Drosseleinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Drosseleinrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine Drosselklappe ist beispielsweise aus der EP 498 933 A1 bekannt. Diese ist in ein Gehäuse integriert, welches an einem Trägerkörper befestigt werden kann. Das Gehäuse ist nach Art eines Drossel klappenstutzens ausgebildet, das heißt, der Stutzen ist einerseits an dem Trägerkörper und andererseits an der Sauganlage einer Brennkraftmaschine besfestigt.

Ein Nachteil dieses Aufbaus ist darin zu sehen, daß ein hoher Bauteileaufwand erforderlich ist sowie eine größere Anzahl von Abdichtelementen zwischen den einzelnen Bauteilen benötigt wird, wobei bekanntermaßen Drossel Systeme aus metallischen Werkstoffen hohe Leckluftraten aufweisen.

Es ist weiterhin aus der DE 38 003 87 A1 eine Drosselklappe mit einer besonderen Art der Leerl aufregelung bekannt. Diese Drosselklappe ist in einer rohrformigen Öffnung angeordnet, wobei diese Öffnung bestimmte Arten von Vertiefungen aufweist, welche zur Leerlaufluftsteuerung dienen. Eine solche Drosselklappe ist jedoch fertigungstechnisch sehr schwer herstellbar, da zur optimalen Abdichtung des Drossel kl appenquerschnitts eine hohe

Fertigungsgenauigkeit erforderlich ist, die nur mit einem hohen Fertigungsaufwand erzielt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drosseleinrichtung zu schaffen, die kostensparend hergestellt werden kann und eine zuverlässig wirksame Abdichtung des Drosselquerschnitts er ögl icht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Oberbegriff des Hauptanspruchs durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die konsequente Anwendung von Kunststoff im Bereich des Ansaugtrakts einer Brennkraftmaschine weitgehend berücksichtigt ist. Gerade Kunststoff bewirkt wegen des geringen Elastizitätsmoduls eine zum Teil wesentlich geringere spezifische Werkstoffbeanspruchung , z.B. bei Hertzscher Flächenpressung durch die, infolge der Verformung stark vergrößerte Auflagefläche, als bei Stahlpaarungen. In Kombination mit einer Elastomerdichtung ergibt sich eine optimale Abdichtung des Drosselquerschnitts und damit extrem kleine Leckluftraten.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß an dem Gehäuse der Drosseleinrichtung ein Abdichtwulst vorgesehen ist, an welchem die Drosselklappe aufliegt, so daß die Abdichtfl che definiert werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Elastomerdichtung im 2K-Verfahren in die Dichtflächen integriert. Bei dem 2K-Verfahren wird zunächst in einem Spritzgießwerkzeug der Grundkörper gespritzt, anschließend innerhalb des Spritzgießwerkzeugs in den Bereichen, in welchen die Elastomerdichtung angeordnet sein muß, Spaltöffnungen freigegeben und diese Öffnungen mit der Elastomerdichtmasse ausgefüllt. Nach Abkühlung des hergestellten Teils kann dieses dem Werkzeug

entnommen werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, zwischen der Drosselklappe und dem die Drosselklappe umgebenden Gehäuse, also beispielsweise dem Drosselklappenstutzen, einen geringen radialen Spalt vorzusehen. Dieser stellt sicher, daß Unrundheiten , wie sie beispielsweise durch Verzug auftreten können, nicht zu einem Klemmen der Drosselklappe führen.

Es ist bei einer Kunststoffdrosselklappe von Vorteil, wenn die Leerlaufluftregelung in die Gestaltung der Drosselklappe bzw. der gesamten Drosseleinrichtung integriert werden kann. Hierzu verläuft die Wandung des Gehäuses innerhalb eines gewissen Winkelbereichs der Drosselklappe in der Art einer Leerlaufspaltkurve, d.h. bei sich öffnender Drosselklappe wird der Spalt zwischen Drosselklappe und Gehäuse, welcher zunächst nahe Null ist, progressiv größer, ab einer gewissen Winkelstellung der Drosselklappe geht der Leerlaufluftspalt in die normale Drossel klappenöffnung über. Mit geeigneten AnSteuerelementen läßt sich die Drosselklappe innerhalb dieses Leerlaufluftspaltbereichs steuern, so daß aufwendige Leerl auf1 uftregelungen mit zusätzlichen Ventilen, Bypässen u. . vermieden werden können.

