WO2016066550A1 - Ventilvorrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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Walter Göpel
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    • F16K27/0218—Butterfly valves

Definitions

  • the invention relates to a valve device for a motor vehicle having a housing, a befind ⁇ union in the housing flow channel, a being arrange ⁇ th in the flow channel flap for closing the flow channel, wherein the flap is fixed to an axis, the axis of rotation in the housing is mounted and arranged in the flow passage valve seat, which is in the closed position of the flap in contact with this.
  • Such valve devices are used for example as Dros ⁇ selklappenstutzen or exhaust gas recirculation valve use and have long been known.
  • the pivoted flap By the pivoted flap, it is possible, the flow channel completely to open such striglie ⁇ SEN or so as the mass flow rate to re ⁇ rules. This can lead to the formation of ice in unfavorable environmental influences in Strö ⁇ flow duct and on the flap.
  • Insbeson ⁇ particular at a parked vehicle when the flap is in the emergency-running position in which it releases only a small gap of the flow channel, favors this position of the flap the formation of ice. As a result of the formation of ice a uniform movement of the flap is disturbed.
  • the formation of ice bad ⁇ prevent tight closure and easy opening of the flow channel through the valve.
  • a disadvantage of this valve ⁇ device is the complex housing design due to the coolant channel with the associated terminals.
  • the invention has for its object to provide a Ventilvorrich ⁇ tion, with the risk of ice formation in Strö ⁇ flow channel and / or on the flap is minimized. The object is achieved by the features of the independent claim.
  • a hydrophilic formation leads to this effect, since the hydrophilic surface attracts the water, which then runs in large quantities from the surface and thus leaves only a very thin film of water in the flow channel and / or on the flap, which is easily broken on freezing ⁇ can be. Due to this design of Strö ⁇ flow duct and / or flap no other measures to prevent the formation of ice in the valve device are require sary. In particular, the provision of a channel in the housing for heating the valve device is not necessary. The cost of the housing there ⁇ by grace can be significantly redu ⁇ . In addition, the valve device according to the invention requires a significantly smaller space due to the non-existing connections of the channel.
  • un ⁇ ter hydrophobic training is also meant a superhydrophobic or eisphobe training or under hydrophilic Ausbil ⁇ dung a super hydrophilic training.
  • the flap is hydrophobic or hydrophilic by being provided with a plasma coating. A reduced effort is achieved with the hydrophobic formation when the plasma coating is formed on only one of the two parts. In different conditions, however, the hydrophobic formation of the flow channel and the flap has been proven.
  • the training hydrophobic in a hydrophobic coating which is associated with ge ⁇ little effort in the flow channel and / or the flap up.
  • the expense for the coating can be further reduzie ⁇ reindeer, if only the area of the valve seat in the flow channel or in the near vicinity of the area of the valve seat in the flow channel comprising the hydrophobic or hydrophilic Plasmabeschich ⁇ processing.
  • the cost of the coating can be reduced if the hydrophobic plasma coating is arranged only on one side of the flap.
  • the hydrophobic or hydrophilic formation can be created by a nano-structured surface of the flow channel and / or the flap.
  • Area of the valve seat and / or the flap and / or only on one side has the nanostructured surface.
  • FIG. 1 shows a valve device according to the invention
  • Fig. 2 the flow channel of the valve device according to
  • FIG. 1 shows a throttle body with a housing 1, located in the housing flow channel 2, in which a disk-shaped flap 3 is arranged.
  • the flap 3 is fixedly connected to an axle 4 and the axle 4 is rotatably mounted in the housing 1.
  • the axis 4 is driven by an element located in the housing 1 an electric motor 5, wherein Zvi ⁇ ; the axles 4 and the electric motor 5, a gear 6 is penetratege ⁇ on.
  • FIG 2 shows a portion of the flow channel 2 of Figure 1 in section.
  • the disc-shaped flap 3 is rotatably connected by means of a welded connection.
  • the flap 3 is opened approximately halfway. The sealing takes place via a sealing ring 7, which is arranged in a groove of the flap 3.
  • the flap 3 seals the flow channel 2.
  • Both the zy ⁇ -cylindrical valve seat 8 and the valve 3 are provided with a hydrophobic or hydrophilic coating by egg ne plasma coating was applied.
  • the material of the flap and / or the valve seat is coated with thin layers, which are formed by the action of a plasma on powders injected into it.
  • the flap and / or the valve seat Kgs ⁇ NEN this purpose are made of metal, for example aluminum or steel, or from a plastic.
  • the flap and / or the valve seat for example, after a very thorough cleaning, in a vacuum chamber ⁇ introduced and fixed there.
  • the chamber is run according to the Ver ⁇ evacuated relate to a residual gas pressure in the high-vacuum Ultra-high vacuum range is reached.
  • a working gas usually argon
  • Energyein ⁇ contract for example, microwaves, high frequency, electrical discharge
  • the injection of powders into a plasma can lead to the deposition of a hydrophobic or hydrophilic layer, depending on the choice of the precursor.
  • the chemical composition de deposited layer on through the Abscheidegeschwindig ⁇ ness, the Abscheidewinkel and other parameters are affected. It can a layer thickness of 100 nm (nanometers), it is sufficient ⁇ be, which can vary depending on the degree of separation.
  • silicon ⁇ organic compounds can be used as precursors.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Ventilvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse (1), einem in dem Gehäuse befindlichen Strömungskanal (2), einer in dem Strömungskanal (2) angeordneten Klappe (3) zum Verschließen des Strömungskanals (2), wobei die Klappe (3) Bereiche besitzt, in denen eine die Klappe (3) durchdringende Achse (4) befestigt ist, und die Achse (4) drehbar in dem Gehäuse (1) gelagert ist und einem im Strömungskanal (2) angeordneten Ventilsitz (8), der in Schließstellung der Klappe (3) mit dieser in Kontakt steht. Der Strömungskanal (2) ist hydrophob oder hydrophil ausgebildet, indem er mit einer Plasmabeschichtung versehen ist.

