DE102016212593A1

DE102016212593A1 - Ventil

Info

Publication number: DE102016212593A1
Application number: DE102016212593.1A
Authority: DE
Inventors: Jochen Göckelmann
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2018-01-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil (1), insbesondere ein Wastegateventil (2), mit einem Spindelarm (4) und einem daran angeordneten Klappenteller (6). Erfindungswesentlich ist dabei, – dass der Klappenteller (6) über ein Kugelgelenk (5) am Spindelarm (4) angebunden ist, wobei am Spindelarm (4) ein Kugelkopf (7) des Kugelgelenks (5) angeordnet ist, – dass der Klappenteller (6) zweiteilig ausgebildet ist, mit einem Ventilteller (9) und einem Deckel (10), die zusammen eine den Kugelkopf (7) aufnehmende Kugelpfanne (8) bilden, – dass der Deckel (10) und der Ventilteller (9) über eine Schweißverbindung (11), eine Lötverbindung (12), eine Klebeverbindung (13) oder eine Presspassverbindung (14) miteinander verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Wastegateventil, mit einem Spindelarm und einem daran angeordneten Klappenteller gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2011 089 777 A1 ist ein gattungsgemäßes Ventil eines Abgasturboladers bekannt, das eine Betätigungsvorrichtung, einen Klappenteller und einen Ventilsitz umfasst. Die Betätigungsvorrichtung sowie der Klappenteller sind dabei mittels eines Kugelgelenks mechanisch miteinander verbunden, wodurch eine Beweglichkeit der Ventilklappe um den Kugelmittelpunkt des Kugelgelenks innerhalb eines vorbestimmten Klappenspielwinkels und somit eine ebene und dichte Auflage des Klappentellers bzw. des Ventiltellers auf dem zugehörigen Ventilsitz unter sich ändernden Betriebsbedingungen ermöglicht.
Aus der DE 10 2010 007 600 A1 ist ein weiteres Ventil, insbesondere ein Wastegateventil eines Abgasturboladers, bekannt, mit einem Hebelelement und mit einem über das Hebelelement verstellbaren und eine Dichtfläche zum Abdichten einer Durchgangsöffnung aufweisenden Ventilelement, wobei das Hebelelement und das Ventilelement zumindest über jeweilige, wenigstens bezüglich einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung des Ventilelements gewölbte Kontaktflächen zusammenwirken und wobei die gewölbten Kontaktflächen konzentrisch zueinander angeordnet sind und ein in den Kontaktflächen gemeinsamer Mittelpunkt zumindest im Wesentlichen auf Höhe der Dichtfläche des Ventilelements angeordnet ist. Hierdurch soll eine erhöhte Funktionssicherheit erreicht werden können.
Aus der WO 2010/135104 A2 ist ein weiteres Wastegateventil bekannt, welches zur Vermeidung von unangenehmen Rasselgeräuschen eine Tellerfeder aufweist.
Generell gilt bei Ladeeinrichtungen, beispielsweise bei Abgasturboladern, deren Wastegatemechanismus mittels eines elektrischen Wastegatestellers betrieben wird, dass diese bei Teillastbetriebspunkten mit niedrigen Motordrehzahlen und gleichzeitig geöffnetem Wastegateventil zum sogenannten Wastegaterasseln neigen. Bei diesem Phänomen werden die Bauteile des Wastegatemechanismus zum einen durch die Abgaspulsation und zum anderen durch Fahrzeugschwingungen zu einem hochfrequenten Rasseln angeregt. Um dies zu verhindern, werden bislang Tellerfedern oder generell Federelemente eingesetzt. Um darüber hinaus den thermischen Bedingungen gerecht zu werden, sind diese aus vergleichsweise hochwertigen Werkstoffen, insbesondere Federstählen, hergestellt, was wiederum vergleichsweise fertigungstechnisch aufwändig und damit teuer ist.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Ventil der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, mittels welcher sich insbesondere ein unangenehmes Rasselgeräusch fertigungstechnisch einfach und dadurch kostengünstig vermeiden lässt.