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Die Erfindung betrifft eine Klappenanordnung für eine Gasführung, insbesondere eine Abgasführung, eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs sowie eine Gasführung und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Klappenanordnung.
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Die Abgasanlagen von Fahrzeugen der Anmelderin sind gegen die Straße weitgehend mit Unterboden- oder Karosserieverkleidungen gegen Verunreinigungen mit Wasser, Staub, Salzen oder anderem Straßenschmutz geschützt.
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Trotzdem könnte nach längerem Betrieb der Fahrzeuge eine erhöhte Reibung in der Lagerung einer Stellwelle zwischen einer Abgasklappe in der Abgasführung der Fahrzeuge und einem Klappenantrieb, der außerhalb der Abgasführung angeordnet ist, auftreten.
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Bekannt ist laut der
DE 10 2013 101 983 A1 eine Klappenvorrichtung für den Abgasbereich von Verbrennungskraftmaschinen mit einem Strömungsgehäuse, in dem ein Strömungskanal ausgebildet ist, einer Stellwelle, einem Klappenkörper, der auf der Stellwelle im Strömungskanal angeordnet ist, einer Gehäusebohrung im Strömungsgehäuse, durch welche die Stellwelle nach außen ragt, einem Hebel, der an der Stellwelle befestigt ist, einer Lagerbuchse, welche in der Gehäusebohrung angeordnet ist, und in der die Stellwelle gelagert ist und einer Dichtscheibe mit einer zumindest teilweise sphärisch geformten Oberfläche. Diese Klappenvorrichtung soll häufig keinen ausreichenden Schutz vor einem Eindringen von Spritzwasser oder sonstigen Verschmutzungen, die von außen eindringen, bieten. Daher wird vorgeschlagen, die zumindest teilweise sphärisch geformte Oberfläche gespannt gegen eine Rückwand des Hebels anliegt. Damit wird eine gute Abdichtung mit wenigen Bauteilen angestrebt.
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Aus der
US 2013 / 0 168 589 A1 ist ein Hochtemperaturklappenventil bekannt, umfassend eine Ventilanordnung, ein Ventilstellglied, das so konfiguriert ist, dass es an die Ventilanordnung gekoppelt werden kann, wobei das Ventilstellglied eine Stellgliedwelle umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie an eine Ventilwelle der Ventilanordnung gekoppelt werden kann, und ein Fluidkühlungssystem, das so konfiguriert ist, dass ein Kühlfluid durch mindestens einen Teil des Ventilstellglieds strömt.
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Aus der
JP H08 - 82 384 A ist eine Dichtungsstruktur eines Absperrventils zur Aufnahme der Neigung eines Schachtes durch einen Spalt zwischen dem Außenumfang einer Welle und dem Innenumfang eines Dichtungselementes bei Neigung der Welle bekannt. Die Aufnahme erfolgt, indem eine kugelförmige Dichtungsfläche an mindestens einer der beiden Endseiten des Dichtungselements und eines Körpers gebildet und die Dichtungsfläche mit der anderen in Kontakt gebracht wird.
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Aus der
DE 29 34 112 A1 ist eine Lagerung einer Drosselklappe in einer Abgasleitung einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, mit einem eine Lagerstelle für die Drosselklappenwelle aufweisenden, an der Abgasleitung befestigten Lagerkörper, wobei eine Dichtung zur Abdichtung der Lagerstelle gegenüber der Durchtrittsstelle der Drosselklappenwelle durch die Abgasleitung vorgesehen ist, und wobei ein zwischen der Dichtung und der Durchtrittsstelle liegender Raum einen Anschluss für eine zu einer Unterdruckstelle führende Absaugleitung aufweist.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Klappenanordnung für eine Gasführung, insbesondere eine Abgasführung, eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Klappenanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1, eine Gasführung mit den Merkmalen von Anspruch 9 sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 11. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Klappenanordnung für eine Gasführung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Bei der Gasführung handelt es sich insbesondere um eine Abgasführung oder eine Abgasrückführung oder eine Frischluftführung oder eine Ladeluftführung. Die Klappenanordnung weist zumindest auf:
- a) eine Klappe, die in der Gasführung angeordnet und dazu eingerichtet ist, die Gasführung zumindest teilweise freizugeben oder zu blockieren. Die Klappe ist insbesondere eine Abgasklappe oder eine Drosselklappe oder eine andere Klappe in einer Gasführung eines Verbrennungsmotors.
