WO2014086557A1 - Klappenvorrichtung für eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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WO2014086557A1
WO2014086557A1 PCT/EP2013/073620 EP2013073620W WO2014086557A1 WO 2014086557 A1 WO2014086557 A1 WO 2014086557A1 EP 2013073620 W EP2013073620 W EP 2013073620W WO 2014086557 A1 WO2014086557 A1 WO 2014086557A1
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disc
bearing bush
bore
internal combustion
combustion engine
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PCT/EP2013/073620
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Inventor
Markus Evers
Original Assignee
Pierburg Gmbh
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    • 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
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
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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
    • 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
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a flap device for an internal combustion engine with a flow housing in which a flow channel is formed, a control shaft, a flap body, o is arranged on the control shaft in the flow channel, a bore in the flow housing, through which the actuating shaft protrudes to the outside, a first Bearing bush in which the adjusting shaft is mounted and which is arranged in the bore, wherein an axial end of the bearing bush projects beyond the end of the bore and sealing means which surround the actuating shaft radially and at least one spring element.
  • Such flap devices serve, for example, as exhaust gas flaps or exhaust gas recirculation flaps in the exhaust gas line of an internal combustion engine.
  • the exhaust gas contains pollutants, which must not escape to the outside, so that a reliable seal along the shaft, which projects outward in the direction of an actuator, must be ensured. This seal must always function properly with changing thermal loads.
  • a very precise controllability must be maintained in order to meet the emission standards of modern internal combustion engines.
  • the sealing means comprise a first disc and a second disc, between which at least one disc spring is arranged as a spring element, wherein the first disc is fixedly mounted on the actuating shaft and serves as an abutment of the at least one plate spring, which biased against the second disc , So that the second disc spring loaded against the protruding beyond the bore end of the first bearing bush, a seal along the control shaft is achieved by the plate spring, wherein axial expansions do not affect this sealing effect at a sufficient bias of the plate spring.
  • the axial position of the shaft is not determined by the sealing means to a defined position due to the axial elasticity of the disc springs, but is axially variable, so that a small displacement of the axial position of the actuating shaft, for example by the rotation of the flap or thermal expansion does not lead to Jamming the flap can result.
  • the sealing means preferably have at least three disc springs arranged opposite to one another in each case. In this way, a sufficient elasticity of the plate spring package and a sufficient spring force and thus a sufficient sealing effect of
  • a shim is arranged between the disc springs in each case.
  • a flat support surface is created for each plate spring, whereby the o sealing effect is further improved.
  • the first disc serves as a lever for actuating the actuating shaft and is fastened by a cohesive connection on the actuating shaft.
  • a seal along the shaft is prevented by the first disc to the outside through the interior of the disc springs while they provide for the sealing radially outward.
  • An additional component for sealing along the shaft is not required, so that the number of parts used is reduced.
  • the first disc and the second disc are rotationally coupled.
  • a relative movement of one of the two discs is prevented to the disc springs, as the entire package rotates with the control shaft. This prevents the sealing effect reducing wear of the disc springs and the adjoining parts.
  • the second disc has a recess into which an axially extending arm of the first disc engages.
  • the flap body or arranged between the flap body and a bearing bush sleeve or thrust washer is loaded against the bearing bush by the force of the at least one disc spring.
  • the bushing serves in this embodiment with the valve body for axial securing of the actuating shaft, so that this axial locking is no longer done on the sealant.
  • the internal leakage in the flow channel can be reduced with the flap closed, since the flap body can be adapted more accurately in its outer contour to the Kanai. Due to the flexibility of the sealant, the system of the flap body and thus axial securing and fixing the control shaft no longer leads to a release of the sealant from each other.
  • the flap body rests against an adjacent to the second bearing bush thrust washer or bushing.
  • a second bearing bush is arranged in the bore, which protrudes with its axial end in the flow channel, wherein the valve body is loaded against the second bearing bush or adjacent to the second bearing bush thrust washer by the force of at least one disc spring.
  • a blind hole is formed on the opposite side to the bore of the flow housing, in which a third bearing bush is arranged, in which is mounted the adjusting shaft, wherein the third bearing bush projects with its axial end in the flow channel.
