DE3707904A1 - Klappenventil fuer eine abgasleitung eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Klappenventil für eine Abgasleitung eines Kraftfahrzeuges, mit einem in die Abgasleitung einfügba­ ren Gehäuse, das eine Klappe enthält, die mit einer Welle ver­ schwenkbar ist, die auf wenigstens einer Seite der Klappe au­ ßerhalb des Gehäuses in wenigstens einer Büchse aus Keramik ge­ lagert ist, die mit einer kalottenförmigen Außenkontur in einem entsprechend angepaßten Gegenstück des Gehäuses federbelastet gehalten ist.

Bei einem bekannten Klappenventil dieser Art ist einseitig von der Welle eine Feder angebracht, die sich an der Welle abstützt und direkt eine der Büchsen gegen das Gegenstück drückt. Die Kraft der Feder wird durch die Welle hindurch auf die gegen­ überliegende Seite übertragen, auf der die dortige Büchse mit­ tels eines Mitnehmers in das Gegenstück hineingezogen wird. Bei dieser Bauart sind zum Betätigen der Klappe relativ hohe Rei­ bungskräfte zu überwinden, was im Laufe der Zeit mit Verschleiß verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Klappenventil der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Betätigung geringe Kräfte er­ fordert und das nur geringem Verschleiß ausgesetzt ist.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß die Büchse mit wenigstens einer Feder gegen das Gegenstück angedrückt ist, deren der Büchse abgewandtes Ende über Abstützelemente an dem Gehäuse ab­ gestützt ist.

Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß die Federn, die die Büchsen in der Betriebsposition halten, völlig von der Welle unabhängig sind. Die Federkräfte haben mithin keinen Einfluß auf die für das Verstellen der Klappe erforderliche Betäti­ gungskraft und den Verschleiß.

Bei einer Ausgestaltung des Klappenventils ist das Gegenstück für die Büchse als hülsenförmiger Ansatz des Gehäuses gestal­ tet, der nach außen durch einen Deckel verschlossen ist, an dem sich die Feder abstützt. Durch diese Maßnahmen wird ein einfa­ cher Aufbau des Klappenventiles erreicht.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Büchse eine radial nach außen über den Ansatz überstehende Hülse zugeordnet ist und die Feder außerhalb des Ansatzes zwischen der Hülse und dem Deckel angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine geringe Bauhöhe der Ansätze erreicht werden. Auch sind bei dieser Aus­ gestaltung die Federn weniger der auftretenden Hitze ausge­ setzt. Durch die Anordnung der Federn außerhalb des Ansatzes werden des weiteren die Gestaltungsmöglichkeiten bei der Aus­ wahl und Ausbildung der Federn wesentlich erweitert. So ist es z.B. möglich, die Federn bezüglich ihres Durchmessers in einem großen Bereich zu verändern und an die jeweiligen Erfordernisse anzupassen.

Bei einer Weiterbildung des Klappenventils ist die Welle auf einer Seite des Gehäuses in zwei Büchsen gelagert, die von der Feder gegen das Gegenstück und ein mit dem Gehäuse verbundenes und entsprechend angepaßtes Einsatzstück angedrückt sind. Statt wie bisher die Welle auf beiden Seiten der Klappe zu lagern, wird durch diese Maßnahmen eine einseitige Lagerung der Welle erreicht. Dadurch wird der Aufbau des Klappenventiles verein­ facht und dessen Bauvolumen verringert.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des Klappenventils ist die Welle drehfest mit einem Mitnehmerteil gekoppelt, das koaxial zur Welle am Gehäuse gelagert ist und an dem außermittig Mittel zum Verschwenken der Klappe angreifen. Auf diese Weise werden die durch das außermittige Angreifen entstehenden Kräfte in das Gehäuse eingeleitet und haben dadurch keinen Einfluß auf die Welle. Die für das Verstellen der Klappe erforderliche Betäti­ gungskraft und der Verschleiß werden verringert.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Klappenventile, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 bis 6 verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Klappenventile in teilweise abgebrochenen Schnittdarstellungen.

