DE102005028397A1

DE102005028397A1 - Ventil, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Abgasanlage

Info

Publication number: DE102005028397A1
Application number: DE200510028397
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Fischer; Robert Büschges
Original assignee: ArvinMeritor Emissions Technologies GmbH
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2006-12-28
Also published as: WO2006136213A1

Abstract

Es wird ein Ventil gezeigt, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Abgasanlage, mit einem Gehäuse (10), in dem ein Strömungsquerschnitt gebildet ist, einer Klappe (12), die in dem Gehäuse schwenkbar angebracht ist, so daß sie den Strömungsquerschnitt im wesentlichen verschließen kann, und einer Zentrierung (24, 26; 28, 30), welche die Position der Klappe (12) in der geöffneten und/oder geschlossenen Stellung definiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Abgasanlage.

Bei Kraftfahrzeug-Abgasanlagen ist es in manchen Fällen wünschenswert, den Strömungsweg des Abgases beeinflussen zu können. Zu diesem Zweck werden Ventile eingesetzt, die einen bestimmten Strömungsweg freigeben oder auch verschließen können. Diese Ventile können insbesondere nach Art einer Drosselklappe aufgebaut sein.

Ein solches Ventil ist in einer Abgasanlage hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Aufgrund der Schwingungen eines Verbrennungsmotors, mit dem die Abgasanlage verbunden ist, wird auch die Abgasanlage und jedes ihrer Bauteile starken Schwingungen ausgesetzt. Hinzu kommen Pulsationen durch Druckschwankungen im Abgasstrom. In thermischer Hinsicht führen die Temperaturen des Abgasstromes von Verbrennungskraftmaschinen zu hohen Beanspruchungen; die Temperatur des Abgases kann oberhalb von 850°C liegen.

Insbesondere die starken Temperaturschwankungen zwischen der Umgebungstemperatur, auf der sich das Ventil beim Starten der Verbrennungskraftmaschine befindet, und der Abgastemperatur beispielsweise bei längerem Vollastbetrieb des Verbrennungsmotors führen zu starken Wärmedehnungen, die noch dazu aufgrund der Geometrie und des Werkstoffs der verschiedenen Bauteile unterschiedlich ausfallen können. Dennoch muß konstruktiv gewährleistet sein, daß das Ventil sowohl bei Umgebungstemperatur als auch bei sehr hoher Betriebstemperatur einerseits leichtgängig zu betätigen ist und andererseits zuverlässig schließt. Auch soll gewährleistet sein, daß das Ventil im Betrieb keine unerwünschten Klappergeräusche hervorruft.

Zu diesem Zweck schafft die Erfindung ein Ventil mit einem Gehäuse, in dem ein Strömungsquerschnitt gebildet ist, einer Klappe, die in dem Gehäuse schwenkbar angebracht ist, so daß sie den Strömungsquerschnitt im wesentlichen verschließen kann, und einer Zentrierung, welche die Position der Klappe in der geöffneten und/oder geschlossenen Stellung definiert. Die Zentrierung gewährleistet, daß die Klappe unabhängig von Wärmedehnungen in der geöffneten und/oder geschlossenen Stellung eine präzise definierte Mittelposition einnimmt. Dies ist zum einen für den ordnungsgemäßen Betrieb des Ventils vorteilhaft, und zum anderen verhindert die Zentrierung, daß es zu Klappergeräuschen kommt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Zentrierung eine Nase umfaßt, die an der Klappe gebildet ist und mit einer am Gehäuse gebildeten Aussparung zusammenwirkt, wenn die Klappe geschlossen ist. Die Aussparung gewährleistet zusammen mit der Nase, daß sich die Klappe, wenn sie geschlossen wird, in ihrer Mittelposition befindet. Hierzu ist besonders vorteilhaft, wenn die Nase und die Aussparung keilartig zusammenwirken. Abgesehen von der besonders guten Zentrierung ergibt sich hierdurch auch eine Ruhigstellung der Klappe in der geschlossenen Stellung, wodurch Klappergeräusche unterbunden sind.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zentrierung zwei Anschlagflächen am Gehäuse umfaßt, die mit der Klappe zusammenwirken, wenn diese sich in der geöffneten Stellung befindet. Auch in der geöffneten Stellung ist auf diese Weise gewährleistet, daß sich die Klappe in ihrer Mittelposition befindet. Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn die Anschlagflächen schräg zueinander ausgerichtet sind und die Klappe mit zwei Anschlägen versehen ist, die ebenfalls schräg zueinander ausgerichtet sind. Die Anschlagflächen des Gehäuses führen die Klappe zusammen mit den beiden an ihr angebrachten Anschlägen automatisch in die Mittelposition, wenn sich die Klappe in ihrer geöffneten Stellung befindet. Auch hier ist ein Klappern der Klappe verhindert.

