-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klappeneinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Abgasklappeneinrichtung, mit einer um eine Klappenachse verdrehbar gelagerten Klappe, einem Stellantrieb, insbesondere elektrischer Aktuator, zum Verdrehen der Klappe und einem zwischen Klappe und Stellantrieb angeordneten Verbindungselement.
-
Derartige Einrichtungen werden beispielsweise zum wahlweisen Verschließen von Abgaspfaden in Abgassystemen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Mittels des Stellantriebs kann die Klappe zwischen einer den Abgasstrom freigebenden und einer den Abgasstrom sperrenden Stellung verdreht werden. Ein teilweises oder vollständiges Sperren des Abgasstroms kann zum Beispiel im Rahmen der Akustik-Auslegung von Abgasanlagen oder zum gezielten Erzeugen eines Gegendrucks erfolgen. Auch im Rahmen eines Abgasrückführungssystems zur innermotorischen Stickoxid-Reduzierung können Abgasklappen zum Einsatz kommen, z. B. um einen Niederdruck-Pfad auf der Frischluftseite eines Verbrennungsmotors gezielt mit einer bestimmten Menge Abgas zu beaufschlagen.
-
Als Verbindungselement zwischen der Klappe und dem Stellantrieb kann beispielsweise ein C-förmiger Bügel zum Einsatz kommen, welcher unter Vorspannung zwischen eine Antriebswelle des Stellantriebs und eine Abtriebswelle der Klappe eingesetzt ist. Eine derartige Klappeneinrichtung ist in der Patentanmeldung
DE 10 2009 013 815.3 beschrieben. Problematisch ist bei dieser Lösung eine exzentrische Kraftübertragung durch den Bügel, welche zu Ungenauigkeiten bei der Regelung der Klappenstellung und zu einem erhöhten, insbesondere ungleichmäßigen, Lagerverschleiß führen kann. Um eine sichere Drehmomentübertragung von dem Stellantrieb auf die Klappe zu gewährleisten, muss bei dem genannten System ferner die Vorspannung in axialer Richtung relativ hoch sein, wodurch der Lagerverschleiß ebenfalls erhöht wird. Wenn die Vorspannung hingegen nicht groß genug ist, besteht die Gefahr eines Verlierens des eingesetzten Bügels.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Klappeneinrichtung anzugeben, welche die vorstehend genannten Nachteile vermeidet.
-
Die Aufgabe wird durch eine Klappeneinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist das Verbindungselement als hülsenförmige, in Richtung der Klappenachse elastische Kupplung ausgebildet. Aufgrund der Hülsenform kann eine koaxiale Ausrichtung einer Antriebswelle des Stellantriebs, des Verbindungselements und einer Abtriebswelle der Klappe herbeigeführt und somit eine exzentrische Kraftübertragung, wie sie sich beispielsweise bei einem vorgespannten Bügel ergibt, vermieden werden. Durch die Elastizität des Verbindungselements in Richtung der Klappenachse wird die Klappe in einer definierten axialen Position fixiert, sodass ein unerwünschtes Klappern der Klappe verhindert wird. Zum Verhindern eines Klapperns genügt im Allgemeinen eine relativ geringe Vorspannkraft, d. h. es tritt in diesem Zusammenhang auch nur ein geringer Lagerverschleiß auf.
-
Bevorzugt weist die Kupplung in Bezug auf die Klappenachse eine mehrfache Symmetrie auf und ist insbesondere rotationssymmetrisch. Das Verbindungselement könnte bei einer einfachen Ausgestaltung als elastisches Rohr ausgebildet sein. Eine mehrfache Symmetrie hinsichtlich der Klappenachse ist jedoch auch bei einem elastischen Profilelement mit dreieckigem, quadratischem oder polygonalem Querschnitt gegeben. Aufgrund der mehrfachen Symmetrie wird eine hinsichtlich der Klappenachse ungleichmäßige Kraftübertragung vermieden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Kupplung einen Faltenbalg. Der Faltenbalg kann einen rohrförmigen oder hülsenförmigen Grundkörper aufweisen, in welchem wenigstens eine zackenförmige oder wellenförmige Auswölbung ausgebildet ist. Die Auswölbung verleiht der Kupplung die gewünschte Elastizität und ermöglicht einen gewissen Bewegungsspielraum. Das Vorsehen eines Faltenbalgs ermöglicht somit nicht nur das Einfügen des Verbindungselements zwischen Stellantrieb und Klappe unter Vorspannung, sondern auch einen Ausgleich eines axialen Versatzes zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle, wie er im Rahmen der Montagetoleranzen auftritt. Auch Winkelabweichungen zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle können in gewissem Umfang durch den Faltenbalg ausgeglichen werden.
