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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer Ventilklappe in einem Strömungskanal, insbesondere eines Strömungskanals eines Abgasrückführungssystems. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Ventilklappe.
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Stand der Technik
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In komplexen Strömungsvorrichtungen mit Strömungskanälen, wie beispielsweise in einem Abgasrückführungssystem, sind gemäß dem Stand der Technik Klappen angeordnet, durch welche einzelne Strömungswege gezielt freigegeben oder verschlossen werden können.
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Die Klappen sind insbesondere in Abgasrückführungssystemen oft aus metallischen Werkstoffen gebildet. Es sind Klappen im Stand der Technik bekannt, welche ein Klappenelement vorsehen, welches mit einer Drehachse verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Klappenelement und der Drehachse wird dabei durch klassische Verfahren, wie beispielsweise Schweißen, Löten, Nieten oder Verschrauben hergestellt. Nachteilig an diesen Lösungen ist insbesondere, dass die gesamte Klappe aus einer Mehrzahl von Bauteilen gebildet ist, wodurch die Materialbereitstellung in der Montage beziehungsweise der Vormontage verkompliziert wird. Außerdem ist ein zusätzliches Fügeverfahren notwendig, um die Einzelteile zur funktionsfähigen Klappe zu verbinden. Dies führt zu einer erhöhten Bearbeitungszeit und zu erhöhten Kosten.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung einer verbesserten Ventilklappe bereitzustellen. Außerdem ist es die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, welches eine verbesserte Herstellung einer Ventilklappe ermöglicht.
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Die Aufgabe hinsichtlich der Anordnung der Ventilklappe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Anordnung einer Ventilklappe insbesondere in einem Strömungskanal eines Abgasrückführungssystems, wobei die Ventilklappe zum Öffnen oder Verschließen des Strömungskanals in dem Strömungskanal angeordnet ist, mit einem Klappenelement und mit einer Welle, wobei das Klappenelement durch die Welle verdrehbar um eine Drehachse gelagert angeordnet ist und der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals durch ein Verdrehen der Ventilklappe um die Drehachse freigebbar oder verschließbar ist, wobei das Klappenelement und die Welle als ein einteiliges Element ausgeführt sind und als Sinterteil aus gebildet sind. Eine einteilige Ventilklappe mit einer integrierten Welle ist besonders vorteilhaft, da zusätzliche Fertigungsschritte, welche zur Montage mehrerer Einzelteile benötigt werden, entfallen können. Die Ventilklappe ist dabei bevorzugt durch ein Sinterverfahren erzeugt. Durch die einteilige Ausführung der Ventilklappe kann die Vormontage vereinfacht werden. Außerdem wird die Materialzulieferung vereinfacht, da nur noch ein Bauteil benötigt wird.
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Eine einteilig hergestellte Ventilklappe ist besonders vorteilhaft, da sie keine Fügestellen aufweist, welche in konventionellen Klappen zwischen der Welle und dem Klappenelement auftreten können. Dadurch ist die Ventilklappe robuster und weist eine höhere Dauerhaltbarkeit auf.
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Weiterhin kann die Ventilklappe durch eine Bearbeitung des Formkörpers, aus welchem die Ventilklappe vorzugsweise mittels Sintern erzeugt ist, auf einfache Art und Weise an die jeweils spezifischen Anforderungen angepasst werden. Dadurch wird vorteilhaft eine einsatzspezifische Anpassung der Ventilklappe ermöglicht.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Ventilklappe in einer den Strömungskanal begrenzenden Wandung verdrehbar gelagert ist.
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Durch eine drehbare Lagerung kann die Ventilklappe im Strömungskanal verdreht werden. Dadurch kann insbesondere in einer Position ein Verschließen des Strömungskanals erreicht werden und in zumindest einer weiteren Position die Freigabe des Strömungskanals.
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Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn die Welle der Ventilklappe die Wandung des Strömungskanals zumindest einseitig durchdringt.
