DE102015002799B4

DE102015002799B4 - Ansaugvorrichtung mit Klappenlageranordnung und Klappenlageranordnung

Info

Publication number: DE102015002799B4
Application number: DE102015002799.9A
Authority: DE
Inventors: Alexander Korn
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2016-12-08
Anticipated expiration: 2035-03-07
Also published as: DE102015002799A1; CN105937449A; US10208788B2; US20160258484A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klappenlageranordnung (10), umfassend einen Lagerbock (20) mit zwei mit einem Rohrstück (22) verbundenen Seitenteilen (24), zwischen denen ein O-Ring (30) angeordnet ist, der das Rohrstück (22) umgibt. Die Erfindung betrifft ferner eine Klappenwelle (100) sowie eine Ansaugvorrichtung (200) mit einer Klappenwelle (100).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Klappenlageranordnung für eine Ladeluftansaugeinrichtung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, und eine Ansaugvorrichtung mit einer Klappenlageranordnung für eine Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Aus der US 7 886 713 B2 ist eine Ladeluftansaugvorrichtung bekannt, bei der Ladeluftklappen nicht im Grundkörper der Vorrichtung direkt gelagert sind, sondern mittels O-Ringen, die auf Lagerbuchsen montiert sind. Die O-Ringe werden im Grundkörper in kreissegmentförmige Lageraufnahmen eingesetzt, den sie mit ihrem Außenumfang ausfüllen. Die O-Ringe dienen dem Toleranzausgleich und dämpfen Vibrationen im Betrieb der Ansaugvorrichtung.
Darüber hinaus beschreibt die DE 10 2004 021 125 A1 eine Klappenanordnung im Flanschbereich eines Ansaugsystems einer Brennkraftmaschine, bei der die Klappenlagerung durch Lagerelemente realisiert ist, die die Schaltwelle über einen Winkelbereich von mehr als 180° umschließen, wobei die Lagerelemente in eine etwa U-förmige Vertiefung im Grundkörper des Flanschkörpers eingesetzt sind.
Ferner ist aus DE 20 2006 019 638 U1 eine Lageranordnung bekannt, bei der das Lagerelement zweiteilig ist und über ein Scharnier verfügt, über das das Lagerelement gerade soweit aufgebogen werden kann, dass die Klappenwelle einführbar ist.
Des Weiteren betrifft JP 2003-322 165 eine geschlitzte Gleitlagerbuchse, auf deren Mantelfläche O-Ringe in korrespondierenden Nuten aufgenommen sind.
Schließlich seien noch die DE 20 2006 007 545 U1 und die DE 10 2009 050 242 B4 genannt, aus denen ähnliche Lagerelemente für die Lagerung einer Klappenanordnung bekannt sind.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Klappenlageranordnung, insbesondere für eine Ladeluftansaugvorrichtung einer Brennkraftmaschine, zu schaffen, die leicht montiert werden kann
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Ansaugvorrichtung mit einer solchen Klappenlageranordnung anzugeben.
Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem Aspekt der Erfindung gelöst von einer Klappenlageranordnung, bei der ein O-Ring auf einem Lagerbock mit Seitenteilen angeordnet ist, und nach einem anderen Aspekt der Erfindung durch eine Ansaugvorrichtung, die eine Klappenwelle mit wenigstens einer solchen Klappenlageranordnung aufweist.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird eine Klappenlageranordnung vorgeschlagen, umfassend einen Lagerbock mit zwei mit einem Rohrstück verbundenen Seitenteilen, zwischen denen ein O-Ring angeordnet ist, der das Rohrstück umgibt. Hierbei weisen die Seitenteile senkrecht zum Rohrstück einen im Wesentlichen eckigen Querschnitt auf, vorzugsweise einen quadratischen Querschnitt. Durch die paarweise parallelen Kanten der Seitenteile kann das Montieren der Lagerböcke besonders einfach erfolgen. Zur leichteren Handhabung können die Ecken des eckigen Querschnitts abgerundet sein.
Die Klappenlageranordnung, welche insbesondere für Ladungsbewegungsklappen im Saugrohr einer Ladeluftansaugvorrichtung einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, sitzt nicht direkt im Grundkörper der Ansaugvorrichtung, sondern ist über den O-Ring im Grundkörper gehalten. Der O-Ring erlaubt großzügigere Toleranzen des Lagerbereichs, die von diesem O-Ring kompensiert werden können, dämpft Pulsationen bei Betrieb der Klappenlageranordnung und verbessert das Verschleißverhalten der Klappenlageranordnung.
