DE102014017523A1

DE102014017523A1 - Ventileinheit, wie Abgasklappeneinheit für KFZ

Info

Publication number: DE102014017523A1
Application number: DE102014017523.5A
Authority: DE
Inventors: Sven Lehecka; Sebastian Gundlach
Original assignee: KOHLHAGE AUTOMOTIVE & CO KG GmbH
Current assignee: Kohlhage Automotive & Co KG GmbH
Priority date: 2013-11-30
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2015-06-03
Also published as: FR3014143A1; WO2015078432A1; FR3014143B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasklappeneinheit mit einer auf einem Rohrabschnitt derselben verdrehbar gelagerten Klappenwelle mit darauf befestigter Ventilklappe und einer zwischen der Klappenwelle und einer Antriebswelle vorgesehenen Kupplung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit, bestehend aus einem Rohrabschnitt, einer an diesem gelagerten und in diesen eintauchenden Klappenwelle, auf der eine im Rohrabschnitt befindliche Ventilklappe vorgesehen ist und die Klappenwelle mit einer Abtriebswelle eines Antriebsmittels über eine Kupplung, die auf jeder dieser Wellen eine drehfest darauf vorgesehene Kupplungsvorkehrung aufweist, wirkverbunden ist und die Klappenwelle in Achsrichtung der Wirkung eines Kraftspeichers unterliegt.
Eine derartige Ventileinheit ist durch die FR 2 943 114 bekannt geworden. Dabei besteht die Kupplung aus je einer an der Klappenwelle als auch an der Abtriebswelle eines elektrisch betriebenen Antriebsmotors dreh- und axialfest vorgesehenen Kupplungsvorkehrung in Form von scheibenförmigen Elementen und einem dazwischen vorgesehenen, ebenfalls scheibenartig ausgebildeten federnden Koppelelement, das einerseits die Drehmomentübertragung zwischen den Scheiben und damit zwischen Mototabtriebswelle und Klappenwelle bewirkt und andererseits auf die beiden Scheiben eine Axialkraft ausübt. Dabei sind für die Aufbringung der Axialkraft aus dem scheibenartigen Bereich des Koppelelementes vier Zungen in Umfangsrichtung ausgeschnitten, jeweils abwechselnd zwei axial auf die beiden Scheiben zu ausgebogen und stützen sich dort mit axialer Vorspannung ab. Solche axiale Verspannung ist allgemein üblich, um Axialschwingungen der Klappenwelle und damit eine Geräuschbildung zu vermeiden. Zur Drehmomentübertragung von der motorseitigen Scheibe auf das Koppelelement und von diesem auf die klappenwellenseitige Scheibe sind aus den beiden Scheiben je zwei in Richtung auf die jeweils andere Scheibe zu sich erstreckende Zungen ausgebogen, die in fensterartige Ausnehmungen des Koppelelementes eingreifen. Durch eine derartige Ausgestaltung soll eine thermische Koppelung von Antriebs- und Abtriebsorgan nur über punktuelle oder lineare Kontakte erfolgen.
Eine andere Kupplung in Form einer aus Federdraht gewundenen konischen Spiral- oder Kegelfeder zwischen einer hülsenförmigen Kupplungsvorkehrung an der Klappenwelle und einer weiteren Kupplungsvorkehrung, die in Form eines Schlitzes in der Abtriebswelle eines elektrisch betriebenen Antriebsmotors ausgebildet sein kann, zeigt die DE 10 2009 016 597 .
Vorrichtungen gemäß beiden Schriften sind jedoch nicht geeignet, um insbesondere die immer höher werdenden Anforderungen an eine präzise und stabile rotatorische Steifigkeit der Ventilklappe in exakte und ohne Verzögerungen anzusteuernde Zwischenstellungen, auch bei hohen und turbulenten Abgas-Volumenströmen und hohen Temperaturen, zu gewährleisten.
Einrichtungen gemäß der DE '597 werden daher in der Regel nur zur Ansteuerung von Auf/Zu-Stellungen eingesetzt, weil sie wegen der zu weichen Spiral- oder Kegelfedern für eine exakte Steuerung nicht geeignet sind. Dem Einsatz von steiferem Federdraht sind dabei Grenzen gesetzt, weil dadurch auch die Axial-Belastung und damit erhöhter Verschleiß der Lagerung der Ventileinheit und in der Stellermechanik verbunden und auch dadurch exakte Zwischenstellungen und ein anregungsfreies Halten der Ventilklappe nicht zu erzielen wäre. Die Federn sind bei solchen Lösungen auch unmittelbar in der thermischen Achse vorgesehen und daher diesbezüglichen Belastungen besonders ausgesetzt.
Aber auch Einrichtungen gemäß der FR '114 sind zur Erfüllung der obigen Anforderungen allenfalls bedingt geeignet, weil wegen der relativ großen Anzahl der für die Drehmomentübertragung benötigten Bauteile und ineinandergreifenden Elemente – um eine effektive Montage zu gewährleisten – relativ große Toleranzen erforderlich sind, die in der Kette ein relativ großes Spiel ergeben, das im Betrieb zu Verschleiß und damit zu noch größerem Spiel führt, das durch die stoßartigen hochfrequenten Anregungen im Abgasstrom noch vergrößert wird. Die zwischen den beiden Kupplungsscheiben vorgesehene Federscheibe ist aber auch einer großen thermischen Belastung ausgesetzt, zumal sie zwischen den beiden Kupplungsscheiben einer hohen Wärmestrahlung bei ungünstiger Konvektion ausgesetzt ist.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bisher bekannten Ventileinheiten zu vermeiden und eine möglichst genaue, schnellansprechende, verzögerungsfreie, gegen turbulente und hochfrequente Volumenströme unempfindliche Steuerung des durch die Ventileinrichtung geführten Mediums zu gewährleisten, die Temperaturbeständigkeit zu verbessern und die Lebensdauer solcher Einrichtungen zu erhöhen, die in Ansaug- oder Abgaskanalsystemen verwendet werden können, im letzteren Fall z. B. im Zusammenhang mit Zylinderabschaltung, Abgasrückführung, bei Abgaskatalysatoren oder zur Beeinflussung der Verbrennungs- oder Abgasgeräusche und dort unter hohen Temperaturbelastungen stehen. Außerdem sollen die Montage verbessert und die Herstellkosten gesenkt werden.