Das in der Fig. 1 gezeigte Klappenventil enthält ein aus tempe­ raturfestem Guß hergestelltes Gehäuse (10), das eine etwa rohr­ förmige Durchströmöffnung (27) besitzt. An seinen Stirnseiten (12, 13) wird das Gehäuse (10) mit Teilen einer nicht darge­ stellten Abgasleitung eines Kraftfahrzeuges verbunden.

In die Mantelfläche des Gehäuses (10) sind zwei koaxiale Aus­ nehmungen (20, 21) eingebracht, durch die eine Welle (30) mit Spiel hindurchgesteckt ist, deren Achse (25) quer zur Durch­ strömöffnung (27) verläuft. Im Inneren des Gehäuses (10) ist an der Welle (30) eine etwa Z-förmige Klappe (32) befestigt. Dazu ist die Welle (30) in einem Bereich (34) abgeflacht, an dem die Klappe (32) mit Hilfe einer Schraube (36) und einer zwischenge­ legten Sicherungsscheibe (35) angebracht ist. Die Klappe (32) erstreckt sich über den gesamten Querschnitt des Gehäuses (10). Im Inneren ist das Gehäuse (10) mit einem Ringbund (38) verse­ hen, der quer zur Durchströmöffnung (27) verläuft und der als Dichtungssitz für die Klappe (32) dient. In der Fig. 1a ist die Klappe (32) in einer Schnittdarstellung quer zur Welle (30) der Fig. 1 gezeigt.

Im Bereich der beiden Ausnehmungen (20, 21) ist gemäß der Fig. 1 das Gehäuse (10) mit jeweils einem Ansatz (15, 18) versehen, die trichterförmig ausgebildet und koaxial zu den Ausnehmungen (20, 21) angeordnet sind. Die Welle (30) ragt in die Ansätze (15, 18) hinein. Außerhalb des Gehäuses (10) ist auf beiden Seiten jeweils eine kalottenförmige Büchse (60, 70) aus Keramik auf die Welle (30) aufgesteckt. Die Büchsen (60, 70) sind an die Ansätze (15, 18) angepaßt und in diesen aufgenommen. Unter Zwischenlegung jeweils einer Hülse (63, 73) ist auf beiden Sei­ ten des Gehäuses (10) jeweils eine Feder (62, 72) auf die Welle (30) aufgesteckt, die die Welle (30) mit Abstand umgeben und die sich an ihren der Durchströmöffnung (27) zugewandten Seiten an den Büchsen (60, 70) abstützen.

Der in der Fig. 1 rechts dargestellte Ansatz (18) ist von einem quer zur Achse (25) angeordneten Deckel (75) mit Hilfe einer Umbördelung verschlossen. Die Feder (72) stützt sich an dem Deckel (75) ab und drückt damit die Büchse (70) in den Ansatz (18). An den in der Fig. 1 links dargestellten Ansatz (15) schließt sich ein weiterer Ansatz (16) an, der einen quer zur Achse (25) ausgerichteten Deckel (40) aufnimmt, der in nicht näher dargestellter Weise fest mit dem Ansatz (16) verschraubt ist. Die Feder (62) stützt sich am Deckel (40) ab und drückt damit die Büchse (60) in den Ansatz (15). Der Deckel (40) ist mit einer zur Achse (25) koaxialen Ausnehmung (42) versehen, durch die die Welle (30) mit Spiel hindurchgesteckt ist.

