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Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Ventile für Abgasstrecken.
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Die
EP 2 180 167 beschreibt ein Ventil für eine Abgasstrecke, bei dem die Klappe von einem elektrischen Stellorgan in Drehung versetzt wird. Die Kopplungseinrichtung zwischen der Welle zum Antreiben der Klappe und der Motorwelle liegt innerhalb einer Schale, deren Boden direkt am Lager zur Führung der Antriebswelle befestigt ist. Ein derartiges Ventil kann bei der Abgasstrecke eines Benzinverbrennungsmotors nicht verwendet werden, dessen Gase Temperaturen über 800°C erreichen.
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Die Wärmeenergie der Abgase wird nämlich über die Antriebswelle zum Führungslager und von dem Führungslager zur Schale, die die Kopplungseinrichtung umgibt, geleitet. Die Temperatur im Innenvolumen der Schale kann hohe Werte erreichen. Es besteht ein hohes Risiko, dass das Stellorgan beschädigt wird.
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In diesem Zusammenhang besteht das Ziel der Erfindung darin, ein Ventil vorzuschlagen, das bei einer derartigen Abgasstrecke eines Fahrzeugs mit Benzinverbrennungsmotor verwendet werden kann.
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Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung ein Ventil für eine Abgasstrecke, wobei das Ventil folgendes aufweist:
- - einen Ventilkörper mit einem Abgaseinlass und einem Abgasauslass;
- - eine im Ventilkörper angeordnete Klappe;
- - eine Antriebswelle, die mit der Klappe fest verbunden und in Bezug auf den Ventilkörper um eine Drehachse drehbar ist;
- - ein Stellorgan mit einer Motorwelle;
- - eine Kopplungseinrichtung, die die Motorwelle und die Antriebswelle drehbar koppelt;
dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil Folgendes aufweist:
- - eine Einrichtung zur Befestigung des Stellorgans am Ventilkörper, die eine Seitenwand mit geschlossener Kontur aufweist, die sich um die Drehachse erstreckt und innen einen Hohlraum begrenzt, wobei die Seitenwand in Winkelsektoren, die zum Abgaseinlass und zum Abgasauslass gewandt sind, zumindest teilweise geschlossen ist, wobei die Seitenwand mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei Öffnungen aufweist, die eine Luftzirkulation zwischen dem Innenbereich und dem Außenbereich des Hohlraums ermöglichen;
- - mindestens eine thermisch isolierende Wandung, die axial zwischen dem Ventilkörper und dem Stellorgan eingeschoben ist, wobei die thermisch isolierende Wandung eine Oberfläche hat, die in einer zur Drehachse senkrechten Ebene betrachtet mehr als 50% eines Querschnitts der Seitenwand beträgt, wobei die thermisch isolierende Wandung ein Loch aufweist, in das die Antriebswelle mit einem Spalt, der die Antriebswelle von einem Rand des Lochs trennt, eingreift;
- - eine Platte, die mit der Antriebswelle verbunden und axial zwischen der thermisch isolierenden Wandung und dem Stellorgan eingeschoben ist und den Spalt bedeckt.
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Das Ventil umfasst somit eine Gruppe von Vorkehrungen, die es zusammen betrachtet ermöglichen, den Hohlraum bei einer moderaten Temperatur zu halten, auch wenn die Abgase Temperaturen über 800°C haben. Die Motorwelle, die Kopplungseinrichtung und alle in der Nähe der Motorwelle liegenden Organe, insbesondere die Dichtung der Motorwelle, sind gegen Wärme geschützt.
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Dieses Ergebnis wird einerseits dadurch erhalten, dass die Seitenwand der Befestigungseinrichtung gegenüber der Wärmestrahlung, die von dem Abgaseinlass und dem Abgasauslass ausgeht, ein Schild bildet. Der Einlass und der Auslass sind nämlich mit Leitungen verbunden, die besonders emittierend sind.
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Darüber hinaus ermöglichen die in der Seitenwand ausgebildeten Öffnungen die Bildung einer Luftzirkulation zwischen dem Innenbereich und dem Außenbereich des Hohlraums. Dadurch wird verhindert, dass innerhalb des Hohlraums eine innere Warmluftzirkulation entsteht, die dazu beiträgt, die Motorwelle durch Konvektion zu erwärmen.
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Die thermisch isolierende Wandung ermöglicht es, die Motorwelle und die anderen im Hohlraum liegenden Einrichtungen vor der Ausbreitung der Wärme des Ventilkörpers zu schützen. Die thermisch isolierende Wandung dient als Schild gegenüber der Wärmestrahlung und verhindert auch die Wärmeübertragung von dem Ventilkörper zum Innenbereich des Hohlraums durch Konvektion. Sie dient auch als Wärmeschild gegenüber der Strahlung, die von den Teilen der Seitenwand, die direkt am Ventil Körper befestigt sind, ausgestrahlt wird.
