DE102008034341A1

DE102008034341A1 - Doppelklappenventil

Info

Publication number: DE102008034341A1
Application number: DE200810034341
Authority: DE
Inventors: Friedrich Wellner; Stefan Hoffmann; Björn Bihler; Klaus Bourdon
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Priority date: 2008-07-23
Filing date: 2008-07-23
Publication date: 2010-01-28

Abstract

Eine Doppelklappenventilanordnung für heiße Fluidströme, insbesondere Abgasströme in Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen, umfasst zwei in Strömungsrichtung hintereinander in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnete, jeweils um ihre Mittelachse zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung drehbar gelagerte Stauscheiben, wobei die beiden Stauscheiben derart im Gehäuse gelagert sind, dass sie in der Offenstellung der Ventilanordnung mindestens abschnittsweise quer zur Strömungsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind und sich mindestens teilweise überdecken.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Doppelklappenventile für heiße Fluidströme, insbesondere Abgasströme in Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen, mit zwei in Strömungsrichtung hintereinander in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneten, jeweils um ihre Mittelachse zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung drehbar gelagerten Stauscheiben.
Zur Erfüllung gesetzlicher Vorgaben für Emissionen von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren werden bei einigen modernen Antriebssystemen zusätzlich zu den konventionellen Elementen eines Abgassystems Strömungsschaltelemente eingesetzt, beispielsweise zur Ein-/Auskopplung von Bypass-Rohrstrecken.
Das Klappenventil, das dabei bevorzugt zum Ein/Auskoppeln von katalytisch wirksamen Baugruppen verwendet wird, muss absolut gasdicht sein, damit ein Entweichen von unbehandeltem Abgas verhindert wird. Im Stand der Technik ist ein System aus zwei oder mehr Klappenventilen eingesetzt, wobei ein Zwischenraum zwischen jeweils zwei Klappen mit einem zusätzlichen Anschluss zur Evakuierung versehen sein kann.
Nachteilig ist der von dieser Mehrklappenlösung beanspruchte hohe Platzbedarf, der die Einbaumöglichkeiten dieser Lösung einschränkt und insbesondere bei einer gewünschten Anordnung des Klappenventils möglichst weit vorne im Abgassystem, d. h. in der Nähe des Motors, problematisch ist, da gerade dort sehr wenig Platz zur Verfügung steht.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Doppelklappenventil bereitzustellen, das einen im Vergleich zu bekannten Doppelklappenventilsystemen verringerten Einbauraum beansprucht und dennoch möglichst hermetisch schließt.
Diese Aufgabe wird durch eine Doppelklappenventilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Doppelklappenventilanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die beiden Stauscheiben in dem gemeinsamen Gehäuse derart gelagert sind, dass sie in der Offenstellung der Ventilanordnung mindestens abschnittsweise quer zur Strömungsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind und sich mindestens teilweise überlappen.
Durch den Versatz der beiden Stauscheiben quer zur Strömungsrichtung zueinander ist es möglich, den Abstand der Mittelachsen der beiden Stauscheiben zueinander so zu verringern, dass sich die beiden Stauscheiben in der Offenstellung mindestens teilweise überlappen. Dadurch verringert sich der Platzbedarf der Doppelventilanordnung in Strömungsrichtung, was den Einbau in eine Abgasanlage erleichtert.
Es ist bevorzugt, dass die beiden Stauscheiben von einem gemeinsamen Stellmittel betätigbar sind, da dadurch der Platzbedarf weiter verringert und die Teilezahl minimiert wird. Zudem verringert sich bei dieser Ausführungsform der zum Einbauen notwendige Aufwand.
Zur gemeinsamen Betätigung der beiden Stauscheiben ist bei einer Ausführungsform ein Kopplungselement vorgesehen, welches ein zeitlich ver setztes Schließen der beiden Stauscheiben ermöglicht. Damit kann sichergestellt werden, dass beide Stauscheiben dicht schließen, da keine mechanische Überbestimmung der Doppelklappenventilanordnung in der Schließstellung vorliegt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen wird das zeitlich versetzte Schließen entweder durch ein Kopplungselement, welches selbst elastisch ist oder mit mindestens einer Stauscheibe elastisch verbunden ist, oder durch einen Freilauf oder ein Spiel zwischen dem Kopplungselement und mindestens einer Stauscheibe bewirkt. Beide Alternativen ermöglichen in geeigneter Weise ein zeitlich versetztes Schließen der Doppelklappenventilanordnung, da sowohl das elastische Ankoppeln mindestens einer Stauscheibe als auch der Freilauf mindestens einer Stauscheibe Fertigungstoleranzen sowie durch thermische Ausdehnung bedingte Abweichungen ausgleichen können.
