-
Die
Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
-
Derartige
Regelvorrichtungen für
Verbrennungskraftmaschinen werden insbesondere als Steuerungsorgane
für einen
rückgeführten Abgasstrom
in Nutzfahrzeugen benutzt, bei denen große Abgasmengen genau geregelt
dem Motor zur Verfügung
gestellt werden müssen.
Hierbei sind sowohl ein- als auch zweiflutige Systeme bekannt. Lange Zeit
war es dabei üblich,
die im Kanal angeordneten Klappen hydraulisch oder pneumatisch zu
betätigen, da
bei derartigen Stellgliedern eine geringere Wärmeempfindlichkeit bezüglich des
heißen
Abgases vorliegt. Da eine genaue Dosierung im Zuge der strengeren
Abgasrichtlinien immer wichtiger wird, ist man dazu übergegangen,
diese Regelvorrichtungen mit einer elektromotorischen Antriebseinheit
auszustatten.
-
So
wird in der
EP 1 420
158 A2 eine Abgasregelvorrichtung beschrieben, welche ein
Gehäuse aufweist,
in dem ein Abgasrückführkanal
ausgebildet ist, der von einer Klappe beherrscht wird. Diese Klappe
wird über
eine Getriebeeinheit von einem Elektromotor angetrieben und weist
zur korrekten Lagerückmeldung
einen berührungslosen
Sensor auf, der mit einem Permanentmagneten korrespondiert. Dieser Permanentmagnet
dreht sich mit der Abtriebswelle der zweiflügeligen Klappe. Die Klappe
als auch die Antriebseinheit sind dabei in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet,
in welchem zusätzlich
Kühlmittelkanäle zur thermischen
Trennung des Elektromotors vom Abgasrückführkanal, angeordnet sind.
-
Trotz
des Vorhandenseins des Stellungssensors und der vorhandenen Untersetzung
durch die Getriebeeinheit bleibt eine genaue Einstellung der zurückgeführten Ab gasmenge
insbesondere bei kleinen Verstellwinkeln einer derartigen Regelvorrichtung
jedoch sehr schwierig, da insbesondere bei kleinen Differenzen im
Drehwinkel aus der geschlossenen Stellung heraus eine große Volumenstromänderung
folgt.
-
Aus
der
JP 2003097732
AA ist ein Klappenventil bekannt, bei dem auf jedem der
beiden Klappenflügel
eine Ausbuchtung ausgebildet ist, welche sich über den Umfang des Klappenflügels erstreckt und
welche im geöffneten
Zustand der Klappe zu der Seite des Kanals gerichtet ist, an der
der jeweilige Klappenflügel
im geschlossenen Zustand anliegt. Dieses Ventil soll die Volumenstromregelung
verbessern. Dieses Ventil eignet sich jedoch nicht zum Einsatz als
Abgasrückführventil
sondern zur Verhinderung von Gasblasen in Flüssigkeiten.
-
Die
GB 2 322 430 A offenbart
ebenfalls ein ähnlich
geformtes Klappenventil, bei dem der Sitz eine zur konvexen Oberfläche der
Klappe korrespondierende konkave Oberfläche aufweist.
-
Mit
beiden Ventilen ist eine genaue Volumenstromregelung eines Gases
bei kleinen Öffnungswinkeln
nicht möglich.
-
Hieraus
ergibt sich die Aufgabe, eine Regelvorrichtung zu schaffen, mit
der es möglich
wird, auch bei kleinen Verstellwinkeln der Klappe im Kanal eine
genaue Volumenstromsteuerung zu gewährleisten. Gleichzeitig soll
eine möglichst
schnelle Regelung der rückgeführten Abgasmenge
auch bei großen
Winkeln, bei denen kleinere Drehwinkelveränderungen nur geringe Auswirkung
auf den Volumenstrom haben, erreicht werden.
