WO2014166593A1 - Ventilanordnung - Google Patents

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WO2014166593A1
WO2014166593A1 PCT/EP2014/000801 EP2014000801W WO2014166593A1 WO 2014166593 A1 WO2014166593 A1 WO 2014166593A1 EP 2014000801 W EP2014000801 W EP 2014000801W WO 2014166593 A1 WO2014166593 A1 WO 2014166593A1
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bearing
sealing element
valve arrangement
ring
baffle plate
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PCT/EP2014/000801
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Stefan ILL
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Mtu Friedrichshafen Gmbh
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    • 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
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    • F01N2240/36—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an exhaust flap
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    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a valve arrangement for hot fluid streams, in particular for exhaust gas of an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.
  • European Patent EP 0 026 935 B1 discloses a shut-off flap which is designed as a valve arrangement for hot fluid flows. This comprises a baffle plate which is mounted with a shaft pivotally mounted in a bearing, which is arranged in a housing of the valve assembly. In the valve arrangement, a flow region is formed, through which a hot fluid flow, in particular exhaust gas of an internal combustion engine, can flow. A flow cross-section of the flow region is variable in that the
  • Baffle plate is pivoted together with the shaft about a pivot axis defined by the shaft.
  • the housing and the baffle plate are geometrically matched to one another such that the baffle plate completely blocks the flow region in a first functional position, so that no fluid from one
  • the baffle plate is preferably arranged so that her
  • Flow resistance in the flow area is minimal.
  • a normal vector which is perpendicular to an end face of the baffle plate is
  • the sealing element of the valve arrangement according to EP 0 026 935 B1 has two opposite, shaft ends of the shaft sealingly
  • the invention has for its object to provide a valve assembly in which the disadvantages mentioned do not occur.
  • a valve arrangement is to be provided, which has an improved sealing of both the inflow side opposite the outflow side and the flow area relative to an environment of the valve arrangement.
  • valve arrangement having the features of claim 1. This is characterized in that the sealing element - seen in the radial direction - is elastic, wherein it bears against a peripheral wall of the bearing under radial bias. As a result, a radial gap in
  • the bearing is effectively sealed in this way against the flow region, so that overflow of a fluid flow from the upstream side of the valve assembly over the bearing to the downstream side is reliably avoided.
  • the external environment of the valve assembly is also effectively sealed from the flow region so that there is no leakage of hot fluid flow across the bearing into the vicinity of the valve assembly.
  • a direction is generally addressed, extending in the direction of the longitudinal extension of the shaft or in the direction of a pivot axis extends around which the shaft and the baffle plate pivot.
  • a direction is addressed, which is perpendicular to the axial direction.
  • a direction is addressed, which surrounds the axial direction concentrically.
  • valve arrangement can be designed in different ways or be used for different purposes.
  • An embodiment of the valve assembly is as exhaust gas recirculation flap for controlling or regulating a recirculated
  • Embodiment of the valve assembly is designed as a stowage flap for an engine brake of an internal combustion engine, wherein an exhaust back pressure in an exhaust line of the internal combustion engine can be varied by means of the pivotable baffle plate.
  • the valve assembly is a throttle for a
  • Valve arrangement designed as a bypass flap for controlling or regulating a fluid flow along a bypass around a functional element around, in particular as a bypass valve for an internal combustion engine, for example, to bypass a
  • the compressor capacity of a turbocharger can also be determined by means of a
  • bypasses bypassing the turbocharger, as well as a bypass valve arranged therein are controlled or regulated.
  • the turbocharger as well as a bypass valve arranged therein are controlled or regulated.
  • Valve arrangement provided as an acoustic element in particular for an exhaust system of an internal combustion engine. It is possible, the baffle plate of
  • Valve arrangement by means of a drive device such in particular periodically to pivot that either existing noise in the exhaust system are attenuated by preferably correspondingly phase-shifted noise generated by the valve assembly, or wherein the valve assembly a certain sound, in particular in the context of a so-called sound design, can be generated.
  • a particularly aggressive, roaring sound of an exhaust system can be generated by means of a valve arrangement designed as a noise source, which is arranged in the exhaust gas line.
  • valve arrangement which is characterized in that the
  • Sealing element as - seen in the radial direction - is formed compressible ring.
  • This is a particularly simple and elegant way to realize a sealing element, which - seen in the radial direction - is elastic.
  • the compressible ring preferably surrounds a shaft end of the shaft mounted at a radial distance in the bearing. This means that the compressible rings do not touch an outer peripheral surface of the shaft end, but rather in a - measured in the radial direction - distance is arranged. That way
  • Pivoting movement of the baffle plate is configured smoothly. It turns out that the compressible ring - although seen in the radial direction - must be elastic, so that it bears under pretension on the peripheral wall of the bearing, but at the same time it must be sufficiently rigid to under its own
  • valve arrangement which is characterized in that the
  • Sealing element is designed as a slotted ring with a ring joint.
  • ring impact is an interruption or opening of the ring - in
  • ring impact refers both to the opening itself and to its width measured circumferentially, also referred to as the jaw width
  • a slotted annular ring has elasticity due to its geometric structure, even if it is made of a relatively stiff, incompressible material Namely, it can be compressed in the region of the ring impact, whereby the - in the region of the ring impact - each other
  • the diameter of the slotted ring is chosen so that it is greater in the relaxed state than the diameter of the peripheral wall of the bearing, on which the ring rests in the assembled state with its outer periphery. It is then possible to first compress the ring and insert it into the bearing, where it is positioned and finally relieved, so that, since it can not fully expand to its relaxed position, it will bias against the peripheral wall. He is therefore arranged in a compressed state in the camp.
  • the diameter of the diameter of the peripheral wall of the Bearing is adjusted accordingly, it is also possible to choose a standard ring and adjust the diameter of the peripheral wall of the bearing according to the dimensions of the standard ring in the manufacture of the valve assembly. It is essential that the outer diameter of the ring and the outer diameter of the peripheral wall are coordinated. In this case, determines the excess, which has the diameter of the ring in a relaxed state relative to the diameter of the peripheral wall, the biasing force, under which the ring rests against the peripheral wall of the bearing. This can therefore be adjusted by appropriate choice of the excess.
  • the sealing element is designed as a piston ring.
  • a piston ring is a common embodiment of a slotted ring, which is also available as a standard component.
  • the piston ring is preferably made of a cast or steel material.
  • the piston ring is not circular in the relaxed state, but rather has a defined, non-circular shape. This is designed so that the
  • Piston ring assumes a circular shape under bias in its mounting position in the bearing, wherein it rests close to the peripheral wall of the bearing.
  • the piston ring in its mounting position under bias assumes a shape which, although not circular, but corresponds to the geometry of the peripheral wall of the bearing, if this is also not circular. In any case, it is ensured that the piston ring along its entire circumference - with the exception of the ring impact - tight and sealing under prestress on the
  • Peripheral wall is applied.
  • sealing element which is designed as a snap ring. Again, this is a common embodiment of a slotted ring, which is also available as a standard part.
  • this preferably comprises a metal or a metal alloy, particularly preferably the ring consists of metal or a metal alloy. It turns out that the ring has no soft or due to its material properties elastic material, but that he has due to its slit shape due to its elasticity, which allows him to rest on the one hand under pretension on the peripheral wall of the bearing and on the other hand there due the sufficient rigidity of the Fix the material under tension. It requires no support.
  • the housing has a bearing recess in which a bearing bush is arranged.
  • the bearing comprises the bearing recess arranged in the housing and the bearing bush.
  • the bearing bush has a receiving area for the shaft end, in which it is mounted. It is therefore not stored directly in the housing, but rather in the receiving area of the bearing bush.
  • the housing does not have to include or consist of this comparatively expensive material altogether, but rather may be formed from a less expensive material.
  • the sealing element preferably surrounds the bushing partially. It is preferably not with its inner circumference on an outer circumference of the bearing bush, but rather is arranged at a radial distance to this.
  • the peripheral wall of the bearing is preferably inner
  • the sealing element is sealingly under radial prestress against the inner circumferential surface of the bearing recess.
  • a valve arrangement which is characterized in that the bearing bush has a sealing element facing the axial abutment surface.
  • a spring element is arranged between the abutment surface and the sealing element.
  • the spring element is preferably designed as a wave spring, thus has a structure of at least one corrugated ring, preferably from a plurality of interconnected, corrugated rings, which - as seen in the axial direction - are arranged one behind the other, on.
  • Such a corrugated spring has a comparatively open, openwork structure and, taken by itself, can not seal the bearing with respect to the flow region.
  • the baffle plate facing the sealing element axial
  • the spring element is now on the abutment surface of the bearing bush on the one hand and on the sealing element on the other hand, wherein the sealing element bears with a first side surface on the spring element.
  • the spring element between the stop surface and the sealing element is arranged.
  • the sealing element abuts with a second side surface on the contact surface of the baffle plate.
  • the baffle plate is mounted - viewed in the axial direction - under bias.
  • the spring element supported by the abutment surface mediates pretensioning forces in the contact surface of the baffle plate via the sealing element.
  • the baffle plate is very stable stored in the valve assembly. In particular, it is insensitive to temperature variations of the valve assembly, because any positional fluctuations resulting from temperature changes at different coefficients of expansion of different materials of the valve assembly, be compensated by the axial bias under which the baffle plate is mounted.
  • a valve arrangement is also preferred, which is characterized in that the contact surface of the baffle plate extends - seen in the radial direction - to an outer circumference of the sealing element or beyond.
  • the sealing element lies with its second side surface over the entire surface of the axial contact surface.
  • Embodiment in which the abutment surface extends to the outer periphery of the sealing element increases.
  • Sealing element or even beyond extends. It is also preferred a valve arrangement, which is characterized in that it has an anti-rotation, by the rotation of the sealing element - seen in the circumferential direction - can be prevented. This is particularly important in a sealing element which is designed as a slotted ring. Namely, in this case, the sealing element has an inherent leakage in the area of the ring impact, which
  • Valve arrangement is blocked by the baffle plate. If, on the other hand, the baffle plate is arranged in its second functional position in which the flow region is released, a flow from the upstream side to the downstream side takes place anyway. Now, if the annular joint is arranged on the inflow side of the valve assembly, it can - if the baffle plate is arranged in its first functional position - a partial flow of the hot fluid flow into the camp, and from here to the downstream side and / or in the outer environment of the valve assembly reach. This can be readily prevented by positioning the ring impact defined on the downstream side. It then results in closed baffle plate no gap in the area of the inflow side, but rather an excellent seal.
  • the anti-rotation device preferably comprises a first securing element, which is provided on the sealing element, and a second securing element which is provided on the housing, on the baffle plate or on the bearing bush.
  • the first and second securing elements cooperate to prevent twisting of the sealing element.
  • Securing element is preferably designed as a recess or as a projection.
  • the second securing element is preferably formed as a projection, which cooperates with the recess formed as a first securing element.
  • the second securing element is preferably designed as a recess, which cooperates with the projection formed as a first securing element.
  • the projection engages in the recess to prevent rotation of the sealing element - seen in the circumferential direction - to prevent.
