EP3807510A1 - Klappenvorrichtung für eine brennkaftmaschine - Google Patents

Klappenvorrichtung für eine brennkaftmaschine

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EP3807510A1
EP3807510A1 EP19729500.9A EP19729500A EP3807510A1 EP 3807510 A1 EP3807510 A1 EP 3807510A1 EP 19729500 A EP19729500 A EP 19729500A EP 3807510 A1 EP3807510 A1 EP 3807510A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bearing
flap
sealing
flow channel
shaft
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19729500.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas GRAUTEN
Hans Gerards
Jürgen Michels
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pierburg GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pierburg GmbH filed Critical Pierburg GmbH
Publication of EP3807510A1 publication Critical patent/EP3807510A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
    • F02D9/08—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits
    • F02D9/10—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having pivotally-mounted flaps
    • F02D9/1035—Details of the valve housing
    • F02D9/106—Sealing of the valve shaft in the housing, e.g. details of the bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/70—Flap valves; Rotary valves; Sliding valves; Resilient valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/72—Housings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/16—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/22—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves
    • F16K1/224—Details of bearings for the axis of rotation
    • F16K1/225—Details of bearings for the axis of rotation the axis of rotation having only one bearing
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    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/04—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor
    • F16K31/041—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor for rotating valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F02B37/183—Arrangements of bypass valves or actuators therefor
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    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/52—Systems for actuating EGR valves
    • F02M26/53—Systems for actuating EGR valves using electric actuators, e.g. solenoids
    • F02M26/54—Rotary actuators, e.g. step motors

Definitions

  • the invention relates to a valve device for an internal combustion engine with a flow housing, which delimits a flow channel, a valve body which is rotatably arranged in the flow channel, a valve shaft mounted on one side, to which the valve body is fastened, the valve shaft being drivable by means of an actuator, and a bearing receptacle which is formed on the flow housing, a first bearing and a second bearing being arranged in the bearing receptacle for one-sided mounting of the valve shaft.
  • flap devices are known, for example, as throttle valves for regulating the air supply to the internal combustion engine or as exhaust gas recirculation flaps for regulating the amount of exhaust gas returned to the internal combustion engine, the available flow cross section being changed by rotating the flap arranged in the flow housing.
  • valve device for example, by EP 0 972 975 B1.
  • the valve device has a flow housing with a flow channel, a valve body being arranged in the flow channel.
  • the valve body is attached to a valve shaft, which is connected in a rotationally fixed manner to an actuator.
  • the flap shaft is supported on one side on the flow housing via two bearings arranged in a bearing receptacle.
  • the bearing holder is arranged in an opening formed in the flow housing, the bearing holder not protruding into the flow channel, so that the Flow channel in the area of the bearing mount has a continuous, circular flow cross-section.
  • the valve body is fastened to an axial end of the valve shaft which protrudes from the bearing receptacle and extends into the flow channel.
  • a disadvantage of a valve device with a valve shaft mounted on one side is that a load acting on the valve body causes a high degree of deflection of the valve shaft, which reduces the service life of the bearings and thus the valve device.
  • the invention is therefore based on the object of providing a flap device with a flap shaft mounted on one side, in which the deflection of the flap shaft is reduced under a load acting on the flap body and the service life of the bearings and the flap device is thereby increased.
  • a flap device with the features of the main claim.
  • the fact that the bearing receptacle projects into the flow channel and the second bearing is arranged within the flow channel reduces the deflection of the valve shaft.
  • the amount of deflection and the resulting load on the bearings depend on the axial distance between the central axis of the flow channel and the first bearing.
  • the displacement of the first bearing in the flow channel reduces the distance between the central axis of the flow channel and the first bearing, thereby reducing the deflection of the valve shaft. In this way, the load on the bearings caused by the deflection is reduced and the service life of the bearings and thus the flap device is increased.
  • the bearing receptacle is preferably sleeve-shaped, with a constriction being formed on the first axial end projecting into the flow channel, against which the first bearing rests and through which the flap shaft projects. This fixes the first bearing in an axial direction. Fixation in the other axial direction is carried out, for example, by a locking ring. In this way, the first bearing is axially fixed simply and inexpensively.
  • annular thrust washer is attached to the second axially opposite end of the bearing receptacle, through which the valve shaft protrudes.
