Medienmassen-Steuerelement und Ansaugvorrichtung für Verbrennungsmotoren Die vorliegende Erfindung betrifft Medienmassen-Steuerelemente zum Steuern von Durchflussmassen von fluiden Medien. Die Erfindung betrifft insbesondere Systeme für die Durchflussmassensteuerung von gasförmigen oder flüssigen Medien. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Luftmassen-Steuerungen in Verbrennungsmotoren (Brennkraftmaschinen) für mobile und stationäre Anwendungen.

Kugelhähne zum Steuern Durchflussmassen von gasförmigen oder flüssigen Medien sind seit langem bekannt. In Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen werden derzeit häufig Klappensysteme wie beispielsweise Drosselklappen eingesetzt, die eine durchgehende Achse zur Ansteuerung der Klappen oder andere Stellelemente aufweisen. Diese Achsen haben mehrere Nachteile. Die Klappen bilden selbst in der geöffneten Position einen Strömungswiderstand. Die Achsen verursachen einen sogenannten"Wellenschatten"und reduzieren damit das mögliche Durchflussvolumen, stören den Medienstrom und führen zu Verwirbelungen und andern, häufig nicht erwünschten physikalischen Effekten. Darüber hinaus müssen die Achsen der Klappen über Dichtungen abgedichtet werden, damit keine unzulässig großen Leck-oder Nebenluftraten entstehen, die sich negativ auf die Steuerqualität auswirken.

Weiterhin gestatten diese herkömmlichen Drosselklappen keine geringen Schaltzeiten im Millisekundenbereich, wie sie für Impuls-Ansaugvorrichtungen für Verbrennungsmotoren mit einer Impuls-Steuereinheit benötigt werden, die Luft-Ladeimpulse erzeugen.

Mit der forschreitenden Entwicklung von Brennkraftmaschinen, insbesondere Verbrennungs- motoren für Kraftfahrzeuge, finden kontinuierliche Verbesserungen der hiermit in Verbindung stehenden Systeme und Vorrichtungen statt. Eines der Hauptziele der Motorentwicklung im Kraftfahrzeugsbereich ist die Optimierung des Verbrennungsprozesses bzw. eine Verringerung des Treibstoffverbrauchs, die mit der öptimierung einhergeht. Eine der relevanten Vorrichtungen der Verbrennungskraftmaschinen ist die Luft-Sauganlage und die darin verwendeten Luftmassen- Steuerelemente.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Medienmassen-Steuerelement bereitzustellen, das es ermöglicht, einen gepulsten bzw. impulsgeladenen Luftstrom für die Einleitung in die Brennkammern einer Brennkraftmaschine zu erzeugen.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Medienmassen-Steuerelement bereitzustellen, das leicht und billig hergestellt werden kann.

Der Erfindung liegt darüber hinaus die Aufgabe zugrunde, ein Medienmassen-Steuerelement mit einer besonders schmalen Bauform bereitzustellen.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein strömungsoptimiertes Medienmassen- Steuerelement bereitzustellen.

Der Erfindung liegt darüber hinaus die Aufgabe zugrunde, ein Medienmassen-Steuerelement bereitzustellen, das im geschlossenen Zustand besonders dicht schließt.

Der Erfindung liegt schließlich die Aufgabe zugrunde, eine Ansaugvorrichtung für Verbrennungsmotoren bereitzustellen, welche die Vorteile eines erfindungsgemäßen Medienmassen-Steuerelements nutzt.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche l ; 3 bis 5 und 17 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung in Form von Aus-und Weiterbildungen werden durch die abhängigen Patentansprüche beschrieben.

Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Medienmassen-Steuerelement, mit einem Gehäuse und einem Absperrelement bereitgestellt. Das Gehäuse weist dabei eine Eingangsöffnung und einer Ausgangsöffnung auf. Das Absperrelement ist in dem Gehäuse drehbar gelagert, und weist eine im wesentlichen sphärische Geometrie mit einer Durchgangsöffnung auf. Das Absperrelement hat eine, durch eine Durchführung in dem Gehäuse definierte Drehachse auf, um die es mechanisch gedreht werden kann. In zumindest einer Stellung des Absperrelements fluchten jeweils die Eingangsöffnung und die Durchgangsöffnung und die Durchgangsöffnung und die Ausgangsöffnung. In zumindest einer anderen Stellung des Absperrelements ist die Verbindung zwischen Eingangs-und Ausgangsöffnung zumindest teilweise verschlossen.

Das Medienmassen-Steuerelement ist dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement einen, im wesentlichen rohrförmigen Abschnitt aufweist, der die Durchgangsöffnung definiert. Der rohrformige Abschnitt ist mit zumindest einer Rippe versehen ist. Die Rippe oder die Rippen können als Querrippen, Längsrippen (Stringer), und/oder Schrägrippen, voll oder Teilrippen ausgeführt sein. Der rohrformige Abschnitt und die Rippen weisen dabei im wesentlichen die gleiche Wandstärke auf.

Die Ränder der Enden des Abschnitts und der Rand der zumindest einen Rippe liegen dabei bevorzugt auf der Oberfläche eines im wesentlichen kugelförmigen Rotationskörpers.

Zur Veranschaulichung könnte man das Absperrelement in einer Ausführungsform auch als einen Absperrkörper eines Kugelhahns beschreiben, der durch Ausfräsungen an der äußeren Oberfläche der Kugel mit einer Rippenstruktur versehen wurde.

Durch die Rippenstruktur wird eine kunststoffgerechte Ausführung nach dem System möglichst gleichbleibender Wandstärken mit Rippen und Stringern angestrebt, die über die Rippenkonstruktion eine im wesentlichen kugelige Außenkontür sicher stellen. Eine solche Ausfiihrung ist bei metallischen Ausführungsformen für Kugelhähne, bisher nicht bekannt.

Das hier beschriebene Absperrelement weist an jeder Stelle gleiche Wanddicken auf, (System möglichst gleicher Wandstärken), und vermeidet damit die Nachteile wie Verzug und Lunkerbildung die bei einem Absperrelement aus Vollkunststoff auftreten.

Die Rippen und Stringer gestatten es, die äußere Kontur einer Kugel einzuhalten ohne, dass die Masse und das Volumen einer Kugel vorhanden sein muss. Damit werden möglichst geringe Wanddickensprünge realisiert und auch durch die Geometrie bedingte Spannungen vermeiden.

Der Aufbau des Absperrelements aus einem rohrförmigen Abschnitt gestattet es, besonders bei Ausftihrungen die zur Luft-und Gasmassensteuerung vorgesehen sind, die Masse des Absperrelements drastisch zu reduzieren. In seiner leichtesten Form umfasst das erfindungsgemäße Absperrelement lediglich den, den Durchgang begrenzenden Abschnitt, und eine Rippe, die im geschlossen Zustand des Absperrelements einen verbleibenden Spalt zwischen dem Abschnitt und dem Gehäuse abdeckt bzw. verschließt. Die Rippe kann bevorzugt so ausgestaltet sein, dass sie bei der Betätigung des Absperrelements immer an dem Gehäuse anliegt, und nicht in den Bereich der Einlass-oder Auslassöffnung kommt. Somit kann die Rippe, die den Spalt zwischen dem rohrförmigen Abschnitt und dem Gehäuse abdichtet, sich nicht an den Kanten der Einlass-oder Auslassöffnung verhaken.

Die Vorteile des gerippten Aufbaus lassen sich wie folgt verdeutlichen : Die Masse der Kugel ist gegenüber einer Vollkugel drastisch verringert. Damit wird nicht nur der Materialbedarf bei der Herstellung verringert, sondern auch die zur Betätigung des Absperrelements notwendigen Kräfte. Je nach gegebenen Belastungen können die Rippen und Stringer dichter oder weiter beabstandet angeordnet werden. Das erfindungsgemäße Absperrelement kann durch Spritzgießen

verzugsarm und mit geringen Herstellungstoleranzen hergestellt werden, wodurch eine Nachbearbeitung überflüssig wird.

Die geringe Masse gestattet es Schaltzeiten, das heißt die Gesamtzeit des öffnungs-und Schließvorgangs des Medienmassen-Steuerelements im wesentlichen unterhalb einer Zeitdauer von ca. 2,5 Millisekunden (ms) und insbesondere im wesentlichen in einem Zeitbereich von ca.

0,5 ms bis ca. 2,5 ms zu ereichen.