-
Diese
Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Durch
die Ausbuchtung im beschriebenen Bereich wird die tatsächlich geöffnete Fläche im Kanal
bei gleichem kleinen Drehwinkel im Vergleich zu bekannten Ausführungen
verringert, und somit eine deutlich verbesserte Volumenstromregelung
erreicht. Eine geringe Verdrehung hat somit eine kleinere Änderung
des Volumenstroms zur Folge. Durch die exzentrische Anordnung der
Klappenflügel
zur Abtriebswelle, wobei durch eine maximale Erhebung der Ausbuchtung
am ersten Klappenflügel
eine erste Ebene aufgespannt ist, welche parallel zu einer zweiten
Ebene angeordnet ist, die durch eine maximale Erhebung der Ausbuchtung
am zweiten Klappenflügel
aufgespannt ist wird die Volumenstromregelung im Bereich von kleinen Öffnungswinkeln
zusätzlich
verbessert, da die freigegebene Fläche bei gleichem Drehwinkel
durch die Lage der Ebenen zueinander verringert wird. Zusätzlich werden
dadurch, dass die Ausbuchtungen zu einer dritten Ebene weisen, die
parallel zur ersten und zweiten Ebene angeordnet ist und durch die Drehachse
der Abtriebswelle verläuft,
trotz der Exzentrizität
der Klappe Kollisionen mit dem Gehäuse in einem Bereich nahe der
Klappenwelle bei Drehung der Klappe zuverlässig vermieden.
-
Vorzugsweise
weist die Klappe in ihren beiden axialen Randbereichen die Abtriebswelle
umgebende Vorsprünge
auf, welche zu den Lagern im Gehäuse
weisen und diese im Inneren des Kanals umgeben. Dies erhöht die Dichtigkeit
der Klappe im geschlossenen Zustand, da ein Leckagestrom entlang der
Innenwand des Kanals zwischen Klappenkörper und Lager weitestgehend
verhindert wird. Zusätzlich wird
eine bessere Lagerabdichtung erreicht, so dass weniger Leckluft
sowohl durch das Lager in Richtung zur Stelleinheit als auch über das
mittlere Lager in Richtung eines gegebenenfalls vorhandenen benachbarten
Kanals dringen kann.
-
In
einer weiterführenden
Ausführungsform gehen
die Ausbuchtungen der Klappenflügel
in Umfangsrichtung in zylinderabschnittförmige Flächen über, welche im geschlossenen
Zustand der Klappe an einer Innenwand des Kanal bildenden Gehäuses anliegen.
Im geschlossenen Zustand wird hierdurch eine bessere Dichtigkeit
der Klappe erreicht, da der Widerstand im Bereich des Spaltes aufgrund
der längeren
Dichtstrecke vergrößert wird.
-
Vorzugsweise
weist die Stelleinheit einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor
und eine mit dem Gleichstrommotor gekoppelte Getriebeeinheit auf, über die
zumindest indirekt die Abtriebswelle der Klappe antreibbar ist.
Hierdurch wird die Möglichkeit
einer Integration der Elektronik mit Lagerückmeldung geschaffen, gleichzeitig
die Lebensdauer einer derartigen Stellvorrichtung deutlich erhöht, insbesondere
da kein Bürstenverschleiß des Elektromotors
vorliegt.
-
In
einer hierzu weiterführenden
Ausführungsform
ist der elektronisch kommutierte Gleichstrommotor in einem Gehäuse angeordnet,
in dem zumindest ein Kühlkanal ausgebildet
ist, welcher derart von Kühlmittel
durchströmt
ist, dass eine Zwangsumströmung
des Gleichstrommotors entsteht. Durch diese Zwangsumströmung mit
Kühlmittel
wird eine thermische Entkopplung zu einem heißen Gasstrom im Kanal erreicht
und somit die elektrischen Bauteile des Gleichstrommotors zuverlässig vor
thermischer Überlastung
geschützt.
Bei Integration der Ansteuerelektronik oder der Leistungsbausteine
der Elektronik in das Gehäuse
des Gleichstrommotors wird gleichzeitig eine Wärmeabfuhr aus diesen elektronischen Bauteilen
sichergestellt.