  • the inner space delimited by the sleeve-shaped bearing receptacle is closed by the thrust washer, so that penetration of moisture and dirt particles from the surroundings into the inner space is prevented and the service life of the bearings arranged in the inner space is increased.
  • the bearing receptacle has a sealing device, the sealing device having a contour disk which is fastened to the flap shaft in a fluid-tight manner and an axially mounted sealing disk, a sealing surface of the contour disk abutting a counter-sealing surface of the sealing disk.
  • the flap shaft extends through the bearing receptacle and moves relative to it, there is inevitably a gap between the flap shaft and the bearing receptacle, the exhaust gas flowing through the flow channel being able to flow out of the flow housing through the gap.
  • the flow device can be reliably sealed by the sealing device and leakage of the exhaust gas through the bearing receptacle can be prevented.
  • the sealing disk preferably bears axially on the second bearing.
  • the sealing washer is pressed against the second bearing by the contour washer, which is axially resiliently preloaded together with the valve shaft. In this way, the sealing washer can be axially supported simply and inexpensively.
  • the sealing surface of the contour disk and the counter-sealing surface of the sealing disk are preferably of conical or frustoconical design.
  • the sealing washer is supported radially and axially only by the abutment on the second bearing and by the pressing of the contour washer over the sealing surface. Due to the conical or frustoconical design of the sealing and counter-sealing surface, the sealing washer can align itself radially. In addition, the effective sealing surface is increased by the conical or frustoconical configuration of the sealing and counter-sealing surface, thereby achieving an improved sealing effect.
  • the contour disk is connected to the flap shaft via a press connection or a material connection. This creates a fluid-tight connection between the contour disk and the valve shaft, which prevents leakage through the gap between the contour disk and the valve shaft.
  • the valve body has a recess corresponding to the contour of a channel-side section of the bearing receptacle projecting into the flow channel, so that the flow channel can be completely closed reliably by the valve body.
  • the first bearing is preferably designed to be temperature-resistant, as a result of which the service life of the first bearing is increased and premature failure of the first bearing is prevented due to thermal overload.
  • the first bearing can be designed, for example, as a plain bearing, in particular as a ceramic or graphite bearing.
  • the actuator is arranged in a separate actuator housing, the actuator housing on the
  • Flow housing is attached.
  • the actuator can be replaced easily and inexpensively, for example if the actuator's electric motor is damaged
  • the bearing housing is designed separately and attached to the flow housing. This allows the bearing device together with the valve shaft in one
  • Pre-assembly step are pre-assembled and fixed to the flow housing in a subsequent step. In this way, the assembly of the flap device is simplified.
  • a flap device is thus created with a flap shaft mounted on one side, in which the bending moments acting on the shaft are reduced and the service life of the bearings and the flap device is thereby increased.
  • Figure 1 shows a perspective view of a valve device according to the invention.
  • Figure 2 shows a side view of a valve device according to the invention in a sectional view.
  • the figures show a flap device 10, which comprises a flow housing 12, in which a flow channel 14 is formed, the free flow cross section of which by means of a Flap body 16 arranged rotatably in the flow channel 14 can be regulated.
  • the valve body 16 is fixedly connected to a valve shaft 18 rotatably mounted in the flow housing 12.
  • a pot-shaped lever support 20 is fastened to an axial end of the flap shaft 18 facing away from the flow channel 14 and is rotatably connected to a drive shaft 24 of an actuator 22.
  • the lever bracket 20 is attached to the flap shaft 18, for example, by welding
  • the actuator 22 is arranged in a separately designed actuator housing 25 fastened to the flow housing 12 and has an electric motor 21 and a transmission 23 interposed between the electric motor 21 and the flap shaft 18.
  • the cup-shaped lever support 20 is radially surrounded by a sleeve 26 which extends axially in the direction of the flow housing 12.
  • the sleeve 26 serves as a guide for a return spring 30 which radially surrounds the sleeve 26.
  • a first spring leg of the return spring 30 bears against a stop formed on the flow housing 12 and a second spring leg bears against a stop formed on the lever bracket 20, so that when the flap shaft 18 rotates, the return spring 30 is preloaded and stored in the return spring 30 Energy is a return of the flap shaft 18 to its starting position without applying any torque by the actuator 22 must become. In this way, a defined fail-safe position of the flap shaft 18 is approached if the actuator 22 fails.
