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Die Erfindung betrifft ein Klappenventil für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, mit einem rohrabschnittförmigen Ventilgehäuse, durch das ein Abgasstrom leitbar ist und mit einer im Ventilgehäuse schwenkbar angeordneten Ventilklappe zum Steuern des Abgasstroms. Die Ventilklappe ist an einer Klappenwelle befestigt, die am Ventilgehäuse über zumindest ein erstes Lager um eine Schwenkachse schwenkbar g elagert ist. Die Klappenwelle weist einen Hebelarm auf, über den die Klappenwelle mit einem Aktor koppelbar ist.
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In der Praxis werden derlei Klappenventile im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors als sogenannte Abgasklappen eingesetzt.
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Die Klappenwelle muss angesichts der großen Temperaturschwankungen, denen das Klappenventil im Betriebseinsatz ausgesetzt ist, relativ zum ersten Lager Ausgleichsbewegungen in Richtung ihrer Längsachse vollführen können. Während des Betriebseinsatzes des Klappenventils kann es nicht zuletzt aus diesem Grund zu unerwünschten Schwingungen der Klappenwelle mitsamt der daran befestigten Ventilklappe in Längsrichtung der Klappenwelle kommen. Die Folge können störende Geräuschemissionen sein, die insbesondere bei Kraftfahrzeugen als störend empfunden werden.
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Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Klappenventil anzugeben, das im Betriebseinsatz weniger schwingungsbedingte Geräuschemissionen aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Klappenventil mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung.
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Das erfindungsgemäße Klappenventil zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass dieses mit einem Schwingungsdämpfer zum Dämpfen von Schwingungen der Klappenwelle in axialer Richtung versehen ist. Der Schwingungsdämpfer umfasst einen Halter, der einenends am Ventilgehäuse, insbesondere am ersten Lager der Klappenwelle, befestigt (lagefixiert angeordnet) ist und der anderenends ein federelastisch verformbares Dämpferelement trägt, das den Hebelarm beiderseitig bereichsweise in axialer Richtung kontaktierend übergreift. Durch den Schwingungsdämpfer können die eingangs genannten Schwingungen der Klappenwelle samt der Ventilklappe wirksam gedämpft und so akustischen Emissionen des Klappenventils während des Betriebseinsatzes entgegengewirkt werden. Durch diese Beruhigung der Klappenwelle sowie der daran angeordneten Ventilklappe können mithin unerwünschte Betriebsgeräusche des Klappenventils verringert werden.
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Der Hebelarm kann erfindungsgemäß einen Befestigungsabschnitt aufweisen, der die Klappenwelle zumindest abschnittsweise umgreift. Das Dämpfungselement wirkt dabei vorteilhaft mit diesem Befestigungsabschnitt des Hebelarms zusammen. Mit anderen Worten übergreift das Dämpfungselement den Befestigungsabschnitt des He belarms beiderseitig in axialer Richtung und liegt an diesem beiderseitig in axialer Richtung an.
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Im Hinblick auf die Temperaturbelastungen, denen das Klappenventil im Betriebseinsatz ausgesetzt ist, besteht das Dämpfungselement vorteilhaft aus Metall, insbesondere (nichtrostendem) Edelstahl. In gleicher Weise kann der Halter des Schwingungsdämpfers aus Metall, insbesondere (nichtrostendem) Edelstahl, bestehen.
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Ganz besonders bevorzugt ist das Dämpfungselement als ein ein- oder mehrteiliges Drahtkissen, insbesondere als ein Ganzmetall-Drahtkissen ausgeführt. Dadurch kann das Dämpfungselement des Schwingungsdämpfers mit einer hohen dynamischen Belastbarkeit bei gleichzeitig geringen Federwegen und nahezu konstanter Eigenfrequenz über den gesamten Lastbereich realisiert werden. Darüber hinaus zeichnet sich ein solches Drahtkissen durch eine gute Korrosionsbeständigkeit sowie eine große Alterungsbeständigkeit aus. Ganz besonders bevorzugt umfasst das Dämpfungselement ein Drahtgestrick oder ist durch ein Drahtgestrick gebildet.
