Bei einem bekannten Klappenventil dieser Art (DE 199 34 113 A1) ist das den Gasstrom führende Ventilrohr als elastisch verformbares Dünnwandrohr und die im Ventilrohr angeordnete Ventilklappe als starre, kreisrunde Scheibe ausgebildet. Die die Ventilklappe betätigende Klappenwelle schließt mit der Ventilrohrachse einen Winkel a zwischen 10'und 90', vorzugsweise 45°, ein. Durch diese Ausbildung des Klappenventils kann das Ventilrohr ohne Durchtrittsöffnung für die Antriebswelle gestaltet werden.

Wird der Außendurchmesser der Ventilklappe gleich dem Innendurchmesser des Ventilrohrs gewählt, dann fällt die Klappennormale mit der Achse des Ventilrohrs zusammen. Hat dagegen die Ventilklappe einen gegenüber dem Innendurchmesser

des Ventilrohrs größeren Außendurchmesser, so ergibt sich in der Schließstellung der Ventilklappe ein spitzer Winkel zwischen der Klappennormalen und der Achse des Ventilrohrs, der sog. Öffnungswinkel. Dieser Öffnungswinkel ist um so größer, je größer die Durchmesserdifferenz zwischen dem Außendurchmesser der Ventilklappe und dem lichten Durchmesser des Ventilrohrs ist. Durch diese Durchmesserdifferenz verformt sich das Ventilrohr in der Schließstellung der Ventilklappe zu einer Ellipse, deren größere Halbmesser dem Radius der Ventilklappe entspricht. Bei geöffnetem Klappenventil hat die Ventilklappe immer nur an zwei Punkten Kontakt mit dem Ventilrohr.

Bei dieser konstruktiven Gestaltung des Klappenventils hat sich gezeigt, daß mit kleiner werdendem Winkel zwischen Ventilrohrachse und Klappennormalen, also mit abnehmendem Übermaß des Durchmessers der Ventilklappe gegenüber dem lichten Durchmesser des Ventilrohrs, die Gefahr des Verklemmens der Ventilklappe im Ventilrohr zunimmt.

Andererseits führt bei einer mit großem Übermaß ausgebildeten Ventilklappe die Druckbelastung im Ventilrohr dazu, daß sich das dünnwandige Rohr in der Schließstellung der Ventilklappe zu einem runden Rohr rückverformt und dadurch hohe Radialkräfte vom Ventilrohr auf den Klappenrand der Ventilklappe ausgeübt werden, die zu einer Schwergängigkeit des Klappenventils führen. Der zugelassene Winkelbereich für eine Anstellung der Ventilklappe gegenüber der Ventilrohrachse ist daher relativ gering.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Klappenventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, im Schließzustand nur geringe Leckagen aufzuweisen, da beim Schließen der ovalen Ventilklappe der elastisch verformbare Rohrabschnitt des Ventilrohrs leicht radial zu einem in Ventilrohrachse gesehenen Oval verformt wird und sich dadurch an die Ventilklappe sehr eng anschmiegt. Hierzu braucht das Ventilrohr im Verstellbereich der Ventilklappe nicht besonders an die Ventilklappe angepaßt zu werden, sondern kann die fertigungstechnische Form eines Hohlzylinders mit kreisrunder Grundfläche beibehalten. Durch die ovale Form der Ventilklappe werden die durch den Andruck an dem elastisch verformbaren Rohrabschnitt initiierten Radialkräfte am Ventilklappenrand klein gehalten, so daß das Öffnungsdrehmoment an der Klappenwelle klein ist. Bei geöffnetem Klappenventil liegt eine Zweipunktberührung zwischen Ventilklappe und Ventilrohr bei ebenfalls geringfügiger Verformung des Rohrabschnitts vor, so daß auch hier das Betätigungsdrehmoment gering ist. Unter einem Oval wird jede geschlossene, ebene Kurve mit einer in jedem Kurvenpunkt positiven, höchstens abschnittweise konstanten Krümmung und mindestens vier Scheitelpunkten verstanden.

Sonderfälle des Ovals sind die Ellipse oder eine ausgewählte Cassinische Kurve mit a > e-V2 (vgl. Handbuch der Mathematik, Walter Gellert, Leipzig, Seite 449).

