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Die
Erfindung betrifft eine Drosselklappenvorrichtung für Hochtemperaturanwendungen
in Verbrennungskraftmaschinen mit einem Gehäuse, welches einen von einem
heißen
Medium durchströmten Kanal
umgibt, einer Drosselklappe, die den Kanal beherrscht, einer Drosselklappenwelle,
auf der die Drosselklappe befestigt ist und über die die Drosselklappe drehbar
in einer Bohrung des Gehäuses
gelagert ist und einer Stellvorrichtung, über die die Drosselklappenwelle
zumindest indirekt antreibbar ist.
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Derartige
Drosselklappenvorrichtungen sind insbesondere in Form von Abgasklappen
mit dazugehörigen
Stellvorrichtungen bekannt und in verschiedenen Anmeldungen beschrieben.
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So
werden sowohl in der
DE
103 16 304 A1 als auch in der
US 5,148,678 Drosselklappenvorrichtungen
für Hochtemperaturanwendungen
insbesondere im Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine offenbart,
bei denen die Drosselklappe bzw. die Drosselklappenwelle beabstandet
von der Stellvorrichtung angeordnet ist. Die Stellvorrichtung wird dabei
in der Regel über
ein Halteblech am Abgaskanal befestigt, so dass ein ausreichender
Abstand zum Abgaskanal gegeben ist. Zumeist erfolgt diese Befestigung
unter Zwischenlage von thermisch isolierenden Gliedern, so dass
eine zusätzliche
Abschirmung der Stellvorrichtung zum Abgaskanal entsteht. Die durch
die Welle in die Stellvorrichtung übertragbare Wärme wird
in der Regel dadurch reduziert, dass über ein Hebelgestänge oder
aber über
Seilzüge
die Drosselklappenwelle mit der Stellvorrichtung verbunden wird.
Auch hier erfolgt durch den Abstand und die nicht direkte Anbindung
der Welle zur Stellvorrichtung eine zuverlässige thermische Entkopplung.
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Nachteilig
an derartigen Ausführungen
ist jedoch der vorhandene Abstand zwischen Klappe und Stellvorrichtung
und der somit große
verwendete Bauraum. Die Verwendung von elektromotorischen Stellern
bleibt aufgrund der noch vorhandenen thermischen Belastungen weiterhin
schwierig.
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Des
Weiteren ist es aus der
EP
0 564 194 A2 bekannt, Wellenenden mittels eines Klebemittels
insbesondere einer Mikroverkapselung miteinander zu verbinden. Dies
führt zu
einer erhöhten
thermischen Ankopplung im Vergleich zu rein formschlüssigen Gliedern.
Andererseits wird eine Spielfreiheit der Verbindung erreicht.
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Des
Weiteren ist es aus der noch nicht veröffentlichten Anmeldung mit
dem Aktenzeichen
DE 10 2005 05 386.0 bekannt,
das Gehäuse
mit einem Kühlmittelmantel
auszurüsten
und die Welle so auszuformen, dass ein Wärmeübergang von der Drosselklappe
bzw. der Welle zu einer Stellvorrichtung verringert wird. Die Anbindung
einer derartigen Welle an eine Stellvorrichtung sowie die Anordnung
dieser Stellvorrichtung am Gehäuse
sind nicht Gegenstand der Anmeldung.
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Als
Nachteil des bekannten Standes der Technik ergibt sich somit, dass
keine Platz sparende Anordnung einer Drosselklappenvorrichtung mit Stellvorrichtung
bekannt ist, welche für
Hochtemperaturanwendungen geeignet ist.
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Somit
ergibt sich die Aufgabe eine Drosselklappenvorrichtung zu schaffen,
welche möglichst Platz
sparend aufgebaut ist und für
Hochtemperaturanwendungen insbesondere im Bereich des Abgassystems
eines Verbrennungsmotors geeignet ist. Insbesondere sind dabei die
Art der Anbindung der Drosselklappenwelle zur Stellvorrichtung sowie
die Anordnung der Stellvorrichtung zum Gehäuse des Abgaskanals thermisch
und bezüglich
des verwendeten Bauraums sowie des Montageaufwandes zu optimieren.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass die Drosselklappenwelle über
eine Mikroverkapselung mit einer Antriebswelle der Stellvorrichtung
fest verbunden ist und die Stellvorrichtung direkt Wärme leitend
am Gehäuse
befestigt ist, welches mit einem Kühlmittel durchströmten Kanal
thermisch gekoppelt ist, über
den in die Stellvorrich tung geleitete Wärme abführbar ist. Durch eine derartige
Vorrichtung wird die Stellvorrichtung über die Drosselklappenwelle
sowie die Mikroverkapselung und die Antriebswelle der Stellvorrichtung
direkt thermisch mit dem heißes
Gas führenden
Kanal verbunden, wobei jedoch die dorthin geleitete Wärme sofort über den
Kühlmittel
durchströmten
Kanal wieder abgeführt
werden kann. Hierzu ist die direkte Verbindung ohne Zwischenlage
einer Dichtung der Stellvorrichtung am Gehäuse notwendig. Der Kühlmittel
führende
Kanal sollte möglichst
im Gehäuse
selbst ausgebildet sein oder zumindest in direktem Kontakt zu diesem
stehen. Gleichzeitig kann hierdurch die thermische Belastung der
Klappe bzw. der Welle verringert werden, da auch die darin gespeicherte
Wärme leichter
abgeführt
werden kann. Des Weiteren handelt es sich durch die Mikroverkapselung
um eine spielfreie Kupplung über die
wiederum die thermische Ankopplung verstärkt wird. Es wird somit möglich, zunächst die
Klappe im Kanal anzuordnen und in einem weiteren Montageschritt
die Stellvorrichtung aufzusetzen und mit der Drosselklappenwelle
zu verbinden, so dass auch der Montageaufwand verringert werden
kann.
