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Title:
VALVE DEVICE FOR A MOTOR VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/071289
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a valve device for a motor vehicle, comprising a housing (1), a flow channel (2) located in the housing, a flap (3) arranged in the flow channel (2) for closing the flow channel (2), said flap (3) having regions in which a pin (4) penetrating the flap (3) is fastened and said pin (4) is rotatably mounted in the housing (1), and a valve seat (7), which is arranged in the flow channel (2) and which is in contact with the flap (3) when the latter is in the closed position. The seal (8) is arranged in the flow channel, the side of the seal (8) facing the flap (3) having a wall thickness (14) which is greater than the rest of the cross-sectional surface, said area (14) being opposite the flap (3) in the closed state.

Inventors:
KOHLEN PETER (DE)
MONTIGNY RAINER JOHANNES (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/075477
Publication Date:
May 12, 2016
Filing Date:
November 02, 2015
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (DE)
International Classes:
F02D9/08; F16K1/226
Foreign References:
US4258901A1981-03-31
US4037819A1977-07-26
US5535784A1996-07-16
DE2848130A11980-05-14
US3080145A1963-03-05
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Claims:
Ventilvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse befindlichen Strömungskanal, einer in dem Strömungskanal angeordneten Klappe zum Verschließen des Strömungskanals, wobei die Klappe Bereiche besitzt, in denen eine die Klappe durchdringende Achse befestigt ist, und die Achse drehbar in dem Gehäuse gelagert ist und einem im Strömungskanal angeordneten Ventilsitz, der in

Schließstellung der Klappe mit dieser in Kontakt steht, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dichtung (8) im Strömungskanal (2) angeordnet ist, dass die der Klappe (3) zugewandte Seite der Dichtung (8) einen Bereich größerer Wandstärke (14) als die restliche Querschnittsfläche besitzt und dieser Bereich (14) der Klappe (3) im geschlossenen Zustand gegenüber liegt.

Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sich der Bereich größerer Wandstärke (14) über einen Schwenkwinkelbereich der Klappe (3) von 8° bis -8°, vorzugsweise 5° bis -5°, insbesondere von 2° bis -2° erstreckt.

Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Bereich größerer Wandstärke (14) im Bereich der Schließstellung der Klappe (3) als Plateau (16) ausgebildet ist.

Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Bereich größerer Wandstärke (14) eine in Richtung Klappe (3) weisende Wölbung besitzt .

Ventilvorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dichtung (8) einen U- oder V-förmigen Querschnitt besitzt . Ventilvorrichtung nach Anspruch 5, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass einer der Schenkel (12) des Dichtungsguerschnitts der Klappe (3) zugewandt ist, während der andere Schenkel (13) an der Aufnahme (9) für die Dichtung (8) im Strömungskanal (2) anliegt.

Ventilvorrichtung nach Anspruch 5, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Scheitel (11) der U- oder V-förmigen Querschnittsfläche der Klappe (11) zu¬ gewandt ist und dass sich die dem Scheitel (11) gegen¬ überliegenden Enden der Schenkel (12, 13) an der Aufnahme (9) der Dichtung (8) im Strömungskanal (2) anliegen.

Ventilvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dichtung (8) ein Verstärkungsprofil (15) besitzt.

Ventilvorrichtung nach Anspruch 8, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verstärkungsprofil (15) entsprechend der Querschnittsfläche U- oder V-förmig ausgebildet ist.

Ventilvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 9, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sich das Verstärkungsprofil (15) über die Innenseite der Schenkel (12, 13) erstreckend angeordnet ist.

Ventilvorrichtung nach Anspruch 8, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verstärkungsprofil (15) eine Federwirkung besitzt.

Ventilvorrichtung nach mindestens einem vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dichtung (8) aus einem Elastomer oder PTFE besteht.

13. Ventilvorrichtung nach mindestens einem vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dichtung (8) in einer Aufnahme (9) des Strömungskanals (2) angeordnet ist.

14. Ventilvorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h

g e k e n n z e i c h n e t , dass die Aufnahme (9) eine radial umlaufende Nut ist. 15. Ventilvorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h

g e k e n n z e i c h n e t , dass die Aufnahme (9) ein Absatz ist, dass die Dichtung (8) an dem Absatz anliegt und dass ein Klemmring (10) die Dichtung (8) in dieser Position fixiert .

Description:
Beschreibung

Ventilvorrichtung für ein Kraftfahrzeug Gegenstand der Erfindung ist eine Ventilvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse be ¬ findlichen Strömungskanal, einer in dem Strömungskanal ange ¬ ordneten Klappe zum Verschließen des Strömungskanals, wobei die Klappe an einer Achse befestigt ist, die Achse drehbar in dem Gehäuse gelagert ist und einem im Strömungskanal angeordneten Ventilsitz, der in Schließstellung der Klappe mit dieser in Kontakt steht .

Derartige Ventilvorrichtungen finden beispielsweise als Drosselklappenstutzen oder Abgasrückführventile Verwendung und sind seit langem bekannt. Durch die drehbar gelagerte Klappe ist es möglich, den Strömungskanal vollständig zu verschließen oder zu öffnen, um so den Massendurchsatz zu regeln. Da insbesondere in dem Bereich mit kleinem Öffnungswinkel eine hohe Regelgüte gefordert wird, kommt der Klappen- und Dichtungsgestaltung besonderes Augenmerk zu. Zum einen wird die Dichtung durch das Öffnen und Schließen mechanisch stark beansprucht, weshalb die Dichtung im Gehäuse und nicht an der Klappe angeordnet ist. Zum anderen kommt es infolge ungünstiger Betriebsbedingungen im Strömungskanal und an der Klappe zur Eisbildung, wodurch ein gleichmäßiger Bewegungsablauf der Klappe gestört ist. Im schlimmsten Fall kann die Eisbildung die Bewegung der Klappe blockieren. Hierzu ist es bekannt, das Gehäuse der Ventil ¬ vorrichtung zu beheizen, indem in dem Gehäuse um den Strö- mungskanal herum ein Kanal verläuft, der mit dem Wasserkühl ¬ kreislauf des Verbrennungsmotors verbunden ist. Das Kühlwasser bewirkt somit das Erwärmen des Gehäuses. Nachteilig bei dieser Ventilvorrichtung ist die aufwändige Gehäusegestaltung infolge des Kühlmittelkanals mit den dazugehörigen Anschlüssen. Es ist auch bekannt, den Strömungskanal mit einer Anti-Eis-Beschichtung auszugestalten, was jedoch ebenfalls einen erhöhten Aufwand zur Folge hat . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilvorrichtung zu schaffen, mit der eine hohe Regelgüte im Bereich kleiner Öffnungswinkel bis zum vollständigen Verschließen des Strömungskanals erreicht wird. Die Ventilvorrichtung soll zudem ein Blockieren der Klappe infolge einer Eisbildung mit geringem Aufwand vermeiden.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass die Dichtung im Strö ¬ mungskanal angeordnet ist, dass die der Klappe zugewandte Seite der Dichtung einen Bereich größerer Wandstärke als die restliche Querschnittsfläche besitzt und dieser Bereich der Klappe im geschlossenen Zustand gegenüber liegt.

Die Ausbildung der Dichtung mit einem Bereich größerer Wandstärke als die restliche Querschnittsfläche, wobei dieser Bereich der Klappe im geschlossenen Zustand gegenüber liegt, hat zur Folge, dass dadurch ein exponierter Bereich geschaffen wird, so dass die Dichtung in diesem Bereich den kleinsten Innendurchmesser besitzt. Mit der Anordnung dieses Bereich in dem Gebiet, in dem sich die Klappe in ihrer Schließstellung befindet, wird si ¬ chergestellt, dass in der Schließ Stellung der Klappe der Strömungskanal zuverlässig verschlossen ist. Infolge der größeren Materialanhäufung in diesem Bereich ergibt sich eine geringere Elastizität was die Dichtwirkung erhöht. Da dieser Bereich jedoch nur in dem Bereich der Schließ Stellung der Klappe ausgebildet ist, sind die geometrischen Ausdehnungen dieses Bereiches auf ein Minimum reduziert. Dadurch treten Belastungen an der Dichtung und der Klappe in einem räumlich äußerst begrenzten Bereich auf, was den Verschleiß deutlich reduziert und somit die Lebensdauer der Dichtung und der Klappe erhöht. Zudem wird mit der Anordnung der Dichtung im Strömungskanal die Gefahr von Beschädigungen während der Montage deutlich verringert.

