DE102019201371B4

DE102019201371B4 - Verfahren zur Herstellung einer Ventilklappe

Info

Publication number: DE102019201371B4
Application number: DE102019201371.6A
Authority: DE
Inventors: Marcus Häuser
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-02-04
Filing date: 2019-02-04
Publication date: 2024-06-27
Anticipated expiration: 2039-02-05
Also published as: DE102019201371A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Ventilklappe für ein Klappenventil mit einem runden Klappenkörper, der an seinem Außenumfang eine zum Tragen eines Dichtungsringes vorgesehene Nutwange aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Nutwange (8) bildender Ring aus einem Material hergestellt wird, das eine höhere Verschleißfestigkeit aufweist als das Material des übrigen Klappenkörper, und dass der Ring zur Bildung der Nutwange (8) mit dem übrigen Klappenkörper durch Laserschweißen verbunden wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Ventilklappe gemäß Anspruch 1.
Derartige Ventile werden beispielsweise zum Öffnen und Schließen eines Abgasrückführkanales bei Kraftfahrzeugen verwendet. Dadurch, dass die entsprechende Ventilklappe durch das Drehen einer winklig zur Kanalachse angeordneten Welle betätigt wird, wird die winklig zur Welle angeordnete Ventilklappe aus ihrer den Kanalquerschnitt verschließenden Stellung in eine Öffnungsstellung gedreht, in der der Kanalquerschnitt teilweise freigegeben wird. In der geschlossenen Stellung der Ventilklappe steht dabei ein am seitlichen Rand der Klappe angeordneter Dichtungsring mit dem Ventilsitz in Eingriff und sorgt dort für eine entsprechende Abdichtung. Dieser Dichtungsring ist innerhalb einer Nut am seitlichen Rand der Ventilklappe angeordnet, die von einer Nutwange begrenzt wird. Durch das Bewegen der Ventilklappe zum Öffnen und Schließen, durch Druckunterschiede im Kanal, in dem das Ventil angeordnet ist, und/oder durch den Dichtungsring ist diese Nutwange erhöhten Kräften ausgesetzt, die zu einem verstärkten Verschleiß der Nutwange führen.
Ein Ventil der eingangs beschriebenen Art ist aus der DE 10 2007 050 899 A1 bekannt. Auch bei diesem bekannten Ventil ist die Betätigungswelle der Ventilklappe winklig zur Klappenebene und zur Achse des zugehörigen Kanales angeordnet und steht ein am seitlichen Rand der Ventilklappe angeordneter Dichtungsring mit einem an der Innenseite der Kanalwandung angeordneten Ventilsitz in Eingriff. Der Dichtungsring ist dabei in einer durch zwei Nutwangen begrenzten Nut am seitlichen Rand der Klappe angeordnet. Derartige Ventilklappen werden momentan aus einem einheitlichen Material gefertigt, das sich besonders gut bearbeiten lässt, da hierfür umfangreiche herstellungstechnische Drehoperationen erforderlich sind. Es hat sich jedoch dabei im Betrieb dieser Klappenventile gezeigt, dass durch die hohen Anforderungen im Betrieb, beispielsweise bei der Verwendung als Abgasrückführventil in den Kraftfahrzeugen, die Ventilklappen häufig Verschleißerscheinungen aufweisen, die zu einem vorzeitigen Ausfall des Ventilmechanismus führen. Das verwendete Klappmaterial ist daher nicht mehr ausreichend beständig gegenüber einem Verschleiß. Die Verwendung eines verschleißbeständigeren Materiales ist teuer und hat den Nachteil, dass das Material wesentlich schlechter zu bearbeiten ist, was sich bei der Vielzahl der durchzuführenden Drehoperationen als besonders nachteilig erweist.
Ein Klappenventil ist aus der JP 2013-142426 A bekannt. Hierbei ist eine als Ringabschnitt ausgebildete Nutwange vorgesehen. Es ist nicht angegeben, aus welchem Material der Ringabschnitt besteht.
In der DE 41 04 790 A1 ist ein Ventil beschrieben, bei dem eine Ventilklappe einen Ringabschnitt aufweist. Dieser Ringabschnitt dient hierbei als Vorspannring für einen Dichtungsring, und es ist nicht angegeben, aus welchem Material der Abschnitt besteht.
In der DE 1 800 423 A ist ein Ventil mit einem Ringabschnitt, der als Vorspannring einer Ventilklappe ausgebildet ist, beschrieben, wobei nicht angegeben ist, aus welchem Material der Vorspannring besteht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu Herstellung einer Ventilklappe der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das sich bei geringen Kosten durch eine besonders hohe Verschleißfestigkeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Ventilklappe für ein Klappenventil mit einem runden Klappenkörper, der an seinem Außenumfang eine zum Tragen eines Dichtungsringes vorgesehene Nutwange aufweist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein die Nutwange bildender Ring aus einem Material hergestellt wird, das eine höhere Verschleißfestigkeit aufweist als das Material des übrigen Klappenkörpers, und dass der Ring zur Bildung der Nutwange mit dem übrigen Klappenkörper mittels Laserschweißens verbunden wird.
Hierdurch wird die Verschleißfestigkeit der Ventilklappe verbessert, ohne dass die Kosten für das Herstellungsverfahren wesentlich erhöht werden müssen, da die Verwendung eines teuren besonders verschleißfesten Materiales auf die Ausbildung der Nutwange begrenzt wird.
Als Beispiele für Materialien für die Herstellung der Nutwange seien hitzefeste Spezialstähle (ferritische/austenitische Stähle) genannt, während der übrige Klappenkörper beispielsweise aus üblichen Edelstählen hergestellt werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

1 einen Vertikalschnitt durch einen Ventilmechanismus;
2 eine Einzeldarstellung des Ventils des Mechanismus der 1 in räumlicher Ansicht;
3 eine Einzeldarstellung des Ventils der 1 im Vertikalschnitt; und
4 eine Unteransicht, Vertikalschnittansicht und Draufsicht auf eine Klappe des Ventilmechanismus.