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Der Spalt, der die Antriebswelle von dem Rand des Lochs trennt, führt dazu, dass keine Ausbreitung der Wärme von der Antriebswelle zur thermisch isolierenden Wandung und zur Seitenwand durch Leitung erfolgt. Die Platte, die mit der Antriebswelle verbunden ist und den Spalt bedeckt, begrenzt die Konvektion vom Außenbereich des Hohlraums zum Innenbereich des Hohlraums durch den Spalt. Diese Platte hat auch die Funktion eines Schilds gegenüber der Wärmestrahlung des Ventilkörpers und hat die Funktion eines Wärmeableiters, mit dem die durch Leitung entlang der Antriebswelle übertragene Wärme abgeführt werden kann. Die aus dem Außenbereich des Hohlraums stammende Luftzirkulation begünstigt das Abführen der Wärme, die von der Platte abgestrahlt wird.
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Mit dieser Gruppe von Elementen ist es möglich, die Motorwelle bei einer Temperatur zu halten, die mit dem ordnungsgemäßen Betrieb des Stellorgans kompatibel ist. Die Motorwelle wird üblicherweise bei einer Temperatur unter 160°C gehalten.
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Das Ventil kann auch eines oder mehrere der nachfolgenden Merkmale aufweisen, die einzeln oder in allen technisch möglichen Kombinationen betrachtet werden:
- - Das Stellorgan liegt an einem axialen Ende der Seitenwand, wobei die Motorwelle im Hohlraum angeordnet ist.
- - Die isolierende Wandung und/oder die Platte liegt bzw. liegen im Hohlraum.
- - Die thermisch isolierende Wandung verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse.
- - Die thermisch isolierende Wandung umfasst eine Außenhülle aus Metall und eine Schicht aus einem Fasermaterial, die innerhalb der Außenhülle angeordnet ist.
- - Das Ventil weist ein Lager zur Führung der Antriebswelle auf, das in das Loch der thermisch isolierenden Wandung eingreift, wobei der Spalt das Lager von dem Rand des Lochs trennt.
- - Die Antriebswelle weist einen Endabschnitt auf, der axial über das Lager hinaus in den Hohlraum ragt, wobei das Ventil eine Umlenkplatte mit einem am Endabschnitt befestigten Boden und einem sich ausgehend von dem Boden zum Ventilkörper erstreckenden Mantel aufweist, wobei der Mantel das Lager umgibt und in den Spalt eingreift.
- - Die Umlenkplatte weist einen Kragen auf, der den Mantel verlängert und ein Wärmeschild zwischen dem Ventilkörper und der thermisch isolierenden Wandung bildet.
- - Das Ventil weist mindestens eine zusätzliche Platte auf, die im Hohlraum angeordnet ist und sich im Wesentlichen parallel zur Platte erstreckt.
- - In der Seitenwand ist mindestens eine Kappe ausgebildet, wobei die Kappe zwischen der Platte und der zusätzlichen Platte in Eingriff ist.
- - Das Ventil weist mindestens eine zusätzliche isolierende Wandung auf, die im Hohlraum angeordnet und axial zwischen der Kopplungseinrichtung und dem Stellorgan eingeschoben ist.
- - Das Ventil weist eine Schicht aus einem thermisch isolierenden Material auf, die sich innerhalb des Hohlraums auf dem Ventilkörper erstreckt.
- - Das Ventil weist eine Schicht aus einem thermisch isolierenden Material auf, die ein Volumen des Hohlraums zwischen der isolierenden Wandung und dem Ventilkörper vollständig ausfüllt.
- - Das Ventil weist eine Luftzuführung und/oder einen Luftabzug auf, die bzw. der an einer der Öffnungen der Seitenwand angeschlossen ist/sind.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Fahrzeugabgasstrecke mit einem Ventil mit den oben genannten Merkmalen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der ausführlichen Beschreibung, die nachfolgend beispielhaft und keineswegs einschränkend mit Bezug auf die beigefügten Figuren gegeben ist. Darin zeigen:
- - 1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Ventils;
- - 2 eine vereinfachte Ansicht einer mit dem erfindungsgemäßen Ventil ausgestatteten Abgasstrecke;
- - 3 eine Teilschnittansicht des Ventils aus 1, wobei der Schnitt in einer Ebene erfolgt, die die Antriebswelle enthält; und
- - 4 bis 6 Schnittansichten, die der Ansicht von 3 ähnlich sind und verschiedene Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen.
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Das in 1 gezeigte Ventil 1 ist dazu vorgesehen, wie in 2 veranschaulicht üblicherweise an einer Fahrzeugabgasstrecke 2 eingeschoben zu sein. Bei diesem Fahrzeug handelt es sich z.B. um ein Kraftfahrzeug, insbesondere um ein Auto oder um einen Lastwagen.
