DE102018214069A1 - Ventil zur Steuerung von Abgas oder Frischluft in einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges oder Generators - Google Patents

Ventil zur Steuerung von Abgas oder Frischluft in einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges oder Generators Download PDF

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Abstract

Bei einem Ventil (7) einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges ist ein Ventilgehäuse (11) thermisch von einem Motorgehäuse (15) entkoppelt. In dem Motorgehäuse (15) angeordnete Bauteile eines elektromotorischen Antriebs (6) und eines Getriebes (9) werden damit vor thermischen Belastungen geschützt. Das Ventil (7) lässt sich kostengünstig herstellen und hat einen besonders kleinen Bauraum.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Ventil zur Steuerung von Abgas oder Frischluft in einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges oder Generators mit einem einen Kanal aufweisenden Ventilgehäuse, mit einem verstellbaren Ventilkörper zum Freigeben oder Verschließen eines Strömungsquerschnitts des Kanals und mit einem elektromotorischen Antrieb zur Verstellung des Ventilkörpers.
  • Solche Ventile werden bei Brennkraftmaschinen oder Brennstoffzellen von Kraftfahrzeugen oder Generatoren häufig eingesetzt und sind aus der Praxis bekannt. Der Kanal führt bei solchen Anlagen häufig heißes Abgas oder ist mit thermisch hoch belasteten Bauteilen verbunden. Diese hohe thermische Belastung wird auf den elektromotorischen Antrieb weiter geleitet. Da der elektromotorische Antrieb und mit diesem verbundene Bauteile eines Getriebes thermisch überlastet werden können, wird bei dem aus der Praxis bekannten Ventil eine Wasserkühlung eingesetzt. Eine solche Wasserkühlung ist jedoch sehr kostenintensiv und erfordert einen großen Bauraum.
  • Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass es besonders kostengünstig herstellbar ist und einen besonders geringen Bauraum aufweist.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kanal von dem elektromotorischen Antrieb thermisch entkoppelt ist.
  • Durch diese Gestaltung wird die thermische Belastung des elektromotorischen Antriebs besonders gering gehalten. Die thermische Entkoppelung ermöglicht die Fertigung unabhängiger Baugruppen des elektromotorischen Antriebs und des Ventilgehäuses. Dank der Erfindung lässt sich eine aufwändige und großvolumige Wasserkühlung vermeiden. Das erfindungsgemäße Ventil ist daher besonders kostengünstig herstellbar und weist einen besonders geringen Bauraum auf.
  • Zu einem weiteren Schutz gegen thermische Belastungen trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn der elektromotorische Antrieb zusammen mit einem Getriebe eine bauliche Einheit bildet. Hierdurch ist nicht nur der elektromotorische Antrieb, sondern auch das Getriebe zum Antrieb des Ventilkörpers vor thermischen Belastungen geschützt aus dem Kanal.
  • Die thermische Entkoppelung gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn der elektromotorische Antrieb in einem Motorgehäuse angeordnet ist und wenn zwischen Motorgehäuse und Ventilgehäuse ein Isolator angeordnet ist. Im einfachsten Fall ist der Isolator ein Luftspalt. Hierdurch können das Ventilgehäuse und das Motorgehäuse aus Metall gefertigt sein und eine hohe Stabilität des Ventils sicherstellen.
  • Das Ventil lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach montieren, wenn das Motorgehäuse und das Ventilgehäuse jeweils einander gegenüberstehende Flansche aufweisen und wenn der Isolator die Flansche auf Abstand zueinander hält. Weiterhin lässt sich das Ventil nach Auswahl des Ventilgehäuses und des Motorgehäuses einfach in einem Baukastensystem zusammenstellen.
  • Eine hohe Stabilität des Ventils bei einer sehr hohen thermischen Entkoppelung lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erreichen, wenn der Isolator aus Kunststoff gefertigt ist. Durch die Höhe des Kunststoffs lässt sich die Stärke der Isolation einfach festlegen. Vorzugsweise hat der Kunststoff eine Höhe von zumindest 3mm.
  • Der Isolator gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn der Isolator zumindest ein Ringelement zur Beabstandung des Kanals von dem elektromotorischen Antrieb aufweist. Ein Ringelement hat den Vorteil, dass der Querschnitt der möglichen Wärmeleitung besonders klein ist.
  • Die Isolationswirkung des Isolators lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach einstellen, wenn die Wandstärke des Ringelements kleiner ist als die Höhe des Ringelements.
  • Das Ventil hat gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine hohe Stabilität bei einer geringen Kontaktfläche zwischen Motorgehäuse und Ventilgehäuse, wenn das Motorgehäuse und das Ventilgehäuse über eine von dem Flansch entfernt angeordnete Querstütze miteinander verbunden sind und wenn die Querstütze einen Isolator hat.
  • Zur weiteren thermischen Entkoppelung trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn eine an dem Ventilkörper befestigte und in das Motorgehäuse hineinragende Antriebswelle aus einem thermisch schlecht leitendem Material, insbesondere Kunststoff, gefertigt ist.
  • Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
    • 1 schematisch einen Teilbereich eines Kraftfahrzeuges mit einer Antriebsmaschine und einem Ventil,
    • 2 vergrößert das Ventil aus 1 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung.
  • 1 zeigt einen Teilbereich eines Kraftfahrzeuges 1 mit einer eine Antriebsmaschine 2 aufweisenden Antriebseinheit. Die Antriebseinheit hat zwei Zuführkanäle 3, 4 für Brennstoff, beispielsweise gasförmigen Brennstoff, und für Frischluft und einen Abgasstrang 5. Bei der Antriebsmaschine 2 kann es sich beispielsweise um eine Brennstoffzelle oder um eine Brennkraftmaschine handeln. In dem Abgasstrang 5 ist ein von einem elektromotorischen Antrieb 6 ansteuerbares Ventil 7 angeordnet.
  • In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann das Ventil 7 auch in dem Frischluft führenden oder Brennstoff führenden Zuführkanal 3, 4 angeordnet sein.
  • Von der Antriebsmaschine 2 erzeugter elektrischer Strom wird einer Steuereinrichtung 8 zugeführt. Die Steuereinrichtung 8 ist mit einem nicht dargestellten Bordnetz des Kraftfahrzeuges verbunden. Der elektromotorische Antrieb 6 des Ventils 7 wird über die Steuereinrichtung 8 mit elektrischem Strom versorgt. Zwischen dem Ventil 7 und dem elektromotorischen Antrieb 6 ist ein Getriebe 9 mit einem Positionssensor 10 angeordnet. Der Positionssensor 10 erfasst die Stellung und damit die Funktion des Ventils 7.
  • 2 zeigt das Ventil 7 mit dem elektromotorischen Antrieb 6 aus 1 in einer vergrößerten Explosionsdarstellung. Das Ventil 7 hat ein in dem Abgasstrang 5 aus 1 zu montierendes Ventilgehäuse 11 mit einem darin angeordneten, auf einer Antriebswelle 12 verschraubbaren Ventilkörper 13. Der Ventilkörper 13 lässt sich durch Antrieb der Antriebswelle 12 verstellen und damit einen Kanal 14 des Abgasstrangs 5 freigeben oder verschließen.
  • Der elektromotorische Antrieb 6 ist zusammen mit dem in 1 dargestellten Getriebe 9 in einem Motorgehäuse 15 angeordnet. Das Motorgehäuse 15 und das Ventilgehäuse 11 haben jeweils einen Flansch 16, 17, zwischen denen ein Isolator 18 angeordnet ist. Der Isolator 18 ist aus Kunststoff gefertigt und weist drei miteinander verbundene Ringelemente 19 auf. Weiterhin sind das Motorgehäuse 15 und das Ventilgehäuse 11 über eine von den Flanschen 16, 17 entfernte Querstütze 20 verbunden. Die Querstütze 20 hat einen Isolator 21 mit einem Ringelement 22 und eine vorzugsweise aus Kunststoff gefertigte Schraube 23.

