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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Zapfenventile, um den gesteuerten
Einlass von Abgasen in den Kraftstoffansaugkrümmer eines Verbrennungsmotors
zu erlauben; insbesondere das Zapfenlager, die Lagerrückhaltefeder
und den Lagerspritzschutz eines solchen Ventils; und im ganz Speziellen
eine modulare Unterbaugruppe, die vormontiert sein kann und die
diese drei Bauteile kombiniert, um die Fertigung des Ventils zu
vereinfachen, Fehler beim Zusammenbau zu verringern und Fertigungskosten
zu reduzieren.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Es
ist in der Automobiltechnik gut bekannt, ein variables Ventil, das
den Abgaskrümmer
mit dem Ansaugkrümmer
eines Verbrennungsmotors verbindet, um eine selektive und gesteuerte
Rückführung eines
Teiles eines Motorabgases in den Kraftstoffansaugstrom zu gestatten,
bereitzustellen. Eine solche Rückführung ist
vorteilhaft, um die Verbrennungstemperatur des Kraftstoffgemisches
in dem Motor herabzusetzen, um die Bildung von Stickstoff- und Schwefeloxiden,
die bedeutende Bestandteile von Smog sind, zu verringern. Ein solches
Ventil ist im Stand der Technik als Abgasrückführventil (AGR-Ventil) bekannt.
Typischerweise weist ein AGR-Ventil einen Ventilkörper auf,
der eine zwischen einer ersten Öffnung
in dem Abgaskrümmer
und einer zweiten Öffnung
in dem Ansaugkrümmer
angeordnete Kammer umschließt;
einen Ventilsitz, der die Kammer zwischen den beiden Kanälen teilt;
ein Zapfenventil mit einem auf den Ventilsitz aufmontierten Ventilkopf
und einem Ventilschaft oder Zapfen, der sich von dem Ventilkopf
durch ein Lager, das in einer dritten Öffnung in einer Seitenwand
des Ventilkörpers montiert
ist, erstreckt; und einen Magnetstellantrieb, der an der Außenseite
des Ventilkörpers
befestigt ist, und wirksam mit dem äußeren Ende des Ventilschafts
verbunden ist. Da entlang des Ventilschafts Abgas ausströmen kann,
ist der Stellantrieb typischerweise an Abstandhaltern befestigt,
um solch ein ausströmendes
Abgas abzulassen und dadurch zu verhindern, dass es in den Elektromagneten
eintritt und diesen korrodiert. Das Lager weist einen umlaufenden
Flansch zum Abdichten gegen eine Außenfläche des Ventilkörpers auf
und kann durch eine Feder, die zwischen dem Ventilkörper und
dem Stellantrieb zusammengedrückt
und gefangen ist, wie eine zusammengedrückte Schraubenfeder, die den
Ventilschaft umgibt, zum Abdichten gedrängt werden. Ein AGR-Ventil
mit einem solchen Abstandhalteraufbau kann verschiedenen Umweltegefährdungen
ausgesetzt sein wie Schlamm und Salz von Straßen, die den freiliegenden
Ventilschaft und die freiliegende Feder korrodieren oder sich an
dem Lager ansammeln können
und letztlich den Schaft verschmutzen und das Ventil blockieren.
Daher wird für
gewöhnlich ein
schalenförmiger
Lagerspritzschutz, der sich axial über die Feder und das Lager
erstreckt, bereitgestellt, um das Lager, den Schaft und die Feder
vor äußeren Verunreinigungen
zu schützen.
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Beim
Zusammenbau eines solchen Ventils nach dem Stand der Technik wird
das Lager, nachdem der Ventilkopf über die dritte Öffnung in
die Kammer eingesetzt wurde, auf den Zapfen geschraubt und gegen
den Ventilkörper
gesetzt, dann wird die Feder auf dem Zapfen montiert, danach wird
der Spritzschutz über
der Feder montiert, und dann wird das Polstück des Stellantriebes an dem äußeren Ende
des Zapfens angebracht, und der Stellantrieb wird durch mehrere
hohle Abstandhalter mit dem Ventilkörper verschraubt, wodurch die
Feder gegen die Unterseite des Schutzes eingefangen ist und die Feder
bis zum richtigen Ausmaß zu sammengedrückt wird.
