperatures of up to 100 ° C when operating the Throttle body exposed. Changes in shape of the housing and the throttle valve shaft due to different coefficients of thermal expansion of the respective materials can be special Compensate the finely adjustable axial lock particularly reliably.
  • the object is achieved in that a first and a second approximately ring-shaped securing element each arranged by means of a hole on the throttle valve shaft be, between the two approximately ring-shaped Securing elements, the holding element on the throttle valve shaft arranged by means of its bore and on its outer area with the housing is firmly connected, the distance between the first approximately ring-shaped fuse element and the second approximately ring-shaped securing element by means of a Teaching is set, the teaching between the holding element and one of the two securing elements is arranged, and then both the first approximately ring-shaped securing element as well as the second approximately ring-shaped securing element be firmly connected to the throttle valve shaft.
  • the arrangement of the approximately ring-shaped securing elements on the throttle valve shaft ensures particularly reliably that these only exposed to compressive loads but not to tensile loads are. Because with a back and forth movement of the throttle valve shaft either the first approximately annular disk-shaped securing element pressed against the holding element and the second approximately ring-shaped Fuse element is almost free of a pressure and / or Tensile load or the second approximately ring-shaped securing element is pressed against the holding element and the first approximately ring-shaped securing element is almost free of a pressure and / or tensile load.
  • the distance between the first approximately annular disk-shaped securing element and the second approximately annular disk-shaped securing element is set here by means of an apprenticeship.
  • the individual Adjustment of the play of each axial lock ensures particularly reliable, even with a series production of axial locks these all have approximately the same game regardless of manufacturing tolerances have the elements of the axial lock.
  • the teaching advantageously has an approximately U-shaped shape.
  • a teaching with this form can be particularly easily between the Arrange the holding element and one of the two securing elements and remove again.
  • the teaching material should be reliable a change in the form of the teaching can be excluded.
  • Both the first securing element and also advantageously have the second securing element has an axial inner surface and an axial one Outer surface, the axial inner surfaces of the securing elements each facing the holding element and both the first approximately ring-shaped securing element as well as the second approximately ring-shaped securing element with its axial External surface firmly welded to the throttle valve shaft get connected.
  • a one-sided connection of the securing elements with the throttle valve shaft simplifies the manufacturing process the axial lock and still ensures a particularly long service life the axial lock. Because pressure loads of the respective Securing element are from the one-sided connection of the securing element intercepted with the throttle valve shaft. tensile on the other hand, the securing element is not exposed, since this is from the Holding element intercepted over the housing of the throttle valve assembly become.
  • the first approximately annular disk-shaped securing element is advantageous and the second approximately annular disk-shaped securing element each with their axial outer surfaces over a Welded connection firmly connected to the throttle valve shaft.
  • the Weld connection should be designed as a weld seam and can have individual dots or lines or a closed one Form a line.
  • the welded joint can extend into the gap due to manufacturing tolerances between the first approximately ring-shaped Securing element and the throttle valve shaft or the second approximately ring-shaped fuse element and the throttle valve shaft extends.
  • this gap should be of particularly small dimensions be close to a particularly good fit of the first annular disk-shaped securing element and the second approximately annular disk-shaped Securing element on the throttle valve shaft to ensure.
  • the first or second approximately ring-shaped Securing element should, however, predominantly in the area of its axial External surface to be firmly connected to the throttle valve shaft the connection when operating the axial lock is only pressure and almost is not exposed to any tensile loads.
  • the advantages achieved with the invention are in particular that one against radial and axial vibration loads especially stable axial locking is realized by only three elements, the two with the throttle valve shaft firmly connected approximately ring-shaped Securing elements only pressure - but in no way Tensile loads - are exposed.
  • the connection between the one certain play on the throttle valve retaining element and the housing of the throttle valve body can be customized aligned to the respective load of the individual throttle valve shaft become. This causes damage to the axial lock by detaching the holding element from the housing of the throttle valve assembly avoided particularly reliably.
  • the axial lock secures the shaft particularly reliably in the housing against radial and axial vibration loads without simultaneously reducing the throttle valve shaft excessive thermal and / or mechanical stress.
  • the clearance of the axial securing means of the distance is approximate ring-shaped securing elements can be adjusted particularly finely.
  • the throttle valve connector 10 is not for installation in a Motor vehicle shown in detail for adjusting the internal combustion engine amount of fresh gas to be supplied to the motor vehicle is provided.
  • the throttle valve assembly 10 comprises a housing 12 and an in the throttle valve shaft secured to the housing 12 by means of an axial lock 14 16.
  • the throttle valve shaft 16 protrudes with its lateral ends 18 and 20 in bearing recesses 22 and 24 of the housing and is by means of two bearings 26 and 28 rotatable in the housing 12 of the throttle body 10 stored.
  • At one side end 18 is the Throttle valve shaft 16 connected to an actuator 30, via the the throttle valve shaft 16 is rotatable. Additionally or alternatively the throttle valve shaft 16 can be rotated via a spring system 32.
  • the throttle valve assembly 10 comprises a continuous throttle opening 34, in which a throttle valve 36 is arranged.
  • the throttle valve 36 is fixed to the throttle valve shaft 16 via fastening means 38 connected.
  • the axial securing device 14 is shown in detail in FIG. 2.
  • the section of the throttle valve connector 10 according to FIG. 2 shows schematically the attachment of the axial lock 14 in the housing 12 of the throttle valve body 10.
  • On the throttle valve shaft 16 is the Throttle valve 26 arranged.
  • the throttle valve shaft 16 is by means of two bearings 26 and 28 in the housing 12 of the throttle valve assembly 10 stored, of which only the bearing 28 can be seen in Figure 2.
  • Throttle valve shaft 16 also projects with its lateral end 20 on the side 40 facing away from the throttle valve 36 from the bearing recess 24 out and protrudes through a bore 42 of a holding element 44, which is associated with the axial securing device 14.
  • the axial lock 14 also includes a bore 42 Holding element 44 a first approximately annular disk-shaped securing element 46 and a second approximately annular disk-shaped securing element 48, as well as securing means 50.
  • the first approximately ring-shaped fuse element 46 and the second approximately annular disk-shaped securing element 48 are on both sides 52 and 54 of the holding element 44 is arranged.
  • the axial inner surface is 56 of the first approximately annular disk-shaped securing element 46 and the axial inner surface 58 of the second approximately ring-shaped Securing element 48 facing the holding element 44.
  • the approximate annular disk-shaped securing elements 46 and 48 are with the throttle valve shaft 16 on their respective axial outer surfaces 60 and 62 by means of welded connections 64 and 66 to the throttle valve shaft 16 connected.
  • the weld connections designed as laser weld seams 64 and 66 are shown disproportionately large, so that they are visible in Figure 2.
  • the welded connections 64 and 66 can extend into the annular gap between the throttle valve shaft 16 and the respective securing element 46 or 48 due to Manufacturing tolerances exist.
  • this annular gap should be special turn out to be a particularly high accuracy of fit respective securing element 46 or 48 on the throttle valve shaft 16 to ensure. To indicate that this ring gap is so small as should be possible, it has not been shown in Figure 2.
