WO2006003017A1 - Klappenventil für die abgasanlage eines kraftfahrzeuges - Google Patents

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WO2006003017A1
WO2006003017A1 PCT/EP2005/007333 EP2005007333W WO2006003017A1 WO 2006003017 A1 WO2006003017 A1 WO 2006003017A1 EP 2005007333 W EP2005007333 W EP 2005007333W WO 2006003017 A1 WO2006003017 A1 WO 2006003017A1
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shaft
bearing ring
flap valve
bearing
sealing
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PCT/EP2005/007333
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English (en)
French (fr)
Inventor
Yohann Rouaud
Matthias Hildebrand
Original Assignee
Faurecia Abgastechnik Gmbh
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    • 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
    • F16K1/226—Shaping or arrangements of the sealing
    • F16K1/2268—Sealing means for the axis of rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F02D9/04—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits concerning exhaust conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a flap valve for the exhaust system of a motor vehicle.
  • a flap valve for the exhaust system of a motor vehicle.
  • a flap valve for the exhaust system of a motor vehicle.
  • a motor vehicle for example, from EP 0 835 998 Bl known valve is generally used as a blocking device in branched exhaust systems. It has a valve housing in which a flap is rotatably mounted about a shaft extending transversely to the central longitudinal axis of the valve housing or transversely to a flow channel delimited by it.
  • the valve flap can be pivoted between a closed position covering the inner cross-sectional area of the valve housing and an opening position which releases it.
  • a bearing housing is gas-tight, such as welded.
  • the shaft passes through an opening of the valve housing and projects into the bearing housing via a first opening and exits from it via a second opening in the bearing housing.
  • the shaft is surrounded by a bearing ring, which has a support surface oriented transversely to the shaft and a flap away from the flap, with an inner wall region of the bearing housing surrounding the second opening in the sense of a sliding pair together acting sliding surface. This is pressed by a shaft surrounding the spring element to said inner wall portion.
  • the material of the bearing ring is chosen so that as little friction forces as possible are to be overcome during a rotary actuation of the shaft, but nevertheless ensures sufficient sealing, ie prevents the exhaust gas from flowing over the shaft between the bearing ring and the inner wall portion of the bearing housing existing gap can reach the outside.
  • Materials that meet these requirements such as ceramic materials, usually have a lower thermal expansion than the material of the shaft, such as stainless steel. Temperatures are in Be ⁇ drove in the bearing housing 600 0 C and more achieved. In order to allow a radial expansion of the shaft during such heating, without destroying the bearing ring, a correspondingly large clearance must be provided between said parts.
  • the object of the invention is to propose a flap valve, which aus ⁇ comes without expensive and complex to be joined disc springs, but nevertheless prevents leakage of exhaust gas through the annular gap between the bearing ring and shaft or at least reduced.
  • This object is achieved according to claim 1, characterized in that zwi ⁇ tween the bearing ring and the spring element as a sealing element radially projecting from the shaft sealing washer made of metallic material is disposed, with its one side sealingly abuts the support surface of the bearing ring and sealing with the peripheral surface connected to the shaft.
  • a metallic material ie made of solid material
  • a disk formed as a separate part with a bore through which the shaft passes.
  • the inner diameter of the bore can be adapted exactly to the diameter of the shaft so that a gap between the sealing washer and the shaft is so small that leakage of exhaust gas is prevented or takes place only to a negligible extent.
  • Shaft materials with such coefficients of thermal expansion can be chosen so that the size of a present between the shaft and washer separating gap does not change or only insignificantly when heating the said parts.
  • shaft and sealing disc consist of the same material or of materials with the same or relatively similar thermal expansions.
  • the dimensional relationships of Dichtschei ⁇ be and wave and thus the size of the separating gap then remain at least approximately when heated to the same or comparable temperatures. Therefore existing in the assembly in the cold state separation gap and a tightness reaching remain temperature even when heated to Trotem ⁇ that can be at 600 0 C and later receive. It can therefore be achieved independent of the temperature sealing effect, ie both in the cold start phase and later in the heated state, a leakage of exhaust gas is effectively prevented. It is also prevented that when heated, the sealing washer is widened by the shaft, which would be discarded while losing its sealing abutment on the bearing ring.
  • the sealing disk is heated less strongly during vehicle operation than the region of the shaft encompassed by it.
  • the shaft would then expand more radially than the sealing disc if materials with the same thermal expansions were used.
  • the material of the sealing disc has a lower thermal expansion than the shaft. It would be conceivable that for the cold start phase, a larger separation gap is accepted, but later reduced due to the lower thermal expansion of the gasket when heated to operating temperature.
  • a sleeve is formed on this, which extends axially between the bearing ring and shaft and includes the shaft with a small separating gap or clearance. While in a mere sealing disc, the sealing area extends to the thickness of the disc or the length of the bore, this sealing area is increased according to the length of the sleeve.
  • the spring element presses the sealing disc against the support surface Lagerings, wherein a flat system of the sealing washer is vor ⁇ given.
  • a material which has both good sliding and sealing properties when interacting with a metallic surface is a ceramic material.
