DE102012216893A1

DE102012216893A1 - Klappenventil

Info

Publication number: DE102012216893A1
Application number: DE201210216893
Authority: DE
Inventors: Jochen Göckelmann; Tobias Gneiting
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-04-03

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klappenventil (3) mit einer Spindel (5) und einem mit der Spindel (5) verbundenen Klappenteller (4), wobei die Spindel (5) einen abstehenden Spindelarm (9) aufweist, in der einer Spindelöffnung (17) ausgebildet ist, die von einem vom Klappenteller (4) abstehenden Dorn (12) durchsetzt ist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass eine entlang des Dorns (12) zwischen dem Spindelarm (9) und einer Haltescheibe (18) angeordnete Tellerfeder (20) an ihrem äußeren Rand (23) zumindest eine aufgebogene Lasche (22) aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine solche Tellerfeder (22) sowie eine Wastegate-Ventilvorrichtung (2) mit einem solchen Klappenventil (3) und einen Abgasturbolader (1) mit einer solchen Wastegate-Ventilvorrichtung (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klappenventil mit einer Spindel und einem mit der Spindel verbundenen Klappenteller gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Tellerfeder für ein solches Klappenventil sowie eine Wastegate-Ventilvorrichtung für einen Abgasturbolader mit einem solchen Klappenventil. Ferner betrifft die Erfindung einen Abgasturbolader mit einer solchen Wastegate-Ventilvorrichtung, die ein solches Klappenventil aufweist.
Ein gattungsgemäßes Klappenventil einer Wastegate-Ventilvorrichtung eines Abgasturboladers ist aus der WO 2010/135104 A2 bekannt. Hierbei dient die Wastegate-Ventilvorrichtung dem Zweck, einen Bypass auf einer Turbinenseite des Abgasturboladers freizugeben. Das Klappenventil umfasst hierzu einen Klappenteller sowie eine mit dem Klappenteller verbundene Spindel. Die Verbindung zwischen dem Klappenteller und der Spindel ist über einen von der Spindel abstehenden Spindelarm der Spindel realisiert. In dem Spindelarm ist ferner eine Spindelöffnung ausgebildet, welche von einem vom Klappenteller abstehenden Dorn des Klappentellers durchsetzt wird. Des Weiteren ist eine Haltescheibe vorgesehen, die mit dem Dorn zusammenwirkt, um den Klappenteller zu halten. Fertigungs- bzw. montagebedingt ist zwischen dem Spindelarm und dem Ventilteller, insbesondere dem Dorn, ein Spiel vorgesehen, beispielsweise um Fertigungstoleranzen auszugleichen. Dieses Spiel führt beim Betrieb des Klappenventils insbesondere zu einer Geräuschentwicklung, die mit Hilfe einer Tellerfeder ausgeglichen wird, die entlang des Dorns zwischen dem Spindelarm und der Haltescheibe angeordnet ist.
Nachteilig hierbei ist, dass die Tellerfeder während der Montage des Klappenventils zwischen der Haltescheibe und dem Ventilteller, insbesondere zwischen der Haltescheibe und dem Dorn eingeklemmt werden kann. Dies führt einerseits zu einer Abweichung der erwünschten Stellung des Ventiltellers und der Spindel relativ zueinander. Andererseits ist der von der Tellerfeder zu bezweckende Ausgleich des besagten Spiels aufgrund der so beeinträchtigten Federeigenschaft der Tellerfeder zumindest reduziert.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Klappenventil der gattungsgemäßen Art sowie für eine Wastegate-Ventilvorrichtung und für einen Abgasturbolader mit einem derartigen Klappenventil, eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte Montage und/oder durch einen verbesserten Ausgleich des Spiels zwischen der Spindel und dem Klappenteller auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine entlang eines Dorns zwischen einem Spindelarm und einer Haltescheibe angeordnete Tellerfeder insbesondere während der Montage eines Klappenventils relativ zur Haltescheibe und/oder relativ zum Dorn zu zentrieren und somit zu verhindern, dass die Tellerfeder während der Montage des Klappenventiles zwischen dem Klappenteller und der Spindel, insbesondere zwischen dem Dorn und dem Spindelarm, eingeklemmt wird. Somit ist eine durch dieses Einklemmen verursachte unerwünschte Ausrichtung des Klappentellers und der Spindel relativ zueinander verhindert, ebenso wie eine