  • the holding element 44 is fixed to the housing via bores 68 and 70 12 of the throttle valve connector 10 connected. Do this through the holes 68 and 70 each securing means 50 designed as screws passed through and screwed tightly with threads 72 of the housing 12. As a result, the holding element 44 is fixed in that facing away from the throttle valve 36 Mouth area 74 of the bearing recess 24 with the housing 12 of the throttle valve connector 10 connected.
  • the housing 12 of the throttle valve body 10 is made of aluminum formed first material 76 and the throttle valve shaft 16 made of a second material 78 made of stainless steel.
  • the first material 76 formed as aluminum and that formed as stainless steel second material 78 have a significantly different coefficient of thermal expansion on. These different coefficients of thermal expansion cause that when the axial lock 14 with temperature fluctuations in a range of, for example, 110 ° C the first material 76 and the second material 78 expand differently.
  • the different dimensions of the first material 76 and of the second material 78 through the play of the axial securing device 14 compensated.
  • a throttle valve shaft 16 with an axial lock 14 is shown in FIG Longitudinal section.
  • the throttle valve shaft 16 is for installation in the throttle valve connector 10 provided according to Figure 1 and Figure 2, through which the an engine, not shown, of a motor vehicle, also not shown amount of fresh gas to be supplied is adjustable.
  • the throttle valve shaft 16 has an axial slot 80 which for Recording of the throttle valve 36, not shown in Figure 3 is provided.
  • the throttle valve shaft 16 has two bushings 82 in which fastening means 38 for fastening the throttle valve 36 to be arranged on the throttle valve shaft 16 during the assembly of the throttle valve 36 are.
  • the fastening means 38 are not shown in detail in FIG. 3 shown.
  • the depressions 84 on the bushings 82 in the area of The outer surface 86 of the throttle valve shaft 16 is provided for the purpose Fastening means 38 approximately flat in the outer surface 86 of the throttle valve shaft 16 insert.
  • the axial securing device 14 of the throttle valve shaft 16 approximately comprises the first one ring-shaped fuse element 46 and the second approximately annular disk-shaped securing element 48. Also includes the axial securing device 14 has the holding element 44. The holding element 44 has a first bore 68 and a second bore 70.
  • the axial securing device 14 is first the first approximately annular disk-shaped Securing element 46 pushed onto the throttle valve shaft 16.
  • the first approximately ring-shaped securing element 46 is at least over its axial outer surface 60 by means of a approximately ring-shaped and designed as a laser weld seam Welded connection 64 to the outer surface 86 of the throttle valve shaft 16 firmly connected.
  • the one designed as a laser weld seam Welded connection 64 is an approximately continuous line.
  • the first can also be approximately annular Securing element 46 by means of a dotted weld seam or a plurality of lines having welded connection 64 with the Outer surface 86 of the throttle valve shaft 16 are firmly connected.
  • the holding element 44 is then placed on the throttle valve shaft 16 pushed, the holding member 44 on the side on the throttle valve shaft 16 is pushed on, the axial outer surface 60 of the facing away from the first approximately annular disk-shaped securing element 46 and the axial inner surface 56 of the first approximately ring-shaped Securing element 46 is facing.
  • the holding element 44 becomes rotatable by means of the bore 42 of the holding element 44 on the throttle valve shaft 16 arranged.
  • the second becomes approximate annular disk-shaped securing element 48 so on the throttle valve shaft 16 pushed that the axial inner surface 58 of the second approximately annular disk-shaped securing element 48 to the holding element 44 facing and the axial outer surface 62 of the second approximately annular disk-shaped securing element 48 facing away from the holding element 44 is.
  • the game between the first approximately annular disk-shaped securing element 46 and the second approximately annular disk-shaped securing element 46 set by means of a teaching, which is not shown in the drawing is shown.
  • the teaching here has an approximately U-shaped shape on.
  • the welded connections 64 and 66 are not drawn to scale in the drawing. They are in Really much smaller, but are disproportionate for reasons of illustration drawn large in the drawing.
  • the welded joints 64 and 66 should predominantly the axial outer surfaces 60 and 62 of the approximately ring-shaped securing elements 46 and 48 connect to the outer surface 86 of the throttle valve shaft 16.
  • a certain extent of the welded connections 64 and 66 in the edge areas of the approximately ring-shaped securing elements 46 and 48 can, however, for manufacturing reasons cannot be completely excluded. In particular, it can happen that the welded connections 64 and 66 are in the radial Gap between the respective approximately ring-shaped securing elements 46 and 48 and the outer surface 86 of the throttle valve shaft 16 extend.
  • Axial lock 14 shows schematically Figure 4.
  • the first approximately ring-shaped fuse element 46 and the second approximately annular disk-shaped securing element 48 each have an axial Outside surface 60 or 62.
  • On the other side of the approximate ring-shaped securing element 46 and 48 is the respective arranged axially inner surface 56 or 58.
  • the axial inner surfaces 56 and 58 cannot be seen in FIG. 4 since they are shown in FIG Figure 4 are arranged under the axial outer surfaces 60 and 62, respectively.
  • the have approximately annular disk-shaped securing elements 46 and 48 each have a bore 88 or 90, each for receiving the throttle valve shaft 16 is provided.
  • the holding element 44 has the bore 42 which is used to receive the Throttle valve shaft 16 is provided.
  • the holding element 44 is approximately formed in an annular disk shape and has a first approximately ear-shaped area 92 and a second approximately ear-shaped area 94 on.
  • the approximately ear-shaped areas 92 and 94 have the Bores 68 and 70 through which the holding element 44 with the housing 12 of the throttle valve connector 10 is to be firmly connected.
  • the throttle valve shaft is 16 as part of their game, which is approximately U-shaped Teaching between the first approximately annular disk-shaped securing element 46 and the second approximately annular disk-shaped securing element 48 has been set, movable.
  • The moves Throttle valve shaft 16 for example according to FIG. 1 and FIG. 2 right, so the first approximately ring-shaped locking element 46 pressed against the holding element 44.
  • the laser weld seam trained weld connection 64 of the approximately annular disc-shaped As a result, securing element 46 only experiences a pressure load, however no tensile load.
  • the second is approximately ring-shaped
  • securing element 48 does not experience any pulling and / or Pressure load because of the rightward movement of the throttle valve shaft 16 pressure exerted completely by the holding element 44 becomes.
  • the throttle valve shaft 16 moves According to FIG. 1 or FIG. 2 to the left, only the laser weld seam experiences trained weld connection 66 of the second approximately annular disk-shaped securing element 48 a pressure load, however no tensile load. The pressure of this left movement will turn completely from that fixed in the housing 12 of the throttle valve body 10 screwed holding element 44 intercepted.
  • the approximately ring-shaped Securing elements 46 and 48 Due to the one-sided attachment of the approximately ring-shaped Securing elements 46 and 48 have an axial securing device 14 particularly high mechanical stability. It is also adjustable the game between the first approximately ring-shaped Securing element 46 and the second approximately ring-shaped Securing element 48 a particularly high accuracy in the setting the play of the axial lock 14 possible. This particularly fine set play of the axial lock 14 proves particularly then as favorable if the housing 12 of the throttle valve body 10 from a first material 76 and the throttle valve shaft 16 from one second material 78 is made, the first material 76 one of the second material 78 different coefficients of thermal expansion having. Because the different expansions of materials 76 and 78 can be compensated for by the play of the axial securing device 14.