  • the bearing ring can be made entirely of ceramic material. It is also conceivable, however, that only a region carrying the sliding surface consists of ceramic.
  • the spring element can be supported directly on the shaft.
  • an outwardly extending radial shoulder is present at this.
  • a socket encompassing the shaft vor ⁇ which cooperates with its peripheral surface with the inner surface of the bearing housing in the sense of a sliding pair and at the same time serves as a thermal insulator for the temperaturempfindli ⁇ chen spring elements.
  • the bush is a separate part, it can be made of a material which has lower coefficients of friction than the metallic bearing housing than would be the case with a metal-metal friction pairing.
  • a sleeve made of ceramic material is used due to the thermal stress.
  • FIG. 1 shows a cross section through a first embodiment of a flap valve
  • Fig. 2 shows the detail II of Fig. 1
  • FIG. 3 A to C Figures according to FIG. 2, which show different sliding pairings between the bearing ring and the bearing housing, FIG.
  • FIG 4 shows a cross section through a second embodiment of a flap valve.
  • a flap valve comprises a valve housing 1 designed as a tube section, a valve flap 3 rotatably mounted therein by means of a shaft 2, and a bearing housing 4.
  • the shaft 2 extends transversely to the center axis 11 of the valve housing 1 or of the flow channel 21 enclosed by the latter.
  • the wall 5 of the valve housing 1, which has a circular inner cross-section, is interrupted by a first opening 6. Via this opening, the shaft 2 extends into the bearing housing 4.
  • a second opening 7 is present, which is remote from the valve flap 3 facing away from the outer end 8 of the shaft.
  • the inner end 9 of the shaft 2 is radially widened, the transition between the narrower and the wider shaft part being formed as a radial shoulder 12 extending at right angles to the central longitudinal axis 10 of the shaft 2.
  • the inner end 9 of the shaft 2 carries the valve flap 3.
  • the end 9 an axial slot (not shown), in which the valve flap 3 is inserted with a peripheral region and about by a weld is fixed.
  • a bearing pin 13 is fixed to the valve flap 2, which engages in a cup-shaped recess 14 in the wall 5 of the valve housing 1.
  • the approximately sleeve-shaped bearing housing 4 is inserted with its inner space of the valve housing 1 facing the end 15 in the first opening 6 of the valve housing and welded to the wall 5.
  • the region of the bearing housing 4 which adjoins the second opening 7, for example, is in the form of a cone 16 which opens toward the flap 3.
  • a bearing ring 17 is arranged from a Keramikma ⁇ material.
  • the bearing ring 17 surrounds the shaft 2 leaving an annular gap 18.
  • the annular gap 18 is sized to the shaft that when heated during the Anlagenbe 'drive to temperatures of> 600 0 C can expand radially without radial bearing ring 18 expand, which would have its destruction due to the brittle ceramic material.
  • the bearing ring 17 has a valve flap 3 facing, transverse to the central longitudinal axis 10 extending flat support surface 19. Furthermore, a sliding surface 20 facing away from the valve flap 3 is provided on the bearing ring 17, which interacts with the inner wall area 22 of the cone 16 or of the bearing housing 4 in the sense of a sliding pairing.
  • the Gleitflä ⁇ surface 20 is curved and part of a spherical or Torusflache. Due to this configuration, only a narrow, almost line-shaped contact region 23 is present between the inner wall region 22 and the sliding surface 20.
  • the shaft 2 is surrounded by a coil spring 24 with radial play. Between the bearing ring 17 and the coil spring 24th a sealing washer 25 is arranged.
  • the sealing washer 25 has a central bore 26 which is penetrated by the shaft 2 without play. The diameter of the bore 26 is chosen so that the sealing disc - upon application of force by the coil spring 24 - is axially displaceable on the shaft. Due to this displaceability, the sealing disk 25 is pressed against the support surface 19 of the bearing ring 17 and this with its sliding surface 20 against the inner wall region 22 of the bearing housing 4.
  • the sealing washer 25 rests flat against the support surface 19, so that no exhaust gas in the annular gap 18 between the bearing ring 17 and shaft 2 and from there into the opening 7, which comprises the shaft 2 with radial clearance by the present between the two parts parting line after can get outside. A für ⁇ occurs of exhaust gas through the bore 26 therethrough is prevented that these play with their inner wall at the
  • the thus created axial sealing region 27 is given by the thickness of the sealing washer 25 vorge.
  • Fig. 2 is indicated on the right half, that the sealing portion 27a can be extended by the fact that a sealing sleeve 28 is formed on the sealing washer 25a, which extends between the bearing ring 17 and shaft 2 and the shaft 2 includes play and axially displaceable , So that in this case a radial expansion of the shaft 22 and the sealing sleeve 28 is easily possible, an annular gap 18 a is also present between the sealing sleeve 28 and the bearing ring 17.
  • the shaft 2 is made of metal, for example of a stainless steel.