Gemäß eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Medienmassen- Steuerelement, mit einem Gehäuse und einem Absperrelement bereitgestellt. Das Gehäuse weist dabei eine Eingangsöffnung und einer Ausgangsöffnung auf. Das Absperrelement ist in dem Gehäuse drehbar gelagert, und weist eine im wesentlichen sphärische Geometrie mit einer Durchgangsöffnung auf. Das Absperrelement hat eine, durch eine Durchführung in dem Gehäuse definierte Drehachse auf, um die es mechanisch gedreht werden kann. In zumindest einer Stellung des Absperrelements fluchten jeweils die Eingangsöffnung und die Durchgangsöffnung und die Durchgangsöffnung und die Ausgangsöffnung. In zumindest einer anderen Stellung des Absperrelements ist die Verbindung zwischen Eingangs-und Ausgangsöffnung zumindest teilweise verschlossen.

Das Medienmassen-Steuerelement gemäß dieses Aspektes der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement, eine einseitig oder beidseitig abgeflachte Kugel ausgeführt sind, deren abgeflachte Flächen im wesentlichen parallel zur Durchgangsöffnung, bzw. senkrecht zur Drehachse des Absperrelements ausgebildet sind.

Dadurch kann die Abmessung des Medienmassen-Steuerelements in Richtung der Drehachse des Absperrelements gegenüber der eines Medienmassen-Steuerelements mit einem vollkommen kugeligen Absperrelement verkleinert werden.

Da eine Kugel relativ viel Raum einnimmt, wurde der solche Absperr-und Massensteuerelemente im Automobilbau bisher nicht eingesetzt. Das erfindungsgemäße Medienmassen-Steuerelement, das an zumindest einer Seite abgeflacht ist, zeigt dieses Problem nicht. Die Breite eines Erfindungsgemäßen zweiseitig abgeflachten Medienmassen- Steuerelements ist kaum höher als das einer herkömmlichen Drosselklappe. In dem abgeflachten Bereich können z. B. Potentiometer oder andere Steuer-, Sensor-und/oder Regeleinheiten untergebracht werden.

Gemäß eines dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Medienmassen-Steuerelement, mit einem Gehäuse und einem Absperrelement bereitgestellt. Das Gehäuse weist dabei eine

Eingangsöffnung und einer Ausgangsöffnung auf. Das Absperrelement ist in dem Gehäuse um eine Drehachse drehbar gelagert, und weist eine im wesentlichen sphärische Geometrie mit einer Durchgangsöffnung auf. Das Absperrelement hat eine, durch eine Durchführung in dem Gehäuse definierte Drehachse auf, um die es mechanisch gedreht werden kann. In zumindest einer Stellung des Absperrelements fluchten jeweils die Eingangsöffnung und die Durchgangsöffnung und die Durchgangsöffnung und die Ausgangsöffnung. In zumindest einer anderen Stellung des Absperrelements ist die Verbindung zwischen Eingangs-und Ausgangsöffnung zumindest teilweise verschlossen.

Das Medienmassen-Steuerelement gemäß dieses Aspekts ist dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung des Absperrelements, von einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt an der Einlassseite in einen länglichen Querschnitt an der Auslassseite übergeht, wobei die Breite der Durchgangsöffnung im wesentlichen gleich bleibt. Die Durchgangsöffnung lässt sich im wesentlichen als seitlich abgeplatteter kegelstumpfartiger Hohlraum beschreiben, der an einem Ende einen im wesentlichen Kreisförmigen Querschnitt und am anderen Ende einen eher länglichen Querschnitt aufweist.

Bei diesem Medienmassen-Steuerelement ist beispielsweise in der Luftauslassseite ein Teil des Absperrelements ausgespart, damit die Aerodynamik in der Auslassseite, nicht durch Bauteilsegmente gestört wird, die in den Medienstrom Luftauslass-Storm hineinragen.

Im Vergleich zu einem herkömmlichen Kugelabsperrhahn, der die Durchgangsöffnung an beiden Enden der Kugel gleichmäßig gegen das Gehäuse verdreht, und damit an zwei Stellen die Strömung des Mediums behindert, wird gemäß dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung die Strömung nur an einer Seite des Absperrelements eingeschränkt. Damit wird folgender vorteilhafter Effekt erreicht : bei einem herkömmlichen Kugelhahn wird die Strömung des Mediums an dem übergang von der Einlassseite zur Durchgangsbohrung der Absperrkugel behindert, und schlägt in eine turbulente Strömung um. Der zweite übergang von der Durchgangsbohrung zu der Auslassseite, stellt die gleiche Querschnittsverengung wie der erste übergang dar, mit dem Unterschied, dass der Strömungswiderstand für eine turbulente Strömung höher liegt. Damit lässt sich das Strömungsverhalten schlecht steuern. Im Fall der vorliegenden Erfindung wird die Strömung durch nur durch eine Querschnittsverengung behindert, und die Strömung ist nach dem Medienmassen-Steuerelement weniger turbulent, und damit lässt sich das Strömungsverhalten besser Steuern.

Gemäß eines vierten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Medienmassen- Steuerelement, mit einem Gehäuse und einem Absperrelement bereitgestellt. Das Gehäuse weist

dabei eine Eingangsöffnung und einer Ausgangsöffnung auf. Das Absperrelement ist in dem Gehäuse drehbar gelagert, und weist eine im wesentlichen sphärische Geometrie mit einer Durchgangsöffnung auf. Das Absperrelement hat eine, durch eine Durchführung in dem Gehäuse definierte Drehachse auf, um die es mechanisch gedreht werden kann. In zumindest einer Stellung des Absperrelements fluchten jeweils die Eingangsöffnung und die Durchgangsöffnung und die Durchgangsöffnung und die Ausgangsöffnung. In zumindest einer anderen Stellung des Absperrelements ist die Verbindung zwischen Eingangs-und Ausgangsöffnung zumindest teilweise verschlossen.

Das Medienmassen-Steüerelement zeichnet sich dabei durch ein Absperrelement aus, das im wesentlichen die Gestalt von zwei gegeneinander versetzt angeordneten und aneinander teilweise anliegenden Halbkugeln bildet. Im wesentlichen könnte die Form als eine Kugel beschrieben werden, die in der Mitte geteilt und leicht versetz wieder verbunden wurde.

Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein optimiertes Abdichtungskonzept im geschlossenem Zustand der Kugelsegment-Steuereinheit dar. Die Einlassseite ist dabei im Bereich einer umlaufenden Dichtung versetzt, damit die Dichtung vollflächig auf dem äußeren Körper aufliegen kann.

Bevorzugt bildet ein Spalt zwischen dem Absperrelement und dem Gehäuse im offenen Zustand im wesentlichen die Gestalt von zwei versetzt zueinander angeordneten, teilweise anliegenden Halbkugelschalen. Damit kann einerseits erreicht werden, dass im offenen Zustand keine oder fast keine Kräfte notwendig sind, um das Absperrelement zu bewegen, da das Absperrelement nicht oder nur schwach an dem Gehäuse anliegt. Zweitens wird durch diese Konstruktion erreicht, dass das Medienmassen-Steuerelement im offenen Zustand einen Anschlag für die Bewegung des Absperrelements bildet. Der besondere gewünschte Effekt besteht jedoch darin, dass das Absperrelement den Spalt zwischen Absperrelement und dem Rand der Einlass bzw.

Auslassöffnungen verkleinert, wenn es in Richtung der geschlossenen Position bewegt wird. Im Fall, dass die Drehachse des Absperrelements durch den Mittelpunkt eine der Kalbkugeln geht, wird nur jeweils der Spalt an der Eingangs-oder der Ausgangsseite verringert. Liegt die Drehachse des Absperrelements in der Drehsymmetrieachse des Absperrelements, wird beim Sperren der Spalt sowohl die Eingangs-als auch die Ausgangsseite verringert, sodass das Absperrelement im Bereich um die Gehäuseöffnungen vollflächig auf dem Gehäuse aufliegt.

Damit lässt sich eine bessere Abdichtung als mit herkömmlichen Kugelabsperrhähnen erreichen.

Bevorzugt weist das Absperrelement einen, im wesentlichen rohrförmigen Abschnitt auf, der die Durchgangsöffnung definiert, und der zumindest mit einer Rippe versehen ist. Der Abschnitt und

die Rippen weisen dabei im wesentlichen die gleiche Wandstärke auf. Das Absperrelement ist dabei bevorzugt so gestaltet, dass die Ränder der Enden des rohrSdrmigen Abschnitts und der Rand der Rippen auf einem im wesentlichen kugelförmigen Rotationskörper liegen.