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In
einer weiter führenden
Ausführungsform greift
ein zur Drosselklappenwelle weisendes Kupplungsglied der Antriebswelle
formschlüssig
in das zur Antriebswelle weisende Ende der Drosselklappenwelle.
Hierdurch wird die mechanische Festigkeit der Wellenverbindung zusätzlich erhöht.
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In
einer hierzu wiederum weiterführenden Ausführungsform
ist das zur Drosselklappenwelle weisende Kupplungsglied der Antriebswelle
im wesentlichen kegelstumpfförmig
ausgebildet und weist an der Kegelfläche axial verlaufende Vorsprünge auf, die
mit entsprechend geformten Nuten in einer kegelstumpfförmigen Ausnehmung
der Drosselklappenwelle korrespondieren. Durch eine derartige Ausführungsform
wird nicht nur der mechanische Sitz verstärkt, sondern zusätzlich in
der Fertigung eine Unempfindlichkeit bezüglich der Längentoleranzen erzielt. Durch
den Winkel in der Kupplung können
Toleranzen in der Länge
zuverlässig
aufgenommen werden. Dennoch wird durch die Mikroverkapselung eine Spielfreiheit
erreicht.
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Durch
die erfindungsgemäße Drosselklappenvorrichtung
wird somit eine Bauraum reduzierende Drosselklappenvorrichtung geschaffen,
welche für Hochtemperaturanwendungen
geeignet ist, da die Wärme
zuverlässig
abgeführt
werden kann. Des Weiteren wird es möglich, beispielsweise elektromotorische
Stellvorrichtungen durch die gute Wärmeabfuhr zu benutzen. Somit
kann auch eine sehr genaue Steuerung der Lage der Drosselklappe
im Kanal erreicht werden, da die Kupplung spielfrei arbeitet und somit über eine
entsprechende Lagerückmeldung
die gewünschten
Stellungen präzise
angefahren werden können,
ohne dass die Lagerückmeldung
direkt an der heißen
Drosselklappenwelle erfolgen müsste.
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Ein
Ausführungsbeispiel
ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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1 zeigt
eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Drosselklappe in einem
Abgas führenden
Kanal im Bereich eines Abgaskühlers
in Seitenansicht und geschnittener Darstellung.
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Die
in der Figur dargestellte Drosselklappenvorrichtung besteht aus
einer elektromotorischen Stellvorrichtung 1, über die
eine Drosselklappe 2 in einem Abgas durchströmten Kanal 3 betätigt wird. Der
Abgas durchströmte
Kanal 3 ist in einem Gehäuse 4 ausgebildet,
an dem die Stellvorrichtung 1 über eine Schraubverbindung 5 befestigt
ist.
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Die
Stellvorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Stellergehäuse 6,
in dem ein nicht dargestellter Elektromotor sowie eine Getriebeeinheit 7 angeordnet
sind, wobei das Stellergehäuse 6 durch einen
Deckel 8 verschlossen wird. Die Drehung des Elektromotors
wird bei Bestromung über
die Getriebeeinheit 7 auf eine Antriebswelle 9 übertragen,
welche in Richtung zur Drosselklappe 2 aus dem Stellergehäuse 6 herausragt.
Die Antriebswelle 9 ist über ein Lager 10 im
Stellergehäuse 6 gelagert,
welches von einer Rückstellfeder 11 umgeben
ist, die zum Zurückdrehen
der Antriebswelle 9 und somit der damit verbundenen Drosselklappe 2 in
eine Notlaufposition dient.
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An
einem aus dem Stellergehäuse 6 ragenden
Ende 12 der Antriebswelle 9 ist eine Gewindebohrung 13 angeordnet,
in die ein erstes Kupplungsglied 14 eingeschraubt ist.
Dieses erste Kupplungsglied 14 ist kegelstumpfförmig ausgebildet,
wobei die schmalere Seite des Kegelstumpfes in Richtung zur Drosselklappe 2 weist.
Im radial außen
liegenden Bereich dieses kegelstumpfförmigen Kupplungsgliedes 14 sind
vier entlang der Kegelstumpffläche
in axialer Richtung verlaufende Vorsprünge 15 ausgebildet, welche
im zusammen gebauten Zustand gemeinsam mit dem kegelstumpfförmigen Kupplungsglied 14 in korrespondierende
Nuten 16 einer kegelstumpfförmigen Bohrung 17,
welche an einem Ende 18 einer Drosselklappenwelle 19 ausgebildet
sind, greifen.