Im Bereich des Deckels (40) ist die Welle (30) mit einem Absatz (45) versehen, an dem eine auf die Welle (30) aufgesteckte Hül­ se (51) mit einem Ringbund (52) anliegt. Unter Zwischenlegung eines Abdeckbleches (54) ist eine an der Hülse (51) anliegende Ringscheibe (50) mit Hilfe einer Schraube (55) fest mit der Welle (30) verbunden. Der Deckel (40) reicht mit Spiel zwischen die Ringscheibe (50) und den Ringbund (52), so daß die Welle (30) durch den Deckel (40) in axialer Richtung festgelegt ist.

Mit Abstand zur Achse (25) ist in nicht näher dargestellter Weise an dem mit der Welle (30) fest verschraubten Abdeckblech (54) ein Betätigungsarm (57) befestigt, der ein Kugelgelenk o.dgl. enthält und dessen Betätigung in Richtung des Pfeiles (58) ein Verschwenken der Klappe (32) bewirkt. Als Antriebs­ mittel für ein derartiges Verschwenken kann der Betätigungsarm (57) beispielsweise mit einer druckbeaufschlagbaren Unterdruck­ dose o.dgl. verbunden sein.

Die Büchsen (60, 70) aus Keramik dienen der Lagerung der Welle (30) und sind hitzebeständig. Dehnt sich das Gehäuse (10) oder die Welle (30) durch die im Abgasbereich auftretenden hohen Temperaturen aus, so wird dies durch die federbeaufschlagten Büchsen (60, 70) kompensiert. Ebenfalls wird ein Durchbiegen der Welle (30) aufgrund einer Abgas-Druckbeaufschlagung der Klappe (32) von den Büchsen (60, 70) ausgeglichen. Die Federn (62, 72) sind über die Deckel (40, 75) und die Ansätze (15, 16, 18) am Gehäuse (10) abgestützt. Bei einem Verschwenken der Klappe (32) drehen sich die Büchsen (60, 70) und die Federn (62, 72) nicht mit der Welle (30) mit. Zum Verschwenken der Klappe (32) ist deshalb nur die Reibung zwischen der Welle (30) und den Büchsen (60, 70) zu überwinden. Dies erfordert nur ge­ ringe Betätigungskräfte und ist auch im Laufe der Zeit mit kei­ nem wesentlichen Verschleiß verbunden.

Bei dem in der Fig. 2 gezeigten Klappenventil teilt sich die Durchströmöffnung (27) in zwei Öffnungen (28, 29) auf, auf die Abgasrohre aufgesteckt und mit Hilfe von Dichtmanschetten (23) gehalten sind. Im Gehäuseteil zwischen den beiden Öffnungen (28, 29) ist eine Ausnehmung (43) eingebracht, durch die die Welle (30) mit Spiel hindurchgesteckt ist. Innerhalb der Öff­ nungen (28, 29) ist jeweils eine Klappe (32) an der Welle (30) angebracht. In ihrer axialen Richtung ist die Welle (30) unter Zwischenlegung von Zwischenstücken mit Hilfe von Seegerringen (69, 79) festgelegt.

An den den Ansätzen (15, 18) abgewandten Seiten der Büchsen (60, 70) liegen an die Büchsen (60, 70) angepaßte Hülsen (67, 77) an, die an den Enden der Ansätze (15, 18) vorbei radial nach außen überstehen. In die Hülsen (67, 77) sind Ausnehmungen eingebracht, durch die Schrauben (65) hindurchgesteckt sind, mit denen die Deckel (40, 75) mit den Ansätzen (15, 18) ver­ schraubt sind. Zwischen den Deckeln (40, 75) und den Hülsen (67, 77) sind außerhalb der Ansätze (15, 18) die Federn (62, 72) angeordnet. Zum Schutz vor Verschmutzung sind die Deckel (40, 75) mit Seitenwänden versehen, die die Federn (62, 72) abdecken. Die Hülsen (67, 77) sind axial entlang den Schrauben (65) verschiebbar, so daß Wärmeausdehnungen des Klappenventiles o.dgl. entsprechend den Ausführungen zur Fig. 1 von den Federn (62, 72) kompensiert werden.