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Das Dämpfungselement ist vorteilhaft in einer Haltenut des Halters gehalten angeordnet. Dadurch wird einerseits die Montage des Dämpfungselements am Halter erleichtert. Darüber hinaus kann sich das Dämpfungselement auf diese Weise in axialer Richtung an den einander zuweisenden Nutflanken der Haltenut abstützen. Zu beachten ist, dass das Dämpfungselement nicht über seine gesamte radiale Erstreckung in der Haltenut angeordnet sein muss. Nach der Erfindung ragt das Dämpfungselement vorzugsweise vielmehr in radialer Richtung aus der Haltenut heraus. Dadurch kann auf einfache Weise ein größerer Federweg realisiert sowie ein besonders feinfühliges Ansprechen des Dämpferelements auf axiale Schwingungen der Klappenwelle erreicht werden.
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Zur Lagesicherung des Dämpfungselements am Halteelement können diese miteinander verschweißt oder auch miteinander verklebt sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Dämpfungselement in der Haltenut des Halteelements - zumindest bereichsweise - in einem axialen Presssitz gehalten angeordnet sein. Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Dämpfungselement durch umgebogene Haltelaschen des Halteelements in der Haltenut gehalten.
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Unter fertigungstechnischen Aspekten ist das Halteelement vorzugsweise als ein einstückiges Blechbiegeteil ausgeführt. Dadurch kann der Schwingungsdämpfer auf kostengünstige Weise in Massenfertigung erzeugt und zugleich mit geringen Fehlertoleranzen bereitgestellt werden.
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Ist der Schwingungsdämpfer lösbar am Ventilgehäuse, insbesondere an dem ersten Lager der Klappenwelle befestigt, so kann der Schwingungsdämpfer bedarfsweise ausgetauscht werden. Darüber hinaus können existierende und bereits im Einsatz befindliche Klappenventile mit dem Schwingungsdämpfer zu einem erfindungsgemäßen Klappenventil nach- bzw. aufgerüstet werden.
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Nach der Erfindung kann das Halteelement insbesondere mittels einer Spannschelle am ersten Lager festgesetzt sein. Die Spannschelle umgreift das erste Lager umlaufend und kann insbesondere aus Edelstahl gefertigt sein. Derlei Spannschellen sind am Markt kostengünstig vorkonfektioniert erhältlich.
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Nach der Erfindung kann das Halteelement des Schwingungsdämpfers auch am Ventilgehäuse bzw. am ersten Lager der Klappenwelle festgeschweißt sein. Diese Befestigungsart ist insbesondere bei der Herstellung eines fabrikneuen erfindungsgemäßen Klappenventils bevorzugt.
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Das Dämpfungselement kann sich nach der Erfindung zumindest abschnittsweise von außen in einer zur Schwenkachse der Klappenwelle radialen Richtung zwischen den Befestigungsabschnitt des Hebelarms und das erste Lager der Klappenwelle erstrecken und sich an dem Lager in axialer Richtung abstützen. Mit anderen Worten kann das Dämpfungselement abschnittsweise in axialer Richtung zwischen dem Befestigungsabschnitt des Hebelarms und dem ersten Lager der Klappenwelle angeordnet sein und sich an dem Lager in axialer Richtung abstützen.
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Der Hebelarm ist nach der Erfindung vorzugsweise an der Klappenwelle festgeschweißt. Andere geeignete Befestigungsarten sind durchaus vorstellbar.
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Besonders bevorzugt ist der Hebelarm an seinem freien Endabschnitt mit einem Kugelkopf versehen. Dadurch kann der Anschluss eines geeigneten Aktors zum Betätigen der Klappenwelle vereinfacht am Hebelarm, insbesondere lösbar, angeschlossen werden.
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Der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer ist für ein vorstehend erläutertes Klappenventil vorgesehen und dient dazu, Schwingungen der Klappenwelle in axialer Richtung zu dämpfen. Der Schwingungsdämpfer umfasst erfindungsgemäß ein Halteelement, das einenends am Ventilgehäuse oder am ersten Lager der Klappenwelle befestigbar ist und das anderenends ein federelastisch verformbares Dämpfungselement trägt, um den Hebelarms beiderseitig zumindest bereichsweise in axialer Richtung kontaktierend zu übergreifen.
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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 in der Zeichnung gezeigten Merkmale sind derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können.
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Es zeigen:
- 1 ein Klappenventil für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem rohrabschnittförmigen Ventilgehäuse, durch das ein Abgasstrom führbar ist und mit einer im Ventilgehäuse angeordneten Ventilklappe zum Steuern des Abgasstroms, die auf einer mit einem Schwingungsdämpfer versehenen Klappenwelle montiert ist, in einer Seitenansicht;
- 2 das Klappenventil gemäß 1 in einer anderen Seitenansicht;
- 3 das Klappenventil gemäß 1 in einer Schnittdarstellung entlang der in 2 mit „A-A“ bezeichneten Schnittebene;
- 4 einen Detailausschnitt des Klappenventils gemäß 3.