Dies wird bei Ventileinheiten der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch Maßnahmen und Bereitstellung von Mitteln erreicht, indem auf der Abtriebswelle des Antriebsmittels und auf der Klappenwelle je ein drehfest vorbesehene Kupplungsvorkehrung in direktem formschlüssigen drehfesten Eingriff miteinander stehen und/oder durch Reduzierung der an der Drehmomentübertragung beteiligten Bauteile und/oder einem Toleranz- und/oder Verschleißausgleich zwischen den an der Drehmomentübertragung beteiligten Kupplungsvorkehrungen und/oder durch eine thermisch günstigere Positionierung und Ausgestaltung des die Axialkraft aufbringenden Kraftspeichers und/oder durch eine Verbesserung des thermischen Umfeldes in Bezug auf den Kraftspeicher, insbesondere durch eine verbesserte Kühlwirkung.
Dabei können die Kupplungsvorkehrungen durch ein auf wenigstens einer der Wellen vorgesehenes, insbesondere scheibenartiges Bauteil gebildet sein, das einen scheibenartigen Grundkörper aufweist und von wenigstens einer der Kupplungsvorkehrungen kann, vorzugsweise in radialem Abstand vom Grundkörper, mindestens ein axialer Überbrückungsabschnitt, z. B. ein Ausleger oder eine Zunge in Richtung auf die andere Kupplungsvorkehrung ausgehen, der mit dieser in derehfest formschlüssigem Eingriff steht. Es können aber auch beide Wellen solche Vorkehrungen, insbesondere scheibenartige Bauteile aufweisen, die mit dem jeweils anderen über Ausleger in Drehschluss stehen, es können auch die Ausleger beider Kupplungsvorkehrungen aneinander auflagern.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen den ineinandergreifenden Kupplungsbauteilen verschleißnachstellende und/oder toleranzausgleichende Maßnahmen vorgesehen sind, was in besonders einfacher Weise dadurch erzielt werden kann, dass die Ausleger in sich verjüngende Ausnehmungen im anderen Kupplungsbauteil eingreifen und dort unter Vorspannung anliegen. Im Falle von sich in Achsrichtung erstreckenden Auslegern des einen Kupplungsbauteiles können diese sich an Konturen von in radialer Richtung nach innen verlaufenden und sich verjüngenden Schlitzen im anderen, scheibenförmig ausgebildeten Kupplungsbauteil abstützen, und zwar unter einer radial nach innen gerichteten Vorspannung der Ausleger. Hierdurch werden sowohl Toleranzen zwischen den ineinandergreifenden Kupplungsbauteilen sowie sich dazwischen bildender Verschleiß ausgeglichen, als auch Achs- und Winkelversatz der beiden Wellen.
Bei einer derartigen Ausgestaltung der Kupplungsbauteile kann der die Klappenwelle beaufschlagende Kraftspeicher zwischen den Kupplungsvorkehrungen vorgesehen und z. B. als preiswerte Schraubendruckfeder oder aber, z. B. um Platz zu sparen, auch als Tellerfeder ausgebildet sein. Die Kupplung selbst enthält somit lediglich zwei an der Drehmomentübertragung beteiligte, in Umfangsrichtung formschlüssig ineinander greifende Bauteile, wodurch die Toleranzkette verringert, die Torsionssteifigkeit erhöht, als auch die Kühlung, insbesondere durch eine verbesserte Konvektionswirkung, optimiert und die Montage vereinfacht wird.
Beide Kupplungsvorkehrungen können dabei fest auf ihren Wellen vorgesehen sein, z. B. verschweißt, verstemmt, vernietet od. dgl.. Insbesondere aus Montagegründen oder wenn ein solches Verschweißen, Verstemmen oder Vernieten nicht infrage kommt, kann es vorteilhaft sein, zwischen wenigstens einem der Kupplungsbauteile und dessen Welle eine drehschlüssige Verbindung vorzusehen. Hierfür kann das als scheibenartiges Bauteil ausgebildete Kupplungsbauteil ringscheibenartig ausgebildet sein und somit eine Aufnahmeöffnung für die Welle aufweisen, von deren Innenkontur eine radial nach innen gerichtete Kontur ausgeht, z. B. wenigstens ein radial nach innen gerichteter Ausleger oder aber ein durchgehender, die Öffnung überbrückender Balken vorgesehen sein, der in einer axial gerichteten Ausnehmung in der Welle, wie in einem Schlitz, aufgenommen ist. Besonders Vorteilhaft kann es dabei sein, wenn zwischen dem scheiben- bzw. ringscheibenartigen Bauteil und der Welle zusätzlich eine Vorkehrung vorgesehen ist, die geeignet ist, eine Selbstnachstellung bzw. einen Verschleißausgleich zu gewährleisten. Hierfür kann der in der Welle vorgesehene Schlitz in der dem Wellenende abgekehrten Richtung sich verjüngend ausgebildet sein, in den bei auftretendem Verschleiß der an der Scheibe vorgesehene Ausleger oder Balken unter der Wirkung des zwischen den Kupplungsvorkehrungen vorgesehenen Kraftspeichers weiter eindringen kann.