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Auf
dieser Drosselklappenwelle 19 ist die Drosselklappe 2 im
Kanal 3 angeordnet. Die Drosselklappenwelle 19 ragt
durch eine Bohrung 20 im Gehäuse 4 und weist jenseits
der Bohrung 20 einen Absatz 21 auf, der zu einer
radialen Erweiterung der Welle führt.
In diesem radial erweiterten Bereich ist die kegelstumpfförmige Bohrung 17 ausgebildet.
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Um
einen Abgasstrom vom Kanal 3 durch die Bohrung 20 zu
vermeiden, ist am Ende der Bohrung 20 eine Dichtung 22,
die Drosselklappenwelle 19 umgebend, im Gehäuse 4 angeordnet.
Sowohl im Inneren des Kanals 3 als auch am gegenüberliegenden Ende
der Bohrung 20 ist am Gehäuse 4 anliegend jeweils
eine Anlaufscheibe 23, 24 ausgebildet, wobei die
Anlaufscheibe 23 an ihrer entgegen gesetzten axialen Seite
am Absatz 21 der Drosselklappenwelle 19 anliegt
und die Anlaufscheibe 24 gegen den Umfang der Drosselklappe 2 anliegt.
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Neben
der formschlüssigen
Befestigung im Bereich des ersten Kupplungsgliedes 14 bzw.
dem erweiterten Ende 18 der Drosselklappenwelle wird an dieser
Stelle auch eine Mikroverkapselung vorgesehen um eine spielfreie
Anbindung der Drosselklappenwelle 19 zur Antriebswelle 9 zu
erreichen. Hierdurch können
auch Längentoleranzen
ausgeglichen werden. Die Mikroverkapselung kann bereits vor Zusammenbau
der Kupplung aufgebracht werden, da sie sich während der Lagerung in einem
trockenen und festen Zustand befindet.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Drosselklappe 2 unmittelbar vor einem Abgaskühler 25 angeordnet,
der von einem Kühlmantel 26 umgeben
ist. Dieser Kühlmantel 26 erstreckt
sich sowohl im Wesentlichen um einen Sitz 27 der Drosselklappe 2 als
auch in den Bereich des Gehäuses 4,
an dem die Stellvorrichtung 1 angeordnet ist. Durch diesen Kühlmantel 26 wird
ein Kühlmittel
durchströmter
Kanal 28 im Sinne der Erfindung gebildet, über den
das Gehäuse 4 im
Bereich der Stellvorrichtung 1 gekühlt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
befindet sich dieser Kühlmittel
durchströmte
Kanal 28 sowohl in der Umgebung der Drosselklappenwelle 2 als
auch über
die thermische Ankopplung an das Gehäuse 4 in Verbindung
mit dem Stellergehäuse 6.
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Durch
eine derartige Anordnung wird eine exzellente Wärmeabfuhr aus der Stellvorrichtung 1 in den
Kühlwassermantel 26 gewährleistet.
Hierbei ist zu beachten, dass ein direkter Kontakt zwischen dem als
Kühlkörper dienenden
Gehäuse 4 und
dem Stellergehäuse 6 der
Stellvorrichtung 1 möglichst
großflächig vorhanden
ist. Durch die Mikroverkapselung im Bereich der formschlüssigen Kupplung 14, 17 findet
zusätzlich
auch eine Wärmeabfuhr
aus dem Bereich der Drosselklappenwelle 19 in Richtung
zur Stellvorrichtung 1 und somit in den Kühlmittel
führenden
Kanal 28 statt.
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Es
sollte deutlich sein, dass verschiedene Ausführungen des Gehäuses denkbar
sind und eine derartige Anordnung einer Drosselklappe auch ohne Kontakt
zum Abgaskühler
möglich
ist, wobei darauf zu achten ist, dass dennoch eine ausreichende
Kühlmittelumströmung des
Gehäuses 4 erreicht
wird und somit eine ausreichende Wärmeabfuhr aus dem Stellergehäuse 6 sicher
gestellt werden kann.
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Es
sollte auch deutlich sein, dass die Montage einer derartigen Stellvorrichtung
große
Vorteile aufweist, da zunächst
die Drosselklappe 2 im Gehäuse 4 angeordnet werden
kann und erst nachträglich mit
der Stellvorrichtung 1 verbunden werden kann. Dennoch wird
eine Unempfindlichkeit bezüglich
der Längentoleranzen
sowie eine mechanisch sichere Kopplung durch die Mikroverkapselung
zwischen Antriebswelle 9 und Drosselklappenwelle 19 erreicht. Selbstverständlich ist
es auch möglich,
die thermische Ankopplung zwischen dem Kühlmittel durchströmten Kanal 28 und
der Stellvorrichtung 1 durch eine Ausbildung des Kanals 28 im
Gehäuse 4 selbst herzustellen.