  • the flap shaft 18 is rotatably supported by a first bearing 42 and a second bearing 44, which are arranged in a common bearing seat 32. In this way, the valve shaft 18 is supported on one side on the flow housing 12.
  • the bearing receptacle 32 is arranged in an opening 13 formed on the flow housing 12 and has a channel-side section 34 and an actuator-side section 36, the channel-side section 34 protruding into the flow channel 14 and the actuator-side section 36 protruding from the flow housing 12.
  • the bearing receptacle 32 is designed like a sleeve and, together with a constriction 39 formed on the channel-side section 34 and a thrust washer 48 fastened on the actuator-side section 36, delimits an interior 40.
  • the constriction 39 and the thrust washer 48 have a bore through which the flap shaft 18 runs.
  • the first bearing 42 and the second bearing 44 are arranged in the interior 40.
  • the first bearing 42 is arranged in the channel-side section 34 and thus according to the invention in the flow channel 14.
  • Both bearings 42, 44 rest with their outer circumferential surface radially on an inner circumferential surface radially delimiting the inner space 40 of the bearing receptacle 32.
  • this abuts the constriction 39 with a first axial end and is secured at the second axial end by a locking ring 46.
  • the second bearing 44 rests with one axial end on the thrust washer 48 and with the other axial end on the sealing washer 52 of a sealing device 50, whereby the second bearing 44 is axially secured.
  • the sealing device 50 is composed of the sealing washer 52 and a contour washer 54.
  • the contour disk 54 is attached to the flap shaft 18 in a material-locking manner or via a press connection and rotates with the flap shaft 18.
  • the sealing disk 52 abuts the second bearing 44 with an axial end and with a conical counter-sealing surface against a conical sealing surface of the contour disk 54.
  • the sealing effect between the sealing surface and the counter-sealing surface takes place through an axial pressure caused by the return spring 30 between the two sealing surfaces.
  • the return spring 30 bears axially with its first turn against an annular, radially extending extension 27 of the sleeve 26 and with its last turn against an annular, radially extending extension 29 of a spring support sleeve 28, the spring support sleeve 28 abutting the flow housing 12 and extends axially in the direction of the sleeve 26.
  • an axial spring force acts on the lever carrier 20 and thus on the flap shaft 18 in the direction of the actuator 22, as a result of which the sealing surface of the contour disc 54 is pressed against the counter-sealing surface of the sealing disc 52 and the sealing disc 52 the second bearing 44 is pressed and the second bearing 44 is pressed against the fixed thrust washer 48.
  • the flap shaft 18, the contour plate 54, the sealing plate 52 and the second bearing 44 are axially fixed, pressure pulsations and thermal expansion can be compensated for by such a structure.
  • the sleeve 26 and the spring support sleeve 28 also serve together with the lever bracket 20 to encapsulate the bearing receptacle 32 to prevent water from entering the bearing receptacle 32 by splashing water.
  • an axial gap is provided between the spring support sleeve 28 and the sleeve 26, as a result of which contact between the two sleeves 26, 28 in the event of thermal expansions or when the return spring 30 is contracted is avoided. If the flap device 10 is now exposed to spray water, the majority of the spray water is prevented by the sleeve 26 and the spring support sleeve 28 from penetrating into the storage area.
  • the bearing receptacle 32 has a groove 60 with an asymmetrical cross section, so that the water can move without great resistance in the direction of the groove bottom, where it collects.
  • the water resistance in the groove base increases the flow resistance and prevents the water from flowing further to the valve shaft 18.
  • the exhaust gas flows through the flow channel 14, as a result of which a load acts on the valve body 16 in the longitudinal direction of the flow channel 14 and perpendicular to the axis of rotation of the valve shaft 18.
  • This load is transmitted from the valve body 16 to the valve shaft 18, which results in a bending load and thus a bending of the valve shaft 18 due to the acting bending moment.
  • a high deflection leads to premature failure of the bearings 42, 44, the deflection increasing with the increasing distance between the central axis of the flow channel 14 and the first bearing 42.
  • the bearing receptacle 32 projects into the flow channel 14 and the first bearing 42 is arranged inside the flow channel 14, as a result of which the distance between the central axis of the flow channel 14 and the first bearing 42 is reduced and thereby the deflection of the flap shaft 18 is reduced.