Bei der Schließreihenfolge der beiden Klappen ist es bevorzugt, dass eine Stauscheibe mit Freilauf oder elastischer Ankopplung vor der anderen Stauscheibe an den zugehörigen Anschlägen anschlägt. Durch das erste Anschlagen der Stauscheibe mit Freilauf oder elastischer Ankopplung kann gewährleistet werden, dass auch die andere, insbesondere starr angekoppelte Stauscheibe dicht anschlägt. Wenn die andere Stauscheibe an den ihr zugeordneten Anschlägen anschlägt, befindet sich die Stauscheibe mit Freilauf oder elastischer Ankopplung bereits in ihrer Schließstellung und wird im Fall der elastischen Ankopplung durch diese Ankopplung in der Schließstellung zusätzlich vorgespannt, was ein möglichst dichtes Schließen dieser Stauscheibe unterstützt.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Doppelklappenventilanordnung sieht das Anordnen der beiden Stauscheiben auf einer gemein samen Drehachse vor. Damit wird der für die Doppelklappenventilanordnung benötigte Einbauraum weiter minimiert, die Konstruktion, Produktion und die Montage der Doppelklappenventilanordnung vereinfacht und die Anzahl der Bauteile verringert, was wiederum die Zuverlässigkeit der Doppelklappenventilanordnung erhöht.
Die Anordnung der Stauscheiben auf der gemeinsamen Drehachse erfolgt nach einer Ausgestaltung dadurch, dass eine Stauscheibe mit der Drehachse starr verbunden und die andere Stauscheibe auf der Drehachse frei drehbar gelagert ist. Bei einer anderen Ausgestaltung sind beide Stauscheiben auf der gemeinsamen Drehachse frei drehbar gelagert.
Bei der Ausgestaltung mit einer mit der Drehachse starr verbundenen Stauscheibe sind die beiden Stauscheiben bevorzugt über eine Schraubenfeder oder eine Blattfeder miteinander gekoppelt, um dadurch eine elastische Kopplung der beiden Stauscheiben herzustellen. Beim Schließen der Doppelklappenventilanordnung bewirkt diese Kopplung, dass die mit der Drehachse starr verbundene Stauscheibe die frei drehbare Stauscheibe mitbewegt und sie im Schließzustand mit einer zusätzlichen, von der Feder ausgeübten Schließkraft beaufschlagt, um ein möglichst dichtes Schließen der Doppelklappenventilanordnung zu erreichen.
Bei der alternativen Ausgestaltung, bei welcher beide Stauscheiben auf der gemeinsamen Drehachse frei drehbar gelagert sind, ist an der Drehachse vorzugsweise ein Doppelhebel mit zwei Enden befestigt, wobei jedes Ende an einer der beiden Stauscheiben angreift. Dabei ist bevorzugt je ein Ende des Doppelhebels mit je einer der Stauscheiben form- und/oder kraftschlüssig verbunden und mit der jeweils anderen Stauscheibe über eine Feder gekoppelt. Dieser Aufbau ermöglicht, dass beide Stauscheiben von der Drehachse gemeinsam ohne eine mechanische Überbestimmung bewegt werden können und stellt im Schließzustand durch die Federn eine zusätzliche Andruckkraft für beide Stauscheiben bereit, wodurch die Dichtigkeit der geschlossenen Doppelklappenventilanordnung erhöht wird.
In der Schließstellung besteht zwischen den beiden Stauscheiben ein Zwischenraum, der bei bevorzugten Ausführungsformen so ausgestaltet ist, dass ein darin befindliches Gas absaugbar ist, beispielsweise unter Verwendung einer Abgasrückführung, oder alternativ Luft dorthin einblasbar ist. Sowohl durch das Absaugen als auch durch das Einblasen wird die Dichtigkeit der Doppelklappenventilanordnung erhöht, weil in beiden Fällen mögliche Leckgase daran gehindert werden, die Doppelklappenventilanordnung zu durchqueren.
Die geometrische Gestalt der beiden Stauscheiben ist bei einer bevorzugten Ausführung eine flache Scheibe mit einer flachovalen Umfangsform. Dadurch kann die Doppelklappenventilanordnung die für eine Strömung verfügbare Querschnittsfläche im Vergleich zu einer kreisrunden Gestalt der Stauscheiben vergrößern und gegebenenfalls den zur Verfügung stehenden Einbauraum besser nutzen.
Für jede Stauscheibe sind bei einer bevorzugten Ausführungsform zwei Anschläge vorgesehen, an welche die Stauscheiben bei der Schließbewegung anschlagen und an welchen sie im Schließzustand anliegen, um eine möglichst gute Dichtigkeit der Doppelklappenventilanordnung zu erreichen. Die Anschläge sind vorzugsweise halbkreisförmig ausgebildet, um eine möglichst große, gleichmäßig breite Dichtfläche und damit eine gute Dichtigkeit der Doppelklappenventilanordnung zu erreichen.
Die beiden Stauscheiben und die Anschläge der beiden Stauscheiben sind bei einer bevorzugten Ausführungsform zueinander radial so versetzt, dass die Anschläge der einen Stauscheibe die Bewegung der zweiten Stauscheibe nicht behindern und umgekehrt, um reibungslose Öffnungs- und Schließbewegungen der Doppelklappenventilanordnung zu ermöglichen.
Zur Lagerung der Stauscheiben auf der Drehachse sieht eine Ausführungsform der Doppelklappenventilanordnung jeweils mindestens ein Scharnier für jede Stauscheibe vor. Diese Lagerart ist einfach und kostengünstig herstellbar und kann zudem leicht montiert werden.