  • the projection preferably extends in the radial or in the axial direction.
  • the recess preferably also extends in the radial or in the axial direction.
  • the sealing element has no separate recess, which would be provided only for the purpose of preventing rotation, but the ring impact is rather formed as a recess for the rotation or is used as the first securing element in the form of a recess.
  • the sealing element comprises a separate recess as the first securing element for the purpose of preventing rotation.
  • a valve arrangement is preferred, which is characterized in that the first securing element is designed as a recess formed on the sealing element.
  • the first securing element is designed as a recess formed on the sealing element.
  • the ring impact of the sealing element designed as a slotted ring is used as the first securing element
  • Securing element is formed in the embodiment described here as a projection on the baffle plate.
  • the second securing element is designed as a securing pin, which is partially received in the baffle plate and - in the axial direction - projects beyond this and engages in the recess or the annular joint. In this way, a relative movement between the
  • the sealing element is pivoted with. It experiences a relative movement relative to the spring element, which is not pivoted.
  • the spring element is designed as a wave spring
  • the second securing element as a projection of the housing, preferably formed as in the housing or - preferably formed by the outside - guided by a housing bore locking pin.
  • the projection or locking pin engages in the recess formed as the first securing element of the sealing element. In this way, a relative rotation between the sealing element and the housing is prevented. At the same time a relative rotation between the sealing element and the spring element is avoided, so that no wear occurs here.
  • there is a relative movement between the baffle plate and the sealing element in particular between the contact surface of the baffle plate and the second
  • the second securing element is preferably designed as a radial projection on the bearing bush. It is particularly preferred that it is designed as a securing nose formed integrally with the bearing bush.
  • the radial projection of the bearing bush engages in the recess formed as the first securing element, in particular in the annular joint of the slotted ring, a.
  • a relative rotation between the bearing bush and thus also the housing and the sealing element is avoided. A relative rotation between the spring element and the sealing element is thus avoided.
  • Fuse element with the ring joint as the first fuse element together is preferably a - measured in the circumferential direction of the slotted ring - width of the projection, the locking pin or the locking lug smaller than the ring impact. In this way it is avoided that the slotted ring by the engagement of the
  • the second securing element is preferably introduced from the outside as a securing pin through a housing bore, it is preferably caulked with the material of the housing in order to fix it to the housing.
  • the locking pin on a pin head with a stop shoulder which is formed by that of Diameter of the pin head is greater than a guided through the housing bore pen body. In this way it is prevented that the pin falls through the housing bore into the housing.
  • the locking pin is caulked in the region of the pin head with the material of the housing. He is then held on the one hand by the abutment of the stop shoulder - preferably in a countersunk bore of the housing - and on the other hand by the caulking to the housing.
  • valve arrangement which is characterized in that it has two bearings for two - viewed along a longitudinal direction of the shaft - opposite shaft ends.
  • the valve assembly thus comprises a first bearing in which a first shaft end of the shaft is mounted, and a - seen along the shaft - opposite, second bearing in which a second shaft end is mounted.
  • both bearings have a bearing bush.
  • both bearings are sealed by a sealing element which rests under radial bias on a peripheral wall of the respective bearing.
  • the two bearings are preferably identical or at least designed so that one of the configurations described here is implemented for each bearing.
  • the two sealing elements are preferably identical and / or designed according to at least one of the embodiments described above.
  • a valve arrangement is preferred, which is characterized in that a first bearing bush of a first bearing has an open to an environment of the valve assembly receiving area for supporting the first shaft end. A seal of the environment relative to the flow region takes place in the region of this first bearing only by the sealing element. A second bearing bush of the second bearing preferably has a closed to the environment of the valve assembly
  • Receiving area for storage of the second shaft end is already sealed by the closed receiving area against the outside environment.
  • the sealing element is additionally achieved by the sealing element with respect to the flow region, a sealing effect, so that the hot fluid flow can not flow over the receiving area in the external environment.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an example of a valve assembly
  • Fig. 2 is a schematic representation of a first embodiment of a
  • FIG. 3 shows an embodiment of a sealing element for a valve arrangement
  • FIG. 4 shows a detailed representation of a second embodiment of a valve arrangement
  • Fig. 5 is a detail view of a third embodiment of a
  • Fig. 6 is a three-dimensional view of a bearing bush for a fourth
  • Embodiment of a valve arrangement Embodiment of a valve arrangement.
  • FIG. 1 shows an example of a valve arrangement 1 according to the prior art.
  • Internal combustion engine comprising a baffle plate 3, the rotationally fixed on a shaft. 5
  • the baffle plate 3 is integral with the shaft fifth
  • the shaft 5 has two shaft ends 7, 9, wherein the first shaft end 7 is pivotally mounted in a first bearing 11, and wherein the second shaft end 9 is pivotally mounted in a second bearing 13.
  • the second shaft end 9 is formed as a stub shaft, wherein the shaft 5 in the
  • the first shaft end 7 preferably extends beyond the in
  • Figure 1 shown region - seen in the axial direction - beyond the first bearing 11 addition - in Figure 1 to the left - where it preferably with a pivoting device
  • the pivoting device is preferably designed as an electric motor, wherein the shaft end 7 represents an output shaft of the electric motor or with a
  • Output shaft of the electric motor is operatively connected.
  • the first bearing 11 and the second bearing 3 are in a housing 15 of the
  • Valve arrangement 1 is arranged.
  • the housing 15 comprises a flow region 7, the flow cross-section in a conventional manner by pivoting the
  • Baffle plate 3 can be changed. In particular, it is preferably possible, the flow area 17 by means of the baffle plate 3 in a first functional position
  • the baffle plate 3 In the first functional position, the baffle plate 3 is substantially in the image plane of Figure 1, while it is arranged in its second functional position substantially perpendicular to the image plane of Figure 1.
  • arbitrary, continuous functional positions of the baffle plate 3 are adjustable between them, so that the flow cross-section of the flow region 17 is infinitely variable.
  • valve assembly 1 and the baffle plate 3 are flowed through from an inflow side by the hot fluid flow, the leaves the valve assembly 1 at least partially open baffle plate 3 on a downstream side again.
  • the bearings 11, 13 are preferably identical, so that in the following only one of the bearings, in particular the first bearing 11, will be described in detail, while in relation to the other bearing, in particular the second bearing 13, only possibly existing differences will be explained , In particular, the following applies to the second bearing 13, which is carried out below for the first bearing 11.
  • the sealing element 19 is in the one in Figure 1
  • Metal ring formed essentially a sealing function - seen in the axial direction - exerts. Seen in the radial direction, on the other hand, due to the closed, solid design of the sealing element 19 inevitably results in a gap 21 to a peripheral wall 23 of the bearing 11. In particular, a arranged on an inflow side of the flow region 17 fluid can penetrate through the gap 21 in the bearing 11 and so - again on the gap 21 - reach the downstream side. The valve assembly 1 is not completely sealed even when the baffle plate 3 is arranged in its first functional position.
  • the first bearing 11 has a bearing bush 25, which is arranged in a bearing recess 27 of the housing 15.
  • the first shaft end 7 is mounted in the bearing bush 25.
  • the bearing bush 25 has a receiving region 29, in which the first shaft end 7 is arranged.
  • the receiving area 29 is in the case of the first
  • the second bearing 13 which here has a second bearing bush 31.
  • This comprises a second receiving region 33, which is closed to an environment of the valve assembly 1 through a preferably integrally formed with the bearing bush 31 cover 35.
  • the second bearing 13 there is therefore only one leakage from the inflow side to the outflow side of the valve arrangement 1, but not to the external environment.
  • the object of the invention is, in particular, to improve the tightness of the valve arrangement 1.
  • FIG. 2 shows a schematic view corresponding to the representation according to FIG. 1
  • Embodiment preferably identically formed to the example of the valve arrangement shown in Figure 1, so that in this respect to the preceding
  • Fixed valve assembly 1 from the upstream side to the downstream side and to the outside environment.
  • the sealing element 19 is in the embodiment shown in Figure 2 as - seen in the radial direction - compressible ring 39, in particular as a slotted ring with a ring impact, not shown in Figure 2, particularly preferably designed as a piston ring or as a snap ring.
  • the ring 39 preferably comprises a metal or a metal alloy, or preferably consists of one of the materials mentioned.
  • the first shaft end 7 engages around with a radial distance, so does not rest on this or is supported by this. In the illustrated embodiment, he encompasses at the same time
  • the sealing element 19 holds only by its own bias on the peripheral wall 23, wherein it is not supported or supported by another element. This is possible because the sealing element 19 is preferably formed from a per se, less elastic, rigid material, wherein it receives its elasticity by its geometric structure, in particular by the annular joint of the ring 39.
  • peripheral wall 23 of the first bearing 11 is designed as an inner peripheral surface of the bearing recess 29.
  • the first bearing 11 has a spring element 41, which serves to the shaft fifth
  • the spring element 41 is formed as a wave spring. In this case, it has a broken, open structure.
  • the fluid flows via the gap 21 and the perforated structure of the sealing element 19 further into the receiving region 29, from which it can reach the external environment of the valve arrangement 1. This is at the
  • Embodiment according to Figure 2 is no longer possible, since the gap 21 is closed and thus no longer available.
  • the bearing bush 25 has an axial abutment surface 43 against which the spring element 41 abuts. On the opposite side, viewed in the axial direction, the spring element 41 strikes a first side surface 45 of the sealing element 19. The Spring element 41 is therefore - seen in the axial direction - between the
  • Stop surface 43 and the sealing element 19 is arranged.
  • the baffle plate 3 has a sealing element 19 facing, axial bearing surface 47 on which the sealing element 19 abuts with a second side surface 49. In this way, the baffle plate 3 - viewed in the axial direction - mounted under bias by the spring element 41 is at least slightly compressed in the assembled state.
  • first bearing 11 and the second bearing 13 are preferably of essentially identical design, so that everything that is performed here and below on the first bearing 11 also applies to the second bearing 13 applies.
  • a difference between the first bearing 11 and the second bearing 13 results in so far as here the second bearing bush 31 has a closed receiving portion 33 which is closed by the lid 35 to the outer environment of the valve assembly 1 out.
  • the axial abutment surface 47 on the baffle plate 3 is formed such that it extends beyond the circumferential surface 37 of the sealing element 19 - viewed in the radial direction - extends beyond.
  • the sealing element 19 in this embodiment is exclusively in the area of the outer Peripheral surface 37 flows. An inflow surface of the sealing element 19 is thus effectively reduced, whereby the tightness of the valve assembly 1 is improved.
  • sealing element 19 designed as a slit ring, it can be seen that its annular abutment is defined in particular in order to ensure adequate sealing of the valve arrangement 1 with respect to an external environment
  • Receiving area 29 passes and finally flows from there into the outer environment of the valve assembly 1. This is excluded if the ring impact on the
  • the first bearing 11 preferably comprises an anti-rotation device, with the aid of which a rotation of the sealing element 19 - seen in the circumferential direction - can be prevented.
