WO2016087108A1 - Klappenvorrichtung für eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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WO2016087108A1
WO2016087108A1 PCT/EP2015/074120 EP2015074120W WO2016087108A1 WO 2016087108 A1 WO2016087108 A1 WO 2016087108A1 EP 2015074120 W EP2015074120 W EP 2015074120W WO 2016087108 A1 WO2016087108 A1 WO 2016087108A1
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WO
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housing
flow
actuator
projection
bearing
Prior art date
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PCT/EP2015/074120
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Gerards
Andreas GRAUTEN
Jürgen Michels
Original Assignee
Pierburg Gmbh
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Publication date
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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
    • 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
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    • 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
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    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/70—Flap valves; Rotary valves; Sliding valves; Resilient valves
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    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/72—Housings

Definitions

  • the invention relates to a flap device for an internal combustion engine having a flow housing defining a flow channel, a flap body rotatably disposed in the flow channel, a shaft on which the flap body is mounted, an actuator, via which the shaft and the flap body in the flow channel rotatable are, an actuator housing in which the actuator is arranged.
  • flap devices are used, for example, as exhaust gas flaps or exhaust gas recirculation valves in low-pressure or high-pressure exhaust gas circuits or as throttle valves in the intake tract of internal combustion engines and serve to control an amount of exhaust gas attributable to the cylinders or to regulate the pressure in the exhaust gas recirculation channel to reduce the pollutant emissions of the engine or to control the intake air quantity ,
  • valves are subject to varying degrees of load, both with regard to the amount of pollutants produced and with regard to the prevailing temperatures.
  • thermal expansions can occur due to the high thermal load, which can lead to jamming of the shaft.
  • non-thermally loaded valves which are stored only on one side, a simple rotation must be ensured by providing a reliable storage is provided with the alignment errors are avoided.
  • Such a valve with a flow housing separable from the actuator housing is known from DE 10 2009 011 951 AI.
  • the two housings are fastened to one another via a fastening frame, which is welded to the flow housing, by means of two radially extending screws, and the valve shaft is connected to the shaft of the actuator via a coupling.
  • the storage of the flap is completely in the flow housing at the two axial ends of the shaft.
  • an exhaust valve device in which a sleeve-shaped sealing means surrounding the shaft of the flap outside the housing, wherein in the sealing means a groove is formed, which prevents exhaust gas from penetrating along the shaft to the outside.
  • penetration of spray water from the outside in the direction of the bearings can not be prevented.
  • the projection and the receiving element are designed in the shape of a hollow cylinder, so that, depending on the installation space, the actuator can be turned to the flow housing. Furthermore, the production of the mutually corresponding surfaces of the projection and the receiving element and the intermediate groove is simplified.
  • the projection of the flow housing projects into the receiving element of the actuator housing and abuts axially with the interposition of a seal against a shoulder-shaped end of the receiving element of the actuator housing.
  • the shaft protrudes into the actuator housing and is mounted on one side via a first bearing and a second bearing.
  • a reliable storage of the shaft is created, which can be dispensed with a storage on the opposite side of the flow housing.
  • the assembly is significantly simplified.
  • plain bearings insensitivity to thermal stress or impurities is additionally achieved.
  • a good thermal connection and thus heat dissipation to the actuator housing can be ensured by these bearings.
  • the first bearing is arranged in a first bearing receptacle, which is formed on the flow housing and the second bearing is arranged in a second bearing receptacle, which on Actuator housing is formed.
  • the one-sided flap bearing also leads to insensitivity to distortion due to thermal stress.
  • the connection of the flap on the actuator in a simple manner with a continuous shaft is possible, so that the installation is inexpensive to carry out. On an additional storage of an output shaft of the transmission can be omitted.
  • the bearing receptacle of the actuator housing, the bearing receptacle of the flow housing, the receiving element and the projection of the flow housing have a common center axis, so that the connection of the shaft to the actuator in the axial direction takes place directly over the bearing points of the two housings, whereby an offset can be excluded.
  • a shoulder is preferably formed in the radially inner part of the projection of the flow housing, against which an annular disc rests axially, which is fastened in the projection and axially delimits the bearing receptacle of the first bearing.
  • the actuator housing is attached to the flow housing by means of screws secured to the flow housing via connecting plates.
  • two screws wherein the first screw is arranged coaxially to the shaft axis and the second screw is arranged tangentially to the shaft axis
  • an optimal alignment of the two bearings can be adjusted to each other, since both angle and length offsets can be compensated.
  • the bearing clearance can be minimized to the shaft, whereby the seal is improved and the bearings have a longer life.
  • the connecting plates in which bores are formed for the passage of the screws, wherein on the actuator housing threaded holes are formed for receiving the screws, the assembly is simplified.
  • the thread can be integrated in the connecting plates, so that through holes are formed in the actuator housing through which the screws are inserted.
  • a sealing ring which surrounds the shaft is arranged axially on the side of the second bearing facing away from the flap body in the second bearing receptacle.
  • a thrust washer is mounted on the shaft, which is loaded by a compression spring against the second bearing.
  • the thrust washer is fixedly mounted on the shaft and provides with the spring for an axial position fixing of the shaft and thus the flap in the channel.
  • an exhaust gas flow along the shaft is minimized by the thrust washer, so that in addition an improved seal is achieved by the thrust washer.