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Gedanken kann das Federelement aber auch außerhalb, insbesondere axial außerhalb der Kupplungsvorkehrungen vorgesehen sein, vorzugsweise auf der der klappenseitigen Kupplungsvorkehrung abgekehrten Seite der antriebsseitigen Kupplungsvorkehrung. Das Federelement befindet sich damit in einer thermisch günstigeren Position, weiter entfernt vom Abgasstrom. Die eine der Kupplungsvorkehrungen, in den meisten Fällen vorzugsweise die klappenseitige, kann dabei in Richtung auf die antriebsseitige Kupplungsvorkehrung weisende Ausleger besitzen, die drehschlüssig mit der letzteren in Eingriff stehen, indem sie in radialen Schlitzen dieser scheibenartig ausgebildeten Kupplungsvorkehrung festgelegt sind. Sie können die antriebsseitige Kupplungsvorkehrung auch axial überbrücken bzw. darüber hinaus ragen und von einer außerhalb des Kupplungsraumes vorgesehenen, an der Antriebswelle axial abgestützten Feder beaufschlagt sein. Hierfür eignet sich in besonderer Weise eine tellerfederartiger Kraftspeicher, der sich mit der inneren Kontur seines ringförmigen Grundkörpers einerseits an der antreibenden Welle axial abstützt und andererseits mit radial nach außen weisenden Fingern bzw. Zungen an axial verlaufenden Auslegern der klappenseitigen Kupplungsvorkehrung, wodurch die Klappenwelle federnd beaufschlagt ist. Die antriebsseitige Kupplungsvorkehrung kann dabei, wie oben beschrieben, als ringscheibenartiges Bauteil mit Aufnahmeöffnung und diese überbrückendem Steg ausgebildet sein, der in einem Schlitz der Antriebswelle aufgenommen ist und sich an den verjüngenden Konturen des Schlitzes abstützt. Die axial dahinter vorgesehene Tellerfeder kann ebenfalls mit einer Ausnehmung für die Welle und einem diese Ausnehmung überbrückende Mittelsteg versehen sein, der dann zweckmäßigerweise schmaler ist als der Steg der Kupplungsvorkehrung. Die Tellerfeder und die Kupplungsvorkehrung können über eine in axialer Richtung feste Verbindung, z. B. eine Bajonett-Verbindung, aneinander gekoppelt sein, sodass die Feder das Kupplungsbauteil in die sich verengende Ausnehmung der Antriebswelle zieht.
Es kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung aber auch wenigstens eine der Kupplungsvorkehrungen selbst durch ein Federmittel, wie ein scheibenförmiges Federmittel, wie eine Scheiben- oder Tellerfeder, gebildet sein, das einerseits mit der entsprechenden Welle und andererseits mit dem anderen der Kupplungsvorkehrungen in drehschlüssigem Eingriff steht. Für den letzteren Zweck kann wenigstens eine dieser Vorkehrungen auf die andere zu gerichtete Überbrückungsabschnitte aufweisen, mit denen der Drehschluss zwischen den Kupplungsvorkehrungen hergestellt ist. Aus thermischen Gründen kann es vorteilhaft sein, wenn die durch das Federmittel gebildete Kupplungsvorkehrung an der antriebsseitigen Welle vorgesehen, also weiter vom Abgasrohr entfernt angeordnet ist. Ein solches Federmittel kann durch eine Tellerfeder mit kreisringförmigem Grundköper und von diesem ausgehenden Zungen bzw. Fingern gebildet sein, die in Schlitze in der anderen Kupplungsvorkehrung eingreifen. Auch hier kann die Antriebswelle in die Aufnahmeöffnung des Tellerfedergrundkörpers hineinragen, die Aufnahmeöffnung von einem sie überbrückenden Mittelbalken überquert sein, der eine formschlüssige Verbindung mit der Welle bildet, indem dieser durch die in vorgespanntem Zustand verbaute Tellerfeder in einen sich in axialer Richtung verjüngenden Schlitz in der Welle hineingedrängt wird und wodurch eine Toleranzen und Verschleiß selbsttätig ausgleichende drehschlüssige Verbindung zwischen Federmittel und Antriebswelle gegeben ist. Die abtriebsseitige Kupplungsvorkehrung kann durch ein fest auf dieser Welle vorgesehenes Kupplungsbauteil gebildet sein, das einen ringartigen bzw. kreisförmigen Grundkörper besitzt, von dem aus sich axial in Richtung der Tellerfeder erstreckende Zungen bzw. Arme ausgehen, an deren Endbereichen V-förmige Ausnehmungen vorgesehen sind, die sich in Richtung weg von den sie beaufschlagenden Armen bzw. Zungen der Tellerfeder verjüngen, sodass hier eine Toleranzen und Verschleiß ausgleichende Einrichtung zwischen den Kupplungsvorkehrungen geschaffen ist.