-
Ein
zusätzlicher
Vorteil ergibt sich, wenn zwischen dem Gehäuse des elektronisch kommutierten Gleichstrommotors
und dem Gehäuse
des Gas durchströmten
Kanals ein Wärmestrahlungsschutz, insbesondere
ein Abschirmblech, angeordnet ist. Dies wirkt als zusätzliche
Abschirmung und somit Schutz vor Überhitzung durch Wärmestrahlung
des Gases und heißer
Bauteile.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Regelvorrichtung eine Einrichtung zur Lagerückmeldung
auf, die einen berührungslosen Sensor
aufweist, der mit einem Magneten kommuniziert, der auf einem Ende
einer der Wellen angeordnet ist. Je nach Wärmeeintrag in den Bereich der Stellvorrichtung
kann somit der günstigste
Einbauort für
den Sensor festgelegt werden. Gleichzeitig wird eine genaue Lagerückmeldung
ohne sich berührende
Teile erreicht, die des Weiteren nur geringem Verschleiß unterliegt.
Dies ermöglicht
zusätzlich
eine genaue Volumenstromregelung im Kanal und eine Nutzung des Sensorsignals
zur Kommutierungsansteuerung des Gleichstrommotors.
-
Vorzugsweise
ist die Getriebeeinheit ein Planetengetriebe mit einem sich daran
anschließenden Koppelgetriebe,
was sehr unempfindlich gegen Verschmutzungen ist.
-
In
einer hierzu weiterführenden
Ausführungsform
ist der Antriebshebel eines Topfes des Koppelgetriebes derart zum
Abtriebshebel eines Topfes angeordnet ist, dass sich bei gleich
bleibendem Verdrehwinkel der Antriebswelle der Verdrehwinkel der
Abtriebswelle bei Bewegung in die geschlossene Stellung der Klappe
verkleinert. Eine derartige Ausführung
verbessert die Dosierbarkeit bei kleinen Stellwinkeln aus der geschlossenen
Stellung und ermöglicht
gleichzeitig einen schnelleren Durchlauf der Bereiche, in denen
die Verstellung eine geringere Änderung
des Volumenstroms zur Folge hat, also bei Drehstellungsänderungen
im Bereich der maximalen Öffnung.
-
Des
Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Regelvorrichtung zwei Rückstellfedern
aufweist, von denen eine erste Rückstellfeder
antriebsseitig und eine zweite Rückstellfeder
abtriebsseitig wirkt. Hierdurch kann ein Anfahren einer fail-safe
Stellung der Klappe sowohl bei Motor- als auch bei Getriebeausfall
zuverlässig
durchgeführt
werden. Die Federn können
dabei so ausgelegt werden, dass beispielsweise beim Bruch der Koppelstange
lediglich ausreichend Kraft zur Verfügung gestellt werden muss,
um die Klappe mit der Abtriebswelle in die fail-safe Stellung zu
drehen. Im Gegensatz dazu wirken beide Rückstellfedern bei Ausfall des
Motors, wobei in diesem Fall zusätzliche
Rückstellkraft
erforderlich ist, um auch den Motor entsprechend zurückzudrehen.
Die Gesamtausmaße
der Federn im Vergleich zu einer einzeln verwendeten Feder ändert sich
somit nur geringfügig.
-
In
einer weiterführenden
bevorzugten Ausführung
ist im Kanal auf der Anströmseite
der Klappe eine Belüftungsbohrung
ausgebildet, welche sich von einer Innenwand des Kanals aus betrachtet
bis zur Rückseite
der im Gehäuse
angeordneten Lager erstreckt. Über
diese Belüftungsbohrung
wird ein Druckabfall über
das Lager verhindert, so dass der Schmutzeintrag ins Lager reduziert
wird, was wiederum eine längere
Lebensdauer des Lagers zur Folge hat.
-
Vorzugsweise
ist das Gehäuse
der Stelleinheit mit dem Gehäuse,
in dem der Kanal ausgebildet ist, über einen Halter verbunden,
welcher einen Anschlag zur Begrenzung des Drehwinkels in der geöffneten
Stellung der Klappe aufweist. Auf störende Anschläge im Inneren
des Kanals oder in der Getriebeeinheit kann somit verzichtet werden.
-
Vorzugsweise
weist die Regelvorrichtung zwei parallele Abgas durchströmte Rückführkanäle auf,
welche von je einer auf einer gemeinsamen Abtriebswelle angeordneten
Abgasrückführklappe
beherrscht sind. Dies ermöglicht
eine genaue Dosierung großer
Abgasmengen, wie sie insbesondere im Nutzfahrzeugbereich benötigt werden.
