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Patent Searching and Data


Title:
THROTTLE VALVE POSITIONING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/113702
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a throttle valve positioning device, comprising a housing (12) with a bearing for a throttle valve shaft (20) and a throttle valve support (26), within which a throttle valve (24) pivots which sits on the throttle valve shaft (20), running into a shaft passage (44) in the support (26). According to the invention, air leakage may be avoided, whereby the periphery (34) of the throttle valve (24) is arranged at a separation from a passage (44) for the throttle valve shaft (20) in the throttle valve support (26).

Inventors:
HANNEWALD THOMAS (DE)
KOEHLER STEFAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/050958
Publication Date:
December 29, 2004
Filing Date:
May 28, 2004
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
HANNEWALD THOMAS (DE)
KOEHLER STEFAN (DE)
International Classes:
F02D9/10; F02D11/10; F16K1/22; F16K1/226; (IPC1-7): F02D9/10; F02D11/10; F16K1/22; F16K1/26
Foreign References:
US1671069A1928-05-22
US3556475A1971-01-19
US2934312A1960-04-26
US3260502A1966-07-12
US3627261A1971-12-14
EP1126146A22001-08-22
EP1098079A12001-05-09
DE10142452A12003-03-20
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. DrosselklappenVerstellvorrichtung mit einem Gehäuse (12 ; 112), das eine Lagerung (28,32 ; 128,130) für ei ne Drosselklappenwelle (30 ; 130) bildet und einen Dros selklappenstutzen (26 ; 126) umfasst, in welchem eine Drosselklappe (24 ; 124), die auf der Drosselklappenwel le (20 ; 120) sitzt, die durch einen Wellendurchtritt (44 ; 144) in den Drosselklappenstutzen (26 ; 126) mün det, verschwenkbar ist, wobei das Gehäuse (12 ; 112) einstückig oder geteilt ausgeführt ist, dadurch gekenn zeichnet, dass der Umfang (34 ; 134) der Drosselklappe (24 ; 124) wenigstens einseitig neben der Drosselklap penwelle (20 ; 120) mit Abstand zu einem Durchtritt (44 ; 144) der Drosselklappenwelle (20 ; 120) in den Dros selklappensutzen (26 ; 126) liegt.
2. DrosselklappenVerstellvorrichtung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass der Drosselklappenumfang (34 ; 134) wenigstens auf der Seite des Drosselklappen wellendurchtrittes (44 ; 144) zur Antriebsseite auf der Unterdruckseite bezogen auf die Drosselklappenwelle (20) liegt.
3. DrosselklappenVerstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (24 ; 124) in einem spitzen Winkel zu der Drosselklappenwelle (20 ; 120) angeordnet ist.
4. DrosselklappenVerstellvorrichtung nach Anspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass der spitze Winkel zwischen 5° und 25° beträgt.
5. DrosselklappenVerstellvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselklappenstut zen (26 ; 126) im Bereich des anliegenden Drosselklap penumfangs (34 ; 134) einen Knick (36 ; 136) aufweist, dessen Wandungen senkrecht zur Neigungsrichtung der Drosselklappe (24 ; 124) liegen.
6. DrosselklappenVerstellvorrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ei ne Trennfuge (30 ; 130) zwischen den Gehäuseteilen (14, 16 ; 114,116) außerhalb des Anlagebereiches des Dros selklappenumfangs (34 ; 134) an der Innenseite des Dros selklappenstutzens (26 ; 126) liegt.
7. DrosselklappenVerstellvorrichtung nach einem der An sprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dros selklappenwelle (20) auf der dem Wellendurchtritt (44) zum Antrieb hin gegenüberliegenden Seite des Drossel klappenstutzens (26) in einem geschlossenen Lagerauge gelagert ist.
8. DrosselklappenVerstellvorrichtung nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet, dass die Lagerung der Drossel klappenwelle (20) unmittelbar im Lagerauge (32) des aus Kunststoff, z. B. einem duroplastischen Material, ge fertigten Gehäuseteil (14) erfolgt.
9. DrosselklappenVerstellvorrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) zwischen seinen Hälften (14,16) einen Stellantrieb (18) und gegebenenfalls ein Getriebe (22) zum Verstellen der Drosselklappe (24) über die Drossel klappenwelle (20) aufweist.
10. DrosselklappenVerstellvorrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (24 ; 124) an ihrem Umfang (34 ; 134) mit einem Dichtring (40 ; 140) versehen ist.
11. DrosselklappenVerstellvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (40 ; 140) in einer Umfangsnut (42) radial beweglich gehalten ist.
12. DrosselklappenVerstellvorrichtung nach Anspruch 10 o der 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (40) aus PEEK mit einer Füllung aus PTFE oder aus PTFE be steht.
13. DrosselklappenVerstellvorrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (24 ; 124) aus Duroplast oder Thermoplast besteht.
14. DrosselklappenVerstellvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe aus ge fülltem PEI oder gefülltem PPS besteht.
15. DrosselklappenVerstellvorrichtung nach Anspruch 13 o der 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (24 ; 124) an einer Hülse (38 ; 138.) aus Metall oder Kunststoff angespritzt ist, die die Drosselklappenwelle (20 ; 120) ganz oder teilweise umfasst und an dieser festgelegt ist.
16. DrosselklappenVerstellvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (38 ; 138) aus Kunststoff mit der Drosselklappe (24 ; 124) an der Dros selklappenwelle (20 ; 120) angespritzt ist.
17. DrosselklappenVerstellvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Hülse an der Drosselklappenwelle angeschweißt oder mit dieser verschweißt ist.
Description:
Beschreibung Drosselklappen-Verstellvorrichtung Die Erfindung befasst sich mit einer Drosselklappen-Verstell- vorrichtung mit einem Gehäuse, das eine Lagerung für eine Drosselklappenwelle bildet und einen Drosselklappenstutzen umfasst, in welchem eine Drosselklappe, die auf der Drossel- klappenwelle sitzt, die durch einen Wellendurchtritt in den Drosselklappenstutzen mündet, verschwenkbar ist, wobei das Gehäuse einstückig oder geteilt ausgeführt ist.