  • Embodiment a corresponding rotation not necessary for sealing against the external environment, because this is already ensured by the lid 35.
  • an anti-twist device is preferably also arranged in the region of the second bearing 13. This is preferably formed as one of the embodiments of the rotation in the region of the first bearing 11, which are explained below.
  • the anti-rotation device comprises a first securing element 53 that on the
  • Embodiment designed as a recess 55 This one is here as separate
  • Recess formed which is not identical to the ring impact.
  • the ring impact is used as the first securing element 53, wherein it is also formed in this respect as a recess.
  • the anti-rotation device further comprises a second securing element 57, which here as cooperating with the recess 55 in the form of a projection in the
  • Baffle plate 3 received locking pin 59 is formed. It is the Secured pin 59 in particular partially received in a bore, which is introduced into the contact surface 47. He stands over - seen in the axial direction - on the contact surface 47 and engages in the recess 55 a.
  • Seal member 19 together with this, wherein a relative movement between the sealing element 19 and the spring element 41 takes place. This results in a comparatively strong wear, in particular in the region of the spring element 41.
  • FIG 3 shows an embodiment of the sealing element 19, which is designed here as a slotted ring 39, in particular as a piston ring or as a snap ring.
  • the ring 39 has an annular joint 61, ie an opening - seen in the circumferential direction - wherein a width of the annular joint - measured in the circumferential direction - is generally also referred to by the term "ring impact.”
  • ring impact In a preferred embodiment of the ring 39 is the width of Ring impact or the ring joint 61 61 mm at most.
  • the width of the ring 39 is preferably at least 2.5 mm.
  • the ring 39 is designed to be elastic or compressible when viewed in the radial direction, wherein it can be compressed in the radial direction, in which the two ends of the ring 39 lying opposite one another in the region of the annular joint 61 are superimposed on one another , In this case, the ring impact 61 is reduced.
  • An outer diameter of the ring 39 is preferably tuned to an inner diameter of the peripheral wall 23 such that the ring 39 is biased against the peripheral wall 23. So he is not relaxed in the assembled state, and the ring joint 61 does not have its maximum width, which it assumes in a relaxed state.
  • the ring 39 is formed out of round in the relaxed state, that is contrary to the representation of Figure 3 has no circular geometry.
  • it is geometrically tuned to the peripheral wall 23 that it assumes a circular geometry under bias and thereby applies tightly with the outer peripheral surface 37 under bias to the circular peripheral wall 23.
  • the ring 39 under bias does not assume a circular geometry, but is sealed with the outer peripheral surface 37 to the likewise non-circular peripheral wall 23 applies.
  • the ring 39 and the peripheral wall 23 are geometrically matched to one another such that the ring 39 in the mounted state under tight conditions on the peripheral wall 23 is tight.
  • FIG. 4 shows a detailed representation of a second exemplary embodiment of the invention
  • the anti-rotation comprises here the second securing element 57, which in turn is designed as a locking pin 59, which is, however, received here in a bore which is introduced into the peripheral wall 23 and thus into the housing 15.
  • the locking pin 59 is therefore partially received in the housing 15. He stands - seen in the radial direction - on the peripheral wall 23 and protrudes into serving as a first securing element annular joint of the ring 39 inside. While in the embodiment according to Figure 2, the locking pin 59 extends in the axial direction, it therefore extends in the embodiment of Figure 4 in the radial direction.
  • Seal member 19 rotatably connected to the housing 15. This will be a
  • a standard part is preferably used. If this has a corresponding length, it may be necessary to provide a recess 63 in the area of the bearing bush 25, 31, which is preferably in the form of an annular ring
  • Circumferentially extending recess 63 is formed so that it does not depend on an exact bearing alignment between the bearing bush 25, 31 and the locking pin 59.
  • FIG. 5 shows a detailed representation of a third exemplary embodiment of the invention
  • the locking pin 59 is in this embodiment by a Housing bore 65 introduced from the outside in serving as a first securing element annular joint 61.
  • the locking pin 59 has a in the annular joint 61st
  • Housing bore 65 recorded pin head 69. Characterized in that the pin head 69 rests in the countersunk area, it is avoided that the locking pin 59 can fall through the housing bore 65 in the annular joint 61. Preferably, the locking pin 59, in particular the pin head 69, caulked with material of the housing 15 so that it is securely and firmly held on the housing 15.
  • Figure 6 shows an embodiment of the bearing bush 25, 31 for a fourth
  • this has a projection 71, which is formed as a one-piece with the bearing bush 25, 31 formed locking nose 73. This engages in the mounted state in the recess formed as a first securing element on the sealing element 19, preferably in the annular joint 61 of the slotted ring 39 a. As a result, a relative rotation between the
  • Exemplary embodiment according to FIG. 6 has the advantage that it requires no separate second securing element, in particular no securing pin. As a result, logistical costs and process steps in the production of the valve assembly 1 can be saved.
  • a width of the projection in particular as a safety catch 73 or as
  • Locking pin 59 formed second securing element 57 is - in
  • Securing nose 73 is mechanically loaded.
  • valve assembly 1 is particularly dense, wherein both a tightness between an inflow side and an outflow side and a tightness to an external environment of the valve assembly 1 is improved.

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Abstract

Ventilanordnung (1) für heiße Fluidströme, insbesondere für Abgas einer Brennkraftmaschine, mit einer Stauscheibe (3), die mit einer Welle (5) schwenkbar in einem Lager (11,13) in einem Gehäuse (15) der Ventilanordnung (1) gelagert ist, sodass ein Strömungsquerschnitt eines Strömungsbereichs (17) der Ventilanordnung durch Schwenken der Stauscheibe (3) veränderbar ist, wobei das Lager (11,13) durch ein Dichtelement (19) gegenüber dem Strömungsbereich der Ventilanordnung (1) gedichtet ist, vorgeschlagen. Die Ventilanordnung (1) zeichnet sich dadurch aus, dass das Dichtelement (19) - in radialer Richtung gesehen - elastisch ausgebildet ist, wobei es an einer Umfangswandung (23) des Lagers (11,13) unter radialer Vorspannung anliegt.

Description

Ventilanordnung
Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für heiße Fluidströme, insbesondere für Abgas einer Brennkraftmaschine, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ventilanordnungen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Aus der europäischen Patentschrift EP 0 026 935 B1 geht eine Absperrklappe hervor, die als Ventilanordnung für heiße Fluidströme ausgebildet ist. Diese umfasst eine Stauscheibe, die mit einer Welle schwenkbar in einem Lager gelagert ist, welches in einem Gehäuse der Ventilanordnung angeordnet ist. In der Ventilanordnung ist ein Strömungsbereich ausgebildet, durch den ein heißer Fluidstrom, insbesondere Abgas einer Brennkraftmaschine, strömen kann. Ein Strömungsquerschnitt des Strömungsbereichs ist dadurch veränderbar, dass die
Stauscheibe zusammen mit der Welle um eine durch die Welle definierte Schwenkachse geschwenkt wird. Dabei sind typischerweise das Gehäuse und die Stauscheibe geometrisch derart aufeinander abgestimmt, dass die Stauscheibe den Strömungsbereich in einer ersten Funktionsstellung vollständig sperrt, sodass kein Fluid von einer
Anströmseite zu einer Abströmseite der Ventilanordnung strömen kann. In einer zweiten Funktionsstellung ist die Stauscheibe vorzugsweise so angeordnet, dass ihr
Strömungswiderstand in dem Strömungsbereich minimal ist. Dabei ist insbesondere ein auf einer Stirnfläche der Stauscheibe senkrecht stehender Normalenvektor im
Wesentlichen senkrecht zu einer Strömungsrichtung des heißen Fluidstroms angeordnet. Typischerweise ist die Anordnung der Stauscheibe zwischen der ersten und der zweiten Funktionsstellung stufenlos wählbar. Das Lager, in welchem die Welle in dem Gehäuse gelagert ist, ist durch ein Dichtelement gegenüber dem Strömungsbereich der
Ventilanordnung gedichtet. Dabei weist das Dichtelement der Ventilanordnung gemäß der EP 0 026 935 B1 zwei gegenüberliegende, Wellenenden der Welle abdichtend
konzentrisch umfassende Augen auf, die einstückig an einem Dichtring angeordnet sind. Es ist auch bekannt, das Lager mittels eines starren Metallrings zu dichten, welcher ein Wellenende oder einen Wellenstummel der Welle umgreift. Dabei zeigt sich, dass im Bereich eines äußeren Umfangs des Metallrings stets radiale Spaltmaße vorhanden sind, sodass das Lager in diesem Bereich nicht vollständig gegenüber dem Strömungsbereich und insbesondere gegenüber einer Anströmseite der Ventilanordnung abgedichtet ist. Es ist daher möglich, dass der heiße Fluidstrom teilweise über einen Spalt von der
Anströmseite her in das Lager eintritt und auf der Abströmseite wieder in den
Strömungsbereich austritt. Es besteht in diesem Fall keine ausreichende Dichtung zwischen dem Abströmbereich und dem Anström bereich der Ventilanordnung. Je nach Ausgestaltung des Lagers ist es auch möglich, dass der heiße Fluidstrom teilweise über das Lager in eine Umgebung der Ventilanordnung gelangt, sodass diese nach außen undicht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung zu schaffen, bei welcher die genannten Nachteile nicht auftreten. Insbesondere soll eine Ventilanordnung geschaffen werden, die eine verbesserte Abdichtung sowohl der Anströmseite gegenüber der Abströmseite als auch des Strömungsbereichs gegenüber einer Umgebung der Ventilanordnung aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst, indem eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass das Dichtelement - in radialer Richtung gesehen - elastisch ausgebildet ist, wobei es an einer Umfangswandung des Lagers unter radialer Vorspannung anliegt. Hierdurch wird ein radialer Spalt im
Umfangsbereich des Dichtelements beziehungsweise im Bereich der Umfangswandung des Lagers vermieden, weil das Dichtelement sich unter Vorspannkräften eng an die Umfangswandung des Lagers anschmiegt. Das Lager ist auf diese Weise wirksam gegen den Strömungsbereich gedichtet, sodass ein Überströmen eines Fluidstroms von der Anströmseite der Ventilanordnung über das Lager zu deren Abströmseite sicher vermieden wird. Zusätzlich ist auch die äußere Umgebung der Ventilanordnung wirksam gegenüber dem Strömungsbereich gedichtet, sodass keine Leckströmung des heißen Fluidstroms über das Lager in die Umgebung der Ventilanordnung auftritt.
Mit einer axialen Richtung ist generell eine Richtung angesprochen, die sich in Richtung der Längserstreckung der Welle beziehungsweise in Richtung einer Schwenkachse erstreckt, um welche die Welle und die Stauscheibe schwenken. Mit einer radialen Richtung ist eine Richtung angesprochen, die auf der axialen Richtung senkrecht steht. Mit einer Umfangsrichtung ist eine Richtung angesprochen, welche die axiale Richtung konzentrisch umgreift.