Wie bereits vorstehend erwähnt, kann damit auch das seitlich abgeflachte Absperrelement leichter ausgeführt, und billiger hergestellt werden. Mit dieser Konstruktion kann auch das strömungsoptimierte Absperrelement leichter ausgeführt werden. Durch diese Konstruktion lässt sich auch ein leichtes dichtungsoptimiertes Medienmassen-Steuerelement herstellen. Alle diese mit Hilfe dieser Konstruktion hergestellten Absperrelemente lassen sich leicht und kostengünstig in einem Spritzgussverfahren herstellen.

Vorzugsweise ist das Absperrelement, eine einseitig oder beidseitig abgeflacht ausgeführt, wobei- die abgeflachten Flächen im wesentlichen senkrecht zur Drehachse des Absperrelements ausgebildet sind. Durch diese Konstruktion kann ein strömungsoptimiertes Medienmassen- Steuerelement oder ein dichtungsoptimiertes Medienmassen-Steuerelement flacher hergestellt werden. Durch diese Konstruktion kann auch ein massenoptimiertes Absperrelement flacher hergestellt werden.

Selbstverständlich können durch diese Konstruktion auch strömungs-und massenoptimierte, dichtungs-und strömungsoptimierte und massen-und dichtungsoptimierte Medienmassen- Steuerelemente flacher hergestellt werden. Mit allen daraus folgenden, vorstehend erwähnten Vorteilen.

Vorzugsweise geht die Durchgangsöffnung des Absperrelements von einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt in einen länglichen Querschnitt über, wobei die Breite im wesentlichen gleich bleibt. Diese Gestaltung gestattet es, ein Medienmassen-Steuerelement auszuführen, das sowohl für die Strömung als auch für eine schmale Bauweise, wie auch auf eine geringe Masse und ein geringes Gewicht, als auch auf eine besondere Dichtigkeit optimiert ist.

Die jeweiligen Vorteile die sich aus dieser Konstruktion ergeben, sind in der vorstehenden Beschreibung dargelegt.

Bevorzugt ist das Absperrelement in dem Gehäuse durch zwei Lager drehbar gelagert. Je nach Ausführung kann das Absperrelement dazu zwei Wellenstummel aufweisen, die in jeweilige am Gehäuse angebrachten Lager eingreifen. Wahlweise kann das Gehäuse auf der, der Durchführung gegenüberliegenden Seite mit einem Achsstummel versehen sein, der in eine Entsprechende Bohrung an dem Absperrelement eingreift. In der einfachsten Version kann durch eine geeignete Werkstoffpaarung von Gehäuse-und Absperrelementwerkstoff auf ein gesondertes Lagerbauteil

verzichtet werden.

Als Lager kommen dabei Gleitlager, oder Wälzlager wie Kugel-Rollen-oder Nadellager in Betracht. Die Lagerung des Absperrelements bringt besondere Vorteile. Die Rippen und die Stringer müssen dadurch das Absperrelement nicht mehr in dem Gehäuse führen, damit können sich die Rippen auch nicht mehr an den Einlass-bzw. Auslassöffnung verhaken. Durch die Lager kann auch der Verschleiß gesenkt werden, dies ist vor allem für Medienmassen-Steuerelemente wichtig, die Kurze Schaltzeiten aufwesen. Damit kann das Medienmassen-Steuerelement mit einem gewissen Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Absperrelement ausgeführt werden, womit sich die Kräfte zum Betätigen des Medienmassen-Steuerelements weiter verringern lassen. Durch die Lagerung kann auf alle Rippen und Stringer verzichtet werden, die nicht aus Gründen der Stabilität oder der Abdichtung notwendig sind.

Bevorzugt weist das Absperrelement zumindest eine umlaufende Dichtung auf, die im geschlossenen Zustand des Absperrelements die Eingangs-und/oder die Ausgangsöffnung abdichtet. Im Gegensatz zu dem klassischen Kugelhahn kann durch die auf dem Absperrelement aufgebrachte Dichtung auch eine gerippte Oberfläche die Dichtung nicht übermäßig schnell verschleißen. Ein weiterer Vorteil der auf dem Absperrelement angebrachten Dichtung besteht darin, das die Dichtung nur auf den Rippen und Stringern sowie an den Endendes rohrförmigen Abschnitts bzw. auf den Flächen angebracht werden kann, die an den Durchgang angrenzen.

Selbstverständlich kann auch eine um die Lager umlaufende Dichtung an dem Absperrelement angebracht werden.

Ein extrem wichtiger, auslegungsrelevanter Punkt für Medien-Steuerelemente ist die Dichtigkeit des Steuerelementes. Diese wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass eine Dichtung außen auf das Absperrelement aufgebracht wird. Diese Dichtung besteht vorzugsweise aus Polymerwerkstoffen und kann durch eingelegte Formdichtungen oder durch ein direktes Anspritzen der Dichtung über ein Zwei-Komponenten-Verfahren realisiert werden.

Bei diesem Verfahren, entsteht zwischen dem Kugelsegmentkörper und der Dichtung im Idealfall mit einer entsprechenden Werkstoffpaarung ein chemischer Verbund oder zumindest ein mechanisch physikalischer Verbund. Die Dichtung kann sich auf jedem äußeren Rippensegment befinden, kann aber auch nur auf einigen wenigen Segmenten beispielsweise an der Vorderkante und umlaufend nach hinten um die Lager, fixiert sein. Im Idealfall, ist die Dichtung umlaufend, geschlossen. Die vordere Kante schließt das Kugelsegment relativ mediendicht ab, da diese Kante auf der Gehäusevorderkante fest aufliegt.

Vorzugsweise weist das Gehäuse zumindest eine umlaufende Dichtung au, die im geschlossenen Zustand des Absperrelements die Eingangs-und/oder die Ausgangsöffnung abdichtet.

Die Dichtung kann beispielsweise auf die vorstehend beschriebene weise an das Gehäuse angebracht werden.

Bevorzugt weist die Dichtung eine Shore A härte zwischen 40 Shore A und 80 Shore A und eine Dichtungspressung zwischen 5 % und maximal 40 % des Dichtungsvolumens aufweist.

Damit kann erreicht werden dass ein Absperrelement, das von der Gehäuseform auf Grund von Fertigungstoleranzen abweicht, verwendet werden kann, da die Dichtung kleine auch unebene Spalten abdichten kann. Im Falle eines Kugelsegmentansperrkörpers mit 50 mm Durchmesser wird beispielsweise eine Rundheitstoleranz zwischen 0,01 mm und maximal 0,5 mm erforderlich. Es können dabei ovale, einseitig abgeflachte, gleichdickförmige, polygonförmige oder wellige Rundheits-Toleranzen auftreten, die über die Dichtung ausgeglichen werden müssen.

Die Dichtung übernimmt neben der Abdichtfunktion nach außen gegen das Gehäuse und gegen die Durchführung, einen gewissen Toleranzausgleich. Die Dichtung darf andererseits keine zu großen Widerstände gegen die erforderlichen Drehbewegungen aufweisen. Die Härte der Dichtung, die Anpresskraft und die Reibwerte müssen entsprechend optimiert werden.

Eine Dichtung einer Shore A Härte zwischen 40 Shore A und 80 Shore A hat sich als praktikabel erwiesen. Die Dichtungspressung liegt bevorzugt zwischen 5 % und maximal 40 % des Dichtungsvolumens. Der Gesamt-Reibwiderstand sollte zwischen 5 N und maximal 50 N betragen, um bei der erforderlichen Winkelverstellung keine zu großen Kräfte aufbringen zu müssen.

Vorzugsweise ist das Medienmassen-Steuerelement mit einem Aktuator, Stellantrieb oder Servomotor versehen, um das Absperrelement zu betätigen. Der Aktuator kann ein mechanischer, elektro-mechanischer, elektro-magnetischer, pneumatischer oder hydraulischer Aktuator oder eine Mischform davon sein. Die Art des Aktuators hängt dabei im wesentlichen von dem jeweiligen Einsatzgebiet ab.

Bevorzugt umfasst das Medienmassen-Steuerelement mindestens einen Sensor. Der Sensor kann dazu dienen, die Winkelposition des Absperrelements zu bestimmen. Der Sensor kann auch zum Aufnehmen einer Eigenschaft des Mediums dienen, und beispielsweise die Dichte, die

Temperatur, die Strömungsgeschwindigkeit oder auch die Zusammensetzung des Mediums oder andere Eigenschaften des Mediums zu bestimmen.

