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Die Erfindung betrifft ein Bypassventil, als Zwei-Wege-Ventil für Abgasströme von Kraftfahrzeugen.
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Gattungsgemäße Ventile bestehen aus einem Gehäuse sowie einer Betätigungseinrichtung für das Verschlusselement, beispielsweise eine Ventilklappe. Die Ventile besitzen weiterhin einen Anschluss für den Fluideinlass und zwei Anschlüsse für Fluidauslässe und werden beispielsweise als Bypassventile eingesetzt, um den Abgasstrom von Kraftfahrzeugen je nach Anforderung in verschiedene Fluidpfade zu lenken.
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Eine beispielhafte Anwendung für die gattungsgemäßen Ventile besteht in der wahlweisen Leitung des Abgasstromes zum Abgaswärmeübertrager bei Otto- und/oder Dieselmotoren zur Reduktion von schädlichen Emissionen bei Dieselmotoren, beziehungsweise der Effizienzsteigerung bei Ottomotoren oder der Leitung des Abgasstromes über einen Bypass zum Energieeintrag in das Kühlwasser bei Diesel- und Ottomotoren sowie Hybridfahrzeugen.
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Im Stand der Technik sind derartige Ventile in der Ausführung als Bypassklappen bekannt, die mit einem gegossenem Stahl- oder Aluminiumgehäuse oder als Blech-Stanzgehäuse und fest gelagerter Klappe ausgebildet sind.
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Bei Ventilen, deren Ventilgehäuse als Gussbauteil ausgebildet ist, ist von besonderem Nachteil, dass diese Ventile ein großes Gewicht aufweisen. Außerdem sind die Herstellungskosten hoch, unter anderem auch wegen entsprechend hoher Werkzeugkosten und teurer Einzelteile.
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Weiterhin von Nachteil ist die schlechte Zugängigkeit bei Gussgehäusen für die Bearbeitung des Ventilgehäuses auf der Innenseite der Gehäuse.
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Die angeführten Nachteile von Gussgehäusen wurden erkannt und im Stand der Technik durch ein Abgasventil nach der
DE 103 39 623 A1 teilweise auch überwunden.
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In der
DE 103 39 623 A1 ist ein Ventil offenbart, welches ein Blechventilgehäuse besitzt. Das Blechventilgehäuse ist als trichterförmiges oder topfförmiges Blechtiefziehteil mit einer Gehäuseöffnung am engeren Ende und einer größeren Gehäuseöffnung am weiteren Ende ausgebildet. Die Besonderheit dieser Konstruktion bestand darin, dass die Gehäuseöffnungen abdeckende separate Flanschplatten an den Anschlüssen befestigt sind, welche definierte Öffnungen und Verbindungsmöglichkeiten sowie separat bearbeitbare Dichtflächen für die Ventilklappen aufweisen.
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Ein Nachteil des Standes der Technik besteht zum einen im teuren Einsatz von Gussgehäusen mit komplexem Bearbeitungsgrad und zum anderen bei Bypassklappen mit Stanzgehäuse durch Probleme mit interner Leckage durch fehlende Flexibilität der Klappe, wodurch die Kühlleistung des Abgaswärmeübertragers beeinflusst wird.
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Außerdem werden in der
JP H10-121996 A ein Dreiwegeventil und eine abgasverarbeitende Vorrichtung, in der das Dreiwegeventil verwendet wird, beschrieben.
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In der
JP 2010-138780 A wird eine Selektorventilstruktur beschrieben, die die Struktur verkleinert und die Herstellungskosten reduziert.
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In der
DE 84 28 721 U1 wird ein Steuerorgan für Gasströme, bestehend aus einem im Wesentlichen quaderförmigen Gehäuse mit drei oder mehreren Öffnungen für Zu- und Ableitungen in den Seitenwänden, beschrieben.
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In der
DE 85 25 184 U1 wird eine Vorrichtung zum Umschalten einer Wasserheizanlage beschrieben.
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In der
DE 90 03 542 U1 wird eine Dreiwegeklappe zum schnellen wechselweisen Verschließen von Rohrleitungen beschrieben.
