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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasklappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Strömungsgehäuse, das einen Abgaskanal begrenzt, einer Stellwelle, wenigstens einem Klappenkörper, der auf der Stellwelle drehbar im Abgaskanal angeordnet ist und einer Gehäusebohrung im Strömungsgehäuse, durch welche die Stellwelle nach außen ragt. Weiter umfasst die Abgasklappenvorrichtung eine Lagerbuchse, welche in der Gehäusebohrung angeordnet ist und in der die Stellwelle gelagert ist, und eine Dichtungsanordnung, welche einen Spalt zwischen der Gehäusebohrung des Strömungsgehäuses und der Stellwelle abdichtet. Die Dichtungsanordnung ist gebildet aus mehreren Dichtringen, wobei mindestens ein erster Dichtring an der Gehäusebohrung radial anliegt und mindestens ein zweiter Dichtring an der Stellwelle radial anliegt.
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Derartige Abgasklappenvorrichtungen dienen beispielsweise als Abgasstauklappen oder Abgasrückführklappen im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors. Das Abgas enthält Schadstoffe, welche nicht nach außen dringen dürfen, so dass eine zuverlässige Abdichtung entlang der Welle, die nach außen in Richtung eines Aktuators ragt, sichergestellt werden muss. Diese Abdichtung muss bei den wechselnden thermischen Belastungen jederzeit einwandfrei funktionieren. Zusätzlich muss mit den Klappen eine sehr genaue Regelbarkeit eingehalten werden, um die Schadstoffrichtlinien moderner Verbrennungsmotoren zu erfüllen.
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Eine gattungsgemäße Abgasklappenvorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 10 2009 049 614 A1 bekannt. Dieser Stand der Technik offenbart ebenfalls eine Dichtungsanordnung, bei welcher die Dichtringe radial an der Gehäusebohrung und radial an der Stellwelle anliegen. Diese Dichtringe liegen im Einbauzustand direkt aneinander an, so dass es durch die gegenseitige Reibung zu Materialabtragungen an den Dichtringen kommt. Dadurch wird die Dichtwirkung der Dichtungsanordnung vermindert.
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Des Weiteren ist aus der
JP 2012-41 886 A eine Abgasklappe bekannt, bei der federnde Dichtungsringe um die Welle in der Lagerbohrung angeorndet sind, durch die ein Lager gegen die Klappe belastet wird, um eine Dichtwirkung zu erzielen. Die Dichtungsringe bestehen aus zwei Lagen, wovon eine Lage metallisch ist und die andere Lage aus einem anorganischen Material hergestellt ist.
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Die
DE 554 053 A offenbart eine Abdichtung einer umlaufenden Hohlwelle, bei der zur Abdichtung mehrere Ringe um die Welle angeordnet sind, zwischen denen Papierscheiben angeordnet sind, welche zur Dichtung und als Abstandshalter dienen. Eine Eignung für eine Abgasklappe ist aufgrund der thermischen Belastung nicht gegeben.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Abgasklappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, bei welcher ein Abstand zwischen den Dichtringen bei der Montage einfach und zuverlässig einstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Abgasklappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Abgasklappenvorrichtung ist eine Montagezwischenlage definierter Dicke zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtring angeordnet, deren Abmaße sich unter thermischer Belastung verringern. Unter Montagezwischenlage nach der vorliegenden Erfindung ist jegliche Ausgestaltung und Anordnung von Material zu verstehen, welches geeignet ist, bei der Montage einen definierten Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtring zu gewährleisten. Diese Montagezwischenlage kann dabei aus einem einzigen Teil, beispielsweise in Form eines Ringes, oder aus mehreren Teilen, die beispielsweise gleichmäßig in einem Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtring verteilt sind, vorliegen. Die Dicke der Montagezwischenlage ist dabei die Abmessung der Montagezwischenlage in einer axialen Richtung der Stellwelle. Diese Dicke wird entsprechend dem gewünschten Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtring gewählt.