  • a flap device for an internal combustion engine with the penetration of water spray into the housing interior and the bearings is reliably prevented in a cost effective manner. Also, the shaft is protected from contact with spray because it is completely surrounded by the housing in the area outside the flow housing.
  • the flap device can be used in the hot gas area, wherein a smooth running of the flap or the Wave is ensured even when occurring heat distortion and humid environment.
  • Figure 1 shows a side view of a flap device according to the invention in a sectional view.
  • Figure 2 shows a rotated in comparison to the first embodiment by 90 ° view of the flap device according to the invention in a sectional view.
  • the flap device according to the invention has a flow housing 10 which delimits a flow channel 12.
  • a flap body 14 is arranged, via which the flow cross-section of the flow channel 12 can be controlled by the flap body 14 is rotated in the flow channel 12.
  • the flap body 14 is mounted on a shaft 16 which projects through the flow housing 10 into the flow channel 12.
  • a driven gear 18 is mounted on the shaft 16, which is part of a transmission 20 designed as a spur gear.
  • This transmission 20 is driven by an electric motor 22 with appropriate energization of the electric motor 22.
  • a drive pinion 26 is mounted on an output shaft 24 of the electric motor 22, which acts as a drive member of the transmission 20, so that the rotational movement of the electric motor 22 underpinned is transmitted via the gear 20 to the shaft 16 and thus to the valve body 14.
  • the electric motor 22 and the gear 20 thus serve as an actuator 28 of the flap device and are arranged in a common actuator housing 30, which consists of a main housing part 32, in which the electric motor 22 and the gear 20 are mounted and an actuator interior 34 occlusive cover 36, which is fastened with the interposition of a seal 38 on the main housing part 32 of the actuator housing 30.
  • the shaft 16 In order to prevent ingress of exhaust gas and spray water into the actuator housing 30 and to ensure easy rotation and positioning of the shaft 16 and the valve body 14 in the flow channel 12, the shaft 16 must be reliably stored and sealed axially and radially and a connection surface between the actuator housing 30 and the flow housing 10 are reliably sealed.
  • a hollow cylindrical projection 40 is formed on the flow housing 10, which extends in the direction of the actuator housing 30 and at its outer periphery according to the invention a circumferential groove 42 is formed.
  • the hollow cylindrical projection 40 bears with its outer circumference radially against an inner wall of a hollow cylindrical receiving element 44 of the actuator housing 30, which thus radially radially surrounds the projection 40 over a defined height, wherein the groove 42 is formed within this portion surrounded by the receiving member 44 of the projection 40 ,
  • This projection 40 surrounding portion of the receiving element 44 serves as a receiving opening 46 for the projection 40.
  • a hollow cylindrical projection 52 of reduced diameter Adjoining the receiving element 44 in the actuator interior 34 projecting a hollow cylindrical projection 52 of reduced diameter, so that between the axially extending receiving member 44 and the axially extending hollow cylindrical projection 52, a second shoulder 54 is formed. In the further course of the hollow cylindrical projection 52, this has on its inside a third shoulder 56, from which extends the projection 52 with again reduced diameter.
  • this projection 52 is the output gear 18, so that the shaft 16 extends from the flow channel 12 through the hollow cylindrical projection 40 of the flow housing 10 and the projection 52 of the actuator housing 30.
  • the shaft 16 is mounted on one side via a first bearing 58 and a second bearing 60.
  • the first bearing 58 is arranged in a first bearing receptacle 62, which is formed in the hollow cylindrical projection 40 axially between the flow channel 12 bounding the housing wall 64 of the flow housing 10 and formed on the inner wall of the projection 40 paragraph 66.
  • the second bearing 60 is arranged in a second bearing receptacle 68, which is formed axially between the second shoulder 54 and the third shoulder 56 on the projection 52 of the actuator housing 30. Accordingly, the projections 40, 52, the receiving element 44 and the bearings 58, 60 and the bearing receivers 62, 68 have a common central axis 70, which is also the shaft axis.
  • Both bearings 58, 64 are preferably made as a sliding bearing made of carbon-graphite and are radially against the surrounding projections 40, 52 at. Axial movement of the first bearing 58 on the one hand by the housing wall 64 on the other hand limited by an annular disc 72 which is fixed in the interior of the projection 40 and axially abuts against the shoulder 66 which limits the bearing seat 62 and from which the projection 40th extends with an enlarged inner diameter in the actuator housing 30.
  • This shoulder 66 and thus the bearing 58 are located in a portion of the projection 40, which is not surrounded by the receiving element 44, so that heat from the bearing 58 can be easily dissipated to the outside.
  • the second bearing 60 bears axially on the one hand against the third shoulder 56 on the projection 52 and on the other hand against a thrust washer 76, which is fixedly connected to the shaft 16.
  • the axial end of the second bearing 60 facing the flap body 14 protrudes slightly beyond the second shoulder 54, so that the thrust washer 76, viewed from the direction of the flow housing 10, protrudes in front of the second shoulder 54 is arranged.
  • the thrust washer 76 is pressed against the second bearing 60 via a torsion and compression spring 78 for axial positional fixation of the shaft 16 and forms an additional seal which clearly shows an exhaust gas flow along the shaft 16 in the direction of the actuator 28 reduced.