  • the control shaft is mounted on both sides in the flow housing, so that no damage to the bearing bush can be expected even at high exhaust pressure.
  • a bushing embracing the projection on the valve body penetration of dirt into the third bearing bush can be largely prevented in a projecting into the flow housing bushing, whereby the life is increased.
  • the three bearing bushes are fixed by means of press fit in the blind hole and in the bore, so that leakage along the inside of the bore is prevented by the bearing bushes.
  • a flap device for an internal combustion engine which is sufficiently leak-tight to the outside and internally has only small leaks. This tightness is maintained even with changing thermal loads, since both component and assembly tolerances and thermal expansion are compensated by the axially flexible disc springs without the sealing effect is impaired. Furthermore, a dirt entry from the outside is avoided. The wear of the flap device and its sealants is significantly reduced, so that a long life is achieved. Due to the small number of components manufacturing and assembly costs are reduced.
  • FIG. 1 shows a side view of a flap device according to the invention in a sectional view.
  • FIG. 2 shows an enlarged section of the shaft seal of the flap device according to the invention according to FIG. 1.
  • the flap device according to the invention consists of a
  • flow housing 10 in which an example of exhaust gas flow through flow channel 12 is formed.
  • the flow channel 12 is divided in cross section by a control shaft 14 in two halves on which a valve body 16 is secured by a screw o 18.
  • the control shaft 14 is mounted in the flow housing 10 via three bushings 20, 22, 24, of which the first two bushings 20, 22 are arranged in a continuous bore 26 through which the actuating shaft 14 projects outwardly from the flow housing 10, and the third Bearing bush 24 is arranged on the opposite side to the bore 26 in a formed in the flow housing 10 blind hole 28, wherein an axial end of the third bearing bush 24 projects into the flow channel 12.
  • a two-sided mounting of the actuating shaft 14 occurs at opposite sides with respect to the center axis of the flow housing 10.
  • actuating shaft 14 serving as a lever first disc 30 On the outwardly projecting end of the actuating shaft 14 serving as a lever first disc 30 is fixed to the radial end portion of a pin 32 is fixed, via which the actuating shaft 14 is connected via an unillustrated lever linkage with an actuator, in particular as an electric motor can be executed.
  • a return spring 34 is disposed in the radially outer region, one end of which bears against a formed on the disc 30 projection not shown in a known manner and the opposite end abuts against a stop 37, the at one Housing 36 of Actuator is formed, which surrounds a extending in the direction of the lever 30 from the flow housing 10 bearing and sealing portion 38 of the flow housing 10 and serves as a guide and axial support for the return spring 34.
  • a defined fail-safe position of the control shaft 14 is approached in case of failure of the actuator by a: bias during installation of the return spring 34 in a known manner.
  • the first bearing bush 20 with its axial end facing away from the flow channel 12 protrudes beyond the bore 26 or the sealing and bearing section 38.
  • a second designed as a driving disc second disc 40 which is pressed against the bearing bush 20 via three disc springs 42.
  • the disc springs 42 are arranged opposite to each other, so that in each case either the radially inner or outer surfaces are alternately directed to each other. Between the three plate springs 42 each pass ash / be 44 is arranged, which increases the sealing effect of the disc springs once again.
  • the spring force of these disc springs 42 is generated by the fact that the first disc 30 is pressed during assembly against the disc springs 42, so that they are biased and secured in this position on the control shaft 14 by laser welding.
  • exhaust gas flows out of the flow channel 12 in the direction of the bore 26, further flow through the press fit of the bearing bushes 20, 22 is prevented in the radially outer region.
  • exhaust gas can flow through the bushings 20, 22.
  • this exhaust gas can not escape to the outside because a further flow along the shaft 14 at the weld of the first disc 30 is prevented "to be executed in accordance with circumferentially.
  • a recess 48 is formed on the second disc 40 on the outer circumference, into which engages an arm 50 extending axially from the first disc 30 in a form-fitting manner.
  • the drive plate 40 and with its the spring assembly with the disc springs 42 is always rotated with the disc 30 and the actuating shaft 14, so that no relative movement between the parts, which could lead to increased wear and thus to a diminishing sealing effect.