Ein weiterer Vorteil der Klappenlageranordnung mit einem O-Ring besteht besonders bei mechanisch überbestimmten Systemen wie bei einer Lagerung einer Welle mit mehr als zwei Lagerstellen, insbesondere bei zwei Lagerstellen pro Klappe und mehreren Klappen auf einer Welle, in dem möglichen Toleranzausgleich bei einer nicht exakt koaxialen Ausrichtung der Klappenlageranordnungen. Mittels der an der Klappenlageranordnung angeordneten O-Ringe sind die Lageranordnungen ”schwimmend” gelagert. Die Lagerböcke richten sich in einer optimierten Lage aus, so dass die Reibung der Welle in der Lagerstelle minimiert ist.
Der Lagerbock erlaubt eine einfache Montage der Klappenlageranordnung, da diese nicht lagegerichtet erfolgen muss. Die Seitenteile erlauben ferner eine einfache axiale Positionierung und eine gute Handhabung der Klappenlageranordnung. Mit Vorteil sind die Seitenteile mit parallelen Anlageflächen senkrecht zur Achse des Lagerbocks versehen. Der Querschnitt der Seitenteile senkrecht zur Achse kann grundsätzlich beliebig sein, z. B. rund oder eckig.
Die Klappenlageranordnung ist für alle Arten von Klappen geeignet, die in Ansaugvorrichtungen nahe des Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine angeordnet sind, wie etwa Drallklappen, Tumbleklappen und dergleichen.
Nach einer günstigen Ausgestaltung kann der O-Ring die Seitenteile senkrecht zum Rohrstück nur bereichsweise überragen. Die Anlage im Lagerbereich des Grundkörpers kann dann punktuell oder bereichsweise erfolgen, so dass Toleranzen am Lagerbereich ausgeglichen werden können.
Nach einer günstigen Ausgestaltung kann der O-Ring die Seitenteile senkrecht zum Rohrstück maximal um 50% seines Ring-Durchmessers überragen. Die Seitenteile können im Betrieb in passenden Aufnahmen am Grundkörper die Klappenlageranordnung beim Schwenken der Klappen stabilisieren.
Nach einer günstigen Ausgestaltung kann an der Außenseite jedes Seitenteils ein axial nach außen ragender Zylinderstutzen angeordnet sein. Dieser kann zur besseren Positionierung im Lagerbereich genutzt werden und das Lager axial abstützen.
Nach einer günstigen Ausgestaltung kann der Lagerbock aus dem Gleitlagerwerkstoff Polyphenylensulfid (PPS) gebildet sein. Durch den hochwertigen Gleitlagerwerkstoff ist eine lange Haltbarkeit der Klappenlageranordnung gegeben.
Nach einer günstigen Ausgestaltung kann der O-Ring aus einem Elastomer gebildet sein. Prinzipiell kommen alle üblichen Werkstoffe für O-Ringe in Betracht, wie beispielsweise Viton, und dergleichen. Der Werkstoff kann passend zu den Einsatzbedingungen, wie Temperatur, Verschleißbedingungen, etc. gewählt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Klappenwelle mit wenigstens einer Klappenlageranordnung vorgeschlagen, wobei die Klappenlageranordnung einen Lagerbock mit zwei mit einem Rohrstück verbundenen Seitenteilen umfasst, zwischen denen ein O-Ring angeordnet ist, der das Rohrstück umgibt. Die Seitenteile senkrecht zum Rohrstück können einen eckigen Querschnitt aufweisen, vorzugsweise einen quadratischen Querschnitt. Der O-Ring kann die Seitenteile senkrecht zum Rohrstück nur bereichsweise überragen, maximal um 50% seines Ringdurchmessers. An der Außenseite jedes Seitenteils kann ein axial nach außen ragender Zylinderstutzen angeordnet sein, der zur axialen Abstützung des Lagers dient.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Ansaugvorrichtung vorgeschlagen, die eine Klappenwelle aufweist, mit wenigstens einer Klappenlageranordnung, wobei die Klappenlageranordnung einen Lagerbock mit zwei mit einem Rohrstück verbundenen Seitenteilen umfasst, zwischen denen ein O-Ring angeordnet ist, der das Rohrstück umgibt.
