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Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere eine Abgasweiche für einen Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse, in dem ein Einlass, ein erster Auslass und ein zweiter Auslass gebildet sind, und mit einem Ventilelement, mittels dessen ein Gasstrom vom Einlass zwischen dem ersten und dem zweiten Auslass steuerbar ist.
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Derartige Abgasweichen oder 2/3-Wegeventile zur Umlenkung bzw. Steuerung von Abgas sind schon lange bekannt, z.B. als sog. AGR-Bypassklappen. Hierbei wird ein Abgasstrom entweder in Richtung Auspuff oder in Richtung einer Wärmeenergierückgewinnungseinrichtung (Wärmetauscher, Verdampfer, Arbeitsturbine, thermoelektrischer Generator usw.) geleitet, ggf. auch gemischt in beide Richtungen. Die Steuerung ist hierbei abhängig vom Abgas-Massenstrom, von der Abgastemperatur und ggf. noch weiteren Betriebsparametern.
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Hierzu werden in der Regel zwei separate, aber miteinander mechanisch gekoppelte Regelorgane eingesetzt, wie etwa aus der
EP 2 211 048 A1 bekannt ist. Zwecks hoher Festigkeit und Formbeständigkeit wird hierzu speziell bei Einsatz in Nutzfahrzeugen meist ein teures Stahl-Gussgehäuse verwendet.
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Derartige Ausführungen, wie etwa aus der
EP 2 211 048 A1 bekannt, sind aufwendig und teuer in der Herstellung.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ventil, insbesondere eine Abgasweiche für einen Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug, zu schaffen, das insbesondere für den Einsatz in Nutzfahrzeugen geeignet ist und das eine einfache und kostengünstige Herstellung erlaubt, bei gleichzeitig guten Eigenschaften und langer Lebensdauer.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Ventil gemäß der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Ventilelement als Ventilklappe ausgebildet ist, die auf einer Ventilwelle zwischen zwei Schließstellungen verschwenkbar gelagert ist, wobei in einer ersten Schließstellung der erste Auslass verschlossen ist und in einer zweiten Schließstellung der zweite Auslass verschlossen ist.
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Die Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes Ventil zeichnet sich durch einen deutlich vereinfachten Aufbau aus, indem auf zwei getrennte Ventile verzichtet wird, die miteinander gekoppelt sein müssten. Vielmehr wird als Ventil ein Klappenventil verwendet, das zwischen den beiden Schließstellungen verschwenkbar gelagert ist, wobei entweder der erste Auslass verschlossen sein kann oder der zweite Auslass verschlossen sein kann und wobei beliebige Zwischenstellungen möglich sind. Somit wird eine kontinuierliche Umlenkung des Abgasstroms entweder nur zum ersten oder nur zum zweiten Auslass oder in eine beliebige Zwischenstellung mit einer bestimmten Aufteilung zwischen den beiden Auslässen ermöglicht. Bei einer derartigen Ausführung kann das Gehäuse als einfaches Blechgehäuse ausgebildet sein, da es nicht erforderlich ist, zwei separate Ventile mit hoher Präzision miteinander zu koppeln.
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In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung sind der erste und der zweite Auslass winklig, vorzugsweise rechtwinklig zueinander angeordnet.
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Hierdurch wird ein einfacher Aufbau des Ventils ermöglicht.
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Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind in beiden Auslässen Ventilsitzflächen vorgesehen, an denen die Ventilklappe in der jeweiligen Schließstellung anliegt.
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Auf diese Weise wird eine hohe Dichtwirkung ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht das Gehäuse aus Blech und ist aus mindestens zwei Gehäuseteilen zusammengesetzt, die miteinander gasdicht verbunden sind, vorzugsweise miteinander hartverlötet, verschweißt, verbördelt, vernietet oder verschraubt sind.
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Auf diese Weise wird eine einfache und kostengünstige Herstellung ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist am Gehäuse ein Lagerbock befestigt, an dem die Ventilwelle mittels zweier Lager drehbar gelagert ist.
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Auf diese Weise wird eine einfache und zuverlässige Lagerung der Ventilwelle am Gehäuse ermöglicht.
