DE29702858U1

DE29702858U1 - Vorrichtung zur Änderung des Durchlaßquerschnitts eines Gasauslasses

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Publication number: DE29702858U1
Application number: DE29702858U
Authority: DE
Original assignee: IWK Regler und Kompensatoren GmbH
Current assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 1998-03-26
Anticipated expiration: 2007-02-20

Description

Vorrichtung zur Änderung des DurchlaßquerSchnitts eines Gasauslasses

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Änderung des Durchlaßquerschnittes eines Gasauslasses in ein vom Gas durchströmtes Volumen mit einem den Gasauslaß verschließenden und öffnenden Ventilteller, einer den Ventilteller verlagernden Kolbenstange sowie einer vorgespannten, die Kolbenstange und den Ventilteller in Richtung des Gasauslasses zum Verschließen desselben bewegenden Feder.

Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise für schaltbare Schalldämpfer in Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren verwendet. Bei Abgasschalldämpfern soll in Abhängigkeit von bestimmten Betriebszuständen des Motors ein im Inneren oder auch Äußeren des Schalldämpfers angeordnetes Ventil, eine Abgasklappe oder dgl. geschaltet werden, um den Gasstrom umzuleiten und/oder zusätzliche Volumina zu- oder abzuschalten. Hierdurch erhalten die Schalldämpfer variable Dämpfungscharakteristika, die entsprechend den Betriebsbedingungen

geschaltet werden und so den jeweiligen Erfordernissen des gesamten Drehzahlbereiches und aller Lastzustände angepaßt werden können.

Ein aus der DE-OS 195 03 322 bekannter schaltbarer Schalldämpfer weist ein Gehäuse, ein Gaszuleitungsrohr zum Gehäuse, im Gehäuse integrierte Rohre, einen Ventilteller zum Öffnen und Verschließen eines Rohres an dessen Ende und eine Überdruckdose zum Betätigen des Ventiltellers mit Hilfe einer Kolbenstange auf. Eine Druckleitung, die in das Gaszuleitungsrohr mündet, leitet den Abgasdruck auf die Überdruckseite einer Membran in der Überdruckdose. Die Niederdruckseite der Membran ist vom Umgebungsdruck und einer Feder beaufschlagt. Diese Feder dient dabei im drucklosen Zustand zum Verschließen des Rohres an dessen Ende. Wie der Druckschrift zu entnehmen ist, ist die als Antrieb für das Sitzventil dienende Druckdose außerhalb des Schalldämpfers angeordnet. Die Membran im Inneren der Dose, welche durch die außenliegende Druckleitung mit Druck beaufschlagt wird, dient dabei als Dichtelement. Um einen großen Verstellweg zu ermöglichen, muß diese Membran aus elastischem Kunststoff hergestellt werden, welchem bekanntlich aber Grenzen in der thermischen Belastbarkeit gesetzt sind. Entsprechend ist es nicht möglich, diesen Antrieb wegen der dort auftretenden Temperaturen im Inneren des Schalldämpfers anzuordnen. Hierdurch werden der Bauraumbedarf, die Anfälligkeit gegen Beschädigungen von außen sowie die Kosten zur Herstellung des Schalldämpfers erhöht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit einem gasdichten und weitestgehend temperaturbeständigen Dichtelement bereitzustellen, durch das der Bauraumbedarf, die Anfäl-

ligkeit gegen Beschädigungen sowie die Herstellungskosten verringert werden können.

, Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die mit dem Ventilteller und der Kolbenstange in Wirkverbindung stehende Feder innerhalb eines beidseitig verschlossenen, ring- oder wendelgewellten Metallbalges angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird also keine aus elastischem Kunststoff mehr bestehende Membrane als Dichtelement, sondern vielmehr ein ring- oder wendelgewellter Metallbalg als ein solches Dichtelement verwendet. Während beim Stand der Technik die Feder und die Membrane innerhalb einer eigenen Druckdose angeordnet sind und die Membran den Raum innerhalb dieser Druckdose in einen Nieder- und einen Überdruckraum trennt, wobei die Feder innerhalb des Niederdruckraumes angeordnet ist, entfällt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung diese zusätzliche Druckdose völlig. Der erfindungsgemäße Me-0 tallbalg weist gegenüber der Membran eine hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit auf, kann also direkt innerhalb des vom Gas durchströmten Volumens angeordnet werden. Entsprechend entfallen hier die für außerhalb des Gehäuses anzuordnende Druckdosen notwendigen Druck- bzw. Steuerleitungen. Die Betätigung dieser durch Feder und Metallbalg gebildeten Betätigungseinheit erfolgt dabei aufgrund der Druckdifferenz am Gasauslaß sowie im Inneren des Metallbalges. Es wird also zum Öffnen und Schließen des Ventiltellers die Tatsache ausgenützt, daß der Druck 0 am Gasauslaß höher ist als derjenige im Inneren des Metallbalges. Es muß dann also lediglich der im Inneren des Balges herrschende Druck sowie die in Richtung des Gasauslasses wirkende Federkraft durch den Druck am Gasauslaß überwunden werden.