Bei den bisher bekannten Anordnungen von Drosselklappen im Drosselklappenstutzen, die mittig auf oder in einem Schlitz in der Drosselklappenwelle sitzen, kann ein Vorbeiströmen von Leckluft im Bereich zwischen Drosselklappenwelle, Drossel- klappe und Drosselklappenstutzen und auch über die Wellen- durchbrüche in den Lagerstellen meist nicht vermieden werden.

Erschwert wird die Vermeidung von Leckluft insbesondere bei geteilt ausgeführten Gehäusen mit zwei Gehäuseschalen, da dann die Trennebene der beiden Gehäusehälften ebenfalls im Bereich der Drosselklappe liegt, so dass aufgrund des im Be- reichs der Drosselklappe entstehenden sehr großen Unterdrucks Leckluft in diesem kaum vollständig abzudichtenden Bereich gezogen wird.

Bisher versuchte man, dieses Problem durch eine Minimierung der Wellendurchbrüche und des Formversatzes zwischen den Ge- häusehälften zu reduzieren, wobei dieser Weg das Problem nicht grundsätzlich beseitigen kann, sondern bei erhöhten Herstellungskosten nur für eine gewisse Verbesserung bezüg- lich der Leckluft sorgen kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Drosselklappen-Verstellvorrichtung zu schaffen, bei welcher die Leckluft minimiert ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei ei- ner Drosselklappen-Verstellvorrichtung der eingangs genannten Art der Umfang der Drosselklappe wenigstens einseitig neben der Drosselklappenwelle mit Abstand zu deren Durchtritt in den Drosselklappenstutzen liegt.

Die Verlagerung des Drosselklappenrandes weg vom Wellendurch- tritt und gegebenenfalls auch von der Trennfuge eines geteil- ten Gehäuses erlaubt eine Minimierung der Leckluft, da ein sauberes Abdichten zwischen dem vorzugsweise mit einem Dicht- ring versehenen Umfang der Drosselklappe und der im wesentli- chen fugenfrei abseits des Wellendurchtrittes und einer Ge- häusetrennfuge ausbildbaren Innenseite des Drosselklappen- stutzens. Die Verlagerung kann beispielsweise durch eine mit seitlichem Versatz an der Drosselklappenwelle angebrachte Drosselklappe oder vorzugsweise dadurch erreicht werden, dass die Drosselklappe in einem spitzen Winkel zu der Drosselklap- penwelle liegt, d. h. die Drosselklappenwelle durchstösst die Drosselklappe mittig in einem spitzen Winkel. Ein elastischer Dichtring, der vorzugsweise in einer Umfangsnut eine gewisse radiale Begweglichkeit besitzt, kann für einen Ausgleich der durch den Versatz und/oder die Schrägstellung der Drossel- klappe bedingten Abweichungen sorgen.