- b) einen Klappenantrieb mit einem außerhalb der Gasführung angeordneten Antriebsmittel und einem Stellmittel, das zur Übertragung einer Stellbewegung von dem Antriebsmittel auf die Klappe eingerichtet ist. Der Klappenantrieb ist insbesondere als Seiltrieb mit einer Seilscheibe als Antriebsmittel oder als Riementrieb mit einer Riemenscheibe als Antriebsmittel oder als Kettentrieb mit einer Kettenscheibe als Antriebsmittel oder als elektro-rotatorischen Antrieb mit einem Rotor als Antriebsmittel ausgebildet. Gemäß einer Ausführung und insbesondere bei den genannten Antriebsmitteln weist das Stellmittel eine Welle auf (oder ist mit einer Welle ausgebildet), die an ihrer Mantelfläche der Gasführung, insbesondere an deren Begrenzung wie beispielsweise einer Wandung und/oder an einem damit fest verbundenen Bauteil wie beispielsweise einer Lagerhülse oder einem Gehäuse, gelagert ist, sodass die Welle insbesondere für eine Stellbewegung in Umfangsrichtung oder in Längsaxialrichtung der Welle eingerichtet ist.
- c) eine Stellmitteldichtung, die dazu eingerichtet ist, zumindest eine Lagerung, insbesondere eine Gleitlagerung oder eine Wälzlagerung einer Mantelfläche, des Stellmittels an der Begrenzung der Gasführung gegen Umgebungseinflüsse von außerhalb der Gasführung, insbesondere gegen Schmutz, Feuchtigkeit, Salze etc., insbesondere aus dem Betrieb des Fahrzeugs auf einer Straße, abzudichten. Abdichten bedeutet vorliegend insbesondere, die Umgebungseinflüsse vollständig oder in einem ausreichenden Maß von der Lagerung fernzuhalten.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Gasführung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit einer Klappenanordnung nach einer Ausführung der Erfindung bereitgestellt. Insbesondere handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Motorrad. Bei Motorrädern tritt das Problem der Verschmutzung des Stellmittels deutlich häufiger auf als bei Pkw oder Lkw, weil bei Motorrädern nicht im selben Maß wie bei Pkw oder Lkw Verkleidungen verbaut werden können. Selbstverständlich ist die Erfindung an sich trotzdem auch zur Verwendung bei Pkw oder Lkw vorgesehen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer Gasführung nach einer Ausführung der Erfindung bereitgestellt.
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Um eine möglichst kleine Stellmitteldichtung verbauen zu können, dichtet gemäß einer Ausführung die Stellmitteldichtung das Stellmittel entlang wenigstens eines Teils einer Erstreckung des Stellmittels zwischen der Lagerung und dem Antriebsmittel ab.
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Für eine möglichst zuverlässige Dichtwirkung dichtet gemäß einer Ausführung die Stellmitteldichtung das Stellmittel entlang einer gesamten Erstreckung des Stellmittels zwischen der Lagerung und dem Antriebsmittel ab.
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Um eine gute Dichtwirkung mit einer guten Montierbarkeit zu verbinden, weist die Stellmitteldichtung eine Labyrinthdichtung auf oder ist mit einer solchen ausgebildet.