  • This spirally wound rotary compression spring 78 is in the actuator interior 34, the projection 52 radially surrounding and at the bottom of the actuator housing 30 is supported and presses against the fixedly arranged on the shaft 16 output gear 18, so that with this, the shaft 16 in this axial Direction is charged. Furthermore, the two end legs of the spring 78 engage behind in the figures not recognizable projections on the actuator housing 30 and the output gear 18 in a known manner that the shaft 16 is biased in one direction at least during rotation from the rest position. Accordingly, the shaft 16 is rotated due to the spring force in case of failure of the electric motor 22 in a Notlaufposition.
  • the shaft 16 is surrounded by a sealing ring 79 which bears axially against the third shoulder 56 from the side opposite the bearing 60 and additionally seals the shaft passage in the direction of the actuator interior 34.
  • a pre-positioning of the actuator housing 30 to the flow housing 10 by pushing the receiving element 44 on the projection 40 of the flow housing 10 and against the stop on the shoulder 48. Furthermore, by the two bearing receivers 62, 68 in the actuator housing 30 and the flow housing 10th ensures that the shaft 16 is optimally arranged both to the transmission 20 and to the flow channel 12.
  • the final attachment of the actuator housing 30 to the flow housing 10 via two mutually perpendicular screws 80 which are inserted through through holes 86, 88 on the flow housing 10 and in threads of weld nuts, which are attached to connecting plates 82, 84, screwed.
  • the connecting plates 82, 84 are also fixed to the flow housing 10 by welding. Of course, this attachment is also possible vice versa by tapping holes are introduced in the actuator housing.
  • a flap device in which penetration of the spray water is reliably prevented by a gap between the flow housing and the actuator housing.
  • the protruding from the flow channel portion of the shaft and the bearings of the shaft are completely surrounded by the housing, so that contact with the spray water with consequent corrosion is reliably prevented.
  • an exact alignment of the bearing is ensured to each other, one of which is arranged in the actuator housing and one in the flow housing.
  • a plurality of grooves between the receiving element and the projection can be attached, which can be arranged both on the outer wall of the projection and on the inner wall of the receiving element. It is also conceivable to arrange the receiving element within the projection and to form the corresponding groove on the inner wall or on the outer wall of the receiving element.
  • the structural design the housings, the drives or gears used as well as the channel and flap shapes can also be modified.

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Abstract

Klappenvorrichtungen für Verbrennungskraftmaschinen mit einem Strömungsgehäuse (10), das einen Strömungskanal (12) begrenzt, einem Klappenkörper (14), der drehbar im Strömungskanal (12) angeordnet ist, einer Welle (16), auf der der Klappenkörper (14) befestigt ist, einem Aktor (28), über den die Welle (16) und der Klappenkörper (14) im Strömungskanal (12) drehbar sind und einem Aktorgehäuse (30), in dem der Aktor (28) angeordnet ist, sind bekannt. Um einen zuverlässigen Schutz der Klappenvorrichtung gegen eindringendes Spritzwasser zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass am Strömungsgehäuse (10) ein sich in Richtung des Aktorgehäuses (30) erstreckender Vorsprung (40) ausgebildet ist und am Aktorgehäuse (30) ein sich in Richtung des Strömungsgehäuses (10) erstreckendes Aufnahmeelement (44) ausgebildet ist, welches radial gegen den Vorsprung (40) des Strömungsgehäuses (10) anliegt, wobei zwischen dem Vorsprung (40) des Strömungsgehäuses (10) und dem Aufnahmeelement (44) des Aktorgehäuses (30) eine umlaufende Nut (42) ausgebildet ist.

Description

B E S C H R E I B U N G
Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Strömungsgehäuse, das einen Strömungskanal begrenzt, einem Klappenkörper, der drehbar im Strömungskanal angeordnet ist, einer Welle, auf der der Klappenkörper befestigt ist, einem Aktor, über den die Welle und der Klappenkörper im Strömungskanal drehbar sind, einem Aktorgehäuse, in dem der Aktor angeordnet ist.
Derartige Klappenvorrichtungen werden beispielsweise als Abgasstauklappen oder Abgasrückführventile in Niederdruck- oder Hochdruckabgaskreisläufen oder als Drosselklappen im Ansaugtrakt von Verbrennungsmotoren eingesetzt und dienen zur Regelung einer zu den Zylindern zurückzuführenden Abgasmenge oder zur Regelung des Drucks im Abgasrückführkanal zur Verringerung der Schadstoffemissionen des Motors oder zur Regelung der angesaugten Luftmenge.
Je nach Einbauort sind diese Ventile sowohl bezüglich der anfallenden Schadstoffmenge als auch bezüglich der herrschenden Temperaturen unterschiedlich stark belastet. Insbesondere bei Ventilen, welche im Abgasbereich angeordnet sind, können aufgrund der hohen thermischen Belastung Wärmedehnungen entstehen, die zu einem Verklemmen der Welle führen können. Des Weiteren muss auch bei nicht thermisch belasteten Ventilen, welche lediglich einseitig gelagert werden, eine einfache Drehbarkeit sichergestellt werden, indem eine zuverlässige Lagerung bereitgestellt wird, mit der Fluchtungsfehler vermieden werden. Ein solches Ventil mit einem vom Aktorgehäuse trennbaren Strömungsgehäuse ist aus der DE 10 2009 011 951 AI bekannt. Die beiden Gehäuse werden über einen Befestigungsrahmen, der mit dem Strömungsgehäuse verschweißt ist, mittels zweier radial verlaufender Schrauben aneinander befestigt und die Klappenwelle über eine Kupplung mit der Welle des Aktors verbunden. Die Lagerung der Klappe erfolgt vollständig im Strömungsgehäuse an den beiden axialen Enden der Welle.
