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Die Erfindung betrifft ein Klappenventil für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges, wobei das Klappenventil Folgendes aufweist:
- a. Ein rohrabschnittförmiges Ventilgehäuse, durch das Abgas leitbar ist;
- b. eine im Ventilgehäuse schwenkbar angeordnete Ventilklappe zum Steuern des Abgasstroms;
- c. eine mittelbar oder unmittelbar mit einem Steller verbindbare Welle an der Ventilklappe,
wobei ein erstes Ende der Welle axial punktförmig an einem starren Vorsprung des Klappenventils anliegt.
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Es ist bekannt, ein Klappenventil zur Steuerung eines Abgasstroms eines Kraftfahrzeugs einzusetzen. Das Klappenventil weist dabei ein Ventilgehäuse mit kreisförmigem Öffnungsquerschnitt auf, durch den das Abgas leitbar ist. Um die Abgasmenge, die durch das Ventilgehäuse strömt, zu steuern, weist das Klappenventil eine Ventilklappe auf, die schwenkbar im Ventilgehäuse angeordnet ist. Die Ventilklappe ist dabei zwischen einer, die Innenquerschnittsfläche des Ventilgehäuses überdeckenden Schließstellung und einer, die Innenquerschnittsfläche des Ventilgehäuses freigebenden Öffnungsstellung schwenkbar. Die Stellung der Ventilklappe wird durch einen Steller vorgenommen. Der Steller ist mittelbar oder unmittelbar mit einer Welle verbunden, die an der Ventilklappe angeordnet oder ausgebildet ist.
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Ein eingangs beschriebenes Klappenventil ist aus der
DE 40 38 696 A1 bekannt geworden.
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Die
DE 10 2004 032 974 B4 , die
DE 11 2005 001 467 B4 und die
EP 0 835 998 B1 offenbaren, eine schwenkbare Ventilklappe einenends mittels einer Welle an einen Steller anzubinden. Axial anderenends werden die bekannten Ventilklappen über einen Lagerzapfen an einer napfförmigen Ausbuchtung in einem rohrabschnittförmigen Ventilgehäuse axial abgestützt.
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Die
US 5 630 571 A lehrt, eine Ventilklappe axial einenends an einen Steller anzubinden und axial anderenends einen Spalt zwischen der Ventilklappe und einem Ventilgehäuse vorzusehen.
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Aus der
DE 37 07 904 A1 ist es bekannt geworden, eine Abgasklappe mit einer Welle vorzusehen. Auf die Welle ist an beiden Enden jeweils eine kalottenförmige Büchse aus Keramik auf die Welle aufgesteckt. Die Büchsen sind an Ansätze eines Gehäuses angepasst und in diesen aufgenommen.
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Die
DE 10 13 117 A offenbart eine Motorbremse mit einer scheibenförmigen Auspuffklappe in der Bremsleitung. Eine Ventilklappe der bekannten Motorbremse stützt sich axial einenends an einer gewölbten Scheibe ab. Die gewölbte Scheibe liegt an einer gewellten Scheibe an, die eine Federung der Ventilklappe in Richtung ihrer Drehachse bewirkt. Sowohl die gewölbte Scheibe als auch die gewellte Scheibe werden durch einen Federring in einer Bohrung eines Ventilgehäuses der Motorbremse gehalten.
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Aus der
DE 922 800 B ist eine Drosselklappe in einem kugelartigen Gehäuse einer Auspuffleitung bekannt geworden. Die Drosselklappe wird an zwei gegenüberliegenden Seiten von jeweils einer Lagerbuchse schwenkbar gehalten.
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Die
DE 24 48 271 A1 beschreibt einen Strömungsregler für Leitungen, bei dem der freie Leitungsquerschnitt durch eine Klappe veränderbar ist, die auf einer nahe der Querschnittsmittelachse angeordneten Welle gegen eine Federkraft durch die Strömung in Schließrichtung verdrehbar ist. Die Klappe ist nahe der Welle gewinkelt, wobei ihr einer Schenkel in Öffnungsstellung im Wesentlichen parallel zur Leitungsachse nach hinten und ihr anderer Schenkel in Schließstellung im Wesentlichen rechtwinklig zur Leitungsachse ausgerichtet ist. Die Welle ist mittels einer Spitzenlagerung in einem Gehäuse gelagert, wobei die Welle beidenends Spitzen aufweist, die in kegelförmige Rücknehmungen eingreifen.