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In der
FR 2 036 130 A5 wird ein Dreiwegeventil beschrieben und in der
FR 2 908 492 A1 und der
FR 2 917 801 A1 werden Dreiwegeventile für Abgasleitungen eines Kraftfahrzeuges beschrieben.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, die Konstruktion eines Bypassventils mit einem Blechventilgehäuse weiter zu vereinfachen und damit kosteneffizient produzierbar zu gestalten.
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Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine einfache Anpassbarkeit der Bypassventile an verschiedene Einsatzbedingungen und Klappen sowie eine montage- und reparaturfreundliche Ausgestaltung zu erreichen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Insbesondere wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Bypassventil gelöst, welches als Zwei-Wege-Ventil für Abgasströme von Kraftfahrzeugen ausgeführt ist und aus einem Ventilgehäuse und einer Betätigungseinrichtung mit Ventilklappe sowie zwei Anschlüssen für den Fluidauslass, die alternativ durch die Ventilklappe verschließbar ausgebildet sind und einen Anschluss für den Fluideinlass besteht.
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An den Anschlüssen für den Fluidauslass ist jeweils ein zumindest teilweise und fluiddicht im Ventilgehäuse angeordneter Adapter- und Dichtungsring angeordnet, wobei die Ventilklappe am Adapter- und Dichtungsring fluiddichtend positionierbar ist und wobei die Ventilklappe kardanisch in Bezug auf den Klappenbügel für das dichtende Anliegen am Adapter- und Dichtungsring gelagert ist.
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Von besonderem Vorteil ist, wenn der Adapter- und Dichtungsring als Hohlzylinder ausgebildet und an den Anschlüssen für den Fluidauslass in seiner Höhe überstehend angeordnet ist. Somit werden die am Anschluss befestigten Rohre durch den überstehenden Adapter- und Dichtungsring zum einen geführt und zum anderen wird gleichzeitig die Verbindung nach außen gedichtet, da der Hohlzylinder sowohl vom Ventilgehäuse als auch von den sich anschließenden Rohren aufgenommen und umschlossen wird.
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Von großem Vorteil ist, dass der Adapter- und Dichtungsring über die Hohlzylindermanteldicke und die Werkstoffauswahl an die Geometrie der Ventilklappen anpassbar ausgebildet ist.
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Der Adapter- und Dichtungsring wird bevorzugt aus Edelstahl der Sorte 1.4306 ausgeführt.
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Weiterhin vorteilhaft ist, dass der Strömungsquerschnitt der Anschlüsse für den Fluidauslass über die Hohlzylindermanteldicke des Adapter- und Dichtungsringes gleichfalls angepasst werden kann. Somit besteht eine doppelte Justierbarkeit hinsichtlich der Dichtfunktion zwischen Ventilklappe und Adapter- und Dichtungsring sowie hinsichtlich des Strömungsquerschnittes durch den Adapter- und Dichtungsring hindurch.
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Die Betätigungseinrichtung mit der Ventilklappe wird bevorzugt über eine im Ventilgehäuse dichtend und fliegend gelagerte Spindel ausgebildet.
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Bevorzugt wird das Ventilgehäuse aus einer unteren Ventilgehäusehälfte und einer oberen Ventilgehäusehälfte aufgebaut und als Blechgehäuse ausgebildet.
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Von besonderem Vorteil dieser Ausgestaltung ist, wenn die untere und die obere Ventilgehäusehälfte symmetrisch und korrespondierend verbindbar ausgebildet sind, wodurch sich der Fertigungsaufwand verringert und auch die Austauschbarkeit im Falle einer Reparatur vereinfacht ist.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Ventilklappe als Einfachklappe ausgebildet und alternativ dazu kann die Ventilklappe auch als Doppelklappe ausgebildet sein, je nach den konstruktiven Gegebenheiten.
