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Die Erfindung betrifft ein vibrationsoptimiertes Klappenventil für die Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
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Heutige Abgasklappensysteme weisen häufig ein Klappenventil auf, das der Steuerung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors dient. Das Klappenventil weist in der Regel ein rohrabschnittsförmiges Ventilgehäuse auf, durch das der Abgasstrom in Richtung der Längsachse des Ventilgehäuses führbar ist. Zur Steuerung der Abgasmenge, die durch das Ventilgehäuse strömt, dient eine Ventilklappe, die im Ventilgehäuse schwenkbar angeordnet ist. Die Ventilklappe ist mittels eines Stellers oder Aktors verstellbar. Der Aktor kann druckgesteuert oder auch elektrisch betätigbar sein. Der Aktor ist mittelbar oder unmittelbar mit einer Klappenwelle verbunden. Die Ventilklappe ist an der Klappenwelle drehfest befestigt und so zwischen einer den Durchgangsquerschnitt des Ventilgehäuses, zumeist vollständig, verschließenden Schließstellung und einer den Durchgangsquerschnitt freigebenden Öffnungsstellung schwenkbar.
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Die Klappenwelle ist in der Regel über Gleitlager an einander gegenüberliegend angeordneten Lagerbereichen des Ventilgehäuses gelagert. Die Gleitlager können ein Drahtkissenlagerteil umfassen, durch das eine bezogen auf die Schwenkachse der Klappenwelle elastische und damit schwingungsdämpfende Lagerung der Klappenwelle in radialer Richtung ermöglicht ist.
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Im Betriebseinsatz des Klappenventils kann es insbesondere bei Ausführen von rotatorischen Stellbewegungen der Klappenwelle um deren Drehachse dennoch zu unerwünschten Vibrationen sowie damit einhergehend zu unerwünschten Geräuschentwicklungen kommen. Dies ist in der Praxis insbesondere bei Klappenventilen, die mittels eines Aktors in Form einer Unterdruckdose betätigt werden, häufig der Fall.
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Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Klappenventil sowie ein Abgasklappensystem mit einem solchen Klappenventil anzugeben, die im Betriebseinsatz eine nochmals geringere vibrationsbedingte Geräuschentwicklung aufweisen und dabei zugleich kostengünstig zu fertigen sind.
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Die das Klappenventil betreffende Aufgabe wird durch ein Klappenventil mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Das Abgasklappensystem weist die in Patentanspruch 10 angegebenen Merkmale auf.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in der Beschreibung sowie in den Unteransprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Klappenventil zeichnet sich im Wesentlichen durch ein Gleitlager zum schwenkbaren Lagern des zweiten Endabschnitts, d. h. des vom aktorseitigen Endabschnitt wegweisenden freien Endabschnitts, der Klappenwelle aus, das ein erstes und ein zweites Drahtkissenlagerteil aufweist. Die beiden Drahtkissenlagerteile sind in axialer Richtung hintereinanderliegend angeordnet. Die Klappenwelle weist an ihrem zweiten Endabschnitt einen Radialvorsprung auf, der an der Klappenwelle in einer axialen Richtung lagefixiert angeordnet ist und welcher zwischen der ersten und der zweiten Drahtkissenbuchse in axialer Richtung spielfrei gehalten angeordnet ist. Die beiden Drahtkissenbuchsen ermöglichen dadurch einerseits eine präzise und dennoch schwingungsdämpfende Lagerung der Klappenwelle und der daran drehfest fixierten Ventilklappe in einer zur Schwenkachse der Klappenwelle radialen Richtung. Durch die mittels des Radialvorsprungs erreichte - in axialer Richtung beiderseitige - Abstützung der Klappenwelle an den Drahtkissenlagerteilen kann im Betriebseinsatz andererseits unerwünschten Schwingungen der Klappenwelle in axialer Richtung (Axialschwingungen) entgegengewirkt und so akustisch wahrnehmbare vibrationsbedingte Störgeräusche nochmals wirksamer reduziert bzw. sogar vollständig vermieden werden. Durch die Drahtkissenbuchsen ist mithin eine kombinierte radiale und (bidirektionale) axiale elastische, d. h. schwingungsdämpfende, Gleitlagerung der Klappenwelle in dem betreffenden Gleitlager ermöglicht. Das Klappenventil kann aufgrund seines wenig komplexen Aufbaus und der geringen Anzahl erforderlicher Teile kostengünstig bereitgestellt werden. Für ein möglichst direktes Ansprechverhalten des Klappenventils auf Stellbewegungen des Aktors muss der Radialvorsprung zwischen den beiden Drahtkissenbuchsen mit einem möglichst kleinen Reibwiderstand gehalten sein. Es versteht sich, dass die Drahtkissenlagerteile ihrerseits relativ zum Ventilgehäuse in axialer Richtung lagefixiert, d. h. spielfrei, beispielsweise in einer Lagerbuchse des Gleitlagers, gehalten angeordnet sind.