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Die eingangs genannte
DE 40 38 696 A1 offenbart eine Drosselklappe, die mit ihrer Welle in der Rohrwand eines Abgasrohrs gelagert ist. Im Bereich der Lagerstellen ist die Rohrwand hydrostatisch oder mechanisch verformt. Dabei ist die Rohrwand abweichend von der Rohrlängsrichtung im Wesentlichen parallel zur Drosselklappen-Welle nach außen orientiert. Eine untere Lagerstelle der Welle in der Rohrwand kann eine Kegelform aufweisen. Die Drosselklappen-Welle kann in ihrem Endbereich der kegelförmigen Lagerstelle angepasst sein.
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Problematisch an bestehenden Klappenventilen ist, dass diese entweder den mittlerweile stark gestiegenen Temperaturanforderungen nicht gerecht werden und/oder die Bewegung der Ventilklappe mit akustischen Auffälligkeiten verbunden ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Klappenventil bereit zu stellen, das dauerhaft sowohl bei hohen Temperaturen einsetzbar als auch praktisch geräuschlos betätigbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Klappenventil gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben bevorzugte Weiterbildungen wieder.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird somit gelöst durch ein Klappenventil für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs. Das Klappenventil weist ein Ventilgehäuse auf. Im Ventilgehäuse ist eine Ventilklappe angeordnet. Je nach Stellung der Ventilklappe kann mehr oder weniger Abgas durch das Ventilgehäuse strömen. An der Ventilklappe ist eine Welle angeordnet oder ausgebildet, die mittelbar oder unmittelbar von einem Steller betätigbar ist, um die Stellung der Ventilklappe einzustellen. Die Welle stützt sich axial an einem Vorsprung des Klappenventils ab. Diese axiale Abstützung erfolgt punktförmig an dem starren Vorsprung des Klappenventils.
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Dabei ermöglicht die punktförmige Auflage der Welle am Vorsprung ein praktisch geräuschloses Schwenken der Welle.
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Unter einem starren Vorsprung wird hierbei erfindungsgemäß ein Vorsprung angesehen, der unflexibel bzw. nicht elastisch ausgebildet ist.
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Die Ventilklappe weist einen Spalt zur Innenseite des Ventilgehäuses hin auf, sodass sich der Vorsprung zumindest teilweise in die Welle einbohren kann, ohne dass es zu einem Aufsetzen der Ventilklappe an der Innenseite des Ventilgehäuses kommt. Der Spalt ist dabei breiter als ein Viertel und bevorzugt breiter als die Hälfte der Höhe des Vorsprungs. Hierdurch wird effektiv einem Aufsetzen der Ventilklappe auf die Innenseite des Ventilgehäuses vorgesorgt, wenn sich der Vorsprung im Laufe der Benutzung des Klappenventils zumindest abschnittsweise in die Welle eingraben sollte.
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Vorzugsweise ist der Vorsprung unbewegbar zum Ventilgehäuse angeordnet oder ausgebildet. Hierdurch kann das Klappenventil konstruktiv besonders einfach ausgebildet werden.
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Der Vorsprung kann aus einem Material mit größerer Härte als die Welle ausgebildet sein. Insbesondere kann der Vorsprung aus hochlegiertem Stahl und/oder einem hochtemperaturbeständigen Werkstoff ausgebildet sein.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung des Klappenventils ist der Vorsprung aus Keramik, insbesondere aus Zirkonoxid oder Aluminiumoxid, ausgebildet. Hierdurch kann das Klappenventil bei besonders hohen Temperaturen betrieben werden. Keramische Werkstoffe wurden bei bekannten Klappenventilen bislang nur selten eingesetzt, weil der Einsatz von keramischen Werkstoffen oftmals mit akustischen Auffälligkeiten verbunden ist. Insbesondere kann es zu einem Quietschen der bekannten Klappenventile beim Schwenken der Ventilklappe kommen, wenn keramische Werkstoffe zu Lagerzwecken eingesetzt werden. Dies ist jedoch vorliegend aufgrund der punktförmigen axialen Lagerung der Welle nicht der Fall. Durch die Ausbildung eines punktförmigen Vorsprungs einerseits und der Verwendung eines keramischen Materials für den Vorsprung andererseits wird ein besonders vorteilhaftes Klappenventil geschaffen, das sowohl bei sehr hohen Temperaturen einsetzbar als auch quietschfrei betätigbar ist.