  • a relative movement takes place corresponding only between the second disc 40 and the bearing bush 20.
  • the wear is also limited at this position.

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Abstract

Klappenvorrichtungen für Verbrennungskraftmaschinen mit einem Strömungsgehäuse (10), in dem ein Strömungskanal (12) ausgebildet ist, einer Stellwelle (14), einem Klappenkörper (16), der auf der Stellwelle (14) im Strömungskanal (12) angeordnet ist, einer Bohrung (26) im Strömungsgehäuse (10), durch welche die Stellwelle (14) nach außen ragt, einer ersten Lagerbuchse (20), in der die Stellwelle gelagert ist und welche in der Bohrung (26) angeordnet ist, wobei ein axiales Ende der Lagerbuchse (20) über das Ende der Bohrung (26) hinausragt und Dichtmitteln, welche die Stellwelle (14) radial umgeben und zumindest ein Federelement aufweisen, sind bekannt. Um eine noch bessere Abdichtung auch bei auftretenden Wärmedehnungen zu erhalten, wird vorgeschlagen, dass die Dichtmittel eine erste Scheibe (30) und eine zweite Scheibe (40) aufweisen, zwischen denen zumindest eine Tellerfeder (42) als Federelement angeordnet ist, wobei die erste Scheibe (30) fest auf der Stellwelle (14) befestigt ist und als Anlage der zumindest einen Tellerfeder (42) dient, welche vorgespannt gegen die zweite Scheibe (40) anliegt, so dass die zweite Scheibe (40) federbelastet gegen das über die Bohrung (26) hinausragende axiale Ende der ersten Lagerbuchse (20) anliegt.

Description

B E S C H R E I B U N G
5 Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Strömungsgehäuse, in dem ein Strömungskanal ausgebildet ist, einer Stellwelle, einem Klappenkörper, o der auf der Stellwelle im Strömungskanal angeordnet ist, einer Bohrung im Strömungsgehäuse, durch welche die Stellwelle nach außen ragt, einer ersten Lagerbuchse, in der die Stellwelle gelagert ist und welche in der Bohrung angeordnet ist, wobei ein axiales Ende der Lagerbuchse über das Ende der Bohrung hinausragt und Dichtmitteln, welche die Stellwelle radial umgeben und zumindest ein Federelement aufweisen.
Derartige Klappenvorrichtungen dienen beispielsweise als Abgasstauklappen oder Abgasrückführklappen im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors. Das Abgas enthält Schadstoffe, welche nicht nach außen dringen dürfen, so dass eine zuverlässige Abdichtung entlang der Welle, die nach außen in Richtung eines Aktuators ragt, sichergestellt werden muss. Diese Abdichtung muss bei den wechselnden thermischen Belastungen jederzeit einwandfrei funktionieren. Zusätzlich muss mit den Klappen eine sehr genaue Regelbarkeit eingehalten werden, um die Schadstoffrichtlinien moderner Verbrennungsmotoren zu erfüllen.
Es sind verschiedene Klappenvorrichtungen bekannt geworden, mit denen versucht wird, diese Ziele zu erfüllen. So wird in der DE 20 2008 005 992 Ul ein zweiseitig gelagertes Klappenventil zur Verwendung im Heißgasbereich von Abgasanlagen offenbart, bei dem eine auf einem schrägen Absatz der Welle angeordnete Dichtung über Federkraft gegen eine gegenüberliegende Dichtfläche des Gehäuses gedrückt wird. Die Abdichtstelle dient dabei gleichzeitig zur Axialsicherung der Klappenwelle. Beim Schließen der Klappe kann hierdurch aufgrund der Zentrierung der Klappen im Kanal sowie durch auftretende Wärmedehnungen ein Verklemmen der Klappe im Kanal folgen.