In Abänderung des Anspruches 1 und entsprechend einem weiteren Erfindungsgedanken kann es aber auch bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art, bei der die Drehmomentübertragung nicht durch unmittelbaren und direkten Eingriff der beiden an den Wellen drehfest vorgesehenen ersten und zweiten Kupplungsvorkehrungen aneinander erfolgt, sondern unter Zwischenschaltung einer zwischen den beiden Kupplungsvorkehrungen angeordneten, dritten Kupplungsvorkehrung, wobei gemäß diesem Erfindungsgedanken zwischen wenigstens einer der Kupplungsvorkehrungen und wenigstens einer anderen eine Toleranz- und/oder Verschleißausgleich ermöglichende Vorkehrung vorgesehen wird. Hierfür kann ein Koppelelement in Form einer Platten- Scheiben- oder Tellerfeder verwendet werden, die aus einem kreisförmigen Grundkörper besteht, von dem eine Mehrzahl, z. B. vier, insbesondere radial nach außen verlaufende Zungen bzw. Arme ausgehen, die in ihren Außenbereichen in Umfangs- bzw. Sehnenrichtung verlaufende längliche Ausnehmungen aufweisen, in die je zwei, von jeder der Kupplungsvorkehrungen ausgehende, sich in Achsrichtung jeweils auf die andere zu erstreckende Zungen mit sich verjüngenden Bereichen eingreifen. Die dabei in Achsrichtung vorgespannten Zungen der Tellerfeder gewährleisten sowohl die axiale Verspannung der Klappenwelle als auch den Toleranz- und/oder Verschleißausgleich sowohl der Bauteile, deren Konturen, als auch einen Achs- oder Winkelversatz der Wellen. In vorteilhafter Weise können die beiden Kupplungsvorkehrungen aus je einem ringförmigen Grundkörper bestehen, von dem die je zwei, in radialer Richtung abstehenden Zungen ausgehen. Es ergibt sich sodann im Zusammenhang mit den zungenartigen Bereichen sowohl der Kupplungsvorkehrungen als auch des Koppelelementes und weil die ringscheibenartigen Grundkörper sowohl der Kupplungsvorkehrungen – wie auch bei den anderen Ausführungsmöglichkeiten – als auch der scheibenartige Grundkörper der Tellerfeder lediglich kleine Durchmesser aufzuweisen brauchen, eine optimale Wärmeabfuhr durch Konvektion. Sowohl die antriebsseitige als auch die abtriebsseitige Kupplungsvorkehrung können dabei fest auf ihrer Welle vorgesehen sein, oder aber, es kann, wie bereits weiter oben beschrieben, wenigstens eine der Vorkehrungen mit ihrer Welle ebenfalls eine selbsttätige toleranz- und/oder verschleißausgleichende Verbindung aufweisen.
Bei einer solchen Ausgestaltung der Kupplung mit drei Kupplungsvorkehrungen kann es aber auch möglich, die erste und/oder die zweite Kupplungsvorkehrung als Tellerfeder auszubilden, ihre Ausleger mit Ausnehmungen oder axialen Überbrückungsabschnitten zu versehen, die mit Überbrückungsabschnitten oder Ausnehmungen in der dritten Kupplungsvorkehrung zusammenwirken.
Es kann weiterhin von Vorteil sein, wenn die von der einen Kupplungsvorkehrung ausgehenden Überbrückungsabschnitte mitsamt den Bereichen an der jeweils anderen Kupplungsvorkehrung, mit denen sie in Formschluss stehen, untereinander insbesondere umfangsmäßig ungleichmäßig verteilt sind, sodass eine Montage der an der Drehmomentübertragung beteiligten Bauteile nur in einer bestimmten Lage zueinander möglich ist. Auch bei den Verbindungsstellen von Welle und Kupplungsvorkehrung kann eine solche Maßnahme von Vorteil sein, insbesondere bei den vorstehend beschriebenen mit selbsttätigem Toleranz- bzw.
Verschleißausgleich, was durch eine unsymmetrische Anordnung des Schlitzes in der Welle und des die Welle überbrückenden Steges erfolgen kann.
Anhand der 1 bis 14 sei die Erfindung näher erläutert:
Dabei zeigen
die 1–4 eine erste Ausführung der Erfindung, wobei 1 eine Abgasklappeneinheit im Schnitt darstellt, 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II der 1, 3 eine perspektivische Ansicht aus 1, und 4 eine alternative Ausführung zu einem Detail der 2,
die 5 und 6 einen Ausschnitt aus einer Abgasklappeneinheit gemäß einer weiteren Erfindungsvariante in Draufsicht und in einem Schnitt gemäß der Linie VI-VI,
die 7–10 einen Ausschnitt aus einer Abgasklappeneinheit gemäß einer weiteren Erfindungsvariante in Draufsicht, in einem Schnitt der Linie VIII-VIII, in einer Ansicht aus der Richtung des Pfeiles IX und in einer perspektivischen Ansicht,
und die 11–14 einen Ausschnitt aus einer Abgasklappeneinheit gemäß einer weiteren Erfindungsvariante in einer Draufsicht, gemäß den Schnitten XII-XII und XIII-XIII, sowie in einer perspektivischen Ansicht.