Gemäß eines anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Ansaugvorrichtung bereitgestellt, die insbesondere als Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine verwendet werden kann. Die Ansaugvorrichtung weist ein, jeder Brennkammer der Brennkraftmaschine zugeordnetes Saugrohr auf, wobei dessen eines Ende in einem, einer Brennkammer zugeordneten Lufteinlass mündet und dessen anderes Ende mit einer Lufteintrittsöffnung eines Ansaug-Plenums verbunden ist. Die Ansaugvorrichtung ist durch je ein Medienmassen-Steuerelement in jedem der Saugrohre, und/oder durch ein Medienmassen- Steuerelement gekennzeichnet das mit dem Ansaugplenum verbunden ist.

Bevorzugt sind die Medienmassen-Steuerelemente in den Saugrohren mittel mindestens einer Ansteuervorrichtung gemäß der vorstehenden Beschreibung in der Lage, Ladeimpulse hohen Drucks zu erzeugen, die durch die Lufteinlässe des Zylinderkopfs in die Brennkammern der Brennkraftmaschine gelangen können, indem die Medienmassen-Steuerelemente oder Impuls- Schalteinheiten für einen Gasdurchtritt (schnell) geöffnet und (schnell) geschlossen werden.

Der die Ladeimpulse erzeugende Vorgang des öffnens und anschließenden Schließens eines Medienmassen-Steuerelements ist durch dessen Zeitdauer charakterisiert, die im folgenden als Schaltzeit bezeichnet wird. Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform liegt diese Schaltzeit unterhalb von im wesentlichen ungefähr 2,5 Millisekunden (ms) und gemäß einer weiteren anderen Ausführungsform liegt diese Schaltzeit in einem Zeitbereich im wesentlichen von ca. 0,5 ms bis ca. 2,5 ms.

Die Erzeugung von Ladeimpulsen hohen Drucks durch das vorstehend beschriebene Medienmassen-Steuerelement erfordert eine hohe Dichtigkeit der Medienmassen-Steuerelement.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform schließt das Medienmassen-Steuerelement im geschlossenen Zustand derart ab, so dass die Leckrate einer Impuls-Schalteinheit sehr gering bis nicht vorhanden ist (im Bereich von"0 l/h liegt).

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen anhand von schematischen Darstellungen von Ausführungsbeispielen beschrieben, in denen : Fign. 1A bis 1E verschiedene schematische Darstellungen eines Medienmassen- Steuerelements zeigen, das auf eine besonders geringe Masse optimiert ist,

Fign. 2A bis 2D verschiedene schematische Darstellungen eines Medienmassen- Steuerelements zeigen, das für eine besonders kleine Breite und besonders kleine Masse optimiert ist, Fign. 3A bis 3C verschiedene schematische Darstellungen eines Medienmassen- Steuerelements zeigen, das für eine niedrige Masse und gute Steuerbarkeit des Medienstroms optimiert ist, Fign. 4A bis 4C verschiedene Ansichten eines Absperrelements darstellen, das auf eine besonders gute Abdichtung im geschlossenen Zustand optimiert ist, und Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Ansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine in einer erfmdungsgemäßen Ausführungsform zeigt Gleiche und ähnliche Vorrichtungen, Einheiten, Elemente etc. werden in den Zeichnungen und in der Beschreibung mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Figuren lA bis lE sind verschiedene Ansichten eines, auf besonders niedrige Masse optimierten Medienmassen-Steuerelements.

Figur 1A ist dabei eine perspektivische Explosionszeichnung eines, auf besonders niedriges Gewicht optimierten Medienmassen-Steuerelements. Das Medienmassen-Steuerelement weist dabei im wesentlichen fünf Bauteile auf : Das Gehäuse mit einem oberen Gehäuseteil 1 und einem unteren Gehäuseteil 2, dem Absperrelement 5 und den beiden Lagern 13. Das Gehäuse weist dabei eine Einlassöffnung 3 und eine Auslassöffnung 4 auf, die z. B. mit einem Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors verbunden werden können. Das Gehäuse 1, 2 kann ein oder mehrteilig ausgeführt sein. Die Gestaltung hängt dabei wesentlich vom gewählten Herstellverfahren ab. Das Gehäuse weist außerdem noch Lageraufnahmen 14 auf. Das Absperrelement 5 weist in dieser Ausführungsform eine fast völlig kugelige Gestalt auf, die nur durch die Durchlassöffnung 6, die Wellenstummel 12 und die Zwischenräume zwischen den Rippen 7 und 8 (innerhalb der Fertigungstoleranzen) von einer Kugel abweicht. In dieser Ausführungsform wird das Absperrelement 5 durch einen rohrformigen Abschnitt 10 gebildet, der mit Rippen 7 und 8 und einem Paar Wellenstummel 12 versehen ist. Die äußeren Ränder 11 der Enden des rohrförmigen Abschnitts 10, und die äußeren Oberflächen der Rippen 7,8 liegen im wesentlichen auf einer gemeinsamen Kugeloberfläche. Das Absperrelement 5 wird durch die Lager 13 in dem Gehäuse 1, 2 drehbar gelagert. Das Absperrelement 5, ist in bezug auf die öffnung mit Querrippen 7 und Längsrippen oder Stringern 8 versehen, um die Masse zu reduzieren, die ein Vollkugelsegment sonst hätte.

Diese Ausführungsform ist eine, im Vergleich zu herkömmlichen Kugelabsperrhähnen deutlich

leichtere Variante. Diese Ausführungsform hat überdies den Vorteil, eine kunststoffgerechte Ausführung darzustellen, die nach dem System möglichst gleichbleibender Wandstärken mit Rippen 7 und Stringern 8, über die Rippenkonstruktion eine kugelige Außenkontur sicher stellt.

Diese Variante kommt den'bereits bekannten"Kugelhähnen"für die Gas-und Flüssigkeits- Medien-Steuerung am nächsten, und stellt außerdem eine, für die Kunststofftechnik optimierte Ausführungsform dar, wie sie bei metallischen Kugelhähnen, bisher nicht bekannt ist. Die hier beschriebene Variante lässt sich für herkömmliche Kugelhähne nicht einsetzten da die beschriebene Rippenkonstruktion die Dichtung, welche die Kugel aufnimmt schnell verschleißen würde.

Diese Wanddickenreduzierung nach dem"System möglichst gleichbleibender Wandstärken" dient dazu, Spannungen zu vermeiden und die Wirtschaftlichkeit bei der Fertigung zu erhöhen.

Das Absperrelement 5 kann ein-oder mehrteilig ausgeführt sein. Zwischen den Rippen 7 und den Stringern 8 befinden sich Hohlräume.

Das Absperrelement 5 hat links und rechts herausragende Wellenteile oder Wellenstummel 12, über die es möglich ist, das Absperrelement 5 um einen bestimmten Winkel zu verdrehen. An die Wellenstummel können überdies durch eine Durchführung und Lageraufnahme 14 in dem Gehäuse 1, 2 Geräte für die Ansteuerung und Wegmessung angeflanscht werden. Zwischen den, an dem Absperrelement 5 herausragenden Achsabschnitten oder Wellenstummeln 12 und dem Gehäuse 1, 2 sind Lager (Gleit-oder Rollenlager) 13 vorgesehen, um eine dauerhaft leichtgängige Bewegung des Absperrelements zu ermöglichen.

Fig. 1B zeit das Medienmassen-Steuerelement von Figur 1A in einem montierten Zustand mit abgenommener oberer Gehäusehälfte. Die Figur zeigt die Struktur des Absperrelements mit der Durchgangsöffnung 6, den Teilen die den rohrförmigen Abschnitt 10 bilden. Der rohrförmige Abschnitt 10 endet jeweils im Rand 11 der Enden des rohrförmigen Abschnitts 10. Die Rippen 7 und Stringer 8 sind in dieser Darstellung sehr gut zu erkennen. In dieser Darstellung ist auch besonders deutlich, dass der Rand 11 der Enden des rohrförmigen Abschnitts 10 und die äußeren Ränder der Stringer 8 und Rippen 9 auf der Oberfläche eines gemeinsamen, im wesentlichen kugelförmigen Rotationskörpers liegen.

