DE4310901C2 - Klappenabsperrventil - Google Patents

Description

Es ist bekannt, in Abgasleitungen von Brennkraftmaschinen Klappen anzuordnen, die es ermöglichen, die Leitung zu verschließen, um beispielsweise einen Abgasturbolader abzuschalten.

Bei einem Klappenabsperrventil nach der DE-OS 14 25 598 befindet sich der mit einer kegelförmigen Dichtfläche ausgebildete Dichtsitz für eine Klappe am Innenumfang eines rohrstutzenförmigen Blechrings, der mit einem umgebogenen radialen Rand in einer Ringnut der Abgasleitung radial verlagerbar befestigt ist. Durch Temperaturschwankungen bedingte Verformungen der Bauteile sowie Fertigungs- und Lagetoleranzen werden durch radiale Verlagerungen ausgeglichen. Elastische Nachgiebigkeit spielt dabei keine Rolle. Die Dichtwirkung des Ventils ist dennoch mangelhaft, weil wegen der Verlagerbarkeit eine vollkommene Abdichtung am in der Ringnut liegenden radialen Rand nicht möglich ist. Die radiale Verlagerbarkeit des Blechrings ist mit angemessenem Kraftaufwand nämlich nur möglich, wenn am Rand auf hohe Vorspannung und damit auf gute Dichtwirkung verzichtet wird. Im weiteren verursacht die Reibung des Randes in der Ringnut Korrosion, die die Standzeit des Klappenabsperrventils verkürzt.

Aus der FR 154 833 geht es als bekannt hervor, den Dichtsitz für eine Klappe in einem flexibel verformbaren Rohrstutzen vorzusehen. Der Rohrstutzen, dessen Innendurchmesser kleiner ist, als der Klappendurchmesser, ist im Einbauzustand durch die im Durchmesser größere Klappe elliptisch verformt. Diese Verformung, bei der der Rohrstutzen in Richtung senkrecht zur Drehachse der Klappe zusammengedrückt erscheint, ermöglicht ein rundum vollständiges Anliegen der geschlossenen Klappe am Rohrstutzen mit guter Dichtwirkung. Als nachteilig wird bei dieser Einrichtung empfunden, daß Klemmgefahr besteht oder jedenfalls hohe Stellmomente zum Öffnen und Schließen der Klappe erforderlich sind, weil die Klappe beim Öffnen und Schließen rundum am Rohrstutzen anliegt, wobei die Berührungsflächen einen Reibsitz bilden.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Klappenabsperrventil aufzuzeigen, das sich bei guter Dichtwirkung in allen Stellbereichen durch Leichtgängigkeit, insbesondere auch beim Öffnen und Schließen der Klappe, aufgrund kleiner Stellmomente auszeichnet.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Der den Dichtsitz enthaltende Rohrstutzen ist mit einem Ende starr im gekühlten Gehäuse einer Abgasleitung befestigt. In diesem Gehäuse ist auch die Klappe drehbar angeordnet. Zum Ausgleich von Fertigungs- und Lagetoleranzen und der durch Temperaturdifferenzen hervorgerufenen Verformungen der das Klappenabsperrventil bildenden Bauteile sind die Wandungen des Rohrstutzens radial elastisch verformbar ausgebildet. Ein ausreichender axialer Abstand des Dichtsitzes zur Einspannung erlaubt es bei dünnwandiger Ausführung des Rohrstutzens, daß die Klappe bei geringen Stellkräften in der Lage ist, den Rohrstutzen durch Biegung radial zu verschieben, so daß eine Zentrierung bezüglich der Klappe erfolgt, und außerdem durch Temperaturdifferenzen bewirkte Verformungen des Rohrquerschnitts durch Anschmiegen an die Klappe auszugleichen. Dadurch wird die Leichtgängigkeit der Klappe auch bei engen Toleranzen gewährleistet, die für eine hohe Dichtwirkung erforderlich sind. Die Leichtgängigkeit der Klappe wird insbesondere noch dadurch erzielt, daß die drehachsenfernen Dichtkantenabschnitte beim Öffnen und Schließen der Klappe nicht an der Klappe anliegen. Hierzu ist eine geeignete ovale Vorverformung des Rohrstutzens im Dichtsitzbereich vorgesehen, die dergestalt ist, daß in jeder Stellung der Klappe nur die drehachsennahen Bereiche den Rohrstutzen berühren können. Wegen geringer Hebelarme sind die sich durch Reibung ergebenden Stellmomente klein. Die radiale Nachgiebigkeit des Rohrstutzens kann dadurch weiter verbessert werden, daß der Rohrstutzen mit radialen Umfangsfalten nach Anspruch 2 ausgebildet ist. Um die Elastizität des Rohrstutzens zu erhalten, kann der den Dichtsitz enthaltende Rohrstutzen durch einen weiteren innenliegenden, mit Luftspalt radial beabstandeten Rohrstutzen nach Anspruch 3 gegen direkte Beaufschlagung durch heiße Abgase abgeschirmt werden. Vorteilhaft ist eine Ausbildung der Klappe nach Anspruch 4, wonach die Drehachse der Klappe in der von der Dichtkante aufgespannten Ebene liegt. Damit die Dichtfläche von den Wellenzapfen nicht unterbrochen wird, ist die Klappe durch gekröpfte Abschnitte mit den Lagerzapfen verbunden. Eine so ausgebildete Klappe erfährt eine reine Drehung ohne Hub. Da damit Reibung der Klappe im Dichtsitz vermieden wird, ist die Klemmneigung entsprechend gering. Günstig ist es im weiteren nach Anspruch 5 die Klappe einstückig mit den Wellenzapfen auszuführen. Durch hohe Betriebssicherheit kann so die Funktionsfähigkeit der Klappe gewährleistet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Abgasleitung im Bereich eines Klappenabsperrventils in Richtung der in Fig. 2 eingezeichneten Schnittlinien I-I gesehen;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der Abgasleitung nach Fig. 1 in Richtung der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinien II-II gesehen;