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1 zeigt ein Klappenventil 10 mit einem insgesamt mit 12 bezeichneten Ventilgehäuse, durch dessen Innenraum 14 ein Abgasstrom führbar ist. Der effektive Öffnungsquerschnitt (d. h. der vom Abgasstrom durchströmbare freie Querschnitt) des Innenraums 14 ist durch das Schwenken einer im Innenraum 14 angeordneten Ventilklappe 16 variierbar. Die Ventilklappe 16 ist dazu an einer Klappenwelle 18 befestigt und gemeinsam mit dieser um eine mit 20 bezeichnete Schwenkachse relativ zum Ventilgehäuse 12 schwenkbar. Zur Befestigung des Ventilgehäuses 12 an einem geeigneten Träger des Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt) dient ein am Ventilgehäuse 12 angeformter Montageflansch 22.
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Die Klappenwelle 18 ist über ein erstes Lager 24 und hier zusätzlich über ein an sich optionales zweites Lager 26 am Ventilgehäuse 12 gelagert. Die beiden Lager 24, 26 können am Ventilgehäuse 12 festgeschweißt oder in anderer Weise am Ventilgehäuse 12 befestigt sein. Das erste und das zweite Lager 24, 26 weisen hier jeweils einen kreisrunden Außenquerschnitt auf, d. h. die beiden Lager 24, 26 sind im Wesentlichen jeweils zylinderförmig ausgeführt. An der Klappenwelle 18 ist einenends ein Hebelarm 28 befestigt, über den die Klappenwelle 18 mit einem Aktor (nicht gezeigt), beispielsweise in Form einer Unterdruckdose oder eines elektrisch betätigten Stellmotors, mechanisch verkoppelbar ist. Der Hebelarm 28 kann für den Anschluss des Aktors einen Kugelkopf 30 aufweisen, wie dies in 1 gezeigt ist.
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Der Hebelarm 28 weist hier einen Befestigungsabschnitt 32 auf, der die Klappenwelle 18 in radialer Richtung zumindest teilweise, hier vollständig, umgreift. Der Hebelarm 28 kann an der Klappenwelle 18 insbesondere festgeschweißt oder in anderer geeigneter Weise befestigt sein.
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Die Klappenwelle 18 ist am Ventilkörper 12 mit einem (geringen) axialen Spiel gelagert, um so temperaturbedingte Ausgleichsbewegungen der Klappenwelle 18 in axialer Richtung zu ermöglichen. Im Betriebseinsatz des Klappenventils 12 kann es nicht zuletzt deshalb durch Strömungseffekte zu Schwingungen der Klappenwelle 18 mitsamt der daran angeordneten Ventilklappe 16 in einer zur Schwenkachse 20 axialen Richtung kommen. Dies ist insbesondere während des Ausführens einer Stellbewegung der Ventilklappe 16 der Fall. Die Schwingungen können zu unerwünschten Geräuschemissionen, insbesondere einem häufig als störend empfundenen „Klappern“, führen. Das Klappenventil 10 ist deshalb mit einem zu den beiden Lagern 24, 26 separat ausgebildeten Schwingungsdämpfer 34 versehen, um derlei Axialschwingungen der Klappenwelle 18 entgegenzuwirken.
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In 2 ist das Klappenventil 12 in einer Draufsicht auf das mit dem Hebelarm 28 versehene Ende der Klappenwelle 18, mithin das aktorseitige Ende der Klappenwelle 18, gezeigt. Der Schwingungsdämpfer 34 umfasst ein Halteelement 36 und ein am Halteelement befestigtes Dämpfungselement 38.
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Das Halteelement 36 weist gemäß der in 3 gezeigten Schnittdarstellung einenends einen längserstreckten Montage- oder Fußabschnitt 40 und anderenends einen im Wesentlichen U-förmigen Halteabschnitt 42 auf. Das Halteelement ist unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten vorzugsweise als ein einstückiges Blechbiegeteil ausgeführt. Der Fußabschnitt 40 des Halteelements 36 ist am Ventilgehäuse, genauer am ersten Lager 24 der Klappenwelle 18, befestigt.