-
Die
erfindungsgemäße Regelvorrichtung weist
somit Elemente zur genauen Dosierung auch großer Abgasmengen auf und ist
gleichzeitig unempfindlich gegen thermische Beanspruchung sowie
Verschleiß,
so dass eine hohe Lebensdauer gewährleistet wird.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
-
1 zeigt
eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung in geschnittener Darstellung.
-
2 zeigt
eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung aus 1 in
leicht abgewandelter Form mit einer Schnittebene entlang der durchströmten Kanäle durch
die Abtriebswelle.
-
3 zeigt
eine Kopfansicht der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung als Draufsicht.
-
4 zeigt
eine Seitenansicht eines durchströmten Kanals mit darin angeordnetem
Klappenkörper
in Offenstellung in geschnittener Darstellung.
-
5 zeigt
eine zur 4 entsprechende Darstellung,
wobei sich der Klappenkörper
in Schließstellung
befindet.
-
6 zeigt
eine Prinzipskizze eines Koppelgetriebes mit sich änderndem
Drehwinkel vom Antrieb zum Abtrieb.
-
7 zeigt
eine graphische Darstellung des Drehwinkels der Antriebswelle zur
Abtriebswelle bei variabler Übersetzung.
-
Die
in 1 dargestellte Regelvorrichtung besteht aus einer
Stelleinheit 1, welche über
eine Getriebeeinheit 2 eine Abtriebswelle 3 antreibt,
auf der zwei zweiflügelige
Klappen 4, 5 angeordnet sind.
-
Mittels
dieser Klappen 4, 5 wird synchron der Gasdurchsatz
durch zwei Kanäle 6, 7 gesteuert,
wobei die Klappe 4 den Gasstrom im Kanal 6 und
die Klappe 5 den Gasstrom im Kanal 7 steuert.
Die gasdurchströmten
Kanäle 6, 7 sind
in einem Gehäuse 8 ausgebildet,
welche zusätzlich
eine Querbohrung 9 aufweist, in der drei Lager 10, 11, 12 angeordnet sind,
in denen die Abtriebswelle 3 drehbar gelagert ist. Die
Bohrung 9 wird am abtriebseitigen Ende durch einen Deckel 13 verschlossen,
während
am antriebsseitigen Ende der Abtriebswelle 3 eine in das Gehäuse 8 eingepresste
Scheibe 14 die Bohrung 9 verschließt.
-
Die
Abtriebswelle 3 ist von hier aus weiter nach außen zur
Antriebsseite geführt
und ist hinter der Scheibe 14 drehbar in einer Bundbuchse 15 angeordnet,
die mittels einer Druckfeder 16 gegen eine axial zwischen
der Scheibe 14 und der Bundbuchse 15 angeordneten
Gleitbuchse 73 gepresst wird, durch die die resultierenden
Reibkräfte
und Momente reduziert werden. Auf diese Weise wird eine Leckage entlang
der Abtriebswelle 4 sowohl axial als auch radial hinter
der Scheibe 14 weitgehend eingeschränkt. Die entgegengesetzte Seite
der Druckfeder 16 liegt gegen einen Topf 17 an,
der fest auf der Abtriebswelle 3 befestigt ist und einen
Kugelkopf 18 zur Anbindung an eine Koppelstange 19 aufweist,
wie in 2 bzw. 3 dargestellt ist.
-
An
das Gehäuse 8 ist
ein Halter 20 angeschraubt, über den das Gehäuse 8 mit
der Stelleinheit 1 mechanisch verbunden ist. An dem Halter 20 ist
zusätzlich
eine nicht dargestellte Erhebung ausgebildet, hinter die das Ende
einer ersten Rückstellfeder 21 greift,
deren zweites Ende hinter einen zweiten Vorsprung 22 greift,
der sich in Richtung zum Gehäuse 8 vom
Topf 17 aus erstreckt. Die beiden Enden der Rückstellfeder 21 sind
derart hinter die beiden Vorsprünge 22 geklemmt,
dass die Rückstellfeder 21 vorgespannt
ist und beim Drehen aus dieser fail-safe Stellung weiter tordiert
wird, so dass bei Entfall der Stellkraft durch Ausfall der Stelleinheit 1 oder
Bruch der Getriebeeinheit 2 die Klappen 4, 5 automatisch
in die fail-safe Stellung zurück
gedreht werden.