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Klappenventils möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ausrichtung der Ventilklappe im Ventilrohr so vorgenommen, daß eine in der Schließstellung der Ventilklappe zwischen Projektion der Klappennormalen auf die xz-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems und der Achse des Ventilrohrs eingeschlossene Öffnungswinkelkomponente ß zwischen 5° und 60° liegt, wobei die Ventilrohrachse mit der x-Achse des Koordinatensystems zusammenfällt und der Ursprung des Koordinatensystems im Schnittpunkt von Ventilrohrachse, Klappenwellenachse und Klappennormalen liegt.

Wird in dem angegebenen Bemessungsbereich eine große Öffnungswinkelkomponente ß gewählt, so wird die Gefahr des Festklemmens der Ventilklappe.-. reduziert und auch der Drehwinkel an der Klappenwelle zum Überführen der Ventilklappe von ihrer Schließstellung in ihre Offenstellung und umgekehrt reduziert. Bei der Verwendung des Klappenventils als Drosselorgan im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, bei dem die Ventilklappe mittels einer Rückstellfeder bei Ausfall des elektromotorischen Stellglieds in ihre Schließstellung überführt wird, wird dadurch der von der Rückstellfeder erzeugte Rückdrehimpuls verkleinert und eine schädliche Kraftkomponente auf das Ventilrohr beim unkontrollierten Schließen der Ventilklappe reduziert, so daß ein Zerstören des elastisch verformbaren Rohrabschnitts des Ventilrohrs vermieden wird.

Die größere Öffnungswinkelkomponente ß hat darüber hinaus den Vorteil, daß bei der Fertigung von Ventilrohr und Ventilklappe größere Fertigungstoleranzen zugelassen werden können, um die jeweils gleichen Toleranzen des Öffnungswinkel zu erhalten. Dadurch können die Herstellkosten für das Klappenventil gesenkt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist im Falle der elliptischen Ausführung der Außenkontur der Ventilklappe mit wenig unterschiedlichen Halbmessern die zwischen den Halbmessern bestehende Differenz abhängig von der Öffnungswinkelkomponente ß und einer in Achsrichtung der Ventilklappe vorgenommenen Rundung des Klappenrandes der Ventilklappe so gewählt, daß die in der Schließstellung der Ventilklappe vom Ventilrohr auf den Klappenrand der Ventilklappe aufgebrachten Radialkräfte klein bleiben.

Dadurch wird das erwünschte minimale Öffnungsdrehmoment beibehalten.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Ausrichtung der Ventilklappe in dem Ventilrohr die Ventilklappe zusätzlich noch so gekippt, daß die Klappennormale neben der Öffnungswinkelkomponente ß in der xz-Achse noch eine Öffnungswinkelkomponente y in der xy-Achse des vorstehend definierten kartesischen Koordinatensystems aufweist. Diese Öffnungswinkelkomponente y ist der in der Schließstellung der Ventilklappe zwischen der Projektion der Klappennormalen auf die xy-Ebene des kartesischen Koordinatensystems und der Achse des Ventilrohrs eingeschlossene Winkel und beträgt 0° bis 45°. Durch diese zusätzliche Winkelanstellung der

Ventilklappe gegenüber dem Ventilrohr verringert sich der Wellendrehwinkel der Klappenwelle weiter. Dadurch können die Ventilbetätigungszeiten reduziert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Axiallänge des elastisch verformbaren, hohlzylindrischen Rohrabschnitts des Ventilrohrs im Verhältnis zur Axiallänge des Ventilrohrs sehr groß gemacht. Dadurch erhält man eine verbesserte Verformbarkeit der Rohrabschnitt im Klappenverstelllbereich. Vorzugsweise ist das Ventilrohr insgesamt als elastisch verformbares Rohr ausgebildet, das vorzugsweise als Hohlzylinder ausgeführt ist dessen Grundfläche rechtwinklig zur Rohrachse verläuft.

Das erfindungsgemäße Klappenventil findet vorzugsweise Verwendung als Abgasrückführventil in der Abgasrückführleitung einer Brennkraftmaschine oder als Drosselklappeneinheit in der Zuluftleitung eines Ansaugtrakts einer Brennkraftmaschine.