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Das Gleitlager kann dazu nach der Erfindung insbesondere ein zu den beiden Drahtkissenlagerteilen separat ausgebildetes Vorspannelement aufweisen, durch das die beiden Drahtkissenlagerteile am Radialvorsprung in axialer Richtung vorgespannt zur Anlage gebracht sind. Der Radialvorsprung ist somit zwischen den beiden Drahtkissenlagerteilen in axialer Richtung eingespannt oder geklemmt gehalten. Die Vorspannkraft des Vorspannelements ist auf einen möglichst geringen Reibwiderstand zwischen dem Radialvorsprung der Klappenwelle und den Drahtkissenlagerteilen ausgerichtet. Durch das Vorspannelement können die beiden Drahtkissenlagerteile zugleich am Ventilgehäuse bzw. in einer Lagerbuchse des Gleitlagers gesichert und in axialer Richtung unverschieblich bzw. im Wesentlichen unverschieblich gehalten angeordnet sein. Durch das Vorspannelement sowie die Lagerung der Klappenwelle wird eine thermische Ausdehnung der Klappenwelle nicht behindert.
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Das Vorspannelement kann insbesondere in Form einer Federscheibe oder einer Federkappe ausgeführt sein. Derartige Federscheiben bzw. Federklappen sind am Markt vorkonfektioniert in geeigneten Größen kostengünstig verfügbar. Das Federelement ist zur Klappenwelle vorzugsweise kontaktfrei angeordnet. Mit anderen Worten ist das Federelement von der Klappenwelle beabstandet angeordnet. Dadurch kann ein unerwünschter Reibwiderstand zwischen der Klappenwelle und dem Vorspannelement vermieden werden.
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Unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten sowie auch im Hinblick auf eine kostengünstige und einfache Montage des Klappenventils besteht das Vorspannelement bevorzugt aus Metall.
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Das Vorspannelement kann nach der Erfindung mit dem Ventilgehäuse oder einer Lagerbuchse des Gleitlagers des Ventilgehäuses verschweißt sein. Dadurch kann das Vorspannelement einerseits unverlierbar an dem Ventilgehäuse gesichert und eine unerwünschte Dislokation im Betriebseinsatz des Klappenventils vermieden werden. Dies ist für gleichbleibende Funktionseigenschaften des Klappenventils über dessen Lebensdauer von Vorteil.
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Unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten sowie auch im Hinblick auf eine gegenüber Temperaturschwankungen unempfindliche axiale Lagefixierung des Radialvorsprungs an der Klappenwelle ist dieser nach der Erfindung vorzugsweise mit der Klappenwelle einstückig verbunden. Dies kann auf einfache und kostengünstige Weise durch eine Schweißverbindung realisiert sein.
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Der Radialvorsprung ist nach der Erfindung vorteilhaft in Form eines Ringbunds ausgeführt, der die Klappenwelle umfangsseitig vollständig umgreift. Dadurch wird einerseits die Befestigung des Radialvorsprungs an der Klappenwelle vereinfacht. Auch kann der Radialvorsprung so vereinfacht in einer vorgegebenen Position und Ausrichtung relativ zur Klappenwelle an der Klappenwelle befestigt werden. Der Ringbund kann beispielswiese durch eine Ringscheibe oder eine Ringmuffe gebildet sein. dadurch kann in Umfangsrichtung der Klappenwelle ein gleichmäßiger Kontakt (Anlage) des Ringbunds mit den Drahtkissenlagerteilen bzw. eine gleichmäßige Kontaktpressung zwischen den Drahtkissenlagerteilen und dem Radialvorsprung erreicht werden. Dies ist für einen störungsfreien Betriebseinsatz des Klappenventils von Vorteil.