Die Drehachse, auf der die beiden Stauscheiben bevorzugt gelagert sind, unterteilt den Zwischenraum zwischen den beiden Stauscheiben in zwei Teile. Wenn dieser Zwischenraum für ein Absaugen von Gasen oder ein Einblasen von Luft vorgesehen ist, kann für jeden der beiden Teile des Zwischenraums mindestens ein Anschluss zur Absaugung oder zum Einblasen vorgesehen sein. Es ist jedoch bevorzugt, die beiden Zwischenraumteile miteinander durch einen Kanal zu verbinden, so dass ein einziger Anschluss zur Absaugung oder zum Einblasen ausreicht, wodurch die Herstellungskosten verringert und die Montage- und Wartungsfreundlichkeit der Doppelklappenventilanordnung erhöht werden.
Dabei kann der Kanal dadurch ausgebildet sein, dass die axiale Länge aller Scharniere der beiden Stauscheiben zusammengenommen kleiner als die Länge der Drehachse in dem Zwischenraum ist. Durch diese Maßnahme wird ohne jeglichen Zusatzaufwand sichergestellt, dass ein entsprechender Kanal zwischen den beiden Zwischenraumteilen gebildet wird.
Alternativ oder zusätzlich kann der Kanal durch die Verwendung einer zweiteiligen Drehachse der Doppelklappenventilanordnung ausgebildet sein. Dabei ist die Drehachse beispielsweise durch eine Welle und einen Achszapfen ausgebildet, die in zusammengebautem Zustand einen Abstand zueinander aufweisen, der ein Strömen von Gas erlaubt und somit einen Kanal bildet. Dies erleichtert zudem die Montage der beiden Stauscheiben im gemeinsamen Gehäuse, bei welcher zunächst der Achszapfen von unten in das Gehäuse und durch einen Teil der Scharniere der Stauscheiben und danach die Welle von oben durch das Gehäuse und durch die restlichen Scharniere der Stauscheiben geschoben wird und anschließend die Welle und der Achszapfen am Gehäuse drehbar gelagert werden.
Die erfindungsgemäße Doppelklappenventilanordnung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Verwendung der beiliegenden Zeichnung beschrieben, in der
1A eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Doppelklappenventilanordnung zeigt;
1B eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 1A der Doppelklappenventilanordnung in Offenstellung zeigt;
1C eine Schnittansicht entlang der Linie C-C von 1B der Doppelklappenventilanordnung in Offenstellung zeigt;
1D eine Schnittansicht entlang der Linie B-B von 1A der Doppelklappenventilanordnung in Offenstellung zeigt;
2A die beiden Stauscheiben der ersten Ausführungsform zusammengesetzt in einer perspektivischen Darstellung zeigt;
2B die beiden Stauscheiben der ersten Ausführungsform zusammengesetzt in einer Seitenansicht zeigt;
2C eine perspektivische Darstellung der auf der Welle frei drehbar geführten Stauscheibe der ersten Ausführungsform zeigt;
2D eine perspektivische Darstellung der mit der Welle starr verbundenen Stauscheibe der ersten Ausführungsform zeigt;
3A eine Draufsicht auf die erste Stauscheibe einer zweiten Ausführungsform zeigt;
3B eine perspektivische Darstellung der ersten Stauscheibe der zweiten Ausführungsform zeigt;
3C eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der 3A der ersten Stauscheibe der zweiten Ausführungsform zeigt;
3D eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 3A der ersten Stauscheibe der zweiten Ausführungsform zeigt;
4A eine Draufsicht auf die zweite Stauscheibe der zweiten Ausführungsform zeigt;
4B eine perspektivische Darstellung der zweiten Stauscheibe der zweiten Ausführungsform zeigt;
4C eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der 4A der zweiten Stauscheibe der zweiten Ausführungsform zeigt;
4D eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 4A der zweiten Stauscheibe der zweiten Ausführungsform zeigt;
5A eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Doppelklappenventilanordnung zeigt;
5B eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 5A der Doppelklappenventilanordnung in Offenstellung zeigt;
5C eine Schnittansicht entlang der Linie C-C von 5B der Doppelklappenventilanordnung in Offenstellung zeigt;
5D eine Schnittansicht entlang der Linie B-B von 5A der Doppelklappenventilanordnung in Offenstellung zeigt;
6A die erste Stauscheibe der dritten Ausführungsform in einer Seitenansicht zeigt;
6B den Doppelhebel der dritten Ausführungsform in einer Seitenansicht zeigt;
6C die zweite Stauscheibe der dritten Ausführungsform in einer Seitenansicht zeigt;
6D eine perspektivische Explosionsansicht der Stauscheiben und des Doppelhebels der dritten Ausführungsform zeigt;
7A eine Seitenansicht der dritten Ausführungsform bei geöffneter Klappe zeigt;
7B eine Seitenansicht der dritten Ausführungsform bei geschlossener Klappe zeigt;
7C eine seitliche Schnittansicht der dritten Ausführungsform zeigt;
8A eine Draufsicht auf die erste Stauscheibe der dritten Ausführungsform zeigt;
8B eine perspektivische Darstellung der ersten Stauscheibe der dritten Ausführungsform zeigt;
8C eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der 8A der ersten Stauscheibe der dritten Ausführungsform zeigt;
8D eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 8A der ersten Stauscheibe der dritten Ausführungsform zeigt;
9A eine Draufsicht auf die zweite Stauscheibe der dritten Ausführungsform zeigt;
9B eine perspektivische Darstellung der zweiten Stauscheibe der dritten Ausführungsform zeigt;
9C eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der 4A der zweiten Stauscheibe der dritten Ausführungsform zeigt;
9D eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 4A der zweiten Stauscheibe der dritten Ausführungsform zeigt;
10A eine Draufsicht auf einen alternativen Doppelhebel der dritten Ausführungsform zeigt;
10B eine Seitenansicht des alternativen Doppelhebels der dritten Ausführungsform zeigt; und
10C eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 10A des alternativen Doppelhebels der dritten Ausführungsform zeigt.
