本申请涉及一种用于机动车辆的风门片装置，尤其涉及一种排气风门片装置，该风门片装置包括可让气流通过的风门片壳体，以及通过固定在风门片壳体上的至少一第一和第二轴承元件而绕旋转轴线可旋转地受撑于风门片壳体内的风门片轴，该风门片轴承载风门片以选择性地对气流进行阻挡或节流；其中，风门片轴凭借相对于风门片轴轴向固定地布置的第一固定支承元件而沿第一轴向方向支撑在第一轴承元件上。
背景技术：
风门片装置可以例如用于选择性地闭合机动车辆的排气系统中的排气通道。风门片位于风门片壳体内，通常能够在排放排气流的位置和阻挡排气流的位置之间旋转。排气流可以例如在排气系统的声学设计结构内被部分或完全地阻挡，或者为了有目的地产生反压而被部分或完全阻挡。排气阀还可以在排气回流系统结构内使用，以减少发动机内的氮氧化物，从而可例如将一定量的气排到内燃机的新鲜空气侧的低压通道上。
风门片轴在第一轴承元件上的轴向支撑确保了精确安置风门片轴，并削减了从风门片壳体中排出的不需要的气体。第二轴承元件通常用于形成可漂浮轴承，以使得能够补偿风门片轴与风门片壳体之间因热引起的相对运动。在相关的排气系统运行期间，由于风门片壳体中的压力脉动，风门片轴在轴承间隙内会发生运动。特别地，在各个情况下，风门片轴可能以某些脉动频率反复地从该系牢支承件上抬起随后进行敲击；这会产生不期望的背景噪声（例如嘎嘎声和/或哐哐啷啷的声音）。在低阻尼容积且相应减少交替电荷脉冲衰减的排气系统中会更频繁地出现这样的背景噪声。
此外，期望使用常见的风门片装置来改善轴穿通（shaftleadthrough）区域的密封情况。
技术实现要素：
本申请的目的是提供一种风门片装置，该风门片装置在相对强的脉动下也具有低噪声并且能可靠地防止气体从风门片壳体中排出。
这一目的可通过具有以下特征的风门片装置得以实现。
根据本申请，风门片轴凭借可轴向移动地安置在风门片轴上的可移动式支承元件而沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向受撑于第二轴承元件上。其中，该可移动式支承元件通过弹簧装置在朝向第二轴承元件的方向上被预紧（preload），并且在此方面，弹簧装置受撑于固定至轴的支撑表面上，从而把固定支承元件压在第一轴承元件。
弹簧装置把固定支承元件压在第一轴承元件上，同时把可移动式支承元件压在第二轴承元件上。因此，使用单个弹簧装置可把风门片和风门片轴的组合轴向地支撑在两个轴承中。在风门片轴和风门片壳体之间相对运动之前，作用在风门片上的压力波动首先必须克服支承元件和轴承元件之间的摩擦力，因此会产生上述背景噪音。弹簧装置的弹簧硬度可以进行这样的选择，它可使得以特别明显的方式抵消那些具有频繁出现的频率和振幅的激励。但是，在克服弹簧力的同时，原则上可以对风门片轴进行轴向补偿运动，从而避免了因热膨胀运动引起的不希望的变形。由于只需要一个弹簧装置就能将风门片轴轴向支撑在两个轴承元件上，因此根据本申请的风门片装置特别简单且制造便宜。
风门片轴可以通过轴承元件进行径向引导。优选地，旋转轴线横向于流动方向延伸。风门片轴可以横向于流动方向延伸穿过风门片壳体。特别地，旋转轴线可以与风门片轴的纵轴线重合。为了确保可靠的支撑，轴承元件可以设置在风门片壳体的彼此相对布置的位置。
在本申请中，应参照旋转轴线来理解术语“轴向”和“径向”。
在本申请的一实施方式中，固定支承元件直接接触第一轴承元件和/或可移动式支承元件直接接触第二轴承元件。这使得本申请能够实现特别简单和紧凑的结构设计。但是，固定支承元件和/或可移动式支承元件通常可以经由一个或多个中间元件受撑于相应的轴承元件上。