Um den anzusteuernden Ventilteller bzw. das anzusteuernde Ventil entsprechend den jeweiligen Erfordernissen im vom Gas durchströmten Volumen verfahren zu können, muß der Metallbalg bei definierter Axial-Steifigkeit einen großen Arbeitsweg ausführen. Würde lediglich ein Metallbalg ohne integrierte Feder als Betätigungseinheit verwendet, so würde dies dazu führen, daß die Verformungen des Balges sich nicht mehr ausschließlich im elastischen Bereich bewegen. Durch die auftretenden Temperaturen wurden dann die teilplastischen Verformungen des Balges noch weiter begünstigt, wodurch eine Dauerelastizität desselben nicht gewährleistet wäre. Des weiteren würden bei vorgespannter Montage des Metallbalges Relaxationen auftreten, wodurch keine zeitinvarianten Eigenschaften sichergestellt werden könnten. Durch die Kombination eines Metallbalges mit einer Feder tritt diese Problematik nicht auf. Der Metallbalg fungiert überwiegend lediglich als temperatur- und korrosionsbeständiges Dichtelement, die dazu parallel geschaltete Feder überwiegend als definierte Steifigkeit. Vorzugsweise weist die Feder hierzu eine größere Steifigkeit als der Metallbalg auf. Dadurch, daß die Steifigkeit des Balges gegenüber derjenigen der Feder gering gewählt ist, können so die Veränderungen der Balgsteifigkeit sowohl über den Verfahrweg, über der Temperatur als auch Relaxations-Erscheinungen des Metallbalges im Vergleich zur Gesamt-Steifigkeit der Kombination Metallbalg mit Feder anteilig gering gehalten werden.

Während die Betätigungseinheit grundsätzlich universell für thermisch hochbelastete Anwendungen innerhalb von von Gas durchströmten Volumina einsetzbar ist, ist in bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, daß die durch Metallbalg und Feder gebildete Betätigungseinheit innerhalb des

Gehäuses eines Schalldämpfers für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Auf diese Weise ergibt sich bei Schalldämpfern eine große Bauraumersparnis und ein Schutz der Betätigungseinheit vor Beschädigungen durch äußere Einflüsse, wobei zudem auf eine Druck- bzw. Steuerleitung außerhalb des Gehäuses zur Druckbeaufschlagung des Balges verzichtet werden kann.

Um die Feder parallel verlaufend zum Balgmantel innerhalb

des Metallbalges anordnen zu können, handelt es sich bei

der Feder vorzugsweise um eine Spiralfeder, die aus einer

Legierung auf Nickelbasis gefertigt ist, um den entsprechenden thermischen Erfordernissen zu genügen.

Der Metallbalg ist in Weiterbildung an einem seiner Enden durch eine Verschlußplatte und am anderen Ende durch das Gehäuse des Schalldämpfers verschlossen. Entsprechend erfolgt die Druckbeaufschlagung des Metallbalges unmittelbar auf die dem Gasauslaß zu gerichtete, mittels der 0 Verschlußplatte verschlossenen Stirnseite des Balgkörpers.

Um den Metallbalg axial komprimieren und entspannen zu können, ist die Feder mit einem Ende an der Verschluß-5 platte und ihrem anderen Ende am Gehäuse festgelegt. Die Kolbenstange ist bevorzugt linear beweglich an der Verschlußplatte festgelegt und tragt an ihrem der Verschlußplatte abgewandten Ende den den Gasauslaß verschließenden Ventilteller. Die Kolbenstange kann dabei die Verschluß-0 platte durchragen oder aber an der Verschlußplatte enden.

