DE4225516A1

DE4225516A1 - Drosselklappe mit Sitzring und im Abstand zur Mittelachse gelagerter Klappenscheibe

Info

Publication number: DE4225516A1
Application number: DE19924225516
Authority: DE
Inventors: Matthias Dr Bender
Original assignee: Individual
Current assignee: BENDER, HANS, 68535 EDINGEN-NECKARHAUSEN, DE BENDE
Priority date: 1992-08-01
Filing date: 1992-08-01
Publication date: 1994-02-03
Anticipated expiration: 2012-08-02
Also published as: DE4225516C2

Description

Die Erfindung betrifft Drosselklappen gemäß Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2. Diese Drosselklappen haben eine kreisförmige Dichtfläche an Sitzring und Klappenscheibe, wobei eine der beiden Dichtflächen relativ schmal ist, die andere breiter, mit einer konischen Kontur, deren kreisförmige Querschnitte in Dichtebene immer konzentrisch zur gegenseitigen kreisförmigen Dichtfläche liegen, so daß die Schließbewegung durch Anschlag der schmalen Dichtfläche auf der konischen Kontur begrenzt wird und dichte Absperrung durch Anlage der beiden Dichtflächen an ihrem gesamten Umfang zustande kommt. Unabhängig von einer exakten Schließstellung kann durch Vergrößerung des schließend wirkenden Drehmomentes die Dichtpressung erhöht werden. In Schließstellung wird die Dichtebene vorzugsweise rechtwinklig zur Mittelachse der Gehäusebohrung stehen, aber es sind auch andere Winkelstellungen möglich, solange die Dichtebene im Bereich der konischen Kontur liegt.

Die bekannten dichtabsperrenden Drosselklappen haben den Nachteil, daß bei Bewegung der Klappenscheibe in die Schließstellung hinein und aus derselben heraus hohe Reibungskräfte zu überwinden sind (DE-OS-40 35 120). Die Pressung der Dichtpartie ist vorgegeben und kann nur wenig beeinflußt werden. Eine bekannte Ausführung mit exzentrisch außermittiger Lagerung sowie kegelförmiger Kontur hat den Nachteil, daß sich eine konzentrische Lage der Dichtflächen nur in einer genau bestimmten Stellung der Klappenscheibe ergibt (DE-OS-24 47 645).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Drosselklappe zu schaffen, deren Konstruktion die genannten Nachteile vermeidet und eine von Toleranzen unabhängige Dichtfunktion ermöglicht. Insbesondere wird eine genaue Regelung kleiner Durchflußmengen ermöglicht, da im Bereich der Schließstellung nur geringe Reibungskräfte zur Bewegung der Klappenscheibe überwunden werden müssen.

Diese neue Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst.

Es ist zwar schon bekannt (DE-OS-24 47 645), daß die konische Kontur der Klappenscheibe die Form eines Kegels mit gerader Mittelachse hat und kreisbogenförmig in die Dichtebene geschwenkt wird. Dadurch ergibt sich eine konzentrische Zuordnung der beiden Dichtflächen nur in einer exakten Stellung der Klappenscheibe. Querschnitte in Dichtebene durch die Kontur der Klappenscheibe vor und hinter der exakten Stellung sind nicht konzentrisch zum Dichtring. Toleranzen der Bearbeitung oder infolge Temperaturverzug können nur ungenügend ausgeglichen werden.

Die Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 das geometrische Prinzip der Erfindung;

Fig. 2 im Schnitt senkrecht zur Mittelachse der Klappenwelle die Ausführungs form mit der Kontur im Sitzring;

Fig. 3 im Schnitt senkrecht zur Mittelachse der Klappenwelle die Ausführungs form mit der Kontur auf der Klappenscheibe;

Fig. 4 im Schnitt senkrecht zur Mittelachse der Klappenwelle eine Ausführungs form mit elastischem Dichtring in der Klappenscheibe.

In Fig. 1 ist der Sitzring 1 übertrieben breit dargestellt. Die Klappenscheibe 2 dreht sich mit der Klappenwelle 3 um die Mittelachse 4 der Klappenwelle. Die Mittelachse 4 ist in einem Abstand e zur Mittelachse 5 des Klappengehäuses und in einem Abstand f zur Dichtebene 6 angeordnet.

Strichpunktiert ist eine teilweise Öffnung der Klappenscheibe 2 um den Winkel Φ dargestellt. Dabei bewegt sich der Mittelpunkt der schmalen kreisförmigen Dichtfläche 8 am Außenrand der Klappenscheibe kreisförmig von 7a nach 7b. Die jeweils am weitesten von der Drehachse 4 entfernten Punkte am Umfang der Klappenscheibe bewegen sich ebenfalls kreisförmig auf den Linien 9′ und 10′. Wird die Klappenscheibe aus einer geöffneten Stellung in schließender Richtung bewegt, so treffen die Punkte 9 und 10 bei 11 und 12 auf die konturierte Dichtfläche 13 des Sitzringes. Ebenso verhält es sich mit allen anderen Punkten am Umfang der Klappenscheibe.

Die Punkte 9 und 10 treffen unter dem Winkel auf die Dichtfläche 13. An den anderen Punkten am Umfang der Klappenscheibe sind die Auftreffwinkel α<. Ist tan(α) größer als die Reibzahl µ, befindet sich die Berührung der beiden Dichtflächen 8 und 13 außerhalb der Selbsthemmung. In Nähe der Klappenwelle trifft dies nicht mehr zu. Dort sind jedoch die Abstände zur Drehachse klein, so daß die erforderlichen Drehmomente zur Überwindung der Reibung ebenfalls klein sind.