  • the axial lock 14 of the throttle valve connector 10 is special with one to create low manufacturing costs and also points a particularly high axial and radial vibration resistance. Farther is approximately due to the one-sided loading of the two ring-shaped fuse elements 46 and 48 a particularly high mechanical stability of the axial securing device 14 is particularly reliable guaranteed.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drosselklappenstutzen mit einem Gehäuse, in dem eine durchgehende Drosselöffnung ausgebildet ist, die durch eine auf einer Drosselklappenwelle angeordnete Drosselklappe verschliessbar ist, wobei die Drosselklappenwelle mit ihren seitlichen Enden in Lagerausnehmungen des Gehäuses ragt und drehbar gelagert ist, wobei ein Ende der Drosselklappenwelle auf der der Drosselklappe abgewandten Seite der Lagerausnehmung heraus- und eine Bohrung eines Halteelements durchragt, das axial unverschiebbar auf der Drosselklappenwelle angeordnet und axial in dem der Drosselklappenwelle abgewandten Mündungsbereich der Lagerausnehmung am Gehäuse abgestützt ist. Sie bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung einer Axialsicherung für eine Drosselklappenwelle in einem Drosselklappenstutzen umfassend ein Gehäuse, in dem eine durchgehende Drosselöffnung angeordnet ist, die durch eine auf einer Drosselklappenwelle angeordnete Drosselklappe verschliessbar ist, wobei die Drosselklappenwelle mit ihren seitlichen Enden in Lagerausnehmungen des Gehäuses ragt und drehbar gelagert ist, wobei ein Ende der Drosselklappenwelle auf der der Drosselklappe abgewandten Seite der Lagerausnehmung heraus- und eine Bohrung eines Halteelements durchragt, das axial unverschiebbar auf der Drosselklappenwelle angeordnet und axial in dem der Drosselklappe abgewandten Mündungsbereich der Lagerausnehmung am Gehäuse abgestützt ist.
Zur Steuerung der Frischgasmenge eines Kraftfahrzeugs werden üblicherweise Drosselklappenstutzen eingesetzt. Drosselklappenstutzen umfassen ein Gehäuse mit einer Drosselöffnung und ein in der Drosselöffnung angeordnetes Drosselorgan. Das Drosselorgan nimmt für den Durchlass einer bestimmten Frischgasmenge eine bestimmte Stellung in der Drosselöffnung ein. Hierzu ist das Drosselorgan mechanisch oder elektronisch ansteuerbar.
Das Drosselorgan umfasst üblicherweise eine Drosselklappe, die auf einer Drosselklappenwelle angeordnet ist. Die Drosselklappenwelle wiederum ist drehbar in dem Gehäuse des Drosselklappenstutzens gelagert. Um zu verhindern, dass die Drosselklappenwelle besonders grosse axiale Bewegungen aufführt, wodurch andere an der Drosselklappenwelle befestigte Bauteile beschädigt werden könnten, weisen Drosselklappenwellen üblicherweise eine Axialsicherung auf.
Die Axialsicherungen für Drosselklappenwellen lassen sich in zwei Gruppen aufteilen. Bei der ersten Gruppe wird üblicherweise ein Schlitz in die Welle eingebracht, in den ein sicherndes Bauteil greift, das starr oder lose mit dem Gehäuse des Drosselklappenstutzens verbunden ist. Hierdurch wird die Drosselklappenwelle mit einem gewissen Spiel auf ihrer Position im Drosselklappenstutzen gehalten. Nachteilig erweist hierbei jedoch der Schlitz oder die Einkerbung in der Drosselklappenwelle, der die mechanische Belastbarkeit der Drosselklappenwelle besonders stark herabsetzt.
Beispielsweise führen besonders hohe radiale Schwingungsbelastungen, insbesondere dann, wenn besonders grosse Massen im Restbereich der Drosselklappenwelle auf die jeweilige Drosselklappenwelle aufgebracht sind, häufig zu einem Bruch der Drosselklappenwelle an der Stelle, an der der Schlitz oder die Einfräsung in die Drosselklappenwelle eingebracht worden ist.
Bei der zweiten Gruppe von Axialsicherungen für Drosselklappenwellen wird üblicherweise ein sicherndes Element auf die Welle aufgebracht. Hierbei handelt es sich häufig um Elemente aus Kunststoff, die auf die Drosselklappenwelle aufgespritzt oder aufgeklebt werden. Alternativ können jedoch auch Elemente aus Metall auf die Drosselklappenwelle aufgeschrumpft, aufgepresst oder aufgeklebt werden. Die auf die Drosselklappenwelle aufgebrachten Elemente werden üblicherweise frei drehbar im Gehäuse des Drosselklappenstutzens mit einem gewissen Spiel angeordnet, wobei eine Begrenzung der Bewegungsfreiheit in axialer Richtung durch geeignete Sicherungsmittel erfolgt. Hierzu kann das auf die Drosselklappenwelle aufgebrachte Element beispielsweise zu der einen Seite hin durch ein fest mit der Drosselklappenwelle verbundenes Lager, beispielsweise ein Rillenkugellager, und zu der anderen Richtung durch einen Anschlag axial begrenzt werden. Hierbei wird der Anschlag erst nach der Anordnung der Drosselklappenwelle in dem Gehäuse fest mit dem Gehäuse verbunden. Hierbei ist sichergestellt, dass das auf die Drosselklappenwelle aufgebrachte Element mit einem gewissen Spiel in dem Gehäuse des Drosselklappenstutzens angeordnet ist. Die Verbindung zwischen der Drosselklappenwelle und dem Element der Axialsicherung erweist sich jedoch als nicht besonders stabil bei Dauerbelastungen und bricht häufig, insbesondere bei besonders hohen axialen Schwingungsbelastungen. Ein Grund hierfür sind wechselnde Zug- und Druckbelastungen, denen die Verbindung zwischen der Drosselklappenwelle und dem Element der Axialsicherung beim Betrieb des Drosselklappenstutzens ausgesetzt ist, wobei insbesondere die Verbindungsbereiche, die besonders starken Zugbelastungen ausgesetzt sind, besonders instabil sind und häufig brechen.
Ein weiterer Nachteil sowohl der ersten Gruppe als auch der zweiten Gruppe von Axialsicherungen für Drosselklappenwellen ist es, dass das Spiel der Axialsicherung nicht besonders fein einstellbar ist. Dies liegt an den Materialtoleranzen und Fertigungstoleranzen des Schlitzes sowie des in den jeweiligen Schlitz greifenden Bauteils einerseits und andererseits in den Material- und Fertigungstoleranzen des auf die Welle aufgebrachten Elements der Axialsicherung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drosselklappenstutzen der oben genannten Art anzugeben, dessen Drosselklappenwelle mittels einer Axialsicherung in dem Gehäuse gesichert ist, die besonders stabil gegen axiale und radiale Schwingungsbelastungen und gleichzeitig besonders fein einstellbar ist. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung einer Axialsicherung für eine Drosselklappenwelle in einem Gehäuse eines Drosselklappenstutzens angegeben werden, wobei die Axialsicherung besonders stabil gegen axiale und radiale Schwingungsbelastungen und gleichzeitig besonders fein einstellbar ist.