Die in den 1–4 dargestellte Abgasklappeneinheit 1 besteht aus einem Rohrabschnitt 2, der zwei Lagerbuchsen 3, 4 mit darin aufgenommenen Gleitlagern 5, 6 enthält, in denen die Klappenwelle 7 gelagert ist. Die Buchse 5 ist mittels einer Kappe 8 gasdicht abgeschlossen. Auf der Klappenwelle 7 ist die Ventilklappe 9 befestigt. Das Lager 6 ist zweckmäßigerweise ein gasdichtes Lager, das gemäß der Deutschen Patentanmeldung 10 2013 003 981.9 (eig. Z.: K 0200) aufgebaut, hergestellt und montiert ist und die vollinhaltlich in die vorliegende Anmeldung integriert sei. Auf der Seite des Gleitlagers 6 ragt die Welle 7 kurz über die Buchse hinaus und ist dort mit einer Scheibe 10 fest verbunden, z. B. verschweißt, verstemmt, vernietet od. dgl. Von dem ringförmigen Grundkörper der Scheibe 10 gehen drei in Achsrichtung verlaufende Überbrückungsabschnitte in Form von Zungen 11 aus, die in Schlitze 12 einer Scheibe 13 eingreifen und eine drehfeste Verbindung zwischen der Welle 7 und der Scheibe 13 bilden. Die Scheibe 13 ist, wie weiter unten beschrieben, drehfest mit der Ausgangswelle 14 einer aus Elektromotor und Getriebe bestehenden Antriebseinheit 15 festgelegt. Die Scheiben 10 und 13 bilden somit die auf der die Abtriebswelle 14 und der Klappenwelle 7 drehfest vorgesehenen Kupplungsvorkehrungen der diese Wellen koppelnden Kupplung K1. Die Scheibe 13 weist eine Mittelausnehmung 16 auf, in die die Welle 14 axial eintaucht, jedoch ist die Mittelausnehmung 16 von einem über die Ausnehmung 16 verlaufenden Steg bzw. Balken 18 überquert, die Welle 14 ist mit einem axial verlaufenden Schlitz 17 versehen und umgreift mit den diesen Schlitz begrenzenden Flanken 19, 20 den Mittelsteg 18, wodurch eine drehfeste, in axialer Richtung jedoch verlagerbare Verbindung von Welle 14 und Scheibe 13 gegeben ist. Zwischen den Scheiben 10 und 13 ist eine Schraubendruckfeder 19 mit axialer Vorspannung eingesetzt, die einerseits den Steg 18 federnd in den Grund des Schlitzes 17 drückt und andererseits über die Scheibe 10 die Klappenwelle 7 federnd beaufschlagt. Die Verbindung zwischen der Welle 14 und der Kupplungsvorkehrung in Form der Scheibe 13 ist toleranzausgleichend und verschleißnachstellend ausgebildet, indem der Grund des Schlitzes 17 kreisbogenförmig, also sich verjüngend, ausgebildet ist. Eine solche Verbindung kann in besonders einfacher Weise aber auch dadurch gebildet werden, indem der Wellenstummel 14 mehrkantig und gegen seinen Endbereich zu sich verjüngend bzw. konisch verlaufend ausgebildet ist und mit diesem Bereich teilweise in eine zumindest annähernd kongruente Ausnehmung in der Scheibe 13 eintaucht.
Wie aus 4 ersichtlich, ist eine toleranzausgleichende und selbstnachstellende Vorkehrung auch zwischen den Kupplungsvorkehrungen 10 und 13 vorgesehen. Hier sind die radialen Schlitze 12a in der Scheibe 13a radial nach innen verjüngt ausgebildet und die unter radial nach innen gerichteter federnder Vorspannung stehenden Zungen 11a liegen dort auf. Somit können Toleranzen zwischen den Zungen 11a der Scheibe 10 und den Schlitzen 12a ausgeglichen werden, aber auch Toleranzen in den scheibenartigen Grundkörpern 10 und 13, als auch Achs- und Winkelversätze der Wellen 7 und 14. Sich zwischen den Zungen 13a und den Schlitzen 12a bildender Verschleiß wird selbsttätig nachgestellt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Antriebseinheit 15 über eine lösbare Verbindung mit einer Aufnahmeschale 20 verbunden, welche mit einem Bund 21 in einer rohrförmigen Konsole 22 aufgenommen und dort mit derselben verbunden, z. B. verschweißt ist. Die Konsole 22 ist mit dem Rohrabschnitt 2 verbunden, z. B verschweißt und hat zumindest an der tiefsten Stelle ihrer Befestigung mit dem Rohrabschnitt 2 wenigstens zwei Öffnungen 23, die als Ablauf für Kondenswasser, Schmutz od. dgl. bzw. zur Belüftung dienen. Es kann aber auch im oberen Bereich der Konsole wenigstens eine Öffnung vorgesehen sein, sodass zusätzlich zu der sich durch den die Konvektion begünstigende Bauweise auch eine durch Luftströmung verbesserte Wärmeabfuhr entsteht. Diese Ausführung ist in der DE Patentanmeldung 10 2014 012 601 (eig. Z. K 0214) beschrieben, die vollinhaltlich in die vorliegende Anmeldung integriert sei.
Die in den 5 und 6 dargestellte Kupplung K2 besteht aus der auf der Klappenwelle 25 fest vorgesehenen, hier verschweißten ersten Kupplungsvorkehrung 26 mit kreisringförmigem Grundkörper und der drehfest, jedoch axial verschiebbar auf der Ausgangswelle 27 eines Antriebsmittels, wie einer Antriebseinheit gem. 1 vorgesehenen zweiten Kupplungsvorkehrung 28. Drei von dem Scheibenkörper 26 ausgehende Zungen 29 überbrücken den axialen Abstand zu dem scheibenartig ausgebildeten Kupplungsbauteil 28, ragen axial durch Schlitze 30 hindurch und stellen über diese eine drehfeste Verbindung zwischen den beiden Kupplungsvorkehrungen 26, 28 her. Die Welle 27 ist in einer Öffnung 31 der Scheibe 28 aufgenommen, die jedoch von einem der Scheibe 28 angeformten Mittelsteg 32 überquert ist, der wiederum in dem Schlitz 33 festgelegt ist und wodurch eine drehfeste Verbindung mit der Welle 27 hergestellt ist. Wie in den vorhergehenden Figuren, ist auch hier eine Möglichkeit geschaffen, Toleranzen auszugleichen und Verschleiß nachzustellen, indem die Scheibe 28 mit ihrem Steg 32 in die sich verjüngende Kontur des Schlitzes federnd angedrückt wird. Hierfür ist auf der der Klappenwelle abgewandten Seite der Kupplung K2 bzw. der zweiten Kupplungsvorkehrung 28, also an einer thermisch günstigen Position, eine Feder in Form einer