  • the sealing disk 25 or the sealing disk 25a and the sealing sleeve 28 are made of a metallic material which has a thermal expansion comparable to that of the shaft 2. This is best achieved by making said parts of the same material as the shaft 2.
  • the helical spring 24 is supported with its end remote from the bearing ring 17 with the interposition of a bush 29 made of ceramic material on the radial shoulder 12 of the shaft 2.
  • the bushing 29 also comprises the shaft 2, leaving an annular gap 18b, in order to enable the above-mentioned radial expansion of the shaft 2.
  • the outer diameter of the bushing 29 and the inner diameter of an inner wall region 32 encompassing the bushing of the bearing housing 4 are dimensioned so that an annular gap 33 between the abovementioned parts is also present in the cold state. In the event that, in spite of this annular gap, the bushing 29 comes into contact with the inner wall area, the rotational actuation forces for the shaft 2 are only slightly increased due to the low friction between the ceramic material of the bushing 29 and the metallic bearing housing
  • 3a to 3c show a bearing housing 4a whose inner wall region 22a cooperating with the bearing ring 17a does not extend obliquely but at right angles to the central longitudinal axis 10 of the shaft 2.
  • the sliding surface 20a of the bearing ring 17a extends parallel to the inner wall portion 22.
  • the inner wall portion 22a and the sliding surface 20a are not abutted with their entire surface but only with a smaller contact area 23a. This is accomplished by providing either the sliding surface 20a or the inner wall region 22a with an annular projection 34 or 35 cooperating with the respective other surface in the sense of a sliding pairing.
  • the embodiment variant shown in FIG. 4 differs from that according to FIG. 1 first by the fact that the sealing disc 25a is integrally formed on the shaft 2a. As a result, a separating gap between sealing disk 25a and shaft 2a, through which exhaust gas could escape to the outside, is not available from the outset. Since here in contrast to the embodiment described above, an axial mobility of the sealing washer 25a on the shaft 2a is not given, this could - not be pressed against the support surface 19 of the bearing ring 17 - with axially fixed shaft 2a. In order nevertheless to make this possible, the shaft 2a is designed such that it is axially movable relative to the bearing housing 4.
  • valve flap 3 holding end 9 is formed as a separate part, which on its radial shoulder 12 forming side has a recess 36 in which a Endab ⁇ section 37 of the shaft 2a axially displaceable and rotationally fixed rests.
  • valve housing 30 peripheral surface 5 2 shaft 32 inner wall region

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klappenventil für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs. Außen an einem Ventilgehäuse ist ein Lagergehäuse (4) gasdicht angebracht, das von einer Welle (2) der Ventilklappe (3) durchgesetzt wird. Innerhalb des Lagergehäuses ist die Welle von einem Lagerring (17) umfasst, der eine zur Ventilklappe weisende, quer zur Welle ausgerichtete Stützfläche (19) und eine von der Ventilklappe weg weisende. Gleitfläche (20) aufweist. Im Lagergehäuse (4) ist ein die Welle (2) umgreifendes, Federelement angeordnet, das den Lagerring (17) mit seiner Gleitfläche (20) einem Innenwandbereich (22) des Lagergehäuses (4) drückt. Zwischen dem Lagerring (17) und dem Federelement als Dichtelement ist eine radial von der Welle abstehende Dichtscheibe aus metallischem Material angeordnet, die mit ihrer einen Seite (30) dichtend an der Stützfläche (19) des Lagerrings (17) anliegt und dichtend mit der Umfangsfläche der Welle verbunden ist.

Description

Beschreibung
Klappenventil für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges
Die Erfindung betrifft ein Klappenventil für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges. Ein solches, beispielsweise aus EP 0 835 998 Bl bekanntes Ventil wird allgemein als Sperrorgan in verzweigten Abgasanlagen eingesetzt. Es weist ein Ventilge¬ häuse auf, in dem eine Klappe um eine quer zur Mittellängsach¬ se des Ventilgehäuses bzw. quer zu einem von diesem umgrenzten Strömungskanal verlaufenden Welle drehbar gelagert ist. Die Ventilklappe ist dabei zwischen einer die Innenquerschnitts- fläche des Ventilgehäuses überdeckenden Schließstellung und einer diese freigebenden Öffnungsstellung schwenkbar. Außen am Ventilgehäuse ist ein Lagergehäuse gasdicht angebracht, etwa angeschweißt. Die Welle durchsetzt eine Öffnung des Ventilge¬ häuses und ragt über eine erste Öffnung im Lagergehäuse in dieses hinein und tritt über eine zweite Öffnung im Lagerge¬ häuse aus diesem wieder aus. Innerhalb des Lagergehäuses ist die Welle von einem Lagerring umfasst, der eine zur Klappe weisende quer zur Welle ausgerichtete Stützfläche und eine von der Klappe weg weisende, mit einem die zweite Öffnung umgren¬ zenden Innenwandbereich des Lagergehäuses im Sinne einer Gleitpaarung zusammen wirkende Gleitfläche aufweist. Diese wird durch ein die Welle umgreifendes Federelement