Des Weiteren ist aus der US 5,630,571 eine Abgasklappe bekannt, bei der hinter einer Lagerbuchse eine Stahlscheibe auf der Welle befestigt ist, die an ihrem vom Strömungskanai abgewandten Ende konkav geformt ist und gegen eine korrespondierend konvex geformte Keramikscheibe anliegt. Diese liegt mit ihrem flachen entgegengesetzten axialen Ende gegen eine Buchse an, welche über einen Presssitz an der Bohrung befestigt ist, wobei die Buchse über das Ende des Strömungsgehäuses ragt. Auf dem Ende der Welle ist eine als Hebel dienende Scheibe zur Betätigung der Klappe befestigt. Zwischen dieser Scheibe und der Buchse ist eine Wellfeder angeordnet, über die einerseits die Stahlscheibe zur Abdichtung gegen die Keramikscheibe gedrückt wird und andererseits ein Absatz der Welle gegen die erste Lagerbuchse gedrückt wird.
Bei auftretenden Wärmedehnungen oder nicht ausreichend genau hergestellten Toleranzen hat dies zur Folge, dass entweder die Dichtflächen der Keramikscheibe nicht mehr ausreichend fest gegen die Stahlscheibe anliegen oder die Position der Klappe im Kanal nicht mehr ausreichend festgelegt ist, was zu einem Verklemmen der Klappe im Kanal führen kann. Des Weiteren entsteht ein erhöhter Verschleiß an der Wellfeder, da eine Relativbewegung zwischen der den Hebel tragenden Scheibe und der zweiten Buchse vorhanden ist, so dass eine Bewegung entlang der Federfläche die Folge ist.
Entsprechend bestehen bei den bekannten Ausführungen die Nachteile, dass eine ausreichende Abdichtung bei Änderung der thermischen Verhältnisse und gleichzeitig eine Verstellbarkeit der Klappe, ohne ein Verklemmen befürchten zu müssen, nicht gegeben sind.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, bei der unabhängig von der thermischen Belastung und von daraus folgenden Wärmedehnungen eine sichere Abdichtung gewährleistet wird und eine Lelchtgängigkeit des Klappenkörpers sichergestellt wird. Der Verschleiß soll im Vergleich zu bekannten Ausführungsformen verringert werden und eine lange Lebensdauer sichergestellt werden. Des Weiteren soll die Klappenvorrichtung kostengünstig herstellbar und montierbar sein.
Diese Aufgabe wird durch eine Klappenvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Dadurch, dass die Dichtmittel eine erste Scheibe und eine zweite Scheibe aufweisen, zwischen denen zumindest eine Tellerfeder als Federelement angeordnet ist, wobei die erste Scheibe fest auf der Stellwelle befestigt ist und als Anlage der zumindest einen Tellerfeder dient, welche vorgespannt gegen die zweite Scheibe anliegt, so dass die zweite Scheibe federbelastet gegen das über die Bohrung hinausragende Ende der ersten Lagerbuchse anliegt, wird durch die Tellerfeder eine Abdichtung entlang der Stellwelle erzielt, wobei axiale Dehnungen bei einer ausreichenden Vorspannung der Tellerfeder diese Dichtwirkung nicht beeinträchtigen. Die axiale Lage der Welle wird aufgrund der axialen Elastizität der Tellerfedern nicht durch die Dichtmittel auf eine definierte Position festgelegt, sondern ist axial veränderbar, so dass eine geringe Verschiebung der axialen Position der Stellwelle beispielsweise durch die Drehung der Klappe oder durch thermische Ausdehnung nicht zu einem Verklemmen der Klappe führen kann. Vorzugsweise weisen die Dichtmittel mindestens drei jeweils entgegengesetzt zueinander angeordnete Tellerfedern auf. Hierdurch werden eine ausreichende Elastizität des Tellerfederpakets sowie eine ausreichende Federkraft und damit eine ausreichende Dichtwirkung der
5 Tellerfedern sichergestellt.
In einer hierzu weiterführenden Ausbildung der Erfindung ist zwischen den Tellerfedern jeweils eine Passscheibe angeordnet. So wird für jede Tellerfeder eine flache Auflagefläche geschaffen, wodurch die o Dichtwirkung weiter verbessert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform dient die erste Scheibe als Hebel zur Betätigung der Stellwelle und ist durch eine stoffschlüssige Verbindung auf der Stellwelle befestigt. Somit wird durch die erste Scheibe eine Abdichtung entlang der Welle nach außen durch das Innere der Tellerfedern verhindert, während diese für die Abdichtung nach radial außen sorgen. Ein zusätzliches Bauteil zur Abdichtung entlang der Welle ist nicht erforderlich, so dass die Anzahl der verwendeten Teile reduziert wird.