Zur Zentrierung der Klappe in der geschlossenen Stellung können gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung auch zwei Anlageflächen im Gehäuse verwendet werden, die schräg zur Mittelachse des Gehäuses ausgerichtet sind und an denen die Klappe anliegt, wenn diese sich in der geschlossenen Stellung befindet. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Klappe mit zwei Dichtflächen versehen ist, deren Ausrichtung an die Ausrichtung der Anlageflächen angepaßt ist. Das Gehäuse und die Klappe wirken, wenn sich die Klappe in der geschlossenen Stellung befindet, ähnlich wie ein Einlaß- oder Auslaßventil eines Verbrennungskraftmotors und der zugehörige Ventilsitz miteinander zusammen, also mit schräg zur Mittelachse des Strömungsquerschnittes ausgerichteten Anlageflächen. Diese Gestaltung bewirkt zum einen, daß die Klappe in der geschlossenen Stellung zentriert ist, und zum anderen, daß sich die Dichtflächen der Klappe und die Anlageflächen des Gehäuses im Betrieb setzen, so daß sich nach einer gewissen Zeit eine sehr gute Dichtigkeit zwischen der Klappe und dem Gehäuse ergibt. Dies ermöglicht insbesondere, das Gehäuse und die Klappe als Metallgußteil auszuführen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
1 in einer perspektivischen Ansicht ein Ventil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 einen Teilschnitt durch das Ventil von 1, wobei sich die Klappe in der geöffneten Stellung befindet;
3 eine perspektivische Ansicht des Gehäuses des Ventils zusammen mit einer abgebrochen dargestellten Klappe in der geöffneten Stellung;
4 in vergrößertem Maßstab das Detail IV von 2; und
5 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt entlang der Ebene V-V von 2;
6 in einem Schnitt ein Ventil gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
7 in einem Schnitt ein Ventil gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
8 in vergrößertem Maßstab das Detail VIII von 7.
In den 1 bis 5 ist ein Ventil gemäß einer ersten Ausführungsform gezeigt, das insbesondere als Drosselventil in einer Kraftfahrzeug-Abgasanlage eingesetzt werden kann. Es weist ein Gehäuse 10 auf, in welchem verstellbar eine Klappe 12 angebracht ist. Die Klappe kann zwischen einer geschlossenen Stellung, in der sie den Strömungsquerschnitt durch das Gehäuse 10 im wesentlichen verschließt, und einer geöffneten Stellung (siehe 2) verstellt werden, in welcher der Strömungsquerschnitt durch das Gehäuse im wesentlichen freigegeben ist. Die Klappe 12 ist an einer Welle 14 angebracht, die schwenkbar im Gehäuse gelagert ist. An der Welle 14 ist ein Schwenkarm 16 angebracht, der über ein spielfreies Kugelgelenk 18 und einen Stellhebel 20 mit einer Unterdruckdose 22 gekoppelt ist.
An der Klappe 12, genauer gesagt in der Mitte der Klappe mit maximalem Abstand von der Schwenkachse, ist eine Nase 24 angebracht, der eine Aussparung 26 am Gehäuse zugeordnet ist. Die Aussparung 26 ist so angeordnet, daß die Nase 24 von ihr aufgenommen wird, wenn sich die Klappe 12 in der geschlossenen Stellung befindet (siehe 5). Dabei wirken die Nase 24 und die Aussparung 26 keilartig zusammen und bilden eine Zentrierung für die Klappe 12 in einer Richtung parallel zur Schwenkachse der Klappe. Somit ist die Position der Klappe 12 in der geschlossenen Stellung eindeutig präzise bestimmt, und Klappergeräusche sind verhindert.
Die Klappe 12 weist außerdem zwei Anschläge 28 auf, die im Abstand voneinander auf der einen und der anderen Seite der Klappe 12 angeordnet sind. Jeder Anschlag 28 ist schräg ausgerichtet, wobei sich die beiden Ebenen, die von den Anschlägen 28 definiert werden, entlang einer Gerade schneiden, die einen größeren Abstand von der Schwenkachse der Klappe 12 hat als die Anschläge 28. Den Anschlägen 28 sind zwei Anschlagflächen 30 zugeordnet, die an Vorsprüngen seitlich am Gehäuse angeordnet sind. Auch die Anschlagflächen 30 sind schräg zueinander ausgerichtet; sie verlaufen parallel zu den Anschlägen 28. Die Anschläge 28 zusammen mit den Anschlagflächen 30 bilden eine Zentrierung für die Klappe 12, wenn diese sich in ihrer geöffneten Stellung befindet. Wie insbesondere in 2 zu sehen ist, legt diese Zentrierung 28, 30 die Position der Klappe 12 in ihrer geöffneten Stellung auf eine Mittelposition fest. Die keilartige Zentrierung der Klappe 12 in ihrer geöffneten Stellung gewährleistet außerdem, daß keine Klappergeräusche entstehen können.
In 6 ist ein Ventil gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Hier sind deutlich Anlageflächen 32 im Gehäuse zu sehen, an denen Dichtflächen 34 am Außenumfang der Klappe 12 anliegen, wenn sich die Klappe in der geschlossenen Stellung befindet. Die Anlagefläche 32, die der Strömung (Richtung P) zugewandt ist, also in 6 die untere Anlagefläche 32, ist „vertieft" ausgeführt, so daß sie radial weiter außen liegt als ein sich stromaufwärts anschließender Abschnitt 36 des Gehäuses 10. Dieser Abschnitt 36 des Gehäuses wirkt nach Art eines Spoilers, der die Strömung über die Anlagefläche 32 führt, so daß sich ein geringer Strömungswiderstand durch die senkrecht zur Strömungsrichtung stehende Anlagefläche 32 ergibt.
Auch bei der zweiten Ausführungsform ist eine Zentrierung der Klappe 12 vorhanden, die in 6 zum Zwecke der besseren Übersichtlichkeit aber nicht dargestellt ist.
In den 7 und 8 ist ein Ventil gemäß einer dritten Ausführungsform gezeigt. Der Unterschied zur ersten und zur zweiten Ausführungsform besteht darin, daß die Anlageflächen 32 nicht senkrecht zur Mittelachse M des Gehäuses 10 ausgerichtet ist, sondern schräg (siehe insbesondere 8). Die beiden Dichtflächen 34 an der Klappe 12 sind entsprechend der Ausrichtung der Anlagefläche 32 ausgerichtet, also schräg zur Ebene der Klappe 12. Da die Anlageflächen 32 und die Dichtflächen 34 schräg zu der Richtung verlaufen, in welcher die Dichtflächen 34 der Klappe 12, wenn diese geschlossen wird, auf die Anlageflächen 32 des Gehäuses 10 treffen, setzen sich die Anlage- und Dichtflächen 32, 34 besonders gut im Gebrauch, so daß sich eine sehr gute Dichtigkeit ergibt. Es ist daher möglich, für das Gehäuse 10 und sogar für die Klappe 12 als Material ein Metallgußmaterial zu verwenden, welches ansonsten, falls es nicht nach dem Gießen nachbearbeitet wird, keine ausreichende Dichtigkeit ermöglichen würde.
Die schräg verlaufenden Anlageflächen 32 sorgen zusammen mit den schräg verlaufenden Dichtflächen 34 für eine Zentrierung der Klappe 12 in der geschlossenen Stellung, so daß auf die Nase 24 mit der Aussparung 26 verzichtet werden kann. Die Zentrierung der Klappe in der geöffneten Stellung wird in der gleichen Weise wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform erzielt.