Fig. 3 eine Schnittansicht der Abgasleitung nach Fig. 1 in Richtung der in Fig. 2 eingezeichneten Schnittlinien III-III gesehen.

Der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Abschnitt einer Abgasleitung 1 mit einem Klappenabsperrventil ist zum Einbau in einer nicht weiter dargestellten Abgasanlage vorgesehen. Die Befestigung des Abschnitts erfolgt mit Schrauben in Bohrungen 16. Der dargestellte Abschnitt der Abgasleitung 1 ist mit einem gekühlten Gehäuse 2 ausgebildet. Zur Lagerung der Wellenzapfen 4 und 5 der Klappe 6 sind im Gehäuse 2 Lagerbuchsen 3 eingesetzt. Die Verstellung der Klappe erfolgt mit einem Hebel 17, der mit dem Wellenzapfen 4 verbunden ist. Die kreisrunde Klappe 6, die beispielsweise einstückig mit gekröpften Abschnitten 19 und den Wellenzapfen 4, 5 durch Schmieden oder Gießen aus hochwarmfestem Material hergestellt ist, besitzt eine ohne Unterbrechung umlaufende Dichtkante 7. Der Dichtsitz 8 befindet sich auf dem Innenumfang am Ende eines dünnwandigen Rohrstutzens 9. Die Befestigung des Rohrstutzens 9 erfolgt durch Einspannung eines radialen Flansches, mit dem der Rohrstutzen 9 ausgebildet ist. Der Rohrstutzen 9 enthält zwei radiale Umfangsfalten 12, die seine radiale Elastizität erhöhen. Mit einem radialen Spalt zum Rohrstutzen 9 beabstandet ist innerhalb des Rohrstutzens 9 ein weiterer Rohrstutzen 10 angeordnet, der ebenfalls an einem radialen Flansch eingespannt wird. Der Rohrstutzen 10 schützt den Rohrstutzen 9 vor direkter Beaufschlagung mit Abgas. Auf der anderen Seite der Klappe 6 ist ein Rohrstutzen 11 angeordnet, der das Gehäuse 1 vor direkter Beaufschlagung mit Abgas schützt. Die Rohrstutzen 9, 10 und 11 sind so nahe wie möglich an die Klappe 6 herangezogen, um den Lagerbereich im Bereich der Wellenzapfen vor Hitzeeinwirkung zu schützen.

In Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht der Abgasleitung dargestellt, in Richtung der in Fig. 1 eingetragenen Pfeile II-II gesehen. Die Wandstärke und die Länge des Rohrstutzens 9 sind so bemessen, daß seine Wandungen flexibel sind und sich beim Schließen der Klappe 6 an die Dichtkante 7 anschmiegen. Dadurch werden Verformungen des Rohrstutzens 9 durch Temperaturdifferenzen zwischen Gehäuse und Rohrstutzen ausgeglichen, ebenso wie Lagefehler und Fertigungstoleranzen. Die Zentrierung des Rohrstutzens erfolgt durch Biegung. Die radiale Nachgiebigkeit wird erhöht durch die radialen Umfangsfalten 12 im Rohrstutzen 9, die als elastische Gelenke wirken. Mit dieser Ausbildung des Rohrstutzens 9 werden die Stellkräfte trotz enger Toleranzen niedrig gehalten.

Die Stellkräfte und damit die Klemmgefahr wird dadurch weiter vermindert, wenn eine Klappe 6 verwendet wird, deren Drehachse 13 in der Ebene der Dichtkante 7 der Klappe 6 liegt. Liegt die Drehachse 13 nämlich genau in dieser Ebene, so ergibt sich beim Öffnen und Schließen der Klappe eine reine Drehbewegung ohne Hub. Hub wäre aber von Nachteil, weil er keine engen Toleranzen zulassen würde. Damit die Dichtfläche, die von Dichtkante und Dichtsitz gebildet wird, nicht von den Wellenzapfen unterbrochen wird, ist die Klappe mit den Wellenzapfen durch die gekröpften Abschnitte 19 verbunden, die um das Rohrende herumgreifen.