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Klappenteller über ein Kugelgelenk an einem Spindelarm eines Ventils, beispielsweise eines Wastegateventils eines Abgasturboladers, anzubinden und dabei erstmals den Klappenteller zweiteilig auszubilden und die beiden Teile über vorzugsweise eine Schweißverbindung unter Einschluss des am Spindelarm angeordneten Kugelkopfes miteinander zu verbinden. Das erfindungsgemäße Ventil weist dabei den zuvor erwähnten Spindelarm sowie den daran angeordneten Klappenteller auf, wobei der Klappenteller über ein Kugelgelenk am Spindelarm angebunden und dadurch in der Lage ist, zumindest geringfügige Maßabweichungen und Winkelabweichungen zwischen dem Klappenteller bzw. dessen Ventilteller und einem Ventilsitz auszugleichen, wodurch die Funktionssicherheit des erfindungsgemäßen Ventils zuverlässig gewährleistet werden kann. Am Spindelarm ist dabei erfindungsgemäß ein Kugelkopf des Kugelgelenks angeordnet. Der Klappenteller ist erfindungsgemäß zweiteilig ausgebildet, mit einem Ventilteller und einem Deckel, die zusammen eine den Kugelkopf aufnehmende Kugelpfanne des Kugelgelenks bilden. Der Deckel und der Ventilteller sind dabei über eine Presspassverbindung, eine Lötverbindung, eine Klebeverbindung oder eine Schweißverbindung miteinander verbunden. Hierdurch ist es vergleichsweise einfach und auch kostengünstig möglich, eine Kugelgelenkverbindung zwischen dem Klappenteller und dem Spindelarm zu schaffen, die die zuvor beschriebene hohe Funktionszuverlässigkeit des Ventils ermöglicht. Im Vergleich zu bisher aus dem Stand der Technik bekannten Kugelgelenkverbindungen, erfordert die erfindungsgemäße Kugelgelenkverbindung weder ein Umformen eines Klappentellers noch eine Federvorspannung, das heißt insbesondere keine Tellerfeder, welche nicht nur teuer, sondern auch schwer umzuformen ist. Vorzugsweise sind dabei der Deckel und der Ventilteller über eine Schweißverbindung miteinander verbunden, wobei selbstverständlich auch vorgesehen sein kann, dass diese über eine Presspassverbindung miteinander verbunden sind, was den großen Vorteil aufweist, dass während der Herstellung und zur Fertigung des Ventils kein Wärmeeintrag erfolgt, der unter Umständen zu einem unerwünschten Verzug einzelner Bauteile und dadurch zu einer Minderfunktion des Kugelgelenks führen kann. Sofern das Ventil nicht als Wastegateventil, das heißt in einem besonders heißen Bereich des Abgasturboladers, angeordnet ist, ist auch denkbar, die beiden Teile des Klappentellers über eine Lötverbindung oder eine Klebeverbindung miteinander zu verbinden. Eine Lötverbindung bietet dabei im Vergleich zu einer Schweißverbindung den wesentlichen Vorteil, dass ein lediglich deutlich geringerer Wärmeeintrag zur Herstellung der Lötverbindung erforderlich ist. Bei einer Klebeverbindung entfällt ein derartiger Wärmeeintrag gänzlich, wobei die Klebeverbindung für die im Ventilbereich auftretenden Temperaturen ausgelegt sein muss.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Kugelkopf mit Spiel in der Kugelpfanne aufgenommen. Ein derartiges Spiel wird üblicherweise vordefiniert eingestellt und ermöglicht eine zumindest geringfügige Bewegung des Klappentellers am Spindelarm, wodurch ein Ausgleich und damit ein zuverlässiges Schließen des Ventils, das heißt ein zuverlässiges Aufsitzen des Ventiltellers des Klappentellers auf einem zugehörigen Ventilsitz gewährleistet werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist am Ventilteller ein Anschlag angeordnet, der bei montiertem Ventil an einem Gegenanschlag des Deckels anliegt und dadurch ein vordefiniertes Spiel des Kugelkopfes in der Kugelpfanne erzwingt. Zum Einstellen des gewünschten Spiels ist es somit möglich, einen entsprechenden Anschlag am Ventilteller vorzusehen, der eine Bewegung des Deckels hin zum Ventilteller begrenzt und dadurch ein zwischen dem Kugelkopf und der Kugelpfanne gewünschtes Spiel definiert. Ein derartiger Anschlag, verbunden mit einem dazu gehörigen Gegenanschlag bietet darüber hinaus den großen Vorteil, dass eine Montage der beiden Teile aneinander auch von ungeübten Werkern durchgeführt werden kann, da das für die zuverlässige Funktion erforderliche Spiel automatisch durch den Anschlag und den Gegenanschlag eingestellt wird und nicht vom Werker selbst eingestellt werden muss.