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Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführung sind am Lagerbock Totraum-Abschirmflächen zur Verbindung eines Totraums im an die Ventilwelle angrenzenden Bereich vorgesehen.
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Auf diese Weise wird die Strömungsführung optimiert und Verluste durch Wirbelbildung werden verringert.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist an der Außenseite des Gehäuses ein Halter befestigt, an dem ein Aktuator zur Befestigung der Ventilklappe aufgenommen ist.
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Dies ermöglicht eine einfache Befestigung eines Aktuators, der zur Betätigung der Ventilklappe erforderlich ist. Der Halter kann hierbei als Blechteil ausgebildet sein, das gleichzeitig als Wärmeabschirmung für den Aktuator dient.
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Der Halter kann als Blechteil ausgebildet sein, das vorzugsweise mit dem Gehäuse verschraubt, vernietet, verschweißt oder hartverlötet ist. Hierbei ist der Aktuator vorzugsweise an einem Ende des Halters befestigt ist.
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Hierdurch wird ein einfacher Aufbau und eine einfache Befestigung ermöglicht. Die auf den Aktuator aufzubringende Gegenkraft wird hierbei direkt – und nicht über das Gehäuse – in den Lagerbock eingeleitet, mit dem der Halter vorzugsweise verschraubt ist.
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Der Aktuator kann hierbei etwa mittels eines Bolzens an einem Ende des Halters befestigt sein.
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In weiter bevorzugter Ausführung der Erfindung weist der Aktuator ein verfahrbares Stellglied auf, das vorzugsweise über einen Hebel gelenkig mit der Ventilwelle gekoppelt ist.
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Auf diese Weise ist eine einfache und sichere Betätigung der Ventilklappe gewährleistet.
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Der Aktuator kann etwa als Pneumatik- oder Hydraulikzylinder ausgebildet sein, in dem ein Kolben als ausfahrbares Stellglied aufgenommen ist. Alternativ kann der Aktuator als elektrischer Aktuator ausgebildet sein.
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Hierdurch ergibt sich eine einfache und kostengünstige Ausführung.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Sensor zur Erfassung der Aktuatorstellung vorgesehen, der vorzugsweise als kontaktloser Sensor ausgebildet ist und der üblicherweise mit der Motorsteuerung gekoppelt ist.
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Hierdurch wird eine präzise Steuerung des Abgasstroms in Abhängigkeit von den Betriebsparametern ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Ventilklappe mindestens eine Vertiefung auf.
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Hierdurch ist zum einen eine Versteifung gewährleistet und zum anderen wird der Druckverlust bei der Umlenkung der Strömung reduziert.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Ventilwelle mit der Ventilklappe mittels einer Druckfeder in Axialrichtung definiert positioniert.
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Hierdurch wird eine kontrollierte Lage der Ventilwelle gewährleistet, wodurch die Funktionsweise verbessert wird und eine sichere Abdichtung nach außen, zur Umgebung hin ermöglicht wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse einen Einlassstutzen und einen ersten Auslassstutzen auf, die einander gegenüberliegend in Axialrichtung angeordnet sind und die mittels eines umgreifenden, hohlen, im Wesentlichen halbzylindrischen Blechelements und eines Blechaufsatzes mit einem hohlen, im Wesentlichen halbzylindrischen Blechelement an einer Seite und einem zweiten senkrecht zur Axialrichtung angeordneten Auslassstutzen an der anderen Seite, miteinander verbunden sind.
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Auf diese Weise wird ein einfacher Aufbau des Gehäuses aus mehreren Blechelementen ermöglicht. Wie vorstehend erläutert, werden die Blechelemente gasdicht miteinander verbunden, etwa durch Verschweißen oder Hartverlöten.
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Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführung ist der erste Auslassstutzen zur Innenseite hin durch eine gegenüber der Axialrichtung geneigte Schrägfläche abgeschlossen, die als Ventilsitzfläche ausgebildet ist. Die Schrägfläche schließt vorzugsweise mit der Axialrichtung einen Winkel von mindestens 50° ein.