Die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Doppelklappenventilanordnung, die in 1A bis 1D dargestellt ist, weist, wie in 1A dargestellt, ein Gehäuse 1 aus Metall, einen Anschluss 2 zum Absaugen von Leckgasen oder Einblasen von Luft sowie eine Welle 3 zum Öffnen und Schließen der erfindungsgemäßen Doppelklappenventilanordnung mit Hilfe einer nicht gezeigten Betätigungseinrichtung, beispielsweise eines Elektromotors oder sonstigen Aktuators, auf. In der Draufsicht von 1A verläuft die Strömungsrichtung der heißen Abgase in Richtung des Pfeils I.
In der Schnittansichten der 1B und 1D sind zudem ein Achszapfen 4 und die erste Stauscheibe 5 sowie die zweite Stauscheibe 6 zu sehen. Der Achszapfen 4 ist in einem Spurlager 7 aus Keramik gelagert, welches von einer Lagerhülse 8 aus Metall gestützt ist. Die Lagerhülse 8 ist an dem Gehäuse 1 beispielsweise durch Schweißen befestigt. Die Welle 3 ist in einem Dichtlager 9 gelagert, das von einer Lagerhülse 10 abgestützt ist, welche an dem Gehäuse 1 beispielsweise durch Schweißen befestigt ist. In 1B sind zudem zwei Anschläge 11, 12 zu erkennen, an welche die erste Stauscheibe 5 beim Schließen anschlägt.
1C veranschaulicht zwei weitere Anschläge 13, 14 für die zweite Stauscheibe 6. Zudem verdeutlicht 1C, dass die Anschläge 11 und 12 und die Anschläge 13 und 14 zueinander jeweils radial so versetzt sind, dass die Anschläge 11 und 13 jeweils radial weiter in den Strömungskanal 20 hineinragen als die Anschläge 12 bzw. 14. Auch sind die Stauscheiben 5, 6 radial zu der Drehachse 15 zueinander derart versetzt angeordnet, dass die Anschläge 11, 12 der ersten Stauscheibe 5 eine Bewegung der zweiten Stauscheibe 6 nicht behindern, und dass die Anschläge 13, 14 der zweiten Stauscheibe 6 eine Bewegung der ersten Stauscheibe 5 nicht behindern. Das heißt, dass diejenigen Anschläge, an welchen sich eine der Stauscheiben vorbeibewegen muss, bei 1C also die Anschläge 12 und 14, weniger weit radial in Richtung des Gehäuseinneren vorragen als die anderen Anschläge, an denen sich keine Stauscheibe vorbeibewegen muss, bei 1C also die Anschläge 11 und 13, und die deshalb radial etwas weiter nach Innen vorstehen können. Bei der gezeigten Ausführungsform ragen die Anschläge jeweils mindestens etwa 1 mm radial in Richtung des Gehäuseinneren hervor.
Bei einer Schließbewegung, die in 1C durch eine Drehung der Stauscheiben 5, 6 um die Drehachse 15 im Uhrzeigersinn erfolgt, wie durch Pfeile II angedeutet ist, bewegt sich die in 1C oben dargestellte Hälfte der zweiten Stauscheibe 6 am Anschlag 12 der ersten Stauscheibe 5 vorbei und trifft auf ihren Anschlag 13. Auf die gleiche Weise bewegt sich die in 1C unten dargestellte Hälfte der ersten Stauscheibe 5 am Anschlag 14 der zweiten Stauscheibe 6 vorbei und trifft auf ihren Anschlag 11. Beim Schließen schlägt dabei zuerst die frei drehbare zweite Stauscheibe 6 an ihre Anschlägen 13 und 14 an. Danach wird die mit der Drehachse starr verbundene erste Stauscheibe 5 bis zum Anschlagen an ihre Anschläge 11 und 12 weitergedreht und das Drehmoment bis zu einem maximal erreichbaren Drehmoment erhöht, um den Anpressdruck zu erhö hen. In der Schließstellung werden die beiden Stauscheiben 5, 6 von der Stellvorrichtung gegen die zugehörigen Anschläge 11, 12 beziehungsweise 13, 14 gedrückt. Durch eine in 1A bis 1D nicht gezeigte elastische Kopplung zwischen den Stauscheiben 5 und 6, die beispielsweise durch eine Schraubenfeder oder eine Blattfeder erfolgen kann, erfolgt eine Führung der frei drehbaren Stauscheibe 6 durch die starr mit der Drehachse verbundene Stauscheibe 5, welche die voranstehend beschriebenen Abläufe beim Schließen bewirkt. Die elastische Kopplung ist dabei mit einer der jeweiligen Dichtheitsanforderung genügenden Kraft vorgespannt.