Teller- bzw. Scheibenfeder 34 vorgesehen, die einen ringförmigen Grundkörper 35 besitzt mit einer Ausnehmung bzw. Öffnung 36 und radial nach außen verlaufenden Ausleger bzw. Zungen 37. Diese werden beim Zusammenbau in axialer Richtung vorgespannt und bewirken auch eine axiale Verspannung der Klappenwelle 25. Die Öffnung 36 der Tellerfeder 34 ist, ebenso wie die der Scheibe 28, von einem Steg 38 überquert, der jedoch schmaler ist als der Steg 32. Die Tellerfeder 34 ist mit dem zweiten Kupplungselement 28 über eine bajonettartige Verbindung zusammengehalten; die Tellerfeder hat hierfür in Achsrichtung verlaufende Ausleger 39, die durch Schlitze 40 in der Scheibe 28 diese durchdringen und deren in Umfangsrichtung weisende Bereiche 41 nach dem Hindurchführen der Ausleger 39 durch die Schlitze 40 und Verdrehen der Tellerfeder 34 gegenüber der Scheibe 28 diese hintergreifen. Damit zieht in zusammengebautem Zustand der Abgasklappeneinheit die Feder 34 den Steg 32 in den sich verjüngenden Grund des Schlitzes 33.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 7–10 ist das eine der beiden, das Drehmoment von der Ausgangswelle 45 eines Antriebes auf die Klappenwelle 46 übertragenden Kupplungsvorkehrungen 47, 48, nämlich das Kupplungsteil 47 auf der der Klappe abgekehrten Seite vorgesehen und selbst als federndes Bauteil ausgebildet. Dieses besitzt einen kreisringförmigen Grundkörper 49 mit einer Ausnehmung 50 und drei von dem kreisringförmigen Grundkörper 48 ausgehende Ausleger bzw. Zungen 51, die sich in dem gezeigten eingebauten Zustand unter Vorspannung in Achsrichtung an den Konturen der Schlitze 52 von Auslegern 53 abstützen, welche sich von dem mit der Welle 46 verschweißten kreisringförmigen Grundkörper 54 des zweiten Kupplungsbauteiles 48 in Achsrichtung auf das erste Kupplungsbauteil zu erstrecken. Die Schlitze 52 sind V-förmig, sich in Kraftrichtung der Tellerfederzungen verjüngend ausgebildet, sodass sowohl Toleranzen zwischen den Kupplungsbauteilen bzw. deren Konturen sowie Achs- und Winkelversätze der Wellen, als auch Verschleiß an den Zungen als auch an den Konturen der Schlitze 52 ausgeglichen werden kann. In gleicher Weise wie in den vorangegangenen Figuren hat auch hier das eine Kupplungsbauteil 49 einen die Ausnehmung 50 überbrückenden Steg 55, der sich an verjüngenden Konturen des Schlitzes 56 der Welle 45 abstützt, wodurch auch bei der Verbindung Antriebswelle 45/Kupplungsbauteil 47 eine Möglichkeit zum Toleranzausgleich und einer Verschleißnachstellung gegeben und damit über die Lebensdauer des Aggregates eine exakte Ansteuerung gewährleistet ist. Dadurch, dass – in Achsrichtung der Kupplung gesehen – der flächenmäßige Anteil der scheibenartigen Bauteile gegenüber dem von den Auslegern umfangsmäßig beanspruchten Flächenanteil erheblich kleiner ist, ist auch eine optimale Wärmeabfuhr über Konvektion gewährleistet.
Bei der Kupplung K4 der Abgasklappeneinheit gemäß den 11–14 ist die sowohl die Drehmomentübertragung als auch die axiale Verspannung sicherstellende Feder in Form einer Tellerfeder 61 axial zwischen den beiden Kupplungsvorkehrungen 62 und 63 als dritte Kupplungsvorkehrung vorgesehen und zwischen allen miteinander in Eingriff stehenden und an der Drehmomentübertragung beteiligten Bauteilen, soweit sie nicht fest miteinander verbunden sind, also zwischen der Ausgangswelle 64 des Antriebes und der Kupplungsvorkehrung 65, zwischen letzterer und der Feder 61 und zwischen letzterer und der fest auf der Klappenwelle 65 befestigten Kupplungsvorkehrung 63 ist eine Möglichkeit zum Ausgleich von Toleranzen und von entstehendem Verschleiß vorgesehen und außerdem eine optimale Kühlung gewährleistet.
Der kreisringförmige Grundkörper 66 des Kupplungsbauteiles 62 weist wiederum eine Ausnehmung 67 auf und einen diese überquerenden Steg 68, der von der axial vorgespannten Feder 61 in die sich verjüngende Kontur des Schlitzes 69 der Welle 64 gedrängt wird, wodurch dazwischen vorhandene Toleranzen und sich ergebender Verschleiß ausgeglichen werden, was insbesondere in 14 gut zu erkennen ist. Von dem Grundkörper 66 der Kupplungsvorkehrung 62 ausgehend erstrecken sich zwei radial von diesem abstehende und sich anschließend axial auf die andere Kupplungsvorkehrung zu gerichtete Zungen 70, die mit ihren sich verjüngenden Endbereichen 71 teilweise durch Schlitze 72 in den von einem kreisförmigen Tellerfedergrundkörper 74 ausgehenden Armen 73 der Tellerfeder hindurchragen und dort, die Arme 73 der Tellerfeder in der einen Achsrichtung verspannend, federnd abgestützt sind. Das Kupplungsbauteil 63 besitzt ebenfalls zwei von seinem kreisringförmigen Grundkörper 75 ausgehende, radial abstehende und sich anschließend axial erstreckende Zungen 76, deren sich verjüngende Bereiche 77 durch in Umfangsrichtung längliche Ausnehmungen 78 in den vom Tellerfedergrundkörper ausgehenden Armen 79 teilweise hindurcherstrecken und dort, die Arme 79 der Tellerfeder in der anderen Achsrichtung verspannend, federnd abgestützt sind. Es ergibt sich somit auch zwischen den beiden an den Wellen 64 und 65 festgelegten Kupplungsvorkehrungen 62 und 63 und der das Drehmoment zwischen den beiden übertragenden scheibenartigen Feder die Möglichkeit eines Toleranzausgleiches als auch einer Verschleißnachstellung. Durch die über die kreisring- bzw. kreisförmigen Grundkörper der Kupplungs- und des Federkörpers hinausragenden Arme, Zungen bzw. Ausleger ist auch eine wirksame Kühlung und Wärmeabstrahlung gewährleistet und ein Hitzeverzug der an der Drehmomentübertragung beteiligten Bauteile, insbesondere den verwendeten Tellerfedern, praktisch ausgeschlossen, der jedoch, sollte sich ein solcher doch einstellen, durch die vorgesehenen toleranz- und/oder die verschleißausgleichenden Maßnahmen ausgeglichen wird.