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Auf diese Weise ergibt sich eine sichere Endlage der Ventilklappe und eine sichere Abdichtung in der Schließstellung, in der der erste Auslass verschlossen ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse ein rohrförmiges Element auf, an dessen einem Ende der Einlass und an dessen anderem Ende der Auslass ausgebildet ist, wobei das rohrförmige Element einen Ausschnitt aufweist, auf dem ein Blechaufsatz mit einem zweiten rechtwinklig zur Axialrichtung des rohrförmigen Elements angeordneten Auslass aufgenommen ist.
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Auch auf diese Weise ergibt sich eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Gehäuses aus mehreren Blechelementen.
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In zusätzlicher Weiterbildung dieser Ausführung ist in das rohrförmige Element auf der Auslassseite ein Innenrohrstück eingesetzt, an dem eine Ventilsitzfläche ausgebildet ist.
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Auf diese Weise ergibt sich eine einfache und zuverlässige Abdichtung für den Fall, dass der erste Auslass geschlossen werden soll.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Flansch mit einem Blechstutzen in einer Ausnehmung des Blechaufsatzes von außen eingesetzt, wobei eine Stirnfläche des Blechstutzens als Ventilsitzfläche ausgebildet ist.
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Auf diese Weise ist eine einfache und zuverlässige Abdichtung mit dem Klappenventil am zweiten Auslass ermöglicht.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ventils;
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2 eine Explosionsdarstellung der Einzelteile, aus dem das Ventil gemäß 1 zusammengesetzt ist;
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3 einen Längsschnitt durch das Ventil gemäß 1 mit vollständig geschlossenem zweiten Auslass und geöffnetem ersten Auslass;
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4 einen Querschnitt durch das Ventil gemäß 3;
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5 eine perspektivische Seitenansicht einer alternativen Ausführung des erfindungsgemäßen Ventils;
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6 eine teilweise freigeschnittene Seitenansicht des Ventils gemäß 5, woraus die Ventilklappe ersichtlich ist und
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7 einen Längsschnitt durch das Ventil gemäß 5, bei dem sich die Ventilklappe in einer Zwischenstellung befindet, in der der erste Auslass und der zweite Auslass teilweise mit dem Einlass gekoppelt sind.
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Anhand der 1 bis 4 wird eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Ventils erläutert, während eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils mit einer leicht abgewandelten Gehäuseform anhand der 5 bis 7 erläutert wird.
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Das in den Zeichnungen dargestellte Ventil, das insgesamt mit 10 bezeichnet ist, ist als 2/3-Wegeventil insbesondere zur Abgassteuerung zum Einsatz in Nutzfahrzeugen geeignet. Der Abgasstrom kann hiermit zwischen einer Bypass-Stellung und einer Nutzstellung umgeschaltet werden.
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Das Ventil 10 weist ein aus Blech bestehendes Gehäuse 12 mit einem Einlass 14, einem dem Einlass 14 gegenüberliegenden ersten Auslass 16 (Bypass) und einem zweiten Auslass 18 (Nutz-Auslass) auf, der senkrecht zur Axialrichtung des Gehäuses 12 angeordnet ist. Auf der Außenseite des Gehäuses 12 ist ein aus Blech bestehender Halter 20 festgeschraubt, der zur Aufnahme eines Aktuators 22 dient, der über ein Stellelement 14, das über einen Hebel 26 gelenkig mit einer Ventilwelle 28 gekoppelt ist, um eine daran befindliche Ventilklappe verstellen zu können. Am Aktuator 22 ist ferner ein berührungsloser Sensor 25 vorgesehen, mittels dessen die Ventilstellung an ein Motorsteuergerät übermittelt werden kann.
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Gemäß 2 ist das Gehäuse 12 aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt, nämlich aus einem Einlassstutzen 58 mit einem daran befindlichen Flansch 59, aus einem ersten Auslassstutzen 60 mit einem daran befindlichen Flansch 61 auf der dem Enlassstutzen 58 gegenüberliegenden Seite, sowie aus einem hohlen, halbzylindrischen Blechelement 64, das die Außenseite von Einlassstutzen 58 und ersten Auslassstutzen 60 von der Unterseite her umschließt, sowie von einem Blechaufsatz 66, an dem ein weiteres halbzylindrisches Blechelement 67 vorgesehen ist, das mit seinen Längsseiten mit den zugeordneten Längsseiten des hohlzylindrischen Blechelements 64 verschweißt oder hartverlötet wird und das an seinen jeweiligen axialen Enden mit der gekrümmten Fläche jeweils von außen auf dem Einlassstutzen 58 bzw. dem ersten Auslassstutzen 60 durch Verschweißen oder Hartlöten dichtend befestigt wird. Gleichermaßen wird auch das hohle, halbzylindrische Blechelement 64 an seinen axialen Enden mit dem Einlassstutzen 58 bzw. dem ersten Auslassstutzen 60 durch Verschweißen oder Hartlöten dichtend verbunden.