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Unter Kostengesichtspunkten sowie auch für eine einfache und fehlerfreie Montage des Klappenventils sind die beiden Drahtkissenlagerteile nach der Erfindung vorzugsweise baugleich ausgeführt. Die Drahtkissenlagerteile sind erfindungsgemäß bevorzugt hülsenförmig, d. h. in Form von Drahtkissenlagerbuchsen, ausgeführt. Die Drahtkissenbuchsen umgreifen somit die Klappenwelle vollumfänglich in einer radialen Richtung.
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Das Abgasklappensystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend ein Klappenventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen Aktor, der zur Betätigung des Klappenventils mit der Welle Klappenwelle mechanisch verkoppelt ist.
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Der Aktor kann nach der Erfindung insbesondere als ein pneumatischer Aktor, insbesondere in Form einer Unterdruckdose, ausgeführt sein.
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Die Lagerbuchsen eines jeden Gleitlagers für Klappenwelle können in an sich bekannter Weise in Wandöffnungen des Ventilgehäuses angeordnet sein. Die Lagerbuchsen können dabei mit dem Ventilgehäuse verpresst und/oder am Ventilgehäuse festgeschweißt sein.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel ist hat für die Schilderung der Erfindung lediglich beispielhaften Charakter.
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In der Zeichnung zeigt
- 1 ein Abgasklappensystem mit einem Aktor und mit einem mittels des Aktors betätigbaren Klappenventil, bei der die Klappenwelle an mit ihrem freien Endabschnitt axial und radial über zwei Drahtkissenlagerteile am Ventilgehäuse schwingungsdämpfend gelagert ist, in einer teilweise geschnittenen Ansicht.
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1 zeigt ein Abgasklappensystem 10, das für den Einsatz im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen ist. Das Abgasklappensystem 10 weist ein Klappenventil 12 und einen Steller oder Aktor 14 zur Betätigung des Klappenventils 12 auf. Der Aktor 14 kann in Form einer ansteuerbaren Unterdruckdose oder auch in Form eines elektrischen Antriebs ausgebildet sein. Das Klappenventil 12 weist ein rohrabschnittsförmig ausgebildetes Ventilgehäuse 16 auf, durch dessen Innenraum 18 ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors in Richtung der Längsachse 20 des Ventilgehäuses 16 führbar ist. Innerhalb des Ventilgehäuses 16 ist eine Ventilklappe 22 angeordnet. Die Ventilklappe 22 ist zur Innenquerschnittsform des Ventilgehäuses 16 korrespondierend, d. h. hier kreis(scheiben)förmig, ausgebildet. Die Ventilklappe 22 ist an einer Klappenwelle 24 befestigt. Die Klappenwelle 26 ist mit ihrem ersten Endabschnitt 26 über ein oder mehrere Stellglieder 28 mit dem Aktor 14 mechanisch verkoppelt. Die Klappenwelle 24 ist um eine mit 30 bezeichnete Schwenkachse relativ zum Ventilgehäuse 16 verschwenkbar. Ein effektiver, d.h. von Abgasen durchströmbarer, Durchgangs- oder Öffnungsquerschnitt des Innenraums 18 des Ventilgehäuses 16 ist durch das Schwenken der Ventilklappe 24 um die Schwenkachse 30 variierbar.
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Die Klappenwelle 26 ist mit ihrem zweiten Endabschnitt 32 am Ventilgehäuse 16 über ein erstes und ein zweites Gleitlager 34, 36 gelagert. Die Gleitlager 34, 36 umfassen hier jeweils eine Lagerbuchse 38. Die Lagerbuchsen 38 können gemäß 1 in einander diametral gegenüberliegend angeordneten Bohrungen bzw. Wandöffnungen des Ventilgehäuses 16 gehalten angeordnet sein. Die Lagerbuchsen 38 können dabei in das Ventilgehäuse 16 eingepresst und/oder, bevorzugt außenseitig, am Ventilgehäuse 16 festgeschweißt sein.