In Fig. 1 ist somit das den beiden Ausführungsformen übergeordnete geometrische Prinzip erläutert, das darin besteht, daß sich mit der Schließbewegung der Klappenscheibe zwei kreisförmige Dichtflächen konzentrisch aufeinander zubewegen. Eine der beiden Dichtflächen ist relativ schmal, die andere ist breiter und hat die Mantelfläche eines extrem gekrümmten Kegelstumpfes, dessen Mittelachse einen Kreisbogen um die Drehachse der Klappenwelle beschreibt. Alle Mantellinien des gekrümmten Kegelstumpfes, die gleichsinnig mit der kreisbogenförmigen Mittelachse laufen, sind archimedische Spiralen. An den am weitesten von der Drehachse der Klappenwelle entfernten Punkten der Mantelfläche sind die Spiralen

s₁=r₁ + Φ·tan() und s₂=r₂ + Φ·tan(2â).

An den Umfangspunkten, die einen kleineren Abstand zur Drehachse haben, ist α<.

Um den wesentlichen Bereich der Dichtflächen außerhalb der Selbsthemmung und damit die Reibung niedrig zu halten, sollte vorzugsweise 12° bis 18° betragen.

Fig. 2 zeigt die praktische Ausführung einer Drosselklappe mit der Kontur im Sitzring. Der Sitzring 14 wird durch einen Haltering 15 im Gehäuse 16 festgehalten. In Fig. 2 ist ein Haltering mit Außengewinde dargestellt. Bei großen Nennweiten kann anstelle des Außengewindes der Haltering durch mehrere Einzelschrauben mit dem Gehäuse verbunden und auf dem Sitzring festgespannt werden. Auch eine Klemmverbindung ist möglich. Die Lage des Sitzringes 14 im Gehäuse 16 wird durch eine Arretierung, beispielsweise durch einen Stift 17 sichergestellt. Zur formschlüssigen Verbindung der Klappenscheibe 2 mit der Klappenwelle 3 dient in Fig. 2 beispielsweise ein Kegelstift 18. Aber auch andere Verbindungen wie z. B. Paßfeder-, Vielzahn- oder Klemmverbindung sind möglich.

Fig. 3 zeigt die praktische Ausführung einer Drosselklappe mit der Kontur am Umfang der Klappenscheibe. Der Sitzring 19 mit schmaler Dichtfläche ist mit dem Haltering 15 im Gehäuse eingespannt. Die Punkte 11 und 12 am Umfang der Kontur bewegen sich auf den jeweiligen Kreisbahnen 9′ und 10′. In schließender Richtung bewegt, treffen sie unter dem Winkel auf die Dichtfläche des Sitzringes 19. Die übrige Konstruktion entspricht der der Fig. 2.

In Fig. 2 und 3 sind beispielsweise metallisch dichtende Paarungen von Dichtringen und Klappenscheiben dargestellt. Zur sehr genauen Fixierung der dichtenden Bauteile ist es möglich, den Sitzringen 14 und 19 etwas Spiel im Gehäuse 16 zu geben, um eine genaue Justierung durch Festspannen der Ringe bei Montage im Schließzustand zu ermöglichen.

Auch ist es möglich, Sitzringe oder auch die Dichtflächen aus elastischen Werkstoffen herzustellen.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Klappenscheibe mit elastischem Dichtring 20. Zusätzlich kann mit einem Dichtring 21 zwischen Sitzring und Gehäuse abgedichtet werden.

Zur Herstellung der Kontur wird das Werkstück um einen Drehpunkt entsprechend der Klappenwellenachse geschwenkt, während das Drehwerkzeug gleichzeitig die Drehbewegung und eine radiale Bewegung zur Erzielung des tan(α) ausführt.

Claims

1. Drosselklappe mit einem im Klappengehäuse angeordneten Sitzring und einer gegen den Sitz drehbaren, kreisförmigen Klappenscheibe, deren Drehpunkt sowohl in einem Abstand zur Mittelachse des Klappengehäuses als auch in einem Abstand zur Dichtebene angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur des Sitzringes (14) so ausgebildet ist, daß sich im Schließbereich unabhängig von der Stellung der Klappenscheibe (2) in der Dichtebene kreisförmige Schnitte durch den Sitzring (14) ergeben, wobei das Zentrum der Dichtebene stets mit dem Zentrum der Schnitte durch den Sitzring (14) identisch ist und die Durchmesser dieser Schnitte sich mit fortschreitender Schließbewegung stetig verringern, bis in Schließstellung der Durchmesser der Dichtebene gleich dem Durchmesser des Schnittes durch den Sitzring (14) ist.

2. Drosselklappe mit einem im Klappengehäuse angeordneten, kreisförmigen Sitzring und einer gegen den Sitz drehbaren Klappenscheibe, deren Drehpunkt sowohl in einem Abstand zur Mittelachse des Klappengehäuses als auch in einem Abstand zur Dichtebene angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur der Klappenscheibe (2) so ausgebildet ist, daß sich im Schließbereich unabhängig von der Stellung der Klappenscheibe (2) in der Dichtebene kreisförmige Schnitte durch die Klappenscheibe (2) ergeben, wobei das Zentrum der Dichtebene stets mit dem Zentrum der Schnitte durch die Klappenscheibe (2) identisch ist und die Durchmesser dieser Schnitte sich mit fortschreitender Schließbewegung stetig verringern, bis in Schließstellung der Durchmesser der Dichtebene gleich dem Durchmesser des Schnittes durch die Klappenscheibe (2) ist.

3. Drosselklappe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitzring (14; 19) mit einem Haltering (15) im Gehäuse (16) festgespannt wird.