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Der Blechaufsatz 66 weist an seiner Oberseite einen Kastenansatz 69 auf, in dem eine kreisförmige Ausnehmung 68 gebildet ist, in den ein Flansch 70 mit einem daran fest verbundenen Blechstutzen 71 von außen einsetzbar ist, um so einen zweiten Auslassstutzen zu bilden, der senkrecht zur Axialachse durch den Einlassstutzen 58 und den ersten Auslassstutzen 60 verläuft. Der Kastenansatz 69 dient ferner zum gasdichten Verschließen der Lagerung der Ventilwelle 82 mit einer daran gehaltenen Ventilklappe 30.
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Zur Lagerung der Ventilwelle 28 ist ein Lagerbock 50 vorgesehen, der von innen in den Kasteneinsatz 69 des Blechaufsatzes 66 einsetzbar ist und mittels zweier Schrauben 75, die zwei Bohrungen 74 im Kasteneinsatz 69 durchsetzen und in Gewindebohrungen 73 des Lagerbocks 50 eingreifen, befestigt wird. Am Lagerbock 50 sind Totraum-Abschirmflächen 56, 57 vorgesehen, durch die der Totraum im unmittelbar an die Ventilwelle 28 angrenzenden Bereich verringert bzw. abgedichtet wird. Der Lagerbock 50 weist ferner eine Ausnehmung 52 auf, in der die Ventilwelle 28 mittels zweier Lager 79, 80 gelagert ist. Die Ventilklappe 30 ist mit einem Ende 33 in einen Schlitz 81 der Ventilwelle 28 einsteckbar und daran verschraubbar. Die Ventilklappe 30 weist eine kugelkalottenförmige Vertiefung 32 auf, durch die die Stabilität der Ventilklappe 30 verbessert wird und der Druckverlust der umgelenkten Strömung reduziert wird.
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In 2 ist ferner der Halter 20 näher erkennbar, der als längliches Blechteil ausgebildet ist und der mittels zweier Schrauben 48 durch Bohrungen 46 an zugeordneten Gewindebohrungen 54 des Lagerbocks 50 von außerhalb des Gehäuses 12 festgeschraubt wird. An seinem dem Lagerbock 50 abgewandten Ende weist der Halter 20 eine Bohrung 34 auf, an der der Aktuator 22 mittels eines Bolzens 42, der durch eine Ausnehmung des Aktuators 34 verläuft, und einer Mutter 40 befestigt werden kann.
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Der Aktuator 22 kann beispielsweise als Pneumatik- oder Hydraulikzylinder ausgebildet sein, in dem ein Stellglied 24 in Form eines Kolbens ausfahrbar aufgenommen ist. Am äußeren Ende des Stellgliedes 24 ist eine Ausnehmung 44 vorgesehen, mittels derer das Stellglied 24 auf dem Bolzen 42 befestigt werden kann, der an einem auf der Ventilwelle 28 befestigten Hebel 26 gehalten ist. Alternativ könnte der Aktuator als elektrischer Aktuator ausgeführt sein.
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Wie aus 1 zu ersehen ist, kann somit durch Ausfahren bzw. Einfahren des Stellgliedes 24 die Ventilwelle 28 in die eine oder andere Richtung verschwenkt werden.
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Am ersten Auslassstutzen 60 ist, wie aus 2 zu ersehen ist, eine Schrägfläche 62 vorgesehen, die zur Axialrichtung 88 (vgl. 8) des Ventils 10 geneigt in einem Winkel (α) von etwa 55° verläuft und die als Ventilsitzfläche für die Ventilklappe 30 ausgebildet ist, wenn der erste Auslass 16 verschlossen werden soll. Im Grenzfall ist der Winkel α 90°.