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Durch ein Durchbringen der Welle durch die Wandung des Strömungskanals kann am Außenbereich des Strömungskanals ein Stellelement und/oder ein Aktuator vorgesehen werden, welcher die Verstellung der Welle und damit des Klappenelementes innerhalb des Strömungskanals ermöglicht.
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Auch kann es zweckmäßig sein, wenn die Welle an einem axialen Endbereich ein Hebelelement aufweist, wobei die Ventilklappe durch eine Krafteinwirkung auf eine am freien Endbereich des Hebelelementes angeordnete Kraftangriffsvorrichtung verdrehbar ist.
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Ein Hebelelement ist besonders vorteilhaft, um eine Krafteinwirkung auf die Welle zu übertragen. Dabei kann der Hebel als Übersetzungsmittel dienen, um die aufgebrachte Kraft zu verstärken oder diese abzuschwächen. Durch den Hebel kann weiterhin eine translatorische Kraftkomponente vorteilhaft in ein Drehmoment um die Drehachse gewandelt werden.
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Weiterhin kann es besonders vorteilhaft sein, wenn das Klappenelement einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, wobei die Außenkontur des Klappenelementes der Innenkontur des zu verschließenden Strömungskanals folgt.
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Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Querschnitt des Klappenelementes an den Querschnitt des Strömungskanals angepasst ist, um einen möglichst leckagefreien Verschluss des Strömungskanals erreichen zu können. Dabei kann das Klappenelement in alternativen Ausführungsformen auch einen von der rechteckförmigen Form abweichenden Querschnitt aufweisen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass sich das Klappenelement in einer radialen Richtung von der Welle aus erstreckt, wobei das Klappenelement auf der Welle fußt und nur in eine Richtung von der Welle abragt.
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Dies ist besonders vorteilhaft, da die Welle somit am Rand des Öffnungsquerschnitts des Strömungskanals angeordnet werden kann, während das Klappenelement in den Öffnungsquerschnitt hineinragt. Dadurch erzeugt die Welle einen möglichst geringen Strömungswiderstand im Strömungskanal. In einer alternativen Ausführung kann so die Welle auch in einer Vertiefung in einer der Wandungen des Strömungskanals angeordnet werden, wodurch der entstehende Strömungswiderstand weiter reduziert wird.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn das Klappenelement und die Welle aus einem Material gebildet sind, welches bei einer Fluidtemperatur von zumindest 350°C, insbesondere von zumindest 450°C, formstabil ist.
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Da die Ventilklappe insbesondere in einem Strömungskanal eines Abgasrückführsystems eines Verbrennungsmotors angeordnet werden soll, ist eine hohe Temperaturresistenz besonders vorteilhaft. Abhängig von der Stelle an welcher die Ventilklappe im Abgasrückführungssystem angeordnet ist, können auch höhere Temperaturen auftreten. Die Ventilklappe ist bevorzugt derart ausgelegt, dass die am Einsatzort regelmäßig auftretenden Temperaturen ohne Beschädigung ausgehalten werden können.
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Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung einer Ventilklappe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Ventilklappe für eine Anordnung, wobei ein zu einem Klappenelement mit angeschlossener Welle vorgeformter Formkörper auf eine Sintertemperatur erhitzt wird, wobei die Sintertemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Hauptwerkstoffes des Formkörpers liegt.
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Es ist besonders vorteilhaft die Ventilklappe durch ein Sinterverfahren herzustellen. Es sind vielfältige Materialien bekannt, welche durch das Sintern verarbeitet werden können. Daher lassen sich unterschiedliche Ventilklappen mit maßgeschneiderten Eigenschaften beispielsweise hinsichtlich der Festigkeit und der Temperaturresistenz erzeugen. Darüber hinaus lassen sich die Formkörper, welche durch das Sintern bearbeitet werden, auf einfache Weise und in nahezu beliebiger Form herstellen.