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Erfindungsgemäß verringern sich die Abmaße der Montagezwischenlage unter thermischer Belastung. Darunter wird verstanden, dass sich in erster Linie das Abmaß der Montagezwischenlage in der axialen Richtung der Stellwelle, d.h. in einer Dickenrichtung, verringert. Es wird dadurch jedoch nicht ausgeschlossen, dass zusätzlich dazu sich auch die verbleibenden Abmaße der Montagezwischenlage verringern. Unter einer thermischen Belastung nach der Erfindung ist zu verstehen, dass die Montagezwischenlage einer Temperatur ausgesetzt ist, welche deutlich über einer Montagetemperatur liegt.
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Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Montagezwischenlage ist es möglich, ohne aufwendige Messverfahren und ohne Verrutschen der Dichtringe, welche vorzugsweise aus Metall sind, während der Montage auf einfache Weise zuverlässig einen definierten Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtring einzustellen. Diese Montagezwischenlage muss zudem nach der Montage nicht entfernt werden, so dass der Montagevorgang weiter vereinfacht wird. Trotz alledem wird aufgrund einer Verringerung der Abmaße der Montagezwischenlage eine Berührung zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtring vermieden. Diese Verringerung tritt unter thermischer Belastung auf, die gewöhnlich im Einsatz der Abgasklappenvorrichtung vorliegt, so dass ohne zusätzliche Maßnahmen die Verringerung automatisch stattfindet. Dadurch ist die Abgasklappenvorrichtung zuverlässig und einfach herstellbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung löst die Montagezwischenlage sich bei thermischer Belastung im Wesentlichen rückstandsfrei auf. Dies bedeutet, dass sich die Abmaße der Montagezwischenlage derart verringern, dass nach der thermischen Belastung im Wesentlichen nichts von der Montagezwischenlage übrig bleibt. Die Montagezwischenlage stört dadurch nicht den Betrieb der Abgasklappenvorrichtung und wird lediglich nur für die Montage benötigt. Dadurch wird die Montage vereinfacht und ein zuverlässiger Betrieb der Abgasklappenvorrichtung wird gewährleistet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform löst die Montagezwischenlage sich bei thermischer Belastung auf, wobei Auflösungsrückstände zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtring zurückbleiben. Hierbei löst sich die Montagezwischenlage größtenteils auf, wobei lediglich eine gering Menge an Auflösungsrückständen zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtring verbleibt. Diese geringe Menge der Auflösungsrückstände hat keinen Einfluss auf den Betrieb der Abgasklappenvorrichtung, verbessert jedoch eine Dichtungswirkung der Dichtungsanordnung durch Erhöhung des Strömungswiderstandes.
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Vorzugsweise ist die Montagezwischenlage Papier. Papier hat den Vorteil, dass es günstig ist, so dass dadurch die Dichtungsanordnung wirtschaftlich herstellbar ist. Darüber hinaus ist eine Montagezwischenlage aus Papier einfach herstellbar und löst sich bereits bei geringen thermischen Belastungen auf. Alternativ ist die Montagezwischenlage Styropor. Eine Montagezwischenlage aus Styropor weist die gleichen Vorteile auf, wie eine Montagezwischenlage aus Papier. Prinzipiell sind jedoch jegliche Materialien für die Montagezwischenlagen denkbar, welche bei der geforderten thermischen Belastung die Abmaße verringern. Dies schließt somit auch Materialien ein, welche bei der geforderten thermischen Belastung die Abmaße verringern, jedoch unterhalb der thermischen Belastung wieder das ursprüngliche Abmaß einnimmt.
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Vorzugsweise liegt die thermische Belastung bei 300 bis 600°C. Dies ist eine thermische Belastung, wie sie bei einer Abgasklappenvorrichtung gewöhnlich vorliegt. Eine solche thermische Belastung ist zudem ausreichend, so dass eine Vielzahl von Materialien für die Montagezwischenlage zur Verfügung stehen, die bei dieser thermischen Belastung eine Verringerung der Abmaße erfährt.