Nach einer günstigen Ausgestaltung kann die Klappenwelle zwischen einem Oberteil und einem Unterteil angeordnet sein, die miteinander fest verbunden sind, insbesondere verschweißt sind, z. B. mittels Heißgasschweißen. Oberteil und Unterteil können aus einem geeigneten Kunststoff gebildet sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:
1 eine isometrische Ansicht einer Klappenlageranordnung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 einen Querschnitt durch eine Ansaugvorrichtung mit Oberteil, Unterteil und Klappenwelle nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine isometrische Ansicht einer Ansaugvorrichtung mit Drallklappen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 einen Schnitt durch die Ansaugvorrichtung aus 3;
5 eine isometrische Ansicht einer Ansaugvorrichtung mit Tumbleklappen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 einen Schnitt durch die Ansaugvorrichtung aus 5;
7 eine teilweise geschnittene Ansicht der Ansaugvorrichtung aus 5; und
8 eine teilweise geschnittene Klappenwelle der Ansaugvorrichtung aus 5.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
1 zeigt eine isometrische Ansicht einer Klappenlageranordnung 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Klappenlageranordnung 10 umfasst einen Lagerbock 20 mit zwei mit einem Rohrstück 22 verbundenen Seitenteilen 24, zwischen denen ein O-Ring 30 angeordnet ist, der das Rohrstück 22 umgibt. An den Außenseiten der Seitenteile 24 ist konzentrisch zum Rohrstück 22 jeweils ein axial nach außen ragender Zylinderstutzen 26 angeordnet. Die Seitenteile 24 weisen senkrecht zum Rohrstück 22 einen quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Ecken auf.
Dabei überragt der O-Ring 30 die Seitenteile 24 senkrecht zum Rohrstück 22 nur bereichsweise, nämlich im Bereich der Seitenkanten, während an den Ecken der Seitenteile 24 der O-Ring 30 von den Seitenteilen 24 überragt wird. Die Seitenkanten der Seitenteile 24 überragt der O-Ring 30 nur geringfügig, maximal um 50% seines Ring-Durchmessers.
Der Lagerbock 20 besteht insbesondere aus PPS und der O-Ring 30 aus einem geeigneten Elastomer. Der Lagerbock 20 ist zweckmäßigerweise einstückig hergestellt.
Wie 2 anhand eines Querschnitts durch eine beispielhafte Ansaugvorrichtung 200 zeigt, berührt der O-Ring 30 seine Lagerstelle 232 nur bereichsweise, so dass keine besondere Anpassung der Lagerstelle 232 an die Form des O-Rings 30 notwendig ist. Gleichzeitig sorgen die Begrenzungen der Lagerstelle 232 und die Seitenteile 24 (1) für eine sichere Kammerung des O-Rings 30.
Die dargestellte Ansaugvorrichtung 200 umfasst ein Oberteil 210 mit Luftführungskanälen, ein Unterteil 220 und eine Klappenwelle 100. Die Klappenwelle 100 ist mit einer zur Schmalseite der Ansaugvorrichtung 200 mittigen Kanalabdeckung 230, die im Oberteil 210 angeordnet ist, abgedeckt. Oberteil 210 und Unterteil 220 sind mittels einer Schweißnaht verbunden. Der die Klappenwelle betätigende Aktuator ist nicht dargestellt. Die Klappen können beispielsweise mit einem elektrischen Steller oder einem Unterdruckaktuator in ihrer Winkelstellung verändert werden.
Der Schnitt ist durch die Mitte eines Lagerbocks 10 geführt, so dass die Seitenteile nicht sichtbar sind. Durch das Rohrstück 22 ist eine Welle 28 geführt, welche Ladungsbewegungsklappen (nicht dargestellt) verschwenkt, die an der Klappenwelle 100 angeordnet sind. Die Ladungsbewegungsklappen im Saugrohr/Klappenflansch werden über die Klappenlageranordnung 10 im Grundkörper gehalten. Durch die O-Ringe 30 in den Lagerböcken 20 erfolgt gegebenenfalls ein Toleranzausgleich an den Lagerstellen 232, so dass eine Spielfreiheit gewährleistet werden kann. Die Spielfreiheit ist notwendig, da es sonst aufgrund der Pulsationsanregung durch die Ansaugluft zu erhöhtem Verschleiß kommt.
Die Ansaugvorrichtung 200 entspricht einer Vorrichtung mit Drallklappen, wie in den 3 und 4 dargestellt ist. 3 zeigt eine isometrische Ansicht einer Ansaugvorrichtung 200 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 4 zeigt einen Schnitt durch die Ansaugvorrichtung 200 aus 3 mit Drallklappen 50.
Das Oberteil 210 umfasst neben der Kanalwölbung 230 Luftführungskanäle 234, an deren freies Ende eine Luftzuführung oder ein Luftsammelraum angeschlossen sein kann (nicht dargestellt). Diese Konfiguration kann auch als ein Bauteil gebildet sein oder in üblicher Mehrschalenbauweise gestaltet sein.