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenigstens eines der miteinander in drehmomentübertragendem Eingriff stehende Paare von Konturen gegenüber wenigstens einem anderen Paar solcher Konturen z. B. in Umfangsrichtung unregelmäßig verteilt vorzusehen, also in den 11–14 beispielsweise eine der Zungen 70 und den mit dieser in Eingriff stehenden Arm 73 gegenüber wenigstens einzelnen der anderen ungleichmäßig zu verteilen oder auszugestalten, um eine Montage ausschließlich in einer bestimmten Position der Bauteile zueinander zu ermöglichen. Desgleichen ist es vorteilhaft, Schlitz und Mittelsteg gemeinsam aus der Mitte zu versetzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

FR 2943114 [0002, 0006]
DE 102009016597 [0003, 0005]
DE 102013003981 [0024]
DE 102014012601 [0026]

Claims

Ventileinheit, bestehend aus einem Rohrabschnitt, einer an diesem gelagerten und in diesen eintauchenden Klappenwelle, auf der eine im Rohrabschnitt befindliche Ventilklappe vorgesehen ist und die Klappenwelle mit einer Abtriebswelle eines Antriebsmittels über eine Kupplung, die auf jeder der Wellen eine drehfest darauf vorgesehene Kupplungsvorkehrung aufweist, wirkverbunden ist und wobei die Klappenwelle in Achsrichtung von einem Kraftspeicher beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kupplungsvorkehrungen in direktem formschlüssigen drehfesten Eingriff miteinander stehen mittels mindestens eines, von wenigstens einer der Kupplungsvorkehrungen in Richtung auf die andere weisenden Überbrückungsabschnitts.
Ventileinheit, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher ein sich an beiden Kupplungsvorkehrungen abstützendes Federmittel ist.
Ventileinheit, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher zwischen den beiden Kupplungsvorkehrungen wirksam ist.
Ventileinheit, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher zwischen den beiden Kupplungsvorkehrungen angeordnet ist.
Ventileinheit, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher eine Schraubendruckfeder ist.
Ventileinheit, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher eine Tellerfeder ist.
Ventileinheit, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kupplungsvorkehrungen ein scheibenartiges Bauteil mit in Achsrichtung verlaufenden Auslegern ist.
Ventileinheit, insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleger vom scheibenartigen Bauteil radial beabstandet sind.
Ventileinheit, insbesondere nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Kupplungsvorkehrung ein Bauteil mit scheibenartigem Grundkörper und radial nach innen verlaufenden Ausnehmungen ist.
Ventileinheit, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in radialer Richtung verlaufenden Ausnehmungen sich radial nach innen verjüngende Konturen aufweisen, an denen die Ausleger der anderen Kupplungsvorkehrung in radialer Richtung unter federnder Vorspannung abgestützt sind.
Ventileinheit, insbesondere nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher außerhalb des Kupplungsraumes angeordnet ist.
Ventileinheit, insbesondere nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher auf der dem Antriebsmittel zugekehrten Seite vorgesehen ist.
Ventileinheit, insbesondere nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Kupplungsvorkehrungen selbst der Kraftspeicher ist.
Ventileinheit, insbesondere nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kupplungsvorkehrungen fest mit der ihr zugehörigen Welle verbunden sind.
Ventileinheit, insbesondere nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Kupplungsvorkehrungen drehfest, in Bezug auf die ihr zugehörige Welle in axialer Richtung jedoch verlagerbar ist
Ventileinheit, insbesondere nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der axial verlagerbaren Kupplungsvorkehrung und ihrer Welle eine toleranzüberbrückende und/oder eine verschleißnachstellende Verbindung vorgesehen ist.
Ventileinheit, insbesondere nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das axial verlagerbare Kupplungselement mit einer die Welle umgreifenden Ausnehmung versehen ist und mit wenigstens einem von der inneren Kontur der Ausnehmung ausgehenden, radial nach innen weisenden Abschnitt in einem axial verlaufenden Schlitz der Welle eingreift.
Ventileinheit, insbesondere nach Anspruche 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt ein die Ausnehmung überquerender Balken ist.
Ventileinheit, insbesondere nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz sich in Richtung von dem Wellenende weg verjüngt.
Ventileinheit, insbesondere nach Anspruche 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken des Schlitzes einen Winkel von 2–10°, vorzugsweise zwischen 2 und 5° einschließen.
Ventileinheit, bei der der Kraftspeicher im Raum außerhalb der Kupplungsvorkehrungen vorgesehen ist, insbesondere nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Kupplungsbauteile axial verlaufende Ausleger aufweist, die in drehschlüssigem Eingriff mit dem anderen Kupplungsbauteil stehen, über dieses axial hinausragen und dort von dem Kraftspeicher in Achsrichtung beaufschlagt sind.
Ventileinheit, insbesondere nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder einen ringförmigen Grundkörper besitzt und mit davon radial nach außen verlaufenden Auslegern an dem einen Kupplungsbauteil federnd abgestützt ist.