-
Der
Topf 17 mit dem Kugelkopf 18 bildet gleichzeitig
die ersten Teile der Getriebeeinheit 2, welche aus einem
Koppelgetriebe 23 und einem Planetengetriebe 24 besteht,
welches zwischen Stelleinheit 1 und Koppelgetriebe 23 angeordnet
ist. Das Koppelgetriebe 23 besteht zusätzlich zum Topf 17 und
dem daran angeordneten Kugelkopf 18 sowie der auf dem Kugelkopf 18 angeordneten
Koppelstange 19 aus einem zweiten Kugelkopf 25,
der auf einem zweiten Topf 26 befestigt ist, der als Abtriebsglied
des Antriebs dient.
-
Der
Topf 26 ist drehfest auf einem Wellenstumpf 27 angeordnet,
auf dem zusätzlich
drehfest ein Hohlrad 28 angeordnet ist, welches auch einstückig mit
dem Wellenstumpf 27 hergestellt werden kann und sich mit
diesem dreht. Dieses Hohlrad 28 ist Teil des Planetengetriebes 24 und
kämmt mit
drei Zahnrädern,
die als Doppelzahnräder 29 ausgeführt sind,
von denen die jeweils kleineren Zahnräder 30 mit dem Hohlrad 28 kämmen und
die größeren Zahnräder 31 mit
einem Antriebsritzel 32 kämmen, welches auf einer Antriebswelle 33 eines
Gleichstrommotors 34 gepresst ist.
-
Das
Planetengetriebe 24 ist in einem zweiteiligen Getriebegehäuse 35, 36 angeordnet.
Das Getriebegehäuseteil 35 wird über Schrauben
mit dem Halter 20 verbunden, und ist fest mit dem Getriebegehäuseteil 36 verbunden,
welches wiederum mit einer den Gleichstrommotor 34 verschließenden Endplatte 37 verbunden
ist. In den Getriebegehäusen 35, 36 sind
Kugellager 38, 39 zur Lagerung des Wellenstumpfes 27,
sowie Lagerachsen 40 der Doppelzahnräder 29 aufgenommen.
-
Um
das Planetengetriebe 24 herum ist eine zweite Rückstellfeder 41 angeordnet,
welche, wie die erste Rückstellfeder 21,
vorgespannt in der fail-safe Stellung der Klappen 4, 5 eingebaut
ist, wobei ein erstes Ende hinter einen Vorsprung am Topf 26 geklemmt
ist und ein zweites Ende hinter einen Vorsprung am Getriebegehäuseteil 35 geklemmt
ist. Die beiden Rückstellfedern 21, 41 bringen
somit im Fehlerfall, beispielsweise bei Ausfall des Gleichstrommotors 34 oder
wenn die Koppelstangenverbindung versagt, gemeinsam oder auch jeweils
einzeln die nötige Kraft
zur Rückstellung
der Klappen 4, 5 und des Gleichstrommotors 34 mit
der Getriebeeinheit 2 auf.
-
Der
Gleichstrommotor 34 ist vorzugsweise ein elektronisch kommutierter
Motor, so dass eine hohe Lebensdauer gewährleistet werden kann. Dieser
Gleichstrommotor 34 ist entweder mit einer externen Elektronik
ausgestattet oder die Elektronik wird in nicht dargestellter Weise
am zum Gehäuse 8 entgegengesetzten
Ende des Gleich strommotors 34 an dessen Gehäuse angeflanscht.
Denkbar wäre
auch eine Integration in die Getriebeeinheit 2.
-
Das
Gehäuse
des Gleichstrommotors 34 besteht neben der verschließenden Endplatte 37 aus
einem zylindertopfförmigen
Gehäuseteil 42,
welches am Gehäuseboden 43 eine
Bohrung 44 aufweist, die weitestgehend durch die Endplatte 37 verschlossen wird.