Dieses Verfahren erfordert eine Ausrichtung der verschiedenen Teile,
die lose sind und für
einen korrekten Zusammenbau gegenseitig ausgerichtet werden müssen, von
Hand; somit kann das Ventil leicht fehlerhaft zusammengebaut werden.
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Was
benötigt
wird, ist eine modulare Unterbaugruppe aus dem Lager, der Feder
und dem Schutz, die unabhängig
einfach vormontiert werden kann, und die durch den Zapfen selbst
ausgerichtet wird; in der die Feder auf eine vorbestimmte und wiederholbare
Kompression vorgespannt ist; und die durch eine Person, die den
Zusammenbau durchführt,
einfach als ein einzelnes Bauteil an dem Ventilzapfen montiert werden
kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Unterbaugruppenmodul mit einem
Zapfenlager, einer Lagerrückhaltefeder
und einem Lagerspritzschutz für ein
Abgasrückführventil
für einen
Verbrennungsmotor. Das Lager weist einen umlaufenden Flansch zum Abdichten
an einer axialen Fläche
davon mit einer äußeren Fläche des
Ventilkörpers,
und eine ringförmige
Stufe zur Aufnahme des gewalzten oder gecrimpten Mantels des Lagerspritzschutzes
auf. Die Lagerrückhaltefeder,
die den Ventilzapfen umgibt, wird innerhalb des Spritzschutzes zusammengedrückt und
eingefangen, wenn der Mantel auf die ringförmige Stufe geformt wird, um
das Modul zu bilden. Die axiale Länge des Moduls zwischen dem äußeren Ende
des Schutzes und der axialen Fläche
des Lagerflansches ist geringfügig
größer als
der zusammengebaute Abstand zwischen dem Ventilkörper und dem Stellantrieb des
AGR-Ventils, so dass die Feder durch Montieren des Stellantriebes
auf dem Ventilkörper
weiter zusammengedrückt
wird, um die erste umlaufende Lagerfläche dichtend gegen den Ventilkörper zu
drängen.
Vorteilhafterweise kann die Unterbaugruppe durch bekannte Verfahren
un abhängig
vormontiert werden, um die Komplexität beim Zusammenbau des Ventils
zu verringern.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorgenannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung
sowie die derzeit bevorzugte Ausführungsformen davon werden durch das
Studium der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen deutlicher, worin:
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1 eine
Aufriss-Querschnittsansicht eines AGR-Ventils nach dem Stand der
Technik ist;
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2 eine
vergrößerte und
detaillierte Ansicht des Bereiches 2 in 1 ist,
die das Lager, die Lagerfeder und den Lagerspritzschutz als getrennte Bauteile
zeigt;
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3 eine
Aufriss-Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines Lagerunterbaugruppenmoduls
gemäß der Erfindung
ist;
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4 eine
Aufriss-Querschnittsansicht wie die in 3 gezeigte
ist, die Ablassvorkehrungen für eine
zweite Ausführungsform
eines Lagerunterbaugruppenmoduls zeigt;
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5 eine
Aufrissansicht ist, die das in 3 gezeigte
Unterbaugruppenmodul in einem unvollständigen und idealisierten AGR-Ventil
installiert zeigt; und
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6 eine
Aufriss-Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform eines Lagerunterbaugruppenmoduls
gemäß der Erfindung
ist.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
durch die vorliegende Erfindung bereitgestellten Vorteile werden
einfacher verständlich,
indem man zuerst ein Ventil nach dem Stand der Technik betrachtet.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 umfasst
ein AGR-Ventil 10 nach
Stand der Technik einen Ventilkörper 12 mit
einem Ventilsitz 14, der eine erste Kammer 16 von
einer zweiten Kammer 18 trennt, wobei die Kammern jeweils
mit den Abgas- bzw. Ansaugsystemen eines (nicht gezeigten) Verbrennungsmotors
in Verbindung stehen können
oder umgekehrt. Ein Ventilkopf 20 ist neben einem Sitz 14 angeordnet,
um selektiv mit diesem in Eingriff zu treten, um die Verbindung
zwischen den Kammern 16 und 18 zu öffnen oder
zu schließen.