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Die Ventilklappe 30 kann unmittelbar auf der Schrägfläche 62 des ersten Auslassstutzens 60 anliegen, so dass der erste Auslass 16 vollständig verschlossen ist. In dieser Stellung strömt das Gas also vom Einlass 14 durch den zweiten Auslass 18 aus. Es kann sich hierbei etwa um die Nutz-Auslassstellung handeln.
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Wird dagegen die Ventilklappe 30 mittels des Aktuators 22 in die andere Endstellung verschwenkt (3), so liegt die Ventilklappe unmittelbar auf der Stirnfläche 72 des Blechstutzens 71 an, so dass der zweite Auslass 18 vollständig verschlossen ist, während der erste Auslass 16 vollständig geöffnet ist. Das Gas strömt dann unmittelbar vom Einlass 14 über den ersten Auslass 16 aus, wie durch die Pfeile 77, 78 angedeutet ist Es könnte sich hierbei beispielsweise um die Bypass-Stellung handeln.
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Um eine sichere Lagerung der Ventilwelle 28 in einer definierten Position am Lagerbock 50 zu gewährleisten, ist zwischen dem Kasteneinsatz 69 und dem Hebel 26 eine Druckfeder vorgesehen, durch die die Ventilwelle 28 in einer definierten Position innerhalb des Lagerbocks 50 gehalten wird (vgl. 4).
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In den 5 bis 7 ist eine abgewandelte Ausführung des erfindungsgemäßen Ventils dargestellt und insgesamt mit 10a bezeichnet. Im Übrigen werden für entsprechende Teile entsprechende Bezugsziffern verwendet.
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Diese Ausführung unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführung durch eine leicht abgewandelte Ausführung des Gehäuses 12. Das Gehäuse 12 weist ein erstes rohrförmiges Element 82 auf, an dessen einem Ende der Einlass 14 mit einem Flansch 59 ausgebildet ist und an dessen zweitem Ende der erste Auslass 16 mit einem Flansch 61 ausgebildet ist.
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In der Mantelfläche des rohrförmigen Elements 82 ist ein Ausschnitt 83 vorgesehen, auf dem ein Blechaufsatz 66 befestigt ist, an dem der zweite Auslass 18 der sich senkrecht zur Axialrichtung des Ventils 10a erstreckt, ausgebildet ist. Auf den Ausschnitt 83 ist ein Zwischenstutzen 84 aufgesetzt, der mit der Mantelfläche des rohrförmigen Elements 82 verschweißt oder hartverlötet ist. Der Zwischenstutzen 84 bildet einerseits einen kastenförmigen Ansatz 69, in dessen Ecke wiederum der Lagerbock 50 aufgenommen ist und an dessen oberem Ende ein Stutzen ausgebildet ist, in den der Flansch 70 mit dem daran vorgesehenen Blechstutzen wie bei der zuvor beschriebenen Ausführung von außen eingesetzt werden kann. Die Stirnfläche 72 des Blechstutzens 71 dient wiederum als Ventilsitzfläche zur Anlage der Ventilklappe 30.
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Im Bereich des ersten Auslasses 16 ist ein zylindrischer Innenring 87 (7) in das rohrförmige Element 82 eingesetzt und dient als Ventilsitzfläche zur Anlage der Ventilklappe 30, wenn der erste Auslass 16 vollständig verschlossen werden soll.
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Bei dieser Ausführung sind also die beiden Ventilsitzflächen 72 bzw. 87 rechtwinklig zueinander angeordnet, während bei der ersten Ausführung gemäß der 1 bis 4 die Ventilsitzfläche 62 zum Verschluss des ersten Auslasses 16 als Schrägfläche ausgebildet ist.
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Bei beiden Ausführungen lässt sich die Ventilklappe 60 stetig zwischen den beiden Schließpositionen, in denen entweder der erste Auslass 16 oder der zweite Auslass 18 verschlossen ist, verstellen, so dass beliebige Zwischenpositionen ermöglicht sind. Eine gute Regelbarkeit in den Zwischenstellungen ist bei geringem Druckverlust gegeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2211048 A1 [0003, 0004]