Figur 1C ist eine nicht perspektivische Explosionszeichnung des Medienmassen-Steuerelements von Figur 1A und 1B in einer Frontansicht.

Figur 1D ist eine nicht perspektivische Explosionszeichnung des Medienmassen-Steuerelements von Figur 1A, 1B und 1C in einer Seitenansicht.

In beiden Figuren ist die Struktur des Gehäuses 1, 2, und des Absperrelements mit der Durchgangsöffnung 6 (nur Fig. 1C), den Rippen 7 und Stringer, dem rohrförmigen Anschnitt 10 (nur Fig. 1D), dem Rand 11 des röhrenförmigen Abschnitts, den Wellenstummeln 12 und den Lagern 13 (beide nur in Fig. 1D) klar zu erkennen.

Figur 1E ist eine perspektivische Außenansicht des zusammengebauten Medienmassen- Steuerelements von Figur 1A bis 1D. Die hier dargestellte Ausführungsform eines Medienmassen-Steuerelements zeigt ein einteiliges Gehäuse 18. An dem Gehäuse ist der Einlassöffnung 3 und die Auslassöffnung 4 angeformt. Seitlich ist an dem Gehäuse die Lageraufnahme 14 mit dem Lager 13 und dem Wellenstummel 12 des Absperrelements zu erkennen. Bei einem einteiligen Gehäuse 18 kann entweder das Absperrelement in ein bestehendes Gehäuse 18 gespritzt werden, oder das Absperrelement wird mit dem Gehäuse Umspritzt bzw. umgossen.

Bei der Herstellung eines Absperrelements in einem Gehäuse, entstehen zwangsläufig Formen mit Hinterschnitten. Um diese Medienmassen-Steuerelemente herstellen zu können, muss entweder das Kugelsegment selbst, oder das Gehäuse, vorzugsweise mittensymmetrisch, geteilt werden oder das Kugelsegment durch die bekannte Schmelzkerntechnologie in das Gehäuse eingeformt werden. Dabei muss auf dem Kugelsegment die Dichtung und die Lagerelemente (Gleitlager oder andere Lagerungen und Lager-Dichtungen) bereits aufgebracht sein. Das Kugelsegment mit den Dichtungen und Montageteilen wird in eine niedrig-schmelzende Metallegierung eingeformt und mit dem Gehäusekörper umspritzt (Kunststofftechnik) oder umschmolzen bzw. gegossen (Metalltechnik).

Figuren 2A bis 2D sind verschiedene Ansichten einer Ausführungsform eines Medienmassen- Steuerelements dar, das auf eine besonders schmale Bauweise optimiert ist.

Das wesentliche Unterscheidungsmerkmal dieser Ausführungsform zu der in den Figuren 1A bis lE dargestellten Ausführungsform ist eine seitliche Abflachung 15 des Absperrelements 5 und des Gehäuses 1, 2,18, um Platz zu sparen (Package). Die Ausführungsvariante in den Figuren 2A bis 2 D weisen ein äußeres Gehäuse 1, 2, und 18 auf. In dem Gehäuse 1, 2 und 18 mit einer Medieneinlassseite und einer Medienauslassseite ist ein Absperrelement eingebaut. Das Absperrelement und das Gehäuse 1, 2,18 weisen in Richtung der Drehachse oder der Achsstummel des Absperrelements eine seitliche Abflachung 15 auf, um die Breite des Medienmassen Steuerelements zu verringern. Dieser Platz kann für Positionssensoren wie Potentiometer oder auch für Steuerelemente verwendet werden.

Das Absperrelement ist wie dei Absperrelemente von den Figuren 1A bis 1E mit Rippen oder Stringern versehen, um die Wanddicke zu reduzieren, die ein Vollkugelabsperrelement sonst aufweisen würde. Diese Wanddickenreduzierung nach dem"System möglichst gleichbleibender Wandstärken"dient dazu, Spannungen zu vermeiden und die Wirtschaftlichkeit bei der Fertigung zu erhöhen. Das Absperrelement kann ein-oder mehrteilig ausgeführt sein. Das äußere Gehäuse 1, 2 18 kann ein oder mehrteilig ausgeführt sein. Die Gestaltung hängt wesentlich vom gewählten Herstellverfahren ab.

Figur 2A ist eine perspektivische Explosionszeichnung eines, auf besonders niedriges Gewicht optimierten Medienmassen-Steuerelements mit einem zweitteiligen Gehäuse 1, 2.

Figur 2B ist eine teilgeschnittene perspektivische Ansicht des Medienmassen-Steuerelements von Figur 2A mit einem einteiligen Gehäuse 18.

In den Figuren 2A und 2B ist neben der Abflachung 15 auch eine Dichtung 16 dargestellt. Die Dichtung 16 ist dabei auf dem Absperrelement angebracht, und als umlaufender Ring ausgeführt.

Der Ring umschließt im geschlossenen Zustand entweder die Einlassöffnung oder die Auslassöffnung. Die Dichtung ist auf der äußeren Oberfläche eines Stringers und auf dem Rand 11 des röhrenförmigen Abschnitts aufgebracht. Die Abdichtung erfolgt über Elastomere an der Luftmassensteuerkante bzw. dem Rand 11 des röhrenförmigen Abschnitts im Bereich der Lufteintrittsöffnung. Die Dichtung 16 kann jedoch umlaufend auf der vorderen Steuerkante 11 über die Rippen 7 und Stringer 8 wie in anderen Versionen ausgeführt sein.

Durch diese Auslegungsform, ist sichergestellt, dass die Verstellkräfte möglichst klein bleiben.

Die Elastomerdichtung wird von der Shore-Härte so gewählt, dass eine gute Abdichtwirkung sicher gestellt ist, Toleranzen des Kugel-Segmentes ausgeglichen werden können und die erforderlichen Verstellkräfte für die erforderlichen Winkel-Drehbewegungen, klein bleiben.

Eine Dichtung einer Shore A Härte zwischen 40 Shore A und 80 Shore A hat sich als praktikabel erwiesen. Die Dichtungspressung sollte bevorzugt zwischen 5 % und maximal 40 % des Dichtungsvolumens liegen. Damit lässt sich auch eine geeignete Abdichtung des Spalts zwischen Gehäuse und Absperrelement erreichen, die auch kleinere Fertigungstoleranzen im Gehäuse und dem Absperrelement ausgleichen kann. Der Gesamt-Reibwiderstand ses Medienmassen- Steuerelements sollte zwischen 5 N und maximal 50 N betragen, um bei der Winkelverstellung des Absperrelements keine zu großen Kräfte aufbringen zu müssen.

Die Figuren 2C und 2D sind jeweils perspektivische Außenansichten der Medienmassen- Steuerelemente von Figur 2A und 2B. Beide Figuren zeigen sehr deutlich die seitlichen Abflachungen 15, die das Medienmassen-Steuerelement schmaler macht. Figur 2C zeigt ein zweiteiliges Gehäuse 1,2 mit einer oberen Gehäusehälfte 1 und einer unteren Gehäusehälfte 2, die durch eine Stoßkante 17 der Gehäusehälften oder eine entsprechende Klebe-oder Schweißstelle miteinander verbunden sind. Die Figur 2D zeigt dagegen ein einteiliges, seitlich abgeflachtes Gehäuse 18.

Figuren 3A bis 3C zeigen ein Medienmassen-Steuerelement, das für eine besonders gute Steuerbarkeit des Medienstroms ausgelegt ist.

Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den, in den in Figuren 1 und 2 beschriebenen dadurch, dass in der Luftauslassseite des Durchgangs des Absperrelements ein Teil des Absperrelements ausgespart wird, damit die Aerodynamik an der Auslassseite, nicht durch Bauteilsegmente gestört wird, die in den Luftauslass-Strom 21 hineinragen.

Wenn das Absperrelement bzw. die Luftmassen-Steuerkante 11 in der Lufteinlassseite 20, über den mittig angeordneten Lagerbereich 13 um einen bestimmten Winkel gedreht wird, um den Luftmassenstrom 20,21 gezielt zu steuern, würde in einem Herkömmlichen Kugelhahn die Auslassseite störend in den Luftstrom ragen. Dieser strömungstechnische Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch beseitigt, dass die Auslassseite 22 des Absperrelements als Segment- Kalotte ausgeführt wird.

Dieses Absperrelement wird nur über die Lager 13 und die Teilrippen 9 bzw. Stringer 8, geführt.