Ein Ventilschaft oder -zapfen 22 erstreckt sich von dem
Kopf 20 durch eine axiale Bohrung 24 in einem
Lager 26 und ist innerhalb eines Ankers 28 eines
Magnetstellantriebes 30 gefangen. Das Lager 26 ist
in einer Öffnung 27 in einer
Wand des Ventilkörpers 12 angeordnet
und führt
den Schaft 22 in einer Hin- und Herbewegung, um das Ventil zu öffnen und
zu schließen,
wenn der Stellantrieb 30 erregt bzw. aberregt wird. Das
Lager 26 ist mit einem umlaufenden Flansch 32 mit
einer ersten axialen Fläche 34 zum
Abdichten gegen eine axiale äußere Fläche 36 des
Ventilkörpers 12 versehen,
um ein Ausströmen
von Gasen dazwischen zu verhindern. Ein schalenförmiger Lagerspritzschutz 38 besitzt
einen sich innen erstreckenden Flansch 40 mit einer zentralen Öffnung 42 zu
dem Durchgang des Schaftes 22, vorzugsweise ohne Kontakt
dazwischen, und einen sich axial erstreckenden zylindrischen Mantel 44,
um einen wesentlichen Teil des Lagers 26 vor äußeren Verunreinigungen
zu schützen. Der
Schutz 38 ist in einer Richtung nach unten offen, um das
Ablassen jeglicher Gase, die während
der Betätigung
des Ventils entlang der Bohrung 24 ausströmen können, zu
erlauben. Der Stellantrieb 30 ist mit dem Ventilkörper 12 über mehrere Schrauben 46, die
sich durch mehrere Abstandhalter 48 erstrecken, verbunden.
Eine den Schaft 22 umgebende Schraubenfeder 50 ist
innerhalb des Schutzes 38 angeordnet und ist zwischen dem
Stellantrieb 30 und einer zweiten Fläche 52 an dem Flansch 32 zusammengedrückt, um
den Flansch 32 unter allen Betriebsbedingungen zum Abdichten
gegen die Fläche 36 zu
drängen.
Die Feder 50 dient auch dazu, den Schutz 38 gegen
den Stellantrieb 30 zu drängen, um das Eindringen von
Staub in den Stellantrieb zu verhindern.
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Wie
zuvor beschrieben, sind der Schaft, das Lager, die Feder, der Schutz,
die Abstandhalter, die Schrauben und der Stellantrieb alle lose
Bauteile, die beim Zusammenbau des Ventils von Hand und gleichzeitig
untergebracht werden müssen,
was für eine
Person, die den Zusammenbau durchführt eine komplexe und schwierige
Aufgabe sein kann. Es ist ein vordringliches Ziel der Erfindung,
den Endzusammenbau des Ventils durch Verringern der Anzahl der einzelnen
Bauteile, die zusammengebaut werden müssen, durch Kombinieren der
Feder und eines modifizierten Lagers sowie eines modifizierten Spritzschutzes
zu einem vormontierten Unterbaugruppenmodul zu vereinfachen. Ein
zusätzlicher
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Unterbaugruppenmodul
axial selbstregulierend ist, um die Summierung der axialen Fertigungsabweichung
in den Längen
des Abstandhalters auszugleichen, und so die Fertigungstoleranz
für jedes
Bauteil zu erleichtern.
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Unter
Bezugnahme auf die 3–6 ist ein
Unterbaugruppenmodul 54 als direkter Ersatz des Zusammenbaus
loser Teile 26, 38, 50 gedacht, die in 2 dargestellt
sind, um ein verbessertes, teilweise in 5 gezeigtes
AGR-Ventil 10' bereit
zu stellen. Das Lager 26' ist
gegenüber
dem Lager 26 derart modifiziert, dass es eine ringförmige Stufe 58 in
dem Flansch 32 und ebenso vorzugsweise eine ringförmige Vertiefung 56 in
dem Flansch 32 umfasst, für eine/n sicherere/n Sitz und
Zentrierung der Feder 50. Der Mantel 44' an dem Spritzschutz 38' (der beispielsweise
durch Stanzen aus Blech geformt wird) ist axial länger als
der Mantel 44. Der Flansch 40' ist so ausgebildet, dass ein axialer
Abstand 41 zwischen dem inneren Rand 43 des Flansches 40' und dem Lager 26' besteht.
