DE102014110849A1

DE102014110849A1 - Klappeneinrichtung

Info

Publication number: DE102014110849A1
Application number: DE102014110849.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Fischer; Hayri WINTER
Original assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Current assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2016-02-04
Also published as: US20160032794A1

Abstract

Eine Klappeneinrichtung zur Steuerung eines Gasstroms durch eine Rohrleitung umfasst eine Klappe, die an einem Klappengehäuse um eine Klappenwelle verdrehbar gelagert ist. Zum Lagern der Klappe an dem Klappengehäuse sind wenigstens zwei Drehlager vorgesehen, die in jeweiligen Lagerdomen aufgenommen sind. Die Lagerdome sind im Bereich von jeweiligen, für die Klappenwelle vorgesehenen Wellendurchführungen des Klappengehäuses angeordnet. Wenigstens einer der Lagerdome ist als von dem Klappengehäuse separates Blechumformteil ausgeführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klappeneinrichtung zur Steuerung eines Gasstroms durch eine Rohrleitung, insbesondere eine Abgasklappeneinrichtung für einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Klappe, die an einem, insbesondere rohrförmigen Klappengehäuse um eine Klappenwelle verdrehbar gelagert ist, wobei zum Lagern der Klappe an dem Klappengehäuse wenigstens zwei Drehlager vorgesehen sind, die in jeweiligen Lagerdomen aufgenommen sind, wobei die Lagerdome im Bereich von jeweiligen, für die Klappenwelle vorgesehenen Wellendurchführungen des Klappengehäuses angeordnet sind.
Derartige Einrichtungen werden beispielsweise zum selektiven Verschließen von Abgaspfaden in Abgassystemen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Üblicherweise ist ein Stellantrieb vorgesehen, mittels welchem die Klappe zwischen einer den Abgasstrom freigebenden und einer den Abgasstrom sperrenden Stellung verdreht werden kann. Ein teilweises oder vollständiges Sperren des Abgasstroms kann zum Beispiel im Rahmen der Akustik-Auslegung von Abgasanlagen oder zum gezielten Erzeugen eines Gegendrucks erfolgen. Auch im Rahmen eines Abgasrückführungssystems zur innermotorischen Stickoxid-Reduzierung können Abgasklappen zum Einsatz kommen, zum Beispiel um einen Niederdruck-Pfad auf der Frischluftseite eines Verbrennungsmotors gezielt mit einer bestimmten Menge Abgas zu beaufschlagen.
Die für eine zuverlässige Klappenlagerung wichtigen Lagerdome sind bei bekannten Konzepten als separate, an das – in der Regel als Gussteil ausgeführte – Klappengehäuse anzubringende Bauteile, die üblicherweise durch spanende Prozesse hergestellt werden, was zeitaufwändig und mit relativ hohen Kosten verbunden ist. Bei als Gussteil ausgeführtem Klappengehäuse können die Lagerdome auch direkt angeformt sein.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Herstellung von Abgasklappen und ähnlichen Klappeneinrichtungen zu vereinfachen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Klappeneinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist wenigstens einer der Lagerdome als von dem Klappengehäuse separates Blechumformteil ausgeführt. Ein Blechumformprozess ist wesentlich schneller und kostengünstiger zu bewerkstelligen als eine spanende Bearbeitung. Die Erfindung beruht insbesondere auf der überraschenden Erkenntnis, dass ein einfaches Blechumformen ausreichend ist, um einem Lagerdom für eine Klappeneinrichtung der genannten Art die gewünschte Funktionalität zu verleihen. Im Gegensatz zu direkt an das Klappengehäuse angeformten Lagerdomen sind separate Lagerdome einfach zu fertigen und handzuhaben.
Vorzugsweise sind beide Lagerdome als von dem Klappengehäuse separate Blechumformteile ausgeführt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Fertigung der Klappeneinrichtung. Bei einer solchen Ausgestaltung ist es insbesondere nicht erforderlich, im Falle eines als Gussteil ausgeführten Klappengehäuses einen Lagerdom in den Gießprozess einzubeziehen.
Der als Blechumformteil ausgeführte Lagerdom kann durch einen Tiefzieh- oder Innenhochdruckumform-Prozess hergestellt sein. Tiefziehprozesse sind kostengünstig und schnell, weshalb sie sich insbesondere für eine Massenfertigung eignen. Ein Vorteil des Innenhochdruckumformens ist unter anderem eine erhöhte Flexibilität hinsichtlich der Gestaltung der betreffenden Bauteile.
