DE102015202211B4

DE102015202211B4 - Klappeneinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015202211B4
Application number: DE102015202211.0A
Authority: DE
Inventors: Axel Wallner; Frank Wortmann; Markus Johnen
Original assignee: SMK Systeme Metall Kunststoff GmbH and Co KG
Current assignee: SMK Systeme Metall Kunststoff GmbH and Co KG
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2035-02-10
Also published as: DE102015202211A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klappeneinrichtung (10) zur Regulierung eines Abgasflusses. Die Klappeneinrichtung (10) weist eine Klappenscheibe auf, die mittels einer Klappenwelle (16) drehbar ist. Die Klappenwelle (16) ist über eine Kupplung (18) mit einer Aktorwelle (20) verbunden. Die Kupplung (18) weist ein erstes Kupplungsteils (32) auf, das bewegbar, aber verliersicher an einem zweiten Kupplungsteil (40) der Kupplung (18) gehalten ist. Um ein Klappern des ersten Kupplungsteils (32) relativ zum zweiten Kupplungsteil (40) zu vermeiden, ist zwischen den Kupplungsteilen (32, 40) ein Federelement (44) angeordnet, welches das zweite Kupplungsteil (40) vom ersten Kupplungsteil (32) wegpresst und mit einer Torsionskraft beaufschlagt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klappeneinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Eine solche Klappeneinrichtung ist aus der DE 10 2013 103 105 A1 bekannt geworden. Die bekannte Klappeneinrichtung umfasst eine Klappenscheibe, die mittels einer Klappenwelle rotierbar in einem Abgaskanal angeordnet ist. Die rotatorische Position der Klappenscheibe wird durch einen Aktor festgelegt, dessen Stellung von einer Aktorwelle über eine Kupplung an die Klappenwelle übertragen wird.
Die Klappenscheibe ist im Fahrzeugbetrieb in der Regel hohen Abgastemperaturen ausgesetzt, so dass die Klappenwelle relativ zur Aktorwelle Ausdehnungen und Schrumpfungen unterworfen ist. Diese Ausdehnungen und Schrumpfungen der Klappenwelle in Bezug auf die Aktorwelle werden durch die Kupplung kompensiert. Die Kupplung weist hierzu ein erstes Kupplungsteil und ein zweites Kupplungsteil auf, wobei die Kupplungsteile mit einem axialen und einem rotatorischen Spiel relativ zueinander angeordnet sind. Das axiale und rotatorische Spiel zwischen erstem und zweitem Kupplungsteil führt jedoch zu Ungenauigkeiten bei der Einstellung der Drehposition der Klappenscheibe und zum Klappern der Klappeneinrichtung. Die DE 10 2013 103 105 A1 sieht daher ein Federelement vor, welches das erste Kupplungsteil unter Vorspannung axial und rotatorisch gegen das zweite Kupplungsteil gepresst hält.
Aus der nachveröffentlichten DE 10 2014 017 523 A1 ist 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 bekannt geworden. Zwischen ineinandergreifenden Kupplungsbauteilen können verschleißnachstellende oder toleranzausgleichende Maßnahmen vorgesehen sein, indem Ausleger eines der Kupplungsbauteile in sich verjüngende Ausnehmungen im anderen Kupplungsbauteil eingreifen und dort unter Vorspannung anliegen.