durch dieses Einklemmen verringerte oder zerstörte Federeigenschaft der Tellerfeder. Erfindungsgemäß weist die Tellerfeder hierzu wenigstens eine Lasche auf, die durch das Aufbiegen des äußeren Randes der Tellerfeder gebildet ist. Der Dorn steht entlang einer Dornlängsachse vom Klappenteller ab und erstreckt sich dementsprechend entlang der Dornlängsachse. Zweckmäßig ist die Tellerfeder entlang der Dornlängsachse zwischen dem Spindelarm und der Haltescheibe angeordnet. Ferner weist die Tellerfeder eine Tellerfederöffnung auf, während die Haltescheibe eine Haltescheibenöffnung aufweist, wobei die Tellerfederöffnung und die Haltescheibeöffnung vom Dorn des Klappentellers durchsetzt sind. Selbstverständlich sich auch Varianten vorstellbar, bei denen die Tellerfeder entlang des Dorns zwischen dem Spindelarm und dem Klappenteller angeordnet sind. Mit Hilfe der Lasche kann die Haltescheibe zumindest bereichsweise randseitig eingefasst sein. Hierdurch wird verhindert, dass sich die Tellerfeder während der Montage des Klappenventiles quer zur Dornlängsachse bewegt und somit zwischen den Dorn und die Haltescheibe gelangt und dadurch während der Montage eingeklemmt wird. Dementsprechend ist somit auch verhindert, dass die Ausrichtung des Klappentellers und der Spindel relativ zueinander durch das Einklemmen der Tellerfeder zwischen dem Dorn und der Haltescheibe von einer erwünschten Ausrichtung abweicht. Ferner wird eine durch dieses Einklemmen verursachte Beschädigung der Tellerfeder und dadurch bedingte Beeinträchtigungen der Federeigenschaft verhindert.
Selbstverständlich ist es möglich, die Tellerfeder mit zwei, drei oder mehreren Laschen zu versehen. Hierbei können die jeweiligen Laschen entlang der gleichen Richtung von der Tellerfeder aufgebogen sein. Auch sind Ausführungsformen vorstellbar, bei denen die Laschen entlang unterschiedlicher, insbesondere entgegengesetzter, Richtungen von der Tellerfeder aufgebogen sind.
Bei anderen Varianten kann die Tellerfeder lediglich eine einzige solche Lasche aufweisen, die sich entlang des gesamten äußeren Randes der Tellerfeder oder entlang eines gewissen Bereiches des äußeren Randes der Tellerfeder erstreckt.
Erstreckt sich die Lasche entlang des gesamten Randes der Tellerfeder, so weist die Tellerfeder einen umlaufenden aufgebogenen Rand auf, der die Lasche bildet. Weist die Tellerfeder mehrere solche Laschen auf, so sind diese bevorzugt gleichmäßig entlang des äußeren Randes der Tellerfeder angeordnet.
Die federnde Eigenschaft der Tellerfeder wird durch die konische Form der Tellerfeder erreicht. Bevorzugt ist zumindest eine solche Lasche entgegen der Konizität der Tellerfeder ausgerichtet. Eine derartige Ausrichtung der Lasche hat insbesondere den Vorteil, dass die federnde Eigenschaft der Tellerfeder durch die aufgebogene Lasche nicht oder wenig verändert wird.
Prinzipiell kann die Tellerfeder auf beliebige bekannte Arten hergestellt werden. Insbesondere kann die Tellerfeder durch ein Umformverfahren und/oder ein Stanzverfahren, beispielsweise eines Blechwerkstückes, hergestellt sein.
Die Verbindung zwischen der Spindel und dem Klappenteller kann generell auf beliebige Weise realisiert sein. Bevorzugt sind jedoch Ausführungsformen, bei denen die Verbindung zwischen der Spindel und dem Klappenteller durch eine Vernietung des Spindelarm und des Klappentellers, insbesondere des Spindelarms und des Dorns des Klappentellers, realisiert sind. In diesem Fall ist die Haltescheibe bevorzugt zwischen dem Spindelarm und einer durch die Vernietung ausgebildeten Nietaufweitung des Dorns angeordnet.
Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Tellerfeder auch als solche zum Umfang dieser Erfindung gehört.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist das Klappenventil Bestandteil einer Wastegate-Ventilvorrichtung für einen Abgasturbolader. Die Wastegate-Ventilvorrichtung dient hierbei dem Zweck, einen Bypass des Abgasturboladers freizugeben. Dazu wird der Klappenteller mit Hilfe der Spindel bewegt, um besagten Bypass freizugeben bzw. zu verschließen. Zweckmäßig ist die Spindel mit einer Antriebseinrichtung antriebsverbunden, welche die Spindel und somit den Klappenteller bewegt.