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Bei Verwendung der Einfachklappe muss der Adapter- und Dichtungsring der Kontur des Klappenbügels auf einer Seite angepasst werden, um ein verschließen zu gewährleisten. Dadurch kann es zum einen zu einer ungewollten Leckage im Bereich der Anpassung kommen, zum anderen macht die Anpassung eine zusätzliche Bearbeitung einer der beiden Adapter- und Dichtungsringe nötig. Die Einfachklappe kann in Abgasrückführungssystemen (AGR-Systemen) nur eingesetzt werden, wenn die zwangsläufig auftretende Leckage nicht zum Leistungsverlust des Kühlers beziehungsweise zu erhöhten Temperaturen im Bypass-Mode mit überschreiten der jeweiligen Forderungen nach den Vorgaben führt.
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Sollte eine verbesserte Leckage zur Erfüllung der jeweiligen Werte gemäß den Vorgaben erforderlich werden, ist der Einsatz einer Ventilklappe als Doppelklappe sinnvoll. Bei dieser Klappenkonstruktion werden beide Gaspfade annähernd leckagefrei verschlossen. Die Ausführung der Ventilklappe als Doppelklappe bedingt jedoch mehr Bauraum, da die Klappe im Vergleich zur Einfachklappe nicht so kompakt ist.
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Die Ventilklappe ist kardanisch in Bezug auf den Klappenbügel für das dichtende Anliegen am Adapter- und Dichtungsring gelagert, wobei der Klappenbügel an der Spindel zur Übertragung der Stellbewegung auf die Ventilklappen angeordnet und fest mit dieser verbunden ist.
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Insgesamt wird die Konzeption der Erfindung darin gesehen, dass flexibel anpassbar und gestaltbare Adapter- und Dichtungsringe vorgesehen sind, die an den Anschlüssen für den Fluidauslass des Bypassventils mit dem Ventilgehäuse fluiddicht verbunden sind. Der Fluidstrom durchströmt somit nur im Inneren des hohlzylindrischen Adapter- und Dichtungsringes den Fluidauslass. Weiterhin wirkt der Adapter- und Dichtungsring mit der drehbeweglichen Ventilklappe effizient zusammen und führt gegebenenfalls zur Absperr- und Dichtwirkung für jeweils einen Strömungspfad.
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Durch ein symmetrisches und zweigeteiltes gestanztes Blechgehäuse mit fliegend gelagerter Klappentür, die wie beschrieben intern dichtet, können heiße Motorenabgase in zwei voneinander unabhängige Abgasströmungspfade geleitet werden.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass das Bypassventil sehr kompakt ist und damit Bauraum gespart wird und dass darüber hinaus im Vergleich zu Gussventilen eine Gewichtsersparnis erreichbar ist. Besonders vorteilhaft ist die Kostenreduzierung durch den Einsatz von Blechhalbschalen als obere und untere Ventilgehäusehälften.
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Über den Adapter- und Dichtungsring können Toleranzen, die sich bei Blechstanzteilen verfahrensgemäß nicht vollständig vermeiden lassen, ausgeglichen werden und somit eine optimale Dichtfunktion auch bei nach diesen Verfahren hergestellten Ventilgehäusen erreicht werden. Somit kann eine Ventilklappe mittels fliegender Lagerung eingesetzt werden. Durch diese Konstruktion können traditionell starr mit dem Schaft oder der Spindel verbundene Klappen eingesetzt werden, da die relativ großen Toleranzen und die daraus resultierenden Undichtigkeiten und unerwünschten Gasleckraten über den Adapter- und Dichtungsring ausgeglichen werden.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
- 1: Bypassventil in der Draufsicht
- 2: Bypassventil in der Seitenansicht
- 3: Bypassventil in der Draufsicht in Teildarstellung
- 4: Bypassventil mit Einfachklappe in dreidimensionaler Seitenansicht
- 5: Teildarstellung Bypassventil mit Doppelklappe in dreidimensionaler Seitenansicht
- 6: Teildarstellung Bypassventil mit Doppelklappe in der Draufsicht
- 7: Explosionsdarstellung Bypassventil mit Betätigungseinrichtung
- 8: Einfachklappe mit toleranzausgleichender Lagerung
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In 1 ist ein Bypassventil in der Ausgestaltung für die Regelung von Abgasströmen als Zwei-Wege-Ventil in der Draufsicht dargestellt. Das Bypassventil 1 besteht dabei im Wesentlichen aus einem Ventilgehäuse 2 und einer Betätigungseinrichtung 3 für die Mittel zur Lenkung des Fluidstromes. Das Bypassventil 1 besitzt drei Anschlüsse, den Bypassanschluss 4, den Kühleranschluss 5, und den Abgasanschluss 6, wobei am Abgasanschluss 6 der Fluideinlass erfolgt. Mittels der Betätigungseinrichtung 3 wird das Abgas zu den Fluidauslässen, dem Bypassanschluss 4 und/oder dem Kühleranschluss 5 gelenkt beziehungsweise aufgeteilt.