an den genannten Innenwandbereich gedrückt. Bei einem solchen Klap¬ penventil ist das Material des Lagerrings so gewählt, dass bei einer Drehbetätigung der Welle möglichst geringe Reibungskräf¬ te zu überwinden sind, trotzdem aber eine ausreichende Abdich¬ tung gewährleistet, also verhindert ist, dass Abgas über den zwischen Lagerring und dem Innenwandbereich des Lagergehäuses vorhandenen Spalt nach außen gelangen kann. Materialien, die diese Anforderungen erfüllen, etwa keramische Materialien, weisen in der Regel eine geringere Wärmedehnung auf als das Material der Welle, beispielsweise rostfreier Stahl. Im Be¬ trieb werden im Lagergehäuse Temperaturen von 6000C und mehr erreicht. Um bei einer derartigen Erwärmung eine Radialausdeh¬ nung der Welle zu ermöglichen, ohne dass dabei der Lagerring zerstört wird, ist ein entsprechend großes Spiel zwischen den genannten Teilen vorzusehen. Als Folge dieses Spiels können jedoch Abgase zwischen Welle und Lagering nach außen gelangen. Bei dem aus EP 0 835 998 Bl bekannten Klappenventil wird eine derartige Abgasleckage durch Verwendung eines Tellerfedersta¬ pels als Federelement verhindert. Die einzelnen Tellerfedern liegen jeweils mit ihren Innen- bzw. Außenrändern mehr oder weniger gasdicht aufeinander auf und bilden somit einen Zylin¬ der mit einer geschlossenen Zylinderwand. Die beiden äußeren Tellerfedern liegen plan eben an der Stützfläche des Lager¬ rings bzw. an einer Gegenfläche an der Welle dichtend an. Der zwischen dem Lagerring und der Gegenfläche angeordnete Bereich der Welle ist somit im Wesentlichen gasdicht abgedichtet, so dass kein Abgas durch den aufgrund des Lagerspiels zwischen Lagerring und Welle vorhandene Ringspalt nach außen gelangen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Klappenventil vorzuschlagen, das ohne teuere und aufwändig zu fügende Tellerfedern aus¬ kommt, wobei aber dennoch ein Austritt von Abgas über den Ringspalt zwischen Lagerring und Welle verhindert oder zumin- dest verringert ist. Diese Aufgabe wird nach Anspruch 1 dadurch gelöst, dass zwi¬ schen dem Lagerring und dem Federelement als Dichtelement eine radial von der Welle abstehende Dichtscheibe aus metallischem Material angeordnet ist, die mit ihrer einen Seite dichtend an der Stützfläche des Lagerrings anliegt und dichtend mit der Umfangsflache der Welle verbunden ist.
Eine aus metallischem Material, d.h. aus Vollmaterial gefer¬ tigte Scheibe lässt sich, im Gegensatz zu nachgiebigen Dicht- elementen wie solchen aus Gewebe, Drahtgeflecht oder derglei¬ chen, mit exakten, etwa als Planebenen ausgebildeten, mit dem Lagerring zusammenwirkenden Dichtbereichen und hoher Maßgenau¬ igkeit fertigen, so dass eine nahezu gasdichte Abdichtung zwischen der Dichtscheibe und dem Lagerring. erreichbar ist. Zur Abdichtung zwischen Welle und Dichtscheibe kommt nicht zuletzt aus Kostengründen vorzugsweise eine als separates Teil ausgebildete Scheibe mit einer von der Welle durchgriffenen Bohrung in Frage. Der Innendurchmesser der Bohrung lässt sich exakt an den Durchmesser der Welle so anpassen, dass ein zwi- sehen Dichtscheibe und Welle vorhandener Trennspalt so gering ist, dass eine Leckage von Abgas verhindert ist oder nur in - vernachlässigbarem Ausmaß stattfindet. Aufgrund der Maßhaltig¬ keit und Formstabilität einer Scheibe aus metallischem Materi¬ al ist ein Verwerfen der Scheibe und ein damit einhergehendes Nachlassen der Dichtwirkung nicht zu befürchten. Eine Verwen¬ dung von teueren, Dicht- und Federfunktion in sich vereinenden Tellerfedern, wie bei dem oben erwähnten bekannten Klappenven¬ til, ist nicht erforderlich. Es kann vielmehr auf einfach herstellbare und vor allen Dingen kostengünstige und auf ein- fache Weise fügbare Federelemente, vorzugsweise auf Schrauben¬ federn zurückgegriffen werden. Ein weiterer Vorteil einer Dichtscheibe aus metallischem Mate¬ rial besteht darin, dass sie eine genau bestimmte bzw. be¬ stimmbare Wärmedehnung aufweist. Für Dichtscheibe und. Welle können Materialien mit derartigen Wärmeausdehnungskoeffizien- ten gewählt werden, dass sich die Größe eines zwischen Welle und Dichtscheibe vorhandenen Trennspalts bei Erwärmung der genannten Teile nicht oder nur unwesentlich verändert. So ist es denkbar, dass Welle und DichtScheibe aus demselben Material oder aus Materialien mit gleichen oder relativ ähnlichen Wär- medehnungen bestehen. Die Abmessungsrelationen von Dichtschei¬ be und Welle und damit die Größe des Trennspalts bleiben dann bei Erwärmung auf gleiche oder vergleichbare Temperaturen zumindest annähernd erhalten. Ein bei der Montage im kalten Zustand vorhandener Trennspalt sowie eine damit erreichte Dichtigkeit bleiben daher auch bei Erwärmung auf Betriebstem¬ peratur, die bei 600 0C und höher liegen kann, erhalten. Es kann also eine von der Temperatur unabhängige Dichtwirkung erzielt werden, d.h. sowohl in der Kaltstartphase als auch später im erhitzten Zustand ist eine Leckage von Abgas wirksam verhindert. Auch ist verhindert, dass bei Erwärmung die Dicht¬ scheibe durch die Welle aufgeweitet wird, wobei sich diese unter Verlust ihrer dichtenden Anlage am Lagerring verwerfen würde.