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Auch ist es zu bevorzugen, wenn die gesinterte Ventilklappe in eine Lagerung in einem Strömungskanal einsetzbar ist, so dass das Klappenelement um die durch die Welle gebildete Drehachse drehbar gelagert ist, wobei an ein die Wandung des Strömungskanals durchdringendes axiales Ende der Welle ein Hebelelement angebunden ist.
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Durch das Einsetzen der Ventilklappe in eine Lagerung innerhalb des Strömungskanals kann auf einfache Weise ein Öffnen und Verschließen des Öffnungsquerschnittes des Strömungskanals erreicht werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine Schnittansicht durch einen Strömungskanal eines Abgasrückführungssystems, wobei das Klappenelement einteilig mit der Welle durch ein Sinterverfahren hergestellt ist und innerhalb des Strömungskanal angeordnet ist.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Die 1 zeigt eine Schnittansicht durch einen Strömungskanal 4. Der Strömungskanal 4 ist insbesondere durch ein metallisches Gehäuse gebildet, durch welches ein Abgasstrom strömen kann.
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Innerhalb des Strömungskanals 4 ist eine Ventilklappe 1 angeordnet, welche durch ein Klappenelement 2 sowie durch eine Welle 3 gebildet ist. Die Welle 3 ist mit dem Klappenelement 2 einteilig ausgeführt und in einem gemeinsamen Sinterverfahren hergestellt. Dementsprechend ist zwischen dem Klappenelement 2 und der Welle 3 keine weitere Fügung, beispielsweise durch ein Fügeverfahren, wie Schweißen, Kleben, Löten, Nieten oder Verschrauben notwendig.
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Die Welle 3 ist in einer Lagerung 7 in den Wandungen des Strömungskanals 4 drehbar gelagert. Dabei durchdringt die Welle 3 an ihrem rechten axialen Endbereich die Wandung des Strömungskanals 4 beziehungsweise die Lagerung 7. Der freistehende axiale Endbereich der Welle 3 ist mit einem Hebelelement 5 verbunden, welches an seinem freien Endbereich eine Kraftangriffsvorrichtung 6 aufweist, über welche eine Kraft auf das Hebelelement 5 übertragen werden kann, wodurch die Ventilklappe 1 um die Drehachse 10 verdreht werden kann.
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Zwischen der Welle 3 und der Lagerung 7 ist am nach außen gerichteten Bereich ein Dichtungselement 8 angeordnet, welches eine fluidische Abdichtung zum Innenraum des Strömungskanals 4 erzeugt.
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Das Klappenelement 2 ist dabei derart ausgebildet, dass es den vom Strömungskanal 4 gebildeten Strömungsquerschnitt vollständig verschließen kann oder in einer weiteren Stellung diesen freigeben kann.
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Unterhalb der Ventilklappe 1 ist in der 1 ein Diffusor 9 dargestellt, welcher Teil des Strömungsweges des durch die Anordnung der 1 strömenden Abgases ist.
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Die Ventilklappe 1 kann in einer beliebigen Stelle eines Abgasrückführungssystems vorgesehen werden. In alternativen Ausführungsformen kann eine Ventilklappe 1 nach dem erfindungsgemäßen Aufbau auch in alternativen Fluidführungssystemen verwendet werden.
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Die Ventilklappe 1 ist vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellt und durch ein Sinterverfahren einteilig erzeugt. Vorteilhafterweise ist der verwendete Werkstoff derart gewählt, dass die Ventilklappe eine ausreichend hohe Temperaturresistenz gegenüber den auftretenden Temperaturen im Strömungskanal aufweist.
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Das Ausführungsbeispiel der 1 ist beispielhaft und dient der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens. Insbesondere können andere Abmessungen und Anordnungen der Elemente relativ zueinander vorgesehen werden, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Welle auch zentral am Klappenelement angeordnet sein, so dass sich das Klappenelement in radialer Richtung beidseitig von der Welle erstreckt. Insbesondere kann in alternativen Ausführungsformen auch eine Ausführung der Ventilklappe vorgesehen sein, welche eine Mehrzahl von Klappenelementen an der Welle vorsieht.