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Vorliegend ist unter einer Labyrinthdichtung insbesondere eine, ggf. berührungsfreie, Wellendichtung zu verstehen, deren Dichtwirkung insbesondere auf der Verlängerung des Strömungsweges durch den abzudichtenden Spalt beruht, wodurch der Strömungswiderstand so stark erhöht wird, dass die Umgebungseinflüsse nicht mehr oder nicht mehr in einem störenden Maß zu der abzudichtenden Stelle vordringen können. Die Verlängerung des Strömungswegs wird in der Regel durch ein Ineinandergreifen - eine sogenannte Verkämmung - von Formelementen auf der (oder drehfest mit der) Welle und auf einer feststehenden Komponente wie beispielsweise einem Gehäuseteil erreicht.
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Insbesondere sind bei der Labyrinthdichtung abwechselnd (bezüglich einer Radialrichtung des zu dichtenden Elements, hier des Stellmittels) Dichtelemente solche angeordnet, die an der sich drehenden Komponente der Lagerung, und solche, die an einer gasführungsfesten Komponente der Lagerung befestigt sind. Eine Labyrinthdichtung wird auch als Spaltdichtung bezeichnet, insbesondere wenn sie berührungsfrei ausgebildet ist, was vorliegend gemäß einer Ausführung der Fall ist, aber für die Funktionsweise der Erfindung nicht zwingend erforderlich ist.
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Der Erfindung liegt unter anderem die Überlegung zugrunde, das die meisten gegenwärtigen Abgasklappen, insbesondere bei Motorrädern, mittels eines außerhalb des Abgasrohres angeordneten Antriebs ausgelenkt werden, wobei die Verbindung zwischen dem Antrieb und der Klappe mittels einer Welle erfolgt, die in einer Wandung des Abgasrohres gelagert ist. Die Stellbewegung erfolgt dann durch ein Drehen der Welle um ihre Längsachse. Wenn - insbesondere bei Motorrädern - die Lagerung der Welle Feuchtigkeit und Schmutz aus dem Straßenverkehr ausgesetzt ist, kann mit der Zeit eine Schwergängigkeit der Welle resultieren.
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Die Erfindung basiert nun unter anderem auf der Idee, die Lagerung abzudichten, insbesondere mittels einer Labyrinthdichtung, mit welcher die Drehbewegung der Welle um die Längsachse ausreichend gut, leicht montierbar und dauerhaft zuverlässig von den Umgebungseinflüssen getrennt werden kann.
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Je nach Einbaulage im Kraftfahrzeug kann gemäß einer Ausführung die Labyrinthdichtung eine stehende Dichtung sein, d.h. insbesondere, dass ein radial innerstes Dichtungselement, insbesondere Dichtungsrohr, sich in einer Einbauausrichtung in Fahrzeughochrichtung (oder einer Richtung mit einer Komponente in Fahrzeughochrichtung) erstreckt. In anderen Einbaulagen kann gemäß einer alternativen Ausführung die Labyrinthdichtung eine hängende Dichtung sein, d.h. insbesondere, dass ein radial innerstes Dichtungselement, insbesondere Dichtungsrohr, sich in einer Einbauausrichtung entgegen der Fahrzeughochrichtung (oder einer Richtung mit einer Komponente entgegen der Fahrzeughochrichtung) erstreckt.
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Für eine einfache Montage erstrecken sich die einzelnen Dichtelemente der Labyrinthdichtung parallel zu einer Längsachse des Stellmittels. Die einzelnen Dichtelemente greifen parallel zu dieser Längsachse ineinander.
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Für eine verbesserte Dichtwirkung gegen einen Eintrag von Umgebungseinflüssen aus einer spezifischen Richtung ist gemäß einer Ausführung die Labyrinthdichtung derart symmetrisch ausgebildet, dass beiderseits eines mittleren Dichtungselements eine gleich große Anzahl an Dichtungselementen angeordnet ist. Dadurch ist dann - je nach Richtung des Verschmutzungseintrags - als radial innerstes und radial äußerstes Dichtelement jeweils ein hängendes oder jeweils ein stehendes Dichtelement angeordnet.