在本申请的另一实施方式中，第一轴承元件具有背向风门片壳体的端面，并且固定支承元件面接触第一轴承元件的端面；和/或，第二轴承元件具有背离风门片壳体的端面，并且可移动式支承元件面接触第二轴承元件的端面。面接触改善了风门片壳体的密封性；尤其消除了形成不期望的泄漏通道的情形。端面可以是平的，并且可以接触轴承元件的相关平面。
根据本申请的特定实施例，轴承元件被容纳在轴承衬套中，每个轴承衬套紧固至风门片壳体或与其一体地设计。这种设计特别简单和紧凑。优选地，轴承衬套以粘结的方式固定在风门片壳体上。轴承衬套尤其可以固定在风门片壳体的外侧上。
第一轴承元件和/或第二轴承元件可以设置为在背离风门片壳体的轴向方向上突出于相应的轴承衬套/伸出相应的轴承衬套外。这使得支承元件与轴承元件接触但不会在支承元件与轴承衬套之间产生带有背景噪声的接触。
第一轴承元件和/或第二轴承元件可以设置为至少部分地由石墨制成以减小摩擦。石墨可以具有六边形的层结构。
优选地，风门片装置包括用于动力驱动风门片轴旋转的致动驱动器，特别是电致动驱动器。在相应的排气系统的工作期间，通过致动驱动器，可以根据控制信号将风门片设置在预定的旋转位置，以便由此以期望的方式控制排气流。
优选地，第二轴承元件设置在风门片壳体的朝向致动驱动器的一侧。也就是，因为经由致动驱动器进行固定会限制风门片轴在这个区域中的运动自由度，所以通过可移动式支承元件在风门片轴的从动侧上提供支撑，从而在该区域中不需要由额外的支承元件进行固定。
优选地，致动驱动器通过联结器以驱动有效的连接方式与所述风门片轴相连，该联结器包括相对于彼此轴向可移动的两个联接部件；从而可减小致动驱动器的轴承的负荷和磨损。特别地，联接部件可以以爪状方式彼此接合。
优选地，联接部件通过在至少一个旋转方向上起到有效作用的夹带装置进行连接，其中联接弹簧反向于旋转方向与联接部件彼此相对地预紧。一方面，可确保无间隙的扭矩传递，并因此通过这种预紧减少风门片活动时形成的噪音；另一方面，由于联结器设计成两个分开的联接部件，减少了风门片和致动驱动器之间的热传递。耦联弹簧可以集成到弹簧装置中，或者可以设计成独立的部件。
在本申请的另一实施方式中，可移动式支承元件为杯状并且具有背向第二轴承元件的杯状开口。弹簧装置和/或耦联弹簧可以设置在杯状的可移动式支承元件中，由此可以实现特别紧凑的设计。
密封元件可以安置在风门片轴上并且接触可移动式支承元件的轴向端面，这防止了气体在风门片轴和可移动式支承元件之间的接触区域中排放。密封元件可以至少部分地由金属丝网制成或者可以包括波纹管。
本申请的另一实施方式中，第一轴承元件和固定支承元件通过罩盖元件相对于外部空间密封，该罩盖元件以气密的方式固定至风门片壳体；由此可以确保远离驱动器的风门片轴的轴承处完全气密。罩盖元件可以例如是兜帽状并且可以沿着兜帽的边缘焊接至风门片壳体。
根据本申请的另一实施方式，固定支承元件和/或具有固定至轴的支撑表面的支撑元件以粘结的方式固定在风门片轴和/或呈圆盘状。特别地，固定支承元件和/或支撑元件可以是焊接至风门片轴的金属盘。
在本申请的一特定实施方式中，固定支承元件具有与第一轴承元件的互补反锥配合的锥体。固定支承元件和第一轴承元件之间的这种形状配合的接触改善了风门片轴的位置和引导。
由说明书和附图中可以看出本申请的有利实施方式。
附图说明
下面将参考附图以示例的方式描述本申请。
图1是根据本申请的第一实施方式的风门片装置的侧视剖视图；