Zeichnung Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in jeweils schematischer Darstellung : Fig. 1 ausschnittweise eine Seitenansicht eines Klappenventils mit teilweise geschnittenem Ventilrohr,

Fig. 2 ausschnittweise eine Draufsicht des Klappenventils mit teilweisem Schnitt des Ventilrohrs längs der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1, Fig. 4 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 3 bei geöffnetem Klappenventil, Fig. 5 jeweils eine gleiche Darstellung wie in bis 8 Fig. 1-4 eines modifizierten Klappenventils, Fig. 9 eine perspektivische Darstellung des in Fig. 1-8 angegebenen kartesischen Koordinatensystems mit eingezeichneter Klappennormalen nK der Ventilrohrachse, Fig. 10 eine Draufsicht einer Ventilklappe in einer weiteren Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Das in Fig. 1-4 in verschiedenen Schnittdarstellungen ausschnittweise zu sehende Klappenventil wird vorzugsweise als Abgasrückführventil in einer Abgasrückführleitung einer Brennkraftmaschine oder in der Zuluftleitung eines Ansaugtrakts einer Brennkraftmaschine verwendet. Das Klappenventil weist ein rundes, elastisch verformbares, vorzugsweise dünnwandig ausgebildetes Ventilrohr 11, das als

Hohlzylinder mit kreisrundem lichten Rohrquerschnitt 112 ausgebildet ist, und eine im Endbereich des Ventilrohrs 11 zur Steuerung des Rohrquerschnitts 112 angeordnete Ventilklappe 12 auf, die am Stirnende einer Klappenwelle 13 befestigt ist und durch Drehen der Klappenwelle 13 zwischen einer den Rohrquerschnitt 112 des Ventilrohrs 11 maximal freigebenden Offenstellung und einer den Rohrquerschnitt 112 des Ventilrohrs 11 abdeckenden Schließstellung schwenkbar ist. In Fig. 1-3 ist die Ventilklappe 12 in ihrer Schließstellung und in Fig. 4 ist die Ventilklappe 12 in ihrer Offenstellung zu sehen. Die Klappenwelle 13 ist dabei so angeordnet, daß ihre Achse 131 einen spitzen Winkel a zur Achse 111 des Ventilrohrs 11 einschließt. Der Anstellwinkel a der Klappenwelle 13 ist in den beschriebenen Ausführungsbeispielen des Klappenventils zu a=45° gewählt, kann aber in einem Winkelbereich von gleich oder größer 10° und kleiner 90° liegen. Die Klappenwelle 13 taucht durch den kreisrunden lichten Rohrquerschnitt 112 am Ende des Ventilrohrs 11 in das Ventilrohr 11 ein, so daß keine Durchführung in der Rohrwand des Ventilrohrs 11 für die Klappenwelle 13 erforderlich ist.

Wie aus Fig. 2 und 4 ersichtlich ist, weist die steif ausgebildete Ventilklappe 12 zwei hier eben ausgebildete Klappenflächen 121, die voneinander abgekehrt sind und sich parallel zu einer bezüglich dem Dickenmaß der Ventilklappe 12 mittig verlaufenden Klappenhauptebene 123 (Fig. 2 und 4) erstrecken, und einen Klappenrand 122, der mit einer vorzugsweise als Radius ausgeführten Rundung versehen ist, sowie eine in der Hauptklappenebene 123 umlaufende Außenkontur auf, die im Ausführungsbeispiel der Fig. 1-4