Bezüglich des Drosselklappenstutzens wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Halteelement an seinem radial äusseren Bereich mit dem Gehäuse fest verbunden ist und an seinem Bohrungsbereich axial auf jeder Seite an einem annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselement in Anlage ist, wobei die Sicherungselemente fest auf der Drosselklappenwelle angeordnet sind und die Drosselklappenwelle frei drehbar die Bohrung des Halteelements durchragt.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine Axialsicherung für eine Drosselklappenwelle, die besonders stabil gegen radiale und axiale Schwingungsbelastungen sein soll, das Material der Drosselklappenwelle nur in besonders geringem Masse beanspruchen sollte. Daher sollte ein Schlitz oder ähnliche Beschädigungen der Drosselklappenwelle verzichtbar sein, um eine besonders hohe radiale Schwingungsbelastung der Drosselklappenwelle zu gewährleisten. Beim Aufbringen von Elementen auf die Drosselklappenwelle hingegen wird letztere üblicherweise nur in besonders geringem Masse einer thermischen und/oder mechanischen Belastung ausgesetzt. Dabei sollte die Verbindung zwischen der Drosselklappenwelle und dem auf die Drosselklappenwelle aufgebrachten Element besonders stabil nicht nur gegen Druck- sondern vor allem besonders stabil gegen Zugbelastungen sein. Eine besondere Stabilität der Verbindung zwischen der Drosselklappenwelle und dem auf die Drosselklappenwelle aufgebrachten Element gegen Zugbelastungen ist dann nicht erforderlich, wenn die Verbindung fast ausschliesslich Druck- und nur in besonders geringem Masse oder gar keinen Zugbelastungen ausgesetzt ist. Die Verbindung zwischen der Drosselklappenwelle und dem auf die Drosselklappenwelle aufgebrachten Element ist dann fast frei von Zugbelastungen, wenn die Zugbelastung der Axialsicherung weg von der Verbindung und hin zu der Abstützung der Axialsicherung an dem Gehäuse des Drosselklappenstutzens verlagert wird. Hierzu werden ein erstes und ein zweites Sicherungselement der Axialsicherung so an der Drosselklappenwelle befestigt, dass jedes Sicherungselement für sich nur einer Druck- jedoch annähernd keiner Zugebelastung ausgesetzt ist. Zwischen den Sicherungselementen wird ein Halteelement angeordnet, das zumindest in einem Bereich an einer Haltevorrichtung des Gehäuses abstützbar ist. Durch die Verlagerung der Zugbelastung weg von den Sicherungselementen und auf das Halteelement hin ist eine besonders hohe axiale Stabilität der Axialsicherung gewährleistet. Gleichzeitig ermöglicht die Anordnung des Halteelements zwischen dem ersten und dem zweiten Sicherungselement eine besonders feine Einstellbarkeit des Spiels der Axialsicherung.
Vorteilhafterweise ist dass das Halteelement über Sicherungsmittel fest mit dem Gehäuse verbunden. Eine feste Verbindung zwischen dem Halteelement und dem Gehäuse stellt besonders zuverlässig sicher, dass die beidseitig von dem Halteelement angeordneten Sicherungselemente ausschließlich einer Druck- und annähemd keiner Zugbelastung ausgesetzt sind. Denn bei einer Druckbelastung eines der beiden Sicherungselemente wird das jeweils andere Sicherungselement keiner Zugbelastung ausgesetzt, da die Zugbelastung über das Halteelement auf das Gehäuse übertragen wird, wobei das jeweils andere Sicherungselement frei von einer Druck- und Zugbelastung ist. Die Sicherungsmittel sind vorteilhafterweise Schrauben, da das Halteelement in besonders einfacher Weise mittels einer oder mehrer Schrauben am Gehäuse zu befestigen ist. Hierzu weist das Halteelement entsprechende Bohrungen auf, durch die die Schrauben gesteckt werden, bevor die Schrauben fest an das Gehäuse geschraubt werden.
Das erste Sicherungselement als auch das zweite Sicherungselement weisen vorteilhafterweise eine axiale Innenfläche und eine axiale Aussenfläche auf, wobei die axialen Innenflächen der Sicherungselemente jeweils dem Halteelement zugewandt sind und die Sicherungselemente jeweils an ihren axialen Aussenflächen fest mit der Drosselklappenwelle verbunden sind. Da beim Betrieb der Axialsicherung die Zugbelastungen des ersten und des zweiten Sicherungselements von dem fest mit dem Gehäuse des Drosselklappenstutzens verbundenen Halteelement abgefangen werden, erweist sich eine einseitige Befestigung der Sicherungselemente an der Drosselklappenwelle als ausreichend. Hierdurch verringert sich der Herstellungsaufwand für die Axialsicherung des Drosselklappenstutzens.
Vorteilhafterweise sind das erste annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement und das zweite annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement jeweils zumindest mit ihren axialen Aussenflächen über eine Schweissverbindung fest mit der Drosselklappenwelle verbunden. Die Schweissverbindung kann beispielsweise als Schweissnaht, insbesondere Laserschweissnaht, ausgebildet sein und einzelne Punkte oder Linien aufweisen oder aber auch eine geschlossene Linie bilden. Durch Schweissen, insbesondere Laserschweissen, wird bei der Herstellung der Verbindung auf die Drosselklappenwelle ein besonders geringes Mass an Wärme übertragen, wodurch die Drosselklappenwelle in besonders geringem Masse thermisch belastet wird.
Aufgrund von Fertigungstoleranzen wird die Bohrung des ersten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselements und des zweiten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselements nur mit einem gewissen Spiel die Drosselklappenwelle aufnehmen, so dass zwischen dem Bohrungsdurchmesser des jeweiligen annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselements und der Drosselklappenwelle stets ein Ringspalt verbleibt. Dieser radiale Ringspalt ist idealerweise besonders klein um zu gewährleisten, dass die annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselemente besonders passgenau auf der Drosselklappenwelle sitzen. Die Schweissverbindung kann sich auch bis in den Ringspalt erstrecken, der sich zwischen dem ersten oder dem zweiten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselement und der Drosselklappenwelle erstreckt. Das erste oder zweite annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement sollte jedoch überwiegend im Bereich seiner axialen Aussenfläche fest mit der Drosselklappenwelle verbunden werden, damit die Verbindung beim Betrieb der Axialsicherung lediglich Druck- und nahezu gar keinen Zugbelastungen ausgesetzt ist.