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Das Ventil 1 ist insbesondere für Fahrzeuge geeignet, die mit einem sogenannten Benzinmotor ausgestattet sind, es kann jedoch auch bei Fahrzeugen mit Dieselmotor verwendet werden.
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Bei den mit einem Benzinmotor ausgestatteten Fahrzeugen haben die Abgase im Allgemeinen eine höhere Temperatur als bei einem Dieselmotor. Bei einem Benzinmotor erreichen die Abgase häufig Temperaturen über 800°C, während bei Dieselmotoren die Abgase üblicherweise Temperaturen zwischen 600 und 750°C haben.
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Je nach Stellung des Ventils an der Abgasstrecke können darüber hinaus die Temperaturen der Abgase, die das Ventil durchströmen, von 90°C am Auslass des Katalysators bis zu 600°C am Auslass der Abgasstrecke variieren.
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Die Abgasstrecke 2 weist einen Krümmer C auf, der die aus den Verbrennungskammern des Motors M austretenden Abgase sammelt, einen Kanal A, über den die gereinigten Abgase zur Atmosphäre abgegeben werden, und eine Hauptleitung CP, die den Krümmer 10 in Strömungsverbindung mit dem Kanal A bringt.
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Die Abgasstrecke 2 weist im Allgemeinen mindestens eine Leitung CD auf, die als Bypass an der Hauptleitung CP angebracht ist. Das Ventil 1 ist an der Hauptleitung CP oder an der Bypassleitung CD oder auch an einer Einrichtung der Abgasstrecke wie etwa an einem Schalldämpfer angebracht.
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Das Ventil 1 erfüllt vorzugsweise eine der nachfolgenden Funktionen:
- - die Verbesserung der Akustik des Fahrzeugs, indem eine Leitung der Abgasstrecke in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt des Motors teilweise oder vollständig geöffnet bzw. geschlossen wird;
- - die Verbesserung der Schadstoffemissionen, insbesondere der Stickoxidemissionen, indem der Gegendruck in der Abgasstrecke so angepasst wird, dass der Anteil der Abgasrückführung im Motor reguliert wird;
- - die Leitung der Abgase wahlweise in ein oder aus einem Energierückgewinnungsorgan, z.B. ein Wärmetauscher;
- - die Leitung der Abgase wahlweise in ein oder aus einem Abgasreinigungsorgan.
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Bei dem Ausführungsbeispiel aus 2 ist das Ventil 1 an einer Bypassleitung CD angebracht, mit der wahlweise eine Umgehung des Wärmetauschers E möglich ist.
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Als Alternative ist das Ventil 1 an der Hauptleitung CP und der Wärmetauscher E an der Bypassleitung CD angebracht.
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Gemäß einer weiteren Alternative ist das Ventil 1 an der Hauptleitung CP angebracht, und ein Organ zur Geräuschreduzierung oder ein Reinigungsorgan ist an der Bypassleitung CD angebracht.
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Das Ventil 1 umfasst einen Ventilkörper 3 und eine im Ventilkörper 3 angebrachte Klappe 5 (1). Der Ventilkörper 3 weist einen Abgaseinlass 7 und einen Abgasauslass 8 auf, die in 2 zu sehen sind. Die Abgase durchströmen den Ventilkörper 3 und zirkulieren dabei vom Einlass 7 zum Auslass 8.
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Das Ventil 1 weist auch eine Antriebswelle 9 auf, die mit der Klappe 5 fest verbunden ist. Die Antriebswelle 9 ist in Bezug auf den Ventilkörper 3 um eine Drehachse X, die in 1 gezeigt ist, mit der Klappe 5 drehbar.
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Darüber hinaus weist das Ventil 1 ein Stellorgan 11 mit einer Motorwelle 13 und eine Kopplungseinrichtung 15 auf, die die Motorwelle 13 und die Antriebswelle 9 drehbar koppelt.
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Üblicherweise ist die Motorwelle 13 auf die Antriebswelle 9 ausgerichtet. Als Variante ist die Motorwelle 13 in Bezug auf die Antriebswelle 9 versetzt oder dazu geneigt.
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Das Stellorgan 11 ist jeglicher geeigneten Art. Es handelt sich üblicherweise um einen Getriebemotor, vorzugsweise um einen elektrischen Getriebemotor.
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Das Stellorgan 11 weist ein Außengehäuse 14 auf, wobei die Motorwelle 13 aus dem Außengehäuse 14 ragt.
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Der Ventilkörper 3 hat jede beliebige Form. Er ist beispielsweise zylindrisch, mit kreisförmigem Querschnitt, wie in den Figuren gezeigt ist.