einer Ellipse nachgebildet ist. Der kleinere Halbmesser der Ellipse entspricht in etwa dem Innenradius des Ventilrohrs 11 und die beiden Halbmesser der Ellipse sind vorzugsweise wenig unterschiedlich bemessen. Grundsätzlich wird der Unterschied zwischen den Halbmessern durch die nachfolgend beschriebene Öffnungswinkelkomponente ß eines Öffnungswinkel der Ventilklappe 12 bestimmt. Dieser Öffnungswinkel kommt dadurch zustande, daß die in ihrer Schließstellung sich befindlichen Ventilklappe 12 im Ventilrohr 11 nicht rechtwinklig zu dessen Achse 111 ausgerichtet ist, sondern gegenüber der Ventilrohrachse 111 angestellt ist. Dabei wird die Öffnungswinkelkomponente ß als derjenige Winkel definiert, den die Projektion nnxz der Klappennormalen nK auf die xz- Ebene eines kartesischen Koordinatensystems mit der Achse 111 des Ventilrohrs 11 einschließt. Dabei ist festgelegt, daß die Ventilrohrachse 111 mit der x-Achse des Koordinatensystems zusammenfällt und der Ursprung des Koordinatensystems im Schnittpunkt von Ventilrohrachse 111, Klappenwellenachse 131 und Klappennormalen nK liegt. Die Klappennormale nK ist als Senkrechte auf der Klappenhauptebene 123 definiert. Das kartesische Koordinatensystem ist in Fig. 9 der Übersichtlichkeit halber perspektivisch dargestellt. Mit 111 ist die Ventilrohrachse angedeutet. Die Klappennormale nK mit ihrer Projektion nnxz auf die xz-Ebene und ihrer Projektion nu. y auf die xy-Ebene sind als Vektoren dargestellt. Die Öffnungswinkelkomponente ß stellt damit die Anstellung der Klappennormalen nK gegenüber der Ventilrohrachse 111 in der xz-Ebene dar, während eine zwischen der Projektion nKXy der Klappennormalen nK auf die xy-Ebene und der Ventilrohrachse 111 eingeschlossene Öffnungswinkelkomponente y die Anstellung der Klappennormalen nK gegenüber der Ventilrohrachse 111 in

der xy-Ebene angibt. Die Öffnungswinkelkomponente ß kann beliebig zwischen einen Winkelbereich 5° bis 60° gewählt werden.

In dem in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ventilklappe 11 bei einem Anstellwinkel a der Klappenwelle 13, deren Achse 131 in der xy-Ebene liegt, gegenüber der Ventilrohrachse 111 so auf der Klappenwelle 13 ausgerichtet, daß in der Schließstellung der Ventilklappe 12 die Klappennmormale nK in der xz-Ebene liegt. Damit ist die Öffnungswinkelkomponente y=0, und die Projektion nKXz der Klappennormalen nK ist identisch mit der Klappennormalen nK.

In Fig. 1 bis 3 ist die Ventilklappe 12 in ihrer Schließstellung zu sehen, in der sie den Rohrquerschnitt 112 des Ventilrohrs 11 verschließt. In Fig. 4 ist durch Drehen der Klappenwelle 13 um einen Winkel ? (Fig. 1) die Ventilklappe 12 in ihre Offenstellung überführt, in welcher sie den Rohrquerschnitt 112 des Ventilrohrs 11 maximal freigibt. Der Drehwinkel co zum Überführen der Ventilklappe 12 in ihre beiden Endstellungen hängt von der Größe der Öffnungswinkelkomponente ß ab und nimmt mit zunehmender Öffnungswinkelkomponente ß ab. Bei einer Öffnungswinkelkomponente ß=5° liegt der Drehwinkel co nahe 180°.

In der Schließstellung des Klappenventils (Fig. 3) wird das elastisch verformbare Ventilrohr 11 radial verformt und schmiegt sich an die Rundung des Klappenrands 122 der Ventilklappe 12 an, so daß Linienberührung zwischen der Ventilklappe 12 und dem Ventilrohr 11 vorherrscht. In der

Offenstellung des Klappenventils (Fig. 4) liegt dagegen lediglich eine Zweipunktberührung zwischen Ventilklappe 12 und Ventilrohr 11 vor. Die Schrägstellung der Ventilklappe 12 gegenüber der Ventilrohrachse 111 mit der Öffnungswinkelkomporiente ß sorgt dafür, daß bei geschlossenem Klappenventil die radiale Verformung des Ventilrohrs 11 ein bestimmtes Maß nicht übersteigt, so daß die durch den Innendruck im Ventilrohr 11 initiierten Radialkräfte auf den Klappenrand 122 nicht zu groß sind und damit zum Öffnen des Klappenventils nur ein relativ geringes Öffnungsdrehmoment erforderlich ist. Die Gefahr des Festklemmens reduziert sich mit zunehmender Öffnungswinkelkomponente ß. Ebenso hat die größere Öffnungswinkelkomponente ß gegenüber einer kleineren Öffnungswinkelkomponente ß den Vorteil, daß die Fertigungstoleranzen des Ventilrohrs 11 und der Ventilklappe 12 aufgeweitet werden können, um die jeweils gleichen Öffnungswinkeltoleranzen zu erhalten.