Das Gehäuse des Drosselklappenstutzens ist vorteilhafterweise aus einem ersten Material und die Drosselklappenwelle aus einem zweiten Material gefertigt, wobei das erste Material einen von dem zweiten Material verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Hierbei erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn das erste Material Aluminium und das zweite Material Edelstahl ist. Verschiedene Materialien des Gehäuses und der Drosselklappenwelle mit unterschiedlichen Wärmausdehnungskoeffizienten lassen sich besonders gut kombinieren, wenn das Spiel der Axialsicherung besonders fein einstellbar ist. Drosselklappenstutzen sind beispielsweise in Kraftfahrzeugen Temperaturen von bis zu -40°C einerseits und andererseits Temperaturen von bis zu 100°C beim Betrieb des Drosselklappenstutzens ausgesetzt. Formveränderungen des Gehäuses und der Drosselklappenwelle bedingt durch verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten der jeweiligen Materialien lassen sich durch eine besonders fein einstellbare Axialsicherung besonders zuverlässig kompensieren.
Bezüglich des Verfahrens zur Herstellung einer Axialsicherung für eine Drosselklappenwelle in einem Drosselklappenstutzen umfassend ein Gehäuse wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein erstes und ein zweites annähernd ringscheibenförmiges Sicherungselement jeweils mittels einer Bohrung auf der Drosselklappenwelle angeordnet werden, wobei zwischen den beiden annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselementen das Halteelement auf der Drosselklappenwelle mittels seiner Bohrung angeordnet und an seinem äusseren Bereich mit dem Gehäuse fest verbunden wird, wobei der Abstand zwischen dem ersten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselement und dem zweiten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselement mittels einer Lehre eingestellt wird, wobei die Lehre zwischen dem Halteelemement und einem der beiden Sicherungselemente angeordnet wird, und anschliessend sowohl das erste annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement als auch das zweite annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement fest mit der Drosselklappenwelle verbunden werden.
Die Anordnung der annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselemente auf der Drosselklappenwelle gewährleistet besonders zuverlässig, dass diese nur Druckbelastungen nicht jedoch aber Zugbelastungen ausgesetzt sind. Denn bei einer Hin- und Herbewegung der Drosselklappenwelle wird entweder das erste annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement gegen das Halteelement gedrückt und das zweite annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement ist nahezu frei von einer Druck- und/oder Zugbelastung oder aber das zweite annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement wird gegen das Halteelement gedrückt und das erste annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement ist nahezu frei von einer Druck- und/oder Zugbelastung. Die durch den Druck des ersten oder zweiten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselements auf das Halteelement ausgeübte Zugbelastung wird dabei jeweils auf das Gehäuse des Drosselklappenstutzens übertragen, an dem das Halteelement angeordnet ist. Die feste Verbindung der Axialsicherung mit dem Gehäuse des Drosselklappenstutzens gewährleistet weiterhin besonders zuverlässig, dass durch radiale Schwingungsbelastungen auftretende Kräfte an das Gehäuse des Drosselklappenstutzens weitergegeben und von diesem aufgenommen werden.
Der Abstand zwischen dem ersten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselement und dem zweiten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselement wird hierbei mittels einer Lehre eingestellt. Die individuelle Einstellung des Spiels einer jeden Axialsicherung gewährleistet besonders zuverlässig, dass auch bei einer Serienproduktion von Axialsicherungen diese alle annähernd das gleiche Spiel unabhängig von Fertigungstoleranzen der Elemente der Axialsicherung aufweisen.
Vorteilhafterweise weist die Lehre eine annähernd u-förmige Form auf. Eine Lehre mit dieser Form läßt sich besonders einfach zwischen dem Halteelement und einem der beiden Sicherungselemente anordnen und wieder entfernen. Dabei sollte jedoch durch das Material der Lehre zuverlässig eine Formveränderung der Lehre ausgeschlossen sein.
Vorteilhafterweise weisen sowohl das erste Sicherungselement als auch das zweite Sicherungselement eine axiale Innenfläche und eine axiale Aussenfläche auf, wobei die axialen Innenflächen der Sicherungselemente jeweils dem Halteelement zugewandt werden und sowohl das erste annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement als auch das zweite annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement mit seiner axialen Aussenfläche über eine Schweissverbindung fest mit der Drosselklappenwelle verbunden werden. Eine einseitige Verbindung der Sicherungselemente mit der Drosselklappenwelle vereinfacht den Herstellungsprozeß der Axialsicherung und gewährleistet dennoch eine besonders lange Lebensdauer der Axialsicherung. Denn Druckbelastungen des jeweiligen Sicherungselements werden von der einseitigen Verbindung des Sicherungselements mit der Drosselklappenwelle abgefangen. Zugbelastungen hingegen ist das Sicherungselement nicht ausgesetzt, da diese von dem Halteelement über das Gehäuse des Drosselklappenstutzens abgefangen werden.
Vorteilhafterweise werden das erste annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement und das zweite annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement jeweils mit ihren axialen Aussenflächen über eine Schweissverbindung fest mit der Drosselklappenwelle verbunden. Die Schweissverbindung sollte hierbei als Schweissnaht ausgebildet sein und kann einzelne Punkte oder Linien aufweisen oder aber auch eine geschlossene Linie bilden. Beispielsweise durch Laserschweissen wird bei der Herstellung der Verbindung auf die Drosselklappenwelle ein besonders geringes Mass an Wärme übertragen, wodurch die Drosselklappenwelle besonders wenig thermisch belastet wird. Die Schweissverbindung kann sich dabei bis in den Spalt erstrecken, der sich aufgrund von Fertigungstoleranzen sich zwischen dem ersten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselement und der Drosselklappenwelle oder dem zweiten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselement und der Drosselklappenwelle erstreckt. Dieser Spalt sollte jedoch besonders gering dimensioniert sein, um einen besonders guten Sitz des ersten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselements und des zweiten annäherndringscheibenförmigen Sicherungselements auf der Drosselklappenwelle zu gewährleisten. Das erste oder zweite annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement sollte jedoch überwiegend im Bereich seiner axialen Aussenfläche fest mit der Drosselklappenwelle verbunden werden, damit die Verbindung beim Betrieb der Axialsicherung lediglich Druck- und nahezu gar keinen Zugbelastungen ausgesetzt ist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine gegen radiale und axiale Schwingungsbelastungen besonders stabile Axialsicherung durch nur drei Elemente realisiert ist, wobei die beiden mit der Drosselklappenwelle fest verbundenen annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselemente nur Druck - jedoch in keiner Weise Zugbelastungen - ausgesetzt sind. Die Verbindung zwischen dem mit einem gewissen Spiel auf die Drosselklappenwelle aufgebrachten Halteelement und dem Gehäuse des Drosselklappenstutzens kann dabei individuell auf die jeweilige Belastung der einzelnen Drosselklappenwelle ausgerichtet werden. Hierdurch ist ein Schaden der Axialsicherung bedingt durch ein Loslösen des Halteelements von dem Gehäuse des Drosselklappenstutzens besonders zuverlässig vermieden. Die Axialsicherung sichert die Welle besonders zuverlässig in dem Gehäuse gegen radiale und axiale Schwingungsbelastungen ohne dabei gleichzeitig die Drosselklappenwelle übermässig thermisch und/oder mechanisch zu belasten.