Vorzugsweise sind die erste Scheibe und die zweite Scheibe rotatorisch gekoppelt. Hierdurch wird eine Relativbewegung einer der beiden Scheiben zu den Tellerfedern verhindert, da sich das gesamte Paket mit der Stellwelle dreht. Dies verhindert einen die Dichtwirkung reduzierenden Verschleiß der Tellerfedern und der daran anliegenden Teile.
Dies wird in einer weiterführenden Ausführung dadurch realisiert, dass zur rotatorischen Kopplung die zweite Scheibe eine Ausnehmung aufweist, in die ein sich axial erstreckender Arm der ersten Scheibe greift. So wird auf besonders einfache Weise eine formschlüssige Verbindung zwischen den Scheiben vorgenommen, wodurch die
Herstellkosten gering sind und die Montage vereinfacht wird.
Vorzugsweise ist der Klappenkörper oder ein zwischen dem Klappenkörper und einer Lagerbuchse angeordnete Buchse oder Anlaufscheibe gegen die Lagerbuchse durch die Kraft der zumindest einen Tellerfeder belastet. Die Lagerbuchse dient in dieser Ausführung mit dem Klappenkörper zur Axialsicherung der Stellwelle, so dass diese Axialsicherung nicht mehr über die Dichtmittel erfolgt. So kann die interne Leckage im Strömungskanal bei geschlossener Klappe reduziert werden, da der Klappenkörper in seiner Außenkontur genauer an den Kanai angepasst werden kann. Durch die Flexibilität der Dichtungsmittel führt die Anlage des Klappenkörpers und damit axiale Sicherung und Fixierung der Stellwelle nicht mehr zu einem Lösen der Dichtmittel voneinander. Um bei einer solchen Axialsicherung der Stellwelle über den Klappenkörper zusätzlich den Verschleiß zu reduzieren, liegt der Klappenkörper gegen eine an die zweite Lagerbuchse angrenzende Anlaufscheibe oder Buchse an. In einer weiterführenden Ausführungsform ist in der Bohrung eine zweite Lagerbuchse angeordnet, welche mit ihrem axialen Ende in den Strömungskanal ragt, wobei der Klappenkörper gegen die zweite Lagerbuchse oder eine an die zweite Lagerbuchse angrenzende Anlaufscheibe durch die Kraft der zumindest einen Tellerfeder belastet ist. Diese Ausführung erleichtert die Montage und verbessert die Lagerung der Stellwelle, wobei weiterhin die interne Leckage gering ist und der Verschleiß reduziert wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist an der zur Bohrung gegenüberliegenden Seite des Strömungsgehäuses ein Sackloch ausgebildet, in weichem eine dritte Lagerbuchse angeordnet ist, in welcher die Stellwelle gelagert ist, wobei die dritte Lagerbuchse mit ihrem axialen Ende in den Strömungskanal ragt. Entsprechend ist die Stellwelle beidseitig im Strömungsgehäuse gelagert, so dass auch bei hohem Abgasdruck keine Schädigungen der Lagerbuchse zu erwarten sind. Durch einen die Lagerbuchse umgreifenden Vorsprung am Klappenkörper kann bei einer in das Strömungsgehäuse ragenden Buchse ein Eindringen von Schmutz in die dritte Lagerbuchse weitestgehend verhindert werden, wodurch die Lebensdauer erhöht wird. Vorzugsweise sind die drei Lagerbuchsen mittels Presssitz im Sackloch und in der Bohrung befestigt, so dass eine Leckage entlang der Innenseite der Bohrung durch die Lagerbuchsen verhindert wird.