In dem Gehäuseteil 42 sind
in bekannter Weise Stator und Rotor des Gleichstrommotors 34 angeordnet.
Am Gehäuseteil 42 sind
nach radial außen
weisende Stege 45 ausgebildet, welche sich schraubenförmig um
den gesamten Gleichstrommotor 34 erstrecken, und über die
ein zylinderförmiges
Gehäuseteil 46 geschoben
wird, so dass nach dem Zusammenbau zwischen den Stegen 45 ein
schraubenförmiger
Kanal 47 entsteht, der von Kühlmittel durchströmt werden
kann, wodurch eine thermische Entkopplung zu den Gas durchströmten Kanälen 6, 7 und
der heißen
Umgebung entsteht. Gleichzeitig kann hierdurch auch eine am Gehäuseteil 46 anzuflanschende
Elektronik gekühlt
werden. Von der zur Getriebeeinheit 2 entgegengesetzten
Seite wird das Motorgehäuseteil 42 durch
eine Endplatte 48 verschlossen. Des Weiteren ist zum Schutz
des Gleichstrommotors 34 vor zu hoher thermischer Belastung ein
Abschirmblech 49 zwischen dem Gehäuse 8 und dem Gehäuse 37, 42, 46 des
Gleichstrommotors 34 angeordnet. Dieses dient insbesondere
zum Schutz vor Wärmestrahlung.
-
In 2 ist
nun zusätzlich
zu erkennen, dass in Strömungsrichtung
vor der Abtriebswelle 3 je eine Belüftungsbohrung 50 ausgebildet
ist, welche sich von einer Innenwand 51 der Kanäle 6, 7 bis
auf eine Rückseite 52 zwischen
dem Lager 12 und der Scheibe 14 erstreckt bzw.
dem Lager 10 und einem die Bohrung 9 verschließenden Deckel 13 erstreckt.
Auf diese Weise wird ein Druckabfall über die Lager 10, 12 verhindert,
so dass der Schmutzeintrag von vom jeweiligen Kanal 6, 7 in
die Lager 10, 12 reduziert wird, wodurch die Lebensdauer
der Lager 10, 12 erhöht wird.
-
Des
Weiteren ist in 2 zu erkennen, dass die Lager 10, 11, 12 jeweils
so ausgebildet sind, dass sie leicht in die Kanäle 6 bzw. 7 reichen.
In diesem Bereich werden sie jedoch von ringförmigen Vorsprüngen 54 umgeben,
welche an den axialen Enden der Klappenkörper 5 ausgebildet
sind, und sich zunächst
in radialer Richtung entlang des axialen Endes des jeweiligen Lagers 10, 11, 12 und
anschließend
am radialen Ende der Lager 10, 11, 12 um
dieses Ende in axialer Richtung erstrecken, so dass die Leckage über die
Klappen 4, 5, also zwischen Klappe 4, 5 und
Lager 10, 11, 12 entlang der Innenwand 51 des
Kanals 6, 7 im geschlossenen Zustand sowie zwischen
Abtriebswelle 3 und den Lagern 10, 11, 12 deutlich
verringert wird.
-
In
der 3 ist das Koppelgetriebe 23 mit den beiden
Töpfen 17, 26 zu
erkennen. Des Weiteren ist der Halter 20 zu erkennen, an
dem zusätzlich
ein Anschlag 55 angeordnet ist, der die Drehung der Klappen 4, 5 in Öffnungsrichtung
begrenzt. Wie auch aus 2 deutlich wird, weist dieser
Halter 20 im Wesentlichen eine U-form auf, wobei ein unterer Schenkel 56 vom
Gehäuse 8 in
Richtung zum Motorgehäuse 42, 46 wächst.
-
In
der 3 ist die Stellung des Koppelgetriebes 23 bei
geöffneten
Klappen 4, 5 dargestellt, also bei Anschlag einer
Kontur des Topfes 17 gegen den Anschlag 55 zur
Begrenzung des Stellwinkels. Entsprechend ergibt sich, dass der
Topf 17 des Abtriebs im unteren Bereich dargestellt ist,
während
der Antrieb mit dem Topf 26 im oberen Bereich der 3 zu
erkennen ist.