图2是图1的风门片装置的第一轴承元件的放大图；
图3是图1的风门片装置的第二轴承元件及联结器的放大图；
图4是图2的联结器的透视图；以及
图5是根据本申请的第二实施方式的风门片装置的侧视截面图。
具体实施方式
如图1所示，根据本申请设计的风门片装置10包括由细长的风门片轴12支撑的风门片11。风门片轴12绕旋转轴线a可旋转地受撑于风门片壳体13内。这里，旋转轴线a与风门片轴12的纵轴线l重合。优选地，风门片装置10构造为用于机动车辆的排气系统的排气风门片装置。因此，风门片11、风门片轴12和风门片壳体13优选地由耐热金属制成。在所示的实施方式中，风门片壳体13至少基本上是圆柱形的，并且风门片11至少基本上是圆盘形的；但是，根据具体应用，壳体和风门片也可以采用其他形状。
风门片壳体13上可装配有驱动器壳体17，该驱动器壳体内可设置有使风门片11绕旋转轴线a旋转的电致动驱动器15。电致动驱动器15的驱动轴19经由联结器20有效驱动地连接至风门片轴12。
如图所示，第一轴承元件21和第二轴承元件22彼此相对地设置在风门片壳体13的外侧25，用于将风门片轴12可旋转地支撑在风门片壳体13中。第一轴承元件21和第二轴承元件22为环形，并安置在风门片轴12上。优选地，第一和第二轴承元件由坚硬且减摩的材料制成，该材料特别地为石墨。如图所示，第一轴承元件21和第二轴承元件22容纳于各自的轴承衬套27中，该轴承衬套焊接在风门片壳体13的外侧25。
在所示的实施例中，风门片轴12通过固定支承元件29受撑于第一轴向方向30上的第一轴承元件21，该第一轴向方向30朝向电致动驱动器15的方向。优选地，固定支承元件29为盘形。该固定支承元件可以以粘结的方式（例如焊接）固定在风门片轴12上；或者，它可以模制到风门片轴12上。
从图2可以看出，固定支承元件29面接触第一轴承元件21的平端面31，该平端面背对风门片壳体13。为了防止固定支承元件29与轴承衬套27之间的接触产生背景噪声，第一轴承元件21在背向风门片壳体13的方向33上伸出轴承衬套27外。也就是说，在轴承衬套27和固定支承元件29之间存在间隙。
从图3和图4的放大视图中尤其可以看出，可移动式支承元件39设置在第二轴承元件22的区域中，所述支承元件39轴向可移位地安置在风门片轴12上并且面接触背对着风门片壳体13的第二轴承元件22的平端面41面朝上。如图所示，可移动式支承元件39为杯状，并且具有背对着第二轴承元件22的杯状开口42。螺旋弹簧45在轴向预紧力下会插进杯状的可移动式支承元件39中，在第一轴向方向30上，它受撑于焊接到风门片轴12的支撑元件47上；而在相反的第二轴向方向35上，可移动式支承元件39支撑螺旋弹簧45。
第二轴承元件22和可移动式支承元件39之间也存在间隙。
由于螺旋弹簧45张紧引起的弹簧作用，一方面，把可移动式支承元件39压在第二轴承元件22的平端面41上，另一方面，把固定支承元件29（见图2）拉向第一轴承元件21的平端面31。从而，风门片轴12可轴向地固定在风门片壳体13中。但是，风门片轴12和风门片壳体13之间在克服弹簧力时一定程度上可能会出现轴向相对运动。因此，如有需要，可以补偿不同的热膨胀。
如图3所示，在可移动式支承元件39的远离风门片壳体13的一侧上设置有环形密封元件49。环形密封元件49容纳于套50中，并与之一起安置在风门片轴12上。套50固定在杯状的可移动式支承元件49的底部。密封元件49可以由金属丝网制成。图1示出了密封元件49'的另一种变型，其中，该密封元件49'被设计为波纹管，并且不被容纳在套中。密封元件49、49'的存在避免了风门片轴12和可移动式支承元件39之间出现泄漏流。
