DE10157512C1

DE10157512C1 - Vorrichtung zur Strömungsregulierung

Info

Publication number: DE10157512C1
Application number: DE2001157512
Authority: DE
Inventors: Hans Gerards; Hayriye Cebeci
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2001-11-23
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2021-11-24

Abstract

Eine Vorrichtung zur Strömungsregulierung weist in einem Gehäuse (10) einen Strömungskanal (12) auf. Innerhalb des Strömungskanals (12) ist eine schwenkbare Klappe (14), wie beispielsweise eine Drossel- oder Abgasklappe, angeordnet. Die Klappe (14) ist über eine Welle (16) einseitig gelagert. Die Lagerung erfolgt in einer im Gehäuse (10) angeordneten Lagerbuchse (20). Zur Aufnahme von Radialkräften ist die Welle (16) zumindest teilweise von einem Einspannelement (22) umgeben. Durch das Einspannelement (22) ist die Welle (16) radial festgelegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Strömungsregulierung. Hierbei handelt es sich insbesondere um in einem Strömungskanal angeordnete Drossel- oder Abgasklappen.

Drossel- und Abgasklappen dienen zur Regulierung der durch einen Strömungskanal, beispielsweise einem Brennraum eines Kraftfahrzeugmotors, zugeführten Gasmenge. Zum Einstellen der Stellung der Klappe, die in geschlossenem Zustand üblicherweise den gesamten Querschnitt des Strömungskanals verschließen, sind die Klappen mit in einem Gehäuse des Strömungskanals gelagerten Wellen verbunden. Hierbei ist es bekannt, jede Klappe mit zwei einander gegenüberliegenden Wellen zu verbinden. Zur Verringerung des Bauraums ist es ferner bekannt, derartige Klappen nur einseitig zu lagern. Die Klappen sind somit nur mit einer in dem Gehäuse gelagerten Welle verbunden. Das einseitige Lagern der Klappen hat jedoch den Nachteil, dass, insbesondere auf Grund der hohen auftretenden Temperaturschwankungen, ein Klemmen der Wellen in den Lagerbuchsen auftreten kann. Es ist daher bei einseitigen Lagerungen erforderlich, die Welle in der Lagerbuchse als Spielpassung auszuführen. Durch das Vorsehen eines entsprechenden Spiels zwischen Welle und Lagerbuchse ist das Klemmen der Welle vermieden. Das Vorsehen einer Spielpassung führt jedoch zu erhöhter Geräuschemission. Dies ist insbesondere bei Schaltvorgängen, d. h. sich ändernden Strömungsverhältnissen innerhalb des Strömungskanals, der Fall.

In US 3,693,935 wird eine Drosselklappe in einer Abgaseinrichtung beschrieben, die mit einem konischen Absatz in einer konischen Halterung mit Hilfe einer Federkonstruktion zentriert wird. Die Welle der Drosselklappe wird über die Haltebuchse und einem Betätigungshebel gelagert, zwischen der die Feder angeordnet ist. Damit die Welle der Drosselklappe nicht verklemmt, müssen Haltebuchse und Betätigungshebel genau fluchten, so dass ein erhöhter Montageaufwand notwendig ist. Ferner wird für diese Anordnung viel Bauraum benötigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Strömungsregulierung zu schaffen, bei der auch bei einseitiger Lagerung der Klappe die Geräuschemission verringert ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Strömungsregulierung weist einen in einem Gehäuse vorgesehenen Strömungskanal auf. Innerhalb des Strömungskanals ist eine schwenkbare Klappe, wie beispielsweise eine Drossel- oder Abgasklappe, angeordnet. Mit der Klappe ist zur einseitigen Lagerung eine Welle verbunden. Die Welle ist in einer in dem Gehäuse angeordneten Lagerbuchse gelagert. Durch Drehen der Welle erfolgt ein Schwenken der Klappe und somit eine Veränderung des Strömungsquerschnitts des Strömungskanals. Erfindungsgemäß ist die Welle zumindest teilweise von einem Einspannelement umgeben. Durch das Einspannelement erfolgt ein radiales Festlegen der Welle. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen des Einspannelements ist es möglich, die einseitige Lagerung der Klappe einerseits als Spielpassung auszubilden, um ein Klemmen zu vermeiden und gleichzeitig, trotz der Spielpassung, die Welle radial derart festzulegen, dass das Auftreten von Geräuschen verringert ist.