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Für eine zuverlässige Dichtwirkung ist gemäß einer Ausführung die Stellmitteldichtung an der gasführungsfesten Komponente der Klappenanordnung, insbesondere einer Lagerschale der Lagerung des Stellmittels, entlang eines gesamten Umfangs um das Stellmittel herum gasdicht befestigt, insbesondere mittels einer ultraschall- oder reibgeschweißten Kunststoff-Kunststoff- oder Kunststoff-Metall-Verbindung oder Metall-Metall-Verbindung. Zusätzlich oder alternativ ist gemäß einer Ausführung die Stellmitteldichtung an dem Stellmittel oder an einer stellmittelfesten Komponente der Klappenanordnung, insbesondere an dem Antriebsmittel, entlang eines gesamten Umfangs um das Stellmittel herum gasdicht befestigt ist, insbesondere mittels einer ultraschall- oder reibgeschweißten Kunststoff-Kunststoff- oder Kunststoff-Metall-Verbindung.
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Gemäß einer Ausführung weist die Stellmitteldichtung einen wellenseitigen Dichtungsteil und einen lagerungsseitigen Dichtungsteil auf, wobei die jeweiligen Dichtelemente der beiden Dichtungsteile dazu eingerichtet sind, parallel zu einer Längsachse des Stellmittels oder in einer Radialrichtung des Stellmittels ineinanderzugreifen.
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Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
- 1 zeigt eine Klappenanordnung nach einer ersten beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer schematischen Ansicht.
- 2 zeigt eine Klappenanordnung nach einer zweiten beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer schematischen Ansicht.
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1 zeigt eine Klappenanordnung 1 für eine als Abgasführung ausgebildete Gasführung 2 eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug. Die Klappenanordnung 1 weist eine als Abgasklappe ausgebildete Klappe 4 auf, die in der Gasführung 2 angeordnet und dazu eingerichtet ist, die Gasführung 2 zumindest teilweise freizugeben oder zu blockieren. Die Darstellung ist in 1 so gewählt, dass Abgase 6 senkrecht zur Zeichenebene durch die Gasführung 2 strömen können, solange die Klappe 4 die Gasführung 2 zumindest teilweise freigibt.
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Zudem weist die Klappenanordnung 1 einen als Seiltrieb ausgebildeten Klappenantrieb 8 mit einem außerhalb der Gasführung 2 angeordneten Antriebsmittel 10 auf, das im Ausführungsbeispiel als Seilscheibe ausgebildet ist. Der Klappenantrieb 8 weist zudem ein Stellmittel 12 auf, das als Welle ausgebildet ist. Die Welle 12 als Stellmittel ist drehfest mit dem Antriebsmittel 10 verbunden und damit zur Übertragung einer Stellbewegung von dem Antriebsmittel 10 auf die Klappe 4 eingerichtet, wobei diese Stellbewegung um die Längsachse L der Welle 12 ausgebildet ist. Die Welle 12 ist dazu an ihrer Mantelfläche in einer Stellmittel-Lagerung 16 gelagert.
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Die Lagerung 16 ist mit einem Wellen-Gleitpartner 18 und einem Gasführungs-Gleitpartner 20 ausgebildet, sodass die Gleitpartner 18 und 20 ein Wellenlager 16 ausbilden. Der Gasführungs-Gleitpartner 20 ist drehfest über eine eingepresste Lagerbuchse mit einem Antriebsgehäuse 22 der Klappenanordnung 1 verbunden, wobei das Antriebsgehäuse 22 seinerseits fest mit der Gasführung 2 verbunden ist. Der Wellen-Gleitpartner 18 ist im Ausführungsbeispiel durch die Stellmittel-Welle 12 selbst ausgebildet. In einer analogen Ausführung kann der Wellen-Gleitpartner 18 drehfest mit der Welle 12 verbunden und insbesondere als Gleitring ausgebildet sein, der fest auf der Welle 12 aufgepresst ist.