Es wird weiterhin ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung der Drosseleinrichtung beschrieben.

Selbstverständlich ist es zweckmäßig, das Gehäuse der Drosseleinrichtung im Kunststoffspritzgießverfahren herzustellen. Es besteht auch die Möglichkeit, das Gehäuse in Extrusionstechnik , durch Pressen, Rotationsschleudertechni oder andere Verfahren herzustellen. Grundsätzlich beträgt der gesamte Arbeitsbereich der Drosselklappe 90 Grad, wobei die Ansteuerung im gesamten Bereich mit einer hohen Genauigkeit erfolgt. Dabei ist es vorteilhaft, den Sattel, d.h. die Auflage für die

Drosselklappe, welche gleichzeitig die Dichtwirkung entfaltet, unmittelbar mit dem Gehäuse zu verbinden, d.h. Sattel und Gehäuse in einem einzigen Spritzgießwerkzeug herzustellen.

Eine alternative Variante sieht vor, diesen Sattel nachträglich durch eine Gehäuseverformung, d.h. durch eine thermische Umformung des Gehäuses zu bilden. Der Vorteil dieser thermischen Umformung ist darin zu sehen, daß eine gleichbleibende Wandstärke des Gehäuses gewährleistet ist. Diese gleichbleibende Wandstärke kann jedoch auch bei dem vorgenannten Verfahren durch die entsprechende Gestaltung des Spritzgießwerkzeugs sichergestellt werden .

Eine weitere Ausgestaltung der Drosseleinrichtung sieht vor, zur optimalen Abdichtung zwischen Drossel klapenstutzen und Drosselklappe ein sogenanntes Relaxationsverfahren anzuwenden. Dies bedeutet, daß die Drosselklappe eine Minderung der Elastizität erfährt, wobei dies in vorteilhafter Weise durch Temperieren erfolgt. Das Temperieren wird in der Nullstellung, d.h. in der Stellung vorgenommen, in welcher die Drosselklappe an dem Drosselklappenstutzen bzw. der Dichtschulter des Drosselklappenstutzens anliegt.

Dieser Relaxationsvorgang bewirkt ein Kriechen oder Fließen des Kunststoffes der Drosselklappe und damit ein Anpassen dieser Drosselklappe an die Drosselstutzenform. Der Vorgang wird unterbrochen sobald die Drosselklappe ihre optimale Form erreicht hat, d.h., sobald das Dichtungsverhalten dem vorgegebenen Wert entspricht.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von

Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine in einen Drosselklappenstutzen eingebaute Drosselklappe in 0 Grad Lage

Figur 1a ein Detail aus Figur 2

Figur 1b eine weitere Detaildarstellung aus Figur 1

Figur 1c eine Variante zu Figur 1a

Figur 2 ein Spritzgießwerkzeug zum Herstellen einer Drosselklappe in 2K-Technik

Figur 3 die Funktion der Leerlaufspalteinstel lung bei einer Drosselklappe ,

Figur 3a ein Detail aus Figur 3,

Figur 4a, b Drosselklappenvarianten im Querschnitt,

Figur 5a, b Drosselkl appen 1 agerarten ,

Figur 6 eine Drosselklappe mit Venturidüse zur Einspeisung von Zusatzluft,

Figur 7 eine Detaildarstellung einer Drosselklappe,

Figur 8 eine Darstellung der Abdichtung der Drosselklappe,

Figur 9 eine Darstellung einer Wellenabdichtung insbesondere einer Drosselklappenwellenabdichtung,

Figur 10a, b die Detaildarstellung einer Drosselklappe während eines Relaxationsvorgangs,

Figur 11 die Detaildarstellung einer Drosselklappe mit Toleranzausgleich.