Problematisch bei einer derartigen Ausführung ist jedoch, dass eine korrekte Ausrichtung des Strömungsgehäuses zum Aktorgehäuse zum Erhalt einer korrekten Anbindung des Antriebs bei einer derartigen Ausführung nicht sichergestellt ist. Des Weiteren kann Spritzwasser zwischen den Gehäuseteilen von außen in Richtung der Lager eindringen.
Des Weiteren ist aus der DE 10 2010 006 023 AI eine Abgasklappenvorrichtung bekannt, bei der ein hülsenförmiges Dichtmittel die Welle der Klappe außerhalb des Gehäuses umgibt, wobei im Dichtmittel eine Nut ausgebildet ist, die verhindert, dass Abgas entlang der Welle nach außen dringt. Ein Eindringen von Spritzwasser von außen in Richtung der Lager kann jedoch nicht verhindert werden.
In allen bekannten Ausführungen von Abgasklappen und insbesondere bei solchen mit trennbaren Aktor- und Strömungsgehäusen kann im Bereich der Anbindung zwischen dem Strömungsgehäuse und dem Aktorgehäuse Spritzwasser eindringen. Dieses Spritzwasser kondensiert im Bereich der Klappenlager und schädigt diese insbesondere in Zusammenhang mit sich an der Welle absetzenden Abgasbestandteilen, was die Lebensdauer einer derartigen Klappenvorrichtung einschränkt.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung zu stellen, welche ein vom Strömungsgehäuse trennbares Aktorgehäuse aufweist, wobei ein Eindringen von Spritzwasser zwischen dem Strömungsgehäuse und dem Aktorgehäuse zuverlässig verhindert werden soll, so dass die Lager vor Schäden geschützt werden. Auch soll die Welle selbst keinem Spritzwasser ausgesetzt sein, also im aus dem Strömungsgehäuse ragenden Bereich vollständig vom Gehäuse umgeben sein. Dennoch soll eine korrekte axiale Anbindung und Ausrichtung des Aktorgehäuses zum Strömungsgehäuse zum Erhalt geringer Stellkräfte und einem Verhindern von Verklemmen der Welle sichergestellt wird. Des Weiteren soll möglichst wenig Bauraum benötigt werden und die Klappenvorrichtung soll kostengünstig hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Klappenvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass am Strömungsgehäuse ein sich in Richtung des Aktorgehäuses erstreckender Vorsprung ausgebildet ist und am Aktorgehäuse ein sich in Richtung des Strömungsgehäuses erstreckendes Aufnahmeelement ausgebildet ist, welches radial gegen den Vorsprung des Strömungsgehäuses anliegt, wobei zwischen dem Vorsprung des Strömungsgehäuses und dem Aufnahmeelement des Aktorgehäuses eine umlaufende Nut ausgebildet ist, wird einerseits eine korrekte axiale Aufnahme des Aktorgehäuses am Strömungsgehäuse sichergestellt und somit ein radialer Versatz, der zu einem Verklemmen führen könnte, zuverlässig vermieden, wobei durch diese Anbindung ein Abführen von Wärme von der Klappenwelle über das Aktorgehäuse ermöglicht wird und andererseits durch die Nut verhindert, dass aufgrund von auftretenden Kapillarkräften, Spritzwasser zwischen dem Vorsprung und dem Aufnahmeelement und damit zwischen dem Strömungsgehäuse und dem Aktorgehäuse in das Innere der Klappenvorrichtung und somit zu den Lagern eindringen kann. Hierdurch wird die Lebensdauer einer derartigen Klappenvorrichtung deutlich erhöht. Des Weiteren ist die aus dem Strömungsgehäuse ragende Welle vollständig durch das umliegende Gehäuse geschützt.
Vorzugsweise sind der Vorsprung und das Aufnahmeelement hohizylinderförmig ausgebildet, so dass je nach Bauraum der Aktor zum Strömungsgehäuse gedreht werden kann. Des Weiteren wird die Herstellung der zueinander korrespondierenden Flächen des Vorsprungs und des Aufnahmeelementes sowie der zwischenliegenden Nut vereinfacht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ragt der Vorsprung des Strömungsgehäuses in das Aufnahmeelement des Aktorgehäuses und liegt axial unter Zwischenlage einer Dichtung gegen ein absatzförmiges Ende des Aufnahmeelementes des Aktorgehäuses an. So wird die Dichtigkeit sowohl bezüglich eindringenden Spritzwassers erhöht als auch verhindert, dass Abgas, welches entlang der Welle in Richtung des Aktors dringt, nach außen strömt.