Bei dem in der Fig. 3 gezeigten Klappenventil ist die Welle (30) nur auf einer Seite der Klappe (32), nämlich im Bereich des Ansatzes (15), gelagert. Dazu ist der Ansatz (15) an seinem Ende mit einem Flansch versehen, an dem ein Einsatzstück (49) anliegt und mit Hilfe eines aufgesteckten und umbördelten Dec­ kels (80) mit dem Ansatz (15) verbunden ist. Am Einsatzstück (49) und am Ansatz (15) liegt die Büchse (60) und die Büchse (70) an, zwischen denen unter Zwischenlegung der Hülsen (63, 73) eine Feder (47) die Welle (30) mit Abstand umgibt. Die Fe­ der (47) stützt sich somit beidseitig über die Büchsen (60, 70) am Ansatz (15) und damit am Gehäuse (10) ab.

Die Welle (30) ist an ihrem Ende mit dem Abdeckblech (54) ver­ schraubt. An diesem sind außermittig wenigstens zwei Zapfen (86) befestigt, beispielsweise angeschweißt, die in Ausnehmun­ gen (84) eines Mitnehmerteiles (83) mit möglichst geringem Spiel eingreifen. Koaxial zur Welle (30) ist das Mitnehmerteil (83) mit einem Ansatz (85) versehen, der in einer Ausnehmung (81) des Deckels (80) drehbar gelagert ist. Das Mitnehmerteil (83) ist in nicht näher dargestellter Weise mit Hilfe von Si­ cherungsringen o.dgl. am Deckel (80) gehalten.

Im Deckel (80) ist außermittig eine weitere schlitzförmige Aus­ nehmung (88) eingebracht, durch die der am Mitnehmerteil (83) angebrachte Betätigungsarm (57) hindurchgesteckt ist. Eine Be­ tätigung des Betätigungsarmes (57) bewirkt damit eine Drehung des Mitnehmerteiles (83) um die von der Ausnehmung (81) und dem Ansatz (85) gebildete Achse, wodurch über die Zapfen (86) das Abdeckblech (54) und damit die Welle (30) und die Klappe (32) verschwenkt wird.

Bei dem in der Fig. 4 teilweise gezeigten Klappenventil ist die Welle (30) wie in der Fig. 3 einseitig gelagert. Das Einsatz­ stück (49) ist mit Schrauben (90) am Gehäuse (10) befestigt. Der Abstand zwischen dem Einsatzstück (49) und dem Gehäuse (10) ist durch auf die Schrauben (90) aufgesteckte Hülsen (92) fest­ gelegt. Auf die Welle (30) sind die Büchsen (60, 70) aufge­ steckt, die mit ihren einander abgewandten Seiten im Einsatz­ stück (49) und im Gehäuse (10) aufgenommen sind. Mit ihren ein­ ander zugewandten Seiten liegen die Hülsen (92) an Scheiben (93) an, die wie das Einsatzstück (49) und das Gehäuse (10) an die Außenkontur der Büchsen (60, 70) angepaßt sind. Die Schei­ ben (93) sind mit Ausnehmungen versehen, durch die die Schrauben (90) mit den Hülsen (92) verschiebbar hindurchgesteckt sind. Zwischen den beiden Scheiben (93) ist die Feder (47) angeord­ net, die die Scheiben (93) gegen die Büchsen (60, 70) drückt. Die Feder (47) stützt sich damit über die Büchsen (60, 70) am Gehäuse (10) ab. Zwischen den Büchsen (60, 70) ist die Welle (30) mit einem Ringbund (39) versehen, der die Achse (30) in axialer Richtung festlegt.

In den Fig. 5 und 6 sind Klappenventile gezeigt, bei denen die Welle (30) zweiseitig und einseitig gelagert ist. In beiden Fällen ist das Einsatzstück (49) mit dem Gehäuse (10) ver­ schraubt.

