DE102015221953B4

DE102015221953B4 - Abgasklappenanordnung mit geräuschoptimiertem Radialgleitlager

Info

Publication number: DE102015221953B4
Application number: DE102015221953.4A
Authority: DE
Inventors: Axel Wallner; Stephan Pflugfelder; 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: 2015-11-09
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2019-05-02
Anticipated expiration: 2035-11-10
Also published as: DE102015221953A1

Abstract

Abgasklappenanordnung (10) für den Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine, einem Abgasrohr (12) und mit einer darin angeordneten Abgasklappe (14), die an einer Betätigungswelle (16) befestigt ist, mittels derer die Abgasklappe (14) relativ zur Längsachse (20) der Betätigungswelle (16) verschwenkbar ist, wobei die Betätigungswelle (16) in einem Radialgleitlager (26) gelagert ist, das eine in radialer Richtung innere Lagerbuchse (30) mit einer Lagerfläche (34) für die Betätigungswelle (16) und einen in radialer Richtung äußeren Stützring (36) aufweist, an der die Lagerbuchse (30) abgestützt ist, wobei in radialer Richtung zwischen der Lagerbuchse (30) und dem Stützring (36) eine Drahthülse (38) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialgleitlager (26) als ein axiales Loslager ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasklappenanordnung für den Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Abgasrohr und mit einer darin angeordneten Abgasklappe, die an einer Betätigungswelle befestigt ist, mittels derer die Abgasklappe relativ zur Längsachse der Betätigungswelle verschwenkbar ist. Die Betätigungswelle ist in einem Radialgleitlager gelagert, das eine in radialer Richtung innere Lagerbuchse mit einer Lagerfläche für die Betätigungswelle und einen in radialer Richtung äußeren Stützring aufweist, an der die Lagerbuchse abgestützt ist.
Aus DE 10 2004 024 056 A1 ist ein Ventil für eine Abgasleitung bekannt geworden. Dieses Abgasleitungs-Ventil enthält ein Gehäuse, eine Lagerhülse, die mit zwei voneinander abgewandten, konischen Lagerflächen versehen ist, und eine Ventilspindel, die mit einer Ventilplatte versehen ist und sich durch die Lagerhülse erstreckt. Die der Ventilplatte zugewandte Lagerfläche der Lagerhülse wirkt mit einer konischen Widerlagerfläche im Gehäuse zusammen. Die von der Ventilplatte abgewandte Lagerfläche wirkt mit einer ebenfalls konischen Widerlagerfläche einer Lagerschale zusammen. Die Lagerschale ist gegen die zugeordnete Lagerfläche der Lagerhülse vorgespannt. Die Lagerschale kann aus einem Drahtgestrick bestehen, so dass sie durch ihre Eigenelastizität die Vorspannung bewirkt.
Aus DE 10 2004 046 076 A1 und DE 10 2013 206 550 A1 sind weitere Abgasklappenanordnungen bekannt geworden.
Derartige Abgasklappenanordnungen werden bei Kraftfahrzeugen beispielsweise im Bereich von Abgasrückführungssystemen eingesetzt und sind üblicherweise Betriebstemperaturen von mehreren hundert Grad Celsius ausgesetzt. Im Betriebseinsatz kann es bei Verstellbewegungen der Abgasklappe bzw. Klappenscheibe bzw. auch durch die Anströmung der Abgasklappe mit Abgasen, d.h. unter Last, zu unerwünschten Geräuschentwicklungen kommen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine vorgenannte Abgasklappenanordnung derart weiterzuentwickeln, dass diese eine geringere Geräuschentwicklung auch unter hohen Betriebstemperaturen aufweist und bei der zugleich ein reibungs- und verschleißarmer Betrieb ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Abgasklappenanordnung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Die erfindungsgemäße Abgasklappenanordnung zeichnet sich im Betriebseinsatz durch eine insgesamt geringere Geräuschentwicklung aus. Die in radialer Richtung zwischen der Lagerbuchse und dem Stützring angeordnete Drahthülse kann schwingungsbedingte Geräusche effektiv dämpfen. Derlei Geräusche können beispielsweise durch die Anströmung der Abgasklappe durch