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Weiter bevorzugt ist die Welle aus Stahl ausgebildet. Hierbei wird eine besonders reibungsarme Lagerung der Stahlwelle am, insbesondere keramischen, Vorsprung des Klappenventils geschaffen.
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Die Herstellung des Klappenventils wird signifikant vereinfacht, wenn der Vorsprung Teil eines Einsatzteils ist, wobei das Einsatzteil mittelbar oder unmittelbar am Ventilgehäuse angeordnet ist.
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Das Einsatzteil ist vorzugsweise plattenförmig ausgebildet.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das Einsatzteil axialsymmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch, zur verlängerten Längsachse der Welle ausgebildet. Hierdurch wird die Fertigung des Klappenventils deutlich vereinfacht.
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Weiter bevorzugt wird die Welle im Bereich ihres ersten Endes radial durch eine Drahtgestrickbuchse gelagert. Bei Drahtgestrick handelt es sich insbesondere um ein gestricktes, geflochtenes und/oder gewebtes Drahtgeflecht, durch das die Welle radial auf reibungsarme und temperaturunempfindliche Art und Weise relativ zum Ventilgehäuse gehalten wird.
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Im Bereich eines zweiten Endes der Welle, das dem axial am Vorsprung abgestützten ersten Ende der Welle gegenüberliegt, kann das Klappenventil einen Kragen aufweisen. Am Kragen kann sich ein Federelement des Klappenventils einenends abstützen, sodass die Welle axial gegen den Vorsprung gepresst wird. Durch das Federelement wird auch bei thermischen axialen Ausdehnungen der Welle ein stetes Anliegen der Welle am Vorsprung sichergestellt. Das Federelement ist bevorzugt in Form einer Spiralfeder ausgebildet.
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Um die Welle radial im Bereich ihres zweiten Endes zu halten, weist das Klappenventil vorzugsweise zwischen dem Kragen und dem Innenraum des Ventilgehäuses ein sich länglich erstreckendes Radiallager auf.
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Weiter bevorzugt stützt sich die Feder anderenends an einem topfförmigen Element ab. Das topfförmige Element ist dabei zumindest axial bewegbar, mittelbar oder unmittelbar am Kragen gehalten. Auf dem topfförmigen Element ist ein deckelförmiges Element angeordnet oder ausgebildet, wobei gabelförmige Vorsprünge des Stellers in korrespondierende Ausnehmungen des deckelförmigen Elements zumindest teilweise einführbar sind. Hierdurch wird eine flexible Kupplung der Welle zum Steller geschaffen. Dabei wird sichergestellt, dass durch thermische Ausdehnungen der Welle keine Beschädigung des Stellers erfolgt.
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Vorzugsweise umfasst das Klappenventil einen Steller zur mittelbaren oder unmittelbaren Betätigung der Ventilklappe. Der Steller ist insbesondere in Form eines elektrischen Antriebs oder einer Unterdruckdose ausgebildet.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, aus den Patentansprüchen sowie anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. Die in der Zeichnung gezeigten Merkmale sind derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Klappenventils; und
- 2 eine Schnittansicht des Klappenventils gemäß 1.
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1 zeigt ein Klappenventil 10 mit einem Ventilgehäuse 12. Das Ventilgehäuse 12 weist einen Innenraum 14 auf, dessen effektiver Öffnungsquerschnitt durch das Schwenken einer Ventilklappe 16 variierbar ist. Die Ventilklappe 16 ist über eine Welle 18 (siehe auch 2) zu einer Schwenkbewegung bewegbar. Die Betätigung der Welle 18 erfolgt mittelbar über einen Steller 20, der im vorliegenden Fall in Form eines elektrischen Antriebs ausgebildet ist. Der Steller 20 ist über eine Kupplung 22 an die Welle 18 angebunden.