Die bekannten Klappeneinrichtungen weisen jedoch einen Nachteil bei ihrer Demontage auf: Bei einer Demontage des Aktors von der Kupplung kann es aufgrund der Vorspannung des Federelements zu einem Auseinanderfallen der Kupplung kommen. Hierdurch wird eine erneute Montage des Aktors an der Kupplung signifikant erschwert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Klappeneinrichtung zu schaffen, bei der der Aktor auf vereinfachte Art und Weise austauschbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Klappeneinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen wieder.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird somit gelöst durch eine Klappeneinrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Klappeneinrichtung Folgendes aufweist:

a) eine Klappenscheibe;
b) eine Klappenwelle, die an der Klappenscheibe befestigt ist;
c) eine Aktorwelle zum Verstellen der Klappenscheibe, die in axialer Verlängerung der Klappenwelle angeordnet ist;
d) eine Kupplung zur Übertragung der Rotation der Aktorwelle auf die Klappenwelle, wobei die Kupplung Folgendes aufweist: i) ein erstes Kupplungsteil und ein zweites Kupplungsteil, wobei entweder das erste Kupplungsteil fest mit der Aktorwelle und das zweite Kupplungsteil lösbar mit der Klappenwelle oder das erste Kupplungsteil fest mit der Klappenwelle und das zweite Kupplungsteil lösbar mit der Aktorwelle verbunden ist, wobei das erste Kupplungsteil derart axial und rotatorisch begrenzt bewegbar unmittelbar am zweiten Kupplungsteil angeordnet ist, dass die beiden Kupplungsteile verliersicher aneinander gehalten sind; ii) ein Federelement, das derart unter Vorspannung einenends am ersten Kupplungsteil und anderenends am zweiten Kupplungsteil angeordnet ist, dass das erste Kupplungsteil rotatorisch am zweiten Kupplungsteil anschlägt.

Im Unterschied zur Klappeneinrichtung gemäß der DE 10 2013 103 105 A1 weist die erfindungsgemäße Klappeneinrichtung ein erstes Kupplungsteil auf, das axial begrenzt bewegbar unmittelbar am zweiten Kupplungsteil angeordnet ist. Mit anderen Worten ist das erste Kupplungsteil zwar bewegbar am zweiten Kupplungsteil angeordnet, jedoch nicht zerstörungsfrei von diesem trennbar. Soll der Aktor somit, beispielsweise aufgrund eines mechanischen oder elektrischen Defekts, mitsamt der Aktorwelle ausgetauscht werden, so kann eine Demontage erfolgen, ohne dass die Gefahr besteht, unter einer Federvorspannung stehende Teile der Kupplung zu verlieren.
Unter dem Begriff „axial” wird dabei erfindungsgemäß die Richtung der Längsachse der Kupplung verstanden. Weiterhin wird unter dem Begriff „rotatorisch” eine Drehbarkeit um die Längsachse der Kupplung verstanden.
Bevorzugt weist das erste Kupplungsteil eine erste Kupplungsausnehmung auf, in die ein erster Kupplungsvorsprung des zweiten Kupplungsteils eingreift, wobei das erste Kupplungsteil weiterhin eine zweite Kupplungsausnehmung aufweist, in die ein zweiter Kupplungsvorsprung des zweiten Kupplungsteils eingreift. Durch die beschriebene erfindungsgemäße Variante der Klappeneinrichtung kann das erste Kupplungsteil auf konstruktiv einfache Art und Weise begrenzt bewegbar am zweiten Kupplungsteil angeordnet werden.
Die Herstellung der Klappeneinrichtung kann dadurch vereinfacht werden, dass die erste Kupplungsausnehmung und/oder die zweite Kupplungsausnehmung in Form einer quer zur Längsachse der Kupplungsausnehmung rundum geschlossenen Durchgangsausnehmung ausgebildet ist/sind.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Kupplungsteil in Form eines Blechbiegeteils mit U-förmiger Grundform ausgebildet, wobei die erste Kupplungsausnehmung und die zweite Kupplungsausnehmung jeweils im Bereich der (freien) Enden der U-Form ausgebildet sind. In diesem Fall können bei der Herstellung der Klappeneinrichtung die Enden der U-Form zur Verbindung von erstem Kupplungsteil und zweitem Kupplungsteil auf einfache Art und Weise zum zweiten Kupplungsteil hin gebogen werden, um das erste Kupplungsteil begrenzt bewegbar am zweiten Kupplungsteil anzuordnen.
Das erste Kupplungsteil kann erfindungsgemäß einen Federanschlag zur Anlage eines ersten Endes des Federelements aufweisen. Der Federanschlag ist dabei bevorzugt in Form einer gebogenen Lasche an einem ersten Kupplungsteil in Form eines Blechbiegeteils ausgebildet.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Klappeneinrichtung ist die feste Verbindung zwischen erstem Kupplungsteil und Aktorwelle oder Klappenwelle in Form einer Schweißverbindung ausgebildet. Die Schweißverbindung ermöglicht auch bei großen thermischen Schwankungen eine sichere Anbindung des ersten Kupplungsteils.