Zudem ist das Spiel der Axialsicherung mittels des Abstands der annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselemente besonders fein einstellbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1
schematisch einen Drosselklappenstutzen mit einem Gehäuse und einer in dem Gehäuse mittels einer Axialsicherung angeordneten Drosselklappenwelle,
Fig. 2
schematisch einen Ausschnitt des Drosselklappenstutzens gemäss Figur 1 mit der Anordnung der Axialsicherung in dem Drosselklappenstutzen,
Fig. 3
die Drosselklappenwelle mit der Axialsicherung gemäss Figur 1 und Figur 2 und
Fig. 4
schematisch die auf die Drosselklappenwelle aufzubringenden Sicherungselemente der Axialsicherung gemäss den Figuren 1 bis 3.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Drosselklappenstutzen 10 gemäss Figur 1 ist zum Einbau in ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug zur Einstellung der dem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs zuzuführenden Frischgasmenge vorgesehen. Der Drosselklappenstutzen 10 umfasst ein Gehäuse 12 und eine in dem Gehäuse 12 mittels einer Axialsicherung 14 gesicherte Drosselklappenwelle 16. Die Drosselklappenwelle 16 ragt mit ihren seitlichen Enden 18 und 20 in Lagerausnehmungen 22 und 24 des Gehäuses und ist mittels zweier Lager 26 und 28 drehbar in dem Gehäuse 12 des Drosselklappenstutzens 10 gelagert. An ihrem einen seitlichen Ende 18 ist die Drosselklappenwelle 16 an einen Stellantrieb 30 angeschlossen, über den die Drosselklappenwelle 16 verdrehbar ist. Zusätzlich oder alternativ ist die Drosselklappenwelle 16 über ein Federsystem 32 verdrehbar. Weiterhin umfaßt der Drosselklappenstutzen 10 eine durchgehende Drosselöffnung 34, in der eine Drosselklappe 36 angeordnet ist. Die Drosselklappe 36 ist über Befestigungsmittel 38 fest mit der Drosselklappenwelle 16 verbunden. Die Axialsicherung 14 ist im Detail in Figur 2 dargestellt.
Der Ausschnitt des Drosselklappenstutzens 10 gemäss Figur 2 zeigt schematisch die Befestigung der Axialsicherung 14 in dem Gehäuse 12 des Drosselklappenstutzens 10. Auf der Drosselklappenwelle 16 ist die Drosselklappe 26 angeordnet. Die Drosselklappenwelle 16 ist mittels zweier Lager 26 und 28 in dem Gehäuse 12 des Drosselklappenstutzens 10 gelagert, von denen nur das Lager 28 in Figur 2 zu sehen ist. Weiterhin ragt die Drosselklappenwelle 16 mit ihrem seitlichen Ende 20 auf der der Drosselklappe 36 abgewandten Seite 40 aus der Lagerausnehmung 24 heraus und durchragt eine Bohrung 42 eines Halteelements 44, das der Axialsicherung 14 zugeordnet ist.
Die Axialsicherung 14 umfasst ausser dem eine Bohrung 42 aufweisenden Halteelement 44 ein erstes annähernd ringscheibenförmiges Sicherungselement 46 und ein zweites annähernd ringscheibenförmiges Sicherungselement 48, sowie Sicherungsmittel 50. Das erste annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement 46 und das zweite annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement 48 sind zu beiden Seiten 52 und 54 des Halteelements 44 angeordnet. Dabei ist die axiale Innenfläche 56 des ersten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselements 46 und die axiale Innenfläche 58 des zweiten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselements 48 dem Halteelement 44 zugewandt. Die annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselemente 46 und 48 sind mit der Drosselklappenwelle 16 an ihren jeweiligen axialen Aussenflächen 60 und 62 mittels Schweissverbindungen 64 und 66 fest mit der Drosselklappenwelle 16 verbunden. Die als Laserschweissnähte ausgebildeten Schweissverbindungen 64 und 66 sind überproportional gross dargestellt, damit sie in Figur 2 sichtbar sind. Die Schweissverbindungen 64 und 66 können sich bis in den Ringspalt erstrecken, der zwischen der Drosselklappenwelle 16 und dem jeweiligen Sicherungselement 46 bzw. 48 aufgrund von Fertigungstoleranzen vorhanden ist. Dieser Ringspalt sollte jedoch besonders gering ausfallen, um eine besonders hohe Passgenauigkeit des jeweiligen Sicherungselements 46 bzw. 48 auf der Drosselklappenwelle 16 zu gewährleisten. Um anzudeuten, dass dieser Ringspalt so gering wie möglich sein sollte, ist er in Figur 2 nicht eingezeichnet worden.
Das Halteelement 44 ist über Bohrungen 68 und 70 fest mit dem Gehäuse 12 des Drosselklappenstutzens 10 verbunden. Hierzu sind durch die Bohrungen 68 und 70 jeweils als Schrauben ausgebildete Sicherungsmittel 50 hindurchgeführt und fest mit Gewinden 72 des Gehäuses 12 verschraubt. Hierdurch ist das Halteelement 44 fest in dem der Drosselklappe 36 abgewandten Mündungsbereich 74 der Lagerausnehmung 24 mit dem Gehäuse 12 des Drosselklappenstutzens 10 verbunden.
Das Gehäuse 12 des Drosselklappenstutzens 10 ist aus einem als Aluminium ausgebildeten ersten Material 76 und die Drosselklappenwelle 16 ist aus einem als Edelstahl ausgebildeten zweiten Material 78 gefertigt. Das als Aluminium ausgebildete erste Material 76 und das als Edelstahl ausgebildete zweite Material 78 weisen einen deutlich verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Diese verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten führen dazu, dass beim Betrieb der Axialsicherung 14 bei Temperaturschwankungen in einem Bereich von beispielsweise 110°C sich das erste Material 76 und das zweite Material 78 unterschiedlich ausdehnen. Die verschiedenen Ausdehnungen des ersten Materials 76 und des zweiten Materials 78 werden durch das Spiel der Axialsicherung 14 kompensiert.
Eine Drosselklappenwelle 16 mit einer Axialsicherung 14 zeigt Figur 3 im Längsschnitt. Die Drosselklappenwelle 16 ist zum Einbau in den Drosselklappenstutzen 10 gemäss Figur 1 und Figur 2 vorgesehen, über den die einem nicht dargestellten Motor eines ebenfalls nicht dargestellten Kraftfahrzeugs zuzuführende Frischgasmenge einstellbar ist.
Die Drosselklappenwelle 16 weist einen axialen Schlitz 80 auf, der zur Aufnahme der in Figur 3 nicht gezeigten Drosselklappe 36 vorgesehen ist. Zur Anordnung der Drosselklappe 36 in dem Schlitz 80 der Drosselklappenwelle 16 weist die Drosselklappenwelle 16 zwei Durchführungen 82 auf, in denen Befestigungsmittel 38 zur Befestigung der Drosselklappe 36 an der Drosselklappenwelle 16 bei der Montage der Drosselklappe 36 anzuordnen sind. Die Befestigungsmittel 38 sind in der Figur 3 nicht näher dargestellt. Die Vertiefungen 84 an den Durchführungen 82 im Bereich der Aussenfläche 86 der Drosselklappenwelle 16 sind dazu vorgesehen, die Befestigungsmittel 38 annähernd plan in die Aussenfläche 86 der Drosselklappenwelle 16 einzufügen.