Eine spezielle Ausgestaltung der Erfindung zieht vor, dass der als Blechumformteil ausgeführte Lagerdom einen insbesondere napfartigen Aufnahmeabschnitt zum Aufnehmen eines Drehlagers sowie einen sich um den Aufnahmeabschnitt herum erstreckenden Flansch zum Anlegen des Lagerdoms an eine Wand des Klappengehäuses aufweist. Der Flansch kann direkt an den Aufnahmeabschnitt anschließen oder durch einen zusätzlichen Träger- oder Funktionsabschnitt von dem Aufnahmeabschnitt getrennt sein. Napfartige Aufnahmen lassen sich mittels Tiefziehen besonders schnell und kostengünstig herstellen. Sofern das Klappengehäuse einen runden Querschnitt aufweist, muss ein zum Anlegen des Lagerdoms an eine Wand des Klappengehäuses geeigneter Flansch eine relativ komplexe, die Krümmung des Klappengehäuses nachbildende Form aufweisen. Eine solche Formgebung ist mittels eines Blechumformprozesses wesentlich leichter zu bewerkstelligen als mittels einer spanenden Bearbeitung.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Klappengehäuse ebenfalls als Blechumformteil ausgeführt. Die Herstellung der Klappeneinrichtung kann hierdurch weiter vereinfacht werden.
Der als Blechumformteil ausgeführte Lagerdom kann an das Klappengehäuse angeschweißt sein. Ein Anschweißen ist insbesondere dann relativ einfach, wenn sowohl der Lagerdom als auch das Klappengehäuse Blechumformteile sind.
Alternativ kann der als Blechumformteil ausgeführte Lagerdom durch einen Umformprozess an das Klappengehäuse angefügt sein, insbesondere wobei der Umformprozess ein Verklemmen, Vernieten und/oder Verklinschen umfasst. Bei einer solchen Ausgestaltung kann auf einen Schweißprozess verzichtet werden.
Bevorzugt ist der als Blechumformteil ausgeführte Lagerdom mittels wenigstens eines sich von einer Anlagefläche des Lagerdoms erstreckenden Eingriffselements an das Klappengehäuse angeklinscht. Bei dem Eingriffselement kann es sich um einen von der Anlagefläche abstehenden, zum Beispiel klauenartigen Vorsprung handeln. Ein solcher Vorsprung ist leicht herstellbar, beispielsweise ebenfalls durch einen Umformprozess. Bevorzugt sind an der Anlagefläche mehrere Eingriffselemente vorgesehen, welche um eine Drehlageraufnahme verteilt angeordnet sind. Mittels Klinschen oder Durchsetzfügen kann der Lagerdom schnell und dennoch mit hoher Festigkeit an dem Klappengehäuse angebracht werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der als Blechumformteil ausgeführte Lagerdom unter Ausbildung wenigstens eines in das Innere des Klappengehäuses ragenden Klinschvorsprungs an eine Außenseite des Klappengehäuses angeklinscht ist, wobei der Klinschvorsprung einen Anschlag für die verdrehbare Klappe bildet. Es muss dann kein separates Anschlagelement vorgesehen werden. Vielmehr wird der beim Klinschen ohnehin entstehende Klinschvorsprung durch gezieltes Positionieren in vorteilhafter Weise als Anschlag genutzt.
Es ist nicht zwingend notwendig, den als Blechumformteil ausgeführten Lagerdom an das Klappengehäuse anzufügen. Vielmehr sieht eine weitere Ausführungsform der Erfindung vor, dass der als Blechumformteil ausgeführte Lagerdom mittels einer Federeinrichtung gegen eine Außenseite des Klappengehäuses gedrückt und dadurch an dem Klappengehäuse gehalten ist. Bei dieser Ausgestaltung ist weder ein Schweißprozess noch ein Klemm-, Niet- oder Klinschprozess erforderlich.
Die Federeinrichtung kann hierbei ein von außen in den als Blechumformteil ausgeführten Lagerdom eingesetztes Drehlager – direkt oder indirekt – beaufschlagen, um den Lagerdom gegen die Außenseite des Klappengehäuses zu drücken. Die Federeinrichtung erfüllt hierbei eine Doppelfunktion, indem sie einerseits das Drehlager in die zugehörige Aufnahme des Lagerdoms drückt und andererseits über das Drehlager den Lagerdom an dem Klappengehäuse zuverlässig festlegt.