Die Abdichtung erfolgt über Elastomere an der Luftmassensteuerkante 11 im Lufteinlassbereich 20. Die Dichtung kann jedoch umlaufend auf der vorderen Steuerkante 11 und den Rippen 7 und Stringern 8 vorhanden sein.

Durch diese Auslegungsform, ist sichergestellt, dass die Verstellkräfte möglichst klein bleiben.

Die Elastomerdichtung wird von der Shore-Härte so gewählt, dass eine gute Abdichtwirkung sicher gestellt ist, Toleranzen des Kugel-Segmentes ausgeglichen werden können und die erforderlichen Verstellkräfte für die erforderlichen Winkel-Drehbewegungen, klein bleiben.

Das Medienmassen-Steuerelement kann aus Package-Gründen, wie in den Figuren 2, seitlich abgeflacht sein, zeigt aber zusätzlich, noch eine Aussparung 22 im Medienstrom in Auslassrichtung 21, als wesentliches Unterscheidungsmerkmal.

Das Absperrelement befindet in der zweiteiligen Variante, in den beiden Außenschalen 1 und 2 des Gehäuses. Das Absperrelement wird über Gleitlager 12 oder andere Lagerarten innerhalb der beiden Außenschalen 1 und 2, gelagert.

Figur 3A zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des Medienmassen-Steuerelements, mit strömungstechnisch optimierten Absperrelement mit einem länglichen Querschnitt der Durchlassöffnung 22 in Auslassrichtung 21.

Figur 3B zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des Medienmassen-Steuerelements von Figur 3A, bei dem der längliche Querschnitt der Durchlassöffnung 22 in Auslassrichtung besonders deutlich sichtbar wird.

Figur 3C stellt eine Seitenansicht des Absperrelements von Figur 3A und B dar. An dem Absperrelement ist der längliche Querschnitt 22 der Durchgangsöffnung 6 in Auslassrichtung des Medienstroms besonders gut zu erkennen. Es ist weiterhin der röhrenförmige Abschnitt 10, ein Achs-oder Wellenstummel 12, Stringer 8 und Teilrippen 9 zu erkennen.

Die hier dargestellten Absperrelemente können dabei an den, mit 11 bezeichneten Rändern des rohrförmigen Abschnitts 10 eine Dichtung aufweisen, die sich ebenfalls über die Stringer 8 und die Teilrippen 9 erstrecken können.

Figuren 4A bis 4C stellen verschiedene Ansichten eines Absperrelements dar, das dazu ausgelegt ist im geschlossenen Zustand besonders gut abzudichten. Das Absperrelement lässt sich im wesentlichen als ein Körper beschreiben, der aus zwei Halbkugeln 25 zusammengesetzt ist, die mit den ebenen Flächen 26 leicht versetzt zusammengefügt sind. Die Struktur des Absperrelements und es Gehäuses (nicht dargestellt) sollte dabei so gewählt sein, dass im eingebauten, offenen Zustand des Absperrelements ein, im wesentlichen aus zwei Halbkugelschalen bestehender Spalt von im wesentlichen gleicher Dicke gebildet wird. Wird das Absperrelement geschlossen, verengt sich der Spalt immer weiter, und eine Dichtung in dem Spalt wird immer weiter zusammengepresst. Damit kann die Dichtung im geschlossenem Zustand am besten Dichten. Diese Ausführungsform wirkt in etwa wie ein keilförmiger Absperrschieber, der beim Schließen den Spalt zwischen Schieber und Gehäuse verringert, um besser Abdichten zu können.

Figur 4A zeigt dabei das Absperrelement in einer seitlichen Ansicht, Figur 4B zeigt das Absperrelement aus Sicht der Durchgangsöffnung 6, und Figur 4C zeigt eine perspektivische Ansicht des Absperrelements. In den Figuren sind die Halbkugelsegmente 25 jeweils an den

ebenen Flächen 26 zusammengefügt. An den Kanten steht der Bereich 27 über, der auch leicht schräg oder gerundet ausgeführt sein kann. In der vorliegenden Erfindung soll nicht etwa eine Dichtung in der Kante 27 eingelegt werden, sie dient lediglich als Anschlag in der offenen Position des Absperrelements. Diese Variante stellt ein optimiertes Dichtungskonzept im geschlossenem Zustand des Absperrelements bzw. der Steuereinheit dar. Die Einlassseite ist dabei im Bereich der umlaufenden Dichtung versetzt, damit die Dichtung vollflächig auf dem äußeren Körper bzw. dem Gehäuse aufliegen kann.

Die erforderlichen Drehbewegungen für die Winkelverstellung des Absperrelements und Potentiometer bzw. andere Weg und Winkelabhängige Sensoren, werden über einen oder beide an dem Kugelsegment befindlich angeformten Achsabschnitte die in einem Lager 13 gelagert sind, gewährleistet.

Die Wanddicken werden des Absperrelements und oder des Gehäuses können nach dem"System gleicher Wandstärken"ausgelegt werden, um in den Bauteilen eine möglichst geringe Schwindungs-und Verzugsneigung sicher zu stellen.

Die hier angemeldeten Kugelsegment-Varianten, weisen keine durchgehende Welle auf und vermeiden deren negativen Einflüsse auf den Medienstrom und die Leckluftraten. Der von dem Medium durchströmte Bereich in der Mitte des Absperrelements ist frei von störenden Bauelementen für die durchströmenden Medien. Das Kugelsegment wird ausschließlich von außen angesteuert. Da, bei den hier beschriebenen Medienmassen-Steuerungselementen, keine Welle in den Luftdurchsatzbereich ragt, ist diese Art der Medienmassen-Steuerung strömungsoptimiert. In den Ausführungen mit ausgesparter Auslassseite, ist diese Art der Medienmassen-Steuerung mehrfach strömungsoptimiert.

Der öffnungs-und Schließwinkel, dieser Medien Durchflussmassen-Steuerelemente, liegt üblicherweise zwischen 0° und 90°, und kann aber in speziellen Ausführungsformen auch größer als 90° sein. In einer speziellen Ausführungsform können sogar 2 mal 90 Grad, also 180 grad oder mehr angesteuert werden.

Die Durchfluss-Charakteristik kann, in Abhängigkeit der geometrischen Gestaltung des Kugelsegmentes linear, progressiv oder degressiv gewählt werden. Die Form des Durchgangs kann entsprechend den gegebenen Zuführungen im Querschnitt auch leicht oval oder polygonal ausgeführt werden. Um einen Progressive Steuercharakteristik, oder ein besonders langsames Abschließen des Medienmassen-Steuerelements zu erhalten, kann die Durchgangsöffnung im wesentlichen nierenförmig oder tropfenförmig abgewandelt sein. Wobei die Nierenform ein

schnelles und abruptes Absperren, und die Tropfenform ein eher allmähliches absperrverhalten aufweist. Es auch ein"nierentropfen-"förmiger Querschnitt kann gewählt werden, und von der offenen Stellung alternativ ein abruptes Absperren oder ein allmähliches Absperren zu gestatten.

Mit dieser Form kann das Absperrelement bei einem Verbrennungsmotor bei höheren Drehzahlen als Impulsabsperrelement verwendet werden, während es im Lehrlauf mit dem spitzen tropfenförmigen Ende ein genaues Drosseln der Lehrlaufdrehzahl gestattet.

Es gibt einige Techniken wie z. B. die Kunststofftechnik dei sich für die eine Kugel, die an der Vorderkante eine relativ dünne Wandstärke hat und zur Mitte hin zunehmend dicker wird, nicht eignen, da aus dieser Geometrie bedingte Wanddicken-Unterschiede unzulässig hohe Schwindungs-und Verzugseigenschaften, resultieren, wodurch die Funktionstüchtigkeit nicht mehr gegeben ist.

Als Werkstoffe für das äußere Gehäuse und den Kugelsegmentkörper kommen vorzugsweise Verzugs-und Schwindungs-arme Polymerwerkstoffe wie PPA, PPS, Polyphtalamid, Polyphenylen und andere in Frage. Es können aber auch metallische Werkstoffe, Keramik, Gläser oder Naturstoffe eingesetzt werden. Hybride oder Composite, bei denen das Gehäuse und der Kugelsegmentkörper aus verschiedenen Werkstoffen aufgebaut sind, sind ebenfalls möglich.

Bei der Herstellung eines Kugelsegmentes in einem Gehäuse, entstehen zwangsläufig Formen mit Hinterschnitten.