Beispielsweise aufgrund von fahrtwindbedingten Kühleffekten kann es je nach Einbausituation vorkommen, dass während des Fahrzeugbetriebs die Dichtscheibe weniger stark erhitzt wird als der -von ihr umfasste Bereich der Welle. Die Welle würde sich dann stärker radial ausdehnen als die Dichtscheibe, wenn Materialien mit gleichen Wärmedehnungen eingesetzt würden.
Dies könnte, wenn der anfängliche Trennspalt zur Verhinderung von Abgasleckagen in der Kaltphase des Fahrzeugbetriebs sehr klein gehalten wird, zu einer Aufweitung und Verwerfung der Dichtscheibe führen. Abhilfe wird hier dadurch geschaffen, dass für die Dichtscheibe ein Material gewählt wird, das eine größere Wärmedehnung aufweist als das Material der- Welle.
Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn das Material der Dichtscheibe eine geringere Wärmedehnung aufweist als die Welle. Es wäre etwa denkbar, dass für die Kaltstartphase ein größerer Trennspalt in Kauf genommen wird, der sich später aber aufgrund der geringeren Wärmeausdehnung der Dichtscheibe bei Erwärmung auf Betriebstemperatur verkleinert.
Zur Erhöhung der Dichtwirkung der Dichtscheibe ist es denkbar, dass an diese eine Hülse angeformt ist, die sich zwischen Lagerring und Welle axial hinein erstreckt und die Welle mit geringem Trennspalt bzw. spielfrei umfasst. Während bei einer bloßen Dichtscheibe sich der Dichtbereich auf die Dicke der Scheibe bzw. die Länge der Bohrung erstreckt, ist dieser Dichtbereich entsprechend der Länge der Hülse vergrößert.
Die beste Abdichtung zwischen Dichtscheibe und Welle wird erreicht, wenn die genannten Teile einstückig miteinander verbunden sind. Da dann gleiche Materialen vorliegen, gibt es auch keine Probleme bei der Erwärmung, etwa ein Verwerfen der Dichtscheibe.
Wie bereits erwähnt, ist bei einer erfindungsgemäßen Ausges¬ taltung keine teure Tellerfeder erforderlich, um eine Abgasle¬ ckage zu vermeiden, es sind vielmehr einfache und kostengüns- tige Federelemente, insbesondere Schraubenfedern einsetzbar.
Das Federelement drückt die Dichtscheibe gegen die Stützfläche des Lagerings, wobei eine Plananlage der Dichtscheibe bevor¬ zugt ist.
Ein Material, das sowohl gute Gleit- als auch Dichteigenschaf- ten bei Zusammenwirkung mit einer metallischen Fläche, also dem oben erwähnten Innenwandbereich des Lagergehäuses auf¬ weist, ist ein Keramikmaterial. Dieses weist naturgemäß eine wesentlich kleinere Wärmeausdehnung auf als die metallische, etwa aus rostfreiem Stahl bestehende Welle. Deswegen ist zwi- sehen Welle und dem Lagerring ein entsprechend großes Spiel erforderlich, um ein ungehindertes radiales Ausdehnen der Welle bei hohen Temperaturen zu gewährleisten. Der Lagerring kann ganz aus Keramikmaterial sein. Denkbar ist aber auch, dass nur ein die Gleitfläche tragender Bereich aus Keramik besteht.
Das Federelement kann sich direkt an der Welle abstützen. Dazu ist an dieser eine sich nach außen erstreckende Radialschulter vorhanden. Vorzugsweise ist jedoch zwischen dem Federelement und der Radialschulter eine die Welle umgreifende Buchse vor¬ handen, welche mit ihrer Umfangsflache mit der Innenfläche des Lagergehäuses im Sinne einer Gleitpaarung zusammenwirkt und zugleich als thermischer Isolator für die temperaturempfindli¬ chen Federelemente dient. Da die Buchse ein separates Teil ist, kann sie aus einem Material gefertigt werden, welches gegenüber dem metallischen Lagergehäuse geringere Reibbeiwerte aufweist als dies bei einer Metall-Metall-Reibpaarung der Fall wäre. Vorzugsweise wird aufgrund der thermischen Belastung eine Buchse aus Keramikmaterial eingesetzt. Die Erfindung wird nun anhand eines in den beigefügten Zeich¬ nungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsvariante eines Klappenventils, Fig. 2 das Detail II aus Fig. 1,
Fig. 3 A bis C Abbildungen entsprechend Fig. 2, welche unter¬ schiedliche Gleitpaarungen zwischen Lagerring und Lager- gehäuse darstellen,
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsvariante eines Klappenventils.