Weiter bevorzugt ist die lösbare Verbindung zwischen dem zweiten Kupplungsteil und der Aktorwelle oder der Klappenwelle in Form einer Formschlussverbindung ausgebildet. Besonders bevorzugt weist dabei das zweite Kupplungsteil einen Steg auf, der in einen an der Aktorwelle bzw. der Klappenwelle ausgebildeten Schlitz eingreift.
Das zweite Kupplungsteil kann erfindungsgemäß ein Topfteil und ein fest mit dem Topfteil verbundenes Deckelteil aufweisen, wobei das Topfteil unmittelbar an dem Federelement und das Deckelteil unmittelbar begrenzt bewegbar am ersten Kupplungsteil angeordnet ist.
Das Topfteil kann eine Ausnehmung, insbesondere einen Federschlitz, zur Aufnahme eines zweiten Endes des Federelements aufweisen. Das Federelement ist dadurch auf einfache Weise am zweiten Kupplungsteil montierbar. Zur Führung des Federelements weist das Topfteil besonders bevorzugt eine Einbuchtung auf. Der radiale Innendurchmesser der Einbuchtung, d. h. der radiale Innendurchmesser des Topfteils senkrecht zur Längsachse des zweiten Kupplungsteils, entspricht dabei bevorzugt dem radialen Außendurchmesser des Federelements.
Das Federelement ist bevorzugt in Form einer Wendelfeder ausgebildet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt sowie aus den Ansprüchen.
Die in der Zeichnung gezeigten Merkmale sind derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.
Es zeigen:
1a eine geschnittene Seitenansicht einer Klappeneinrichtung mit einer Kupplung;
1b einen Ausschnitt aus 1a im Bereich der Kupplung;
2 eine perspektivische Ansicht der Kupplung aus den 1a und 1b; und
3 eine geschnittene Seitenansicht der Kupplung aus 2.
1a zeigt eine Klappeneinrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug. Die Klappeneinrichtung 10 weist eine Klappenscheibe 12 auf, die zur Regulierung des Abgasflusses in einem Abgaskanal 14 angeordnet ist. Die Klappenscheibe 12 ist fest mit einer Klappenwelle 16 verbunden. Die Klappenwelle 16 ist über eine Kupplung 18 mit einer Aktorwelle 20 gekoppelt. Die Aktorwelle 20 wird von einem Aktor 22 angetrieben. Der Aktor 22 kann beispielsweise als elektrischer Abgasklappensteller ausgebildet sein. Der Aktor 22 ist an einem Halter 24 montiert. Zum Schutz vor einer Überhitzung des Aktors 22 weist die Klappeneinrichtung 10 ein Abschirmblech 26 auf.
1b zeigt die Klappeneinrichtung 10 in einer ausschnittsweisen Detaildarstellung im Bereich der Kupplung 18. Aus 1b ist ersichtlich, dass die Aktorwelle 20 eine Längsachse 28 aufweist, deren Verlängerung einer Längsachse 30 der Klappenwelle 16 entspricht.
Die Kupplung 18 weist ein erstes Kupplungsteil 32 auf, das vorzugsweise über eine Schweißverbindung 34 mit der Klappenwelle 16 fest verbunden ist. Die Klappenwelle 16 ist über eine Lagerung 36, insbesondere in Form einer temperaturbeständigen Grafitlagerung, drehbar an einem Schaft 38 der Klappeneinrichtung 10 angeordnet.
Die Kupplung 18 weist weiterhin ein zweites Kupplungsteil 40 auf, das über eine Spielpassung 42 mit der Aktorwelle 20 lösbar verbunden (drehgekoppelt) ist. Die Aktorwelle 20 ist somit lösbar teilweise in das zweite Kupplungsteil 40 eingeführt. Alternativ dazu kann das zweite Kupplungsteil 40 einen Vorsprung vorweisen, der teilweise in die Aktorwelle 20 eingeführt ist. Bei einem technischen Defekt des Aktors 22 (siehe 1a) kann dieser auf einfache Art und Weise mitsamt der Aktorwelle 20 ausgetauscht werden, indem der Aktor 22 mitsamt der Aktorwelle 20 im Bereich der Spielpassung 42 von dem zweiten Kupplungsteil 40 abgehoben wird.