Die Ventilanordnung kann auf verschiedene Weise ausgebildet beziehungsweise für verschiedene Zwecke einsetzbar sein. Ein Ausführungsbeispiel der Ventilanordnung ist als Abgasrückführ-Klappe zur Steuerung oder Regelung einer rückgeführten
Abgasströmung in einer Brennkraftmaschine ausgebildet. Ein anderes
Ausführungsbeispiel der Ventilanordnung ist als Stauklappe für eine Motorbremse einer Brennkraftmaschine ausgebildet, wobei mithilfe der schwenkbaren Stauscheibe ein Abgasgegendruck in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine variierbar ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Ventilanordnung als Drosselklappe für eine
Brennkraftmaschine ausgebildet. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die
Ventilanordnung als Bypassklappe zur Steuerung oder Regelung einer Fluidströmung entlang eines Bypasses um ein Funktionselement herum ausgebildet, insbesondere als Bypassklappe für eine Brennkraftmaschine, beispielsweise zur Umgehung eines
Katalysators. Auch die Verdichterleistung eines Turboladers kann mithilfe eines
Bypasses, der den Turbolader umgeht, sowie einer darin angeordneten Bypassklappe gesteuert oder geregelt werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die
Ventilanordnung als akustisches Element insbesondere für einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Dabei ist es möglich, die Stauscheibe der
Ventilanordnung mithilfe einer Antriebseinrichtung derart insbesondere periodisch zu verschwenken, dass entweder vorhandene Geräusche in dem Abgasstrang gedämpft werden, indem vorzugsweise entsprechend phasenverschobene Gegengeräusche durch die Ventilanordnung erzeugt werden, oder wobei mithilfe der Ventilanordnung ein bestimmter Klang, insbesondere im Rahmen eines sogenannten Sounddesigns, erzeugbar ist. Beispielsweise kann auf Anforderung eines Kraftfahrers ein besonders aggressiver, röhrender Klang einer Auspuffanlage mithilfe einer als Geräuschquelle ausgebildeten Ventilanordnung, die in dem Abgasstrang angeordnet ist, erzeugt werden.
Es wird eine Ventilanordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das
Dichtelement als - in radialer Richtung gesehen - kompressibler Ring ausgebildet ist. Dies ist eine besonders einfache und elegante Möglichkeit, ein Dichtelement zu verwirklichen, welches - in radialer Richtung gesehen - elastisch ausgebildet ist. Bevorzugt umgreift der kompressible Ring ein in dem Lager gelagertes Wellenende der Welle mit radialem Abstand. Dies bedeutet, dass der kompressible Ringe eine äußere Umfangsfläche des Wellenendes nicht berührt, sondern vielmehr in einem - in radialer Richtung gemessenen - Abstand hierzu angeordnet ist. Auf diese Weise werden
Reibungskräfte zwischen dem Ring und dem Wellenende vermieden, so dass die
Schwenkbewegung der Stauscheibe leichtgängig ausgestaltet ist. Dabei zeigt sich, dass der kompressible Ring zwar - in radialer Richtung gesehen - elastisch ausgebildet sein muss, sodass er unter Vorspannung an der Umfangswandung des Lagers anliegt, wobei er zugleich aber hinreichend steif ausgebildet sein muss, um unter den eigenen
Vorspannkräften derart gegen die Umfangswandung gedrängt zu werden, dass er sich dort stabil hält. Er wird nämlich nicht von der Welle getragen, sondern stützt sich vielmehr quasi aus eigener Kraft, nämlich unter seiner elastischen Vorspannung, an der
Umfangswandung des Lagers mit radialem Abstand zu dem Wellenende ab. Es ist offensichtlich, dass bei dieser Ausgestaltung kein Material für den Ring infrage kommt, welches zu weich wäre, als dass dieser sich ohne Unterstützung durch ein ihn tragendes Element selbst gegen die Umfangswandung verspannen könnte.
Es wird eine Ventilanordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das
Dichtelement als geschlitzter Ring mit einem Ringstoß ausgebildet ist. Dabei spricht der Begriff„Ringstoß" eine Unterbrechung beziehungsweise Öffnung des Rings - in
Umfangsrichtung gesehen - an. Der Begriff„Ringstoß" bezeichnet zugleich die Öffnung selbst als auch deren - in Umfangsrichtung gemessene - Breite, die auch als Maulweite bezeichnet wird. Ein geschlitzter, einen Ringstoß aufweisender Ring ist aufgrund seiner geometrischen Struktur elastisch, selbst wenn er aus einem vergleichsweise steifen, inkompressiblen Material gefertigt ist. Er kann nämlich im Bereich des Ringstoßes komprimiert werden, wobei die - im Bereich des Ringstoßes - einander
gegenüberliegenden Enden des offenen Rings aufeinander zu verlagert werden. Der Durchmesser des geschlitzten Rings wird so gewählt, dass er in entspanntem Zustand größer ist als der Durchmesser der Umfangswandung des Lagers, an welcher der Ring in montiertem Zustand mit seinem äußeren Umfang anliegt. Es ist dann möglich, den Ring zunächst zu komprimieren und in das Lager einzuführen, wo er positioniert und schließlich entlastet wird, sodass er sich, da er sich nicht vollständig in seine entspannte Position ausdehnen kann, unter Vorspannung dicht an die Umfangswandung anlegt. Er ist demnach in komprimiertem Zustand in dem Lager angeordnet. Alternativ zu der Wahl eines Rings, dessen Durchmesser auf den Durchmesser der Umfangswandung des Lagers entsprechend abgestimmt ist, ist es auch möglich, einen Standardring zu wählen und bei der Fertigung der Ventilanordnung den Durchmesser der Umfangswandung des Lagers entsprechend auf die Maße des Standardrings abzustimmen. Wesentlich ist, dass der Außendurchmesser des Rings und der Außendurchmesser der Umfangswandung aufeinander abgestimmt sind. Dabei bestimmt das Übermaß, welches der Durchmesser des Rings in entspanntem Zustand gegenüber dem Durchmesser der Umfangswandung aufweist, die Vorspannkraft, unter welcher der Ring an der Umfangswandung des Lagers anliegt. Diese kann daher durch entsprechende Wahl des Übermaßes eingestellt werden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Dichtelement als Kolbenring ausgebildet. Bei einem Kolbenring handelt es sich um ein gängiges Ausführungsbeispiel eines geschlitzten Rings, welches auch als Standardbauteil erhältlich ist. Der Kolbenring ist vorzugsweise aus einem Guss- oder Stahlwerkstoff gefertigt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Kolbenring in entspanntem Zustand nicht kreisrund, sondern weist vielmehr eine definierte, unrunde Form auf. Diese ist so gestaltet, dass der
Kolbenring unter Vorspannung in seiner Montageposition in dem Lager eine kreisrunde Form annimmt, wobei er dicht an der Umfangswandung des Lagers anliegt. Alternativ ist es auch möglich, dass der Kolbenring in seiner Montageposition unter Vorspannung eine Form annimmt, die zwar nicht kreisrund ist, jedoch der Geometrie der Umfangswandung des Lagers entspricht, wenn diese ebenfalls nicht kreisrund ausgebildet ist. Jedenfalls wird so gewährleistet, dass der Kolbenring entlang seines gesamten Umfangs - mit Ausnahme des Ringstoßes - fest und dichtend unter Vorspannung an der
Umfangswandung anliegt.
Es wird auch ein Dichtelement bevorzugt, welches als Sprengring ausgebildet ist. Auch hierbei handelt es sich um ein gängiges Ausführungsbeispiel eines geschlitzten Rings, welches ebenfalls als Standardteil erhältlich ist.
Unabhängig von der konkreten Ausbildung des Rings umfasst dieser vorzugsweise ein Metall oder eine Metalllegierung, besonders bevorzugt besteht der Ring aus Metall oder einer Metalllegierung. Dabei zeigt sich, dass der Ring kein weiches beziehungsweise aufgrund seiner Materialeigenschaften elastisches Material aufweist, sondern dass er durch seine geschlitzte Form aufgrund seiner Struktur eine Elastizität aufweist, die es ihm ermöglicht, einerseits unter Vorspannung an der Umfangswandung des Lagers anzuliegen und sich andererseits dort aufgrund der ausreichenden Steifigkeit des Materials selbst unter Vorspannung zu fixieren. Es bedarf dabei keiner Stütze.
Insbesondere ist es nicht erforderlich, dass der Ring mit seinem inneren Umfang den äußeren Umfang des Wellenendes berührt, wodurch andernfalls Reibung entstünde, welche die Verschwenkbarkeit der Stauscheibe beeinträchtigen würde.
Es wird auch eine Ventilanordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Gehäuse eine Lagerausnehmung aufweist, in der eine Lagerbuchse angeordnet ist. Das Lager umfasst insoweit die in dem Gehäuse angeordnete Lagerausnehmung und die Lagerbuchse. Die Lagerbuchse weist einen Aufnahmebereich für das Wellenende auf, in welchem dieses gelagert ist. Es ist demnach nicht unmittelbar in dem Gehäuse gelagert, sondern vielmehr in dem Aufnahmebereich der Lagerbuchse. Dies hat den Vorteil, dass für das Gehäuse ein Material gewählt werden kann, welches zur Durchleitung eines heißen Fluidstroms geeignet ist, während es nicht zwingend günstige Eigenschaften für die Lagerung des Wellenendes aufweist. Insbesondere ist es möglich, für das Gehäuse ein Material zu wählen, welches in der Paarung mit dem Wellenende ungünstige tribologische Eigenschaften aufweist. Demgegenüber kommt die Lagerbuchse nicht oder höchstens in vernachlässigbarem Umfang in Kontakt mit dem heißen Fluidstrom. Das Material der Lagerbuchse kann daher abgestimmt werden auf die tribologischen
Eigenschaften in der Paarung mit dem Wellenende. Insbesondere, wenn für die
Lagerbuchse ein vergleichsweise teures Material verwendet wird, ist es vorteilhaft, dass das Gehäuse nicht insgesamt dieses vergleichsweise teure Material umfassen oder aus diesem bestehen muss, sondern vielmehr aus einem kostengünstigeren Material ausgebildet sein kann. Das Dichtelement umgreift vorzugsweise die Lagerbuchse bereichsweise. Dabei liegt es bevorzugt mit seinem inneren Umfang nicht an einem äußeren Umfang der Lagerbuchse an, sondern ist vielmehr in einem radialen Abstand zu dieser angeordnet. Die Umfangswandung des Lagers ist vorzugsweise als innere
Umfangsfläche der Lagerausnehmung ausgebildet und umgreift insoweit die
Lagerbuchse. Das Dichtelement liegt dichtend unter radialer Vorspannung an der inneren Umfangsfläche der Lagerausnehmung an.
Es wird auch eine Ventilanordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Lagerbuchse eine dem Dichtelement zugewandte, axiale Anschlagsfläche aufweist. Dabei ist - in axialer Richtung gesehen - zwischen der Anschlagsfläche und dem Dichtelement ein Federelement angeordnet. Das Federelement ist vorzugsweise als Wellfeder ausgebildet, weist also eine Struktur aus mindestens einem gewellten Ring, vorzugsweise aus einer Mehrzahl miteinander verbundener, gewellter Ringe, die - in axialer Richtung gesehen - hintereinander angeordnet sind, auf. Eine solche Wellfeder weist eine vergleichsweise offene, durchbrochene Struktur auf und vermag für sich genommen insoweit nicht, das Lager gegenüber dem Strömungsbereich zu dichten.