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Um
das Modul 54 vorzumontieren, werden das Lager 26', die Feder 50 und
der Schutz 38' zum Beispiel
in einer herkömmlichen
Bauvorrichtung angeordnet, wobei die Feder 50 zusammengedrückt wird
und die axiale Länge 57 des
Moduls 54 zwischen der Fläche 34 und der oberen
Fläche 60 des Schutzes 38' fixiert wird.
Danach wird der freie Rand 62 des Mantels 44' radial nach
innen zu einer Stufe 58 und gegen die axiale Fläche 55 gewalzt
oder verstemmt, um die Modulbauteile miteinander zu verriegeln.
Nach der Entnahme aus der Bauvorrichtung ist das Modul bereit für den Einbau
in das Ventil 10'.
Die Länge 57 ist
vorzugsweise etwas größer als
der zusammengebaute Abstand 64 zwischen dem Stellantrieb 30 und
der Ventilfläche 36,
wie in 5 dargestellt, so dass das Modul 54 zusammengedrückt wird, der
Rand 62 von der Fläche 55 weg
gehoben wird, und die Druckkraft der Feder 50 durch den
Flansch 32 gegen die Ventilfläche 36 gerichtet ist,
um die Abdichtung zu bilden. Es sollte angemerkt werden, dass der
Aufbau des Mantels 44' in
dem Unterbaugruppenmodul für
eine vollständige
Abkapselung der inneren Kammer 68 des Spritzschutzes sorgt
und somit eine deutliche Verbesserung des Lagerspritzschutzes gegenüber Schutzeinrichtungen
nach dem Stand der Technik bereitstellt.
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Vorzugsweise
ist der Durchmesser 66 des Abschnittes 67 des
Lagers 26',
der sich in die Öffnung 27 erstreckt,
etwas kleiner als der Durchmesser 69 der Öffnung 27,
um es dem Lager zu erlauben, radial zu pendeln, was erforderlich
sein kann, damit der Ventilkopf 20 entsprechend in dem
Sitz 14 sitzt.
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Unter
Bezugnahme auf 4 kann es sich während der
Verwendung des Ventils herausstellen, dass einige Abgase, insbesondere
Feuchtgase, entlang der Bohrung 24 in die Kammer 68 hinein
strömen.
Bei einer alternativen Ausführungsform
des Moduls 70 ist der Mantel 44' des Schutzes 38' mit mehreren
Entlüftungsöffnungen 72 versehen,
die zum Beispiel durch Stanzen oder Lochen in dem Mantel 44' ausgebildet
werden können.
Entlüftungsöffnungen,
die als gebogene Klappen ausgebildet sind, wie in 4 gezeigt,
können
für ein
ausreichendes Ablassen von Gasen sorgen, ohne die Schutzfunktion
des Schutzes 38' zu
beeinträchtigen.
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Unter
Bezugnahme auf 6 kann es für das Zusammenpassen mit einigen
bekannten Stellantrieben wünschenswert
sein, dass der Flansch 40' axial
in Richtung des Stellantriebes gebördelt ist, wie als Flansch 40'' an der Ausführungsform 54' dargestellt.
Alternative Formen für
den Flansch 40' fallen vollständig in
den Schutzbereich der Erfindung.
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Die
vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurde
zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung dargelegt. Sie
soll weder erschöpfend
sein, noch ist beabsichtigt, die Erfindung auf die genaue, offen
gelegte Form zu begrenzen. Es ist für den Fachmann einzusehen,
dass die offen gelegte Ausführungsformen
im Licht der obigen Lehre modifiziert werden können. Die beschriebenen Ausführungsformen
wurden gewählt,
um eine Veranschaulichung der Grundsätze der Erfindung und ihre
praktische Anwendung bereitzustellen, um es dem Fachmann zu erlauben, die
Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und
mit verschiedenen Abwandlungen, wie sie für die besondere in Erwägung gezogene
Verwendung geeignet sind, zu nutzen. Daher ist die vorstehende Beschreibung
als beispielhaft und nicht als ein schränkend zu betrachten, und der
volle Schutzbereich der Erfindung ist der in den nachfolgenden Ansprüchen beschriebene.