Es wird somit eine Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, welche nach außen ausreichend dicht ist und intern lediglich geringe Leckagen aufweist. Diese Dichtigkeit bleibt auch bei sich ändernden thermischen Belastungen erhalten, da sowohl Bauteil- und Montagetoleranzen als auch Wärmedehnungen durch die axial flexiblen Tellerfedern ausgeglichen werden, ohne dass die Dichtwirkung beeinträchtigt wird. Des Weiteren wird ein Schmutzeintrag von außen vermieden. Der Verschleiß der Klappenvorrichtung und seiner Dichtungsmittel wird deutlich reduziert, so dass eine lange Lebensdauer erreicht wird. Aufgrund der geringen Bauteilanzahl werden Herstell- und Montagekosten verringert.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Klappenvorrichtung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Klappenvorrichtung in geschnittener Darstellung. Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Wellenabdichtung der erfindungsgemäßen Klappenvorrichtung gemäß der Figur 1.
Die erfindungsgemäße Klappenvorrichtung besteht aus einem
5 Strömungsgehäuse 10, in dem ein beispielsweise von Abgas durchströmter Strömungskanal 12 ausgebildet ist.
Der Strömungskanal 12 wird im Querschnitt durch eine Stellwelle 14 in zwei Hälften geteilt, auf der ein Klappenkörper 16 mittels einer Schraube o 18 befestigt ist. Die Stellwelle 14 ist im Strömungsgehäuse 10 über drei Lagerbuchsen 20, 22, 24 gelagert, von denen die ersten zwei Lagerbuchsen 20, 22 in einer durchgängigen Bohrung 26 angeordnet sind, durch welche die Stellwelle 14 aus dem Strömungsgehäuse 10 nach außen ragt, und die dritte Lagerbuchse 24 auf der zur Bohrung 26 gegenüberliegenden Seite in einem im Strömungsgehäuse 10 ausgebildeten Sackloch 28 angeordnet ist, wobei ein axiales Ende der dritten Lagerbuchse 24 in den Strömungskanal 12 ragt. Entsprechend entsteht an bezüglich der Mittelachse des Strömungsgehäuses 10 gegenüberliegenden Seiten eine zweiseitige Lagerung der Stellwelle 14.
Auf dem nach außen ragenden Ende der Stellwelle 14 ist eine als Hebel dienende erste Scheibe 30 befestigt, an deren radialem Endbereich ein Zapfen 32 befestigt ist, über den die Stellwelle 14 über ein nicht dargestelltes Hebelgestänge mit einem Aktor verbindbar ist, der insbesondere als ein Elektromotor ausgeführt werden kann.
Auf der zum Zapfen 32 entgegengesetzten Seite der Scheibe 30 ist im radial äußeren Bereich eine Rücksteilfeder 34 angeordnet, deren eines Ende gegen einen an der Scheibe 30 ausgebildeten nicht dargestellten Vorsprung in bekannter Weise anliegt und deren gegenüberliegendes Ende gegen einen Anschlag 37 anliegt, der an einem Gehäuse 36 des Aktors ausgebildet ist, welches einen sich in Richtung zum Hebel 30 vom Strömungsgehäuse 10 erstreckenden Lager- und Dichtabschnitt 38 des Strömungsgehäuses 10 umgreift und als Führung und axiale Auflage für die Rückstellfeder 34 dient. Je nach Anwendung wird durch eine : Vorspannung beim Einbau der Rückstellfeder 34 in bekannter Weise eine definierte fail-safe Stellung der Stellwelle 14 bei Ausfall des Aktors angefahren.
Erfindungsgemäß ragt die erste Lagerbuchse 20 mit ihrem vom Strömungskanal 12 abgewandten axialen Ende über die Bohrung 26 beziehungsweise den Dicht- und Lagerabschnitt 38 hinaus. Gegen die Lagerbuchse 20 liegt eine zweite als Mitnehmerscheibe ausgebildete zweite Scheibe 40 an, welche über drei Tellerfedern 42 gegen die Lagerbuchse 20 gedrückt wird. Die Tellerfedern 42 sind entgegengesetzt zueinander angeordnet, so dass jeweils abwechselnd entweder die radial inneren oder äußeren Flächen zueinander gerichtet sind. Zwischen den drei Tellerfedern 42 ist jeweils eine Passsche/be 44 angeordnet, die die Dichtwirkung der Tellerfedern noch einmal steigert. Die Federkraft dieser Tellerfedern 42 wird dadurch erzeugt, dass die erste Scheibe 30 bei der Montage gegen die Tellerfedern 42 gedrückt wird, so dass diese vorgespannt werden und in dieser Position auf der Stellwelle 14 durch Laserschweißen befestigt wird.