-
In
dem vorliegenden Fall ist das Koppelgetriebe 23 so aufgeführt, dass
die jeweiligen wirkenden Hebel der Töpfe 17, 26 gleich
groß sind,
so dass eine direkte nicht übersetzte
Bewegungsübertragung über die
Koppelstange 19 erfolgt. Selbstverständlich ist es jedoch auch denkbar,
wie in den 6 und 7 dargestellt,
die wirkenden Radien unterschiedlich groß auszuführen und die Koppelstange 19 derartig
anzuordnen, dass ein Antriebshebel 57 so zu einem Abtriebshebel 58 liegt,
dass eine Bewegung des als Antriebshebel 57 wirkenden Topfes 26 eine
nicht gleichförmige
Bewegung des als Abtriebshebel 58 wirkenden Topfes 17 zur
Folge hat, sondern in einem Winkelbereich, der hier insbesondere
im unteren Bereich des Abtriebshebels 58 zu erkennen ist,
kleinere Drehwinkel am Abtriebshebel 58 erzeugt als am
Antriebshebel 57. Hierzu sind unterschiedliche Hebelanordnungen
denkbar, bei denen das Koppelgetriebe 23 sowohl als Kurbelschwinge
oder als Doppelschwinge ausgeführt
werden kann.
-
Es
wird deutlich, dass insbesondere bei Bewegung des Antriebshebels 57 in
einem Bereich einer gedachten Verbindungslinie zwischen den beiden
feststehenden Dreh achsen der Hebel 57, 58 am Abtriebshebel 58 eine
deutlich kleinere Drehbewegung zur Folge hat.
-
Die
daraus folgenden unterschiedlichen Bewegungen des Abtriebshebels 55 sind
in 7 dargestellt. Der Graph 59 zeigt eine
Bewegungsübertragung,
wie sie beispielsweise durch das Koppelgetriebe 23 der 3 übertragen
wird, also bei dem jeweils der Drehwinkel des Antriebshebels 57 gleich
dem Drehwinkel des Abtriebshebels 58 ist. Im Gegensatz hierzu
zeigt der Graph 60, dass bei entsprechender Anordnung der
Hebel 57, 58 bzw. Angriffspunkte der Koppelstange 19 zueinander
in den Randbereichen bei einer 180° Verdrehung diese übertragene
Bewegung auf den Abtriebshebel 58 nicht mehr linear erfolgt
sondern im ausgeführten
Beispiel bei etwa minus 80° offensichtlich
am Abtriebshebel 58 die Todstellung einer Kurbelschwinge überfahren
wird, also sich die Drehrichtung des Abtriebshebels 58 bei
der Übertragung
der Drehbewegung ändert.
Genau in diesem Bereich werden auch deutlich kleinere Drehwinkel
auf den Abtriebshebel 58 übertragen.
-
In
den 4 und 5 ist eine der Klappen 4, 5 der
erfindungsgemäßen Regelvorrichtung
im Schnitt dargestellt. Sie weist einen ersten Klappenflügel 61 sowie
einen zweiten Klappenflügel 62 auf,
welche sich zu beiden Seiten der Abtriebswelle 3 erstrecken.
-
Im
Vergleich zu bekannten Ausführungsformen
weist diese Klappe Ausbuchtungen 63, 64 auf, wobei
die Ausbuchtung 63 am Klappenflügel 61 und die Ausbuchtung 64 am
Klappenflügel 62 ausgebildet ist.
Diese Ausbuchtungen 63, 64 weisen in entgegen gesetzte
Richtungen, und zwar derart, dass im geöffneten Zustand der Klappe 5, 6 die
jeweilige Ausbuchtung 63, 64 in Richtung zur Innenwand 51 des
Kanals 6, 7 weist, an der der jeweilige Klappenflügel 61, 62 im
geschlossenen Zustand anliegt.
-
Da
sich die Ausbuchtungen 63, 64 über den gesamten Umfang des
jeweiligen Klappenflügels 61, 62 erstrecken,
wird durch ihre maximalen Erhebungen 65, 66 eine
erste und eine zweite Ebene 67, 68 aufgespannt.