Die Axialsicherung 14 der Drosselklappenwelle 16 umfasst das erste annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement 46 und das zweite annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement 48. Weiterhin umfasst die Axialsicherung 14 das Halteelement 44. Das Halteelement 44 weist eine erste Bohrung 68 und eine zweite Bohrung 70 auf. Zur Herstellung der Axialsicherung 14 wird zunächst das erste annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement 46 auf die Drosselklappenwelle 16 aufgeschoben. Das erste annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement 46 wird zumindest über seine axiale Aussenfläche 60 mittels einer annähernd ringscheibenförmigen und als Laserschweissnaht ausgebildeten Schweissverbindung 64 mit der Aussenfläche 86 der Drosselklappenwelle 16 fest verbunden. Die als Laserschweissnaht ausgebildete Schweissverbindung 64 ist dabei eine annähernd durchgehende Linie. Alternativ kann jedoch auch das erste annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement 46 mittels einer gepunkteten Schweissnaht oder einer eine Vielzahl von Linien aufweisenden Schweissverbindung 64 mit der Aussenfläche 86 der Drosselklappenwelle 16 fest verbunden werden.
Anschliessend wird das Halteelement 44 auf die Drosselklappenwelle 16 geschoben, wobei das Halteelement 44 auf der Seite auf die Drosselklappenwelle 16 aufgeschoben wird, die der axialen Aussenfläche 60 des ersten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselements 46 abgewandt und der axialen Innenfläche 56 des ersten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselements 46 zugewandt ist. Das Halteelement 44 wird drehbar mittels der Bohrung 42 des Halteelements 44 auf der Drosselklappenwelle 16 angeordnet. Sodann wird das zweite annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement 48 so auf die Drosselklappenwelle 16 geschoben, dass die axiale Innenfläche 58 des zweiten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselements 48 dem Halteelement 44 zugewandt und die axiale Aussenfläche 62 des zweiten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselements 48 dem Halteelement 44 abgewandt ist.
Vor der Befestigung des zweiten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselements 48 auf der Drosselklappenwelle 16 wird das Spiel zwischen dem ersten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselement 46 und dem zweiten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselement 46 mittels einer Lehre eingestellt, die in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist. Die Lehre weist hierbei eine annähernd u-förmige Form auf. Nach Einstellung des Spiels der Axialsicherung 14 wird das zweite annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement 48 zumindest über seine axiale Aussenfläche 62 fest mit der Drosselklappenwelle 16 mittels eines Lasers über eine als Laserschweissnaht ausgebildete Schweissverbindung 66 fest verbunden.
Die als Laserschweissnähte ausgebildeten Schweissverbindungen 64 und 66 sind in der Zeichnung nicht massstabsgetreu dargestellt. Sie sind in Wirklichkeit viel kleiner, sind aber jedoch aus Darstellungsgründen überproportional gross in die Zeichnung eingezeichnet worden. Die Schweissverbindungen 64 und 66 sollten überwiegend die axialen Aussenflächen 60 und 62 der annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselemente 46 und 48 mit der Aussenfläche 86 der Drosselklappenwelle 16 verbinden. Eine gewisse Erstreckung der Schweissverbindungen 64 und 66 in die Randbereiche der annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselemente 46 und 48 kann dabei aus fertigungstechnischen Gründen jedoch nicht vollständig ausgeschlossen werden. Insbesondere kann es vorkommen, dass sich die Schweissverbindungen 64 und 66 in den radialen Spalt zwischen den jeweiligen annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselementen 46 und 48 und der Aussenfläche 86 der Drosselklappenwelle 16 erstrecken. Um jedoch die Schweissverbindungen 64 und 66 nahezu vollständig frei von Zugbelastungen beim Betrieb der Axialsicherung 14 zu halten, sollten die die annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselemente 46 und 48 mit der Aussenfläche 86 der Drosselklappenwelle 16 verbindenden Schweissverbindungen 64 und 66 überwiegend die axialen Aussenflächen 60 und 62 der annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselemente 46 und 48 mit der Aussenfläche 86 der Drosselklappenwelle 16 verbinden.
Die drei auf der Drosselklappenwelle 16 zu befestigenden Elemente der Axialsicherung 14 zeigt schematisch Figur 4. Das erste annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement 46 und das zweite annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement 48 weisen jeweils eine axiale Aussenfläche 60 bzw. 62 auf. Auf der anderen Seite des annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselements 46 bzw. 48 ist die jeweilige axiale Innenfläche 56 bzw. 58 angeordnet. Die axialen Innenflächen 56 und 58 sind in Figur 4 nicht zu sehen, da sie gemäss der Darstellung in Figur 4 unter den axialen Aussenflächen 60 bzw. 62 angeordnet sind. Die annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselemente 46 und 48 weisen jeweils eine Bohrung 88 bzw. 90 auf, die jeweils zur Aufnahme der Drosselklappenwelle 16 vorgesehen ist.
Das Halteelement 44 weist die Bohrung 42 auf, die zur Aufnahme der Drosselklappenwelle 16 vorgesehen ist. Das Halteelement 44 ist annähernd ringscheibenförmig ausgebildet und weist einen ersten annähernd ohrförmigen Bereich 92 und einen zweiten annähernd ohrförmigen Bereich 94 auf. Die annähernd ohrförmigen Bereiche 92 und 94 weisen die Bohrungen 68 und 70 auf, über die das Halteelement 44 mit dem Gehäuse 12 des Drosselklappenstutzens 10 fest zu verbinden ist.
Beim Betrieb des Drosselklappenstutzens 10 ist die Drosselklappenwelle 16 im Rahmen ihres Spiels, das mittels einer annähernd u-förmigen Lehre zwischen dem ersten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselement 46 und dem zweiten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselement 48 eingestellt worden ist, bewegbar. Bewegt sich die Drosselklappenwelle 16 beispielsweise gemäss Figur 1 und Figur 2 nach rechts, so wird das erste annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement 46 an das Halteelement 44 gedrückt. Die als Laserschweissnaht ausgebildete Schweissverbindung 64 des annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselements 46 erfährt hierdurch lediglich eine Druckbelastung, jedoch keine Zugbelastung. Das zweite annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement 48 erfährt in diesem Fall keine Zug- und/oder Druckbelastung, da der durch die Rechtsbewegung der Drosselklappenwelle 16 ausgeübte Druck vollständig von dem Halteelement 44 abgefangen wird. Bewegt sich im Gegensatz dazu die Drosselklappenwelle 16 gemäss Figur 1 oder Figur 2 nach links, so erfährt lediglich die als Laserschweissnaht ausgebildete Schweissverbindung 66 des zweiten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselements 48 eine Druckbelastung, jedoch keine Zugbelastung. Der Druck dieser Linksbewegung wird wiederum vollständig von dem fest in dem Gehäuse 12 des Drosselklappenstutzens 10 verschraubten Halteelement 44 abgefangen.