Dies hat zur Folge, dass einerseits die Mitnehmerscheibe 40 gegen die erste Lagerbuchse 20 gedrückt wird und andererseits, dass der Klappenkörper 16 im Strömungskanal 12 gegen eine Anlaufscheibe 46 und diese gegen die zweite Lagerbuchse 22 gedrückt wird, deren axiales Ende in den Strömungskanal 12 ragt. Die Anlaufscheibe 46 dient dabei zur Verringerung des Verschleißes, da der Klappenkörper 16 nicht direkt auf der Lagerbuchse 22 gedreht wird. Auf diese Weise wird die axiale Sicherung der Stellwelle 14 im Strömungskanal 12 vorgenommen. Diese Axialsicherung ist somit unabhängig von den Dichtflächen.
Strömt nun im Betrieb Abgas aus dem Strömungskanal 12 in Richtung der Bohrung 26 wird im radial äußeren Bereich ein Weiterströmen durch den Presssitz der Lagerbuchsen 20, 22 verhindert. Entlang der Stellweile 14 kann Abgas durch die Lagerbuchsen 20, 22 strömen. Dieses Abgas kann jedoch nicht nach außen dringen, da ein Weiterströmen entlang der Welle 14 an der Schweißnaht der ersten Scheibe 30 verhindert wird» welche entsprechend umlaufend auszuführen ist. Des Weiteren findet eine Abdichtung in radialer Richtung durch die als Dichtfläche wirkende Auflagefläche der zweiten Scheibe 40 auf der ersten Lagerbuchse 20 sowie die als Dichtflächen wirkenden Auflageflächen zwischen den Tellerfedern 42 beziehungsweise den Tellerfedern 42 auf den Passscheiben 44 sowie auf den beiden Scheiben 30, 40 statt,
Damit diese Dichtwirkung möglichst lange erhalten bleibt, ist an der zweiten Scheibe 40 am Außenumfang eine Ausnehmung 48 ausgebildet, in die ein sich von der ersten Scheibe 30 axial erstreckender Arm 50 formschlüssig greift. Dadurch wird die Mitnehmerscheibe 40 und mit ihre das Federpaket mit den Tellerfedern 42 immer mit der Scheibe 30 und der Stellwelle 14 gedreht, so dass keine Relativbewegung zwischen den Teilen entsteht, was zu einem erhöhten Verschleiß und somit zu einer nachlassenden Dichtwirkung führen könnte. Eine Relativbewegung findet entsprechend lediglich zwischen der zweiten Scheibe 40 und der Lagerbuchse 20 statt. Durch entsprechende Materialauswahl der Lagerbuchsen 20, 22, 24 wird an dieser Position jedoch ebenfalls der Verschleiß eingeschränkt. Treten im Betrieb oder bei der Montage nicht berücksichtigte Bauteil- und Montagetoleranzen auf oder entstehen beispielsweise durch sich ändernde thermische Belastungen Wärmedehnungen oder Verschleiß durch Nutzung, bleibt eine ausreichende Abdichtung sichergestellt, da durch die Flexibilität der als Dichtungselement wirkenden Tellerfedern axiale Verzüge ausgeglichen werden. Auch ein Zentrieren des Klappenkörpers in der den Kanal verschließenden Position führt nicht zu einer Trennung der dichtenden Teile aufgrund dieses Axialausgleichs durch die vorgespannten und dichtenden Tellerfedern. Durch diese Trennung von Wellenaxialsicherung und Abdichtung wird ein Klemmen der Klappe bei thermisch bedingten Dehnungen verhindert. Ein Schmutzeintrag von außen wird dadurch ausgeschlossen, dass die Dichtmittel von außen gesehen bereits vor der ersten Lagerbuchse angeordnet sind. Die Klappenvorrichtung und deren Abdichtung weisen eine lange Lebensdauer durch geringen Verschleiß auf.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern verschiedene Modifikationen denkbar sind. So kann beispielsweise auf die Passscheiben zwischen den Tellerfedern gegebenenfalls verzichtet werden. Auch kann die Verbindung zwischen der ersten Scheibe und der Stellwelle durch andere stoffschlüssige Verbindungen hergestellt werden. Des Weiteren kann diese Form der Abdichtung auch genutzt werden, wenn In der Bohrung lediglich eine Lagerbuchse angeordnet ist oder auf der gegenüberliegenden Seite kein weiteres Lager verwendet wird. Gegebenenfalls ist ein einem solchen Fall die Anlage des Klappenkörpers an der Lagerbuchse beispielsweise durch einen sich in die Bohrung erstreckenden Rohrabschnitt zu verwirklichen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit
einem Strömungsgehäuse (10), in dem ein Strömungskanal (12) ausgebildet ist,
einer Stellwelle (14),
einem Klappenkörper (16), der auf der Stellwelle (14) im Strömungskanal (12) angeordnet ist,
einer Bohrung (26) im Strömungsgehäuse (10), durch welche die Stellwelle (14) nach außen ragt,
einer ersten Lagerbuchse (20), in der die Stellwelle gelagert ist und welche in der Bohrung (26) angeordnet ist, wobei ein axiales Ende der Lagerbuchse (20) über das Ende der Bohrung (26) hinausragt und
Dichtmitteln, welche die Stellwelle (14) radial umgeben und zumindest ein Federelement aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dichtmittel eine erste Scheibe (30) und eine zweite Scheibe (40) aufweisen, zwischen denen zumindest eine Tellerfeder (42) als Federelement angeordnet ist, wobei die erste Scheibe (30) fest auf der Stellwelle (14) befestigt ist und als Anlage der zumindest einen Tellerfeder (42) dient, welche vorgespannt gegen die zweite Scheibe (40) anliegt, so dass die zweite Scheibe (40) federbelastet gegen das über die Bohrung (26) hinausragende axiale Ende der ersten Lagerbuchse (20) anliegt.
2. Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmittel mindestens drei jeweils entgegengesetzt zueinander angeordnete Tellerfedern (42) aufweisen.
Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen den Tellerfedern (42) jeweils eine Passscheibe (44) angeordnet ist.
Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Scheibe (30) als Hebe! zur Betätigung der Stellwelle (14) dient und durch eine stoffschlüssige Verbindung auf der Stellwelle (14) befestigt ist.
Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Scheibe (30) und die zweite Scheibe (40) rotatorisch gekoppelt sind.
Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur rotatorischen Kopplung die zweite Scheibe (40) eine Ausnehmung (48) aufweist, in die ein sich axial erstreckender Arm (50) der ersten Scheibe (30) greift.
Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Klappenkörper (16) oder ein zwischen dem Klappenkörper (16) und einer Lagerbuchse (20, 22) angeordnete Buchse oder Anlaufscheibe (46) gegen die Lagerbuchse (22) durch die Kraft der zumindest einen Telierfeder (42) belastet ist.
Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der Bohrung (26) eine zweite Lagerbuchse (22) angeordnet ist, welche mit ihrem axialen Ende in den Strömungskanal (12) ragt, wobei der Klappenkörper (16) gegen die zweite Lagerbuchse (22) oder eine an die zweite Lagerbuchse (22) angrenzende Anlaufscheibe durch die Kraft der zumindest einen vorgespannten Tellerfeder (42) belastet ist.
Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der zur Bohrung (26) gegenüberliegenden Seite des Strömungsgehäuses (10) ein Sackloch (28) ausgebildet ist, in welchem eine dritte Lagerbuchse (24) angeordnet ist, in welcher die Stellwelle (14) gelagert ist, wobei die dritte Lagerbuchse (24) mit ihrem axialen Ende in den Strömungskanal (12) ragt.
Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die drei Lagerbuchsen (20, 22, 24) mittels Presssitz im Sackloch (28) und in der Bohrung (26) befestigt sind.
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