Die beiden Klappenflügel 61, 62 sind derart
exzentrisch zur Abtriebswelle 3 angeordnet, dass die Ausbuchtungen 60, 61 zu
einer dritten Ebene 69 weisen, die parallel zur ersten
und zweiten Ebene 67, 68 angeordnet ist und durch
die Drehachse der Abtriebswelle 3 verläuft.
-
Des
Weiteren sind auch in diesen 4 und 5 die
Vorsprünge 54 an
den axialen Enden der Klappe 4, 5 zu erkennen.
Es wird deutlich, dass die Klappe 4, 5 über einen
durch die Abtriebswelle 3 verlaufenden Stift 70 drehfest
auf der Abtriebswelle 3 befestigt ist. Andere Verbindungen
sind selbstverständlich
denkbar. Die Klappen 4, 5 ist insgesamt derart
konturiert, dass sie einen möglichst
geringen Strömungswiderstand
im Kanal 6, 7 bildet, weswegen scharfe Kanten
bei der Klappenform vermieden werden. Gleichzeitig sollte der Materialeintrag
der Klappe 4, 5 möglichst gering sein, wodurch
beidseitige Einbuchtungen entstehen.
-
Betrachtet
man die 5, so wird deutlich, dass die
Klappe 4, 5 mit ihrem Außenumfang ringförmig gegen
die Innenwand 51 des Kanals 6, 7 anliegt. Hierzu
gehen die Ausbuchtungen 63, 64 von der Drehachse
aus gesehen nach radial außen
in eine zylinderabschnittförmige
Fläche 71 über, so
dass eine flächige
Berührung
zur Innenwand 51 im geschlossenen Zustand vorliegt, die
eine gute Abdichtung des Kanals 6, 7 aufgrund
der breiten wirksamen Dichtungsfläche zur Folge hat.
-
Es
wird ersichtlich, dass durch die ausgeführten Ausbuchtungen 63, 64 bei
leichter Verdrehung der Klappe 4, 5 aus dem geschlossenen
Zustand die Ausbuchtungen 63, 64 zur jeweils gegenüber liegenden
Innenwand 51 weisen, so dass auch während Durchfahren der ersten
Drehwinkelgrade lediglich sehr kleine Spalte freigegeben werden.
Durch diese Freigabe lediglich kleiner Spalte ist eine genaue Dosierung
des Volumenstromes möglich.
-
Es
wird somit eine kompakte Regelvorrichtung geschaffen, welche zur
Regelung eines heißen Gasstromes,
beispielsweise Abgasstromes, geeignet ist. Der Antrieb erfolgt elektromotorisch
und weist eine hohe Lebensdauer auf. Des Weiteren werden verschiedene
Möglichkeiten
zur genauen Volumenstromeinstellung aufgezeigt. Hierzu dient sowohl
das Koppelgetriebe 23 als auch die Form der Klappenkörper 4, 5.
-
Selbstverständlich ist
es möglich,
einen Magneten auf einem der Enden der Antriebswelle 33 oder
Abtriebswelle 3 anzuordnen oder aber auf einem Ende des
Wellenstumpfes 27, welcher mit einem berührungslosen,
nicht dargestellten Sensor in Verbindung steht. Auf diese Weise
wird zuverlässig eine
Lagerückmeldung
ermög licht,
so dass bei entsprechender Anbindung an eine Steuereinheit je nach
gewünschter
Lage ein genauer dazu korrespondierender Volumenstrom eingestellt
werden kann. Des Weiteren kann der Sensor selbstverständlich zur
Kommutierung des Gleichstrommotors herangezogen werden.
-
Aufgrund
dieser beschriebenen Vorteile eignet sich die beschriebene Regelvorrichtung
vor allem zum Einsatz bei der Abgasrückführung in Nutzfahrzeugen mit
hohen zu regelnden Abgasrückführraten.
-
Es
sollte klar sein, dass verschiedene konstruktive Änderungen
bezüglich
des Aufbaus der Regelvorrichtung denkbar sind, ohne den Schutzbereich
der Ansprüche
zu veranlassen.