Um die Linearverlagerung der Kolbenstange und damit des Ventiltellers zu gewährleisten, ist in bevorzugter Ausgestaltung entweder eine innerhalb des Metallbalges oder eine außerhalb des Metallbalges angeordnete Führung für

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die Kolbenstange vorgesehen. Hierdurch wird die geradlinige Bewegung der Kolbenstange und damit des Ventiltellers zum Verschließen und Öffnen des Gasauslasses jederzeit gewährleistet. Bei der innerhalb des Metallbalges angeordneten Führung handelt es sich dabei vorzugsweise um ein Axialrohr, welches an dem der Verschlußplatte abgewandten Ende des Metallbalges am Gehäuse des Schalldämpfers festgelegt ist. Innerhalb eines solchen Axialrohres-kann dann die Kolbenstange auf einfache Weise linear verlagert werden. Alternativ können auch außerhalb des Balges entsprechende Bauteile zur Führung der Kolbenstange, beispielsweise in Art eines Rahmens vorgesehen sein.

In Weiterbildung ist vorgesehen, daß das Balginnere mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Vorzugsweise ist hierzu ein Ventil mit Drosselstelle vorgesehen. Ein derartiges die Verbindung des Balginneren mit der außerhalb des Schalldämpfers herrschenden Atmosphäre herstellendes Ventil mit mindestens einer Drosselstelle (im pneumatischen Sinne) erlaubt es, die durchströmenden Luftmengen, die bei Verschiebungen des Metallbalges und den damit einhergehenden Veränderungen des Rauminhalts entstehen, gezielt zu drosseln. Damit kann die Verfahrgeschwindigkeit des Metallbalges bei wirkenden Druckdifferenzen gesteuert und z.B. ein Zuschlagen des Ventiltellers zur Beeinflussung des Abgasstromes im Schalldämpfer verhindert werden. Durch die Kombination von Ventil- und Drosselstelle ist es also möglich, unterschiedliche 0 Verfahrgeschwindigkeiten für Kompression und Extension des Metallbalges, also für aus- und einströmende Luft einzustellen.

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Beispielsweise kann das Ventil derart ausgebildet sein, daß dieses bei einem Hub des Metallbalges schließt, wobei die durchströmende Luft die im Ventil installierte Drosselstelle passieren muß, während beim Gegenhub das Ventil öffnet und den gesamten Querschnitt freigibt, der wiederum eine weitere Drosselstelle, jedoch mit einem zur ersten Drosselstelle unterschiedlichen Widerstand, darstellt. Werden beispielsweise zwei Ventile verwendet, so kann ein erstes Ventil bei Hub Schließen, wodurch die Luft durch die unverschlossene Drosselstelle im zweiten, geöffneten Ventil strömt, während beim Gegenhub erstgenanntes Ventil öffnet und die Luft die zugehörige Drossel passiert, wobei nun das andere Ventil geschlossen ist.

Insgesamt ist so eine Vorrichtung mit einer Betätigungseinheit aus einem sehr weichen, dichtenden Metallbalg und einer zusätzlichen, definierten Feder geschaffen, die auch bei thermisch hoch belastenden Anwendungen einsetzbar ist.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert ist. Dabei zeigt die einzige Figur 25

in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen Schalldämpfer mit darin angeordneter Betätigungseinheit.

Der in der Figur in schematischer Darstellung und teilweise dargestellte Schalldämpfer 1 mit variabler Dämpfungscharakteristik für pulsierende Gase weist ein in ein Schalldämpfergehäuse 2 mündendes Gaszuleitungsrohr 3 auf. Dieses geht dabei im Inneren des Schalldämpfergehäuses 2

in ein Schalldämpfereingangsrohr 4 über. Das Ende 5 des mit dem Gaszuleitungsrohr 3 verbundenen Schalldämpfereingangsrohr 4 ist mittels eines Ventiltellers 6 verschließbar. Die Betätigung des Ventiltellers 6 erfolgt mittels einer Kolbenstange 7 durch eine Feder 8 sowie einen Balg 9 einer hierdurch gebildeten Betätigungseinheit 10.

Der ring- oder wendelgewellte Metallbalg 9 ist im Inneren 11 des Schalldämpfergehäuses 2 angeordnet. An einem Ende wird der Metallbalg 9 durch die Wandung des Gehäuses 2 verschlossen, an welcher er festgelegt ist, und am anderen Ende mittels einer Verschlußplatte 12. An dieser Verschlußplatte 12 ist die Kolbenstange 7 festgelegt, wobei die Kolbenstange 7 die Verschlußplatte 12 zentral durchragt. Das so im Inneren des Metallbalges 9 angeordnete Ende 13 der Kolbenstange 7 ist dabei innerhalb eines Axialrohres 14 linear verschiebbar geführt. Das Axialrohr 14 ist an dem der Verschlußplatte 12 abgewandten Ende der Betätigungseinheit 10 am Schalldämpfergehäuse 2 festge-0 legt bzw. angeordnet.