下面将参照图4描述联结器20的设计。联结器20的第一联接部件51固定到电致动驱动器15的驱动轴19（图1）。第一联接部件51具有板状的基部53，两个轴向突起54从凸出于该板状的基部53。每一个轴向突起中形成有槽55。两个径向突出部57模制到可移动式支承元件39上并沿相反的方向向外突出。同样地，两个径向突出部59从支撑元件47沿相反的方向向外突出。可移动式支承元件39的径向突出部57和盘状支撑元件47的径向突出部59都接合到槽55中，从而在第一联接部件51和风门片轴12之间形成了形状配合的连接。支撑元件47因此形成联结器20的第二联接部件62。
螺旋弹簧45不仅可用于可移动式支承元件39和盘状支撑元件47之间的轴向预紧，而且还具有使可移动式支承元件39相对于支撑盘47预紧的扭转应力。联结器20的扭转间隙被螺旋弹簧45推开，一方面，该螺旋弹簧为此而受支撑在可移动式支承元件39的鼻部81（图4）上，另一方面它又受支撑在第一联接部件51的鼻部82（图3）。由于第一联接部件51和第二联接部件62之间只存在选择性的接触，所以在工作过程中从风门片轴12传递到电致动驱动器的驱动轴19的热量只是很小的，从而得以保护电致动驱动器15免受热应力。
图5示出了根据本申请的风门片装置10'的替代实施方式，图5的风门片装置具有与前述风门片装置10相似的设计。特别地，图5所示的风门片装置10'具有风门片轴12、风门片壳体13、第一轴承元件21'和第二轴承元件22。如先前描述的实施例所示，第二轴承元件22容纳于轴承衬套27中。联结器20在设计上同样类似于先前的实施方式，但是与后者不同的是，它具有杯状的支撑元件47'，其中容纳有螺旋弹簧45。固定支承元件29′与根据图1的固定支承元件29的不同之处在于，它具有与第一轴承元件21′的反锥66配合的锥体65。由此，可以改善风门片轴12在风门片壳体13中的径向固定和轴向固定。
此实施方式与图1所示实施方式的另一不同之处在于，第一轴承元件21'配备了兜帽状的罩盖元件67而非轴承衬套。罩盖元件67焊接到风门片壳体13的外侧25，从而它可以完全覆盖第一轴承元件21'。即使第一轴承元件21'和风门片轴12之间出现泄漏流，也不必担心气体被排放到外部。
特别地，根据本申请的风门片装置10、10'可以集成到机动车辆的排气系统中。由于风门片轴12被轴向地支撑在两个彼此相对设置的轴承位置，即使发生强烈的压力脉动，在机动车辆的操作中风门片装置10、10'也不会产生不希望的噪声。然而，由于可移动式支承元件39的存在，仅需要螺旋弹簧45。通过固定支承元件29、29'和可移动式支承元件39面接触第一轴承元件21、21'和第二轴承元件22各自的平端面31、41，可以有效地防止不希望的泄漏流。
附图标记列表
10,10'风门片装置
11风门片
12风门片轴
13风门片壳体
15电致动驱动器
17驱动器壳体
19驱动轴
20联结器
21,21'第一轴承元件
22第二轴承元件
25外侧
27轴承衬套
29,29'固定支承元件
30第一轴向方向
31平端面
33背向风门片壳体的方向
35第二轴向方向
39可移动式支承元件
41平端面
42杯状开口
45螺旋弹簧
47,47'支撑元件
49,49'密封元件
50套
51第一联接部件
53板状基部
54轴向突起部
55槽
57径向突出部
59径向突出部
62第二联接部件
65椎体
66反锥
67罩盖元件
a旋转轴线
l纵轴线