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Bei dem Ventil 1 handelt es sich z.B. um ein Ventil mit nur zwei Zuständen. In diesem Fall kann die Klappe 5 eine erste Endstellung einnehmen, in der die Klappe 5 die Abgaszirkulation durch den Ventilkörper 3 verhindert, und eine zweite Endstellung, in der die Abgaszirkulation durch den Ventilkörper 3 möglich ist.
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Als Variante ist das Ventil ein Regelventil, wobei die Klappe mehrere Zwischenstellungen zwischen der ersten und der zweiten Endstellung einnehmen kann. Jede Zwischenstellung entspricht einem Teilöffnungsgrad, mit dem der Durchlassquerschnitt, der für die den Ventilkörper 3 durchströmenden Abgase bereitgestellt wird, verändert werden kann.
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Üblicherweise ist die Klappe 5 in Anschlag an einem Sitz oder an einem Anschlag in einer oder in beiden Endstellungen. Ein Anschlag 16 ist in den Figuren dargestellt.
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Die Klappe 5 ist in jeder möglichen Weise an der Antriebswelle 9 angebracht. Das Ventil 1 ist z.B. ein Drosselventil, wobei die Klappe 5 entlang einer Mittellinie der Klappe an der Antriebswelle 9 befestigt ist (s. 1). Als Variante ist das Ventil ein Schieberventil, wobei die Klappe entlang eines Rands der Klappe an der Antriebswelle 9 befestigt ist.
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Das Ventil 1 weist auch eine Einrichtung 17 zur Befestigung des Stellorgans 11 am Ventilkörper 3 auf. Die Befestigungseinrichtung 17 weist eine Seitenwand 19 mit geschlossener Kontur auf, die sich um die Drehachse X erstreckt und innen einen Hohlraum 21 begrenzt.
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Die Seitenwand 19 umgibt somit die Drehachse X auf ihrem gesamten Umfang.
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Die Drehachse X stellt üblicherweise die Mittelachse des Hohlraums 21 dar.
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Die Seitenwand 19 kann jede beliebige Form haben.
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In einem Querschnitt senkrecht zur Drehachse X betrachtet hat die Seitenwand 19 z.B. eine rechteckige, üblicherweise quadratische Form, wie in den Figuren veranschaulicht ist.
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Als Variante hat die Seitenwand 19 einen kreisförmigen Querschnitt oder jede andere Form.
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Die Seitenwand 19 ist aus mehreren Metallteilen gebildet, die aneinander angesetzt sind. Jede Seite der Seitenwand besteht z.B. aus einer Metallplatte, wie in den Figuren veranschaulicht ist. Als Variante ist die Seitenwand einstückig ausgebildet.
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Vorteilhafterweise ist die Seitenwand 19 in Winkelsektoren 27, 29, die zum Abgaseinlass 7 bzw. zum Abgasauslass 8 gewandt sind, zumindest teilweise geschlossen.
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Wie in 2 veranschaulicht, sind nämlich der Abgaseinlass 7 und der Abgasauslass 8 an einer Einlassleitung bzw. an einer Auslassleitung 23, 25 angeschlossen, in denen Abgase zirkulieren. Die Winkelsektoren 27 und 29 bilden Schirme gegen die von den Leitungen 23 und 25 ausgestrahlte Wärmestrahlung.
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Der Winkelsektor 27 ist in den 1 und 6 zu sehen. Der Winkelsektor 29 ist lediglich in 4 zu sehen.
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Die winkelmäßige Breite jedes Sektors hängt von der Größe der Einlass- bzw. Auslassleitung ab. Jeder Sektor erstreckt sich z.B. auf einem Winkel, der zwischen 45° und 135°, vorzugsweise zwischen 60° und 120°, weiter vorzugsweise zwischen 80° und 100° beträgt, und noch weiter vorzugsweise in einem Winkel von 90° um die Achse X. Bei dem in den 1 bis 5 gezeigten Beispiel entspricht jeder Winkelsektor 27, 29 einer Seite der rechteckigen Seitenwand 19.
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Die Seitenwand 19 ist auf Höhe der Winkelsektoren 27, 29 vorzugsweise vollständig geschlossen. Sie erstreckt sich ohne Öffnung praktisch von dem Ventilkörper 3 bis zum Außengehäuse 14 des Stellorgans. Als Variante ist die Seitenwand 19 auf Höhe der Winkelsektoren 27, 29 zum Ventilkörper 3 hin, wie in 1 veranschaulicht, oder zum Stellorgan hin ausgespart oder weist auch eine oder mehrere Öffnungen in der Mitte der Wand auf.
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Die Seitenwand 19 weist vorteilhafterweise darüber hinaus mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei Öffnungen 35, 37 auf, die eine Luftzirkulation zwischen dem Innenbereich und dem Außenbereich des Hohlraums 21 ermöglichen. Die Größe und die Position jeder Öffnung wird von Fall zu Fall bestimmt.