Um ein entsprechendes Einsetzen und Beaufschlagen des Drehlagers zu erleichtern, kann der als Blechumformteil ausgeführte Lagerdom eine insbesondere napfartige Aufnahme für ein Drehlager aufweisen, welche zu einer gehäuseabgewandten Seite des Lagerdoms hin geöffnet ist.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Anschlag für die verdrehbare Klappe durch einen Blechumformprozess direkt in das Klappengehäuse eingeformt ist. Das Vorsehen eines Anschlags kann mittels des Blechumformprozesses besonders schnell und einfach erfolgen.
Insbesondere kann der Anschlag unter Bildung eines Durchbruchs in das Klappengehäuse eingeformt sein, wobei der Durchbruch durch eine Anlagefläche des als Blechumformteil ausgebildeten Lagerdoms abgedeckt ist. Auf diese Weise wird einerseits eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Anschlags ermöglicht und andererseits die erforderliche Dichtigkeit des Klappengehäuses sichergestellt.
Weiterbildungen der Erfindung sind auch in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Explosionsdarstellung einer Klappeneinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt die Klappeneinrichtung gemäß 1 in montiertem Zustand.
3 ist eine Schnittansicht der Klappeneinrichtung gemäß 1.
4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der in 3 dargestellten Klappeneinrichtung.
5 ist eine Explosionsdarstellung einer Klappeneinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die in 1–4 dargestellte Klappeneinrichtung umfasst eine platten- oder scheibenartige Klappe 10, die an einer Klappenwelle 12 angebracht ist. Anstelle einer durchgehenden Klappenwelle 12 könnten auch an zwei gegenüberliegenden Seiten der Klappe 10 entsprechende Wellenstummel angebracht sein, die gemeinsam die Funktion einer Klappenwelle erfüllen. Die Klappe 10 ist in einem rohrförmigen Klappengehäuse 14, das beispielhaft einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, angeordnet und dient dazu, einen durch das Klappengehäuse 14 geführten Gasstrom, z. B. einen Abgasstrom, wahlweise freizugeben und zu sperren.
Die Wellenenden 13a, 13b der Klappenwelle 12 sind durch jeweilige Wellendurchführungen 16a, 16b aus dem Klappengehäuse 14 herausgeführt und mittels Drehlagern 18a, 18b, beispielsweise Gleit- oder Wälzlagern, gelagert. Die Drehlager 18a, 18b sind in Lagerdomen 20a, 20b aufgenommen, die im Bereich der Wellendurchführungen 16a, 16b an der Außenseite 21 des Klappengehäuses 14 angeordnet sind. Mittels der Drehlager 18a, 18b in den Lagerdomen 20a, 20b ist die Klappe 10 um die Klappenwelle 12 verdrehbar an dem Klappengehäuse 14 gelagert. Sofern die Klappe 10 quer zur Strömungsrichtung S des Gasstroms steht, ist dieser gesperrt. Umgekehrt ist ein weitgehend ungehinderter Gasstrom durch das Klappengehäuse 14 ermöglicht, wenn die Klappe 10 – wie in 2 dargestellt – bezüglich der Strömungsrichtung S in einer Längsausrichtung steht. Ein nicht dargestellter Stellantrieb, z. B. in Form eines elektrischen Aktuators oder einer Unterdruckdose, steht mit der Klappenwelle 12 in antriebswirksamer Verbindung und sorgt dafür, dass die Klappe 10 in Abhängigkeit von einem Steuersignal eine gewünschte Drehstellung einnimmt.
Sowohl das Klappengehäuse 14 als auch die beiden von dem Klappengehäuse 14 separaten Lagerdome 20a, 20b sind als Blechumformteile ausgeführt. Die Lagerdome 20a, 20b weisen jeweils einen napfartigen Aufnahmeabschnitt 22 zur Aufnahme eines der Drehlager 18a, 18b sowie einen sich um den Aufnahmeabschnitt 22 herum erstreckenden Flansch 24 auf, welcher zur Anlage des betreffenden Lagerdoms 20a, 20b an der Außenseite 21 des Klappengehäuses 14 ausgebildet ist.
Grundsätzlich können die Flansche 24 durch Formschluss gegen ein Verdrehen um die Wellenachse gesichert werden. Insbesondere sind formschlüssige Verdrehsicherungsmerkmale an der Fläche der Flansche 24 angeordnet, die an dem Klappengehäuse 14 anliegt.