Insbesondere bei der letztgenannten Möglichkeit ist eine be- sonders leckluftarme Ausbildung möglich, insbesondere wenn der Drosselklappenumfang wenigstens auf der Seite des Dros- selklappenwellendurchtrittes im Drosselklappenstutzen saug- seitig liegt. Bei dieser Ausbildung ist der für die Abdich- tung besonders kritische Durchtritt zum Antrieb hin in einem Bereich angeordnet, der vor der Drosselklappe liegt, so dass

der Wellendurchtritt von dem saugseitig auftretenden Unter- druck abgeschirmt ist. Dient beispielsweise das Gehäuse gleichzeitig zur Aufnahme eines Stellantriebes und gegebenen- falls eines zwischengeschalteten Getriebes, lässt sich die Unterschale als abgeschlossene luftdichte Einheit gestalten und der Getriebekasten wird auf keinen Fall mit Unterdruck beaufschlagt. Dies vereinfacht wiederum die Abdichtung der beiden Gehäusehälften, da die Flanschlänge bei derartigen Verstellvorrichtungen relativ lang ist.

Bei einer geneigten Ausbildung der Drosselklappe liegt bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform das gegenüber des Wellendurchtrittes angeordnete Wellenlager im Bereich des Un- terdruckes, was jedoch auf dieser Seite der Verstellvorrich- tung relativ leicht zu beherrschen ist. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei welcher die Drosselklappenwelle an dieser Stelle in einem geschlossenen Lagerauge gelagert ist, beispielsweise unmittelbar im Duroplast des Stutzenmate- rials.

Zur Vermeidung eines Luftdurchtrittes zwischen Drosselklappe und Drosselklappenwelle bei relativ zur Welle schräggestell- ter Drosselklappe sind Maßnahmen zur Abdichtung in diesem Be- reich zweckmäßig. Die Drosselklappe selbst kann aus duro- plastischem oder thermoplastischem Kunststoff bestehen, bei- spielsweise gefülltem PEI oder gefülltem PPS. Die Drossel- klappe kann an einer Hülse aus Metall oder Kunststoff ange- spritzt sein, die die Welle ganz oder teilweise umfasst und an der Drosselklappenwelle festlegbar ist. Bei einer Hülse aus Kunststoff kann diese wiederum beispielsweise auch einstückig mit der Drosselklappe an der Drosselklappenwelle angespritzt sein, während bei metallischen Hülsen diese vor- zugsweise mit der Drosselklappenwelle verschraubt oder mit dieser verschweißt sind.

Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen. Es zeigen : Fig. 1 eine Schrägansicht einer Drosselklap- pen-Verstellvorrichtung mit abgenomme- ner oberer Gehäusehälfte ; Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Drossel- klappen-Verstellvorrichtung nach Fig. 1 mit Gehäuseoberteil ; Fig. 3 eine Ansicht einer weiteren Ausfüh- rungsform einer Drosselklappen- Verstellvorrichtung mit angehobenem Ge- häuseoberteil.

In Fig. 1 ist eine Drosselklappen-Verstellvorrichtung 10 ge- zeigt, die im wesentlichen aus einem Gehäuse 12 mit einer un- teren Gehäusehälfte 14 und einer oberen Gehäusehälfte 16, ei- nem Stellantrieb 18, einer Drosselklappenwelle 20, die über ein Getriebe 22 mit dem Stellantrieb 18 gekoppelt ist, und einer auf der Drosselklappenwelle 20 sitzenden Drosselklappe 24 besteht, die in einem durch die beiden Gehäusehälften 14, 16 ausgebildeten Drosselklappenstutzen 26 verschwenkbar ist.

Das Gehäuse bildet neben einer Aufnahme für den Stellantrieb 18 und das Getriebe 22 auch eine Lagerung für die Drossel- klappenwelle 20 an einer ersten, antriebsseitigen Lagerstelle 28 in der Trennfuge 30 zwischen den beiden Gehäusehälften 14, 16 und einer zweiten Lagerstelle 32 auf der dem Antrieb im Drosselklappenstutzen 26 gegenüberliegenden Seite. Die zweite Lagerstelle 32 liegt entfernt von der Trennfuge 30 zwischen den Gehäusehälften und kann auch als geschlossenes Lagerauge ausgeführt sein, während in Fig. 2 die Lagerstelle 32 nach außen offen gezeigt ist.