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Die beiden Öffnungen 35, 37 sind vorteilhafterweise bezogen auf die Drehachse X z.B. diametral zueinander entgegengesetzt angeordnet.
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Die Öffnungen 35, 37 sind in jeglicher geeigneten Weise eingerichtet. Es handelt sich z.B. um Löcher mit geschlossener Kontur, die von den Rändern der Seitenwand 19 beabstandet angeordnet sind. Als Variante handelt es sich um Aussparungen, die in einem Rand der Seitenwand 19 ausgeschnitten sind.
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Die Öffnungen 35, 37 sind vorzugsweise in Winkelsektoren der Seitenwand 19 ausgebildet, die nicht zum Abgaseinlass 7 oder zum Abgasauslass 8 gewandt sind.
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Ein Rand 39 der Seitenwand ist üblicherweise über eine oder mehrere Schweißstellen 41 (3) direkt am Ventilkörper 3 befestigt. An ihrem entgegengesetzten axialen Ende ist die Seitenwand 19 starr an einem Deckel 43 befestigt, der selbst z.B. am Außengehäuse 14 des Stellorgans 11 geschweißt ist.
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Der Deckel 43 ist üblicherweise eine zur Drehachse X senkrechte Platte. Sie weist eine mittlere Öffnung 45 auf, die von der Motorwelle 13 durchquert wird. Die Seitenwand 19 ist über Laschen 47 am Deckel 43 befestigt.
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Die Motorwelle 13 ist somit innerhalb des Hohlraums 21 angeordnet.
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Das Ventil 1 weist auch eine thermisch isolierende Wandung 49 auf, die axial zwischen dem Ventilkörper 3 und dem Stellorgan 11 eingeschoben ist.
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Die thermisch isolierende Wandung 49 weist ein Loch 51 auf, in die die Antriebswelle 9 eingreift. Ein Spalt 53 trennt die Antriebswelle 9 von dem Rand der Löcher 51.
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Die thermisch isolierende Wandung 49 ist z.B. starr an der Befestigungseinrichtung 17 und genauer gesagt an der Seitenwand 19 befestigt.
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Als Variante ist die thermisch isolierende Wandung 49 und insbesondere über einen Pfosten starr am Ventilkörper 3 befestigt.
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Sie liegt innerhalb des Hohlraums 21. Sie erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse X, d.h. zur Antriebswelle 9. Darunter ist zu verstehen, dass sie in einer zur Drehachse X senkrechten Ebene Abmessungen hat, die größer sind als ihre Dicke entlang der Drehachse X.
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Vorteilhafterweise hat die thermisch isolierende Wandung 49 eine Oberfläche, die in einer zur Drehachse X senkrechten Ebene betrachtet mehr als 50% eines Innenquerschnitts der Seitenwand 19 beträgt. Ihre Oberfläche beträgt vorzugsweise mehr als 70%, weiter vorzugsweise mehr als 90% und noch weiter vorzugsweise mehr als 95% des Innenquerschnitts der Seitenwand. Sie verschließt somit den Hohlraum 21 auf einer Zwischenhöhe zwischen dem Stellorgan 11 und dem Ventilkörper 3 praktisch vollständig. Es ist anzumerken, dass zur Bewertung der thermisch isolierenden Wandung 49 sowohl die massiven Bereiche der Wandung als auch die ausgesparten Bereiche, d.h. die Löcher 51 betrachtet werden.
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Die thermisch isolierende Wandung 49 umfasst eine metallische Außenhülle 55 und eine Schicht 57 aus einem Fasermaterial, die innerhalb der Außenhülle 55 angeordnet ist.
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Die metallische Außenhülle 55 besteht z.B. aus rostfreiem Stahl. Sie ist hohl und nimmt innen die Fasermaterialschicht 57 auf.
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Die metallische Außenhülle 55 weist z.B. einen konkaven unteren Boden 59 und einen im Wesentlichen flachen oberen Boden 61 auf, der am konkaven unteren Boden 59 starr befestigt ist. Die Fasermaterialschicht 57 ist im konkaven unteren Boden 59 angeordnet.
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Die thermisch isolierende Wandung 49 ist starr an Laschen 63 befestigt, die in der Seitenwand 19 ausgeschnitten und zum Innenbereich des Hohlraums gebogen sind.
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Der obere Boden 61 ist üblicherweise mit den Laschen 63 verschweißt oder über jegliches andere geeignete Mittel befestigt.
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Die Fasermaterialschicht umfasst üblicherweise Glasfasern oder Keramikfasern, die vorzugsweise über ein Geflecht, eine Verzweigung oder ein Bindemittel zusammengehalten sind.