Vorzugsweise handelt es sich bei einer ersten Ausführungsform des Einspannelements um ein elastisches, federndes Element. Auf Grund der elastischen und/oder federnden Ausgestaltung des Einspannelements führen beispielsweise sich plötzlich ändernde Druckverhältnisse innerhalb des Strömungskanals nicht zur Geräuschentwicklung, da diese auf Grund der Federwirkung abgefangen werden. Zusätzlich kann das elastische Einspannelement eine Dämpfung in axialer Richtung der Welle bewirken. Hierdurch ist die Geräuschemission weiter verringert.

Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Einspannelements ist dieses mehrteilig, insbesondere mindestens zweiteilig, vorzugsweise mindestens dreiteilig, ausgebildet. Jedes Teilelement weist erfindungsgemäß einen Aufnahmeteil zur Aufnahme von Radialkräften sowie einen Abstützteil zum Abstützen der Kräfte an dem Gehäuse auf. Hierbei sind die einzelnen Teilelemente erfindungsgemäß vorzugsweise derart ausgebildet, dass durch Drücken der Abstützteile gegen das Gehäuse, vorzugsweise einen Vorsprung des Gehäuses, die Aufnahmeteile der Teilelemente des Einspannelements gegen die Welle gedrückt werden, so dass eine Aufnahme von Radialkräften erfolgt. Vorzugsweise werden die Abstützteile durch ein Federelement oder ein anderes elastisches Element in Richtung des Gehäuses bzw. des an dem Gehäuse vorgesehenen Vorsprungs gedrückt, so dass das Einspannelement radial vorgespannt ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Vorderansicht einer Lagerhülse,

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht eines Einspannelements der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

In einem Gehäuse 10 ist ein in Fig. 1 vertikal verlaufender Strömungskanal 12 angeordnet. Innerhalb des Strömungskanals 12 ist eine Klappe 14, wie beispielsweise eine Drossel- oder Abgasklappe, vorgesehen. Die Klappe 14 ist mit einer Welle 16 verbunden und um eine Achse 18 schwenkbar. Durch Schwenken der Klappe 14 kann ein Öffnungsquerschnitt des Strömungskanals 12 verändert werden. Die Welle 16 ist in einer im Gehäuse angeordneten Lagerbuchse 20 gelagert. Die einseitige Lagerung der Welle 16 in der Lagerbuchse erfolgt mit großem Spiel.

Erfindungsgemäß ist zum radialen Festlegen der Welle 16 in der Lagerbuchse 20 ein Einspannelement 22 vorgesehen. Das Einspannelement weist im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Aufnahmeteile 24 auf, die an der Welle 16 anliegen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedes Aufnahmeteil 24 mit jeweils zwei Abstützelementen 26, 28 verbunden. Die Abstützelemente 26, 28 liegen an Anlageflächen 30 bzw. 32 (Fig. 3) von an der Lagerbuchse 20 vorgesehenen Ansätzen 34 an.

Ferner ist das Einspannelement 22 in dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel als einstückige Feder ausgebildet, wobei die beiden Abstützteile 28 über ein Zwischenteil 36 miteinander verbunden sind. Die Formgebung des Einspannelements 22 ist im Mesentlichen W-förmig, wobei die Seitenschenkel des "W", d. h. die Aufnahmeteile 24, vorzugsweise entsprechend der Welle 16 gekrümmt sind, so dass die Aufnahmeteile 24 flächig an der Welle 16 anliegen.

Da sich das Einspannelement 22 beim Schwenken der Welle 16 nicht mitdreht, können die Aufnahmeteile 24 vorzugsweise derart angeordnet sein, dass sie an in Längsrichtung 38 des Strömungskanals 12 weisenden Flächen der Welle 16 anliegen. Hierdurch werden die größten auf die Welle 16 bei Standard- Anwendungsfällen wirkenden Kräfte gedämpft. Hierdurch kann eine Optimierung der Geräuschemission erfolgen.

