DE19944671A1 - Ventil mit Schaltcharakteristik, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Abgasanlage - Google Patents

Abstract

Ein Abgasventil mit Schaltcharakteristik enthält als Ventilkörper (8) einen Topf (4), dessen Mantel (3) als längsgeschlitzte Hülse ausgebildet und zum Eingriff von Fingern (12) einer geschlitzten Tellerfeder (13) eingerichtet ist. Bis zu einem vorgegebenen ersten Wert des Abgasdrucks hält die Feder (13) mit Vorspannung den Ventilkörper (8) in einer Stellung, in der seine Schlitze (7) strömungsmäßig unwirksam sind; bei höheren Druckwerten erfolgt dagegen eine weitgehende Öffnung des Ventils, und schließlich ergibt sich bis zur maximalen Ventilöffnung ein steiler Anstieg der Verstellkraft (K). Diese Charakteristik in Verbindung mit keilförmigen Längsschlitzen (7) im Ventilkörper (8) dient der Bekämpfung von Schwingungen im Abgassystem.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Insbesondere an Ventile für Kraftfahrzeug-Abgasanlagen, die beispielsweise in einen Schalldämpfer eingebaut werden, wird eine Reihe von Anforderungen gestellt. Dazu gehö­ ren außer einer hohen Lebensdauer auch bei hohen Temperaturen und unter dem Angriff der Gasbestandteile eine möglichst geringe Schwingungsneigung und die Möglichkeit, bei definierten Abgasdruckwerten gleichsam schalterartig zu öffnen bzw. nur einen definierten, relativ geringen Strömungsquerschnitt für das Abgas zu bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Ventil zu schaffen, das auch außerhalb des bevorzugten Einsatzgebietes, also in Kraftfahrzeug-Abgasanlagen, im­ mer dann mit Vorteil einsetzbar ist, wenn eine hohe Lebensdauer und eine Schaltcharakteri­ stik verlangt werden.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprü­ che.

Die Erfindung nützt also die Eigenheiten einer mit Radialschlitzen versehenen und dadurch Finger aufweisenden Tellerfeder aus, die sicherstellen, daß das Ventil eine Charakteristik aufweist, d. h. eine Abhängigkeit zwischen erforderlicher Verstellkraft und Verstellweg, die schlagwortartig einen liegenden "S" ähnelt. An einen relativ steilen Kraftanstieg bis zum Überwinden einer Vorspannkraft und zum Erzielen einer begrenzten Ventilöffnung schließt sich in dem Kraft-Weg-Diagramm ein Bereich im wesentlichen konstanter Verstellkraft an, der dann relativ kurz vor Erreichen der maximalen Ventilöffnung wieder in einen relativ stei­ len Anstieg der erforderlichen Verstellkraft übergeht. Damit läßt sich in dem bevorzugten Einsatzfall, also im Rahmen einer Kraftfahrzeug-Abgasanlage, erreichen, daß die maximal mögliche Öffnungsstellung des Ventils beispielsweise erst bei Vollast erreicht ist.

Allgemein läßt sich als Vorteil der Erfindung die Einhaltung akustischer Grenzwerte bei klei­ nen Abmessungen (Volumina) der Einrichtungen anführen, in die das Ventil eingebaut ist, also beispielsweise eines Abgasschalldämpfers.

Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden anhand der Zeichnungen für den Fall eines Ven­ tils einer Kraftfahrzeug-Abgasanlage erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den ein derartiges Ventil enthaltenden Schalldämp­ ferbereich, während