Zweckmäßig sind/ist im Deckel und/oder im Ventilteller eine Aussparung angeordnet, durch die der Spindelarm geführt ist und die gleichzeitig eine Verdrehsicherung für den Klappenteller bildet. Bislang separat angeordnete Verdrehsicherungen können dadurch entfallen, wobei der Deckel mit seiner innenliegenden Kugelpfanne den spindelarmseitigen Kugelkopf bis auf die Ausnehmung umschließt und bis auf die Ausnehmung an allen anderen Stellen dicht mit dem Ventilteller verbunden ist, wodurch ein optimaler Schutz des Kugelgelenks in der durch den Deckel und den Ventilteller gebildeten Kugelpfanne erreich werden kann. Von besonderem Vorteil ist dabei jedoch, dass durch ein einfaches Vorsehen der Ausnehmung auf eine separate Verdrehsicherung verzichtet werden kann.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Abgasturbolader ein Wastegateventil mit einem solchen zuvor beschriebenen Ventil auszustatten, wodurch insbesondere im Turbinenbereich eine optimierte Funktion sowie zugleich auch eine kostengünstige Herstellung realisiert werden können.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 eine teilweise geschnittene Ansicht durch ein erfindungsgemäßes Ventil,
2 eine Ansicht aus einer anderen Perspektive auf einen Spindelarm mit daran angeordnetem Klappenteller,
3 eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils.
Entsprechend der 1 bis 3, weist ein erfindungsgemäßes Ventil 1, welches insbesondere als Wastegateventil 2 in einem Abgasturbolader 3 oder generell einer Ladeeinrichtung, ausgebildet sein kann, einen Spindelarm 4 sowie einen daran über ein Kugelgelenk 5 angeordneten Klappenteller 6 auf. Am Spindelarm 4 ist dabei ein Kugelkopf 7 des Kugelgelenks 5 angeordnet, während am Klappenteller 6 die den Kugelkopf 7 aufnehmende Kugelpfanne 8 vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist nun der Klappenteller 6 zweiteilig ausgebildet, nämlich aus einem Ventilteller 9 und einem Deckel 10, die zusammen die den Kugelkopf 7 aufnehmende Kugelpfanne 8 des Kugelgelenks 5 bilden. Der Deckel 10 und der Ventilteller 9 sind dabei vorzugsweise über eine Schweißverbindung 11, eine Lötverbindung 12, eine Klebeverbindung 13 oder eine Presspassverbindung 14 (vergleiche 3) miteinander verbunden. Durch die erstmals zweiteilige Ausführungsform des Klappentellers 6 kann eine vergleichsweise einfache Montage eines hochpräzisen Kugelgelenks 5 erreicht werden, was im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Kugelgelenkverbindungen in diesem Bereich eine deutliche Verbesserung darstellt. Die bislang aus dem Stand der Technik bekannten Kugelgelenkverbindungen erforderten stets entweder ein aufwändiges Umformen eines Ventiltellers 9 oder eine zusätzliche Federvorspannung, beispielsweise mittels einer Tellerfeder. Eine derartige Federvorspannung kann bei dem erfindungsgemäßen Ventil 1 entfallen, da der Kugelkopf 7 zwar mit Spiel in der Kugelpfanne 8 aufgenommen sein kann, dieses Spiel jedoch so gering ist, dass es zwar eine Beweglichkeit des Kugelkopfes 7 relativ zur Kugelpfanne 8 ermöglicht, unerwünschte Vibrationen und damit verbundene Rasselgeräusche jedoch verhindert.
Der Kugelkopf 7 kann dabei auch ohne Spiel in der Kugelpfanne 8 aufgenommen sein. Bei einer Aufnahme des Kugelkopfes 7 ohne Spiel in der Kugelpfanne 8 würde eine Einstellung des Ventiltellers 9 relativ zu einem Ventilsitz 19 über ein einmaliges Andrücken erfolgen, wobei in diesem Fall spätere Relativbewegungen nicht oder nur schwer möglich sind. Der Deckel 10 liegt dabei über eine ringsegmentförmige Verbindungsfläche 15 auf dem Ventilteller 9 auf und ist über diese Verbindungsfläche 15 mit dem Ventilteller 9 verbunden, beispielsweise über die zuvor an der Schweißverbindung 11, Lötverbindung 12 oder Klebeverbindung 13.