Der in 1 dargestellte Ventilmechanismus betrifft ein Klappenventil, das in einer Abgasrückführleitung eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist und zum Öffnen und Schließen eines Abgasrückführkanales 1 dient. Das von der Brennkraftmaschine eines zugehörigen Kraftfahrzeuges abgegebene Abgas gelangt hierbei in den Kanal 1 und strömt dabei in der Figur von oben nach unten. Mit dem vorgesehenen Ventilmechanismus kann der Durchsatz des rückgeführten Abgases gesteuert werden.
Hierzu weist der Ventilmechanismus eine Ventilklappe 4 auf, die rund ausgebildet ist und mit einem Ventilsitz 6 zusammenwirkt, der in der Innenwandung des Kanales 1 ausgebildet ist. Zum Bewegen der Ventilklappe 4 dient eine Antriebswelle 5, die hier mit der Ebene der Ventilklappe 4 einen spitzen Winkel und mit der Achse des Kanales 1 einen stumpfen Winkel bildet. Die Antriebswelle 5 ist in einem Gehäuse 2 gelagert und wird von einem geeigneten Antriebsmechanismus 7 angetrieben, dessen Einzelheiten hier nicht beschrieben werden, da sie für die Erfindung keine Rolle spielen.
Durch ein Drehen der Antriebswelle 5 wird die Ventilklappe 4 aus der dargestellten Schließstellung heraus in eine Öffnungsstellung bewegt. Wird die Antriebswelle 5 in entgegengesetzter Richtung gedreht, wird die Ventilklappe 4 geschlossen.
Die 2 und 3 zeigen das Klappenventil in Einzeldarstellung. 2 zeigt die Ventilklappe 4 mit zugehöriger Antriebswelle 5 und Ventilsitz 6. Durch Drehen der Antriebswelle 5 wird die Ventilklappe 4 geöffnet.
3 zeigt das Klappenventil im Vertikalschnitt, wobei der dargestellte Pfeil die Strömungsrichtung des in dem Kanal strömenden Gases angibt. Die Ventilklappe 4 besitzt an ihrem Außenumfang eine Nut 9 (in 4 dargestellt), die zwischen einer in 3 oberen Nutwange 10 und unteren Nutwange 8 angeordnet ist. In dieser Nut 9 befindet sich ein Dichtungsring 11, der unter radialer Vorspannung steht und somit gegen den Ventilsitz 6 gepresst wird, um den Strömungsquerschnitt abzudichten. Aufgrund der angedeuteten Gasströmungsrichtung in 3 von oben nach unten wird der Dichtungsring 11 durch den im Kanal herrschenden Druckunterschied in 3 von oben belastet und drückt gegen die untere Nutwange 8, die auf diese Weise einem höheren Verschleiß ausgesetzt ist als der übrige Teil der Ventilklappe 4.
4 zeigt weitere Einzelheiten des Ventils in einer Unteransicht (links), einem Vertikalschnitt (Mitte) und einer Draufsicht (rechts). Man erkennt die beiden Nutwangen 10 und 8 am Außenumfang der Ventilklappe 4, wobei hier der Dichtungsring in der Nut 9 nicht dargestellt ist. Dieser Dichtungsring drückt auf die Nutwange 8, da in der mittleren Darstellung der Ventilklappe links ein höherer Druck herrscht als rechts. Die Nutwange 8 ist daher einem besonders hohen Verschleiß ausgesetzt. Um dies zu vermeiden, ist sie aus einem verschleißfesteren Material hergestellt als der übrige Teil der Ventilklappe. Dabei wird so vorgegangen, dass zuerst ein der Nutwange entsprechender Ring aus dem verschleißfesteren Material hergestellt wird, der dann beispielsweise durch Laserschweißen mit dem übrigen Teil der Ventilklappe verbunden wird.
Der hier verwendete Begriff „Ventilsitz“ soll Ventilsitze im weitesten Sinne abdecken, d. h. beispielsweise auch eine gehärtete Wandung des Kanales, auf der der Dichtring der Ventilklappe läuft.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Ventilklappe für ein Klappenventil mit einem runden Klappenkörper, der an seinem Außenumfang eine zum Tragen eines Dichtungsringes vorgesehene Nutwange aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Nutwange (8) bildender Ring aus einem Material hergestellt wird, das eine höhere Verschleißfestigkeit aufweist als das Material des übrigen Klappenkörper, und dass der Ring zur Bildung der Nutwange (8) mit dem übrigen Klappenkörper durch Laserschweißen verbunden wird.