In Abhängigkeit vom Durchmesser des Strömungskanals erstreckt sich in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Bereich größerer Wandstärke über einen Schwenkwinkelbereich der Klappe von 8° bis -8°, vorzugsweise 5° bis -5°, insbesondere von 2° bis -2° erstreckt, wobei bei größeren Durchmessern eher kleinere Schwenkwinkelbereiche wählbar sind. Die Schließstellung der Klappe entspricht dabei 0°. Für eine besonders hohe Regelgüte ist der Bereich größerer

Wandstärke im Bereich der Schließstellung der Klappe als Plateau ausgebildet .

Der geringste Verschleiß zwischen Dichtung und Klappe wird dadurch erreicht, dass der Bereich größerer Wandstärke eine in Richtung Klappe weisende Wölbung besitzt . Durch diese Gestaltung wird erreicht, dass der Bereich, in dem sich Dichtung und Klappe berühren räumlich auf ein Minimum reduziert wird. Die Verwendung von Dichtlippen erlaubt eine hohe Elastizität über einen großen Bereich, da Dichtlippen eine gegenüber dem restlichen Dichtungskörper schmale Querschnittsfläche besitzen. Um die Dichtwirkung auf einen räumlich kleinen Bereich zu beschränken aber dennoch eine ausreichende Flexibilität zu gewährleisten, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die Dichtung mit einem U- oder V-förmigen Querschnitt auszubilden. Die gewünschte Flexibilität wird durch die beiden Schenkel der Querschnittsfläche gewährleistet, welche über die Dicke der Schenkel im gewissen Rahmen einstellbar ist.

Eine hohe Flexibilität wird erreicht, wenn einer der Schenkel des Dichtungsguerschnitts der Klappe zugewandt ist, während der andere Schenkel an der Aufnahme für die Dichtung im Strö ¬ mungskanal anliegt .

Für eine sehr hohe Regelgüte ist die Dichtung derart im

Strömungskanal angeordnet, dass der Scheitel der U- oder V-förmigen Querschnittsfläche der Klappe zugewandt ist und dass sich die dem Scheitel gegenüberliegenden Enden der Schenkel an der Aufnahme der Dichtung im Strömungskanal anliegen. Durch das Anliegen der Schenkel hat die Dichtung eine genau definierte Position, die in dieser Ausrichtung nur geringe Lageverände- rungen des mit der Klappe in Kontakt tretenden Bereichs zulassen, was letztendlich ein exaktes Einstellen des durch den Strömungskanals strömenden Mediums ermöglicht. In einer anderen Ausgestaltung lässt sich die Dichtung mit schmaler Querschnittsfläche aber ausreichender Formstabilität herstellen, wenn die Dichtung ein Verstärkungsprofil besitzt.

Im einfachsten Fall ist das Verstärkungsprofil entsprechend der Querschnittsfläche U- oder V-förmig ausgebildet. Auf diese Weise lassen sich die Schenkel in ihrer Funktion unterstützen.

Das Verstärkungsprofil kann innerhalb der Querschnittsfläche angeordnet werden. Eine einfachere Herstellung der Dichtung ist gegeben, wenn das Verstärkungsprofil über die Innenseite der Schenkel erstreckend angeordnet ist, so dass es mit einer Seite mit der Dichtung in Kontakt steht und die sich gegenüberliegenden Flächen des Profils frei sichtbar sind. Sofern das Verstärkungsprofil eine Federwirkung besitzt, erlaubt diese Ausgestaltung eine weitere Reduzierung der Querschnittsfläche der Dichtung, da die Elastizität der Dichtung nicht mehr ausschließlich über den Werkstoff und dessen Querschnitt realisiert werden muss. Dadurch lässt sich die Dichtung kostengünstiger herstellen.