Fig. 2 die Arbeitscharakteristik wiedergibt.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist vom Schalldämpfer lediglich bei 1 der Schalldämp­ ferboden angedeutet, der bei 2 einen Ventilsitz bildet. Dort bildet er nämlich eine Öffnung zum Durchtritt des den eigentlichen Ventilkörper bildenden Mantels 3 des topfartigen Teils 4, dessen Boden 4 eine dauernd wirksame, begrenzte Durchtrittsöffnung 6 zur Bildung eines Strömungsquerschnitts aufweist. Der Mantel 3 ist als Hülse ausgebildet, die mit keilförmigen Längsschlitzen 7 versehen ist; diese sind so ausgerichtet, daß ihre schmalen Enden dem Boden 4 benachbart sind. Der so gebildete topfförmige Ventilkörper 8 ist also einen ends bei praktisch geschlossenem Ventil geführt in dem Ventilsitz 2, der mit dichtenden Drahtkissen 9 und 10 zur Definition von zwei Zuständen des Ventils, nämlich "geöffnet" und "geschlossen", bestückt ist, und im Bereich seines linken Endes mit der umlaufenden Rinne 11 zum Eingriff von Fingern 12 der Tellerfeder 13 versehen, die in diesem Ausführungsbeispiel durch Niete 14 an dem Schalldämpferboden 1 befestigt ist.

Die Abgasströmung ist durch den Pfeil 15 symbolisiert.

Die Arbeitsweise dieses Ventils mit Schaltcharakteristik wird im folgenden anhand der in Fig. 2 wiedergegebenen Kennlinie erläutert, die den Verlauf der erforderlichen Verstellkraft K, hergerufen durch den Druck der Abgasströmung 15, über dem Verstellweg W, also der Bewegung des Ventilkörpers 8 in der Darstellung der Fig. 1 nach rechts, erläutert:
Bis zum Erreichen der Vorspannkraft K1, die erzeugt wird durch die Tellerfeder 13, bleibt der Ventilkörper 8 in seiner in Fig. 1 dargestellten Schließlage, in der die keilförmigen Längs­ schlitze 7 also bezüglich der Abgasströmung wirkungslos sind. Lediglich durch die Boden­ öffnung 6 kann ein gewisser Abgasstrom zustande kommen, wobei dieser Strömungsquer­ schnitt so bemessen ist, daß im Leerlauf und Teillastbetrieb sowie im Vollastbetrieb bei ge­ ringen Drehzahlen des die Abgasströmung hervorrufenden Motors das Ventil geschlossen bleibt. Bei größerem Abgasanfall und demgemäß größerem Abgasdruck erreicht die von diesem auf den Ventilkörper 8 und die Tellerfeder 13 ausgeübte Kraft einen Wert, der die Vorspannung K1 übersteigt und eine Öffnungsbewegung des Ventilkörpers 8 entsprechend dem linken Kurvenast in Fig. 2 zur Folge hat. Die für diese Längsverstellung des Ventilkör­ pers 8 erforderliche Verstellkraft K wird im wesentlichen durch die Elastizität der Finger 12 der Tellerfeder 13 vorgegeben, die, wie bereits bemerkt, in die umlaufende Rinne 11 des Ventilkörpers 8 hineinragen. Ergänzend sei bemerkt, daß die Rinne 11 an ihrem linken Rand 16 mit Unterbrechungen versehen sein kann, die zum Einführen der Finger 12 dienen und danach durch den Spannring 17 gleichsam verschlossen werden.

Aufgrund der Eigenheiten der geschlitzten Tellerfeder 13 schließt sich an den Anstieg der Kennlinie (nach Überwinden der Vorspannkraft K1) in dem Diagramm der Fig. 2 ein im we­ sentlichen horizontaler Kennlinienbereich an, d. h. zur weiteren Öffnung des Ventils (Bewe­ gung des Ventilkörpers 8 in Fig. 1 nach rechts) ist praktisch keine größere Verstellkraft erforderlich. Dies begründet die Bezeichnung des Ventils als Ventil mit Schaltcharakteristik: nach Erreichen einer hinreichend großen Verstellkraft erfolgt ein fast vollständiges Öffnen des Ventils, d. h. ein nahezu vollständiges Wirksamwerden der keilförmigen Längsschlitze im Ventilkörper 8, die dann nahezu vollständig in Fig. 1 rechts vom Ventilsitz 2 liegen. Sie bil­ den dann einen Strömungsquerschnitt, der praktisch identisch ist mit dem Querschnitt des Ventilkörpers 8 selber. Soll das Ventil jedoch vollständig geöffnet werden, d. h. der durch das Drahtkissen 9 gebildete zweite Anschlag A2 wirksam werden, so muß die Verstellkraft, d. h. der Druck des Abgases, wieder deutlich auf einen Wert K2 ansteigen. Damit ergibt sich also ein zwischen den beiden Anschlägen A1 (definiert durch das Drahtkissen 10) und A2 liegen­ der Arbeitsbereich a des erfindungsgemäßen Ventils. Die Charakteristik dieses Ventils, wie sie Fig. 2 wiedergibt, läßt sich also als umgekehrtes liegendes "S" kennzeichnen (Sattel­ punktkennlinie).