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In einer weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung weist die Dichtungsanordnung mehrere erste Dichtringe und mehrere zweite Dichtringe auf, wobei die Dichtringe abwechselnd radial an der Stellwelle und radial an der Gehäusebohrung anliegen. Durch diese Anordnung der Dichtringe wird der Spalt zwischen Stellwelle und Gehäusebohrung durch mehrere Dichtringe geschlossen, so dass der Effekt nach dem Prinzip der Labyrinth-Dichtung weiter verstärkt ist. Dadurch ist eine verbesserte Abdichtung nach außen gewährleistet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist in axialer Richtung beidseitig der Dichtungsanordnung in radialen Stellwelle-Umfangsnuten jeweils ein Begrenzungsring angeordnet, welche eine axiale Verschiebung der Dichtungsanordnung auf der Stellwelle begrenzen. Diese Begrenzungsringe überragen die Stellwelle in radialer Richtung, so dass ein Teil der Begrenzungsringe in dem Spalt zwischen Stellwelle und Gehäusebohrung angeordnet ist. Die Dichtungsanordnung, die in diesem Spalt angeordnet ist, wird somit durch die Begrenzungsringe in axialer Richtung auf der Stellwelle fixiert. Dadurch kann dauerhaft eine gute Dichtwirkung erzielt werden. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den Begrenzungsringen derart gewählt, dass die Begrenzungsringe die Dichtungsanordnung mit den Montagezwischenlagen als Packet dazwischen einklemmen. Durch die Montagezwischenlagen wird der gewünschte Abstand zwischen den Dichtringen eingestellt. Dadurch ist die Abgasklappenvorrichtung einfacher herstellbar.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in axialer Richtung beidseitig der Dichtungsanordnung in radialen Gehäusebohrung-Umfangsnuten jeweils ein Begrenzungsring angeordnet, welche eine axiale Verschiebung der Dichtungsanordnung zum Strömungsgehäuse begrenzen. Diese Begrenzungsringe ragen in radialer Richtung in den Spalt zwischen Gehäusebohrung und Stellwelle. Die Dichtungsanordnung, die in diesem Spalt angeordnet ist, wird somit durch die Begrenzungsringe in axialer Richtung zur Gehäusebohrung fixiert. Dadurch kann dauerhaft eine gute Dichtwirkung erzielt werden. Auch bei dieser Ausführungsform ist der Abstand zwischen den Begrenzungsringen vorzugsweise derart gewählt, dass die Begrenzungsringe die Dichtungsanordnung mit den Montagezwischenlagen als Packet dazwischen einklemmen. Dadurch ergeben sich die zuvor beschriebenen Vorteile.
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Es wird somit eine Abgasklappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, bei welcher der Abstand zwischen den Dichtringen durch die Montagezwischenlagen einfach einstellbar ist. Da sich der Abstand während der Montage durch die zwischen die ersten und zweiten Dichtringe eingebrachten Montagezwischenlagen nicht mehr verringern kann, ist der Abstand zwischen den Dichtringen zudem zuverlässig einstellbar. Darüber hinaus wird eine Abgasklappenvorrichtung geschaffen, welche sowohl nach außen als auch nach innen ausreichend dicht ist, da eine Abdichtung nach dem Prinzip der Labyrinthdichtung mit definierten Luftspalten erfolgt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen. In diesen zeigen:
- 1: Erstes Ausführungsbeispiel einer Abgasklappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine,
- 2: Vergrößerte Darstellung der Dichtungsanordnung nach 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel, und
- 3: Vergrößerte Darstellung einer Dichtungsanordnung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine Abgasklappenvorrichtung 5 für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem ersten Ausführungsbeispiels.