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Das Halteelement 36 liegt mit seinem Fußabschnitt 40 am ersten Lager 24 außenseitig formschlüssig an und umgreift diesen teilumfänglich in einer radialen Richtung. Zur hier lösbaren Befestigung des Fußabschnitts 40 am ersten Lager 24 dient eine Spannschelle 44. Derlei Spannschellen 44 bieten den Vorteil, dass diese am Markt kostengünstig vorkonfektioniert erhältlich sind und einfach zu montieren sind. Darüber hinaus können sie intervallweise nachgespannt werden, soweit dies erforderlich werden sollte. Andere Befestigungsarten des Halteelements, wie etwa eine Schweißverbindung, sind vorstellbar. Der Halteabschnitt 42 weist eine Haltenut 46 auf, in der das federelastisch verformbare Dämpfungselement 38 gehalten angeordnet ist. Die Haltenut 46 ist in radialer Richtung zur Schwenkachse 20 der Klappenwelle 18 hin offen ausgeführt.
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Das Dämpfungselement 38 ist hier in Form eines einzelnen Drahtkissenelements ausgeführt. Das Dämpfungselement 38 bzw. Drahtkissenelement weist seinerseits eine Aufnahmenut 48 auf, die in radialer Richtung zur Schwenkachse 20 hin offen ausgeführt ist. Das Dämpfungselement 38 weist dabei einen ersten Schenkel 50 und einen zweiten Schenkel 52 auf, die über einen Rückenabschnitt 54 miteinander verbunden sind. Der Rückenabschnitt 54 des ist in der Haltenut 46 des Halteelements 36 angeordnet.
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Der Befestigungsabschnitt 32 des Hebelarms 28 erstreckt sich nur teilumfänglich in die Aufnahmenut 48 des Dämpfungselements 38 hinein. Das Dämpfungselement 38 übergreift derart mit seinen beiden Schenkeln 50, 52 den Halteabschnitt 42 des Hebelarms 28 und liegt an dem Halteabschnitt 28 beiderseitig in axialer Richtung an.
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Mit Blick auf eine möglichst geringe Reibung zwischen dem Hebelarm 28 und dem Dämpfungselement 38 ist es von Vorteil, wenn das Dämpfungselement 38 ohne eine axiale Vorspannung oder mit einer zu vernachlässigenden axialen Vorspannung an dem Hebelarm 28 anliegt.
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Das Dämpfungselement 38 besteht vorzugsweise aus Metall, insbesondere Edelstahl, sodass eine ausreichend große Temperaturbeständigkeit und Korrosionsfestigkeit des Dämpfungselements 38 gegeben ist. Das Dämpfungselement 38 kann mit dem Halteelement verschweißt, verklebt oder auch in der Haltenut 46 in einem axialen Presssitz gehalten angeordnet sein.
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Der Schwingungsdämpfer 34 kann gemäß dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel lösbar am Ventilgehäuse 12 bzw. am ersten Lager 24 der Klappenwelle 18 befestigt sein. Dies bietet den Vorteil, dass bereits existierende, insbesondere an ihrem Bestimmungsort verbaute, Klappenventile ohne einen solchen Schwingungsdämpfer 34 auf einfache Weise mit dem Schwingungsdämpfer 34 nachgerüstet werden können. In diesem Fall ist der Schwingungsdämpfer 34 somit auch als ein Zubehörteil bzw. Nachrüstsatz bereitzustellen. Aufgrund der im Betriebszustand des Klappenventils 10 auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen kann zur Montage des Schwingungsdämpfers 34 insbesondere eine Spannschelle eingesetzt werden.
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Es versteht sich, dass der Schwingungsdämpfer 34 bei der Neuherstellung von Klappenventilen 10 vorzugsweise unlösbar am Ventilgehäuse bzw. an dem Lager befestigt wird. Dies kann insbesondere durch Schweißen realisiert werden. Dadurch kann das Klappenventil besonders kostengünstig in Massenfertigung bereitgestellt werden.
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Gemäß dem in 4 gezeigten Detailausschnitt des Klappenventils 10 können der Befestigungsabschnitt 32 des Hebelarms 28 und das erste Lager 24 der Klappenwelle voneinander in axialer Richtung beabstandet sein. Dadurch ist zwischen dem Hebelarm 28 und dem ersten Lager 24 ein Ringspalt 56 ausgebildet. Das Dämpfungselement 38 kann sich abschnittsweise in radialer Richtung von außen in den Ringspalt 56 hineinerstrecken. Das Dämpfungselement 38 kann sich dadurch in axialer Richtung an dem ersten Lager 24 spielfrei abstützen.