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Abstract

Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Strömungsgehäuse (12), welches einen Strömungskanal (14) begrenzt, einem Klappenkörper (16), welcher drehbar in dem Strömungskanal (14) angeordnet ist, einer einseitig gelagerten Klappenwelle (18), an der der Klappenkörper (16) befestigt ist, wobei die Klappenwelle (18) mittels eines Aktors (22) antreibbar ist, und einer Lageraufnahme (32), welche an dem Strömungsgehäuse (12) ausgebildet ist, wobei in der Lageraufnahme (32) zur einseitigen Lagerung der Klappenwelle (18) ein erstes Lager (42) und ein zweites Lager (44) angeordnet sind, sind bekannt. Um die Lebensdauer der Klappenvorrichtung zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass die Lageraufnahme (32) in den Strömungskanal (14) hineinragt und das erste Lager (42) innerhalb des Strömungskanals (14) angeordnet ist.

Description

B E S C H R E I B U N G
Klappenvorrichtung für eine Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Strömungsgehäuse, welches einen Strömungskanal begrenzt, einem Klappenkörper, welcher drehbar in dem Strömungskanal angeordnet ist, einer einseitig gelagerten Klappenwelle, an der der Klappenkörper befestigt ist, wobei die Klappenwelle mittels eines Aktors antreibbar ist, und einer Lageraufnahme, welche an dem Strömungsgehäuse ausgebildet ist, wobei in der Lageraufnahme zur einseitigen Lagerung der Klappenwelle ein erstes Lager und ein zweites Lager angeordnet sind.
Derartige Klappenvorrichtungen sind beispielsweise als Drosselklappen zur Regulierung der Luftzufuhr zum Verbrennungsmotor oder als Abgasrückführklappen zur Regelung der zum Verbrennungsmotor zurückgeführten Abgasmenge bekannt, wobei durch ein Verdrehen der in dem Strömungsgehäuse angeordneten Klappe der zur Verfügung stehende Durchströmungsquerschnitt verändert wird.
Eine derartige Klappenvorrichtung offenbart beispielsweise die EP 0 972 975 Bl. Die Klappenvorrichtung weist ein Strömungsgehäuse mit einem Strömungskanal auf, wobei in dem Strömungskanal ein Klappenkörper angeordnet ist. Der Klappenkörper ist an einer Klappenwelle befestigt, welche mit einem Aktor drehfest verbunden ist. Die Klappenwelle ist über zwei in einer Lageraufnahme angeordnete Lager einseitig an dem Strömungsgehäuse gelagert. Die Lageraufnahme ist in einer in dem Strömungsgehäuse ausgebildeten Öffnung angeordnet, wobei die Lageraufnahme nicht in den Strömungskanal hineinragt, so dass der Strömungskanal im Bereich der Lageraufnahme einen stetigen, kreisrunden Durchströmungsquerschnitt aufweist. An einem aus der Lageraufnahme herausragenden und sich in den Strömungskanal erstreckenden, axialen Ende der Klappenwelle ist der Klappenkörper befestigt.
Nachteilig an einer Klappenvorrichtung mit einer einseitig gelagerten Klappenwelle ist, dass eine auf den Klappenkörper wirkende Belastung eine hohe Durchbiegung der Klappenwelle verursacht, wodurch die Lebensdauer der Lager und damit der Klappenvorrichtung reduziert wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Klappenvorrichtung mit einer einseitig gelagerten Klappenwelle bereitzustellen, bei der die Durchbiegung der Klappenwelle bei einer auf den Klappenkörper wirkenden Belastung reduziert wird und dadurch die Lebensdauer der Lager und der Klappenvorrichtung erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Klappenvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Dadurch, dass die Lageraufnahme in den Strömungskanal hineinragt und das zweite Lager innerhalb des Strömungskanals angeordnet ist, wird die Durchbiegung der Klappenwelle reduziert. Dabei hängt die Höhe der Durchbiegung und die daraus resultierende Belastung der Lager von dem axialen Abstand zwischen der Mittelachse des Strömungskanals und dem ersten Lager ab. Durch die Verlagerung des ersten Lagers in den Strömungskanal wird der Abstand zwischen der Mittelachse des Strömungskanals und dem ersten Lager reduziert, wodurch die Durchbiegung der Klappenwelle reduziert wird. Auf diese Weise wird die durch die Durchbiegung verursachte Belastung der Lager reduziert und dadurch die Lebensdauer der Lager und damit der Klappenvorrichtung erhöht. Vorzugsweise ist die Lageraufnahme hülsenförmig ausgebildet, wobei