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Die erfindungsgemäße Abgasklappenvorrichtung 5 besteht aus einem Strömungsgehäuse 10, in dem ein beispielsweise von Abgas durchströmter Abgaskanal 14 ausgebildet ist.
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Der Abgaskanal 14 wird im Querschnitt durch eine Stellwelle 18 in zwei Hälften geteilt. Auf der Stellwelle 18 ist in dem Abgaskanal 14 ein Klappenkörper 22 befestigt vorgesehen. Die Stellwelle 18 ist im Strömungsgehäuse 10 über zwei Lagerbuchsen 26, 30 gelagert. Die erste Lagerbuchse 26 ist in einer mit einem Innendurchmesser 32 vorgesehen durchgängigen Gehäusebohrung 34 angeordnet, durch welche die Stellwelle 18 aus dem Strömungsgehäuse 10 nach außen ragt. Die zweite Lagerbuchse 30 ist auf der zur Gehäusebohrung 34 gegenüberliegenden Seite des Abgaskanals 14 in einer im Strömungsgehäuse 10 ausgebildeten Endbohrung 38 angeordnet.
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Auf dem nach außen ragenden Ende der Stellwelle 18 ist eine als Hebel dienende Scheibe 42 befestigt, an deren radialem Endbereich ein Zapfen 46 befestigt ist, über den die Stellwelle 18 über ein nicht dargestelltes Hebelgestänge mit einem Aktor verbindbar ist, der insbesondere als ein Elektromotor ausgeführt werden kann.
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Auf der zum Zapfen 46 axial entgegengesetzten Seite der Scheibe 42 ist im radial äußeren Bereich eine Rückstellfeder 50 angeordnet, deren eines Ende gegen einen an der Scheibe 42 ausgebildeten nicht dargestellten Vorsprung in bekannter Weise anliegt und deren gegenüberliegendes Ende gegen einen Anschlag 54 anliegt, der durch das Strömungsgehäuse 10 ausgebildet ist. Je nach Anwendung wird durch eine Vorspannung beim Einbau der Rückstellfeder 50 in bekannter Weise eine definierte fail-safe Stellung der Stellwelle 18 bei Ausfall des Aktors angefahren.
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Auf einer in axialer Richtung dem Abgaskanal 14 gegenüberliegenden Seite der Gehäusebohrung 34 ist ein Federanschlag 55 angeordnet, welcher die Gehäusebohrung 34 überdeckt. Zwischen dem Federanschlag 55 und der Scheibe 42 ist eine Feder 56 angeordnet, welche die Stellwelle in Richtung zu dem nach außen ragenden Ende der Stellwelle 18 vorspannt.
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Ein sich ergebender Spalt 58 zwischen Stellwelle 18 und Gehäusebohrung 34 ist gesehen von dem Abgaskanal 14 hinter der ersten Lagerbuchse 26 durch eine Dichtungsanordnung 62 fluidisch abgedichtet.
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In 2 ist eine vergrößerte Ansicht der Dichtungsanordnung 62 nach 1 dargestellt. In dieser Figur ist zu erkennen, dass die Dichtungsanordnung 62 durch mehrere erste Dichtringe 661 und mehrere zweite Dichtringe 662 gebildet ist, welche in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind. Beidseitig der Dichtungsanordnung 62 ist jeweils ein Begrenzungsring 70 vorgesehen, welche eine axiale Verschiebung der Dichtungsanordnung 62 begrenzen. Die Begrenzungsringe 70 sind in radialen Stellwelle-Umfangsnuten 74 vorgesehen.
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Zwischen den ersten Dichtringen 661 und den zweiten Dichtringen 662 sind erfindungsgemäß Montagezwischenlagen 76 aus Papier oder Styropor vorgesehen, welche ein bestimmtes axiales Abmaß aufweisen, so dass ein definierter axialer Abstand zwischen den Dichtringen 661 , 662 garantiert ist. Diese Montagezwischenlagen 76 dienen jedoch lediglich dazu, während der Montage den definierten Abstand zwischen den Dichtringen 661 , 662 einzuhalten. Beim Betrieb der Abgasklappenvorrichtung 5 treten Temperaturen von etwa 500°C auf. Diese thermischen Belastungen führen dazu, dass sich die Abmaße der Montagezwischenlagen 76 verringern oder dass sich die Montagezwischenlagen 76 komplett auflösen.