Vorteilhafterweise ragt die Welle in das Aktorgehäuse und ist über ein erstes Lager und ein zweites Lager einseitig gelagert. Durch diese Anordnung wird eine zuverlässige Lagerung der Welle geschaffen, wobei auf eine Lagerung an der entgegengesetzten Seite des Strömungsgehäuses verzichtet werden kann. Hierdurch wird die Montage deutlich vereinfacht. Bei Verwendung von Gleitlagern wird zusätzlich eine Unempfindlichkeit gegen thermische Belastung oder Verunreinigungen erreicht. Des Weiteren kann durch diese Lager eine gute thermische Anbindung und somit Wärmeabfuhr zum Aktorgehäuse sichergestellt werden.
Vorzugsweise ist das erste Lager in einer ersten Lageraufnahme angeordnet ist, welche am Strömungsgehäuse ausgebildet ist und das zweite Lager in einer zweiten Lageraufnahme angeordnet ist, welche am Aktorgehäuse ausgebildet ist. So wird eine korrekte Ausrichtung der Welle zum Aktor und somit eine Leichtgängigkeit des Getriebes sichergestellt. Die einseitige Klappenlagerung führt dabei auch zu einer Unempfindlichkeit gegen Verzug durch thermische Belastung. Zusätzlich ist die Anbindung der Klappe am Aktor auf einfache Weise mit durchgehender Welle möglich, so dass die Montage kostengünstig durchführbar ist. Auf eine zusätzliche Lagerung einer Ausgangswelle des Getriebes kann verzichtet werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Lageraufnahme des Aktorgehäuse, die Lageraufnahme des Strömungsgehäuses, das Aufnahmeelement und der Vorsprung des Strömungsgehäuses eine gemeinsame Mittelachse aufweisen, so dass die Anbindung der Welle zum Aktor in Axialrichtung direkt über die Lagerstellen der beiden Gehäuse erfolgt, wodurch ein Versatz ausgeschlossen werden kann.
Des Weiteren ist vorzugsweise im radial Innern des Vorsprungs des Strömungsgehäuses ein Absatz ausgebildet, gegen den axial eine ringförmige Scheibe anliegt, die im Vorsprung befestigt ist und die Lageraufnahme des ersten Lagers axial begrenzt. So wird eine axiale Verschiebung des ersten Lagers im Vorsprung verhindert.
In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist das Aktorgehäuse am Strömungsgehäuse über am Strömungsgehäuse befestigte Verbindungsplatten mittels Schrauben befestigt. So entsteht eine einstellbare und ausrichtbare Befestigung, so dass der Aktor für verschiedene Klappen genutzt werden kann, ohne die Konstruktion ändern zu müssen. Bei einer Verwendung von zwei Schrauben, wobei die erste Schraube koaxial zur Wellenachse angeordnet ist und die zweite Schraube tangential zur Wellenachse angeordnet ist, kann zusätzlich eine optimale Fluchtung der beiden Lager zueinander eingestellt werden, da sowohl Winkel als auch Längenversätze ausgeglichen werden können. Auch können die Lagerspiele zur Welle minimiert werden, wodurch die Abdichtung verbessert wird und die Lager eine längere Lebensdauer aufweisen. Durch die Verwendung der Verbindungsplatten, in denen Bohrungen zur Durchführung der Schrauben ausgebildet sind, wobei am Aktorgehäuse Gewindebohrungen zur Aufnahme der Schrauben ausgebildet sind, wird die Montage vereinfacht. Alternativ kann das Gewinde in den Verbindungsplatten integriert werden, so dass im Aktorgehäuse Durchgangsbohrungen ausgebildet sind, durch die die Schrauben gesteckt werden.
Vorzugsweise ist in der zweiten Lageraufnahme axial an der vom Klappenkörper weg weisenden Seite des zweiten Lagers ein Dichtring angeordnet, der die Welle umgibt. So kann ein Eindringen von heißem Abgas in das Aktorgehäuse zuverlässig vermieden werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn auf der Welle eine Anlaufscheibe befestigt ist, welche mittels einer Druckfeder gegen das zweite Lager belastet ist. Die Anlaufscheibe ist fest auf der Welle befestigt und sorgt mit der Feder für eine axiale Positionsfestlegung der Welle und damit der Klappe im Kanal. Zusätzlich wird durch die Anlaufscheibe ein Abgasstrom entlang der Welle minimiert, so dass durch die Anlaufscheibe zusätzlich eine verbesserte Abdichtung erzielt wird.
Es wird somit eine Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, mit der ein Eindringen von Spritzwasser in das Gehäuseinnere und zu den Lagern zuverlässig auf kostengünstige Weise verhindert wird. Auch wird die Welle vor dem Kontakt mit Spritzwasser geschützt, da sie im außerhalb des Strömungsgehäuses liegenden Bereichs vollständig vom Gehäuse umgeben ist. Die Klappenvorrichtung kann im Heißgasbereich eingesetzt werden, wobei eine Leichtgängigkeit der Klappe beziehungsweise der Welle auch bei auftretendem Wärmeverzug und feuchter Umgebung sichergestellt wird. Durch eine korrekte Fluchtung der Lager wird das Drehen der Klappe beziehungsweise der Welle mit geringem Drehmoment ermöglicht. Es werden zusätzliche Lager eingespart, so dass die Montage erleichtert wird und Kosten reduziert werden.
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 eine im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel um 90° gedrehte Darstellung der erfindungsgemäßen Klappenvorrichtung in geschnittener Darstellung.