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2 zeigt eine teilweise Schnittansicht des Klappenventils 10. Aus 2 ist ersichtlich, dass das Ventilgehäuse 12 eine Lagerbuchse 24 aufweist. In der Lagerbuchse 24 ist ein Einsatzteil 26 angeordnet. Das Einsatzteil 26 ist plattenförmig ausgebildet. Das Einsatzteil 26 ist aus Keramik ausgebildet. Es weist einen Vorsprung 28 auf, an dem sich die Welle 18 axial abstützt. Der Vorsprung 28 ist einstückig mit dem Einsatzteil 26 ausgebildet. Der Vorsprung 28 ist kegelförmig bzw. spitzenförmig ausgebildet. Der Vorsprung 28 ist zentrisch zur Längsachse 30 der Welle 18 ausgebildet. Der Vorsprung 28 ermöglicht ein besonders leises und reibungsarmes Schwenken der Welle 18 um ihre Längsachse 30. In der Lagerbuchse 24 ist weiterhin eine Drahtgestrickbuchse 32 angeordnet, um die Welle 18 radial abzustützen. Ein erstes Ende 34 der Welle 18 ist somit sowohl axial - durch den Vorsprung 28 - als auch radial - durch die Drahtgestrickbuchse 32 - reibungsarm und geräuscharm gelagert.
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An einem zweiten Ende 36 der Welle 18 ist ein Kragen 38 der Kupplung 22 mit der Welle 18 verschweißt. Am Kragen 38 stützt sich einenends ein Federelement 40 ab, das anderenends an einem topfförmigen Element 42 anliegt. Auf dem topfförmigen Element 42 ist ein deckelförmiges Element 44 angeordnet, das Ausnehmungen 46a, 46b aufweist, in die gabelförmige Vorsprünge 48a, 48b abschnittsweise eingreifen. Die Vorsprünge 48a, 48b sind Teil einer Stellerachse 50 des Stellers 20. Um im Falle thermisch bedingter Längenänderungen der Welle 18 den störungsfreien Betrieb des Klappenventils 10 sicherzustellen, ist der Kragen 38 zumindest axial bewegbar gegenüber dem deckelförmigen Element 44 angeordnet (siehe auch 1).
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Zwischen dem zweiten Ende 36 und dem Abschnitt der Welle 18, an dem die Ventilklappe 16 angeordnet oder ausgebildet ist, weist das Klappenventil 10 ein Radiallager 52 auf. Das Radiallager 52 ist in Richtung der Längsachse 30 langgestreckt ausgebildet, um ein Entweichen von Abgas aus dem Ventilgehäuse 12 zu vermeiden.
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Das Klappenventil 10 weist zwischen einer Innenwandung 54 des Ventilgehäuses 12 und der Ventilklappe 16 zur Lagerbuchse 24 hin einen Spalt 56 auf. Die Breite B des Spaltes 56 entspricht der Höhe H des Vorsprungs 28 in Richtung der Längsachse 30 der Welle 18. Auch bei einem zumindest teilweisen Abrieb des Vorsprungs 28 bzw. einem zumindest teilweisen Einbohren des Vorsprungs 28 in die Welle 18 steht die Ventilklappe 16 hierdurch nicht auf der Innenwandung 54 des Ventilgehäuses 12 auf.
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Unter Vornahme einer Zusammenschau beider Figuren der Zeichnung betrifft die Erfindung zusammenfassend ein Klappenventil 10 zur Steuerung eines Abgasstroms eines Kraftfahrzeugs. Das Klappenventil 10 weist ein Ventilgehäuse 12 auf, in dem eine Ventilklappe 16 angeordnet ist, die abhängig von ihrem Schwenkwinkel den effektiven Öffnungsquerschnitt des Ventilgehäuses 16 vergrößert oder verkleinert. Das Schwenken der Ventilklappe 16 erfolgt durch eine Welle 18, die mit der Ventilklappe 16 verbunden ist. Die Welle 18 ist einenends mittelbar oder unmittelbar mit einem Steller 20 verbunden. Anderenends ist die Welle 18 an einem Vorsprung 28 abgestützt. Der Vorsprung 28 ist insbesondere kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet. Der Vorsprung ist vorzugsweise aus Zirkonoxid oder Aluminiumoxid ausgebildet. Radial wird die Welle 18 vorzugsweise durch eine Drahtgestrickbuchse 32 gelagert.
