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Die Erfindung betrifft eine Abgasklappe eines Abgastraktes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Abgastrakt für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß Patentanspruch 10.
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Abgasklappen von Abgastrakten, insbesondere von Abgastrakten von Verbrennungskraftmaschinen, sind bekannt. Die Abgasklappen dienen einer definierten Änderung eines Strömungsquerschnitts des Abgastraktes. Ebenso werden Abgasklappen auch zu Einhaltung gesetzlich vorgeschriebener Geräusch-Emissionswerte eingesetzt, indem der Strömungsquerschnitt eines Leitungsabschnitts des Abgastraktes in bestimmten Fahrzuständen reduziert wird, wodurch eine an einem Austritt des Abgastraktes endende Druckwelle des Abgases verändert wird. Des Weiteren können Abgasklappen in Form von so genannten Staudruckklappen eingesetzt werden, um bspw. einen Gegendruck im Abgastrakt gezielt zu steigern. Diese Staudruckklappen ermöglichen bspw. bei Verbrennungsmotoren in Form von Dieselmotoren ein definiertes Überströmen von Abgas in Richtung einer Frischluftansaugung, einer so genannten Niederdruck-Abgasrückführung. Lagerstellen der Abgasklappen sind sowohl durch korrosive Medien, wie bspw. Abgaskondensat oder Straßensalz, als auch aufgrund ihrer Anordnung mit Abgastrakt, wo sie zumindest teilweise unmittelbar dem Abgas und dessen hohen Temperaturen sowie dessen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, thermisch hoch belastet.
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Es sind Abgasklappen mit einseitiger Lagerung, einer so genannten freifliegenden Lagerung, oder mit einer beidseitigen Lagerung bekannt. Üblicherweise besitzen diese Abgasklappen an ihren Lagerstellen zylindrisch ausgeführte Lagerbuchsen aus unterschiedlichsten Werkstoffen wie z.B. Graphit oder sind in Form von Drahtgeflechten ausgebildet. Diese Art der Lagerung hat den Nachteil, dass radiale oder axiale Spalte bei einer Schwingungsanregung im Betrieb unangenehme oder lästige Klapper- oder Schwirrgeräusche verursachen. Durch Toleranzgrenzen bei der Fertigung kann diese Geräuschneigung bereits bei neuen Abgasklappen auftreten, wobei sich jedoch nach einer gewissen Betriebszeit der Abgasklappe die Geräuschneigung aufgrund von Verschleiß, und sich damit einhergehend axiale und radiale Spalte bilden, zeigt.
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Der Offenlegungsschrift
DE 10 2018 104 740 A1 kann eine Abgasklappe eines Abgastraktes entnommen werden, welche eine zylinderförmige Lagerbuchse, aufweisend einen die Lagerbuchse in axialer und radialer Richtung vollständig durchstreckenden Schlitz besitzt, wobei die Lagerbuchse in einem die Lagerbuchse aufnehmenden, konisch ausgebildeten Lagergehäuse angeordnet ist. Die Lagerbuchse ist von einem Drahtgeflecht umfasst, welches somit zwischen der Lagerbuchse und dem Lagergehäuse liegt.