Zur Herstellung dieser Kugelsegment-Massen-Steuerelemente, muss entweder das Absperrelement oder das Gehäuse geteilt werden. Die Teilung kann, vorzugsweise mittensymmetrisch, längs, quer oder schräg zur Strömungsrichtung, parallel oder senkrecht zur Drehachse ausgeführt werden. Das Absperrelement kann durch die bekannte. Schmelzkern- Technologie in das Gehäuse eingeformt werden. Dabei muss auf dem Kugelsegment die Dichtung und die Lagerelemente (Gleitlager oder andere Lagerungen und Lager-Dichtungen) bereits aufgebracht sein. Das Absperrelement mit den Dichtungen und Montageteilen wird in eine niedrig-schmelzende Metalllegierung eingeformt und mit dem Gehäusekörper umspritzt (Kunststofftechnik) oder umschmolzen bzw. gegossen (Metalltechnologie).

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Ansaugvorrichtung gemäß einer Ausführungs- form der Erfindung. Die Darstellung lässt sich in drei Teilabschnitte gliedern, einen Gaszuführungs-Abschnitt, einen Plenum-Abschnitt und einen Saugrohr-Abschnitt. Hierbei ist zu bemerken, dass jeder Brennkammer ein eigener Saugrohr-Abschnitt zugeordnet ist, wobei der Plenum-Abschnitt für die Gaszuführung zu den jeweiligen den Brennkammern zugeordneten Saugrohr-Abschnitten dient.

Der erste Teilabschnitt, der Gaszuführungs-Abschnitt, umfasst den Ansaug-Luftverdichter 114, einen Luftfilter 111, hier mit einem integrierten Resonator 111', sowie eine kombinierte Luft- massen-und Gasdruck-Messeinheit 112, die über eine Luftzuführung 115 mit dem Ansaug- Plenum. 120 verbunden sind.

Gemäß einer Ausführungsform muss die Verbrennungsluft auf einem bestimmten Arbeitsdruck gebracht werden, damit die Impuls-Schalteinheit 132 durch öffnen und Schließen einen Ladeimpuls erzeugt. Die von außen angesaugten Luftmasse werden hierzu durch den Ansaug- Luftverdichter 114 auf den gewünschten Arbeitsdruck verdichtet. Vorzugsweise wird hierfür als Verdichtereinheit ein Zahnrad-oder Duozentrik- (Roots-Gebläse) System vorteilhafterweise im Bereich des Luftfilters 111 eingesetzt. Der Ansaug-Luftverdichter 114 selbst kann entweder vor oder nach dem Luftfilter angeordnet sein. Die Abbildung zeigt einen dem Ansaug-Luftverdichter 114 nachgeordneten Luftfilter 111. Eine dem Luftfilter 111 nachgeschaltete Verdichtereinheit (diese Anordnung ist in Fig. 5 nicht dargestellt) bieten den Vorteil eines geringeren Druckverlusts als in dem Fall eines dem Ansaug-Luftverdichter 114 nachgeschalteten Luftfilters 111 (in Fig. 5 dargestellt).

Die Verdichtung der Luft führt zu deren hohen Beschleunigung und resultiert in einer hohen Lu$strömungsgeschwindigkeit. Strömende Luft hoher Geschwindigkeit führt insbesondere an verschiedenen Strömungsquerschnitten, übergängen, Vorsprüngen der Luftführungskanäle und der gleichen unter anderem zu Turbulenzen und Strömungsabrissen, aufgrund derer Luftvolumen breitbandig angeregt. Eine entsprechende Geräuschentwicklung ist die Folge, aufgrund derer es zu unannehmbaren Geräuschwahmehmungen der Passagiere in dem Fahrzeuginnenraum kommen kann. Akustische Resonator-und Dämpfungselemente in der Luftzuführung 115 sorgen für eine verbesserte Akustik der Brennkraftmaschine im Betrieb. Entsprechend Fig. 5 und gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der abgebildete Luftfilter 111 hierfür einen integrierten Resonator 111'auf Ansaugvorrichtungen vom Stand der Technik weisen bisher Luftmassen-Messeinheiten auf, deren Signale für das Motormanagement benötigt werden. Auf der Erfindung aufbauende Ansaugvorrichtungen benötigen neben der Luftmassen-Messeinheit eine Gasdruck-Messeinheit.

Vorteilhafterweise wird eine kombinierte Luftmassen-und Gasdruck-Messeinheit 112, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, eingesetzt, die es ermöglicht, neben der Luftmasse auch den Ladedruck zu bestimmen, der für die Abstimmung des Druckes der durch die Impuls-Schalteinheit 132 erzeugten Gas-Ladeimpulse bzw. der als Kenngröße für die Ansteuerung der Impuls- Schalteinheit 132 benötigt wird.

Der zweite Teilabschnitt, der Plenum-Abschnitt, umfasst das Ansaug-Plenum 120, das mittels der Luftzuführung 115 mit Luft/Gas versorgt wird, die unter einem bestimmten Arbeitsdruck steht und von dem aus die, den jeweiligen Brennkammern (Zylindern) der Brennkraftmaschine zugeordneten Saugrohre mit Luft/Gas gespeist werden. Die Darstellung zeigt exemplarisch ein Saugrohr 130, das über die Lufteintrittsöffnung 131 mit Luft/Gas aus dem Ansaug-Plenum gespeist wird und das durch den Lufteinlass 141 in den Zylinderkopf 140 der Brennkraftmaschine mündet.

In der Fig. 5 ist im Bereich der Luftzufuhrung 115 ein Drosselelement 113 dargestellt, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dieses Drosselelement, vorzugsweise in einem Drosselelement-Stutzen angeordnet, ist nicht zwingender (optionaler) Bestandteil der Erfindung.

Das Ansaug-Plenum kann weitere in der Fig. 5 gezeigte Merkmale aufweisen. Zum Beispiel ist es möglich, in dem Ansaug-Plenum ein Resonanzvolumen 121 und/oder ein oder mehrere Resonanzelemente 122 (Resonanzklappe) einzubringen. Diese dienen analog zu der vorstehenden Beschreibung der Dämpfung unerwünschter durch die Luftströmungsdynamik verursachter Geräuschentwicklungen. Weiterhin kann in das Ansaug-Plenum 120 zusätzliche Gaszuführungen aufweisen. So ist es möglich, über ein Abgasrückführ-Ventil 123, das in dem Ansaug-Plenum 120 eingebracht ist, einen Teil des Abgasstroms zurückzuführen, was sich insbesondere zur Reduzierung der Abgasemission von Brennkraftmaschinen als effektiv erwiesen hat. Ebenso kann eine Gasstrom verursacht durch eine Turbolader-Aufladung über ein in dem Ansaug-Plenum 120 angeordnetes Turbolader-Ventil 124 in das Ansaug-Plenum 120 eingebracht werden. Der Abgasstrom bzw. der Gasstrom der Turbo-Aufladung müssen jedoch nicht in das Ansaug-Plenum münden, sondern können auch einer oder verschiedenen anderen Orten in die Ansaugvorrichtung eingeleitet werden.

Der dritte Teilabschnitt, der Saugrohr-Abschnitt, umfasst das Saugrohr 130, das durch die Lufteintrittsöffnung 131 mit Luft/Gas aus dem Ansaug-Plenum 120 gespeist wird, und das in den Lufteinlass 141 des Zylinderkopfs 140 mündet. Wie vorstehend beschrieben, ist jeder Brennkammer der Brennkraftmaschine jeweils ein Saugrohr 130 und entsprechend ein Lufteinlass 141 in dem Zylinderkopf 140 zugeordnet.

Das Saugrohr integriert das Medienmassen-Steuerelement bzw. die Impuls-Schalteinheit 132.

Diese Impuls-Schalteinheit 132 dient erfindungsgemäß einerseits als Luftdrosselelement als auch als Impuls-Erzeugungseinheit, um Luftladeimpuls zu erzeugen. In der Funktion als Luftdrosselelement kann die Impuls-Schalteinheit 132 gemäß einer Ausführungsform ein dem

Ansaug-Plenum zugeordnetes Drosselelement (zum Beispiel Drosselelement 113) obsolet machen. Die Impuls-Schalteinheit 132 ist erfindungsgemäß zwischen Ansaug-Plenum 120 und Zylinderkopf 140 angeordnet und kann in Form einer oder mehrerer Klappen, einer Schaltwalze, eines Schaltzylinders, einer Schaltkugel oder irgendeines anderen Luftdrosselelements realisiert sein. Entscheidend ist jedoch, dass die Impuls-Schalteinheit 132 in der Lage ist Luftladeimpulse zu erzeugen.