Vorzugsweise weist die Stauscheibe eine dem Dichtelement zugewandte, axiale
Anlagefläche auf. Das Federelement liegt nun an der Anschlagsfläche der Lagerbuchse einerseits und an dem Dichtelement andererseits an, wobei das Dichtelement mit einer ersten Seitenfläche an dem Federelement anliegt. Insoweit ist das Federelement zwischen der Anschlagsfläche und dem Dichtelement angeordnet. Das Dichtelement liegt mit einer zweiten Seitenfläche an der Anlagefläche der Stauscheibe an. Hierdurch ist die Stauscheibe insgesamt - in axialer Richtung gesehen - unter Vorspannung gelagert. Insbesondere leitet das von der Anschlagsfläche abgestützte Federelement vermittelt über das Dichtelement Vorspannkräfte in die Anlagefläche der Stauscheibe ein. Auf diese Weise ist die Stauscheibe sehr stabil in der Ventilanordnung gelagert. Insbesondere ist sie unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen der Ventilanordnung, weil etwaige Lageschwankungen, die sich durch Temperaturänderungen bei verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten verschiedener Materialien der Ventilanordnung ergeben, durch die axiale Vorspannung ausgeglichen werden, unter der die Stauscheibe gelagert ist.
Es wird auch eine Ventilanordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Anlagefläche der Stauscheibe sich - in radialer Richtung gesehen - bis zu einem äußeren Umfang des Dichtelements oder darüber hinaus erstreckt. Hierdurch liegt das Dichtelement mit seiner zweiten Seitenfläche vollflächig an der axialen Anlagefläche an. Dies hat den Vorteil, dass eine Anströmfläche, mit welcher das Dichtelement in Kontakt mit dem heißen Fluidstrom kommt, minimiert wird. Erstreckt sich dagegen die
Anlagefläche nicht bis zu einem äußeren Umfang des Dichtelements, wird dieses nicht nur im Bereich seines äußeren Umfangs, sondern auch im Bereich seiner der
Anlagefläche zugewandten, zweiten Seitenfläche mit dem heißen Fluidstrom
beaufschlagt. Hierdurch ist die Anströmfläche im Vergleich zu einem
Ausführungsbeispiel, bei welchem die Anlagefläche sich bis zu dem äußeren Umfang des Dichtelements erstreckt, vergrößert. Je kleiner jedoch die Anströmfläche, desto besser gestaltet sich die Dichtwirkung. Daher trägt es wesentlich zur Dichtung des Lagers bei, wenn sich die Anlagefläche der Stauscheibe bis zu einem äußeren Umfang des
Dichtelements oder sogar darüber hinaus erstreckt. Es wird auch eine Ventilanordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass sie eine Verdrehsicherung aufweist, durch die eine Verdrehung des Dichtelements - in Umfangsrichtung gesehen - verhinderbar ist. Dies ist insbesondere wesentlich bei einem Dichtelement, das als geschlitzter Ring ausgebildet ist. Das Dichtelement weist in diesem Fall nämlich im Bereich des Ringstoßes eine inhärente Undichtigkeit auf, die
strukturbedingt nicht beseitigt werden kann. Es ist offensichtlich, dass die Abströmseite gegenüber der Anströmseite der Ventilanordnung nur in der ersten Funktionsstellung der Stauscheibe gedichtet werden muss, wenn nämlich der Strömungspfad durch die
Ventilanordnung von der Stauscheibe gesperrt wird. Ist die Stauscheibe dagegen in ihrer zweiten Funktionsstellung angeordnet, in welcher der Strömungsbereich freigegeben ist, findet ohnehin eine Strömung von der Anströmseite zur Abströmseite statt. Ist nun der Ringstoß auf der Anströmseite der Ventilanordnung angeordnet, kann über ihn - wenn die Stauscheibe in ihrer ersten Funktionsstellung angeordnet ist - ein Teilstrom des heißen Fluids in das Lager einströmen, und von hier auf die Abströmseite und/oder in die äußere Umgebung der Ventilanordnung gelangen. Dies kann ohne Weiteres verhindert werden, indem der Ringstoß definiert auf der Abströmseite positioniert wird. Es ergibt sich dann bei geschlossener Stauscheibe keinerlei Spalt im Bereich der Anströmseite, sondern vielmehr eine hervorragende Dichtung. Auf der Abströmseite ist in diesem Betriebszustand der Ventilanordnung kein heißer Fluidstrom vorhanden, sodass kein Teilstrom über den auf der Abströmseite angeordneten Ringstoß abfließen kann. Ist die Stauscheibe geöffnet, also in ihrer zweiten Funktionsstellung angeordnet, durchsetzt der heiße Fluidstrom den Strömungsbereich, wobei die Hauptströmung entlang einer Leitung für den heißen Fluidstrom, beispielsweise entlang eines Abgasrohrs, erfolgt. Eine eventuelle, kleine Leckage über den abströmseitig angeordneten Ringstoß in eine äußeren Umgebung des Lagers ist marginal und vernachlässigbar.
Damit zeigt sich, dass der Ringstoß in einer definierten Position abströmseitig angeordnet sein sollte, wobei vorzugsweise mithilfe der Verdrehsicherung vermieden wird, dass er sich in unkontrollierter Weise auf die Anströmseite dreht. Die Verdrehsicherung umfasst vorzugsweise ein erstes Sicherungselement, das an dem Dichtelement vorgesehen ist, und ein zweites Sicherungselement, das an dem Gehäuse, an der Stauscheibe oder an der Lagerbuchse vorgesehen ist. Das erste und das zweite Sicherungselement wirken zusammen, um eine Verdrehung des Dichtelements zu verhindern. Das erste
Sicherungselement ist vorzugsweise als Ausnehmung oder als Vorsprung ausgebildet. Das zweite Sicherungselement ist bevorzugt als Vorsprung ausgebildet, welcher mit dem als Ausnehmung ausgebildeten, ersten Sicherungselement zusammenwirkt. Alternativ ist das zweite Sicherungselement bevorzugt als Ausnehmung ausgebildet, die mit dem als Vorsprung ausgebildeten, ersten Sicherungselement zusammenwirkt. Dabei greift jeweils der Vorsprung in die Ausnehmung ein, um eine Verdrehung des Dichtelements - in Umfangsrichtung gesehen - zu verhindern. Hierzu erstreckt sich der Vorsprung vorzugsweise in radialer oder in axialer Richtung. Die Ausnehmung erstreckt sich vorzugsweise ebenfalls in radialer oder in axialer Richtung.
Besonders bevorzugt weist das Dichtelement keine separate Ausnehmung auf, die nur zum Zwecke der Verdrehsicherung vorgesehen wäre, sondern der Ringstoß ist vielmehr als Ausnehmung für die Verdrehsicherung ausgebildet beziehungsweise wird als erstes Sicherungselement in Form einer Ausnehmung verwendet. Alternativ oder zusätzlich ist es jedoch auch möglich, dass das Dichtelement eine separate Ausnehmung als erstes Sicherungselement zum Zwecke der Verdrehsicherung umfasst.
Es wird eine Ventilanordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das erste Sicherungselement als an dem Dichtelement ausgebildete Ausnehmung ausgebildet ist. Dabei wird - wie bereits angedeutet - vorzugsweise der Ringstoß des als geschlitzter Ring ausgebildeten Dichtelements als erstes Sicherungselement verwendet,
beziehungsweise der Ringstoß bildet das erste Sicherungselement. Das zweite
Sicherungselement ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel als Vorsprung an der Stauscheibe ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das zweite Sicherungselement als Sicherungsstift ausgebildet, der bereichsweise in der Stauscheibe aufgenommen ist und - in axialer Richtung - über diese übersteht und in die Ausnehmung beziehungsweise den Ringstoß eingreift. Auf diese Weise wird eine Relativbewegung zwischen der
Stauscheibe und dem Dichtelement, insbesondere dem geschlitzten Ring, verhindert. Wird die Stauscheibe verschwenkt, wird demnach das Dichtelement mit verschwenkt. Dabei erfährt es eine Relativbewegung gegenüber dem Federelement, welches nicht mit verschwenkt wird. Insbesondere, wenn das Federelement als Wellfeder ausgebildet ist, ergibt sich ein relativ großer Verschleiß in dem Berührungsbereich des Federelements mit dem Dichtelement. Alternativ ist das zweite Sicherungselement als Vorsprung des Gehäuses, vorzugsweise als in dem Gehäuse aufgenommener oder - vorzugsweise von außen - durch eine Gehäusebohrung geführter Sicherungsstift ausgebildet. Der Vorsprung beziehungsweise Sicherungsstift greift in die als erstes Sicherungselement ausgebildete Ausnehmung des Dichtelements ein. Auf diese Weise wird eine Relativdrehung zwischen dem Dichtelement und dem Gehäuse verhindert. Dabei wird zugleich eine Relativdrehung zwischen dem Dichtelement und dem Federelement vermieden, sodass hier kein Verschleiß auftritt. Dagegen findet eine Relativbewegung zwischen der Stauscheibe und dem Dichtelement statt, insbesondere zwischen der Anlagefläche der Stauscheibe und der zweiten
Seitenfläche des Dichtelements. In diesem Bereich ergibt sich jedoch nur ein geringer, jedenfalls aber kein kritischer Verschleiß.
Alternativ ist das zweite Sicherungselement vorzugsweise als radialer Vorsprung an der Lagerbuchse ausgebildet. Besonders bevorzugt ist es als einstückig mit der Lagerbuchse ausgebildete Sicherungsnase ausgebildet. Der radiale Vorsprung der Lagerbuchse greift in das als Ausnehmung ausgebildete erste Sicherungselement, insbesondere in den Ringstoß des geschlitzten Rings, ein. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Relativdrehung zwischen der Lagerbuchse und mithin auch dem Gehäuse und dem Dichtelement vermieden. Auch eine Relativdrehung zwischen dem Federelement und dem Dichtelement wird so vermieden. Es findet allerdings eine Relativbewegung zwischen der Stauscheibe und dem Dichtelement statt, wenn die Stauscheibe
verschwenkt wird. Diese ist jedoch in Hinblick auf einen Verschleiß nicht kritisch.
Wirkt der Vorsprung oder Sicherungsstift oder die Sicherungsnase des zweiten
Sicherungselements mit dem Ringstoß als erstem Sicherungselement zusammen, ist vorzugsweise eine - in Umfangsrichtung des geschlitzten Rings gemessene - Breite des Vorsprungs, des Sicherungsstifts oder der Sicherungsnase kleiner als der Ringstoß. Auf diese Weise wird vermieden, dass der geschlitzte Ring durch den Eingriff des
Vorsprungs, des Sicherungsstifts oder der Sicherungsnase übermäßig belastet, insbesondere aufgedehnt wird.