Wie bereits bemerkt, ist der Ventilkörper 8 mit keilförmigen Längsschlitzen 7 versehen, de­ ren Schmalseiten dem Boden 4 benachbart sind. Durch diese einfache Maßnahme wird eine Dämpfung möglicher Abgasschwingungen erreicht. Wird durch eine Abgasschwingung der Ventilkörper 8 in Fig. 1 weiter nach rechts verschoben, so vergrößert sich der wirksame Strömungsquerschnitt aufgrund der gewählten Keilform der Längsschlitze 7 überproportio­ nal, so daß der schwingungsbedingte Druckanstieg relativ stark abgebaut wird und die Tel­ lerfeder 13 den Ventilkörper 8 wieder etwas nach links in eine mehr geschlossene Stellung bewegen kann. Umgekehrt bewirkt eine schwingungsbedingte Verringerung des Abgas­ drucks eine Bewegung des Ventilkörpers 8 in Fig. 1 nach links, so daß der durch die keil­ förmigen Längsschlitze 7 gegebene Strömungsquerschnitt überproportional abnimmt.

Mit der Erfindung ist also ein gattungsgemäßes Ventil geschaffen, das bei einfachem platz­ sparenden Aufbau eine hohe Lebensdauer garantiert, einem eine Schaltfunktion definieren­ de Kennlinie besitzt und schwingungsresistent ist.

Claims (5)

1. Ventil mit Schaltcharakteristik für ein strömendes Medium, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Abgasanlage, das vom Druck des strömenden Mediums gegen Feder­ kraft aus einer Schließstellung in eine maximal geöffnete Stellung bewegbar ist, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ventil als Ventilkörper (8) einen Topf (4) mit einem eine Hülse mit Längsschlitzen (7) bildenden Mantel (3) enthält, die Hülse in einem ringförmigen ortsfesten Ventilsitz (2) zwischen Anschlägen längsbewegbar geführt ist und an ihr mit Fingern (12) eine geschlitzte Tellerfeder (13) mit Vorspannung (K1) in Richtung Schließstellung eingreift.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bereits bei in Schließstellung befindlichem Ventilkörper (8) ein Bypass (6) zu den Längsschlitzen (7) vorhanden ist. 3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass durch zumindest eine Öffnung (6) im Boden (5) des Topfes (4) gebildet ist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch solche Auslegung der geschlitzten Tellerfeder (13), daß im Kraft-Weg-Diagramm des Ventils an einen Bereich etwa konstanter Kraft in Richtung auf die maximal geöffnete Stellung ein Kraftanstiegsbereich anschließt, und gekennzeichnet durch in der Weise keilförmige Längsschlitze (7) in dem Ventilkörper (8), daß ihre schmalen Enden dem Boden (5) des Ventilkörpers (8) benachbart sind.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventil­ körper (8) zum Eingriff der Finger (12) der Tellerfeder (13) eine umlaufende Rinne (11) aufweist.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinne (11) mit Unterbre­ chungen zum axialen Einführen der Finger (12) versehen ist und auch einen Spann­ ring (17) aufnimmt.