Ein Federelement 44 in Form einer Wendelfeder ist verliersicher zwischen dem ersten Kupplungsteil 32 und dem zweiten Kupplungsteil 40 angeordnet. Das Federelement 44 ist dabei endseitig in einem Federschlitz 45 gehalten.
2 zeigt die Kupplung 18 in Alleinstellung. Aus 2 ist ersichtlich, dass das erste Kupplungsteil 32 U-förmig ausgebildet ist. Im Bereich der Enden 46, 48 der U-Form weist das erste Kupplungsteil 32 jeweils eine Kupplungsausnehmung 50, 52 auf. Die Kupplungsausnehmungen 50, 52 sind in Form von Durchgangsausnehmungen ausgebildet. In die Kupplungsausnehmungen 50, 52 ragt jeweils ein Kupplungsvorsprung 54, 56. Die Kupplungsvorsprünge 54, 56 sind am zweiten Kupplungsteil 40 ausgebildet.
Aus 2 ist weiterhin ersichtlich, dass das zweite Kupplungsteil 40 einen Steg 58 aufweist, der einteilig mit dem zweiten Kupplungsteil 40 ausgebildet ist. Der Steg 58 dient der zumindest teilweise formschlüssigen Verbindung des zweiten Kupplungsteils 40 mit der Aktorwelle 20 (siehe 1b).
Wie aus 2 hervorgeht, weist das erste Kupplungsteil 32 einen Federanschlag 60 auf, an dem das Federelement 44 (siehe 1b) endseitig anliegt.
Das erste Kupplungsteil 32 ist als Blechbiegeteil ausgebildet. Zur Montage der Kupplung 18 kann daher das zweite Kupplungsteil 40 in das erste Kupplungsteil 32 eingesetzt werden, wenn die Enden 46, 48 aufgebogen sind. Anschließend werden die Enden 46, 48 zum zweiten Kupplungsteil 40 hin gebogen, sodass die Kupplungsvorsprünge 54, 56 in die Kupplungsausnehmungen 50, 52 eingreifen. Das zweite Kupplungsteil 40 wird dadurch verliersicher am ersten Kupplungsteil 32 gehalten. Insbesondere begrenzen Anschläge 62, 64 die axiale Bewegung des zweiten Kupplungsteils 40 weg vom Bodenteil 66 des U-förmigen ersten Kupplungsteils 32.
3 zeigt einen Querschnitt der Kupplung 18. Aus 3 ist ersichtlich, dass das zweite Kupplungsteil 40 axial, d. h. in Richtung der Längsachse 68 der Kupplung 18, begrenzt in den Kupplungsausnehmungen 50, 52 gehalten wird. Das zweite Kupplungsteil 40 weist auch ein rotatorisches Spiel, d. h. eine Drehbarkeit um die Längsachse 68, relativ zum ersten Kupplungsteil 32 auf. Hierdurch sind Ausdehnungen und Schrumpfungen aufgrund von Temperaturänderungen kompensierbar. Um trotz des Spiels ein Klappern der Kupplung 18 zu vermeiden, werden sowohl das rotatorische als auch das axiale Spiel durch das Federelement 44 (siehe 1b) überwunden. Das Federelement 44 (siehe 1b) ist dabei teilweise in einer Einbuchtung 70 geführt. Die Einbuchtung 70 ist in einem Topfteil 72 des zweiten Kupplungsteils 40 ausgebildet. Das Topfteil 72 ist fest mit einem Deckelteil 74 des zweiten Kupplungsteils 40 verbunden.
Die Erfindung betrifft zusammenfassend eine Klappeneinrichtung zur Regulierung eines Abgasflusses. Die Klappeneinrichtung weist eine Klappenscheibe auf, die mittels einer Klappenwelle drehbar ist. Die Klappenwelle ist über eine Kupplung mit einer Aktorwelle verbunden. Die Kupplung weist ein erstes Kupplungsteils auf, das bewegbar, aber verliersicher an einem zweiten Kupplungsteil der Kupplung gehalten ist. Um ein Klappern des ersten Kupplungsteils relativ zum zweiten Kupplungsteil zu vermeiden, ist zwischen den Kupplungsteilen ein Federelement angeordnet, welches das zweite Kupplungsteil vom ersten Kupplungsteil wegpresst und mit einer Torsionskraft beaufschlagt.