Der Stellantrieb 18 und das Getriebe 22 sowie die sie um- schließenden Bereiche der beiden Gehäusehälften 14, 16 sind in an sich bekannter Weise ausgeführt und sollen deswegen hier nicht näher erörtert werden.

Abweichend von herkömmlichen Lösungen sitzt die Drosselklappe 24 nicht mittig auf der Drosselklappenwelle oder in einer ge- schlitzten Drosselklappenwelle, sondern ist derart versetzt zu der Drosselklappenwelle ausgebildet, daß der Umfang 34 der Drosselklappe 24 neben der Drosselklappenwelle 20 innenseitig am Drosselklappenstutzen 26 anliegt. Bei dem gezeigten Aus- führungsbeispiel ist die Drosselklappe 24 hierzu geneigt be- züglich der Drosselklappenwelle 20 angeordnet, wobei ein Win- kelbereich zwischen 5° und 25° zweckmäßig ist. Der Drossel- klappenstutzen 26 ist im Anlagebereich des Umfanges 34 der Drosselklappe 24 mit einem entsprechend geneigten Bereich 36 ausgebildet, dessen Wandungen senkrecht zu der durch die Drosselklappe 24 in ihrer vollständig geschlossenen Stellung definierten Ebene liegen. Die Anpassung der Wandung des Dros- selklappenstutzens an die Neigung der Drosselklappe relativ zur Drosselklappenwelle verringert die Betätigungskräfte und vermeidet ein Verklemmen in der geschlossenen Stellung.

Bei dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der geneigte Bereich 36 im wesentlichen durch die untere Gehäuse- hälfte 14 ausgebildet, d. h. in der geschlossenen Stellung der Drosselklappe ist der geneigte Bereich 36, der mit der Drosselklappe für die Abdichtung sorgt, fugenfrei ausgebil- det. Dies sorgt für eine hervorragende Dichtwirkung, so dass die Leckluft auf ein Minimum reduziert ist.

Die Drosselklappe 24 ist mit Hilfe einer Hülse 38 drehstarr mit der Welle verbunden, wobei die Drosselklappe mit der Hül- se unmittelbar an der aus Stahl bestehenden Drosselklappen- welle 20 angespritzt oder über ein Metallinsert, das an der

Welle angeschweißt oder mit dieser verschraubt ist, an der Welle festgelegt sein kann. Bei der Lösung mit einem Me- tallinsert kann die Drosselklappe wiederum an diesem ange- spritzt sein. Als Materialien für den Körper der Drosselklap- pe sind Duroplast oder Thermoplast, wie z. B. gefülltes PEI (Polyetherimid) oder gefülltes PPS (Polyphenylensulfid) ge- eignet.

Zur Verbesserung der Abdichtung zwischen Drosselklappe und Drosselklappenstutzen 26 ist im Umfang 34 der Drosselklappe 24 ein Kolbenring oder Dichtring 40 eingelassen, der aus ei- nem elastischen Kunststoff, beispielsweise PEEK (Polyaryl- etherketon, Polyetheretherketon) mit PTFE-Füllung oder reinem PTFE bestehen kann. Dieser Kolbenring 40 ist in einer Um- fangsnut 42 gehalten, die derart tief ausgebildet ist, dass der Kolbenring 40 elastisch in radialer Richtung eingedrückt werden kann. Die radiale Beweglichkeit des elastischen Kol- benrings 40 und seine Eigenelastizität sorgen für einen Aus- gleich der durch die Schrägstellung der Drosselklappe bezüg- lich der Drosselklappenwelle 20 bedingten Abweichungen der Bewegungsbahn beim Verschwenken der Drosselklappe, so dass dennoch eine optimale Dichtwirkung erreicht werden kann. Fer- ner ist der Kolbenring 40 geeignet, Herstellungstoleranzen auszugleichen, so dass diese ebenfalls nicht die Ursache für Leckluft sein können.