Im konkreten Fall der Ausführungsform gemäß den 1 bis 4 weisen die Flansche 24 jeweils eine dem Klappengehäuse 14 zugewandte Anlagefläche 25a, 25b auf, welche mit der Form der Außenseite 21 des Klappengehäuses 14 in einem Umgebungsbereich der Wellendurchführungen 16a, 16b übereinstimmt. Während die Anlagefläche 25a des im Bild oberen Lagerdoms 20a glatt, das heißt durchgehend flächig ist, erstrecken sich von der Anlagefläche 25b des im Bild unteren Lagerdoms 20b drei Eingriffselemente 28, die um den napfartigen Aufnahmeabschnitt 22 verteilt angeordnet sind. Die klauenartigen Eingriffselemente 28 dienen dazu, den unteren Lagerdom 20b mittels eines Klinschprozesses am Klappengehäuse 14 zu befestigen. Beispielsweise werden die Eingriffselemente 28 durch vorbereitete Löcher in dem Gehäuse 14 geführt und anschließend umgebogen.
Wenigstens eines der nach Abschluss des Klinschprozesses in das Innere des Klappengehäuses 14 ragenden Eingriffselemente 28 kann einen Anschlag für die verdrehbare Klappe 10 bilden, sodass dementsprechend auf einen eigenständigen Anschlag verzichtet werden kann.
Während der untere Lagerdom 20b wie beschrieben an das Klappengehäuse 14 angeklinscht ist, ist der obere Lagerdom 20a nicht an das Klappengehäuse 14 angefügt. Vielmehr ist der obere Lagerdom 20a dadurch am Klappengehäuse 14 gehalten, dass eine Druckfeder 32 den Lagerdom 20a gegen die Außenseite 21 des Klappengehäuses 14 drückt. Der Aufnahmeabschnitt 22 ist bei dem oberen Lagerdom 20a derart gestaltet, dass das Drehlager 18a von der dem Klappengehäuse 14 abgewandten Seite aus einsetzbar ist. Mit anderen Worten weisen eine Öffnung 34 des Aufnahmeabschnitts 22 und die Anlagefläche 25a in entgegengesetzte Richtungen. Wie insbesondere in 3 und 4 zu erkennen ist, drückt die in einem napfartigen Käfig 36 angeordnete Druckfeder 32 über einen Ansatz 38 der Klappenwelle 12 sowie eine Unterlegscheibe 39 auf das Drehlager 18a, wodurch der Lagerdom 20a gegen die Außenseite 21 des Klappengehäuses 14 gepresst wird. Es ist daher kein Schweiß- oder Klinschprozess nötig, um den oberen Lagerdom 20a zuverlässig und weitgehend dicht an dem Klappengehäuse 14 zu halten.
Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klappeneinrichtung ist der Anschlag für die Klappe 10 nicht durch ein am unteren Lagerdom 20b vorgesehenes Eingriffselement gebildet, sondern durch ein mittels eines Blechumformprozesses direkt in das Klappengehäuse 14 eingeformtes Anschlagelement 40. Der hierbei gebildete Durchbruch 41 ist durch die Anlagefläche 25b des unteren Lagerdoms 20b' gasdicht abgedeckt. Bei der in 5 dargestellten Klappeneinrichtung sind die Aufnahmeabschnitte 22 beider Lagerdome 20a', 20b' zu dem Klappengehäuse 14 hin geöffnet. Ferner sind beide Lagerdome 20a', 20b' an das Klappengehäuse 14 angeschweißt.
Es versteht sich, dass je nach Anwendungsvorgabe lediglich einer der Lagerdome oder beide Lagerdome an das Klappengehäuse angeschweißt, angeklinscht oder angedrückt sein kann/können. Das heißt es ist in Abhängigkeit von der Anwendungssituation eine beliebige Kombination aus Anschweißen, Anklinschen und Andrücken wählbar.
Die Lagerdome 20a, 20b, 20a', 20b' können auf einfache und kostengünstige Weise durch einen Blechumformprozess wie zum Beispiel einen Tiefzieh- oder einen Innenhochdruckumformprozess gefertigt werden. Eine spanende Fertigung der in 1 bis 5 dargestellten Lagerdome 20a, 20b, 20a', 20b' wäre demgegenüber mit vergleichsweise hohen Herstellungskosten verbunden. Die Fertigung der Lagerdome 20a, 20b, 20a', 20b' mittels Blechumformen kann unabhängig von der Herstellung des Klappengehäuses 14 erfolgen. Die Erfindung ermöglicht somit eine besonders effiziente und kostengünstige Herstellung von Klappeneinrichtungen.