Am Unterteil 220 sind unterhalb der Klappenwelle 100 Öffnungen vorgesehen, durch die im montierten Zustand Luft in Zylinder einer Brennkraftmaschine strömen soll. Dabei sind jeweils zwei benachbarte Luftführungskanäle 234 einem Zylinder zugeordnet. Nur jeweils jeder zweite der Luftführungskanäle 234 weist eine Drallklappe 50 auf, so dass jeweils der andere Luftführungskanal 234 offen ist, beispielsweise in einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine, während der andere Kanal etwa im Volllastbetrieb zugeschaltet werden kann. Der stets offene Teillast-Luftkanal 234 führt zu einem definierten Strömungsverhalten der eingeleiteten Luft, die einen Drall um die Hochachse erfährt und so das Brennverhalten im Zylinder beeinflusst.
Bei der Fertigung lassen sich die Lagerböcke 10 (nur einer ist der Übersichtlichkeit wegen bezeichnet) der Klappenwelle 100 einfach im Unterteil 210 einsetzen und erlauben im Lagerbereich 232 (nur einer ist beispielhaft bezeichnet) eine Toleranz durch die O-Ringe der Lagerböcke 10 und eine einfache axiale Positionierung durch die Seitenteile der Lagerböcke 10. Sodann wird das Oberteil 210 aufgesetzt und mit dem Unterteil 220 verbunden.
Die 5 bis 7 zeigen eine Ansaugvorrichtung 200 mit so genannten Tumbleklappen 52. 5 zeigt eine isometrische Ansicht einer Ansaugvorrichtung 200 mit so genannten Tumbleklappen 52 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 6 zeigt einen Schnitt durch die Ansaugvorrichtung 200 aus 5. 7 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht der Ansaugvorrichtung aus 5.
Die Kanalwölbung 230 ist außermittig am Rand des Oberteils 210 neben den Luftführungskanälen 234 angeordnet, an deren freies Ende eine Luftzuführung oder ein Luftsammelraum angeschlossen sein kann (nicht dargestellt). Diese Konfiguration kann auch als ein Bauteil gebildet sein oder in üblicher Mehrschalenbauweise gestaltet sein.
Am Unterteil 220 sind unterhalb der Klappenwelle 100 Öffnungen vorgesehen, durch die im montierten Zustand Luft in Zylinder einer Brennkraftmaschine strömen soll. Dabei ist jeweils ein Luftführungskanal 234 einem Zylinder zugeordnet. In den Zylinder einströmende Luft rotiert um eine Querachse und beeinflusst so den Brennvorgang im Zylinder.
8 zeigt eine teilweise geschnittene Klappenwelle 100 der Ansaugvorrichtung 200 aus 5. Die Klappenwelle 100 weist eine Mehrzahl von Klappen (in dem Beispiel Tumbleklappen 52) auf, die beidseits je von einem Lagerbock 20 der Klappenlageranordnung 10 gefasst sind.

Claims

Klappenlageranordnung (10) für eine Ansaugvorrichtung bzw. Ladeluftansaugvorrichtung einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Lagerbock (20) mit zwei mit einem Rohrstück (22) verbundenen Seitenteilen (24), zwischen denen ein O-Ring (30) angeordnet ist, der das Rohrstück (22) umgibt, wobei die Seitenteile (24) senkrecht zum Rohrstück (22) einen im Wesentlichen eckigen Querschnitt aufweisen, vorzugsweise einen quadratischen Querschnitt.
Klappenlageranordnung nach Anspruch 1, wobei der O-Ring (30) die Seitenteile (24) senkrecht zum Rohrstück (22) nur bereichsweise überragt.
Klappenlageranordnung nach Anspruch 2, wobei der O-Ring (30) die Seitenteile (24) senkrecht zum Rohrstück (22) maximal um 50% seines Ring-Durchmessers überragt.
Klappenlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Außenseite jedes Seitenteils (24) ein axial nach außen ragender Zylinderstutzen (26) angeordnet ist.
Klappenlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lagerbock (20) aus Polyphenylensulfid gebildet ist.
Klappenlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der O-Ring (30) aus einem Elastomer gebildet ist.
Klappenwelle (100) mit wenigstens einer Klappenlageranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Ansaugvorrichtung (200) mit einer Klappenwelle (100) nach Anspruch 7.
Ansaugvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Klappenwelle (100) zwischen einem Oberteil (210) und einem Unterteil (220) angeordnet ist, die miteinander fest verbunden, insbesondere verschweißt sind.