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Das zweite Gleitlager 36 weist zwei hülsenförmige Drahtkissenlagerteile 40, 42 auf. Die beiden Drahtkissenlagerteile 40, 42 sind in einer zur Schwenkachse 30 der Klappenwelle 24 axialen Richtung hintereinanderliegend angeordnet. Die Drahtkissenlagerteile 40, 42 sind baugleich ausgeführt und können jeweils aus Edelstahl bestehen. Es versteht sich, dass in den Zwischenräumen der Drahtkissenlagerteile 40, 42 ein Schmiermittel (nicht gezeigt) angeordnet sein kann.
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Zu beachten ist, dass die Klappenwelle 24 an ihrem Endabschnitt 32 einen Radialvorsprung 44 aufweist. Der Radialvorsprung 44 ist hier in Form eines Ringbunds ausgeführt und mit der Klappenwelle 24 verschweißt. Der Radialvorsprung 44 und die Klappenwelle 24 sind mithin einstückig miteinander ausgebildet. Dadurch ist der Radialvorsprung 44 an der Klappenwelle 24 - bezogen auf die Schwenkachse 30 - in axialer Richtung lagefixiert abgeordnet. Es versteht sich, dass der Radialvorsprung 44 in Abhängigkeit vom jeweiligen Fertigungsverfahren der Klappenwelle 24 auch an dieser angeformt sein kann. Dies kann durch entsprechende spanende oder nicht-spanende Umformverfahren erreicht werden.
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Der Radialvorsprung 44 erstreckt sich von der Klappenwelle 24 in einer radialen Richtung zwischen die beiden Drahtkissenlagerteile 40, 42 nach außen. Mit anderen Worten ist der Radialvorsprung 44 der Klappenwelle 24 in axialer Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten Drahtkissenlagerteil 40, 42 angeordnet. Der Radialvorsprung 44 liegt an beiden Drahtkissenlagerteilen 40, 42 in axialer Richtung spielfrei an. Das Klappenventil weist dazu ein Vorspannelement 46 auf, durch das das zweite Drahtkissenlagerteil 42 axial in Richtung auf und gegen den Radialvorsprung 44 der Klappenwelle 24 gespannt ist. Das erste Drahtkissenlagerteil 40 ist in axialer Richtung an einer Schulter 48 des zweiten Gleitlagers 36 in axialer Richtung abgestützt. Der Radialvorsprung 44 der Klappenwelle 24 ist dadurch zwischen den beiden Drahtkissenlagerteilen 40, 42 in axialer Richtung geklemmt. Durch die Durch die den beiden Drahtkissenlagerteilen 40, 42 innewohnenden Dämpfungseigenschaften kann Schwingungen der Klappenwelle 24 sowie der daran befestigten Ventilklappe 22 in radialer und zusätzlich in axialer Richtung relativ zum Ventilgehäuse 16 entgegengewirkt werden. Derlei Schwingungen können bekanntlich zu akustisch wahrnehmbaren Vibrationen führen, die beispielswiese im Automobilbereich als störend empfunden werden. Der Radialvorsprung 44 ist von der Innenseite der Lagerbuchse 38 des zweiten Gleitlagers 36 in radialer Richtung beabstandet.
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Das Vorspannelement 46 kann beispielsweise in Form einer Federscheibe oder gemäß 1. in Form einer Federkappe ausgeführt sein. Das Vorspannelement 46 besteht vorzugsweise aus Metall, insbesondere Edelstahl, und kann mit dem Ventilgehäuse 16 bzw. der Lagerbuchse 38 des zweiten Gleitlagers 36 verschweißt sein. Dadurch ist das Vorspannelement 46 mitsamt der beiden Drahtkissenlagerteile 40, 42 am Ventilgehäuse 16 unverlierbar gesichert.