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Der Offenlegungsschrift
DE 10 2004 024 056 A1 kann eine Abgasklappe eines Abgastraktes entnommen werden, deren Klappenwelle abschnittsweise eine konisch ausgebildete Kontur aufweist, wobei eine Lagerbuchse eine hierzu komplementär ausgebildete Innenkontur besitzt. Die Lagerbuchse ist gegen die Klappenwelle mit Hilfe einer Feder vorgespannt.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2009 014 140 A1 offenbart eine Abgasklappe eines Abgastraktes, wobei eine Lagerbuchse der Abgasklappe eine konisch ausgebildete Innenkontur besitzt, in welcher ein sphärisch ausgebildeter Wellenabschnitt einer Klappenwelle der Abgasklappe aufgenommen ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte, insbesondere auch bei längerer Betriebszeit geräuschfreie Abgasklappe eines Abgastraktes bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist einen verbesserten Abgastrakt für eine Verbrennungskraftmaschine anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Abgasklappe eines Abgastraktes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weitere Aufgabe wird mit einem Abgastrakt für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Abgasklappe eines Abgastraktes umfasst ein Schließelement, welches in einem Abgasrohr des Abgastraktes bewegbar aufgenommen ist. Das Schließelement ist mit Hilfe einer Klappenwelle der Abgasklappe um eine Drehachse der Abgasklappe verdrehbar, wobei die Klappenwelle in Richtung der Drehachse erstreckend ausgebildet ist. Die Abgasklappe ist zumindest teilweise in einem Gehäuse aufgenommen. Zur Lagerung der Abgasklappe ist eine Lagerstelle im Gehäuse ausgebildet, welche zur Aufnahme einer Lagerbuchse ausgeführt ist, wobei die Lagerbuchse einer Lagerung der Klappenwelle dient. Erfindungsgemäß ist die Lagerbuchse konisch ausgebildet, wobei sich in Richtung des Schließelementes erstreckend eine Mantelfläche der Lagerbuchse, welche eine Außenkontur der Lagerbuchse bildet, in Richtung der Drehachse und eine Innenfläche der Lagerbuchse, welche eine Innenkontur der Lagerbuchse bildet, in Richtung der Außenkontur geneigt ausgebildet sind. Das heißt, es ist eine selbstpositionierende Lagerbuchse ausgebildet, wobei die Selbstpositionierung mit Hilfe der geneigten Außen- und Innenfläche realisiert werden kann. Es kann auf einfache Weise eine Spaltbildung, unabhängig ob in einem Neuzustand der Abgasklappe aufgrund von Toleranzen oder aufgrund von Verschleiß im Betrieb, vermieden werden, da die Lagerbuchse aufgrund ihrer konischen Außenkontur sich im Gehäuse gemäß eines zwischen dem Gehäuse und der Außenkontur auftretenden Verschleißes und/oder aufgrund ihrer konischen Innenkontur eines zwischen der Klappenwelle und der Innenkontur auftretenden Verschleißes in axialer Richtung arretieren kann, oder mit anderen Worten ausrichten kann.
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Eine gesicherte Arretierung ist mit Hilfe eines Vorspannelementes, welches auch als Federelement bezeichnet werden kann, herbeigeführt. Das heißt, dass die Lagerbuchse mit Hilfe eines Federelementes vorgespannt in der Lagerstelle, welche mit Hilfe des Gehäuses gebildet ist, aufgenommen ist. Das Federelement ist derart ausgeführt, dass es eine axiale Kraft auf die Lagerbuchse ausführen kann, wobei es hierzu bevorzugt an einem von der Klappenwelle abgewandt ausgebildeten Ende der Lagerbuchse angeordnet ist. Somit kann dauerhaft eine Spaltbildung vermieden werden, unabhängig davon, ob die Lagerung im Neuzustand ein erhöhtes Lagerspiel aufweist oder sich das Lagerspiel erst im Betrieb durch Verschleiß vergrößert. Das heißt mit anderen Worten, dass einer Spaltbildung dahingehend entgegengewirkt werden kann, dass die Lagerbuchse in axialer Richtung in Richtung des Schließelementes „rutschen“ kann, wobei diese Bewegung mit Hilfe des Federelementes unterstützt wird oder herbeigeführt werden kann. Das Federelement kann bspw. in Form einer Schraubenfeder, einer Tellerfeder oder einer Elastomerfeder ausgeführt sein. Ebenso kann auch die vom Federelement herbeigeführte Vorspannkraft mit Hilfe eines Gasdruckes erwirkt werden.