am in den Strömungskanal ragenden ersten axialen Ende eine Einschnürung ausgebildet ist, gegen die das erste Lager anliegt und durch die die Klappenwelle ragt. Dadurch wird das erste Lager in eine axiale Richtung fixiert. Die Fixierung in die andere axiale Richtung erfolgt beispielsweise durch einen Sicherungsring. Auf diese Weise wird das erste Lager einfach und kostengünstig axial fixiert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist am zweiten axial entgegengesetzten Ende der Lageraufnahme eine ringförmige Anlaufscheibe befestigt, durch die die Klappenwelle ragt. Durch die Anlaufscheibe wird der durch die hülsenförmige Lageraufnahme begrenzte Innenraum geschlossen, so dass ein Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutzpartikeln aus der Umgebung in den Innenraum verhindert wird und die Lebensdauer der in dem Innenraum angeordneter Lager erhöht wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Lageraufnahme eine Dichtungsvorrichtung auf, wobei die Dichtungsvorrichtung eine an der Klappenwelle fluiddicht befestigte Konturscheibe und eine axial gelagerte Dichtscheibe aufweist, wobei eine Dichtfläche der Konturscheibe an einer Gegendichtfläche der Dichtscheibe anliegt. Dadurch, dass sich die Klappenwelle durch die Lageraufnahme erstreckt und sich relativ dazu bewegt, liegt zwingenderweise ein Spalt zwischen der Klappenwelle und der Lageraufnahme vor, wobei durch den Spalt das durch den Strömungskanal strömende Abgas aus dem Strömungsgehäuse hinausströmen kann. Durch die Dichtungsvorrichtung kann der Strömungskanal zuverlässig abgedichtet und eine Leckage des Abgases durch die Lageraufnahme verhindert werden. Vorzugsweise liegt die Dichtscheibe an dem zweiten Lager axial an. Dabei wird die Dichtscheibe durch die Konturscheibe, welche gemeinsam mit der Klappenwelle axial federnd vorgespannt ist, gegen das zweite Lager gepresst. Auf diese Weise kann die Dichtscheibe einfach und kostengünstig axial gelagert werden.
Vorzugsweise sind die Dichtfläche der Konturscheibe und die Gegendichtfläche der Dichtscheibe konisch oder kegelstumpfförmig ausgeführt. Die Dichtscheibe ist lediglich durch die Anlage an das zweite Lager und durch die Anpressung der Konturscheibe über die Dichtfläche radial und axial gelagert. Durch die konische oder kegelstumpfförmige Ausgestaltung der Dicht- und Gegendichtfläche kann sich die Dichtscheibe radial ausrichten. Außerdem wird durch die konische oder kegelstumpfförmige Ausgestaltung der Dicht- und Gegendichtfläche die wirksame Dichtfläche vergrößert und dadurch eine verbesserte Dichtwirkung erreicht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Konturscheibe über eine Pressverbindung oder stoffschlüssig mit der Klappenwelle verbunden. Dadurch wird eine fluiddichte Verbindung zwischen der Konturscheibe und der Klappenwelle hergestellt, wodurch eine Leckage durch den Spalt zwischen der Konturscheibe und der Klappenwelle verhindert wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Klappenkörper eine zur Kontur eines in den Strömungskanal hineinragenden kanalseitigen Abschnitts der Lageraufnahme korrespondierende Aussparung auf, so dass der Strömungskanal zuverlässig durch den Klappenkörper vollständig geschlossen werden kann. Vorzugsweise ist das erste Lager temperaturfest ausgeführt, wodurch die Lebensdauer des ersten Lagers erhöht wird und ein vorzeitiger Ausfall des ersten Lagers aufgrund einer thermischen Überbelastung verhindert wird. Das erste Lager kann beispielsweise als Gleitlager, insbesondere als Keramik- oder Graphitlager, ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Aktor in einem separaten Aktorgehäuse angeordnet, wobei das Aktorgehäuse an dem
Strömungsgehäuse befestigt ist. Dadurch kann der Aktor einfach und kostengünstig, beispielsweise bei einem Schaden des Elektromotors des Aktors, ausgetauscht werden
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Lagergehäuse separat ausgeführt und an dem Strömungsgehäuse befestigt. Dadurch kann die Lagervorrichtung gemeinsam mit der Klappenwelle in einem
Vormontageschritt vormontiert werden und in einem nachfolgenden Schritt an dem Strömungsgehäuse fixiert werden. Auf diese Weise wird die Montage der Klappenvorrichtung vereinfacht.