-
Der Faltenbalg kann mehrere Falten aufweisen, welche hinsichtlich ihrer Form und/oder ihrer Gröle variieren. Die Federsteifigkeit der Kupplung kann somit über die Anzahl, die Höhe sowie die Formgebung der Falten sowie den Abstand der einzelnen Falten zueinander auf einen anwendungsspezifischen Optimalwert eingestellt werden.
-
Der Faltenbalg kann aus Metall, insbesondere aus Blech, gefertigt sein. Dies ermöglicht insbesondere eine einfache und kostengünstige Herstellung. Ein dünnes Blech weist zudem den Vorteil einer guten Wärmeübertragung auf, sodass von der Klappe auf die Kupplung übertragene Wärme schnell an die Umgebung abgeführt wird und nicht den Stellantrieb belastet.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Faltenbalg mehrere Blechlagen. Ein mehrlagiger Faltenbalg ist insofern vorteilhaft, als er in der Lage ist, Schwingungen oder Stöße zu dämpfen. Zudem kann über die Anzahl und die Dicke der einzelnen Lagen ebenfalls die Federsteifigkeit der Kupplung angepasst werden.
-
Bevorzugt ist der Faltenbalg torsionssteif, um eine zuverlässige Übertragung der Rotationsbewegung von dem Stellantrieb auf die Klappe zu ermöglichen.
-
Die Kupplung kann unter axialer Vorspannung in Richtung der Klappenachse zwischen dem Stellantrieb und der Klappe eingefügt sein. Die Klappe wird dadurch in das dem Stellantrieb oder der Klappe benachbarte Lager gedrückt. Durch dieses Andrücken ergibt sich insbesondere ein Abdichtungseffekt im Bereich der Durchführung der Klappenwelle durch das Klappengehäuse.
-
Weiterhin kann die Kupplung drehfest mit einer Antriebswelle des Stellantriebs und einer dazu koaxialen Abtriebswelle der Klappe verbunden sein. Insbesondere kann die Kupplung fest, bevorzugt stoffschlüssig, mit der Abtriebswelle der Klappe verbunden sein und lösbar, bevorzugt formschlüssig, mit der Antriebswelle des Stellantriebs verbunden sein oder umgekehrt. Die einseitige Befestigung der Kupplung erleichtert einerseits die Montage und verhindert andererseits ein Verlieren der Kupplung während des Betriebs. Auf der Seite der lösbaren Verbindung kann sich die durch die Vorspannung erzeugte Axialkraft abstützen, insbesondere an einem Axiallager des Klappengehäuses.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist an zumindest einem axialen Ende der Kupplung ein Anschlussstück für einen vorzugsweise stoffschlüssigen Eingriff mit einem Wellenende des Stellantriebs oder der Klappe vorgesehen. Bei der Montage wird dieses Anschlussstück beispielsweise auf das Wellenende des Stellantriebs oder der Klappe aufgesteckt und anschließend mit diesem verschweißt oder verlötet. Ein Verlieren des Verbindungselements ist dadurch ausgeschlossen.
-
Das Anschlussstück kann an dem der Klappe zugewandten Ende der Kupplung vorgesehen sein, wobei eine Stirnfläche des Anschlussstücks für einen dichtenden Eingriff mit einem Gehäuse der Klappe ausgebildet ist. Durch das Aneinanderdrücken der entsprechenden Dichtflächen aufgrund der Vorspannung der Kupplung wird ein Entweichen von Abgas im Bereich der Klappe vermieden.
-
An zumindest einem axialen Ende der Kupplung kann ein Zentrierelement zum vereinfachten Montieren der Kupplung an einem Wellenende des Stellantriebs oder der Klappe vorgesehen sein. Beispielsweise kann von einer Stirnseite der Kupplung ein Zentrierdorn oder eine Fügehilfe abstehen, um ein Aufstecken der Kupplung auf den Stellantrieb oder die Klappe während der Montage zu erleichtern und eine korrekte Positionierung sicherzustellen. Das Zentrierelement kann insbesondere eine Suchspitze bilden. Aufgrund des Zentnerelements ist es möglich, die Montage der Kupplung am Stellantrieb oder an der Klappe als ”automatisierte Montage” oder ”blinde Montage” durchzuführen, was hinsichtlich der Herstellungskosten der Abgasklappeneinrichtung von beträchtlichem Vorteil ist. Entscheidend für eine automatisierte Montage ist eine ausreichende Prozesssicherheit. Diese wird dadurch erreicht, dass das Zentrierelement bei der Montage Fehlstellungen innerhalb der üblicherweise auftretenden Positionstoleranzen ausgleicht und so einen korrekten Eingriff mit dem zugehörigen Gegenstück herbeiführt.