Wie Fig. 1 zeigt, umfasst ein Klappenventil ein als Rohrab- schnitt ausgebildetes Ventilgehäuse 1, eine darin angeordnete, mit Hilfe einer Welle 2 drehbar gelagerte Ventilklappe 3 und ein Lagergehäuse 4. Die Welle 2 erstreckt sich quer zur Mit¬ tellängsachse 11 des Ventilgehäuses 1 bzw. des von diesem umschlossenen Strδmungskanals 21. Die Wand 5 des einen kreis- förmigen Innenquerschnitt aufweisenden Ventilgehäuses 1 ist von einer ersten Öffnung 6 durchbrochen. Über diese Öffnung erstreckt sich die Welle 2 in das Lagergehäuse 4 hinein. Im Lagergehäuse 4 ist eine zweite Öffnung 7 vorhanden, die von dem der Ventilklappe 3 abgewandten, äußeren Ende 8 der Welle durchsetzt ist. Das innere Ende 9 der Welle 2 ist radial ver¬ breitert, wobei der Übergang zwischen dem engerem und dem breiteren Wellenteil als eine sich rechtwinklig zur Mittel¬ längsachse 10 der Welle 2 erstreckende Radialschulter 12 aus¬ gebildet ist. Das innere Ende 9 der Welle 2 trägt die Ventil- klappe 3. Dazu weist das Ende 9 einen Axialschlitz (nicht dargestellt) auf, in welchem die Ventilklappe 3 mit einem Randbereich eingesteckt und etwa durch eine Verschweißung fixiert ist. An einer dem inneren Ende 9 diametral gegenüber¬ liegenden, von der Mittellängsachse 10 durchstoßenen Stelle ist an der Ventilklappe 2 ein Lagerzapfen 13 fixiert, der in einer napfförmigen Ausbuchtung 14 in der Wand 5 des Ventilge- häuses 1 eingreift.
Das etwa hülsenförmige Lagergehäuse 4 ist mit seinem dem In¬ nenraum des Ventilgehäuses 1 zugewandten Ende 15 in die erste Öffnung 6 des Ventilgehäuses eingesetzt und mit der Wand 5 verschweißt. Der sich etwa an die zweite Öffnung 7 anschlie¬ ßende Bereich des Lagergehäuses 4 ist in Form eines sich zur Klappe 3 hin öffnenden Konus 16 ausgebildet. In diesem Bereich des Lagergehäuses 4 ist ein Lagerring 17 aus einem Keramikma¬ terial angeordnet. Der Lagerring 17 umgreift die Welle 2 unter Freilassung eines Ringspalts 18. Der Ringspalt 18 ist dabei so bemessen, dass sich die Welle bei einer Erhitzung während des Fahrzeugbe'triebs auf Temperaturen von > 6000C radial ausdehnen kann, ohne dabei den Lagerring 18 radial aufzuweiten, was aufgrund des spröden Keramikmaterials dessen Zerstörung zur Folge hätte. Der Lagerring 17 weist eine der Ventilklappe 3 zugewandte, quer zur Mittellängsachse 10 verlaufende planebene Stützfläche 19 auf. Weiterhin ist am Lagerring 17 eine von der Ventilklappe 3 wegweisende Gleitfläche 20 vorhanden, welche mit dem Innenwandbereich 22 des Konus 16 bzw. des .Lagergehäu- ses 4 im Sinne einer Gleitpaarung zusammenwirkt. Die Gleitflä¬ che 20 ist gekrümmt und Teil einer Kugel- oder Torusflache. Aufgrund dieser Ausgestaltung ist zwischen dem Innenwandbe¬ reich 22 und der Gleitfläche 20 nur ein schmaler, nahezu Ii- nienförmiger Berührungsbereich 23 vorhanden.