Ist die Ventilklappe 12, wie hier nicht weiter dargestellt ist, mit einer Rückstelleinrichtung, z. B. einer Rückstellfeder, ausgestattet, die die Ventilklappe 12 im Falle eines Ausfalls eines Drehmoments an der Klappenwelle 11 in die Schließstellung zurückführt, so ist-wie vorstehend beschrieben-durch den mit zunehmender Öffnungswinkelkomponente ß reduzierten Drehweg m auch der Rückdrehimpuls der Rückstelleinrichtung kleiner, so daß die beim Schließen der Ventilklappe 12 in radialer Richtung auf das Ventilrohr 11 auftreffende schädliche Kraftkomponente reduziert wird.

Das in Fig. 5 bis 8 illustrierte Ausführungsbeispiel eines Klappenventils ist gegenüber dem zu Fig. 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel des Klappenventils insoweit modifiziert, als die Ausrichtung der wiederum eine elliptische Außenkontur aufweisenden Ventilklappe 12 auf der Klappenwelle 13 so vorgenommen ist, daß die Klappennormale nK aus der xz-Ebene herausgedreht ist und damit gegenüber der Ventilrohrachse 111 die zusätzliche Öffnungswinkelkomponente y besitzt. Diese Öffnungswinkelkomponente, die im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 bis 4 gleich Null ist, kann bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 bis 8 bis zu 45° gewählt werden. Durch diese zusätzliche Winkelanstellung der Klappennormalen nK gegenüber der Ventilrohrachse 111 in der xy-Ebene wird der Drehwinkel m der Klappenwelle 13 reduziert, und zwar zunehmend mit sich vergrößernder Öffnungswinkelkomponente y. Im übrigen stimmt das Klappenventil in der Ausführung gemäß Fig. 25 bis 8 mit dem in Fig.-. bis 4 überein, so daß gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Fig. 5 bis 8 zeigen gleiche Schnittdarstellungen des Ausführungsbeispiels des Klappenventils 11 wie Fig. 1 bis 4, so daß die beiden skizzierten Ausführungsbeispiele des Klappenventils unmittelbar miteinander vergleichbar sind.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So ist die elliptische Ausbildung der Außenkontur der Ventilklappe 11 nur eine bevorzugte Ausführungsform. Grundsätzlich kann die Außenkontur einem Oval angenähert werden. Die Definition eines Ovals ist eingangs gegeben. Ein Beispiel für eine weitere mögliche ovale Form der Außenkontur der Ventilklappe

12 ist in Fig. 10 dargestellt. Diese Außenkontur ist eine sog. Cassinische Kurve. Die Cassinische Kurve ist definiert als geometrischer Ort aller Punkte P, für die das Produkt der Abstände r von zwei festen Punkten einen konstanten Wert a2 hat. Liegen die festen Punkte F1 und F2 auf der x-Achse eines kartesischen Koordinatensystems im Abstand +e und-e vom Ursprung so gilt : Für ähnelt diese Kurve einer Ellipse und hat vier Scheitelpunkte S1, S2 bei und N1, N2 bei Im Ausführungsbeispiel der Fig. 9 ist a=10 und e=6 gewählt.

Des weiteren ist es nicht zwingend, daß das gesamte Ventilrohr 11 flexibel oder elastisch verformbar ausgebildet ist. Es genügt, wenn eine solche Ausbildung des Ventilrohrs 11 in einem hohlzylindrischen Rohrabschnitt vorgenommen ist und die Ventilklappe 12 in diesem Rohrabschnitt angeordnet wird, der zur Erreichung einer noch größeren Flexibilität dünnwandig ausgeführt werden kann. Der Rohrabschnitt sollte jedoch wesentlich größer als der axiale Hubbereich der Ventilklappe ausgeführt werden, um eine ausreichende Flexibilität des Rohrabschnitts zu gewährleisten. Der hohlzylindrische Rohrabschnitt wird dabei vorzugsweise am Ende des Ventilrohrs 11 vorgesehen, so daß das Ventilrohr 11 ohne eine Öffnung zum Durchtritt der Klappenwelle 13 ausgeführt werden kann. Des weiteren kann die Klappenfläche 121 der Ventilklappe 12 gewölbt oder stumpfkegelig ausgebildet sein, und die Klappenhauptebene 123 kann innerhalb des Dickenmaßes der Ventilklappe 12 auch außermittig verlaufen.