Betrachtet man nochmals die 3, so kann man erkennen, dass an dem Ventilteller 9 ein Anschlag 16 angeordnet ist, der bei montiertem Ventil 1 an einem Gegenanschlag 17 des Deckels 10 anliegt und dadurch ein vordefiniertes Spiel des Kugelkopfes 7 in der Kugelpfanne 8 erzwingt. Ein derartiger Anschlag 16 sowie der zugehörige Gegenanschlag 17 ermöglichen darüber hinaus eine haptische Montierhilfe, so dass die Montage des Klappentellers 6 rein theoretisch auch von einem ungeübten Werker durchgeführt werden kann. Von weiterem großem Vorteil bei der Ausführungsform gemäß der 3 ist, dass der Deckel 10 und der Ventilteller 9 so ausgebildet sind, dass das Herstellen beispielsweise der Schweißverbindung 11 von oben möglich ist. Das Schweißen ist dadurch beispielsweise einfacher als bei der Ausführungsform in 2. Auch bei anderen Verbindungsverfahren kann die von oben mögliche Zugänglichkeit der Verbindungsstelle die Fertigung erheblich erleichtern.
Betrachtet man des Weiteren die 2, so kann man erkennen, dass im Deckel 10 und/oder im Ventilteller 9, hier vorzugsweise im Deckel 10, eine Aussparung 18 angeordnet ist, durch die der Spindelarm 4 geführt ist und die gleichzeitig eine Verdrehsicherung für den Klappenteller 6 bildet. Hierdurch können somit bislang erforderliche, separate Verdrehsicherungen sowie unter Umständen deren Montage, gänzlich entfallen.
Das erfindungsgemäße Ventil 1, insbesondere sofern dieses als Wastegateventil 2 ausgebildet ist, kann dabei Bestandteil des zuvor erwähnten Abgasturboladers 3 sein und zusammen mit einem Ventilsitz 19 das Ventil 1 bzw. das Wastegateventil 2 vervollständigen.
Mit dem erfindungsgemäßen Ventil 1 kann eine vergleichsweise einfach zu montierende, kostengünstige aber dennoch hochfunktionelle Kugelgelenkverbindung 5 zwischen dem Klappenteller 6 einerseits und dem Spindelarm 4 andererseits geschaffen werden, wobei durch die vergleichsweise einfach herzustellende Aussparung 18 zudem eine effektive Verdrehsicherung ohne weitere Bauteile geschaffen werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Ventil 1 lässt sich auch das als unangenehm empfundene Wastegaterasseln zuverlässig vermeiden. Dies musste bislang entweder mit aufwändigen und teuren Federeinrichtungen, beispielsweise Tellerfedern, oder durch ein aufwändiges und damit auch teures Nachbearbeiten der einzelnen Bauteile erreicht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011089777 A1 [0002]
DE 102010007600 A1 [0003]
WO 2010/135104 A2 [0004]

Claims

Ventil (1), insbesondere ein Wastegateventil (2), mit einem Spindelarm (4) und einem daran angeordneten Klappenteller (6), dadurch gekennzeichnet, – dass der Klappenteller (6) über ein Kugelgelenk (5) am Spindelarm (4) angebunden ist, wobei am Spindelarm (4) ein Kugelkopf (7) des Kugelgelenks (5) angeordnet ist, – dass der Klappenteller (6) zweiteilig ausgebildet ist, mit einem Ventilteller (9) und einem Deckel (10), die zusammen eine den Kugelkopf (7) aufnehmende Kugelpfanne (8) bilden, – dass der Deckel (10) und der Ventilteller (9) über eine Schweißverbindung (11), eine Lötverbindung (12), eine Klebeverbindung (13) oder eine Presspassverbindung (14) miteinander verbunden sind.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkopf (7) mit vordefiniertem Spiel in der Kugelpfanne (8) aufgenommen ist.
Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilteller (9) ein Anschlag (16) angeordnet ist, der bei montiertem Ventil (1) an einem Gegenanschlag (17) des Deckels (10) anliegt und dadurch ein vordefiniertes Spiel des Kugelkopfes (7) in der Kugelpfanne (8) erzwingt.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Deckel (10) und/oder im Ventilteller (9) eine Aussparung (18) angeordnet ist, durch die der Spindelarm (4) geführt ist und die gleichzeitig eine Verdrehsicherung für den Klappenteller (6) bildet.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) als Wastegateventil (2) ausgebildet ist.
Abgasturbolader (3) mit einem Ventil (1), insbesondere mit einem Wastegateventil (2), nach einem der vorherigen Ansprüche.