Die Drosseleinrichtung gemäß Figur 1 besteht aus einem Drosselklappenstutzen 10, in welchem über eine Drosselklappenwelle 11 die Drosselklappe 12 gelagert ist. Die Drosselklappe hat einen Öffnungswinkel von 90 Grad und dichtet in ihrer hier gezeigten Ruhestellung den Drossel klappenquerschnitt zuverlässig ab. Die Abdichtung zwischen dem Dichtsattel 13 des Drosselklappenstutzens 10 und der Drosselklappe 12 kann in unterschiedlicher Weise ausgeführt sein.

In Figur 1 ist in einer vergrößerten Detaildarstellung der Dichtbereich zwischen dem Drosselklappenstutzen 10 und der Drosselklappe 12 dargestellt. Die Drosselklappe 12 ist an der Dichtfläche mit einer Elastomerdichtung 14 versehen. Diese Elastomerdichtung liegt an dem Dichtsattel 13 des Drosselklappenstutzens 10 bei geschlossener Drosselklappe auf.

In Figur 1c ist eine Variante gezeigt. Hier befindet sich in dem Dichtsattel 13 des Drossel klappenstutzens 10 eine Elastomerdichtung 15. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, sowohl Drosselklappe als auch Drossel klappenstutzen mit Dichtkomponenten auszustatten, wobei die Verwendung von Kunststoff für die einzelnen Teile schon aufgrund des geringeren Elastizitätsmoduls für eine wesentlich bessere Dichtwirkung gegenüber Metalldrosselklappen sorgt.

Figur 1b zeigt in einer weiteren Detaildarstellung eine Möglichkeit zur Herstellung des Dichtsattels 13. Dieser Dichtsattel 13 kann durch ein Prägewerkzeug 16, welches auf den Drosselklappenstutzen einwirkt und diesen nachträglich thermisch verformt, hergestellt werden. Um ein Verklemmen zwischen Drosselklappe 12 und dem Drossel klappenstutzen 10 zu verhindern, ist der Außendurchmesser der Drosselklappe 12 geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Drosselklappenstutzens 10, so daß ein Spalt S (0,1 bis 0,5 mm) entsteht, der so gewählt ist, daß auch Unrundheiten , wie sie beispielsweise durch Schwindung oder Verzug auftreten könnten, kein Problem darstellen.

Figur 2 zeigt ein Spritzgießwerkzeug zum Herstellen einer Drosselklappe in 2K-Technik. Das Spritzgießwerkzeug besteht aus einem Oberteil 17 und einem Unterteil 18. Sowohl in Ober- als auch Unterteil ist jeweils ein Schieber 19, 20 angeordnet, welcher in Verbindung mit dem Spritzgießwerkzeug zwei unterschiedliche Kavitäten bildet. Zum Herstellen eine Drosselklappe 12 wird das Werkzeug geschlossen und die Schieber 19, 20 in die Ausgangsstellung gefahren. Diese Ausgangsstellung ist durch den Schieber 20 dargestellt. In diesem Zustand wird die erste Kavität mit thermoplastischem Kunststoff gefüllt. Anschließend werden die Schieber 19, 20 in die von dem Schieber 19 dargestellte Stellung zurückgezogen und die sich dabei bildende zweite Kavität mit einer Elastomerdichtmasse 21 gefüllt. Es besteht die Möglichkeit, die Drosselklappenwelle in einem nächsten Arbeitsgang in die Drosselklappe einzuspritzen. Nach Öffnen des Werkzeugs kann eine komplette Drosselklappe entnommen werden. Die Elastomerdichtung kann auch zwischen einem Drosselklappenoberteil und einem Drossel kl appenuntertei 1 eingeklammert werden.