1D stellt die Lagerung der beiden Stauscheiben 5, 6 in einem Längsschnitt durch die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Doppelklappenventilanordnung genauer dar. Die Welle 3, die durch das Dichtlager 9 und die Lagerhülse 10 gelagert ist, wird durch eine Tellerfeder 16 oder sonstige geeignete Federmittel, die sich außen auf der Lagerhülse 10 und an einer Scheibe 17 abstützt bzw. abstützen, die mittels eines Sicherungsrings 18 an der Welle 3 gesichert ist, angehoben. So wird eine definierte Reibung und damit ein definierter Widerstand gegenüber einer Bewegung geschaffen, welcher von einem nicht gezeigten Stellaktuator, z. B. einem Elektromotor, zur Betätigung der Doppelklappenventilanordnung überwunden werden muss. Die definierte Reibung bewirkt zudem eine Dämpfung bei dynamischer Anregung und das Einschleifen des Dichtlagers 9, womit sich die Abdichtwirkung von Dichtlager 9 über Laufzeit konstant hält oder verbessert.
Ferner zeigt 1D, dass der Innendurchmesser eines Scharniers 21 der ersten Stauscheibe 5 kleiner als der Innendurchmesser von Scharnieren 22 der Stauscheibe 6 ist. An dieser Stelle wird die erste Stauscheibe 5 durch eine form- oder stoffschlüssige Verbindung mit der Welle 3 und dem Achszapfen 4 starr verbunden, während die zweite Stauscheibe 6 an der aus der Welle 3 und dem Achszapfen 4 bestehenden Drehachse der Doppelklappenventilanordnung frei beweglich gelagert ist. Zudem sind die Welle 3 und der Achszapfen 4 voneinander beabstandet und bilden somit einen Kanal 23.
Die perspektivische Ansicht der 2A veranschaulicht die beiden Stauklappen 5, 6 in zusammengesetztem Zustand. Dabei ist eine an der ersten Stauscheibe 5 befestigte Blattfeder 24 zu erkennen, die gegen die zweite Stauscheibe 6 drückt, um eine elastische Kopplung der Stauscheiben 5, 6 zu erzielen. Durch die Federspannung der Blattfeder 24 wird die zweite Stauscheibe 6 von der ersten Stauscheibe 5 so weit weggedrückt, wie es durch einen Freilauf oder ein Spiel zwischen den beiden Scheiben zugelassen wird. Die Seitenansicht von 2B verdeutlicht, dass der Freilauf bzw. das Spiel zwischen den beiden Stauscheiben 5, 6 ist in der gezeigten Ausführungsform durch Abstandsbegrenzer 25, 26 begrenzt ist. Zudem zeigt 2B, dass das Scharnier 21 der ersten Stauscheibe 5 einen geringeren Innendurchmesser als die Scharniere 22 der zweiten Stauscheibe 6 aufweist.
In 3A bis D und 4A bis D sind erste und zweite Stauscheiben 5', 6' einer alternativen Ausführungsform der Doppelklappenventilanordnung gezeigt. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist eine Schraubenfeder zwischen den beiden Stauscheiben 5', 6' vorgesehen. Die nicht gezeigte Schraubenfeder besteht bevorzugt aus einem geeigneten keramischen Werkstoff, um die im Bedarfsfall erforderliche Temperaturbeständigkeit zu bieten. Bei dieser Ausführungsform wird aus Platzgründen bevorzugt eine Schraubenfeder anstelle einer Blattfeder eingesetzt.
Die in 3A dargestellte Draufsicht auf die erste Stauscheibe 5' zeigt eine topfförmige Schraubenfederaufnahme 27 sowie zwei Scharniere 21'.
Zwischen den beiden Scharnieren 21' befindet sich ein Freiraum, der in montiertem Zustand teilweise von einer nicht gezeigten Welle und einem nicht gezeigten Achszapfen oder einer einstückigen Drehachse eingenommen wird; der freibleibende Rest bildet einen Kanal 23', der die Zwischenraumteile zwischen den Stauscheiben 5', 6' verbindet und somit ein Absaugen von Leckgasen aus dem Zwischenraum oder ein Einblasen von Luft in den Zwischenraum mit einem einzigen Anschluss ermöglicht. Die Stauscheibe 5' weist eine ovale Gestalt ihres Außenumfangs auf, wie aus 3A und 3B ersichtlich ist. 3B und 3C zeigen zudem, dass sich die erste Stauscheibe 5' entlang der Achse, die durch die Scharniere 21' gebildet ist, in zwei Hälften gliedert, die in zwei zueinander parallelen Ebenen versetzt angeordnet sind.