Ist das zweite Sicherungselement als Sicherungsstift vorzugsweise von außen durch eine Gehäusebohrung eingeführt, ist es vorzugsweise mit dem Material des Gehäuses verstemmt, um es an dem Gehäuse zu fixieren. Bevorzugt weist der Sicherungsstift einen Stiftkopf mit einer Anschlagsschulter auf, die dadurch ausgebildet ist, dass der Durchmesser des Stiftkopfs größer ist als ein durch die Gehäusebohrung geführter Stiftkörper. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Stift durch die Gehäusebohrung in das Gehäuse hineinfällt. Bevorzugt wird der Sicherungsstift im Bereich des Stiftkopfs mit dem Material des Gehäuses verstemmt. Er ist dann einerseits durch die Anlage der Anschlagsschulter - vorzugsweise in einer Senkbohrung des Gehäuses - und andererseits durch die Verstemmung an dem Gehäuse gehalten.
Es wird auch eine Ventilanordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass sie zwei Lager für zwei sich - entlang einer Längsrichtung der Welle gesehen - gegenüberliegende Wellenenden aufweist. Die Ventilanordnung umfasst also ein erstes Lager, in dem ein erstes Wellenende der Welle gelagert ist, und ein - entlang der Welle gesehen - gegenüberliegendes, zweites Lager, in dem ein zweites Wellenende gelagert ist. Vorzugsweise weisen beide Lager eine Lagerbuchse auf. Besonders bevorzugt sind beide Lager durch ein Dichtelement gedichtet, das unter radialer Vorspannung an einer Umfangswandung des jeweiligen Lagers anliegt. Insbesondere sind die beiden Lager bevorzugt identisch oder jedenfalls so ausgebildet, dass für jedes Lager eine der hier beschriebenen Konfigurationen verwirklicht ist. Ebenso sind vorzugsweise die beiden Dichtelemente identisch und/oder gemäß wenigstens einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgebildet.
Schließlich wird eine Ventilanordnung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass eine erste Lagerbuchse eines ersten Lagers einen zu einer Umgebung der Ventilanordnung offenen Aufnahmebereich zur Lagerung des ersten Wellenendes aufweist. Eine Dichtung der Umgebung gegenüber dem Strömungsbereich erfolgt im Bereich dieses ersten Lagers nur durch das Dichtelement. Eine zweite Lagerbuchse des zweiten Lagers weist vorzugsweise einen zu der Umgebung der Ventilanordnung geschlossenen
Aufnahmebereich zur Lagerung des zweiten Wellenendes auf. Hierbei ist das Lager bereits durch den geschlossenen Aufnahmebereich gegen die äußere Umgebung gedichtet. Es wird allerdings zusätzlich noch durch das Dichtelement gegenüber dem Strömungsbereich eine Dichtwirkung erzielt, sodass der heiße Fluidstrom nicht über den Aufnahmebereich in die äußere Umgebung strömen kann.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Ventilanordnung
gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer
Ventilanordnung;
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Dichtelements für eine Ventilanordnung;
Fig. 4 eine Detaildarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Ventilanordnung;
Fig. 5 eine Detaildarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer
Ventilanordnung, und
Fig. 6 eine dreidimensionale Darstellung einer Lagerbuchse für ein viertes
Ausführungsbeispiel einer Ventilanordnung.
Figur 1 zeigt ein Beispiel einer Ventilanordnung 1 gemäß dem Stand der Technik. Die
Ventilanordnung 1 für heiße Fluidströme, insbesondere für Abgas einer
Brennkraftmaschine, umfasst eine Stauscheibe 3, die drehfest auf einer Welle 5
angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Stauscheibe 3 einstückig mit der Welle 5
ausgebildet. Die Welle 5 weist zwei Wellenenden 7, 9 auf, wobei das erste Wellenende 7 in einem ersten Lager 11 schwenkbar gelagert ist, und wobei das zweite Wellenende 9 in einem zweiten Lager 13 schwenkbar gelagert ist.
Das zweite Wellenende 9 ist als Wellenstummel ausgebildet, wobei die Welle 5 in dem
Wellenstummel endet. Das erste Wellenende 7 erstreckt sich vorzugsweise über den in
Figur 1 dargestellten Bereich - in axialer Richtung gesehen - über das erste Lager 11 hinaus - in Figur 1 nach links - wo es vorzugsweise mit einer Schwenkvorrichtung
zusammenwirkt, durch welche die Welle 5 und damit auch die Stauscheibe 3 verschwenkt werden kann. Die Schwenkvorrichtung ist vorzugsweise als Elektromotor ausgebildet, wobei das Wellenende 7 eine Abtriebswelle des Elektromotors darstellt oder mit einer
Abtriebswelle des Elektromotors wirkverbunden ist.
Das erste Lager 11 und das zweite Lager 3 sind in einem Gehäuse 15 der
Ventilanordnung 1 angeordnet. Das Gehäuse 15 umfasst einen Strömungsbereich 7, dessen Strömungsquerschnitt in an sich bekannter Weise durch Schwenken der
Stauscheibe 3 verändert werden kann. Insbesondere ist es dabei bevorzugt möglich, den Strömungsbereich 17 mittels der Stauscheibe 3 in einer ersten Funktionsstellung
vollständig zu verschließen und in einer zweiten Funktionsstellung maximal freizugeben.
In der ersten Funktionsstellung ist die Stauscheibe 3 im Wesentlichen in der Bildebene von Figur 1 angeordnet, während sie in ihrer zweiten Funktionsstellung im Wesentlichen senkrecht zur Bildebene von Figur 1 angeordnet ist. Vorzugsweise sind dazwischen beliebige, kontinuierliche Funktionsstellungen der Stauscheibe 3 einstellbar, so dass der Strömungsquerschnitt des Strömungsbereichs 17 stufenlos variierbar ist.
Die Ventilanordnung 1 und die Stauscheibe 3 werden von einer Anströmseite her durch den heißen Fluidstrom angeströmt, der die Ventilanordnung 1 bei zumindest teilweise geöffneter Stauscheibe 3 auf einer Abströmseite wieder verlässt.
Links und rechts der zentralen Darstellung sind in Figur 1 jeweils vergrößerte
Darstellungen des ersten Lagers 11 und des zweiten Lagers 13 abgebildet. Die Lager 11 , 13 sind bevorzugt identisch ausgebildet, so dass im Folgenden nur eines der Lager, insbesondere das erste Lager 11 , im Detail beschrieben wird, während in Bezug auf das andere Lager, insbesondere das zweite Lager 13, nur gegebenenfalls bestehende Unterschiede erläutert werden. Insbesondere gilt für das zweite Lager 13 bevorzugt das, was im Folgenden für das erste Lager 11 ausgeführt wird.
Es zeigt sich, dass das erste Lager 11 durch ein Dichtelement 19 gegenüber dem
Strömungsbereich 17 gedichtet ist. Das Dichtelement 19 ist bei dem in Figur 1
dargestellten Beispiel gemäß dem Stand der Technik als geschlossener, starrer
Metallring ausgebildet, der im Wesentlichen eine Dichtfunktion - in axialer Richtung gesehen - ausübt. In radialer Richtung gesehen ergibt sich dagegen aufgrund der geschlossenen, massiven Ausbildung des Dichtelements 19 zwangsläufig ein Spalt 21 zu einer Umfangswandung 23 des Lagers 11. Insbesondere ein auf einer Anströmseite des Strömungsbereichs 17 angeordnetes Fluid kann daher über den Spalt 21 in das Lager 11 eindringen und so - wiederum über den Spalt 21 - auf die Abströmseite gelangen. Die Ventilanordnung 1 ist dabei selbst dann nicht vollständig dicht, wenn die Stauscheibe 3 in ihrer ersten Funktionsstellung angeordnet ist.
Das erste Lager 11 weist eine Lagerbuchse 25 auf, die in einer Lagerausnehmung 27 des Gehäuses 15 angeordnet ist. Das erste Wellenende 7 ist in der Lagerbuchse 25 gelagert. Insbesondere weist die Lagerbuchse 25 einen Aufnahmebereich 29 auf, in der das erste Wellenende 7 angeordnet ist. Der Aufnahmebereich 29 ist im Falle der ersten
Lagerbuchse 25 des ersten Lagers 11 zu einer Umgebung der Ventilanordnung 1 offen ausgebildet. Daher kann über den Spalt 21 in das Lager 11 eintretendes Fluid über den offenen Aufnahmebereich 29 in die äußere Umgebung der Ventilanordnung 1 gelangen. Diese ist daher auch nach außen zumindest im Bereich des ersten Lagers 11 nicht dicht.
Insoweit ergibt sich ein Unterschied zu dem zweiten Lager 13, das hier eine zweite Lagerbuchse 31 aufweist. Diese umfasst einen zweiten Aufnahmebereich 33, der zu einer Umgebung der Ventilanordnung 1 hin durch einen vorzugsweise einstückig mit der Lagerbuchse 31 ausgebildeten Deckel 35 verschlossen ist. In Hinblick auf das zweite Lager 13 besteht hier daher nur eine Undichtigkeit von der Anströmseite zur Abströmseite der Ventilanordnung 1 , nicht aber gegenüber der äußeren Umgebung.
Gegenstand der Erfindung ist es nun, insbesondere die Dichtheit der Ventilanordnung 1 zu verbessern.
Figur 2 zeigt eine der Darstellung gemäß Figur 1 entsprechende, schematische
Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Ventilanordnung 1 gemäß der Erfindung. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Bis auf die im Folgenden beschriebenen Unterschiede ist das in Figur 2 dargestellte
Ausführungsbeispiel bevorzugt identisch ausgebildet zu dem in Figur 1 dargestellten Beispiel der Ventilanordnung, so dass auch insofern auf die vorangegangene
Beschreibung verwiesen wird.
Ein wesentlicher Unterschied des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2 zu dem Beispiel gemäß Figur 1 ergibt sich insoweit, als hier das Dichtelement 19 nicht als massiver, geschlossener Metallring, sondern vielmehr als - in radialer Richtung gesehen - elastisches Element ausgebildet ist, das an der Umfangswandung 23 unter radialer Vorspannung anliegt. Hierdurch schmiegt sich das Dichtelement 19 mit einer äußeren Umfangsfläche 37 dicht an die Umfangswandung 23, so dass der in Figur 1 noch vorhandene Spalt 21 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 geschlossen, mithin nicht mehr vorhanden ist. Auf diese Weise wird zugleich die Undichtigkeit der
Ventilanordnung 1 von der Anströmseite zu der Abströmseite als auch gegenüber der äußeren Umgebung behoben.
Das Dichtelement 19 ist bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als - in radialer Richtung gesehen - kompressibler Ring 39, insbesondere als geschlitzter Ring mit einem in Figur 2 nicht dargestellten Ringstoß, besonders bevorzugt als Kolbenring oder als Sprengring ausgebildet. Dabei umfasst der Ring 39 vorzugsweise ein Metall oder eine Metalllegierung, beziehungsweise besteht bevorzugt aus einem der genannten Materialien. Anhand von Figur 2 wird deutlich, dass der Ring 39 das erste Wellenende 7 mit einem radialen Abstand umgreift, also nicht auf diesem aufliegt oder von diesem gestützt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umgreift er zugleich
bereichsweise die erste Lagerbuchse 25, und zwar ebenfalls mit einem radialen Abstand.