Bezugszeichenliste

10: Klappe
12: Klappenwelle
13a, 13b: Wellenende
14: Klappengehäuse
16a, 16b: Wellendurchführung
18a, 18b: Drehlager
20a, 20a', 20b, 20b': Lagerdom
21: Außenseite
22: Aufnahmeabschnitt
24: Flansch
25a, 25b: Anlagefläche
28: Eingriffselement
32: Druckfeder
34: Öffnung
36: Käfig
38: Ansatz
39: Unterlegscheibe
40: Anschlagelement
41: Durchbruch
S: Strömungsrichtung

Claims

Klappeneinrichtung zur Steuerung eines Gasstroms durch eine Rohrleitung, insbesondere Abgasklappeneinrichtung für einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Klappe (10), die an einem, insbesondere rohrförmigen, Klappengehäuse (14) um eine Klappenwelle (12) verdrehbar gelagert ist, wobei zum Lagern der Klappe (10) an dem Klappengehäuse (14) wenigstens zwei Drehlager (18a, 18b) vorgesehen sind, die in jeweiligen Lagerdomen (20a, 20b, 20a', 20b') aufgenommen sind, wobei die Lagerdome (20a, 20b, 20a', 20b') im Bereich von jeweiligen für die Klappenwelle (12) vorgesehenen Wellendurchführungen (16a, 16b) des Klappengehäuses (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Lagerdome (20a, 20b, 20a', 20b') als von dem Klappengehäuse (14) separates Blechumformteil ausgeführt ist.
Klappeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Lagerdome (20a, 20b, 20a', 20b') als von dem Klappengehäuse (14) separate Blechumformteile ausgeführt sind.
Klappeneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der als Blechumformteil ausgeführte Lagerdom (20a, 20b, 20a', 20b') durch einen Tiefzieh- oder Innenhochdruckumform-Prozess hergestellt ist.
Klappeneinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der als Blechumformteil ausgeführte Lagerdom (20a, 20b, 20a', 20b') einen, insbesondere napfartigen Aufnahmeabschnitt (22) zum Aufnehmen eines Drehlagers (18a, 18b) sowie einen sich um den Aufnahmeabschnitt (22) herum erstreckenden Flansch (24) zum Anlegen des Lagerdoms (20a, 20b, 20a', 20b') an eine Wand des Klappengehäuses (14) aufweist.
Klappeneinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klappengehäuse (14) ebenfalls als Blechumformteil ausgeführt ist.
Klappeneinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der als Blechumformteil ausgeführte Lagerdom (20a', 20b') an das Klappengehäuse (14) angeschweißt ist.
Klappeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der als Blechumformteil ausgeführte Lagerdom (20a, 20b) durch einen Umformprozess an das Klappengehäuse (14) angefügt ist, insbesondere wobei der Umformprozess ein Verklemmen, Vernieten und/oder Verklinschen umfasst.
Klappeneinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der als Blechumformteil ausgeführte Lagerdom (20b) mittels wenigstens eines sich von einer Anlagefläche (25b) des Lagerdoms (20b) erstreckenden Eingriffselements (28) an das Klappengehäuse (14) angeklinscht ist.
Klappeneinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der als Blechumformteil ausgeführte Lagerdom (20b) unter Ausbildung wenigstens eines in das Innere des Klappengehäuses (14) ragenden Klinschvorsprungs an eine Außenseite (21) des Klappengehäuses (14) angeklinscht ist, wobei der Klinschvorsprung einen Anschlag für die verdrehbare Klappe (10) bildet.
Klappeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der als Blechumformteil ausgeführte Lagerdom (20a) mittels einer Federeinrichtung (32) gegen eine Außenseite (21) des Klappengehäuses (14) gedrückt und dadurch an dem Klappengehäuse (14) gehalten ist.
Klappeneinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (32) ein von außen in den als Blechumformteil ausgeführten Lagerdom (20a) eingesetztes Drehlager (18a) beaufschlagt, um den Lagerdom (20a) gegen die Außenseite (21) des Klappengehäuses (14) zu drücken.
Klappeneinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der als Blechumformteil ausgeführte Lagerdom (20a) eine, insbesondere napfartige, Aufnahme für ein Drehlager (18a) aufweist, welche zu einer gehäuseabgewandten Seite des Lagerdoms (20a) hin geöffnet ist
Klappeneinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Anschlag für die verdrehbare Klappe (10) durch einen Blechumformprozess direkt in das Klappengehäuse (14) eingeformt ist.
Klappeneinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag unter Bildung eines Durchbruchs (41) in das Klappengehäuse (14) eingeformt ist, wobei der Durchbruch (41) durch eine Anlagefläche (25b) des als Blechumformteil ausgebildeten Lagerdoms (20b') abgedeckt ist.