Entsprechend veranschaulichen die 4A–4D die zweite Stauscheibe 6', welche eine Schraubenfederaufnahme 28 sowie zwei jeweils am Stauscheibenrand angeordnete Scharniere 22' aufweist. Die Stauscheibe 6' weist ebenfalls eine ovale Gestalt ihres Außenumfangs auf, wie aus 4A und 4B ersichtlich ist. 4B und 4C zeigen zudem, dass sich die zweite Stauscheibe 6' entlang der Achse, die durch die Scharniere 22' gebildet ist, in zwei Hälften gliedert, die in zwei zueinander parallelen Ebenen versetzt angeordnet sind.
5 bis 10 stellen eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Doppelklappenventilanordnung dar, bei der beide Stauscheiben auf der Drehachse frei drehbar gelagert sind.
Das in 5A gezeigte Gehäuse 1' der Doppelklappenventilanordnung weist zwei Anschlüsse 2' zum Absaugen oder Einblasen auf, die so angeordnet sind, dass sie bei einer Schließstellung der Doppelklappenventilanordnung, bei der die beiden in 5B bis 5D gezeigten Stauklappen 5'' und 6'' quer zur Strömungsrichtung I liegen, jeweils in Verbindung mit einem Zwischenraum zwischen den beiden Stauklappen 5'' und 6'' stehen. Wie nachstehend genauer erläutert wird, ist das dritte Ausführungsbeispiel so aufgebaut, dass der Zwischenraum zwischen den Stauscheiben 5'' und 6'' durch die Drehachse 15' in zwei miteinander verbundene Hälften unterteilt ist. Durch den an dieser Stelle eingebrachten Doppelhebel ist der freie Querschnitt jedoch teilweise reduziert, so dass zur sicheren Absaugung von Gasen oder zum Einblasen von Luft für jede Zwischenraumhälfte ein eigener Anschluss 2' vorgesehen ist.
In 5B ist die dritte Ausführungsform der Doppelklappenventilanordnung in einer Offenstellung gezeigt. Dabei sind die beiden Stauklappen 5'' und 6'' an einer Welle 3' und einem Achszapfen 4' jeweils frei drehbar gelagert. Ein Doppelhebel 29 ist an der Welle 3' und dem Achszapfen 4' starr befestigt, so dass sich der Doppelhebel 29 bei einer Drehung der Welle 3' mit dieser dreht. Wie in 5C zu sehen ist, erfolgt diese starre Befestigung bei dieser Ausführungsform über ein Vierkantprofil 31. Bei anderen Ausführungsformen ist ein geeignetes Zahnprofil vorgesehen.
Aus 5C ist ferner ersichtlich, dass der Doppelhebel 29 mit jedem seiner Arme in Haken 31, 31' eingreift, welche an den Stauscheiben 5'' bzw. 6'' angebracht oder mit diesen einstückig ausgebildet sind. Zudem sind zwei Schraubenfedern 32, 32' zu sehen, die sich zwischen je einem Arm des Doppelhebels 29 und der jeweils gegenüberliegenden Stauscheibe 6'' bzw. 5'' erstrecken. Die Funktion der Schraubenfedern wird im Zusammenhang mit 7A bis 7C genauer erläutert. Aus 5C sind ferner Anschläge 11', 12' für die Stauscheibe 5'' und Anschläge 13', 14' für die Stauscheibe 6'' ersichtlich. Die Funktionsweise dieser Anschläge entspricht den Ausführungen zur ersten Ausführungsform im Zusammenhang mit 1C.
In 5D ist die Stauscheibe 5'' weitgehend weg geschnitten, so dass die Stauscheibe 6'' in Einbaustellung sichtbar ist. Der nicht weg geschnittene Arm des Doppelhebels 29 greift in den Haken 31' der Stauscheibe 6'' ein, um diese drehen zu können, und weist zudem eine Schraubenfederaufnahme 33' zur Aufnahme der Schraubenfeder 32' von 5C auf.
6A bis 6C veranschaulichen die erste Stauscheibe 5'', den Doppelhebel 29 sowie die zweite Stauscheibe 6'' jeweils in einer Seitenansicht. Dabei weisen die Scharniere 21'' und 22'' der beiden Stauscheiben 5'' und 6'' einen in etwa gleichen Innendurchmesser auf, währen das Vierkantprofil 30 des Doppelhebels 29 einen kleineren Durchmesser aufweist. Dies ermöglicht, dass sich die Welle 3' und der Achszapfen 4', welche in 5B und 5D gezeigt sind, durch die Scharniere 21'' und 22'' erstrecken können und mit dem Vierkantprofil 30 wie voranstehend beschrieben in Eingriff treten können.
6D veranschaulicht, wie die Stauscheiben 5'' und 6'' mit dem Doppelhebel 29 zusammengesetzt werden.