Damit wird deutlich, dass sich das Dichtelement 19 ausschließlich durch seine eigene Vorspannung an der Umfangswandung 23 hält, wobei es nicht von einem weiteren Element getragen oder gestützt wird. Dies ist möglich, weil das Dichtelement 19 bevorzugt aus einem für sich genommen wenig elastischen, steifen Material gebildet ist, wobei es seine Elastizität durch seine geometrische Struktur, insbesondere durch den Ringstoß des Ringes 39 erhält.
Anhand von Figur 2 wird auch deutlich, dass die Umfangswandung 23 des ersten Lagers 11 als innere Umfangsfläche der Lagerausnehmung 29 ausgebildet ist.
Das erste Lager 11 weist ein Federelement 41 auf, das dazu dient, die Welle 5
beziehungsweise die Stauscheibe 3 - in axialer Richtung gesehen - unter Vorspannung zu lagern. Vorzugsweise ist das Federelement 41 als Wellfeder ausgebildet. In diesem Fall weist es eine durchbrochene, offene Struktur auf. Hierdurch wird deutlich, weshalb bei dem entsprechend ausgebildeten Beispiel gemäß Figur 1 Fluid über den Spalt 21 in den Aufnahmebereich 29 gelangen kann, weil nämlich das Federelement 41 aufgrund seiner offenen, durchbrochenen Struktur keinerlei Dichtwirkung entfaltet. Das Fluid strömt demnach bei dem Beispiel gemäß Figur 1 über den Spalt 21 und die durchbrochene Struktur des Dichtelements 19 weiter in den Aufnahmebereich 29, von dem aus es in die äußere Umgebung der Ventilanordnung 1 gelangen kann. Dies ist bei dem
Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 nicht mehr möglich, da hier der Spalt 21 geschlossen und somit nicht mehr vorhanden ist.
Die Lagerbuchse 25 weist eine axiale Anschlagsfläche 43 auf, an der das Federelement 41 anschlägt. Auf der - in axialer Richtung gesehen - gegenüberliegenden Seite schlägt das Federelement 41 an einer ersten Seitenfläche 45 des Dichtelements 19 an. Das Federelement 41 ist demnach - in axialer Richtung gesehen - zwischen der
Anschlagsfläche 43 und dem Dichtelement 19 angeordnet.
Die Stauscheibe 3 weist eine dem Dichtelement 19 zugewandte, axiale Anlagefläche 47 auf, an der das Dichtelement 19 mit einer zweiten Seitenfläche 49 anliegt. Auf diese Weise ist die Stauscheibe 3 - in axialer Richtung gesehen - unter Vorspannung gelagert, indem das Federelement 41 in montiertem Zustand zumindest geringfügig komprimiert ist.
Es ist möglich, dass im Bereich des zweiten Lagers 13 kein Federelement 41 vorgesehen ist. Grundsätzlich ist ein einzelnes Federelement 41 , welches einseitig angeordnet ist, ausreichend, um die Welle 5 und damit die Stauscheibe 3 unter axialer Vorspannung zu lagern. Wie in Figur 2 dargestellt, weist die Ventilanordnung 1 jedoch bevorzugt auch im Bereich des zweiten Lagers 13 ein Federelement 41 auf, so dass sie beidseitig im
Bereich beider Lager 11 , 13 unter Vorspannung gelagert ist.
Es zeigt sich für das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2, dass das erste Lager 11 und das zweite Lager 13 bevorzugt im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, so dass alles, was hier und im Folgenden zu dem ersten Lager 11 ausgeführt wird, genauso auch für das zweite Lager 13 gilt. Ein Unterschied zwischen dem ersten Lager 11 und dem zweiten Lager 13 ergibt sich jedoch insoweit, als hier die zweite Lagerbuchse 31 einen geschlossenen Aufnahmebereich 33 aufweist, der durch den Deckel 35 zu der äußeren Umgebung der Ventilanordnung 1 hin geschlossen ist.
Vergleicht man die Darstellungen gemäß den Figuren 1 und 2, so zeigt sich, dass die axiale Anlagefläche 47 bei dem Beispiel gemäß Figur 1 sich nicht - in radialer Richtung gesehen - bis zu einem äußeren Umfang des Dichtelements 19 erstreckt. Dieses wird daher anströmseitig nicht nur im Bereich des Spalts 21 , sondern auch im Bereich seiner der Anlagefläche 47 zugewandten, zweiten Seitenfläche angeströmt.
Um die Dichtheit der Ventilanordnung 1 gegenüber dem Beispiel gemäß Figur 1 weiter zu verbessern, ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 die axiale Anlagefläche 47 an der Stauscheibe 3 derart ausgebildet, dass sie sich bis über die Umfangsfläche 37 des Dichtelements 19 - in radialer Richtung gesehen - hinaus erstreckt. Somit wird das Dichtelement 19 bei diesem Ausführungsbeispiel ausschließlich im Bereich der äußeren Umfangsfläche 37 angeströmt. Eine Anströmfläche des Dichtelements 19 ist somit effektiv verkleinert, wodurch die Dichtheit der Ventilanordnung 1 verbessert ist.
In Hinblick auf das als geschlitzter Ring ausgebildete Dichtelement 19 zeigt sich, dass dessen Ringstoß insbesondere zur Gewährleistung einer hinreichenden Dichtigkeit der Ventilanordnung 1 gegenüber einer äußeren Umgebung definiert im Bereich der
Abströmseite angeordnet sein muss. Ansonsten ist es möglich, dass bei geschlossener Stauscheibe 3 Fluid über den Ringstoß in das erste Lager 11 einströmt, in den
Aufnahmebereich 29 gelangt und von dort schließlich in die äußere Umgebung der Ventilanordnung 1 strömt. Dies ist ausgeschlossen, wenn der Ringstoß auf der
Abströmseite des Strömungsbereichs 17 angeordnet ist. Um dies dauerhaft zu gewährleisten, umfasst jedenfalls das erste Lager 11 bevorzugt eine Verdrehsicherung, mit Hilfe derer eine Verdrehung des Dichtelements 19 - in Umfangsrichtung gesehen - verhinderbar ist.
Im Bereich des zweiten Lagers 13 ist bei dem in Figur 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel eine entsprechende Verdrehsicherung nicht zur Abdichtung gegenüber der äußeren Umgebung nötig, weil diese bereits durch den Deckel 35 gewährleistet ist. Gleichwohl ist auch hier die Positionierung des Ringstoßes - in
Umfangsrichtung gesehen - relevant, da dieser ansonsten ungünstig an einer Kante der Stauscheibe 3 liegen könnte. Daher ist bevorzugt auch im Bereich des zweiten Lagers 13 eine Verdrehsicherung angeordnet. Diese ist vorzugsweise ausgebildet wie eines der Ausführungsbeispiele der Verdrehsicherung im Bereich des ersten Lagers 11 , die im Folgenden erläutert werden.
Die Verdrehsicherung umfasst ein erstes Sicherungselement 53, dass an dem
Dichtelement 19 vorgesehen ist. Dieses ist bei dem in Figur 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel als Ausnehmung 55 ausgebildet. Diese ist hier als separate
Ausnehmung ausgebildet, die nicht mit dem Ringstoß identisch ist. Alternativ hierzu ist es möglich, dass der Ringstoß als erstes Sicherungselement 53 verwendet wird, wobei er insoweit ebenfalls als Ausnehmung ausgebildet ist.
Die Verdrehsicherung umfasst weiterhin ein zweites Sicherungselement 57, das hier als mit der Ausnehmung 55 zusammenwirkender Vorsprung in Form eines in der
Stauscheibe 3 aufgenommenen Sicherungsstiftes 59 ausgebildet ist. Dabei ist der Sicherungsstift 59 insbesondere in einer Bohrung bereichsweise aufgenommen, die in die Anlagefläche 47 eingebracht ist. Dabei steht er - in axialer Richtung gesehen - über die Anlagefläche 47 über und greift so in die Ausnehmung 55 ein.
Auf diese Weise wird eine Relatiwerschwenkung zwischen der Stauscheibe 3 und dem Dichtelement 19 verhindert. Wird die Stauscheibe 3 verschwenkt, schwenkt das
Dichtelement 19 mit dieser gemeinsam, wobei eine Relativbewegung zwischen dem Dichtelement 19 und dem Federelement 41 erfolgt. Hierbei ergibt sich ein vergleichsweise starker Verschleiß insbesondere im Bereich des Federelements 41.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Dichtelements 19, das hier als geschlitzter Ring 39, insbesondere als Kolbenring oder als Sprengring ausgebildet ist. Der Ring 39 weist einen Ringstoß 61 , also eine Öffnung - in Umfangsrichtung gesehen - auf, wobei eine Breite des Ringstoßes - in Umfangsrichtung gemessen - generell auch mit dem Begriff „Ringstoß" bezeichnet wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Rings 39 beträgt die Breite des Ringstoßes beziehungsweise der Ringstoß 61 höchstens 0,6 mm. Die Breite des Rings 39 beträgt bevorzugt mindestens 2,5 mm.
Es ist offensichtlich, dass der Ring 39 - in radialer Richtung gesehen - elastisch beziehungsweise kompressibel ausgebildet ist, wobei er - in radialer Richtung gesehen - komprimiert werden kann, in dem die beiden sich im Bereich des Ringstoßes 61 gegenüberliegenden Enden des Rings 39 aufeinander zuverlagert werden. Dabei wird der Ringstoß 61 verkleinert. Ein äußerer Durchmesser des Rings 39 ist vorzugsweise auf einen inneren Durchmesser der Umfangswandung 23 derart abgestimmt, dass der Ring 39 unter Vorspannung an der Umfangswandung 23 anliegt. Er ist also in montiertem Zustand nicht entspannt, und der Ringstoß 61 weist nicht seine maximale Breite auf, die er in entspanntem Zustand einnimmt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Ring 39 in entspanntem Zustand unrund ausgebildet, weist also entgegen der Darstellung gemäß Figur 3 keine kreisrunde Geometrie auf. Vorzugsweise ist er dabei geometrisch so auf die Umfangswandung 23 abgestimmt, dass er unter Vorspannung eine kreisrunde Geometrie einnimmt und sich dabei dicht mit der äußeren Umfangsfläche 37 unter Vorspannung an die kreisrunde Umfangswandung 23 anlegt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass der Ring 39 unter Vorspannung keine kreisrunde Geometrie einnimmt, sondern sich dicht mit der äußeren Umfangsfläche 37 an die ebenfalls nicht kreisrunde Umfangswandung 23 anlegt. Auch hierbei sind der Ring 39 und die Umfangswandung 23 derart geometrisch aufeinander abgestimmt, dass der Ring 39 in montiertem Zustand unter Vorspannung an der Umfangswandung 23 dicht anliegt.