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Das Ventil 1 weist vorteilhafterweise ein Lager 65 zur Führung der Antriebswelle 9 auf, das in die Löcher 51 der thermisch isolierenden Wandung greift. Die Antriebswelle 9 weist einen Endabschnitt 67 auf, der in das Lager 65 greift und über das Lager 65 hinaus axial in den Hohlraum 21 ragt.
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Vorteilhafterweise weist das Ventil 1 ein weiteres Lager 31 auf, das so angeordnet ist, dass es das andere Ende der Antriebswelle 9 führt (1).
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Das Ventil 1 weist ein Dichtungsorgan 69 auf, das starr am Endabschnitt 67 der Welle befestigt ist. Das Dichtungsorgan 69 wirkt mit einem komplementären Dichtungsorgan 71 zusammen, um die Abgase daran zu hindern, aus dem Ventilkörper auszutreten und dabei zwischen der Antriebswelle 9 und dem Lager 65 zu strömen. Das komplementäre Dichtungsorgan 71 ist Teil des Lagers 65 oder ist daran angesetzt. Das Dichtungsorgan 69 weist eine Dichtungsauflagefläche 73 auf, die gleitend an einer komplementären Dichtungsauflagefläche 75 anliegt, die am Organ 71 ausgebildet ist. Die Auflageflächen 73 und 75 umgeben die Antriebswelle 9 vollständig und werden über elastische Mittel, die im Allgemeinen in der Kopplungseinrichtung 15 integriert sind, axial gegeneinander beaufschlagt.
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Der Spalt 53 ist somit radial nach außen durch den Rand des Lochs 51 und radial nach innen durch das Lager 65 begrenzt. Es besteht kein Kontakt zwischen dem Lager 65 und der thermisch isolierenden Wandung 49.
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Darüber hinaus weist das Ventil 1 eine Platte 77 auf, die mit der Antriebswelle 9 verbunden und axial zwischen der thermisch isolierenden Wandung 49 und dem Stellglied 11 eingeschoben ist.
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Die Platte 77 bedeckt den Spalt 53.
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Darunter ist zu verstehen, dass sich in einer axialen Projektion auf die thermisch isolierende Wandung 49 die Platte 77 über die gesamte Fläche des Spalts 53, aber auch sehr weit radial zum Innenbereich und radial zum Außenbereich des Spalts 53 erstreckt.
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Die Platte 77 ist üblicherweise eine massive Metallplatte, die an den Endabschnitt 67 der Antriebswelle angesetzt ist. Sie erstreckt sich im Wesentlichen in einer zur Drehachse X senkrechten Ebene. Die Platte 77 ist eine dünne Platte, die entlang der Achse X betrachtet im Vergleich zu ihrer Größe senkrecht zur Achse X eine geringe Dicke hat.
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Axial liegt sie in geringem Abstand zur thermisch isolierenden Wandung 49, so dass die Durchlassbahn für die Luft axial entlang des Spalts 53 und dann radial zwischen der Platte 77 und der thermisch isolierenden Wandung 49 keinen verringerten Durchlassquerschnitt hat.
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Die Platte 77 liegt innerhalb des Hohlraums 21.
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Die Kopplungseinrichtung 15 ist jeglicher geeignete Art.
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Die Kopplungseinrichtung ist z.B. eine OLDHAM-Dichtung, mit der die Antriebswelle 9 thermisch von der Motorwelle 13 entkoppelt werden kann.
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Eine derartige OLDHAM-Dichtung ist z.B. in der
WO 2010/103249 beschrieben. Sie ermöglicht die Übertragung der Bewegung der Motorwelle zur Antriebswelle und nimmt dabei die geometrischen Veränderungen der kinematischen Kette, z. B. einen möglichen Versatz der Wellen auf.
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Eine derartige Dichtung weist eine Antriebsplatte 79 auf, die starr an der Motorwelle 13 befestigt ist, eine angetriebene Platte, die bei dem dargestellten Beispiel die Platte 77 ist, und eine Zwischenplatte 81, die zwischen den Platten 77 und 79 angeordnet ist.
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Die Antriebsplatte 79 versetzt die Zwischenplatte 81 über punktuelle oder lineare Kontaktbereiche in Drehung. Diese Drehbewegung wird auch über punktuelle oder lineare Kontaktbereiche von der Zwischenplatte 81 zur angetriebenen Platte 77 übertragen.
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Die Platten 77, 79 und 81 verlaufen parallel zueinander und üblicherweise senkrecht zur Drehachse X.
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Elastische Laschen, die in den Platten 77, 79 und 81 ausgebildet sind, ermöglichen eine elastische Abstützung der Platten aneinander in Axialrichtung. Dies führt dazu, dass das Dichtungsorgan 69 gegen das komplementäre Dichtungsorgan 71 gepresst wird, wobei die Auflageflächen 73 und 75 somit gegeneinander beaufschlagt werden.