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Darüber hinaus weist die Klappenanordnung 1 eine Stellmitteldichtung 24 auf, die dazu eingerichtet ist, die Lagerung 16 des Stellmittels 12 an der Gasführung 2 gegen Umgebungseinflüsse wie insbesondere Schmutz, Feuchtigkeit, etc. von außerhalb der Gasführung 2, insbesondere aus dem Betrieb des Fahrzeugs auf einer Straße, abzudichten.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 dichtet die Stellmitteldichtung 24 das Stellmittel 12 entlang einer gesamten Erstreckung E des Stellmittels 12 zwischen der Lagerung 16 und dem Antriebsmittel 10 ab.
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Die Stellmitteldichtung 24 ist als hängende Labyrinthdichtung ausgebildet, d.h. insbesondere, dass das radial innerste Dichtungselement 26 sich in einer Einbauausrichtung entgegen einer Fahrzeughochrichtung erstreckt. Die einzelnen Dichtelemente 26 der Labyrinthdichtung erstrecken sich parallel zu der Längsachse L des Stellmittels und greifen parallel zu dieser Längsachse L ineinander.
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Durch das Ineinandergreifen der Dichtungselemente 26 wird der minimale Strömungsweg von Umgebungseinflüssen hin zu der Lagerung 26 so stark verlängert (und durch den dünnen Spalt zwischen den Dichtungselementen 26 zusätzlich ggf. erschwert), dass eine ausreichende Dichtungswirkung bereitgestellt wird, um eine zuverlässige Funktion der Abgasklappe 4 während einer gesamten Lebenszeit des Kraftfahrzeugs zu unterstützen.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 ist die Labyrinthdichtung 24 derart symmetrisch ausgebildet ist, dass beiderseits eines mittleren Dichtungselements 26 jeweils ein Dichtungselemente 26 bzw. 26.3 angeordnet ist. Natürlich können in ähnlichen Ausführungsbeispiel, bei welchen eine größere Dichtwirkung erforderlich ist, auch jeweils zwei oder drei oder mehr Dichtungselemente beiderseits eines mittleren Dichtungselements vorgesehen sein.
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Ein gasführungsfester Dichtungsteil 28 der Stellmitteldichtung 24 ist im Ausführungsbeispiel an dem Gasführungs-Gleitpartner 20 entlang eines gesamten Umfangs um das Stellmittel 12 herum gasdicht befestigt, insbesondere mittels einer ultraschall- oder reibgeschweißten Kunststoff-Kunststoff-Verbindung.
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Ein wellenfester Dichtungsteil 30 der Stellmitteldichtung 24 ist im Ausführungsbeispiel an der Seilscheibe 10 entlang eines gesamten Umfangs um das Stellmittel 12 herum gasdicht befestigt, insbesondere mittels einer ultraschall- oder reibgeschweißten Kunststoff-Kunststoff-Verbindung oder Metall-Metall-Verbindung.
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Die Klappenanordnung 101 gemäß 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß 1 im Wesentlichen dadurch, dass die Stellmitteldichtung 124 als stehende Labyrinthdichtung ausgebildet ist und insbesondere vier Dichtelemente 126 bis 126.4 aufweist. Damit ist sie nicht symmetrisch ausgebildet und weist - insbesondere bei ansonsten identischen Proportionen und Spaltabständen - eine höhere Dichtungswirkung auf als die Dichtung gemäß 1.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Klappenanordnung
- 2
- Gasführung, insbesondere Abgasführung
- 4
- Klappe, insbesondere Abgasklappe
- 6
- Abgase
- 8
- Klappenantrieb
- 10
- Antriebsmittel
- 12
- Stellmittel
- 16
- Lagerung
- 18
- Wellen-Gleitpartner
- 20
- Gasführungs-Gleitpartner
- 22
- Antriebsgehäuse
- 24
- Stellmitteldichtung
- 26
- Dichtelemente
- 28
- gasführungsfester Dichtungsteil
- 30
- wellenfester Dichtungsteil
- 101
- Klappenanordnung
- 124
- Stellmitteldichtung
- 126
- Dichtelemente
- L
- Längsachse des Stellmittels
- E
- Erstreckung der Stellmitteldichtung entlang der Längsachse L