In der Schnittansicht nach Fig. 3 ist dargestellt, wie die gekröpften Abschnitte 19 in Bezug auf die Klappenebene liegen, nämlich schräg dazu, in einer zur Drehachse parallelen Ebene. Diese Ausbildung ermöglicht es die Klappe parallel zur Strömungsrichtung zu stellen, wie in gestrichelten Linien angedeutet, ohne daß die gekröpften Abschnitte 19 am Rohrstutzen 19 anstoßen.

Der Rohrstutzen 9 kann kreisrund vorgeformt sein. Die Stellkräfte lassen sich jedoch noch weiter vermindern, wenn der Rohrstutzen 9 im Bereich des Dichtsitzes 8 so vorgeformt ist, daß er bei geöffneter Klappe 6 die in der Fig. 2 mit einer strichpunktierten Linie 18 übertrieben überhöht dargestellte Außenkontur annimmt. Die von der Drehachse 13 entfernten Dichtsitzbereiche befinden sich dann auf einem zum Radius der kreisrunden Klappe größeren radialen Abstand als die drehachsennahen Bereiche. Da die drehachsenfernen Bereiche der Klappe den Dichtsitz 8 unter Belassung eines minimalen Spaltes auch in geschlossenem Zustand nicht berührt, sind die Stellmomente klein. Aufgrund der Vorverformung erfolgt eine Berührung zwischen Klappe und Dichtsitz nur in den drehachsennahen Bereichen. Wegen des geringen Hebelarms sind die sich durch Reibung ergebenden Stellmomente entsprechend klein.

Die Vorteile der beschriebenen Konstruktion sind hohe Dichtwirkung bei geringer Klemmneigung. Das Ventil ist in der Herstellung günstig. Der den Dichtsitz aufnehmende Rohrstutzen ist nämlich ein einfaches Bauteil. Die Bearbeitung von Dichtsitz und Dichtkante kann separat erfolgen. Die Toleranzanforderungen bewegen sich im normalen Rahmen. Die Montage ist einfach. Die Rohrstutzen 9, 10 und 11 werden in einfacher Weise durch Einlegen und axiales Klemmen im Gehäuse befestigt. Weiter sind von Vorteil die geringe Bauhöhe des Klappenabsperrventils, so daß der Einbau in der Abgasanlage sehr platzsparend erfolgen kann. Weiter ist die Isolierung des wassergekühlten Gehäuses durch die Rohrstutzen 9, 10 und 11 fast durchgehend gegeben, so daß dem Abgasstrom wenig Wärme entzogen wird, was bei aufgeladenen Motoren gewünscht wird.

Claims (5)

1. Klappenabsperrventil mit einer um radiale Wellenzapfen drehbar in einem Gehäuse gelagerten Klappe, wobei die auf dem Umfang der Klappe augebildete Dichtkante mit einem radial nachgiebigen Dichtsitz zusammenwirkt, der sich auf dem Innenumfang am Ende eines dünnwandigen, im Abstand und parallel zur Innenwand des Gehäuses liegenden, im Gehäuse befestigten Rohrstutzens befindet, wobei der Rohrstutzen (9) mit einem Ende, das zum Dichtsitz (8) axial beabstandet ist, starr im Gehäuse (2) befestigt ist, wobei ferner Wandstärke und Länge des Rohrstutzens (9) so bemessen sind, daß eine radiale Elastizität des Rohrstutzens (9) gegeben ist, die eine Zentrierung des Rohrstutzens (9) bezüglich der Klappe (6) und ein Anschmiegen des Rohrstutzens (9) an die Dichtkante (7) der Klappe (6) durch Verformung ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrstutzen (9) im Bereich des Dichtsitzes (8) derart oval vorgeformt ist, daß die drehachsenfernen Dichtsitzabschnitte sich bei geöffneter Klappe (6) über die ursprüngliche Kreiskontur erheben, und daß die drehachsennahen Dichtsitzbereiche unter Vorspannung an der Klappe (6) anliegen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrstutzen (9) wenigstens eine radiale Umfangfalte (12) aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des den Dichtsitz (8) tragenden Rohrstutzens (9) gleichachsig dazu ein weiterer Rohrstutzen (10) angeordnet ist, der zum Rohrstutzen (9) mit einem radialen Luftspalt beabstandet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (13) der Klappe (6) in der von der Dichtkante (7) aufgespannten Ebene liegt, und daß die Klappe (6) auf ihrer im Rohrstutzen (9) nach außen weisenden Seite durch um das Ende des Rohrstutzens (9) herumgreifende gekröpfte Abschnitte (19) mit den Wellenzapfen (4, 5) verbunden ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (6) einstückig mit den Abschnitten (19) und den Wellenzapfen (4, 5) ausgebildet ist.