Die Welle 2 ist von einer Schraubenfeder 24 mit Radialspiel umgriffen. Zwischen dem Lagerring 17 und der Schraubenfeder 24 ist eine Dichtscheibe 25 angeordnet. Die Dichtscheibe 25 weist eine zentrale Bohrung 26 auf, die von der Welle 2 spielfrei durchgriffen ist. Der Durchmesser der Bohrung 26 ist dabei so gewählt, dass die Dichtscheibe - bei Kraftbeaufschlagung durch die Schraubenfeder 24 - axial an der Welle verschiebbar ist. Aufgrund dieser Verschiebbarkeit wird die DichtScheibe 25 an die Stützfläche 19 des Lagerrings 17- und dieser mit seiner Gleitfläche 20 an den Innenwandbereich 22 des Lagergehäuses 4 gedrückt. Die Dichtscheibe 25 liegt plan an der Stützfläche 19 an, so dass durch die zwischen den beiden Teilen vorhandenen Trennfuge kein Abgas in den Ringspalt 18 zwischen Lagerring 17 und Welle 2 und von da in die Öffnung 7, welche die Welle 2 mit Radialspiel umfasst, nach außen gelangen kann. Ein Durch¬ tritt von Abgas durch die Bohrung 26 hindurch ist dadurch verhindert, dass diese mit ihrer Innenwand spielfrei an der
Oberfläche der Welle 2 anliegt. Der dadurch geschaffene axiale Dichtbereich 27 ist durch die Dicke der Dichtscheibe 25 vorge¬ geben. In Fig. 2 ist auf der rechten Hälfte angedeutet, dass der Dichtbereich 27a dadurch verlängert werden kann, dass an die Dichtscheibe 25a eine Dichthülse 28 angeformt ist, welche sich zwischen Lagerring 17 und Welle 2 hinein erstreckt und die Welle 2 spielfrei und axial verschiebbar umfasst. Damit auch in diesem Falle eine radiale Ausdehnung der Welle 22 bzw. der Dichthülse 28 problemlos möglich ist, ist zwischen der Dichthülse 28 und dem Lagering 17 ebenfalls ein Ringspalt 18a vorhanden. Die Welle 2 besteht aus Metall, beispielsweise aus einem rostfreien Stahl. Die Dichtscheibe 25 bzw. die Dicht¬ scheibe 25a und die Dichthülse 28 sind aus einem metallischen Material gefertigt, das eine mit dem Material der Welle 2 vergleichbare Wärmeausdehnung aufweist. Dies wird am besten dadurch erreicht, dass die genannten Teile aus dem gleichen Material gefertigt sind wie die Welle 2. Die Schraubenfeder 24 stützt sich mit ihrem dem Lagerring 17 abgewandten Ende unter Zwischenlage einer Buchse 29 aus Kera¬ mikmaterial an der Radialschulter 12 der Welle 2 ab. Die Buch- se 29 umfasst die Welle 2 ebenfalls unter Freilassung eines Ringspalts 18b, um die oben erwähnte Radialausdehnung der Welle 2 zu ermöglichen. Der Außendurchmesser der Buchse 29 und der Innendurchmesser eines die Buchse umgreifenden Innenwand¬ bereiches 32 des Lagergehäuses 4 sind so bemessen, dass auch im kalten Zustand ein Ringspalt 33 zwischen den genannten Teilen vorhanden ist. Für den Fall, dass trotz dieses Ring¬ spaltes die Buchse 29 mit dem Innenwandbereich in Berührung kommt, werden die Drehbetätigungskräfte für die Welle 2 auf¬ grund der geringen Reibung zwischen dem Keramikmaterial der Buchse 29 und dem metallischen Lagergehäuse -4 nur unwesentlich erhöht.
Fig. 3a bis 3c zeigen ein Lagergehäuse 4a dessen mit dem La¬ gerring 17a zusammen wirkender Innenwandbereich 22a sich nicht schräg sondern rechtwinklig zur Mittellängsachse 10 der Welle 2 erstreckt. Die Gleitfläche 20a des Lagerrings 17a erstreckt sich parallel zum Innenwandbereich 22. Der Innenwandbereich 22a und die Gleitfläche 20a liegen jedoch nicht mit ihrer gesamten Fläche sondern nur mit einem kleineren Berührungsbe- reich 23a aneinander an. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass entweder von der Gleitfläche 20a oder vom Innenwandbe¬ reich 22a ein mit der jeweils anderen Fläche im Sinne einer Gleitpaarung zusammen wirkender Ringvorsprung 34 bzw. 35 vor¬ steht.
Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsvariante unterscheidet sich von jener gemäß -Fig. 1 zunächst dadurch, dass die Dichtscheibe 25a einstückig an der Welle 2a angeformt ist. Dadurch ist von vornherein ein Trennspalt zwischen Dichtscheibe 25a und Welle 2a, über den Abgas nach außen gelangen könnte, nicht vorhan¬ den. Da hier im Gegensatz zu der weiter oben beschriebenen Ausführungsvariante eine axiale Beweglichkeit der Dichtscheibe 25a an der Welle 2a nicht gegeben ist, könnte diese - bei axial fixierter Welle 2a - nicht gegen die Stützfläche 19 des Lagerrings 17 gedrückt werden. Um dies dennoch zu ermöglichen, ist die Welle 2a so ausgestaltet, dass sie relativ zum Lager- gehäuse 4 axial beweglich ist. Dies wird dadurch erreicht, dass das die Ventilklappe 3 haltende Ende 9 als separates Teil ausgebildet ist, welches auf seiner die Radialschulter 12 bildenden Seite eine Ausnehmung 36 aufweist in der ein Endab¬ schnitt 37 der Welle 2a axial verschieblich und drehfixiert einliegt.