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Sofern ein Wellenendabschnitt der Klappenwelle, welche zumindest teilweise in der Lagerbuchse aufgenommen ist, komplementär zur Innenfläche ausgebildet ist, ist die Spaltbildung gesichert vermieden, da die Lagerbuchse den Wellenendabschnitt axial gesichert aufnehmen kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasklappe ist die Lagerbuchse elastisch ausgebildet. Das heißt mit anderen Worten, dass die Lagerbuchse insbesondere ihren Innen- und/oder Außendurchmesser veränderbar ausgebildet ist. Hierzu könnte die Lagerbuchse in Form eines Drahtgeflechtes, bspw. ein nicht hochverdichtetes Drahtgeflecht, ausgeführt sein.
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Bevorzugt weist zur Realisierung der Elastizität, bzw. zur Änderung ihres Innen- und/oder Außendurchmessers die Lagerbuchse einen sich in Richtung einer Buchsenachse der Lagerbuchse, welche der Drehachse entspricht, erstreckenden Schlitz auf, wobei der Schlitz die Lagerbuchse entlang der Buchsenachse nur teilweise durchdringend ausgebildet ist. Das heißt mit anderen Worten, dass der Schlitz die Lagerbuchse nicht vollständig trennt. Insbesondere sind mehrere Schlitze über einen Umfang der Lagerbuchse verteilt ausgebildet, wobei vorteilhaft die Schlitze in regelmäßigen Abständen verteilt angeordnet sind, damit über einem Umfang der Lagerbuchse eine gleichmäßige Durchmesseränderung herbeigeführt werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasklappe sind die Schlitze alternierend sich ausgehend von einer ersten Kegelstumpffläche und einer von der ersten Kegelstumpffläche abgewandt ausgebildeten zweiten Kegelstumpffläche ausgebildet. Mit anderen Worten gesagt sind die Schlitze im Wechsel ausgehend von der ersten Kegelstumpffläche und der zweiten Kegelstumpffläche entlang der Buchsenachse in der Lagerbuchse ausgebildet.
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Zur schnellen Änderung des Durchmessers ist der Schlitz sich in radialer Richtung vollständig durch die Lagerbuchse erstreckend ausgebildet.
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Somit sind die Vorteile der erfindungsgemäßen Abgasklappe insbesondere in einer dauerhaft spielfreien Lagerung durch die konisch ausgeformte und bevorzugt axiale federbeaufschlagte Lagerbuchse, sowie eine Vermeidung von Schwingungsanregungen in dreidimensionaler Richtung, wodurch akustische Beanstandungen nahezu oder vollständig ausgeschlossen werden können, zu sehen.
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Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft einen Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine, aufweisend eine Abgasklappe, wobei erfindungsgemäß die Abgasklappe nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist. Somit kann vorteilhaft ein geräuschreduzierter Abgastrakt für eine Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es zeigen:
- 1 in einem Halbschnitt eine Abgasklappe eines Abgastraktes gemäß dem Stand der Technik,
- 2 eine schematische Abbildung der Abgasklappe gem. 1 in einem Schnitt,
- 3 eine schematische Abbildung einer erfindungsgemäßen Abgasklappe eines Abgastraktes in einem Schnitt, und
- 4 in einer perspektivischen Abbildung eine Lagerbuchse der erfindungsgemäßen Abgasklappe.
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Eine Abgasklappe 1 eines Abgastraktes 2 gemäß dem Stand der Technik ist beispielhaft, wie in 1, einem Ausschnitt des Abgastraktes 2, ausgebildet. Der Abgastrakt 2 ist einer nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine zugeordnet, welche in Form eines Dieselmotors ausgebildet ist. Ebenso könnte die Verbrennungskraftmaschine in Form eines Ottomotors ausgestaltet sein.