Hierzu muss die Impuls-Schalteinheit 132 eine Reihe von grundsätzlichen Anforderungen erfüllen, um in der Lage zu sein, erfindungsgemäß zu arbeiten. So muss die Schaltzeit, das heißt die Zeitspanne zwischen öffnen und Schließen der Impuls-Schalteinheit 132, extrem kurz sein, vorteilhafterweise in einem Bereich zwischen ca. 0,5 ms und maximal ca. 2,5 ms. Die extrem kurze Schaltzeit ermöglicht es, Luftladeinpulse mit einem Druck im Bereich von ca. 6 bar bis ca.

20 bar zu erzeugen. Der Druck der Luftladeinpulse anhängt sowohl von der Schaltzeit als auch im weiteren von dem Gesamtdruck-Niveau der Luft/Gas in dem Ansaug-Plenum 120 ab. Dieses Gesamtdruck-Niveau ergibt sich sowohl aus der Druckaufladung durch den Ansaug- Luftverdichter 114 als auch aus einer eventuellen Zuführung von einem durch einen Turbolader verdichteten Gasstrom (z. B. mittels des Turbolader-Ventils 124) und aus einer eventuellen Zuführung eines Abgasstroms (z. B. mittels des Abgasrückführ-Ventils 123). An die Dichtigkeit der Impuls-Schalteinheit 132 sind hohe Anforderungen zu stellen, so dass die Leckrate gering ist, d. h. dass nahezu keine Leckrate vorliegt. Dies kann durch spezielle Abdichtungen und/oder Dämpfer realisiert werden. Ferner ist in Anbetracht der extrem kurzen Schaltzeit die bewegte Masse möglichst gering zu halten, da diese bei sowohl dem öffnungs-Vorgang als auch dem Schließ-Vorgang beschleunigt und abgebremst werden muss. Es ist außerdem zu Berücksichtigen, dass reproduzierbare öffnungs-als auch Schließ-Vorgänge bei einer geringen bewegten Masse einfacher sicherzustellen sind. Damit keine parasitären Effekte auftreten, die schlimmstenfalls zu einer Druckverminderung der Luftladeinpulse führen, ist eine ausreichende Steifigkeit bzw. Trageverhalten gegen Verformungen verursacht durch den Luftstrom zu gewährleisten. Da die Erzeugung der Luftladeinpulse synchron mit der Aufladung der Brennkammer der Brennkraftmaschine mit dem zu zündenden Luft/Treibstoff-Gemisch erfolgt, ist eine Lebensdauer von mehreren Millionen Schaltzyklen, zum Beispiel durch eine ausreichend starke Dämpfung der Schaltvorgänge sicherzustellen.

Vorteilhafterweise wird die Impuls-Schalteinheit 132 in Form eines Schaltkugel-Elements bzw.

Schaltkugelsegment-Elements realisiert. Diese Ausführungen weisen eine Reihe von maßgeblichen Vorteilen auf. So wird der Luft/Gas-Strom durch diese Ausführungen der Impuls- Schalteinheit 132 nicht durch eine Welle oder andere/vergleichbare andere Elemente gestört ; eine Störung des Luft/Gas-Stroms kann die Ausbildung von Luftladeimpulsen empfindlich behindern

(verhindern) oder stören. Außerdem kann die Winkelstellung dieser Ausführungen der Impuls- Schalteinheit 132, d. h. das öffnen und Schließen der Medienmassen Steuereinheit 132, die als Impuls-Steuerelement betrieben wird, durch eine mechanische, magnetische, elektrische oder einer Kombination daraus von außen zuverlässig, schnell, reproduzierbar und einfach eingestellt werden.

Das in Fig. 5 dargestellte Saugrohr 130 weist zusätzlich eine Resonanz-Steuereinheit 133, eine Abgasrückführ-Zuführung 134 und ein Drall und/oder Tumble-Element 135 auf. Die Resonanz- Steuereinheit 133 dient analog zu den vorbeschriebenen Resonanzelementen (integrierter Resonator 111', Resonanzvolumen 121 und/oder Resonanzelement 122) der Dämpfung unerwünschter durch die Luftströmungsdynamik verursachter Geräuschentwicklungen. Als Resonanz-Steuereinheit 133 kann zum Beispiel ein drehbares Stellelement zum steuerbaren Anwählen einer angepassten Luftdurchström-Querschnittfläche sein. Statt der Rückführung eines Teils des Abgasstroms in das Ansaug-Plenum 120 kann ein entsprechender Teil des Abgasstroms direkt in die den Brennkammern zugeordneten Saugrohre erfolgen. Hier vorzugsweise in dem Bereich zwischen Impuls-Schalteinheit 132 und Lufteinlass 141 des Zylinderkopfs 140. Das Drall-und/oder Tumble-Element ist in der Nähe des Lufteinlasses 141 bzw. vorzugsweise direkt an dem Lufteinlass 141 angeordnet und kann, wenn gewünscht und/oder erforderlich, der in die Brennkammer einfließenden Luft/Gas-Strom eine vorteilhafte Strömungsform-Ausbildung, d. h.

Drall oder Tumble, geben, die zu einer verbesserten Luft/Treibstoff-Durchmischung und Verteilung im Zylinder fiihrt.

Der in Fig. 5 gezeigte Abschnitt 100 umfasst das Plenum 120 inklusive des möglichen Drosselelements 113 und einen Teilabschnitt des dargestellten Saugrohrs inklusive Impuls- Schalteinheit 132. Für diesen Abschnitt 100 sind in den folgenden Figuren weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen abgebildet.

Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen.

So kann beispielsweise das Medienmassen-Steuerelement ein Doppel-oder Mehrfach- Medienmassen-Steuerelement sein, das ein Absperrelement mit zwei oder mehreren Durchlassöffnungen aufweist.

Das im wesentlichen sphärische Absperrelement kann oblat oder linsenförmig oder prolat oder Zigarrenförmig ausgebildet sein, oder in einem aus Kegelstümpfen gebildeten Rotationskörper darstellen. Die Drehachse des Absperrelements liegt dabei immer parallel zu einer Symmetrieachse des Absperrelements oder des Körpers, der bei der Rotation des Absperrelements entsteht.

Die Rippen können als Längs- (Stringer), Schräg-, Quer-, Radial-oder auch als Tangential- Rippen ausgeführt sein. Selbst eine aus Rippen gebildete, beispielsweise wabenförmige Struktur ist dabei denkbar, und soll unter den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.

Die abgeflachten Bereiche des Absperrkörpers und des Gehäuses können auch leicht kegelförmig ausgeführt sein. Dann soll die Symmetrieachse des Kegels mit der Drehachse des Absperrkörpers zusammenfallen.

Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die aus einer Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche folgen. Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

Bezugszeichenliste 1 obere Gehäusehälfte 2 untere Gehäusehälfte 3 Einlassöffnung 4 Auslassöffnung 5 Absperrelement 6 Durchlassöffnung 7 Rippe (Querrippe) 8 Rippe (Längsrippe/Stringer) 9 Teilrippe 10 rohrförmiger Abschnitt 11 Rand der Enden des rohrformigen Abschnitts 10 12 Wellenstummel 13 Lager 14 Lageraufnahme am Gehäuse 15 abgeflachte Fläche 16 Dichtung 17 Stoßkante der Gehäusehälften 18 einstückiges Gehäuse 20 Medienstrom in Einlassrichtung 21 Medienstrom in Auslassrichtung 22 länglicher Querschnitt der Durchgangsöffnung 6 25 Halbkugelsegment 26 Trennlinie zwischen den Halbkugeln 27 Stufe zwischen den Halbkugeln 111 Luftfilter 111'integrierter Resonator 112 kombinierte Luftmassen-und Gasdruck-Messeinheit 113 Drosselelement 114 Ansaug-Luftverdichter 115 Luftzaftihrmg 120 Ansaug-Plenum 121 Resonanzvolumen 122 Resonanzelement 123 Abgasrückführ-Ventil 124 Turbolader-Ventil

130 Saugrohr 131 Lufteintrittsöffnung 132 Medienmassen-Steuerelment 133 Resonanz-Steuereinheit 134 Abgasrückführ-Zufiihrung 135 Drall-und/oder Tumble-Element 140. Zylinderkopf 141 Lufteinlass