Claims

Klappeneinrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Klappeneinrichtung (10) Folgendes aufweist: a) eine Klappenscheibe (12); b) eine Klappenwelle (16), die an der Klappenscheibe (12) befestigt ist; c) eine Aktorwelle (20) zum Verstellen der Klappenscheibe (12), die in axialer Verlängerung der Klappenwelle (16) angeordnet ist; d) eine Kupplung (18) zur Übertragung der Rotation der Aktorwelle (20) auf die Klappenwelle (16), wobei die Kupplung (18) Folgendes aufweist: i) ein erstes Kupplungsteil (32) und ein zweites Kupplungsteil (40), wobei entweder das erste Kupplungsteil (32) fest mit der Aktorwelle (20) und das zweite Kupplungsteil (40) lösbar mit der Klappenwelle (16) oder das erste Kupplungsteil (32) fest mit der Klappen-welle (16) und das zweite Kupplungsteil (40) lösbar mit der Aktorwelle (20) verbunden ist, wobei das erste Kupplungsteil (32) derart axial und rotatorisch begrenzt bewegbar unmittelbar am zweiten Kupplungsteil (40) angeordnet ist, dass die beiden Kupplungsteile (32, 40) verliersicher aneinander gehalten sind; ii) ein Federelement (44), das derart unter Vorspannung einenends am ersten Kupplungsteil (32) und anderenends am zweiten Kupplungsteil (40) angeordnet ist, dass das erste Kupplungsteil (32) rotatorisch am zweiten Kupplungsteil (40) anschlägt.
Klappeneinrichtung nach Anspruch 1, bei der das erste Kupplungsteil (32) eine erste Kupplungsausnehmung (50) aufweist, in die ein erster Kupplungsvorsprung (54) des zweiten Kupplungsteils (40) eingreift und das erste Kupplungsteil (32) eine zweite Kupplungsausnehmung (52) aufweist, in die ein zweiter Kupplungsvorsprung (56) des zweiten Kupplungsteils (40) eingreift.
Klappeneinrichtung nach Anspruch 2, bei der die erste Kupplungsausnehmung (50) und/oder die zweite Kupplungsausnehmung (52) in Form einer quer zur Längsachse der Kupplungsausnehmung (50, 52) rundum geschlossenen Durchgangsausnehmung ausgebildet ist/sind.
Klappeneinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der das erste Kupplungsteil (32) in Form eines Blechbiegeteils mit U-förmiger Grundform ausgebildet ist, wobei die erste Kupplungsausnehmung (50) und die zweite Kupplungsausnehmung (52) jeweils im Bereich eines der Enden (46, 48) der U-Form ausgebildet sind.
Klappeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das erste Kupplungsteil (32) einen Federanschlag (60) zur Anlage eines ersten Endes des Federelements (44) aufweist.
Klappeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die feste Verbindung zwischen dem ersten Kupplungsteil (32) und der Aktorwelle (20) oder der Klappenwelle (16) in Form einer Schweißverbindung (34) ausgebildet ist.
Klappeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die lösbare Verbindung zwischen dem zweiten Kupplungsteil (40) und der Aktorwelle (20) oder der Klappenwelle (16) in Form einer Formschlussverbindung ausgebildet ist.
Klappeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das zweite Kupplungsteil (40) ein Topfteil (72) und ein fest mit dem Topfteil verbundenes Deckelteil (74) aufweist, wobei das Topfteil (72) unmittelbar am Federelement (44) und das Deckelteil (74) unmittelbar begrenzt bewegbar am ersten Kupplungsteil (32) angeordnet sind.
Klappeneinrichtung nach Anspruch 8, bei der das Topfteil (72) einen Federschlitz (45) zur Aufnahme eines zweiten Endes des Federelements (44) aufweist.
Klappeneinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei der das Topfteil (72) eine Einbuchtung (70) aufweist, in der das Federelement (44) zumindest teilweise geführt ist.