Bezugszeichenliste
1 Ventilgehäuse 30 Umfangsfläche 5 2 Welle 32 Innenwandbereich
3 Ventilklappe 35 33 Ringspalt
4 Lagergehäuse 34 RingvorSprung
5 Wand 35 RingvorSprung
6 erste Öffnung 36 Ausnehmung 10 7 zweite Öffnung 37 Endabschnitt
8 äußeres Ende
9 inneres Ende
10 Mittellängsachse
11 Mittellängsachse 15 12 Radialschulter
13 Lagerzapfen
14 Ausbuchtung
15 Ende
16 Konus
20 17 Lagerring
18 Ringspalt
19 Stützfläche
20 Gleitfläche
21 Strömungskanal
25 22 Innenwandbereich
23 Berührungsbereich
24 Schraubenfeder
25 Dichtscheibe
26 Bohrung
30 27 axialer Dichtbereich
28 Dichthülse
29 Buchse ■

Claims

Ansprüche
1. Klappenventil für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem Ventilgehäuse (1) , in dem eine Ventilklappe (3) um ei¬ ne quer zu dessen Mittellängsachse (11) verlaufenden Welle (2) zwischen einer dessen Innenquerschnittsflache überde¬ ckenden Schließstellung und einer diese freigebenden Öff¬ nungsstellung schwenkbar ist, mit folgender weiterer Ausges- taltung:
- außen am Ventilgehäuse (1) ist ein zu Lagergehäuse (4) gasdicht angebracht,
- die Welle (2) durchsetzt eine Öffnung (6) des Ventil¬ gehäuses und ragt über eine erste Öffnung (7) im Ven- tilgehäuse (1) in das Lagergehäuse (4) hinein und tritt über eine zweite Öffnung (7a) im Lagergehäu¬ se (4) aus diesem wieder aus,
- innerhalb des Lagergehäuses (4) ist die Welle (2) von einem Lagerring (17) umfasst, der eine zur Ventilklap- pe (3) weisende, quer zur Welle (2) ausgerichtete Stütz¬ fläche (19) und eine von der Ventilklappe (3) weg weisen¬ de, mit einem die zweite Öffnung (7) umgrenzenden Innen¬ wandbereich (22) des Lagergehäuses (4) im Sinne einer Gleitpaarung zusammenwirkende Gleitfläche (20) aufweist, - zumindest ein die Gleitfläche (20) aufweisender Bereich des Lagerrings (17) besteht aus einem Material, das eine geringere Wärmedehnung aufweist als das Material der Wel¬ le (2),
- im Lagergehäuse (4) ist ein die Welle (2) umgreifendes, Federelement angeordnet, das den Lagerring (17) mit sei¬ ner Gleitfläche (20) gegen den Innenwandbereich (22) des Lagergehäuses (4) drückt, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem Lagerring (17) und dem Federelement als Dichtelement eine radial von der Welle abstehende Dicht- scheibe aus metallischem Material angeordnet ist, die mit ihrer einen Seite dichtend an der Stützfläche (19) des La¬ gerrings (17) anliegt und dichtend mit der Umfangsflache der Welle verbunden ist.
2. Klappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (25) eine zentrale, von der Welle (2) durchgriffene Bohrung (26) aufweist, wobei die Dichtscheibe (25) und die Welle (2) aus Materialien bestehen, deren Wär¬ meausdehnungskoeffizienten so gewählt sind, dass sich die Größe eines zwischen Welle (2) und Dichtscheibe (25) vorhan¬ dener Trennspalts bei Erwärmung der genannten Teile nicht oder nur unwesentlich verändert.
3. Klappenventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (25) aus einem Material besteht, das die gleiche Wärmeausdehnung aufweist wie die Welle (2) .
4. Klappenventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (25) aus einem Material besteht, das eine größere Wärmeausdehnung aufweist wie die Welle (2) .
5. Klappenventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (25) aus einem Material besteht, das eine kleinere Wärmeausdehnung aufweist wie die Welle (2) .
6. Klappenventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an die Dichtscheibe (25) eine sich axial zwischen La¬ gerring (17) und Welle (2) hinein erstreckende, die Welle (2) umfassende Dichthülse (28) angeformt ist.
7. Klappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (25a) einstückig an der Welle (2a) angeformt ist.
8. Klappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (25) plan an der Stützfläche (19) des Lagerrings (17) anliegt.
9. Klappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement eine Schraubenfeder (24) ist.
10. Klappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein die Gleitfläche (20) aufweisender Be- reich des Lagerrings (17) aus einem Keramikmaterial be¬ steht.
11. Klappenventil nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich das vom Lagerring (17) weg weisenden Ende des Fe¬ derelements unter Zwischenlage einer die Welle (2) umgreifenden Buchse (29) an einer Radialschulter (12) der Welle (2) abstützt, wobei die Buchse (29) mit ihrer Um- fangsflache mit der Innenfläche des Lagergehäuses (4) im Sinne einer Gleitpaarung zusammenwirkt.
12. Klappenventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (29) aus einem Keramikmaterial besteht.
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