-
Das axiale Ende der Kupplung kann, insbesondere einschließlich des Zentrierelements, für einen formschlüssigen Eingriff mit dem Wellenende ausgebildet sein. Beispielsweise kann das axiale Ende ein verjüngt zulaufendes Formstück aufweisen, welches bei der Montage zunächst zentrierend wirkt und anschließend in einen formschlüssigen Eingriff mit dem zugehörigen Gegenformstück am Stellantrieb oder an der Klappe gelangt. Auf diese Weise kann der Montagevorgang vollständig automatisch durchgeführt werden.
-
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
-
1 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Klappeneinrichtung.
-
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Verbindungselements der Klappeneinrichtung gemäß 1.
-
3A–3E zeigen verschiedene Ausgestaltungen von Faltenbälgen für ein Verbindungselement gemäß 2.
-
4A–4C zeigen alternative Ausführungsformen von Verbindungselementen für eine erfindungsgemäße Klappeneinrichtung.
-
5 zeigt eine Teilansicht einer Klappeneinrichtung gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung.
-
Die in 1 dargestellte Klappeneinrichtung umfasst eine Klappe 11, die in einem Klappengehäuse 13 um eine Klappenachse A drehbar gelagert ist, und einen elektrischen Aktuator 15 als Stellantrieb zum Verdrehen der Klappe. Eine Antriebswelle 17 des Aktuators 15 überträgt mittels einer Kupplung 19 ein Drehmoment auf eine mit der Klappe 11 verbundene Abtriebswelle 21. Die Klappeneinrichtung kann insbesondere als Abgasklappeneinrichtung im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein.
-
Die Kupplung 19 umfasst gemäß 1 und 2 einen hülsenförmigen Grundkörper, der in Form eines Faltenbalgs 20 mit mehreren wellenartigen Falten 31 gestaltet ist und an dessen stirnseitigen Enden sich jeweilige Anschlussstücke 23, 25 zum Anbinden der Kupplung 19 an die Antriebswelle 17 des Aktuators 15 und an die Abtriebswelle 21 der Klappe 11 befinden. Der Faltenbalg 20 ist aus Blech gefertigt und mehrlagig ausgebildet, was in der Figur jedoch nicht dargestellt ist. Aufgrund des Faltenbalgs 20 ist die Kupplung 19 einerseits torsionssteif, andererseits in Richtung der Klappenachse A elastisch. Die Anschlussstücke 23, 25 sind an jeweiligen Fügestellen 30 mit dem Faltenbalg 20 verschweißt oder verlötet.
-
Bei der dargestellten Ausführungsform ist das der Klappe 11 zugeordnete Anschlussstück 25 der Kupplung 19 stoffschlüssig mit der Abtriebswelle 21 der Klappe 11 verbunden, wohingegen das dem Aktuator 15 zugeordnete Anschlussstück 23 zur Erleichterung der Montage in lösbarem formschlüssigem Eingriff mit der Antriebswelle 17 steht. Zu diesem Zweck ist an der Stirnseite 24 des Anschlussstücks 23 ein Vorsprung 33 für einen formschlüssigen Eingriff mit einer entsprechenden Nut 34 der Antriebswelle 17 vorgesehen. Eine Zentrierspitze 35 an dem Vorsprung 33 erleichtert das Verbinden der Kupplung 19 mit der Antriebswelle 17 in koaxialer Ausrichtung.
-
Die Kupplung 19 wird unter Vorspannung zwischen den Aktuator 15 und das Klappengehäuse 13 eingesetzt, so dass eine als Dichtfläche ausgebildete Stirnseite 27 des klappenseitigen Anschlussstücks 25 gegen entsprechende Lager 29 des Klappengehäuses 13 drückt und dadurch ein Entweichen von Abgas aus dem Klappengehäuse 13 verhindert. Die Federsteifigkeit des Faltenbalgs 20 und somit die axiale Vorspannung der Kupplung 19 kann durch Anpassen verschiedener Parameter relativ exakt auf einen der jeweiligen Anwendung entsprechenden Wert eingestellt werden. Als veränderbare Parameter stehen insbesondere die Anzahl, die Anordnung, die Form und die Höhe der Falten 31 des Faltenbalgs 20, die Anzahl der Lagen des Faltenbalgs 20 sowie die Auswahl des Materials zur Verfügung.