Claims (9)

  1. Ventil (7) zur Steuerung von Abgas oder Frischluft in einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges oder Generators mit einem einen Kanal (14) aufweisenden Ventilgehäuse (11), mit einem verstellbaren Ventilkörper (13) zum Freigeben oder Verschließen eines Strömungsquerschnitts des Kanals (14) und mit einem elektromotorischen Antrieb (6) zur Verstellung des Ventilkörpers (13), dadurch ge- kennzeichnet, dass der Kanal (14) von dem elektromotorischen Antrieb (6) thermisch entkoppelt ist.
  2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb (6) zusammen mit einem Getriebe (9) eine bauliche Einheit bildet.
  3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb (6) in einem Motorgehäuse (15) angeordnet ist und dass zwischen Motorgehäuse (15) und Ventilgehäuse (11) ein Isolator (18, 21) angeordnet ist.
  4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (115) und das Ventilgehäuse (11) jeweils einander gegenüberstehende Flasche (16, 17) aufweisen und dass der Isolator (18) die Flansche (16, 17) auf Abstand zueinander hält.
  5. Ventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (18, 21) aus Kunststoff gefertigt ist.
  6. Ventil nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (18, 21) zumindest ein Ringelement (19, 22) zur Beabstandung des Kanals (14) von dem elektromotorischen Antrieb (6) aufweist.
  7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Ringelements (19, 22) kleiner ist als die Höhe des Ringelements (19, 22).
  8. Ventil nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (15) und das Ventilgehäuse (11) über eine von dem Flansch (16, 17) entfernt angeordnete Querstütze (20) miteinander verbunden sind und dass die Querstütze (20) einen Isolator (21) hat.
  9. Ventil nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine an dem Ventilkörper (13) befestigte und in das Motorgehäuse (15) hineinragende Antriebswelle (12) aus einem thermisch schlecht leitendem Material, insbesondere Kunststoff, gefertigt ist.
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