Durch die jeweils einseitige Befestigung der annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselemente 46 und 48 weist die Axialsicherung 14 eine besonders hohe mechanische Stabilität auf. Zudem ist durch die Einstellbarkeit des Spiels zwischen dem ersten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselement 46 und dem zweiten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselement 48 eine besonders hohe Genauigkeit bei der Einstellung des Spiels der Axialsicherung 14 möglich. Dieses besonders fein eingestelltes Spiel der Axialsicherung 14 erweist sich insbesondere dann als günstig, wenn das Gehäuse 12 des Drosselklappenstutzens 10 aus einem ersten Material 76 und die Drosselklappenwelle 16 aus einem zweiten Material 78 gefertigt ist, wobei das erste Material 76 einen von dem zweiten Material 78 verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Denn die verschiedenen Ausdehnungen der Materialien 76 und 78 sind durch das Spiel der Axialsicherung 14 kompensierbar.
Die Axialsicherung 14 des Drosselklappenstutzens 10 ist mit einem besonders geringen Herstellungsaufwand zu erstellen und weist ausserdem eine besonders hohe axiale und radiale Schwingungsfestigkeit auf. Weiterhin ist durch die jeweils einseitige Belastung der beiden annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselemente 46 und 48 eine besonders hohe mechanische Stabilität der Axialsicherung 14 besonders zuverlässig gewährleistet.

Claims (11)

  1. Drosselklappenstutzen (10) mit einem Gehäuse (12), in dem eine durchgehende Drosselöffnung (34) ausgebildet ist, die durch eine auf einer Drosselklappenwelle (16) angeordnete Drosselklappe (36) verschliessbar ist, wobei die Drosselklappenwelle (16) mit ihren seitlichen Enden (18, 20) in Lagerausnehmungen (22, 24) des Gehäuses (12) ragt und drehbar gelagert ist, wobei ein Ende (20) der Drosselklappenwelle (16) auf der der Drosselklappe (36) abgewandten Seite (40) der Lagerausnehmung (24) heraus- und eine Bohrung (42) eines Halteelements (44) durchragt, das axial unverschiebbar auf der Drosselklappenwelle (16) angeordnet und axial in dem der Drosselklappenwelle (16) abgewandten Mündungsbereich (74) der Lagerausnehmung (24) am Gehäuse (12) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (44) an seinem radial äusseren Bereich (92, 94) mit dem Gehäuse (12) fest verbunden ist und im Bereich seiner Bohrung (42) axial auf jeder Seite (52, 54) an einem annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselement (46, 48) in Anlage ist, wobei die Sicherungselelemente (46, 48) fest auf der Drosselklappenwelle (16) angeordnet sind und die Drosselklappenwelle (16) frei drehbar die Bohrung (42) des Halteelements (44) durchragt.
  2. Drosselklappenstutzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (44) über Sicherungsmittel (50) fest mit dem Gehäuse (12) verbunden ist.
  3. Drosselklappenstutzen (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsmittel (50) Schrauben sind.
  4. Drosselklappenstutzen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das erste Sicherungselement (46) als auch das zweite Sicherungselement (48) eine axiale Innenfläche (56, 58) und eine axiale Aussenfläche (60, 62) aufweisen, wobei die axialen Innenflächen (56, 58) der Sicherungselemente (46, 48) jeweils dem Halteelement (44) zugewandt sind und die Sicherungselemente (46, 48) jeweils an ihren axialen Aussenflächen (60, 62) fest mit der Drosselklappenwelle (16) verbunden sind.
  5. Drosselklappenstutzen (10) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Aussenfläche (60) des ersten Sicherungselements (46) und die axiale Aussenfläche (62) des zweiten Sicherungselements (48) jeweils über eine Schweissverbindung (64, 66) fest mit der Drosselklappenwelle (16) verbunden sind.
  6. Drosselklappenstutzen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) aus einem ersten Material (76) und die Drosselklappenwelle (16) aus einem zweiten Material (78) gefertigt ist, wobei das erste Material (76) einen von dem zweiten Material (78) verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
  7. Drosselklappenstutzen (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass erste Material (76) Aluminium und das zweite Material (78) Edelstahl ist.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Axialsicherung (14) für eine Drosselklappenwelle (16) in einem Drosselklappenstutzen (10) umfassend ein Gehäuse (12), in dem eine durchgehende Drosselöffnung (34) angeordnet ist, die durch eine auf einer Drosselklappenwelle (16) angeordnete Drosselklappe (36) verschliessbar ist, wobei die Drosselklappenwelle (16) mit ihren seitlichen Enden (18, 20) in Lagerausnehmungen (22, 24) des Gehäuses (12) ragt und drehbar gelagert ist, wobei ein Ende (20) der Drosselklappenwelle (16) auf der der Drosselklappe (36) abgewandten Seite (40) der Lagerausnehmung (24) heraus- und eine Bohrung (42) eines Halteelements (44) durchragt, das axial unverschiebbar auf der Drosselklappenwelle (16) angeordnet und axial in dem der Drosselklappe (36) abgewandten Mündungsbereich (74) der Lagerausnehmung (24) am Gehäuse (12) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes und ein zweites annähernd ringscheibenförmiges Sicherungselement (46, 48) jeweils mittels einer Bohrung (88, 90) auf der Drosselklappenwelle (16) angeordnet werden, wobei zwischen den beiden annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselementen (46, 48) das Halteelement (44) auf der Drosselklappenwelle (16) mittels seiner Bohrung (42) angeordnet und an seinem äusseren Bereich (92, 94) mit dem Gehäuse (12) fest verbunden wird, wobei der Abstand zwischen dem ersten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselement (46) und dem zweiten annähernd ringscheibenförmigen Sicherungselement (48) mittels einer Lehre eingestellt wird, wobei die Lehre zwischen dem Halteelemement (44) und einem der beiden Sicherungselemente (46, 48) angeordnet wird, und anschliessend sowohl das erste annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement (46) als auch das zweite annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement (48) fest mit der Drosselklappenwelle (16) verbunden werden.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Drosselklappenstutzens (10) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Lehre eine annähernd u-förmige Form aufweist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Drosselklappenstutzens (10) nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das erste Sicherungselement (46) als auch das zweite Sicherungselement (48) eine axiale Innenfläche (56, 58) und eine axiale Aussenfläche (60, 62) aufweisen, wobei die axialen Innenflächen (56, 58) der Sicherungselemente (46, 48) jeweils dem Halteelement (44) zugewandt werden und sowohl das erste annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement (46) als auch das zweite annähernd ringscheibenförmige Sicherungselement (48) mit seiner axialen Aussenfläche (60, 62) über eine Schweissverbindung (64, 66) fest mit der Drosselklappenwelle (16) verbunden werden.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Drosselklappenstutzens (10) nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Aussenfläche (60) des ersten Sicherungselements (46) und die axiale Aussenfläche (62) des zweiten Sicherungselements (48) jeweils über eine Schweissverbindung (64, 66) fest mit der Drosselklappenwelle (16) verbunden sind.
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