Die erfindungsgemäße Klappenvorrichtung weist ein Strömungsgehäuse 10 auf, welches einen Strömungskanal 12 begrenzt. Im Strömungskanal 12 ist ein Klappenkörper 14 angeordnet, über den der Durchströmungsquerschnitt des Strömungskanals 12 geregelt werden kann, indem der Klappenkörper 14 im Strömungskanal 12 gedreht wird.
Hierzu ist der Klappenkörper 14 auf einer Welle 16 befestigt, die durch das Strömungsgehäuse 10 in den Strömungskanal 12 ragt. Am zum Klappenkörper 14 gegenüberliegenden Ende ist auf der Welle 16 ein Abtriebszahnrad 18 befestigt, welches Teil eines als Stirnradgetriebe ausgebildeten Getriebes 20 ist. Dieses Getriebe 20 wird über einen Elektromotor 22 bei entsprechender Bestromung des Elektromotors 22 angetrieben. Hierzu ist auf einer Ausgangswelle 24 des Elektromotors 22 ein Antriebsritzel 26 befestigt, welches als Antriebsglied des Getriebes 20 wirkt, so dass die Drehbewegung des Elektromotors 22 untersetzt über das Getriebe 20 auf die Welle 16 und damit auf den Klappenkörper 14 übertragen wird.
Der Elektromotor 22 und das Getriebe 20 dienen somit als Aktor 28 der Klappenvorrichtung und sind in einem gemeinsamen Aktorgehäuse 30 angeordnet, welches aus einem Hauptgehäuseteil 32, in dem der Elektromotor 22 sowie das Getriebe 20 montiert sind und einem einen Aktorinnenraum 34 verschließenden Deckel 36 besteht, der unter Zwischenlage einer Dichtung 38 am Hauptgehäuseteil 32 des Aktorgehäuses 30 befestigt ist.
Um ein Eindringen von Abgas und von Spritzwasser in das Aktorgehäuse 30 zu verhindern und eine einfache Drehbarkeit und Positionierung der Welle 16 beziehungsweise des Klappenkörpers 14 im Strömungskanal 12 sicher zu stellen, muss die Welle 16 zuverlässig axial und radial gelagert sowie abgedichtet werden und eine Verbindungsfläche zwischen dem Aktorgehäuse 30 und dem Strömungsgehäuse 10 zuverlässig abgedichtet werden.
Hierzu ist am Strömungsgehäuse 10 ein hohlzylindrischer Vorsprung 40 ausgebildet, der sich in Richtung des Aktorgehäuses 30 erstreckt und an dessen Außenumfang erfindungsgemäß eine umlaufende Nut 42 ausgebildet ist. Der hohlzylindrische Vorsprung 40 liegt mit seinem Außenumfang radial gegen eine Innenwand eines hohlzylindrischen Aufnahmeelementes 44 des Aktorgehäuses 30 an, welches somit den Vorsprung 40 über eine definierte Höhe radial fest umgibt, wobei die Nut 42 innerhalb dieses vom Aufnahmeelement 44 umgebenen Abschnitt des Vorsprungs 40 ausgebildet ist. Dieser den Vorsprung 40 umgebende Abschnitt des Aufnahmeelementes 44 dient entsprechend als Aufnahmeöffnung 46 für den Vorsprung 40. Die Ausbildung der Nut 42 an dieser Position hat zur Folge, dass Spritzwasser von außen durch den Spalt zwischen der Außenwand des Vorsprungs 40 und der Innenwand des Aufnahmeelementes 44 aufgrund von Kapillarkräften eindringen könnte. Diese Kapillarkräfte reißen jedoch im Bereich der Nut 42 ab, wodurch ein weiteres Eindringen von Spritzwasser in den Innenraum zuverlässig vermieden wird. Selbstverständlich wird eine gleiche Wirkung auch mit einer Nut erzielt, die an der Innenwand des Aufnahmeelementes 44 statt an der Außenwand des Vorsprungs 40 ausgebildet ist. Zusätzlich wird der aus dem Strömungsgehäuse ragende Abschnitt der Welle 16 vor direktem Kontakt mit Spritzwasser geschützt, da dieser Abschnitt der Welle 16 vollständig vom Aktorgehäuse 30 und dem Vorsprung 40 umgeben ist.
Ein axial in die Aufnahmeöffnung 46 des Aufnahmeelementes 44 des Aktorgehäuses 30 ragendes Ende 47 des hohlzylindrischen Vorsprungs 40 liegt zudem gegen einen die Aufnahmeöffnung 46 axial begrenzenden Absatz 48 des Aufnahmeelementes 44 unter Zwischenlage einer Dichtung 50 an. Sollte somit trotz der Nut 42 Spritzwasser von außen weiter entlang des Spaltes zwischen dem Vorsprung 40 und dem Aufnahmeelement 44 strömen, so wird dieses durch die Dichtung 50 von einem weiteren Eindringen gehindert.