Figur 3 zeigt die Funktion der Leerlaufspalteinstel lung , die in Figur 3a in einer vergrößerten Darstellung nochmals wiedergegeben

ist. Die Drosselklappe entspricht dabei im wesentlichen der in Figur 1 gezeigten. Der Drosselklappenstutzen 10 ist in seiner Wandung derart ausgeführt, daß er in der Ruhestellung der Drosselklappe 12 eine dicht abschließende Form darstellt und dabei einen entsprechenden Spalt S als Toleranzspalt berücksichtigt. Innerhalb des Winkelbereichs Alpha L nimmt der Spalt 22 zwischen Drosselklappe und Drosselklappenstutzen mit sich öffnender Drosselklappe geringfügig zu, bis die Drosselklappe den Wandungsbereich des Drosselklappenstutzens 10 verläßt und in die Offenstellung gedreht wird.

Die Dimensionierung des Spalts 22 ist dabei so gewählt, daß eine Leerlaufregelung einer Brennkraftmaschine möglich ist, d.h. die Drosselklappe wird im Leerlaufbetrieb sich innerhalb des Winkels Alpha L bewegen. Erst beim Beschleunigen aus dem Leerlauf heraus wird die Drosselklappe weiter geöffnet, verläßt den Leerlaufbereich und geht in den progressiven Öffnungsbereich über.

Führt man die Leerlaufspaltkurve weiter, kann auch eine Progression im Öffnungsverhalten der Drosselklappe integriert werden. Gerade Kunststoffdrosselkl appen und Kunststoffdrosselklappenstutzen sind aufgrund ihres einfachen Herstel 1Verfahrens geeignet, mehrere Funktionen, wie z.B. die Integration der Abdichtelemente und Kombination mit einer Leerlaufspalteinstel lung zu vereinen.

In Figur 4a ist eine Drosselklappe 12 im Querschnitt gezeigt, die in ihrem Kern aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht und welche vollständig von einem Elastomer 23 umgeben ist. Hergestellt wird eine solche Drosselklappe im 2K-Verfahren .

Eine Variante zeigt Figur 4b. Hier ist eine Drosselklappe dargestellt, die ebenfalls vollständig von einem Elastomer umhüllt ist. In dem thermoplastischen Kunststoffinnentei 1

befindet sich ein Metallkern 24. Durch die Einbringung eines Metallkerns kann die Drosselklappe bezüglich ihres Volumens reduziert werden, ohne daß Festigkeitseinbußen zu befürchten sind.

Figur 5a und b zeigen die Lagerstellen von Drosselklappen, wobei jeweils Dichtlippen 25, 26 vorgesehen sind, die ebenfalls durch den Elastomerüberzug 23 gebildet werden und eine zuverlässige Abdichtung der Drosselklappe an den Drosselklappenwellen 11 bewerkstel 1 igen.

Figur 6 zeigt eine in ein T-Stück 28 eines Ansaugsystems eingebaute Drosselklappe 12. Diese wird durch einen hier nicht dargestellten Bowdenzug gemäß Pfeil 27 geöffnet. An der rechtsseitigen Rohrwandung des T-Stücks 28 ist ein Anschluß in Form eines Venturirohres 29 angeordnet. Hierüber kann entweder Zusatzfrischluft oder Abgas zugeführt werden. Selbstverständlich wird dieses Venturirohr nur bei geöffneter Droselklappe wirksam.

In Figur 7 ist eine Detaildarstellung eine Drosselklappe 12 gezeigt. Diese dreht sich um den Achsmittelpunkt der Welle 11 und schließt in der Ruhestellung den Drosselklappenstutzen 10 ab. Die Abdichtung erfolgt wie in Figur 8 gezeigt, über eine Dichtkante 30 an dem Drosselklappenstutzen 10. An dieser Dichtkante liegt die Drosselklappe 12 mit ihrer Elastomerdichtung 14 auf.

In Figur 8 ist insbesondere der Toleranzausgleich Delta T ersichtlich. Dieser verhindert ein Klemmen der Drosselklappe bei geringen Maßabweichungen.

In Figur 7 sind drei Stellungsphasen der Drosselklappe gezeigt. Ausgehend von der Null-Stellung (0°) bis zu einer Stellung I (4°) ist die Drosselklappe geschlossen. Erst ab dieser Zwischenstellung I und Stellung II (9°) befindet sich der Leerlaufregelbereich . In diesem Bereich bewegt sich die

Drosselklappe während der Leerlaufphase. Damit erübrigt sich ein getrennter Leerlaufluftkanal . Dieser Leerlaufbereich ist progressiv und geht über in den Vollastbereich bis zur 90°-Stellung der Drosselklappe in Phase drei.