10: Gehäuse
12: Klappe
14: Welle
16: Schwenkarm
18: Kugelgelenk
20: Stellhebel
22: Unterdruckdose
24: Nase
26: Aussparung
28: Anschlag
30: Anschlagfläche
32: Anlagefläche
34: Dichtfläche
36: Spoiler-Abschnitt des Gehäuses

Claims

Ventil, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Abgasanlage, mit einem Gehäuse (10), in dem ein Strömungsquerschnitt gebildet ist, einer Klappe (12), die in dem Gehäuse schwenkbar angebracht ist, so daß sie den Strömungsquerschnitt im wesentlichen verschließen kann, und einer Zentrierung (24, 26; 28, 30), welche die Position der Klappe (12) in der geöffneten und/oder geschlossenen Stellung definiert.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierung eine Nase (24) umfaßt, die an der Klappe (12) gebildet ist und mit einer am Gehäuse (10) gebildeten Aussparung (26) zusammenwirkt, wenn die Klappe geschlossen ist.
Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nase (24) und die Aussparung (26) keilartig zusammenwirken.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierung zwei Anschlagflächen (30) am Gehäuse umfaßt, die mit der Klappe (12) zusammenwirken, wenn diese sich in der geöffneten Stellung befindet.
Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagflächen (30) schräg zueinander ausgerichtet sind und die Klappe (12) mit zwei Anschlägen (28) versehen ist, die ebenfalls schräg zueinander ausgerichtet sind.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) zwei Anlageflächen (32) aufweist, die schräg zur Mittelachse des Gehäuses ausgerichtet sind und an denen die Klappe (12) anliegt, wenn diese sich in der geschlossenen Stellung befindet.
Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (12) mit zwei Dichtflächen (34) versehen ist, deren Ausrichtung an die Ausrichtung der Anlageflächen (32) angepaßt ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) ein Metallgußteil ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (12) ein Metallgußteil ist.