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Es wird nun die Funktionsweise des Ventils beschrieben.
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Wenn die Klappe 5 bewegt werden muss, versetzt das Stellorgan 11 die Motorwelle 13 in Drehung. Die Drehbewegung der Motorwelle 13 wird über die Kopplungseinrichtung 15 zur Antriebswelle 9 übertragen. Die Platte 77 dreht sich mit der Antriebswelle 9. Sie bleibt somit konstant gegenüber dem Spalt 53.
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Die Motorwelle 13 wird durch die Winkelsektoren 27 und 29 der Seitenwand 19 vor der Wärmestrahlung, die von der Einlass- und Auslassleitung 23 und 25 ausgeht, geschützt. Sie ist durch die thermisch isolierende Wandung 49 vor der Wärmestrahlung geschützt, die von dem Ventilkörper 3 ausgeht. Diese Wandung isoliert auch die Motorwelle 13 von der Wärmestrahlung, die von dem Rand 39 der Seitenwand 19 ausgeht, der am Ventilkörper 3 geschweißt und somit durch Leitung von dem Ventilkörper erwärmt wird.
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Die Wärmeübertragungen durch Konvektion von dem Ventilkörper 3 zur Motorwelle 13 werden extrem reduziert. Die bei Kontakt mit dem Ventilkörper 3 erwärmte Luft muss zunächst durch den Spalt 53 und dann zwischen der Platte 77 und der thermisch isolierenden Wandung 49 strömen. Der für die Luft bereitgestellte Durchlassquerschnitt ist extrem reduziert.
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Die Platte 77 dient zusätzlich zu dem thermisch isolierenden Organ 49 auch als Wärmeschild.
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Die Wärme, die durch Leitung entlang der Antriebswelle 9 aufsteigt, wird bis zur Platte 77 geleitet, deren große Oberfläche das Abführen der Wärme ermöglicht. Die zwischen dem Innenbereich und dem Außenbereich des Hohlraums 21 durch die Öffnungen 35 und 37 zirkulierende Luft ermöglicht das Abführen der von der Platte 77 abgegebenen Wärme aus dem Hohlraum 21 heraus. Das Ventil kann zahlreiche Varianten umfassen.
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Es umfasst beispielsweise eine einzige Platte 77 statt mehrere, parallel zueinander verlaufende Platten 77, 79 und 81.
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Bei dem in den 1 und 3 gezeigten Beispiel umfasst das Ventil vier Platten, wobei eine Platte 83 axial zwischen der Platte 79 und dem Stellorgan 11 eingeschoben ist. Als Variante hat das Ventil eine beliebige andere Anzahl an Platten: zwei, drei oder mehr als vier Platten.
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Dadurch, dass mehrere Platten vorhanden sind, kann die Schirmwirkung gegen Strahlung zwischen dem Ventilkörper 3 und der Motorwelle 13 verbessert werden. Darüber hinaus wird durch das Vorhandensein mehrerer Platten die Zirkulation von warmen Gasen, die möglicherweise über den Spalt 53 in den Hohlraum 21 aufsteigen, erschwert.
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In einer in 3 gezeigten vorteilhaften Variante weist das Ventil 1 ein Umlenkblech 91 mit einem Boden 93, der am Endabschnitt 67 der Antriebswelle 9 befestigt ist, und einem Mantel 95 auf, der sich ausgehend von dem Boden 93 zum Ventilkörper 3 erstreckt. Der Boden 93 und der Mantel 95 sind massive Flächen.
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Das Umlenkblech 91 hat somit die Form einer konkaven Schale.
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Der Mantel 95 umgibt das Lager 65 auf seinem gesamten Umfang und greift in den Spalt 53. Die Abgase, die ausgehend vom Innenbereich des Ventilkörpers 3 entlang der Antriebswelle 9 aufsteigen, werden somit von dem Umlenkblech 91 über den zwischen dem Mantel 95 und dem Lager 65 liegenden Bereich des Spalts 53 zum Außenbereich des Hohlraums 21 geleitet.
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Darüber hinaus ist es mit dem Umlenkblech 91 möglich, das Lager 95 vor äußeren Eingriffen, insbesondere vor dem Spritzen fester Materialien zu schützen.
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Es ist anzumerken, dass das Umlenkblech 91 bei der Erfindung optional ist.