7A bis 7C dienen zur Erläuterung des Aufbaus und der Arbeitsweise der dritten Ausführungsform der Doppelklappenventilanordnung. 7A zeigt die Anordnung der ersten Stauscheibe 5'', der zweiten Stauscheibe 6'' und des Doppelhebels 29, wenn das Doppelklappenventil geöffnet ist. In dieser Stellung liegen die Arme des Doppelhebels direkt an den Stauscheiben 5'' und 6'' an und die Spitzen der Arme zeigen einen definierten Abstand zu den Haken 31, 31' der Stauscheiben 5'' und 6''. Diese Anordnung stellt sich ein, wenn kein Drehmoment über eine Welle auf den Doppelhebel 29 aufgebracht wird, so dass die eingestellte Vorspannkraft der Schraubenfedern 32 und 32' die Arme des Doppelhebels 29 gegen die Stauscheiben 5'' und 6'' drückt. In dieser Phase herrscht in dem geschlossenen System ein Kräftegleichgewicht und Scheiben und Hebel führen über dem Öffnungswinkel keine Differenzbewegung aus. Der freie Hub zwischen den Hebelenden und den Haken 31 und 31' bestimmt die maximal erreichbare Federkraft.
Bei 7B ist die Doppelklappenventilanordnung geschlossen, wobei durch die in 5B und 5D gezeigte Welle 3' ein maximales Drehmoment auf den Doppelhebel und damit auf die Stauscheiben 5'' und 6'' aufgebracht wird. Das Drehmoment wirkt in 7B entgegen dem Uhrzeigersinn in Richtung der Pfeile III. Da das Drehmoment größer als die Vorspannung der Schraubenfedern 32, 32' ist, werden diese von den Armen des Doppelhebels 29 zusammengedrückt, soweit es der Spalt zwischen den Armen des Doppelhebels 29 und den Haken 31, 31' zulässt. Auf diese Weise wird ein maximaler Anpressdruck der Stauscheiben 5'' und 6'' gegen ihre in 5C gezeigten Anschläge 11', 12', 13' und 14' erreicht, was sich vorteilhaft auf das Dichtverhalten der geschlossenen Doppelklappenventilanordnung auswirkt.
Die Schnittansicht von 7C verdeutlicht die Schraubenfederaufnahmen 33, 33', die bereits in 5D und 6D gezeigt wurden.
8A bis 8D zeigen verschiedene Ansichten der ersten Stauscheibe 5''. Bei der ersten Stauscheibe 5'' sind die Scharniere 21'' ein wenig vom Rand der Stauscheibe 5'' weg in Richtung der Mitte der Stauscheibe 5'' versetzt. Der Platz, der zwischen dem Stauscheibenrand und den Scharnieren 21'' freigelassen ist, wird bei zusammengebauter Doppelklappenventilanordnung von den Scharnieren 22'' der zweiten Stauscheibe 6'' eingenommen, die in 9A bis 9D genauer gezeigt ist. Der Platz zwischen den Scharnieren 21'' der ersten Stauscheibe 5'' wird im zusammengebauten Zustand teilweise von dem Doppelhebel 29 eingenommen, so dass bei dieser Ausführungsform nur ein reduzierter Kanalquerschnitt vorhanden ist, der die zwei Zwischenraumhälften der Doppelklappenventilanordnung verbindet. Zum sicheren Absaugen von Gasen aus den oder zum Einblasen von Luft in die zwei Zwischenraumhälften sind daher die im Zusammenhang mit 5A und 5B erläuterten zwei Anschlüsse 2' vorgesehen.
9A bis 9D zeigen analog zu 8A bis 8D verschiedene Ansichten der zweiten Stauscheibe 6''. Bei dieser sind die Scharniere 22'' direkt am Rand der Stauscheibe 6'' angeordnet. Die wie bei der ersten Stauscheibe 5'' ovale Gestalt der zweiten Stauscheibe 6'' ist aus 9A und 9B ersichtlich. 9B und 9C zeigen zudem, dass sich die zweite Stauscheibe 6'' entlang der Achse, die durch die Scharniere 22'' gebildet ist, in zwei Hälften gliedert, die in zwei zueinander parallelen Ebenen versetzt angeordnet sind, was analog auf die erste Stauscheibe 5'' ebenfalls zutrifft.
Schließlich zeigen 10A bis 10C eine Variante des Doppelhebels 29' mit einer Schraubenfederaufnahme 33''. Diese Variante sieht einen zusätzlichen Kanal 23'' im Doppelhebel 29' vor, der den Entfall eines der beiden in 5A und 5B gezeigten Anschlüsse 2' ermöglicht.

1, 1': Gehäuse
2, 2': Anschluss zum Absaugen oder Einblasen
3, 3': Welle
4, 4': Achszapfen
5, 5', 5'': erste Stauscheibe
6, 6', 6'': zweite Stauscheibe
7, 7': Spurlager
8, 8': Lagerhülse
9, 9': Dichtlager für Welle
10, 10': Lagerhülse
11–14, 11'–14': Anschläge
15, 15': Drehachse
16: Tellerfeder
17: Scheibe
18: Sicherungsring
19: Hohlraum des Wellenlagers
20: Strömungskanal
21, 21', 21'': Scharnier
22, 22', 22'': Scharnier
23, 23', 23'': Kanal
24: Blattfeder
25, 26: Abstandsbegrenzer
27, 28: Schraubenfederaufnahme
29, 29': Doppelhebel
30: Vierkantprofil
31, 31': Haken
32, 32': Schraubenfeder
33, 33', 33'': Schraubenfederaufnahme
I: Strömungsrichtung
II, III: Schließbewegungsrichtung

Claims

Doppelklappenventilanordnung für heiße Fluidströme, insbesondere Abgasströme in Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen, mit zwei in Strömungsrichtung hintereinander in einem gemeinsamen Gehäuse (1, 1') angeordneten, jeweils um ihre Mittelachse zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung drehbar gelagerten Stauscheiben (5, 5', 5'', 6, 6', 6''), dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stauscheiben (5, 5', 5'', 6, 6', 6'') derart im Gehäuse (1, 1') gelagert sind, dass sie in der Offenstellung der Ventilanordnung mindestens abschnittsweise quer zur Strömungsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind und sich mindestens teilweise überdecken.
Doppelklappenventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stauscheiben (5, 5', 5'', 6, 6', 6'') von einem gemeinsamen Stellmittel betätigbar sind.
Doppelklappenventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die gemeinsame Betätigung der beiden Stauscheiben (5, 5', 5'', 6, 6', 6'') ein Kopplungselement (24) vorgesehen ist, welches ein zeitlich versetztes Schließen der beiden Stauscheiben (5, 5', 6, 6') ermöglicht.
Doppelklappenventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zeitlich versetzte Schließen durch ein Kopplungselement (24) bewirkt ist, welches selbst elastisch ist oder mit mindestens einer Stauscheibe (6, 6') elastisch verbunden ist.
Doppelklappenventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zeitlich versetzte Schließen durch einen Freilauf oder ein Spiel zwischen dem Kopplungselement (24) und mindestens einer Stauscheibe (6, 6') bewirkt ist.
Doppelklappenventilanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schließvorgang des Klappenventils eine frei laufende oder elastisch angekoppelte Stauscheibe (6, 6') vor der anderen Stauscheibe (5, 5') an zugehörigen Anschlägen (13, 14) anschlägt.
Doppelklappenventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stauscheiben (5, 5', 5'', 6, 6', 6'') auf einer gemeinsamen Drehachse angeordnet sind.
Doppelklappenventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stauscheibe (5, 5') mit der Drehachse starr verbunden und die andere Stauscheibe (6, 6') um die Drehachse frei drehbar ist.
Doppelklappenventilanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stauscheiben (5, 5', 6, 6') über eine Schraubenfeder oder eine Blattfeder (24) miteinander gekoppelt sind.
Doppelklappenventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beide Stauscheiben (5'', 6'') auf der Drehachse frei drehbar gelagert sind.
Doppelklappenventilanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der Drehachse ein Doppelhebel (29, 29') mit zwei Enden befestigt ist, der mit je einem Ende an einer der beiden Stauscheiben (5'', 6'') angreift.
Doppelklappenventilanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Ende des Doppelhebels (29, 29') mit je einer der Stauscheiben (5'', 6'') fest und mit der jeweils anderen Stauscheibe über eine Feder (32, 32') verbunden ist.
Doppelklappenventilanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stauscheiben (5, 5', 5'', 6, 6', 6'') in Schließstellung des Klappenventils einen Zwischenraum bilden, aus dem Gas absaugbar oder in den Luft einblasbar ist.
Doppelklappenventilanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stauscheiben (5, 5', 5'', 6, 6', 6'') jeweils die Form einer flachen Scheibe mit einer flachovalen Umfangsform aufweisen.
Doppelklappenventilanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite des Gehäuses (1, 1') für jede Stauscheibe (5, 5', 5'', 6, 6', 6'') zwei, insbesondere halbkreisförmige, Anschläge (11, 11', 12, 12', 13, 13', 14, 14') vorgesehen sind.
Doppelklappenventilanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge (11, 11', 12, 12', 13, 13', 14, 14') der beiden Stauscheiben (5, 5', 5'', 6, 6', 6'') zueinander so versetzt sind, dass die Anschläge (11, 11', 12, 12') der ersten Stauscheibe (5, 5', 5'') die Bewegung der zweiten Stauscheibe (6, 6', 6'') nicht behindern und umgekehrt.
Doppelklappenventilanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauscheiben (5, 5', 5'', 6, 6', 6'') über jeweils mindestens ein Scharnier (21, 21', 21'', 22, 22', 22'') auf der Drehachse gelagert sind.
Doppelklappenventilanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum zwischen den beiden Stauscheiben durch die Drehachse in zwei Teile unterteilt ist, wobei die beiden Teile durch einen Kanal (23, 23', 23'') miteinander verbunden sind.
Doppelklappenventilanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (23') dadurch ausgebildet ist, dass die axiale Länge aller Scharniere (21', 22') der beiden Stauscheiben (5', 6') zusammengenommen kleiner als die Länge der Drehachse in dem Zwischenraum ist.
Doppelklappenventilanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse des Klappenventils durch eine Welle (3) und einen Achszapfen (4) gebildet ist, die bevorzugt einen Abstand zueinander aufweisen, der den Kanal (23) bildet.
Doppelklappenventilanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelhebel eine Ausnehmung aufweist, die den Kanal (23'') bildet.