Es wird somit eine Klappenvorrichtung mit einer einseitig gelagerten Klappenwelle geschaffen, bei der die auf die Welle wirkenden Biegemomente reduziert wird und dadurch die Lebensdauer der Lager und der Klappenvorrichtung erhöht wird.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Klappenvorrichtung.
Figur 2 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Klappenvorrichtung in geschnittener Darstellung.
Die Figuren zeigen eine Klappenvorrichtung 10, welche ein Strömungsgehäuse 12 umfasst, in dem ein Strömungskanal 14 ausgebildet ist, dessen freier Durchströmungsquerschnitt mittels eines drehbar im Strömungskanal 14 angeordneten Klappenkörpers 16 geregelt werden kann. Der Klappenkörper 16 ist mit einer drehbar in dem Strömungsgehäuse 12 gelagerten Klappenwelle 18 fest verbunden. Zur Betätigung der Klappenwelle 18 ist an einem zum Strömungskanal 14 abgewandten axialen Ende der Klappenwelle 18 ein topfförmiger Hebelträger 20 befestigt, welcher mit einer Antriebswelle 24 eines Aktors 22 drehfest verbunden ist. Die Befestigung des Hebelträgers 20 an der Klappenwelle 18 erfolgt beispielsweise durch Schweißen
Der Aktor 22 ist in einem separat ausgebildeten und an dem Strömungsgehäuse 12 befestigten Aktorgehäuse 25 angeordnet und weist einen Elektromotor 21 und ein zwischen dem Elektromotor 21 und der Klappenwelle 18 zwischengeschaltetes Getriebe 23 auf. Durch die Betätigung des Aktors 22 werden der topfförmige Hebelträger 20 und damit die Klappenwelle 18 und der Klappenkörper 16 um eine gemeinsame Drehachse bewegt, wobei durch die Verdrehung des Klappenkörpers 16 der freie Durchströmungsquerschnitt des Strömungskanals 14 verändert wird.
Der topfförmige Hebelträger 20 wird radial von einer Hülse 26 umgeben, die sich axial in Richtung des Strömungsgehäuses 12 erstreckt. Die Hülse 26 dient als Führung für eine Rückstellfeder 30, die die Hülse 26 radial umgibt. Dabei liegt ein erster Federschenkel der Rückstellfeder 30 an einem am Strömungsgehäuse 12 ausgebildeten Anschlag an und ein zweiter Federschenkel liegt an einem am Hebelträger 20 ausgebildeten Anschlag an, so dass bei Drehung der Klappenwelle 18 die Rückstellfeder 30 vorgespannt wird und durch die in der Rückstellfeder 30 gespeicherte Energie eine Rückstellung der Klappenwelle 18 in ihre Ausgangsposition erfolgt, ohne dass ein Drehmoment durch den Aktor 22 aufgebracht werden muss. Auf diese Weise wird eine definierte fail-safe Stellung der Klappenwelle 18 bei Ausfall des Aktors 22 angefahren.
Die drehbare Lagerung der Klappenwelle 18 erfolgt über ein erstes Lager 42 und ein zweites Lager 44, welche in einer gemeinsamen Lageraufnahme 32 angeordnet sind. Auf diese Weise wird die Klappenwelle 18 einseitig an dem Strömungsgehäuse 12 gelagert.
Die Lageraufnahme 32 ist in einer am Strömungsgehäuse 12 ausgebildeten Öffnung 13 angeordnet und weist einen kanalseitigen Abschnitt 34 und einen aktorseitigen Abschnitt 36 auf, wobei der kanalseitige Abschnitt 34 in den Strömungskanal 14 hineinragt und der aktorseitige Abschnitt 36 aus dem Strömungsgehäuse 12 herausragt. Die Lageraufnahme 32 ist hülsenartig ausgebildet und begrenzt gemeinsam mit einer an dem kanalseitigen Abschnitt 34 ausgebildeten Einschnürung 39 und einer an dem aktorseitigen Abschnitt 36 befestigten Anlaufscheibe 48 einen Innenraum 40. Die Einschnürung 39 und die Anlaufscheibe 48 weisen eine Bohrung auf, durch die die Klappenwelle 18 verläuft. In dem Innenraum 40 sind das erste Lager 42 und das zweite Lager 44 angeordnet. Das erste Lager 42 ist im kanalseitigen Abschnitt 34 und damit erfindungsgemäß in dem Strömungskanal 14 angeordnet.