An das Aufnahmeelement 44 schließt sich in den Aktorinnenraum 34 ragend ein hohlzylindrischer Vorsprung 52 verkleinerten Durchmessers an, so dass zwischen dem sich axial erstreckenden Aufnahmeelement 44 und dem sich axial erstreckenden hohlzylindrischen Vorsprung 52 ein zweiter Absatz 54 ausgebildet ist. Im weiteren Verlauf des hohlzylindrischen Vorsprungs 52 weist dieser an seiner Innenseite einen dritten Absatz 56 auf, von dem aus sich der Vorsprung 52 mit erneut verkleinertem Durchmesser erstreckt. In Verlängerung dieses Vorsprungs 52 befindet sich das Abtriebszahnrad 18, so dass sich die Welle 16 aus dem Strömungskanal 12 durch den hohlzylindrischen Vorsprung 40 des Strömungsgehäuses 10 und den Vorsprung 52 des Aktorgehäuses 30 erstreckt. Die Welle 16 wird über ein erstes Lager 58 und ein zweites Lager 60 einseitig gelagert. Das erste Lager 58 ist in einer ersten Lageraufnahme 62 angeordnet, die im hohlzylindrischen Vorsprung 40 axial zwischen der den Strömungskanal 12 begrenzenden Gehäusewand 64 des Strömungsgehäuses 10 und einem an der Innenwand des Vorsprungs 40 ausgebildeten Absatz 66 ausgebildet ist. Das zweite Lager 60 ist in einer zweiten Lageraufnahme 68 angeordnet, welche axial zwischen dem zweiten Absatz 54 und dem dritten Absatz 56 am Vorsprung 52 des Aktorgehäuses 30 ausgebildet ist. Entsprechend weisen die Vorsprünge 40, 52, das Aufnahmeelement 44 sowie die Lager 58, 60 und die Lageraufnahmen 62, 68 eine gemeinsame Mittelachse 70 auf, die gleichzeitig die Wellenachse ist.
Beide Lager 58, 64 werden bevorzugt als Gleitlager aus Kohle-Graphit hergestellt und liegen radial gegen die sie umgebenden Vorsprünge 40, 52 an. Axial wird eine Bewegung des ersten Lagers 58 einerseits durch die Gehäusewand 64 andererseits durch eine ringförmige Scheibe 72 begrenzt, die im Innern des Vorsprungs 40 befestigt ist und axial gegen den Absatz 66 anliegt, der die Lageraufnahme 62 begrenzt und von dem aus sich der Vorsprung 40 mit vergrößertem Innendurchmesser in das Aktorgehäuse 30 erstreckt. Dieser Absatz 66 und damit das Lager 58 befinden sich in einem Abschnitt des Vorsprungs 40, der nicht vom Aufnahmeelement 44 umgeben ist, so dass Wärme aus dem Lager 58 einfacher nach außen abgeführt werden kann.
Das zweite Lager 60 liegt axial einerseits gegen den dritten Absatz 56 am Vorsprung 52 und andererseits gegen eine Anlaufscheibe 76 an, die fest mit der Welle 16 verbunden ist. Das zum Klappenkörper 14 weisende axiale Ende des zweiten Lagers 60 ragt geringfügig über den zweiten Absatz 54 hinaus, so dass die Anlaufscheibe 76 aus Richtung des Strömungsgehäuses 10 betrachtet vor dem zweiten Absatz 54 angeordnet ist. Auf diese Weise wird es möglich, dass die Anlaufscheibe 76 über eine Dreh- und Druckfeder 78 zur axialen Lagefixierung der Welle 16 gegen das zweite Lager 60 gedrückt wird und eine zusätzliche Abdichtung bildet, die einen Abgasstrom entlang der Welle 16 in Richtung des Aktors 28 deutlich reduziert.
Diese spiralförmig gewickelte Dreh-Druckfeder 78 ist im Aktorinnenraum 34, den Vorsprung 52 radial umgebend und sich am Boden des Aktorgehäuses 30 abstützend angeordnet und drückt gegen das fest auf der Welle 16 angeordnete Abtriebszahnrad 18, so dass mit diesem auch die Welle 16 in dieser axialen Richtung belastet wird. Des Weiteren greifen die beiden Endschenkel der Feder 78 in bekannter Weise derart hinter in den Figuren nicht erkennbare Vorsprünge am Aktorgehäuse 30 und am Abtriebszahnrad 18, dass die Welle 16 in eine Richtung zumindest bei Drehung aus der Ruhestellung vorgespannt ist. Entsprechend wird die Welle 16 aufgrund der Federkraft bei Ausfall des Elektromotors 22 in eine Notlaufposition gedreht.
Am in den Aktorinnenraum 34 weisenden Ende des Vorsprungs 52 ist die Welle 16 umgebend ein Dichtring 79 angeordnet, der axial von der zum Lager 60 gegenüberliegenden Seite gegen den dritten Absatz 56 anliegt und die Wellendurchführung zusätzlich in Richtung des Aktorinnenraums 34 abdichtet.