Bedingt durch die besondere Anordnung der Drosselklappe 24 bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Drosselklappen-Verstellvor- richtung 10 ist der Durchtritt 44 der Drosselklappenwelle 20 in den Drosselklappenstutzen 26 vom Unterdruck entlastet, da die Unterdruckseite im Sinne der Darstellung unterhalb der Drosselklappe 24 und die Drosselklappenwelle auf der Frisch- luftseite liegt. Dies bedeutet, dass insbesondere bei einer geschlossenen Ausbildung der zweiten Lagerstelle 32 eine be- sonders gute Abdichtung gegen Leckluft erreicht wird, da das

geschlossene Gehäuse 12 nicht über die Durchtrittsstelle 44 mit Unterdruck beaufschlagt werden kann. Dadurch wird die Ab- dichtung der beiden Gehäusehälften 14, 16 gegeneinander ver- einfacht.

Die beiden Gehäusehälften 14,16 können aus Kunststoff gefer- tigt sein, beispielsweise Duroplast, das sich auch zur unmit- telbaren Ausbildung der zweiten Lagerstelle 32 eignet, so dass die Drosselklappenwelle bei der Montage dort lediglich in das geschlossene Lagerauge gesteckt werden muss.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform einer Drossel- klappen-Verstellvorrichtung 110, bei welcher zur Vereinfa- chung der Antrieb und die diesen umschließenden Bereiche ei- nes Gehäuses 112 weggelassen worden sind, verläuft eine Trennfuge 130 zwischen den beiden Gehäusehälften 114,116 so- wohl durch die erste antriebsseitige Lagerstelle 128 der Drosselklappenwelle 120 als auch die gegenüberliegende zweite Lagerstelle 132, d. h. die Trennfuge 130 liegt im wesentli- chen in der durch die Lage der Drosselklappenwelle 120 defi- nierten Ebene. Lediglich im Bereich des Drosselklappenstutzen 26 ist die Trennfuge 130 entsprechend dem geneigten Bereich 136 geneigt mit einer der Drosselklappenneigung entsprechen- den Schräge ausgeführt. Dies macht es notwendig, zwischen dem Bereich der oberen Gehäusehälfte 116, der einen Teil des Drosselklappenstutzens 126 bildet, und dem übrigen Gehäusebe- reich einen parallel zur Strömungsrichtung im Drosselklappen- stutzen 26 ausgebildeten Wandabschnitt 150 vorzusehen, so dass zwei Trennfugen im Anlagebereich des Dichtrings 140 am Umfang 134 der Drosselklappe 120 entstehen. Diese sind jedoch wegen ihres im wesentlichen senkrechten Verlaufs zur Bewe- gungsrichtung des Dichtungsrings in diesem Bereich beim Ver- stellen der Drosselklappe unkritisch für die Abdichtung. Der Vorteil der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform besteht in der einfacheren Montage, da die Einheit aus Antrieb, Getrie-

be, Drosselklappenwelle und Drosselklappe bei getrennten Ge- häusehälften 114, 116 einfach in ihre Lagerstellen eingelegt und das Gehäuse 112 anschließend einfach geschlossen werden kann. Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Ausführungsform bietet ei- ne noch weiter verbesserte Abdichtung mit einem gewissen Er- schwernis bei der Montage wegen der nicht geteilten zweiten Lagerstelle 32, da zunächst die Drosselklappenwelle in diese Lagerstelle eingesteckt und anschließend erst die Einheit aus Getriebe und Stellantrieb in die Aufnahmen der unteren Gehäu- sehälfte 114 eingelegt werden kann.

Grundsätzlich sind weitere Ausführungsformen der gezeigten Drosselklappen-Verstellvorrichtungen vorstellbar, die das ge- meinsame Merkmal besitzen, dass der Drosselklappenumfang seitlich neben der Drosselklappenwelle wenigstens im Bereich der Durchtrittsstelle in der Drosselklappenwelle in den Ge- häusestutzen liegt. Ein einfacher seitlicher Versatz der Drosselklappe bezüglich der Drosselklappenwelle ohne oder mit nur sehr geringer Schrägstellung ist grundsätzlich ebenfalls denkbar, wenngleich zum Erzielen einer guten Dichtwirkung hierzu eine entsprechende Anpassung der Innenkontur des Dros- selklappenstutzens an die Bewegungsbahn der verschwenkenden Drosselklappe notwendig sein könnte. Grundsätzlich ist es auch denkbar, den Antrieb nicht unmittelbar zwischen den bei- den Gehäusehälften, sondern entfernt von der Drosselklappen- welle anzuordnen, so dass die beiden Gehäusehälften lediglich den Drosselklappenstutzen und die Lagerung für die Drossel- klappenwelle bilden.