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Die Dichtringe 661 , 662 liegen im eingebauten Zustand abwechselnd entweder gegen die Stellwelle 18 oder die Gehäusebohrung 34 an. Dementsprechend ist im eingebauten Zustand entweder ein Dichtringinnendurchmesser 80 größer als ein Stellwellenaußendurchmesser 82 oder ein Dichtringaußendurchmesser 84 ist kleiner als der Innendurchmesser 32 der Gehäusbohrung 34. Dadurch wechseln sich Stellwellenseitige Luftspalte 86, welche zwischen den ersten Dichtringen 661 und der Stellwelle 18 vorhanden sind und Gehäusebohrungsseitige Luftspalte 88, welche zwischen den zweiten Dichtringen 662 und der Gehäusebohrung 34 vorhanden sind, ab. Dadurch wird eine Abdichtung nach dem Prinzip einer Labyrinthdichtung realisiert.
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Die 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Dichtungsanordnung 62 nach der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Begrenzungsringe 70 nicht auf der Stellwelle 18, sonder in radialen Gehäusebohrung-Umfangsnuten 90 fixiert sind. Die Dichtungsanordnung 62 wird dadurch in axialer Richtung zum Strömungsgehäuse 10 fixiert. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Dichtringe 661 , 662 nach dem Prinzip der Labyrinthdichtung angeordnet.
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Bei der beschriebenen Abgasklappenvorrichtung ist somit ein Abstand zwischen den Dichtringen aufgrund der Montagezwischenlagen einfach und zuverlässig einstellbar. Die Abgasklappenvorrichtung weist zusätzlich aufgrund der realisierten Labyrinthdichtung eine hohe Dichtheit auf.
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Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich nicht auf die beschriebene Abgasklappenvorrichtung beschränkt ist, sondern verschiedene Modifikationen und konstruktive Änderungen denkbar sind. Insbesondere ist die Abgasklappenvorrichtung nicht auf einen einzigen Abgaskanal beschränkt. Auch kann die Verbindung zwischen Stellwelle und Hebel, sowie die Anordnung der Feder und der Rückstellfeder, unterschiedlich verwirklicht werden. Auch kann auch lediglich eine einzige Lagerbuchse oder mehrere Lagerbuchsen vorgesehen sein. Nichtzuletzt kann die Montagezwischenlage auch aus anderen Materialien als Papier oder Styropor hergestellt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 5
- Abgasklappenvorrichtung
- 10
- Strömungsgehäuse
- 14
- Abgaskanal
- 18
- Stellwelle
- 22
- Klappenkörper
- 26
- erste Lagerbuchse
- 30
- zweite Lagerbuchse
- 32
- Innendurchmesser
- 34
- Gehäusebohrung
- 38
- Endbohrung
- 42
- Scheibe
- 46
- Zapfen
- 50
- Rückstellfeder
- 54
- Anschlag
- 55
- Federanschlag
- 56
- Feder
- 58
- Spalt
- 62
- Dichtungsanordnung
- 661
- erster Dichtring
- 662
- zweiter Dichtring
- 70
- Begrenzungsring
- 74
- Stellwelle-Umfangsnut
- 76
- Montagezwischenlage
- 80
- Dichtringinnendurchmesser
- 82
- Stellwellenaußendurchmesser
- 84
- Dichtringaußendurchmesser
- 86
- Stellwellenseitiger Luftspalt
- 88
- Gehäusebohrungsseitiger Luftspalt
- 90
- Gehäusebohrung-Umfangsnut