Beide Lager 42, 44 liegen mit ihrer Außenumfangsfläche radial an einer den Innenraum 40 radial begrenzenden Innenumfangsfläche der Lageraufnahme 32 an. Zur axialen Sicherung des ersten Lagers 42 liegt dieses mit einem ersten axialen Ende an der Einschnürung 39 an und wird an dem zweiten axialen Ende durch einen Sicherungsring 46 gesichert. Das zweite Lager 44 liegt mit einem axialen Ende an der Anlaufscheibe 48 und mit dem anderen axialen Ende an der Dichtscheibe 52 einer Dichtungsvorrichtung 50 an, wodurch das zweite Lager 44 axial gesichert ist.
Die Dichtungsvorrichtung 50 setzt sich aus der Dichtscheibe 52 und einer Konturscheibe 54 zusammen. Die Konturscheibe 54 ist stoffschlüssig oder über eine Pressverbindung an der Klappenwelle 18 befestigt und rotiert mit der Klappenwelle 18 mit. Die Dichtscheibe 52 liegt mit einem axialen Ende am zweiten Lager 44 und mit einer konischen Gegendichtfläche an einer konischen Dichtfläche der Konturscheibe 54 an. Die Dichtwirkung zwischen der Dichtfläche und der Gegendichtfläche erfolgt durch eine durch die Rückstellfeder 30 verursachte axiale Anpressung zwischen den beiden Dichtflächen. Dabei liegt die Rückstellfeder 30 axial mit ihrer ersten Windung an einer ringförmigen, radial erstreckenden Erweiterung 27 der Hülse 26 an und mit ihrer letzten Windung an einer ringförmigen, radial ersteckenden Erweiterung 29 einer Federauflagehülse 28 an, wobei die Federauflagehülse 28 an dem Strömungsgehäuse 12 anliegt und sich in Richtung der Hülse 26 axial erstreckt.
Durch eine derartige Anordnung und eine axiale Vorspannung der Rückstellfeder 30 wirkt eine axiale Federkraft auf den Hebelträger 20 und damit auf die Klappenwelle 18 in Richtung des Aktors 22, wodurch die Dichtfläche der Konturscheibe 54 gegen die Gegendichtfläche der Dichtscheibe 52 gepresst wird, die Dichtscheibe 52 gegen das zweite Lager 44 gepresst wird und das zweite Lager 44 gegen die fest angeordnet Anlaufscheibe 48 gepresst wird. Auf diese Weise werden die Klappenwelle 18, die Konturscheibe 54, die Dichtscheibe 52 sowie das zweite Lager 44 axial fixiert, wobei Druckpulsationen und thermische Ausdehnung durch einen derartigen Aufbau ausgeglichen werden können. Die Hülse 26 sowie die Federauflagehülse 28 dienen außerdem gemeinsam mit dem Hebelträger 20 zur Einkapselung der Lageraufnahme 32, um einen Wassereintritt durch Spritzwasser in die Lageraufnahme 32 zu verhindern. Hierbei ist zwischen der Federauflagehülse 28 und der Hülse 26 ein axialer Spalt vorgesehen, wodurch eine Berührung der beiden Hülsen 26, 28 bei thermischen Dehnungen oder beim Zusammenziehen der Rückstellfeder 30 vermieden wird. Wird nun die Klappenvorrichtung 10 Spritzwasser ausgesetzt, so wird der Großteil des Spritzwassers durch die Hülse 26 und die Federauflagehülse 28 daran gehindert in den Lagerbereich einzudringen. Ein Rest Spritzwasser gelangt jedoch über den Spalt zwischen den Hülsen 26, 28 zur Lageraufnahme 32 und strömt an der Außenfläche der Lageraufnahme 32 entlang. Um diese Strömung entlang der Lageraufnahme 32 zu verhindert, weist die Lageraufnahme 32 eine Nut 60 mit einem asymmetrischen Querschnitt auf, so dass sich das Wasser ohne großen Widerstand in Richtung des Nutgrundes bewegen kann, wo es sich sammelt. Durch das Aufstauen des Wassers in dem Nutgrund wird der Strömungswiderstand erhöht und ein Weiterströmen des Wassers zur Klappenwelle 18 verhindert.