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Der Abgastrakt 2 von Verbrennungskraftmaschinen, welcher von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ausgebildet ist, ist hinlänglich bekannt, weshalb an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen wird. Es sei erwähnt, dass über den Abgastrakt 2 das Abgas der Verbrennungskraftmaschine geführt und an die Umgebung weitergeleitet wird. Im Abgastrakt kann eine Turbine eines Abgasturboladers durchströmbar aufgenommen sein, wobei eine Abgasenthalpie des Abgases einer Nutzung zur Ladedrucksteigerung der Verbrennungskraftmaschine dienen kann.
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Zur Reduzierung von im Abgas enthaltenen Schadstoffen sind nicht näher dargestellte Abgasreinigungssysteme im Abgastrakt durchströmbar aufgenommen, wobei die Abgasreinigungssysteme unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen können.
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Im Abgastrakt 2 ist die Abgasklappe 1 zur Änderung eines Strömungsquerschnitts eines Abgasrohres 3 des Abgastraktes 2 aufgenommen, wobei die Abgasklappe 1 bewegbar um ihre Drehachse 4 im Abgastrakt 2 angeordnet ist. Die Abgasklappe 1 umfasst ein Schließelement 5, welches mit einer Klappenwelle 6 drehfest verbunden ist. Die Abgasklappe 1 ist beidseitig gelagert, das heißt mit anderen Worten, dass eine erste Lagerstelle 7 an einem Wellenende 8 der Klappenwelle 6 und eine der ersten Lagerstelle 7 gegenüberliegend eine zweite Lagerstelle 9 ausgebildet ist, wodurch sich auch bei einem hohen Abgasvolumen und hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Abgases die Abgasklappe 1 sicher bewegen lässt.
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Die Lagerstellen 7, 9 sind in einem Gehäuse 10 der Abgasklappe 1 ausgebildet, wobei das Gehäuse 10 einen Rohrabschnitt 11 des Abgasrohres 3 umfasst, in welchem das Schließelement 5 aufgenommen ist. Der Rohrabschnitt 11 besitzt einen Strömungsquerschnitt 12, welcher mit Hilfe des Schließelementes 5 vollständig oder teilweise geöffnet oder geschlossen werden kann.
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Die Abgasklappe 1 umfasst eine erste Lagerbuchse 13, welche in der ersten Lagerstelle 7 und eine zweite Lagerbuchse 14, welche in der zweiten Lagerstelle 9 unbewegbar angeordnet sind. Damit die erste Lagerbuchse 13, welche üblicherweise verpresst im Gehäuse 10 aufgenommen ist, gesichert im Gehäuse 10 aufgenommen ist, ist dem Wellenende 8 gegenüberliegend ein Verschlusselement 15 in Form einer Scheibe angeordnet.
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In 2 ist die erste Lagerstelle 7 der Abgasklappe 1 gem. 1 schematisch abgebildet.
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Eine erfindungsgemäße Abgasklappe 1 ist in 3 abgebildet. Die erste Lagerbuchse 13 weist eine sich in Richtung der Drehachse 4 geneigt ausgebildete Außenkontur 16 und eine sich in Richtung der Außenkontur 16 geneigt ausgebildete Innenkontur 17 auf. Das heißt mit anderen Worten, dass die erste Lagerbuchse 13 hohlkegelstumpfförmig ausgeführt ist, wobei relativ zu einer Buchsenachse 26 der Lagerbuchse 13, welche der Drehachse 4 entspricht, eine Mantelfläche 18 der ersten Lagerbuchse 13 in Richtung auf die Buchsenachse 26 der Lagerbuchse 13 geneigt ausgebildet ist. Des Weiteren ist eine die Innenkontur 17 bildende Innenfläche 19 in Richtung auf die Mantelfläche 18 relativ zur Buchsenachse 26 geneigt. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Neigungen der Flächen 18, 19 in Richtung des Schließelementes 5 betrachtet sind. Oder mit anderen Worten gesagt, dass in Richtung des Schließelementes 5 betrachtet, die Mantelfläche 18 in Richtung auf die Buchsenachse 26 und die Innenfläche 19 in Richtung auf die Mantelfläche 18 geneigt ausgebildet sind.