Anstelle des dargestellten bevorzugten Einspannelements 22 kann auch ein Einspannelement vorgesehen sein, das nur ein Aufnahmeteil aufweist, das mit einem oder mehreren Abstützteilen verbunden ist. Wenn nur ein Abstützteil vorgesehen ist, kann dieses beispielsweise in eine Bohrung in der Lagerbuchse eingesteckt werden, so dass durch ein derartiges Aufnahmeteil ebenfalls Radialkräfte aufgenommen werden können.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die beiden Aufnahmeteile 24 vorzugsweise einander gegenüberliegend angeordnet. Durch das Einspannelement 22 werden auf die Welle 16 wirkende Radialkräfte aufgenommen. Vorzugsweise sind die Aufnahmeteile 24 des Einspannelements 22 derart ausgerichtet, dass sie an einer Fläche der Welle 16 anliegen, die in Längsrichtung entsprechend dem Pfeil 38 des Strömungskanals 12 weisen. Das im dargestellten Ausführungsbeispiel als Feder ausgebildete Einspannelement ist innerhalb einer Ausnehmung 40 (Fig. 3) der Lagerbuchse 20 angeordnet.

Da vorzugsweise zwischen den Aufnahmeteilen 24 des Einspannelements 22 und den Ansätzen 34 der Lagerbuchse 20 ein Spalt 42 ausgebildet ist, kann die Welle 16 beim in Richtung des Pfeils 38 auftretenden Radialkräften innerhalb eines gewissen Spiels federn. Dies führt zur Geräuschverringerung. Ferner erfolgt durch das Einspannelement 22 eine Dämpfung in axialer Richtung.

Die Aufnahme des Einspannelements 22 erfolgt vollständig innerhalb der Ausnehmung 40 in der Lagerbuchse 20 (Fig. 3). Hierzu weist die Lagerbuchse 20, in deren zylindrische Öffnung 44 die Welle 16 gesteckt wird, die zwei kreisringsegmentförmigen Ansätze 34 auf. Eine Innenseite 46 der beiden Ansätze 34 weist einen größeren Durchmesser als die Öffnung 44 der Buchse 20 auf. Innerhalb eines Bereichs zwischen der Innenfläche 46 und der Öffnung 44 können die Aufnahmeteile 24 des Einspannelements 22 angeordnet werden (Fig. 2). Bei in die Öffnung 44 eingelegtem Einspannelement 22 liegen die Abstützteile 26,28 an den Flächen 30,32 an. Zur Montage kann das Einspannelement somit in die Ausnehmung 40 der Lagerbuchse 20 eingesetzt und anschließend die Welle 16 eingeführt werden.

Bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die der ersten Ausführungsform (Fig. 1-3) entsprechenden Elemente mit den selben Bezugszeichen bezeichnet.

Der wesentliche Unterschied der beiden Ausführungsformen besteht in der Ausgestaltung des Einspannelements 22 bzw. 50. Das Einspannelement 50 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus drei Teilelementen 52 (Fig. 5), die die Welle 16 umgeben. Die einzelnen Teilelemente 52 weisen vorzugsweise zylinderförmige Aufnahmeteile 54 auf. Jedes Teilelement 52 ist mit einem Abstützelement 56 fest verbunden.

Das Abstützelement 56 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als im Querschnitt im wesentlichen dreieckförmiger Ansatz ausgebildet. Das Abstützteil 56 wird über ein Federelement 58, wie eine Spiralfeder, die sich an der Lagerbuchse 20 abstützt, in Richtung der Längsachse 18 der Welle 16 gedrückt. Hierzu weist das Abstützelement 56 im dargestellten Ausführungsbeispiel eine im wesentlichen radial zur Welle 16 verlaufende Fläche 60 auf. Ebenso ist es möglich, dass sich die Spiralfeder 58 oder ein anderes elastisches Element an einem weiteren Ansatz oder Vorsprung der Teilelemente 52 abstützt, der unabhängig von dem Abstützteil 56 ist.

Das Abstützelement 56 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel ferner eine geneigte Fläche 62 auf, die zur Längsachse 18 der Welle 16 einen Winkel von etwa 30-60° aufweist. Die Neigung der Fläche 60 ist derart ausgerichtet, dass sie von der Klappe 14 weg geneigt ist. Der Anlagefläche 62 gegenüberliegend ist eine vorzugsweise ebenfalls geneigte Fläche 64 vorgesehen. Die Fläche 64 ist durch einen Vorsprung 66 des Gehäuses 10 gebildet. Der Vorsprung 66 ist vorzugsweise kreisringförmig und umgibt die Welle 16. Die beiden Anlageflächen 62, 64 sind vorzugsweise im wesentlichen parallel zueinander. Um ein Verklemmen des Einspannelements 22 in dem ringförmigen Vorsprung 66 zu vermeiden, kann eine der beiden Anlageflächen 62, 64 konvex ausgebildet sein.