-
Wie aus 3A–3E hervorgeht, bestehen im Übrigen zahlreiche Möglichkeiten für eine anwendungsgerechte Gestaltung des Faltenbalgs 20. So können z. B. gemäß 3A jeweils mehrere Falten 31 zu einer Gruppe 37 zusammengefasst sein. In 3B ist eine Ausgestaltung mit lediglich einer einzigen Falte 31 gezeigt. Gemäß 3C–3E kann die Variation der Größe der Falten 31 unterschiedliche Verläufe aufweisen.
-
Gemäß den 4A und 4B kann das dem Aktuator 15 zugeordnete Anschlussstück 23 auch als ein Endstück der Antriebswelle 17 umgreifende Klemme 39 ausgeführt sein. Um einen formschlüssigen Eingriff mit der Antriebswelle 17 bereitzustellen, kann eine Innenfläche der Klemme 39 gemäß 4B ein Profil 40 aufweisen, welches mit einem entsprechenden Gegenprofil der Antriebswelle 17 zusammenwirkt.
-
4C zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Kupplung 19' zum Übertragen eines Drehmoments zwischen der Antriebswelle 17 und der Klappe 11. Die Kupplung 19' ist hier als Federstegkupplung mit einem zylindrischen Grundkörper 41 ausgeführt, wobei die axiale Elastizität durch überlappende Schlitze 43 in dem Grundkörper 41 bereitgestellt wird.
-
Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform einer Klappeneinrichtung ist wie bei der in 1 dargestellten Ausführungsform eine Zentrierspitze 35 an dem Vorsprung 33 des Anschlussstücks 23 vorgesehen, welche das Verbinden der Kupplung 19 mit der Antriebswelle 17 in koaxialer Ausrichtung erleichtert und so die Montagefähigkeit und die Prozesssicherheit erhöht. Zusätzlich weist der Vorsprung 33 an seiner Basis einen Konus 36 auf, welcher ebenfalls die Montage erleichtert. Falls, wie in 5 dargestellt, im Rahmen eines Montagespiels ein Versatz zwischen der Klappenachse A und einer Wellenachse W der Antriebswelle 17 besteht, sorgt beim Bewegen der Teile entlang einer Fügerichtung F die Zentrierspitze 35 in Verbindung mit dem Konus 36 für eine automatische Ausrichtung. Der Vorsprung 33 kann je nach Anwendung eine mehrfache Achsensymmetrie aufweisen. Weiterhin können die Eingriffsflanken des Vorsprungs 33 und/oder der Nut 34 eine radiale Zahnung aufweisen.
-
Aufgrund der rotationssymmetrischen Formgebung der Kupplung 19, 19' werden exzentrisch wirkende Kräfte auf die Klappe 11 oder das Klappengehäuse 13 vermieden, wodurch der Verschleiß, insbesondere auf die Lager 29, gegenüber einer Lösung mit unsymmetrischem Verbindungselement beträchtlich verringert werden kann. Durch die einseitig feste Verbindung der Kupplung 19, 19' mit der Abtriebswelle 21 wird einerseits die Montage erleichtert, andererseits wird ein Verlieren der Kupplung 19, 19' während des Betriebs der Klappeneinrichtung vermieden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 11
- Klappe
- 13
- Klappengehäuse
- 15
- elektrischer Aktuator
- 17
- Antriebswelle
- 19, 19'
- Kupplung
- 20
- Faltenbalg
- 21
- Abtriebswelle
- 23
- aktuatorseitiges Anschlussstück
- 24
- Stirnseite
- 25
- klappenseitiges Anschlussstück
- 27
- Stirnseite
- 29
- Lager
- 30
- Fügestelle
- 31
- Falte
- 33
- Vorsprung
- 34
- Nut
- 35
- Zentrierspitze
- 36
- Konus
- 37
- Faltengruppe
- 39
- Klemme
- 40
- Profil
- 41
- Grundkörper
- 43
- Schlitz
- A
- Klappenachse
- W
- Wellenachse
- F
- Fügerichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