Ventileinheit, insbesondere nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder mit einer in ihrem ringförmigen Grundkörper vorgesehenen Ausnehmung eine die Welle, vorzugsweise die Antriebswelle umgreift und mit einer von den Innenkonturen der Ausnehmung ausgehenden Kontur in die schlitzartige axial verlaufende Ausnehmung der Antriebswelle eingreift.
Ventileinheit, insbesondere nach einem der Ansprüche 21–23, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Kupplungsbauteil und die Tellerfeder in Achsrichtung fest miteinander verbunden sind.
Ventileinheit, bei der eine der Kupplungsvorkehrungen selbst das federnde Bauteil ist, insbesondere im Zusammenhang mit einem der Ansprüche 1, 3, 6–8, 12–20, 22, 23, dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Bauteil einen kreisringförmigen Grundkörper besitzt, von dem radial nach außen abstehende Zungen ausgehen, die federnd an dem anderen Kupplungsbauteil abgestützt sind.
Ventileinheit, insbesondere nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Kupplungsbauteil mit axial verlaufenden, insbesondere von einem kreis- oder kreisringförmigen Grundkörper ausgehenden Auslegern mit den Zungen der Tellerfeder in Drehschluss stehen.
Ventileinheit, insbesondere nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Zungen in Achsrichtung V-förmig sich verjüngenden Schlitzen in den Auslegern des anderen Kupplungsbauteiles federnd abstützen.
Ventileinheit, insbesondere nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder mit einer in ihrem ringförmigen Grundkörper vorgesehenen Ausnehmung eine die Welle, vorzugsweise die Antriebswelle umgreift und mit einer von den Innenkonturen der Ausnehmung ausgehenden Kontur in eine schlitzartige axial verlaufende Ausnehmung der Antriebswelle eingreift.
Ventileinheit, bestehend aus einem Rohrabschnitt, einer an diesem gelagerten und in diesen eintauchenden Klappenwelle, auf der eine im Rohrabschnitt befindliche Ventilklappe vorgesehen und die Klappenwelle mit einer Abtriebswelle eines Antriebsmittels über eine Kupplung drehschlüssig verbunden ist, die auf der Abtriebswelle eines Antriebsmittels eine drehfest mit dieser verbundene erste Kupplungsvorkehrung aufweist und eine drehfest mit der Klappenwelle verbundene zweite Kupplungsvorkehrung und die Klappenwelle in Achsrichtung von einem Kraftspeicher beaufschlagt ist, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 28, wobei in Abänderung von Anspruch 1 im Drehmomentübertragungsweg zwischen erster und zweiter Kupplungsvorkehrung eine dritte Kupplungsvorkehrung vorgesehen und wenigstens eine der Kupplungsvorkehrungen ein federndes Bauteil mit in Achsrichtung federnden Einzelabschnitten ist, wenigstens eine der Kupplungsvorkehrungen in Achsrichtung verlaufende Überbrückungsabschnitte mit sich verjüngenden Endbereichen aufweist, die in wenigstens einer der anderen Kupplungsvorkehrungen vorgesehene Ausnehmungen teilweise eintauchen und federnd vorgespannt abgestützt sind und mit diesen in drehmomentübertragendem Eingriff stehen
Ventileinheit nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kupplungsvorkehrung das federnde Bauteil mit von einem mittleren Grundkörper radial nach außen verlaufenden Armen ist, an deren Endbereichen Ausnehmungen vorgesehen sind, in denen sich von den ringscheibenartigen Grundkörpern der ersten und zweiten Kupplungsvorkehrung ausgehende, axial in Richtung auf die jeweils andere Kupplungsvorkehrung zu erstreckende Überbrückungsabschnitte, mit ihren sich verjüngenden Bereichen teilweise eintauchend, drehmomentübertragend abstützen.
Ventileinheit nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Kupplungsvorkehrung das (die) federnde (n) Bauteil (e) mit von einem mittleren ringförmigen Grundkörper radial nach außen verlaufenden Armen ist (sind), an deren Endbereichen Ausnehmungen vorgesehen sind, in denen vom ringartigen Grundkörper der dritten Kupplungsvorkehrung aus sich die axial in Richtung auf die jeweils erste und zweite Kupplungsvorkehrung erstreckenden Überbrückungsabschnitte, mit ihren sich verjüngenden Bereichen teilweise eintauchend, drehmomentübertragend abgestützt sind.
Ventileinheit nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kupplungsvorkehrung das federnde Bauteil mit von einem mittleren Grundkörper radial nach außen verlaufenden Armen ist, von deren radialen Endbereichen aus sich axial in Richtung auf die jeweils eine der anderen Kupplungsvorkehrungen axial erstreckenden Überbrückungsabschnitte ausgehen, die mit ihren sich verjüngenden Bereichen drehmomentübertragend und teilweise eintauchend, in Ausnehmungen abstützen, die in der ersten und zweiten Kupplungsvorkehrung vorgesehen sind.
Ventileinheit, insbesondere nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Ausnehmungen als auch die in Achsrichtung verlaufenden Überbrückungsabschnitte in bzw. an radial äußeren Bereichen von von den kreisringförmigen Grundkörpern der ersten und zweiten Kupplungsvorkehrung radial abstehenden Armen vorgesehen sind.
Ventileinheit, insbesondere nach einem der Ansprüche 29 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem kreisringförmig ausgebildeten Grundkörper der ersten und/oder der zweiten Kupplungsvorkehrung und ihrer Welle eine Verbindung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 20 oder 28 vorgesehen ist.
Ventileinheit, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der miteinander in drehmomentübertragendem Eingriff stehende Paare von Konturen der Kupplung gegenüber wenigstens einem anderen Paar solcher Konturen unregelmäßig verteilt vorgesehen und/oder Schlitz und Mittelsteg gemeinsam aus der Mitte versetzt sind.