Eine gute Flexibiltat wird mit einer Dichtung aus einem Elastomer erreicht, während eine Eisbildung im Bereich der Dichtung mit einer Ausbildung der Dichtung aus PTFE erreicht wird.

Die Anordnung der Dichtung gestaltet sich besonders einfach, wenn sie in einer Aufnahme des Strömungskanals angeordnet ist.

Im einfachsten Fall ist die Aufnahme eine radial umlaufende Nut. Die Herstellung der Aufnahme gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung wesentlich kostengünstiger, wenn die Aufnahme ein Absatz ist, und die Dichtung an dem Absatz anliegt. Für ein zuverlässiges Halten der Dichtung in dieser Position lässt sich ein Klemmring vorsehen, der die Dichtung in dieser Position fixiert. An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert . Es zeigen in:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung im Schnitt, Fig. 2 - 5 verschiedener Ausführungsformen der Dichtung und

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung der Dichtung.

Figur 1 zeigt als Ventilvorrichtung einen Drosselklappenstutzen mit einem Gehäuse 1, einem in dem Gehäuse befindlichen Strömungskanal 2, in dem eine scheibenförmige Klappe 3 angeordnet ist. Die Klappe 3 ist fest mit einer Achse 4 verbunden und die Achse 4 ist in dem Gehäuse 1 drehbar gelagert. Die Achse 4 wird von einem Elektromotor 5 über ein Getriebe 6 angetrieben.

Der zylindrische Bereich, in dem die Klappe 3 den Strömungskanal 2 abdichtet, ist der Ventilsitz 7. Die Strömungsrichtung im Strömungskanal 2 ist mit einem Pfeil gekennzeichnet. Figur 2 zeigt die Klappe 3 im Strömungskanal 2 in Schließstellung. Die Klappe 3 liegt dazu an einer Dichtung 8 an. Die Dichtung 8 liegt an einem als Aufnahme 9 ausgebildeten Absatz des Strömungskanals 2 an und wird von einem Klemmring 10 in dieser Position fixiert. Die Dichtung 8 besitzt einen U-förmigen Querschnitt, wobei der Scheitel 11 und ein Schenkel 12 der Dichtung 8 an dem Absatz 9 anliegen und ein Schenkel 13 mit der Klappe 3 in Kontakt steht. Der der Klappe 3 zugewandte Schenkel 13 besitzt eine größere Wandstärke als der andere Schenkel 12 und der Scheitel 11. Der Bereich größerer Wandstärke 14 ist als der Klappe 3 zugewandte Wölbung ausgebildet, um so ein exaktes Abdichten des Strö- mungskanals 2 durch die Klappe 3 zu ermöglichen. Die Dichtung in Figur 3 besitzt gegenüber der Dichtung nach Figur 2 eine um 90° gedrehte Querschnittsfläche mit einem radial innenliegenden Scheitel 11. An diesem Scheitel 11 liegt die Klappe 3 in der Schließstellung an, wobei der Scheitel 11 eine größere Wandstärke als die Schenkel 12, 13 aufweist.

Die Figuren 4 und 5 zeigen Dichtungen 8 in der Ausrichtung gemäß den Figuren 2 und 3, wobei sich die Dichtungen 8 dadurch unterscheiden, dass sie jeweils ein Verstärkungsprofil 15 zur Unterstützung der Formstabilität besitzen. Das Verstärkungs ¬ profil 15 ist an der jeweiligen Innenseite der Schenkel 12, 13 angeordnet. Es ist aber auch denkbar das Verstärkungsprofil 15 vollständig innerhalb der Dichtung 8 anzuordnen, so dass es nicht sichtbar ist .

Die Dichtung 8 in Figur 6 unterscheidet sich im Aufbau von der Dichtung 8 aus Figur 2 dadurch, dass der Bereich größerer Wandstärke 14 nicht als Wölbung sondern als Plateau 16 aus ¬ gebildet ist. Eine derartige Ausgestaltung ist auch bei den Dichtungen 8 der Figuren 3 - 5 möglich.