Aufgrund der durch die Spiralfeder 58 erzeugten Kraft wird die Anlagefläche 62 des Abstützteils 56 gegen die Anlagefläche 64 des Vorsprungs 66 gedrückt. Aufgrund der Neigung der beiden Anlageflächen 62, 64 erfolgt aufgrund der Federkraft des Federelements 58 ein radiales Verschieben der Teilelemente 52 nach innen. Hierdurch ist sichergestellt, dass die im wesentlichen einen Kreiszylinder bildenden Innenflächen 68 der Teilelemente 52 gegen die Außenfläche der Welle 16 gedrückt werden. Hierdurch ist eine radiale Lagerung der Welle 16 gewährleistet. Da das Federelement 58 eine gewisse Elastizität aufweist, handelt es sich bei der radialen Lagerung der Welle 16 um eine elastische Lagerung, die beispielsweise bei Schaltvorgängen auftretende radiale Belastungen abfedert. Ferner dienen die Innenflächen 68 der Teilelemente 52 als zusätzliche Lagerbuchse der Welle 16.

Vorzugsweise weist das Einspannelement 50 einen hohen Keramikanteil auf oder besteht vollständig aus Keramik.

Claims

1. Vorrichtung zur Strömungsregulierung, mit
einem in einem Gehäuse (10) vorgesehenen Strömungskanal (12),
einer in dem Strömungskanal (12) angeordneten schwenkbaren Klappe (14),
einer mit der Klappe (14) verbundenen Welle (16) zur einseitigen Lagerung der Klappe (14),
einer die Welle (16) aufnehmenden, im Gehäuse (10) angeordneten Lagerbuchse (20),
einem die Welle (16) zumindest teilweise umgebenden Einspannelement (22, 50) zum radialen Festlegen der Welle (16),
dadurch gekennzeichnet,
dass das Einspannelement (22, 50) mindestens ein an der Welle (16) anliegendes Aufnahmeteil (24, 54) zur Aufnahme von Radialkräften und mindestens ein mit dem Aufnahmeteil (24, 54) verbundenes, an der Lagerbuchse (20) und/oder dem Gehäuse (10) anliegendes Abstützteil (26, 28, 56) aufweist, über das das mindestens eine Aufnahmeteil (24, 54)radial nach innen gegen die Welle (16) spannbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeteil (24, 54) an einer in Längsrichtung (38) des Strömungskanals (12) weisenden Fläche der Welle (16) anliegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei einander gegenüberliegende Aufnahmeteile (24) vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Aufnahmeteil (24) mit zwei Abstützteilen (26, 28) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeteile (24) und die Abstützteile (26, 28) ein einstückiges Einspannelement (22) bilden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspannelement (22) innerhalb einer in der Lagerbuchse (20) vorgesehenen Ausnehmung (40) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspannelement (22, 50) die Welle (16) federnd hält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützteil (56) derart gegen das Gehäuse (10) gedrückt wird, dass das Aufnahmeteil (54) zur Aufnahme von Radialkräften gegen die Welle (16) gedrückt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspannelement (50) mindestens zweiteilig, vorzugsweise mindestens dreiteilig ist, wobei jedes Teilelement (52) ein Aufnahmeteil (54) und ein Abstützteil (56) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützteil (56) ein im wesentlichen radial zur Welle (16) verlaufender Ansatz ist, der gegen einen Vorsprung (66) des Gehäuses (10) drückt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-10, gekennzeichnet durch ein das Abstützteil (56) gegen das Gehäuse (10) drückendes Federelement (58).

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (58) gegen einen radial zur Welle (16) verlaufenden Ansatz des Einspannelements (50), vorzugsweise des als Ansatz ausgebildeten Abstützelements (56) drückt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansatz (56) und der Vorsprung (66) aneinander anliegende Anlageflächen (62, 64) aufweisen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageflächen (62, 64) zur Längsachse (18) der Welle (16) geneigt sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützteil (56) im Querschnitt im wesentlichen dreieckig ist, wobei an einer im wesentlichen radial zur Welle (16) verlaufenden Fläche (60) das Federelement (58) anliegt und eine bezüglich der Längsachse (18) der Welle (16) geneigte Fläche (62) die Anlagefläche bildet.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-15, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeteil (54) teilkreis zylinderförmig ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeteile (54) der Teilelemente (52) eine Lagerbuchse bilden.