Figur 4 zeigt eine Detaildarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der
Ventilanordnung 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen
Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Die Verdrehsicherung umfasst hier das zweite Sicherungselement 57, das wiederum als Sicherungsstift 59 ausgebildet ist, der hier jedoch in einer Bohrung aufgenommen ist, die in die Umfangswandung 23 und somit in das Gehäuse 15 eingebracht ist. Der Sicherungsstift 59 ist mithin bereichsweise in dem Gehäuse 15 aufgenommen. Er steht - in radialer Richtung gesehen - über die Umfangswandung 23 vor und ragt in den als erstes Sicherungselement dienenden Ringstoß des Rings 39 hinein. Während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 sich der Sicherungsstift 59 in axialer Richtung erstreckt, erstreckt er sich demnach bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 in radialer Richtung. Mithilfe des Sicherungsstifts 59 wird das
Dichtelement 19 drehfest mit dem Gehäuse 15 verbunden. Hierdurch wird eine
Relativdrehung zwischen dem Dichtelement 19 und dem Federelement 41 vermieden, sodass hier kein erhöhter Verschleiß auftritt. Stattdessen erfolgt bei einem Schwenken der Stauscheibe 3 eine Relativbewegung zwischen dieser und dem Dichtelement 19. Hierbei ergibt sich jedoch ein geringerer Verschleiß als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 zwischen dem Dichtelement 19 und dem Federelement 41.
Als Sicherungsstift 59 wird vorzugsweise ein Normteil verwendet. Weist dieses eine entsprechende Länge auf, muss gegebenenfalls im Bereich der Lagerbuchse 25, 31 eine Aussparung 63 vorgesehen werden, die bevorzugt als ringförmige, sich in
Umfangsrichtung erstreckende Aussparung 63 ausgebildet ist, sodass es nicht auf eine exakte Lagerausrichtung zwischen der Lagerbuchse 25, 31 und dem Sicherungsstift 59 ankommt.
Figur 5 zeigt eine Detaildarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der
Ventilanordnung 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen
Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Der Sicherungsstift 59 ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine Gehäusebohrung 65 von außen in den als erstes Sicherungselement dienenden Ringstoß 61 eingeführt. Dabei weist der Sicherungsstift 59 einen in den Ringstoß 61
hineinragenden Stiftkörper 67 und einen in einem angesenkten Bereich der
Gehäusebohrung 65 aufgenommenen Stiftkopf 69 auf. Dadurch, dass der Stiftkopf 69 in dem angesenkten Bereich aufliegt, wird vermieden, dass der Sicherungsstift 59 durch die Gehäusebohrung 65 in den Ringstoß 61 hineinfallen kann. Vorzugsweise wird der Sicherungsstift 59, insbesondere der Stiftkopf 69, mit Material des Gehäuses 15 verstemmt, sodass er sicher und fest an dem Gehäuse 15 gehalten ist.
Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Lagerbuchse 25, 31 für ein viertes
Ausführungsbeispiel der Ventilanordnung 1. Diese weist hier einen Vorsprung 71 auf, der als einstückig mit der Lagerbuchse 25, 31 ausgebildete Sicherungsnase 73 ausgebildet ist. Diese greift in montiertem Zustand in das als Ausnehmung ausgebildete erste Sicherungselement an dem Dichtelement 19, vorzugsweise in den Ringstoß 61 des geschlitzten Rings 39 ein. Hierdurch wird eine Relativdrehung zwischen dem
Dichtelement 19 und der Lagerbuchse 31 verhindert. Zugleich wird eine Relativdrehung zwischen dem Dichtelement 19 und dem Federelement 41 verhindert. Das
Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 hat den Vorteil, dass es keines separaten zweiten Sicherungselements, insbesondere keines Sicherungsstifts bedarf. Hierdurch können logistische Kosten und Verfahrensschritte bei der Herstellung der Ventilanordnung 1 eingespart werden.
Eine Breite des als Vorsprung, insbesondere als Sicherungsnase 73 oder als
Sicherungsstift 59 ausgebildeten zweiten Sicherungselements 57 ist - in
Umfangsrichtung gesehen - bevorzugt kleiner bemessen als eine Breite des Ringstoßes 61 in montiertem Zustand des Rings 39. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Ring 39 durch den Sicherungsstift 59 oder den Vorsprung 71 beziehungsweise die
Sicherungsnase 73 mechanisch belastet wird.
Insgesamt zeigt sich, dass die Ventilanordnung 1 besonders dicht ist, wobei sowohl eine Dichtigkeit zwischen einer Anströmseite und einer Abströmseite als auch eine Dichtigkeit zu einer äußeren Umgebung der Ventilanordnung 1 hin verbessert ist.

Claims

Patentansprüche
. Ventilanordnung (1 ) für heiße Fluidströme, insbesondere für Abgas einer
Brennkraftmaschine, mit einer Stauscheibe (3), die mit einer Welle (5) schwenkbar in einem Lager (11 ,13) in einem Gehäuse (15) der Ventilanordnung (1 ) gelagert ist, sodass ein Strömungsquerschnitt eines Strömungsbereichs (17) der
Ventilanordnung (1 ) durch Schwenken der Stauscheibe (3) veränderbar ist, wobei das Lager (11 ,13) durch ein Dichtelement (19) gegenüber dem Strömungsbereich der Ventilanordnung (1 ) gedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das
Dichtelement (19) - in radialer Richtung gesehen - elastisch ausgebildet ist, wobei es an einer Umfangswandung (23) des Lagers (11 ,13) unter radialer Vorspannung anliegt.
2. Ventilanordnung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Dichtelement als - in radialer Richtung gesehen - kompressibler Ring (39) ausgebildet ist, der vorzugsweise ein in dem Lager (11 ,13) gelagertes Wellenende (7,9) der Welle (5) mit radialem Abstand umgreift.
3. Ventilanordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Dichtelement (19) als geschlitzter Ring (39) mit einem Ringstoß (61 ), vorzugsweise als Kolbenring oder als Sprengring, ausgebildet ist, wobei der Ring (39) vorzugsweise ein Metall oder eine Metalllegierung umfasst, besonders bevorzugt aus Metall oder einer Metalllegierung besteht.
4. Ventilanordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Lager (11 ,13) eine Lagerbuchse (25,31 ) umfasst, die in einer Lagerausnehmung (27) des Gehäuses (15) angeordnet ist, wobei das
Wellenende (7,9) in einem Aufnahmebereich (29,33) der Lagerbuchse (25,31 ) gelagert ist, und wobei das Dichtelement (19) vorzugsweise die Lagerbuchse (25,31 ) bereichsweise umgreift, wobei das Dichtelement(19) an der als innere Umfangsfläche der Lagerausnehmung (27) ausgebildeten Umfangswandung (23) dichtend unter radialer Vorspannung anliegt.
5. Ventilanordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (25,31 ) eine dem Dichtelement (19) zugewandte, axiale Anschlagsfläche (43) aufweist, wobei - in axialer Richtung gesehen - zwischen der Anschlagsfläche (43) und dem Dichtelement (19) ein Federelement (41 ), vorzugsweise eine Wellenfeder, angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Stauscheibe (3) eine dem Dichtelement (19) zugewandte, axiale Anlagefläche (47) aufweist, wobei das Federelement (41 ) an der Anschlagsfläche (43), und das Dichtelement (19) mit einer ersten Seitenfläche (45) an dem
Federelement (41 ) und mit einer zweiten Seitenfläche (49) an der Anlagefläche (47) anliegt, wobei die Stauscheibe (3) - in axialer Richtung gesehen - unter
Vorspannung gelagert ist.
6. Ventilanordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (47) der Stauscheibe (3) sich - in radialer Richtung gesehen - bis zu einem äußeren Umfang (37) des Dichtelements (19) oder darüber hinaus erstreckt, sodass das Dichtelement (19) mit seiner zweiten Seitenfläche (49) vollflächig an der axialen Anlagefläche (47) anliegt.
7. Ventilanordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (1 ) eine Verdrehsicherung aufweist, durch die eine Verdrehung des Dichtelements (19) - in Umfangsrichtung gesehen - verhinderbar ist, wobei die Verdrehsicherung ein erstes Sicherungselement (53), das an dem Dichtelement (19) vorgesehen ist, und ein zweites Sicherungselement (57), das an dem Gehäuse (15), an der Stauscheibe (3) oder an der Lagerbuchse (25,31 ) vorgesehen ist, aufweist, wobei vorzugsweise das erste Sicherungselement (53) als Ausnehmung (55) oder als Vorsprung ausgebildet ist, wobei das zweite Sicherungselement (57) bevorzugt als mit dem als Ausnehmung (55)
ausgebildeten, ersten Sicherungselement (53) zusammenwirkender Vorsprung (71 ), oder als mit dem als Vorsprung ausgebildeten ersten Sicherungselement (53) zusammenwirkende Ausnehmung ausgebildet ist.
8. Ventilanordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das erste Sicherungselement (53) als an dem Dichtelement (19) ausgebildete Ausnehmung (55) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Ringstoß (61 ) des als geschlitzter Ring (39) ausgebildeten Dichtelements (19) das erste Sicherungselement (53) bildet, wobei das zweite Sicherungselement (57) als Vorsprung an der Stauscheibe (3), insbesondere als in der Stauscheibe (3) aufgenommener Sicherungsstift (59), oder als Vorsprung des Gehäuses (15), vorzugsweise als in dem Gehäuse (15) aufgenommener oder durch eine
Gehäusebohrung (65) geführter Sicherungsstift (59), oder als radialer Vorsprung (71 ) an der Lagerbuchse (25,31 ), insbesondere als einstückig mit der Lagerbuchse (25,31 ) ausgebildete Sicherungsnase (73), ausgebildet ist.
9. Ventilanordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (1 ) zwei Lager (11 ,13) für zwei sich - entlang einer Längsrichtung der Welle (5) gesehen - gegenüberliegende
Wellenenden (7,9) aufweist, wobei vorzugsweise beide Lager (11 ,13) eine
Lagerbuchse (25,31 ) umfassen und durch ein Dichtelement (19) gedichtet sind, das unter radialer Vorspannung an der Umfangswandung (23) der Lager (11 ,13) anliegt.
10. Ventilanordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine erste Lagerbuchse (25) eines ersten Lagers (1 1 ) einen zu einer Umgebung der Ventilanordnung (1 ) offenen Aufnahmebereich (29) zur Lagerung eines ersten Wellenendes (7) aufweist, wobei eine zweite Lagerbuchse (31 ) eines zweiten Lagers (13) einen zu der Umgebung der Ventilanordnung (1 ) geschlossenen Aufnahmebereich (33) zur Lagerung eines zweiten Wellenendes (9) aufweist.
PCT/EP2014/000801 2013-04-12 2014-03-25 Ventilanordnung WO2014166593A1 (de)

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DE102013206550.7 2013-04-12
DE102013206550.7A DE102013206550B4 (de) 2013-04-12 2013-04-12 Ventilanordnung

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WO (1) WO2014166593A1 (de)

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