die im Abgasrohr strömend geführten Abgase, durch Stellbewegungen der Abgasklappe oder auch durch temperaturbedingte Exzentrizitäten der Betätigungsachse auftreten. Die für das Dämpfungsverhalten der Drahthülse maßgebliche (zumindest abschnittsweise) elastische Verformbarkeit der Drahthülse kann dabei durch eine geeignete Wahl des Drahtmaterials, der Dichte des Drahtmaterials sowie auch des Drahtgefüges auf einfache Weise eingestellt werden. Die Lagerbuchse sowie auch der Stützring sind im Vergleich zur Drahthülse in radialer Richtung formstabil, d.h. gegenüber angreifenden Kräften verformungssteif, ausgeführt. Das Dämpfungsvermögen der Drahthülse ist auch unter hohen Betriebstemperaturen gewährleistet. Das Radialgleitlager ist erfindungsgemäß als ein axiales Loslager ausgeführt.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Drahthülse aus einem metallischen Strickmaterial gebildet. Ein solcher Strickverbund des Drahtmaterials gewährleistet eine besonders gleichmäßige Verteilung des Drahtmaterials über das Raumvolumen der Drahthülse. Darüber hinaus wird dadurch ein mechanisch belastbarer Zusammenhalt des Drahtmaterials gewährleistet. Darüber hinaus bietet der Einsatz eines Strickmaterials fertigungstechnische Vorteile.
Die Drahthülse weist vorzugsweise eine Wandstärke auf, die weniger als halb so groß ist, wie die Wandstärke der Lagerbuchse. Besonders bevorzugt beträgt die Wandstärke der Drahthülse ungefähr ein Drittel der Wandstärke der Lagerbuchse. Dadurch kann das Radialgleitlager ohne Einbußen der Funktionalität kompakt ausgeführt werden. Darüber hinaus wird eine ausreichende Flexibilität der Drahthülse in radialer Richtung ermöglicht.
Der Stützring kann die Drahthülse und die Lagerbuchse zumindest einenends in axialer Richtung abschnittsweise übergreifen. Dadurch kann die Drahthülse auf einfache Weise montiert und im Stützring in axialer Richtung bezüglich der Längsachse der Betätigungswelle lagefixiert gehalten werden.
Das Radialgleitlager kann darüber hinaus ein Halteelement aufweisen, durch das die Drahthülse innerhalb des Stützrings in axialer Richtung lagefixiert gehalten ist. Das Halteelement kann im konstruktiv einfachsten Fall als ein in einer Nut des Stützrings angeordneter Sprengring ausgeführt sein. Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist das Halteelement eine im Wesentlichen U-förmige Querschnittsform auf und erstreckt sich in axialer Richtung in den Stützring hinein. Bei dieser Ausführungsform kann das Radialgleitlager zugleich gegenüber einem unerwünschten Eindringen von Verunreinigungen geschützt, d.h. gekapselt, werden.
Die Lagerfläche der Lagerbuchse ist in Umfangsrichtung der Lagerbuchse bevorzugt stufenfrei ausgeführt, um ein nachteiliges Stick-Slip Verhalten der Betätigungswelle in der Lagerbuchse bzw. einem unnötig hohen Reibwiderstand der beiden Bauteile entgegenzuwirken. Die Lagerbuchse ist vorzugsweise einstückig ausgebildet und kann aus Stahl, Messing oder einem anderen geeigneten Lagerwerkstoff gebildet sein. Wesentlich ist, dass die Lagerbuchse in radialer Richtung biegesteif, d.h. im Wesentlichen nicht verformbar ausgeführt ist, um einen ausreichend präzisen Formschluss mit der Betätigungswelle zu erreichen und deren großflächige und präzise Führung auch unter Last zu ermöglichen.
Das Radialgleitlager ist aus fertigungstechnischen Gründen vorteilhaft über den Stützring am Abgasrohr befestigt. Der Stützring kann mit dem Abgasrohr insbesondere verschweißt sein, um eine langlebige und belastbare Befestigung des Radialgleitlagers zu ermöglichen.
Die Betätigungswelle ist vorzugsweise über zumindest ein weiteres Radialgleitlager am Abgasrohr bzw. einem mit dem Abgasrohr verbundenen Gehäuse, beispielsweise eines Aktors, verbunden. Der genannte Aktor kann in an sich bekannter Weise einen elektromotorischen bzw. einen pneumatischen Antrieb aufweisen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:

1 eine Abgasklappenanordnung mit einer über eine Betätigungswelle verschwenkbaren Abgasklappe, in einer Schnittdarstellung; und
2 eine ausschnittsweise Detaildarstellung der Abgasklappenanordnung gemäß 1, in einer Schnittdarstellung.

1 zeigt eine Abgasklappenanordnung 10, die insbesondere für den Einsatz im Abgasstrang eines mit einer Brennkraftmaschine betriebenen Kraftfahrzeugs (in 1 nicht gezeigt) geeignet ist. Die Abgasklappenanordnung 10 weist ein von Abgasen durchströmbares Abgasrohr 12 auf, in dem eine Klappenscheibe bzw. Abgasklappe 14 angeordnet ist. Die Abgasklappe 14 dient einem Regeln der Abgasströmung, d.h. dem Regeln eines von den Abgasen der Brennkraftmaschine durchströmbaren Querschnitts, des Abgasrohrs 12. Die Abgasklappe 14 ist drehfest auf einer Betätigungswelle 16 befestigt. Die Betätigungswelle 16 ist in an sich bekannter Weise mittels eines Aktuators 18 um ihre Längsachse 20 verschwenkbar am Abgasrohr 12 gelagert. Der Aktuator 18 kann beispielsweise einen Elektromotor umfassen bzw. als ein pneumatischer Antrieb ausgebildet sein. Der Aktuator 18 weist eine Antriebswelle 22 auf, die über eine Kupplung 24 mit der Betätigungswelle bewegungsgekoppelt ist. Die Betätigungswelle 16 ist über ein erstes und ein zweites Radialgleitlager 26, 28 am Abgasrohr 12 gelagert.
Das erste Radialgleitlager 26 ist als ein sogenanntes Loslager ausgeführt und das zweite Radialgleitlager 28 kann als ein sogenanntes Festlager ausgeführt sein. Das erste Radialgleitlager 26 weist eine Lagerbuchse 30 für die Betätigungswelle 16 auf. Die Lagerbuchse 30 ist einstückig ausgeführt. Die Betätigungswelle 16 liegt mit ihrer Mantelfläche 32 im Gleitspiel-Formschluss an einer Lagerfläche 34 der Lagerbuchse 30 an. Die Lagerfläche 34 ist zwecks einer reibungsarmen Lagerung der Betätigungswelle 16 in der Lagerbuchse 30 spalt- bzw. stufenfrei ausgeführt. es versteht sich, dass dabei ein gewisses Lagerspiel vorteilhaft ist.
Zur radial außenseitigen Abstützung der Lagerbuchse 30 am Abgasrohr 12 dient jeweils ein äußerer Stützring 36, der am Abgasrohr 12 befestigt ist. Der Stützring 36 ist mit dem Abgasrohr 12 vorzugsweise umfangsseitig verschweißt.
2 zeigt den in 1 mit „B“ bezeichneten Ausschnitt der Abgasklappenanordnung 10 mit dem als axiales Loslager ausgeführten ersten Radialgleitlager 26 in einer vergrößerten Darstellung.
In radialer Richtung zwischen der Lagerbuchse 30 und dem Stützring 36 ist eine Drahthülse 38 angeordnet. Die Lagerbuchse 30 liegt mit ihrer Außenseite 40 an der Drahthülse 38 unmittelbar an und ist über die Drahthülse 38 an dem Stützring 36 innenseitig abgestützt. Die Drahthülse 38 ermöglicht eine in radialer Richtung schwimmende, d.h. geringfügig elastisch auslenkbare, Halterung der Lagerbuchse 30 im Stützring 36. Die Drahthülse 38 ist gegenüber den im Abgasstrang von Kraftfahrzeugen auftretenden Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius unempfindlich. Das erste Radialgleitlager 26 weist dadurch eine hohe Verschleißfestigkeit auf und ermöglicht selbst unter Last, beispielsweise bei Anströmung der Abgasklappe 14 mit Abgasen, eine besonders geräuscharme, reibungsarme und damit verschleißarme Lagerung der Betätigungswelle 16 bzw. der Abgasklappe 14. Dadurch können insgesamt auch die für ein Verschwenken der Betätigungswelle 16 und somit der Abgasklappe 14 erforderlichen Stellkräfte des Aktuators 18 verringert werden. Die Drahthülse weist eine mit 42 bezeichnete Wandstärke auf. Die Lagerbuchse weist eine mit 44 bezeichnete zweite Wandstärke auf. Die erste Wandstärke 42 der Drahthülse 38 beträgt weniger als die Hälfte, hier ungefähr ein Drittel, der zweiten Wandstärke 44 der Lagerbuchse 30. Die Drahthülse 38 kann insbesondere durch ein (formgepresstes) Drahtgestrick gebildet sein.
Wie aus 2 hervorgeht, sind die Drahthülse 38 sowie auch die Lagerbuchse 30 des ersten Radialgleitlagers 26 durch ein Halteelement 46 unverlierbar im Stützring 36 gehalten angeordnet. Das Halteelement 46 ist hohlstopfenartig ausgebildet und erstreckt sich in axialer Richtung in den Stützring 36 hinein. Das Halteelement 46 liegt an der Drahthülse 38 stirnseitig unmittelbar an. Das Halteelement 46 kann mit dem Stützring 36 insbesondere verschweißt und/oder verschraubt sein. Das Halteelement 46 dient dadurch einem Schutz gegenüber einem unerwünschten Eindringen von Verunreinigungen in das erste Radialgleitlager 26.
Bei der Montage des ersten Radialgleitlagers 26 wird die Drahthülse 38 in den Stützring 36 des Radialgleitlagers 26 eingelegt und im Stützrings 36 in axialer Richtung sowie in radialer Richtung mit dem Stützring verpresst.