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Ein das Wellenende 8 aufweisender Wellenendabschnitt 20 der Klappenwelle 6 ist komplementär zur Innenkontur 17 ausgebildet, das heißt mit anderen Worten, dass der Wellenendabschnitt 20 kegelstumpfförmig ausgeführt ist.
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Zu gesicherten Positionierung des Schließelementes 5 im Strömungsquerschnitt ist die erste Lagerbuchse 13 mit Hilfe eines Federelementes 21, welches zwischen dem Verschlusselement 15 und der ersten Lagerbuchse 13 angeordnet ist, vorgespannt. Zur verbesserten Anlage des Federelementes 21 an seiner vom Verschlusselement 15 abgewandten Seite ist zwischen der ersten Lagerbuchse 13 und dem Federelement 21 eine Lagerscheibe 22 ausgebildet. Das Federelement 21 ist vorteilhaft in Form einer Schraubenfeder ausgeführt. Es könnte jedoch auch in einer anderen Form, bspw. in Form einer Tellerfeder ausgebildet sein.
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Die erste Lagerbuchse 13 ist in 4 in einer perspektivischen Darstellung abgebildet, wobei sie im vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrere Schlitze 23 aufweist, welche alternierend über einem Umfang der ersten Lagerbuchse 13 ausgehend von einer ersten Kegelstumpffläche 24 und einer zweiten Kegelstumpffläche 25 sich in Richtung der Drehachse 4 erstrecken, wobei sie in der ersten Lagerbuchse 13 in axialer Richtung ausschließlich teilweise ausgebildet sind. Das heißt mit anderen Worten, dass die Schlitze 23 die erste Lagerbuchse 13 zwar in radialer Richtung vollständig, jedoch in axialer Richtung nicht vollständig durchdringen, somit diese nicht in Ringabschnitte spalten.
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Mit Hilfe der Schlitze 23 ist die erste Lagerbuchse 13 elastisch, oder mit anderen Worten verformbar ausgebildet, wobei die Schlitze 23 sich in Richtung der Drehachse 4 erstrecken, somit in ihrer Erstreckungsrichtung parallel zur Drehachse 4 ausgeführt sind.
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Ebenso könnte auch die zweite Lagerbuchse 14 gemäß der ersten Lagerbuchse 13 ausgebildet sein, wobei der Wellenendabschnitt 20 einem in der zweiten Lagerstelle 9 ausgebildeten Wellenabschnitt der Klappenwelle 6 entsprechen würde. Das Federelement 21 wäre dann an der zweiten Lagerstelle 9 die Klappenwelle 6 umfassend auszubilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasklappe
- 2
- Abgastrakt
- 3
- Abgasrohr
- 4
- Drehachse
- 5
- Schließelement
- 6
- Klappenwelle
- 7
- Erste Lagerstelle
- 8
- Wellenende
- 9
- Zweite Lagerstelle
- 10
- Gehäuse
- 11
- Rohrabschnitt
- 12
- Strömungsquerschnitt
- 13
- Erste Lagerbuchse
- 14
- Zweite Lagerbuchse
- 15
- Verschlusselement
- 16
- Außenkontur
- 17
- Innenkontur
- 18
- Mantelfläche
- 19
- Innenfläche
- 20
- Wellenendabschnitt
- 21
- Federelement
- 22
- Lagerscheibe
- 23
- Schlitz
- 24
- Erste Kegelstumpffläche
- 25
- Zweite Kegelstumpffläche
- 26
- Buchsenachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018104740 A1 [0004]
- DE 102004024056 A1 [0005]
- DE 102009014140 A1 [0006]
- DE 202019103874 A1 [0007]
- DE 102013013387 A1 [0007]
- DE 102016122369 A1 [0007]