Im Betrieb der Klappenvorrichtung 10 strömt das Abgas durch den Strömungskanal 14, wodurch eine Belastung auf den Klappenkörper 16 in Längsrichtung der Strömungskanals 14 und senkrecht zur Drehachse der Klappenwelle 18 wirkt. Diese Belastung wird vom Klappenkörper 16 an die Klappenwelle 18 übertragen, woraus durch das wirkende Biegemoment eine Biegebelastung und somit eine Durchbiegung der Klappenwelle 18 resultiert. Eine hohe Durchbiegung führt zu einem vorzeitigen Ausfall der Lager 42, 44, wobei die Durchbiegung mit dem ansteigenden Abstand zwischen der Mittelachse des Strömungskanals 14 und dem ersten Lager 42 ansteigt. Erfindungsgemäß ragt die Lageraufnahme 32 in den Strömungskanal 14 und das erste Lager 42 ist innenhalb des Strömungskanals 14 angeordnet, wodurch der Abstand zwischen der Mittelachse des Strömungskanals 14 und dem ersten Lager 42 reduziert wird und dadurch die Durchbiegung der Klappenwelle 18 verringert wird.
Es sollte deutlich sein, dass auch andere konstruktive Ausführungsformen im Vergleich zur beschriebenen Ausführungsform möglich sind, ohne den Schutzbereich des Hauptanspruchs zu verlassen. Es können beispielsweise die Lageraufnahme oder die Kupplung anders ausgeführt sein.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit
einem Strömungsgehäuse (12), welches einen Strömungskanal (14) begrenzt,
einem Klappenkörper (16), welcher drehbar in dem Strömungskanal (14) angeordnet ist,
einer einseitig gelagerten Klappenwelle (18), an der der Klappenkörper (16) befestigt ist, wobei die Klappenwelle (18) mittels eines Aktors (22) antreibbar ist, und
einer Lageraufnahme (32), welche an dem Strömungsgehäuse (12) ausgebildet ist, wobei in der Lageraufnahme (32) zur einseitigen Lagerung der Klappenwelle (18) ein erstes Lager (42) und ein zweites Lager (44) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lageraufnahme (32) in den Strömungskanal (14) hineinragt und das erste Lager (42) innerhalb des Strömungskanals (14) angeordnet ist.
2. Klappenvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lageraufnahme (32) hülsenförmig ausgebildet ist, wobei am in den Strömungskanal (14) ragenden ersten axialen Ende (35) eine Einschnürung (39) ausgebildet ist, gegen die das erste Lager (42) anliegt und durch die die Klappenwelle (18) ragt.
3. Klappenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass am zweiten axial entgegengesetzten Ende (37) der Lageraufnahme (32) eine ringförmige Anlaufscheibe (48) befestigt ist, durch die die Klappenwelle (18) ragt.
4. Klappenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
in der Lageraufnahme (32) eine Dichtungsvorrichtung (50) angeordnet ist, wobei die Dichtungsvorrichtung (50) eine an der Klappenwelle (18) befestigte Konturscheibe (54) und eine axial gelagerte Dichtscheibe (52) aufweist, wobei eine Dichtfläche der Konturscheibe (54) an einer Gegendichtfläche der Dichtscheibe (52) anliegt.
5. Klappenvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dichtscheibe (52) an dem zweiten Lager (44) axial anliegt.
6. Klappenvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dichtfläche der Konturscheibe (54) und die Gegendichtfläche der Dichtscheibe (52) konisch oder kegelstumpfförmig ausgeführt sind.
7. Klappenvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Konturscheibe (54) über eine Pressverbindung oder kraftschlüssig mit der Klappenwelle (18) verbunden ist.
8. Klappenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klappenkörper (16) eine zur Kontur eines in den Strömungskanal hineinragenden kanalseitigen Abschnitts (34) der Lageraufnahme (32) korrespondierende Aussparung (38) aufweist.
9. Klappenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Lager (42) temperaturfest ausgeführt ist.
10. Klappenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Aktor (22) in einem separaten Aktorgehäuse (25) angeordnet ist, wobei das Aktorgehäuse (25) an dem Strömungsgehäuse (12) befestigt ist.
11. Klappenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Lageraufnahme (32) separat ausgeführt ist und an dem Strömungsgehäuse (12) befestigt ist.
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