Bei der zweiseitigen Lagerung der Fig. 5 ist ein Flansch des Ansatzes (15) mittels einer Schraube (97) und einer Mutter (98) unter Zwischenlegung einer Feder (95) mit dem Einsatzstück (49) verbunden. Die Feder (95) stützt sich einerseits über die Schraube (97) und andererseits über das Einsatzstück (49) und die Büchse (60) am Ansatz (15) des Gehäuses (10) ab. Das Ein­ satzstück (49) ist entlang der Schraube (97) verschiebbar, so daß Wärmeausdehnungen o.dgl. von der Feder (95) kompensiert werden.

Bei der einseitigen Lagerung der Fig. 6 ist der Abstand zwi­ schen dem Einsatzstück (49) und dem Gehäuse (10) durch die Hül­ se (92) festgelegt, die zwischen den Scheiben (93) von der Fe­ der (95) umgeben ist. Die Feder (95) stützt sich dadurch über die Büchsen (60, 70) und das Einsatzstück (49) am Gehäuse (10) ab. Als Schutz vor Verschmutzung ist das Einsatzstück (49) mit einer Seitenwand versehen, die die Feder (95) abdeckt.

In der Fig. 6 sind die Büchsen (60, 70) mit einem insgesamt et­ wa ovalen Querschnitt versehen. Es ist auch möglich, die Büch­ sen (60, 70) kugelförmig auszubilden, sie also mit einem etwa kreisförmigen Querschnitt zu versehen. Dadurch können Vorteile bezüglich der Bewegungsfreiheit der Büchsen (60, 70) erreicht werden.

Claims (7)

1. Klappenventil für eine Abgasleitung eines Kraftfahr­ zeuges, mit einem in die Abgasleitung einfügbaren Gehäuse, das eine Klappe enthält, die mit einer Welle verschwenkbar ist, die auf wenigstens einer Seite der Klappe außerhalb des Gehäuses in wenigstens einer Büchse aus Keramik gelagert ist, die mit einer kalottenförmigen Außenkontur in einem entsprechend angepaßten Gegenstück des Gehäuses federbelastet gehalten ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Büchse (60, 70) mit wenigstens einer Fe­ der (47, 62, 72, 95) gegen das Gegenstück angedrückt ist, de­ ren der Büchse (60, 70) abgewandtes Ende über Abstützelemente an dem Gehäuse (10) abgestützt ist.

2. Klappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenstück für die Büchse (60, 70) als hülsenförmiger Ansatz (15, 18) des Gehäuses (10) gestaltet ist, der nach außen durch einen Deckel (40, 75, 80) verschlossen ist, an dem sich die Feder (47, 62, 72) abstützt.

3. Klappenventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Büchse (60, 70) eine radial nach außen über den Ansatz (15, 18) überstehende Hülse (67, 77) zugeordnet ist und die Fe­ der (62, 72) außerhalb des Ansatzes (15, 18) zwischen der Hülse (67, 77) und dem Deckel (40, 75) angeordnet ist.

4. Klappenventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Welle (30) an einem der Deckel (40, 75) in axialer Richtung festgelegt ist.

5. Klappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (30) auf einer Seite des Gehäuses (10) in zwei Büchsen (60, 70) gelagert ist, die von der Feder (47, 95) gegen das Gegenstück und ein mit dem Gehäuse verbundenes und entspre­ chend angepaßtes Einsatzstück (49) angedrückt sind.

6. Klappenventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzstück (49) mit dem Gehäuse (10) verschraubt ist und die Federn (95) die Schrauben (90) mit Abstand umgeben.

7. Klappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (30) drehfest mit einem Mitneh­ merteil (83) gekoppelt ist, das koaxial zur Welle (30) am Ge­ häuse (10) gelagert ist und an dem außermittig Mittel zum Ver­ schwenken der Klappe (32) angreifen.