Ferner gehört auch ein Abgasturbolader mit einer solchen Wastegate-Ventilvorrichtung zum Umfang dieser Erfindung. Ein solcher Abgasturbolader weist ein Gehäuse auf, an dem ein Ventilsitz ausgebildet ist. Dabei wirkt der Klappenteller mit dem Ventilsitz zusammen, um den Bypass freizugeben bzw. zu verschließen.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 einen Schnitt durch einen Abgasturbolader,
2 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Klappenventil,
3 einen Draufsicht auf das Klappenventil,
4 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Tellerfeder.
1 zeigt einen Abgasturbolader 1 mit einer Wastegate-Ventilvorrichtung 2. Die Wastegate-Ventilvorrichtung 2 umfasst ein Klappenventil 3. Das Klappenventil 3 weist einen Klappenteller 4 sowie eine mit dem Klappenteller 4 verbundene Spindel 5 auf. Die Spindel 5 erstreckt sich durch einen Gehäusebohrung 6 eines Gehäuses 7 des Abgasturboladers 1 und ist in der Gehäusebohrung 6 in einer Lagerbuchse 8 gelagert. Die Spindel 5 weist ferner einen von der Spindel 5 abstehenden Spindelarm 9 auf, wobei die Verbindung zwischen der Spindel 5 und dem Klappenteller 4 mittels des Spindelarmes 9 realisiert ist. Die Wastegate-Ventilvorrichtung 2 umfasst des Weiteren eine Antriebseinrichtung, die über einen Hebel 10 mit der Spindel 5 antriebsverbunden ist. Mit Hilfe der Antriebseinrichtung kann die Spindel 5 verdreht und somit der Spindelarm 9 und der Klappenteller 4 geschwenkt werden. Hierdurch gibt der Klappenteller 4, der mit einem im Gehäuse 7 angeordneten Ventilsitz 11 zusammenwirkt, einen Bypass des Abgasturboladers 1 frei, etwa um auf einer Turbinenseite des Abgasturboladers 1 Abgas an einer Turbine des Abgasturboladers 1 vorbeizuführen.
2 zeigt einen Schnitt durch ein solches Klappenventil 3, während 3 eine Draufsicht auf das Klappenventil 3 zeigt. Der Klappenteller 4 weist auf seiner vom Ventilsitz 11 abgewandten Seite einen abstehenden Dorn 12 auf, der sich entlang einer Dornlängsachse 13 erstreckt. Ferner weist der Klappenteller 4 eine quer zur Dornlängsachse 13 umlaufend verlaufende erste Schulter 14 auf, von der der Dorn 12 absteht. Auch der Dorn 12 weist eine umlaufende Schulter 15 auf, welche die zweite Schulter des Klappentellers 4 ausbildet und schmaler ausgebildet ist als die erste Schulter 14.
Zur Verbindung der Spindel 5 mit dem Klappenteller 4 sind der Spindelarm 9 und der Klappenteller 4 vernietet. Die Vernietung ist auf einer vom Ventilsitz 11 abgewandten Ende des Dorns 12 angeordnet und durch einen Nietkopf 16 gebildet. Ferner ist im Spindelarm 9 eine Spindelöffnung 17 ausgebildet, die vom Dorn 12 durchsetzt ist, so dass der Spindelarm 9 den Dorn 12 umgibt. Der Spindelarm 9 ist auf der ersten Schulter 14 des Klappentellers 4 angeordnet. Zudem ist eine kreisförmige Haltescheibe 18 vorgesehen, die eine Haltescheibenöffnung 19 aufweist, welche vom Dorn 12 durchsetzt ist und somit den Dorn 12 umgibt. Die Haltescheibe 18 ist auf der zweiten Schulter 15 angeordnet und wird auf der der zweiten Schulter 15 gegenüberliegenden Seite von dem Nietkopf 16 begrenzt. Erfindungsgemäß ist entlang des Dorns 12 bzw. der Dornlängsrichtung 13 zwischen dem Spindelarm 9 und der Haltescheibe 18 eine Tellerfeder 20 angeordnet. Die Tellerfeder 20 weist eine Tellerfederöffnung 21 auf, die vom Dorn 12 durchsetzt ist. Die Tellerfeder 20 dient insbesondere dem Zweck, die Haltescheibe 18 und den Spindelarm 9 gegeneinander vorzuspannen, um montage- bzw. fertigungsbedingte Spiele zwischen dem Klappenteller 4 und dem Spindelarm 9 auszugleichen, wobei in 2 ein entspannter Zustand der Tellerfeder 20 gezeigt ist.