Figur 9 zeigt eine Abdichtmaßnahme zur zusätzlichen Leckluftabdichtung insbesondere bei einer Drossel kl appenl agerung . Die Drosselklappenwelle 11 besteht aus einem Zwei-Komponenten-Werkstoff. Der Kern der Drosselklappenwelle, insbesondere ein PPS-Kunststoff , ist mit einem Elastomer-Überzug 31 versehen. Dieser Elastomer-Überzug hat im Bereich der Dichtung die dargestellte Form. Die Drosselklappenwelle ist innerhalb des Drosselklappenstutzens 10 über insbesondere ein Kugellager 32 drehbar gelagert. Zwischen dem Kugellager und dem Elastomer-Überzug der Drosselklappenwelle befindet sich eine PUR-Dichtung 33. Auf der Drosselklappenwelle 11 ist eine Kupferdrahtwicklung 34 angeordnet. Diese dient zur Wiederstandsschweißung und erwärmt die Welle 11 und einen auf der Welle befindlichen Dichtring der sich durch das Schmelzen optimal an die Welle 11 anlegt und damit für eine zuverlässige Leckluftabdichtung sorgt.

In Figur 10a ist ein Detail einer Drosselklappe 114 gezeigt. Diese ist in einem Reinluftrohr 110 angeordnet. An dem Reinluftrohr 110 ist eine Dichtfläche 116 vorgesehen, an welcher die Drosselklappe aufliegt. Zur zuverlässigen Abdichtung ist in die Drosselklappe 114 eine Elastomerdichtung 122 integriert. Die äußere Kontur der Drosselklappe im Bereich der Fläche 123 weist einen etwas geringeren Durchmesser auf als der Innendurchmesser des Reinluftrohres 110.

Zur Anpassung der Außenfläche 123 an die Kontur des Reinluftstutzens wird die Drosselklappe einem

Temperierungsvorgang unterzogen. Hierzu wird eine Kraft F gemäß dem Pfeil 124 in Figur 10b erzeugt. Diese Kraft F wird im

wesentlichen durch das Schwenken der Drosselklappe um den Schwenkpunkt der Drosselklappenwelle 115 gebildet. Aufgrund dieser Kraft und des Temperierungsvorgangs wird sich eine resultierende Bewegung längs des Pfeils SR einstellen bis die Fläche 123 der Drosselklappe an der unteren Kante sich an die Innenkontur des Drosselklappenstutzens angepaßt hat.

Selbstverständlich kann dieser Relaxationsvorgang auch mit anderen Mitteln erzielt werden, so z.B. durch Ultraschall oder andere elastizitätsmindernde Maßnahmen. Entscheidend ist dabei, daß eine Anpassung der Drosselklappe an die vorhandene Kontur erfolgt.

In Figur 11 ist eine weitere Detaildarstellung einer Drosselklappe gezeigt. In dieser Drosselklappe ist zum einen ein elastomeres Element 122 als Dichtungselement angeordnet. Weiterhin weist diese Drosselklappe ein zusätzliches Element 125 auf. Dieses hat die Aufgabe, eine Entkoppelung des Drosselklappenbereichs 126 zu dem Drosselklappenbereich 127 zu bewirken. Das Element 125 kann dabei ein Elastomer oder ein Kunststoff mit besonderen Fließeigenschaften sein. Während des Relaxationsvorgangs trägt dieses Entkoppelungselement zu einer besseren Anpassung der Drosselklappenkontur an die Kontur des Reinluftstutzens bzw. des Drosselklappenstutzens, der in dieser Zeichnung nicht dargestellt ist, bei. Auch das Element 125 kann im 2-K-Kunststoffspritzgießverfahren gemeinsam mit der Drosselklappe in einem Arbeitsgang hergestellt werden.