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In 2 ist das in 1 dargestellte Bypassventil 1 in einer Seitenansicht dargestellt, wobei der Betrachter in den Abgasanschluss 6 hinein in das Innere des Ventilgehäuses 2 blickt. Die Betätigungseinrichtung 3 mit den Mitteln zur Lenkung des Gasstromes verschließt dabei den Kühleranschluss 5, sodass der Fluidstrom vom Abgasanschluss 6 kommend zum Bypassanschluss 4 geleitet wird.
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Die 3 und 4 zeigen ein Bypassventil 1 in Teildarstellung, wobei das Ventilgehäuse nur durch die untere Ventilgehäusehälfte 2.1 dargestellt ist, um den Aufbau und die Funktion der Betätigungseinrichtung 3 besser kenntlich zu machen.
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An den Anschlüssen 4 und 5 für den Fluidausgang sind die Adapter- und Dichtungsringe 7 mit Verbindung zu den Anschlussrohren 8 schematisch angedeutet. Die Betätigungseinrichtung 3 ist im Wesentlichen aus dem Betätigungshebel 13 und der Spindel 11 aufgebaut, wobei am unteren Ende der Spindel 11 der Klappenbügel 10 mit der Ventilklappe 9 befestigt ist. Die Spindeldichtung 12 dichtet das Lager der beweglich in der nicht dargestellten oberen Gehäusehälfte gelagerte Spindel 11 nach außen ab. Eine Stellbewegung am Betätigungshebel 13 führt zur Drehung der Spindel 11 und über den Klappenbügel 10 bewegt sich die Ventilklappe 9 zum Adapter- und Dichtungsring 7 und wird an diesen dichtend angelegt, beziehungsweise angepresst. Die Betätigungseinrichtung 3 ist an der nicht dargestellten oberen Gehäusehälfte mittels der Spindeldichtung 12 fluiddichtend und vom Typ her fliegend gelagert.
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Die Ventilklappe ist als Einfachklappe 9 ausgebildet, welche mittels der Drehbewegung der Spindel 11 um deren Achse bewegt wird und einen der beiden Fluidauslässe 4 oder 5 versperrt. In einer Mittelstellung der Ventilklappe 9 können auch beide Fluidausgänge mit den Anschlüssen 4 und 5 durchgänig geschaltet werden.
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Die 5 und 6 zeigen die Ausgestaltung des Bypassventiles 1 ähnlich zu der Ausgestaltung nach 3 und 4 in der Ausführung mit einer Doppelklappe 14 als Ventilklappe. Wiederum ist die Betätigungseinrichtung 3 aus dem Betätigungshebel 13 und der Spindel 11 mit dem Klappenbügel 10 und der daran befestigten Doppelklappe 14 ausgebildet. Die Doppelklappe 14 entfaltet ihre dichtende Wirkung jeweils mittels einer Klappe, die am Adapter- und Dichtungsring 7 des jeweiligen Anschlusses 4 oder 5 dichtend anliegt. In den Teildarstellungen der Seitenansicht und der Draufsicht ist aus Gründen der Übersichtlichkeit wiederum nur die untere Ventilgehäusehälfte 2.1 dargestellt.