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Gemäß einer Ausführungsvariante weist das Ventil mindestens eine zusätzliche isolierende Wandung 97 auf, die im Hohlraum 21 angeordnet und axial zwischen der Kopplungseinrichtung 15 und dem Stellorgan 11 eingeschoben ist. Diese zusätzliche isolierende Wandung 97 ist wie die isolierende Wandung 49 ausgeführt. Sie ersetzt z.B. den Deckel 43. Sie erstreckt sich vorteilhafterweise praktisch über den gesamten Innenquerschnitt der Seitenwand 19.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist in der Seitenwand 19 eine Kappe 99 ausgebildet, sofern das Ventil 1 zusätzlich zur Platte 77 mindestens eine zusätzliche Platte wie die Platte 79 oder die Platte 81 aufweist, die im Hohlraum 21 angeordnet ist.
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Die Kappe 99 greift zwischen die Platte 77 und die zusätzliche Platte. Üblicherweise ist für jedes Paar im Hohlraum 21 angeordneter Platten eine Kappe 99 vorhanden. Somit muss die warme Luft, die in den Hohlraum 21 dringt, um zur Motorwelle 13 zu gelangen, schikanenartig zwischen den Platten 77, 79, 81 und den Kappen 99 zirkulieren. Dadurch können die Wärmeübertragungen zur Motorwelle 13 durch Konvektion begrenzt werden.
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Jede Kappe 99 erstreckt sich auf dem gesamten Umfang der Seitenwand. Sie bildet zwischen den Platten einen einspringenden Kragen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante weist das Ventil 1 eine Luftzuführung 101 und/oder einen Luftabzug 103 auf, die bzw. der an eine der Öffnungen 35, 37 der Seitenwand angeschlossen ist. Dadurch kann eine zwangsläufige Luftzirkulation durch den Hohlraum 21 erzeugt werden, die ein wirksames Abführen der Wärme ermöglicht.
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Diese Situation ist in 4 gezeigt. Das Ventil 1 weist gewöhnlich nur die Zuführung 101 oder den Abzug 103, jedoch nicht beides auf.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante weist das Ventil 1 eine Schicht 105 aus thermisch isolierendem Material auf, die innerhalb des Hohlraums 21 auf dem Ventilkörper 3 aufliegt (5). Diese Schicht 105 ermöglicht eine Reduzierung der Wärmeübertragungen durch Strahlung und durch Konvektion. Sie bedeckt vorzugsweise den gesamten Bereich des Ventilkörpers 3, der innerhalb des Hohlraums 21 liegt. Sie umgibt das Lager 65. Sie besteht aus jeglichem geeigneten Material.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante weist das Ventil 1 eine Schicht 107 aus einem thermisch isolierenden Material auf, die das Volumen des Hohlraums 21 zwischen der thermisch isolierenden Wandung 49 und dem Ventilkörper 3 vollständig ausfüllt. Somit ist das gesamte Volumen, das zwischen der thermisch isolierenden Wandung, dem Ventilkörper 3 und der Seitenwand 19 begrenzt ist, mit dem thermisch isolierenden Material gefüllt. Dadurch kann eine besonders wirksame thermische Isolierung erhalten werden. Das thermisch isolierende Material ist jeglicher geeigneten Art.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante weist die Umlenkplatte 91 einen Kragen 109 auf, der den Mantel 95 verlängert und ein Wärmeschild zwischen dem Ventilkörper 3 und der isolierenden Wandung 49 bildet (6). Der Kragen 109 ist austretend, d.h. er verlängert den Mantel 95 radial nach außen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante, die nicht gezeigt ist, könnte die thermisch isolierende Wandung mehrere dünne Metallplatten aufweisen, die übereinanderliegen, wobei möglicherweise ein Luftzwischenraum die verschiedenen Platten trennt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante, die nicht gezeigt ist, ist die Seitenwand 19 in zwei Abschnitte unterteilt. Der erste Abschnitt ist an einem axialen Ende am Stellorgan 11 und an seinem entgegengesetzten axialen Ende an der thermisch isolierenden Wandung 49 befestigt. Der zweite Abschnitt ist an einem axialen Ende an der thermisch isolierenden Wandung 49 und an seinem entgegengesetzten axialen Ende am Ventilkörper 3 befestigt. Die thermisch isolierende Wandung 49 ist somit axial zwischen den beiden Abschnitten der Querwand eingeschoben.
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Gemäß einer weiteren Variante sind die beiden Abschnitte der Seitenwand aneinander befestigt. Die thermisch isolierende Wandung ist an einem der beiden Abschnitte oder an der Verbindungsstelle zwischen den beiden Abschnitten angesetzt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante, die nicht gezeigt ist, ist die Antriebswelle hohl. Dadurch können die Wärmeübertragungen durch Leitung entlang der Antriebswelle reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante, die nicht gezeigt ist, ist der Deckel der thermisch isolierenden Wandung außerhalb der Seitenwand verlängert und bildet einen Wärmeschutz, der das Stellorgan vor der Wärmestrahlung schützt, die von der Einlass- und/oder Auslassleitung ausgestrahlt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2180167 [0002]
- WO 2010/103249 [0079]