Bei der Montage erfolgt eine Vorpositionierung des Aktorgehäuses 30 zum Strömungsgehäuse 10 durch das Aufschieben des Aufnahmeelementes 44 auf den Vorsprung 40 des Strömungsgehäuses 10 und gegen den Anschlag am Absatz 48. Des Weiteren wird durch die beiden Lageraufnahmen 62, 68 im Aktorgehäuse 30 und im Strömungsgehäuse 10 sichergestellt, dass die Welle 16 sowohl zum Getriebe 20 als auch zum Strömungskanal 12 optimal angeordnet ist. Die endgültige Befestigung des Aktorgehäuses 30 am Strömungsgehäuse 10 erfolgt über zwei senkrecht zueinander ausgerichtete Schrauben 80, die durch Durchgangsbohrungen 86, 88 am Strömungsgehäuse 10 gesteckt und in Gewinde von Schweißmuttern, die an Verbindungsplatten 82, 84, befestigt sind, geschraubt werden. Die Verbindungsplatten 82, 84 sind ebenfalls durch Schweißen am Strömungsgehäuse 10 befestigt. Selbstverständlich ist diese Befestigung auch umgekehrt möglich, indem im Aktorgehäuse Gewindebohrungen eingebracht werden.
Es wird somit eine Klappenvorrichtung geschaffen, bei der ein Eindringen vom Spritzwasser durch einen Spalt zwischen dem Strömungsgehäuse und dem Aktorgehäuse zuverlässig verhindert wird. Der aus dem Strömungskanal ragende Abschnitt der Welle und die Lagerungen der Welle sind vollständig vom Gehäuse umgeben, so dass ein Kontakt zum Spritzwasser mit daraus folgender Korrosion zuverlässig verhindert wird. Zusätzlich wird eine exakte Ausrichtung der Lager zueinander sichergestellt, von denen eines im Aktorgehäuse und eines im Strömungsgehäuse angeordnet ist. So werden eine gute Positionierung des Klappenkörpers im Kanal und eine Anbindung der Stellwelle sichergestellt.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des vorliegenden Hauptanspruchs nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt ist. Insbesondere können auch mehrere Nuten zwischen dem Aufnahmeelement und dem Vorsprung angebracht werden, wobei diese sowohl an der Außenwand des Vorsprungs als auch an der Innenwand des Aufnahmeelementes angeordnet werden können. Auch ist es denkbar, das Aufnahmeelement innerhalb des Vorsprungs anzuordnen und entsprechend die Nut an dessen Innenwand oder an der Außenwand des Aufnahmeelementes auszubilden. Die konstruktive Ausgestaltung der Gehäuse, die verwendeten Antriebe oder Getriebe sowie die Kanal- und Klappenformen können ebenfalls abgeändert werden.

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), das einen Strömungskanal (12) begrenzt,
einem Klappenkörper (14), der drehbar im Strömungskanal (12) angeordnet ist,
einer Welle (16), auf der der Klappenkörper (14) befestigt ist, einem Aktor (28), über den die Welle (16) und der Klappenkörper (14) im Strömungskanal (12) drehbar sind,
einem Aktorgehäuse (30), in dem der Aktor (28) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
am Strömungsgehäuse (10) ein sich in Richtung des Aktorgehäuses (30) erstreckender Vorsprung (40) ausgebildet ist und am Aktorgehäuse (30) ein sich in Richtung des Strömungsgehäuses (10) erstreckendes Aufnahmeelement (44) ausgebildet ist, welches radial gegen den Vorsprung (40) des Strömungsgehäuses (10) anliegt, wobei zwischen dem Vorsprung (40) des Strömungsgehäuses (10) und dem Aufnahmeelement (44) des Aktorgehäuses (30) eine umlaufende Nut (42) ausgebildet ist.
2. Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Vorsprung (40) und das Aufnahmeelement (44) hohlzylinderförmig ausgebildet sind.
3. Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (40) des Strömungsgehäuses (10) in das Aufnahmeelement (44) des Aktorgehäuses (30) ragt und axial unter Zwischenlage einer Dichtung (50) gegen ein absatzförmiges Ende (47) des Aufnahmeelementes (44) des Aktorgehäuses (30) anliegt.
Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Welle (16) in das Aktorgehäuse (30) ragt und über ein erstes Lager (58) und ein zweites Lager (60) einseitig gelagert ist.
Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Lager (58) in einer ersten Lageraufnahme (62) angeordnet ist, welche am Strömungsgehäuse (10) ausgebildet ist und das zweite Lager (60) in einer zweiten Lageraufnahme (68) angeordnet ist, welche am Aktorgehäuse (30) ausgebildet ist.
Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lageraufnahme (68) des Aktorgehäuses (30), die Lageraufnahme (62) des Strömungsgehäuses (10), das Aufnahmeelement (44) und der Vorsprung (40) des Strömungsgehäuses (10) eine gemeinsame Mittelachse (70) aufweisen.
7. Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass im radial Innern des Vorsprungs (40) des Strömungsgehäuses (10) ein Absatz (66) ausgebildet ist, gegen den axial eine ringförmige Scheibe (72) anliegt, die im Vorsprung (40) befestigt ist und die Lageraufnahme (62) des ersten Lagers (58) axial begrenzt.
8. Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Aktorgehäuse (30) am Strömungsgehäuse (10) über am Strömungsgehäuse (10) befestigte Verbindungsplatten (82, 84) mittels Schrauben (80) befestigt ist.
9. Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der zweiten Lageraufnahme (68) axial an der vom Klappenkörper (14) weg weisenden Seite des zweiten Lagers (60) ein Dichtring (79) angeordnet ist, der die Welle (16) umgibt.
10. Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Welle (16) eine Anlaufscheibe (76) befestigt ist, welche mittels einer Druckfeder (78) gegen das zweite Lager (60) belastet ist.
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