Claims

Abgasklappenanordnung (10) für den Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine, einem Abgasrohr (12) und mit einer darin angeordneten Abgasklappe (14), die an einer Betätigungswelle (16) befestigt ist, mittels derer die Abgasklappe (14) relativ zur Längsachse (20) der Betätigungswelle (16) verschwenkbar ist, wobei die Betätigungswelle (16) in einem Radialgleitlager (26) gelagert ist, das eine in radialer Richtung innere Lagerbuchse (30) mit einer Lagerfläche (34) für die Betätigungswelle (16) und einen in radialer Richtung äußeren Stützring (36) aufweist, an der die Lagerbuchse (30) abgestützt ist, wobei in radialer Richtung zwischen der Lagerbuchse (30) und dem Stützring (36) eine Drahthülse (38) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialgleitlager (26) als ein axiales Loslager ausgeführt ist.
Abgasklappenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahthülse (38) ein Drahtgestrick umfasst.
Abgasklappenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahthülse (36) eine Wandstärke (42) aufweist, die weniger als halb so groß ist, wie die Wandstärke (44) der Lagerbuchse (30).
Abgasklappenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (36) die Drahthülse (38) und die Lagerbuchse (30) einenends in axialer Richtung übergreift.
Abgasklappenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Radialgleitlager (26) ein Halteelement (46) aufweist, durch das die Drahthülse (38) innerhalb des Stützrings (36) in axialer Richtung lagefixiert gehalten ist.
Abgasklappenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (46) eine im Wesentlichen U-förmige Querschnittsform aufweist und sich in axialer Richtung in den Stützring (36) hineinerstreckt.
Abgasklappenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (30) und der Stützring (36) in radialer Richtung biegesteif ausgeführt sind.
Abgasklappenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerfläche (34) der Lagerbuchse (30) spalt- und/oder stufenfrei ausgeführt ist.
Abgasklappenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Radialgleitlager (26) über den Stützring (36) am Abgasrohr (12) befestigt ist.
Abgasklappenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungswelle (16) über zwei Radialgleitlager (26, 28) am Abgasrohr (12) gelagert ist.