Um zu verhindern, dass die Tellerfeder 20 während der Montage des Klappenventils 3 quer zur Dornlängsachse 13 zwischen dem Klappenteller 4, insbesondere dem Dorn 12, und der Haltescheibe 18 gelangt, weist die Tellerfeder 20 zumindest eine Lasche 22 auf. Die zumindest eine Lasche 22 verhindert also insbesondere, dass die Tellerfeder 20 während der Montage des Klappenventils 3 beispielsweise im Bereich der zweiten Schulter 15 zwischen dem Dorn 12 und der Haltescheibe 18 gelangt und hier eingeklemmt wird. Die zumindest eine Lasche 22 dient mit anderen Worten dem Zweck, die Tellerfeder 20 relativ zum Dorn 12 bzw. relativ zur Haltescheibe 18 zu zentrieren. Hierbei weist die in den 2 und 3 gezeigte Tellerfeder 20 fünf derartige Laschen 22 auf (siehe 3), welche gleichmäßig entlang eines äußeren Randes 23 der Tellerfeder 22 verteilt angeordnet sind und jeweils die Haltescheibe 18 zumindest bereichsweise randseitig einfassen. Somit ist sichergestellt, dass die Tellerfeder 20 bei der Montage des Klappenventils 3 relativ zum Dorn 12 bzw. zur Haltescheibe 18 zentriert ist. Ferner ergibt sich hierdurch eine koaxiale Anordnung des Dorns 12, der Haltescheibe 18, der Tellerfeder 20 sowie der Spindelöffnung 17.
4 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Tellerfeder 20. Hierbei ist zu sehen, dass die Tellerfeder 20 eine konische Form aufweist. Zudem ist zu erkennen, dass die jeweilige Lasche 22 durch ein Aufbiegen des äußeren Randes 23 der Tellerfeder 20 gebildet ist, wobei die jeweilige Lasche 22 entgegen der Konizität der Tellerfeder 20 ausgerichtet ist.
Selbstverständlich ist es auch möglich die Tellerfeder 20 mit Laschen 22 zu versehen, welche derart ausgerichtet sind, dass sie den Spindelarm 9 zumindest bereichsweise randseitig einfassen. Auch sind Ausführungsformen vorstellbar, bei denen die Tellerfeder 20 sowohl zumindest eine solche Lasche 22, welche die Haltescheibe 18 randseitig einfasst als auch wenigstens eine solche Lasche 22, welche den Spindelarm 9 zumindest bereichsweise randseitig einfasset, aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/135104 A2 [0002]

Claims

Klappenventil (3) mit einer Spindel (5) und einem mit der Spindel (5) verbundenen Klappenteller (4), wobei – die Spindel (5) einen abstehenden Spindelarm (9) aufweist, – der Klappenteller (4) einen abstehenden Dorn (12) aufweist, der eine im Spindelarm (9) ausgebildete Spindelöffnung (17) durchsetzt, – der Klappenteller (4) über eine mit dem Dorn (12) zusammenwirkenden Haltescheibe (18) gehalten ist, – entlang des Dorns (12) zwischen dem Spindelarm (9) und der Haltescheibe (18) eine Tellerfeder (20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (20) zum Zentrieren derselben relativ zum Dorn (12) und/oder relativ zur Haltescheibe (18) an ihrem äußeren Rand (23) zumindest eine aufgebogene Lasche (22) aufweist.
Klappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Lasche (22) die Haltescheibe (18) zumindest bereichsweise randseitig einfasst.
Klappenventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei, vorzugsweise vier Laschen (22) vorgesehen sind.
Klappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lasche (22) entgegen der Konizität der Tellerfeder (20) ausgerichtet ist.
Klappenventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Laschen (22) gleichmäßig entlang des Außenrandes der Tellerfeder (20) angeordnet sind.
Klappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelarm (9) und der Klappenteller (4) vernietet sind, wobei die Haltescheibe (18) zwischen einem Nietkopf (16) des Dorns (12) und dem Spindelarm (9) angeordnet ist.
Tellerfeder (20) für ein Klappenventil (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Tellerfeder (20) an ihrem äußeren Rand (23) zumindest eine aufgebogene Lasche (22) aufweist.
Wastegateventil-Vorrichtung (2) für einen Abgasturbolader (1) mit einem Klappenventil (3) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Spindel (5) über einen Hebel (10) mit einer Antriebseinrichtung antriebsverbunden ist.
Abgasturbolader (1) mit einer Wastegate-Ventilvorrichtung (2) nach Anspruch 8, wobei der Klappenteller (4) mit einem an einem Gehäuse (7) des Abgasturboladers (1) angeordneten Ventilsitz (11) zusammenwirkt.