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7 zeigt eine Explosionsdarstellung der Ausführung des Bypassventils 1 mit seinen einzelnen Komponenten. Das Ventilgehäuse wird gebildet aus der unteren Ventilgehäusehälfte 2.1 und der oberen Ventilgehäusehälfte 2.2, in welche an den Anschlüssen 4 und 5 Adapter- und Dichtungsringe 7 eingelegt sind. Die Betätigungseinrichtung wird gebildet von der Spindel 11, an deren oberen Ende der Betätigungshebel 13 für die Spindel 11 angeordnet ist. Die Spindel 11 durchdringt innerhalb des Lagergehäuses 19 die obere Ventilgehäusehälfte 2.2, wobei das Lagergehäuse 19 das Lager 18 sowie der Federsitz 17 mit Feder 16 und abschließendem Federhausdeckel 15 eine gedichtete und fliegende Lagerung der Betätigungseinrichtung realisieren. Am unteren Ende der Spindel 11 wird der Klappenbügel 10 mit Aufnahme eines Niets 20 und den daran beabstandet angebrachten Ventilklappen 14 angeordnet.
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Die Doppelklappe 14 wird dadurch ausgebildet, dass beidseits des Niets 20 einzelne Ventilklappen 14 angebracht sind.
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In 8 ist die Ausgestaltung einer Einfachklappe 9, die am Klappenbügel 10 angeordnet ist, dargestellt, wobei hier die Besonderheit der Ausbildung eines Lagerelementes 22 zur kardanischen Lagerung der Einfachklappe und einer mit dieser verbundenen Deckelklappe 21 gezeigt ist. Die kardanische Lagerung der Ventilklappe 9 als Einfachklappe sowie auch der Ventilklappe 14 als Doppelklappe hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, um ein eventuell vorhandenes Spiel bei der Abdichtung des abzusperrenden Auslasses 4, 5 gemeinsam mit dem Adapter- und Dichtungsring 7 für die ordnungsgemäße Funktion des Bypassventils 1 auszugleichen.
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Damit wird in besonders vorteilhafter Weise der Fertigungsaufwand für das Bypassventil 1 weiter reduziert und ein Toleranzausgleich erfolgt zum einen über die Anpassung des Adapter- und Dichtungsrings 7 sowie ergänzend über die kardanische Lagerung der Ventilklappe 9 oder 14.
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Unter einer kardanischen Lagerung der Ventilklappen 9 und 14 soll verstanden werden, dass sich diese in Bezug auf den Klappenbügel 10 in geringem Maße zum Toleranzausgleich bei der Dichtung zur Anpassung der Lage an den Adapter- und Dichtungsring 7 bewegen können.
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Erst durch diese kardanische Lagerung der Ventilklappen 9 und 14 ist es möglich, Stanzteile aus Blech für die oberen und unteren Ventilgehäusehälften 2.1 und 2.2 in Verbindung mit den Adapter - und Dichtungsringen 7 zu verwenden, da so der nötige Toleranzausgleich, der bei dem Zusammenbau auftretenden Toleranzen, gewährleistet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bypassventil, Zwei-Wege-Ventil
- 2
- Ventilgehäuse
- 2.1
- untere Ventilgehäusehälfte
- 2.2
- obere Ventilgehäusehälfte
- 3
- Betätigungseinrichtung
- 4
- Anschluss, Bypassanschluss
- 5
- Anschluss, Kühleranschluss
- 6
- Anschluss, Abgasanschluss
- 7
- Adapter-- und Dichtungsring
- 8
- Anschlussrohr
- 9
- Ventilklappe, Einfachklappe
- 10
- Klappenbügel
- 11
- Spindel
- 12
- Spindeldichtung
- 13
- Betätigungshebel
- 14
- Ventilklappe, Doppelklappe
- 15
- Federhausdeckel
- 16
- Feder
- 17
- Federsitz
- 18
- Lager
- 19
- Lagergehäuse
- 20
- Niet
- 21
- Deckelklappe
- 22
- Lagerelement