Die Kolbenstange 7 sowie das Axialrohr 14 sind von der im Inneren des Metallbalges 9 angeordneten Spiralfeder 8 umgeben. Diese Spiralfeder ist dabei mit einem Ende an der Verschlußplatte 12 und mit ihrem anderen Ende am Gehäuse 2 festgelegt.

Das Balginnere 15 ist über ein Ventil 16 an dem der Verschlußplatte 12 abgewandten Ende der Betätigungsein-0 heit 10 mit der das Schalldämpfergehäuse 2 umgebenden Atmosphäre verbunden. Das Schalldämpfereingangsrohr 4 weist seitlieh an seinem Ende Öffnungen 17 auf, über die

bei verschlossenem Ende 5 die durch das Schalldämpferrohr 4 in das Schalldämpfergehäuse 2 eintretenden Gase ins Innere 11 des Gehäuses 2 gelangen. 5

Ist, wie in der Zeichnung dargestellt, das Schalldämpferrohr 4 durch den Ventilteller 6 verschlossen, so strömt das Abgas durch die Öffnungen 17 ins Innere 11 des Schalldämpfergehäuses 2. Die Spiralfeder 8 drückt dabei die Kolbenstange 7 und damit den Ventilteller 6 auf das Rohrende 5.

Übersteigt der auf die mittels der Verschlußplatte 12 verschlossenen Stirnseite des Balgkörpers wirkende Druck die Federkraft sowie den im Balginneren herrschenden Druck, so wird die Spiralfeder 8 axial komprimiert und das Rohrende 5 durch Zurückziehen des Ventiltellers 6 geöffnet. Das Abgas strömt nun durch das Rohrende 5 ins Schalldämpfergehäuseinnere 11 ein. Mittels des Ventils kann dabei die Verfahrgeschwindigkeit des Balges 9 bei Kompression und Expansion eingestellt werden.

Claims

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DlPL-PHYS. dr. RER. NAT. JOST LEMPERT D-76207 KARLSRUHE (DURLACH)

POSTFACH 410760 DIPL-ING. HARTMUT LASCH TELEFON: (0721)943281S TELEFAX: (0721)9432840

IWK Regler und 14424.1/96 Jo/es

Kompensatoren GmbH 18. Februar 1997

Lorenzstraße

D-76297 Stutensee

Schutzansprüche

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Vorrichtung zur Änderung des Durchlaßquerschnxttes eines Gasauslasses in ein vom Gas durchströmtes Volumen mit einem den Gasauslaß verschließenden und öffnenden Ventilteller, einer den Ventilteller verlagernden Kolbenstange sowie einer vorgespannten, die Kolbenstange und den Ventilteller in Richtung des Gasauslasses zum Verschließen desselben bewegenden Feder, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Ventilteller (6) und der Kolbenstange (7) in Wirkverbindung stehende Feder (8) innerhalb eines beidseitig verschlossenen, ring- oder wendelgewellten Metallbalges (9) angeordnet ist.

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Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (8) eine größere Steifigkeit als der Metallbalg (9) aufweist.

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Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Metallbalg (9) und Feder (8)

gebildete Betätigungseinheit (10) innerhalb des Gehäuses (2) eines Schalldämpfers (1) für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Anprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (8) eine Spiralfeder ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (8) aus einer Legierung auf Nickelbasis gefertigt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbalg (9) an einem seiner Enden durch eine Verschlußplatte (12) und am anderen Ende durch das Gehäuse (2) verschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (8) mit einem Ende an der Verschlußplatte (12) und ihrem anderen Ende am Gehäuse (2) festgelegt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (7) linear beweglich an der Verschlußplatte (12) festgelegt ist und an ihrem der Verschlußplatte (12) abgewandten Ende den Ventilteller (6) trägt.

0 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (7) die Verschlußplatte (12) durchragt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine innerhalb des Metallbalges (9) angeordnete Führung (14) für die Kolbenstange (7).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (14) durch ein innerhalb des
Metallbalges (9) angeordnetes Axialrohr gebildet
ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Axialrohr (14) am Gehäuse (2) des
Schalldämpfers (1) festgelegt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine außerhalb des Metallbalges angeordnete

Führung für die Kolbenstange.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß das Balginnere (11) mit der Atmosphäre in Verbindung steht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung durch zumindest ein Ventil (16) mit Drosselstelle hergestellt ist.