Description

Beschreibung
Ventilvorrichtung für ein Kraftfahrzeug
Gegenstand der Erfindung ist eine Ventilvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse befind¬ lichen Strömungskanal, einer in dem Strömungskanal angeordne¬ ten Klappe zum Verschließen des Strömungskanals, wobei die Klappe an einer Achse befestigt ist, die Achse drehbar in dem Gehäuse gelagert ist und einem im Strömungskanal angeordneten Ventilsitz, der in Schließstellung der Klappe mit dieser in Kontakt steht.
Derartige Ventilvorrichtungen finden beispielsweise als Dros¬ selklappenstutzen oder Abgasrückführventil Verwendung und sind seit langem bekannt. Durch die drehbar gelagerte Klappe ist es möglich, den Strömungskanal vollständig zu verschlie¬ ßen oder derart zu öffnen, um so den Massendurchsatz zu re¬ geln. Dabei kann es bei ungünstigen Umwelteinflüssen im Strö¬ mungskanal und an der Klappe zur Eisbildung kommen. Insbeson¬ dere bei einem abgestellten Fahrzeug, wenn die Klappe in der NotlaufStellung steht, in der sie lediglich einen kleinen Spalt des Strömungskanals freigibt, begünstigt diese Stellung der Klappe die Eisbildung. Infolge der Eisbildung wird ein gleichmäßiger Bewegungsablauf der Klappe gestört. Im schlimm¬ sten Fall verhindert die Eisbildung ein dichtes Verschließen bzw. leichtes Öffnen des Strömungskanals durch die Klappe. Hierzu ist es bekannt, das Gehäuse der Ventilvorrichtung zu beheizen, indem in dem Gehäuse um den Strömungskanal herum ein Kanal verläuft, der mit dem Wasserkühlkreislauf des Verbrennungsmotors verbunden ist. Das Kühlwasser bewirkt so¬ mit das Erwärmen des Gehäuses. Nachteilig bei dieser Ventil¬ vorrichtung ist die aufwändige Gehäusegestaltung infolge des Kühlmittelkanals mit den damit verbundenen Anschlüssen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilvorrich¬ tung zu schaffen, mit der die Gefahr der Eisbildung im Strö¬ mungskanal und/oder an der Klappe minimiert wird. Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs .
Dadurch, dass der Strömungskanal hydrophob oder hydrophil ausgebildet ist, indem er mit einer Plasmabeschichtung verse- hen ist, wird das Anhaften von Wasser und/oder die Eisbildung vermieden, beziehungsweise soweit minimiert, dass ein Blo¬ ckieren der Klappe oder ein ungleichmäßiges Bewegen der Klap¬ pe verhindert wird. Dabei kann es bereits ausreichend sein, dass bei einer hydrophoben Ausbildung eine geringe Wassermen- ge zu einer unkritischen Eisbildung führt, da dieses Eis bei einer Bewegung der Klappe ohne Beeinträchtigungen leicht ent¬ fernt wird. Auch eine hydrophile Ausbildung führt zu diesem Effekt, da die hydrophile Oberfläche das Wasser anzieht, das dann in großen Mengen von der Oberfläche abläuft und damit nur einen sehr dünnen Wasserfilm im Strömungskanal und/oder auf der Klappe hinterlässt, der beim Einfrieren leicht auf¬ gebrochen werden kann. Aufgrund dieser Ausbildung von Strö¬ mungskanal und/oder Klappe sind keine anderen Maßnahmen zur Verhinderung einer Eisbildung in der Ventilvorrichtung erfor- derlich. Insbesondere das Vorsehen eines Kanals im Gehäuse zum Beheizen der Ventilvorrichtung ist nicht notwendig. Da¬ durch lässt sich der Aufwand für das Gehäuse deutlich redu¬ zieren. Zudem benötigt die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung aufgrund der nicht vorhandenen Anschlüsse des Kanals einen deutlich geringeren Bauraum. Im Sinne der Erfindung wird un¬ ter hydrophober Ausbildung auch eine superhydrophobe oder eisphobe Ausbildung verstanden bzw. unter hydrophiler Ausbil¬ dung auch eine superhydrophile Ausbildung. Ebenso vorteilhaft ist es, wenn die Klappe hydrophob oder hydrophil ausgebildet ist, indem sie mit einer Plasmabeschichtung versehen ist. Ein verringerter Aufwand wird mit der hydrophoben Ausbildung erreicht, wenn die Plasmabeschichtung an nur einem der beiden Teile ausgebildet ist. Bei unterschiedlichen Bedingungen hat sich jedoch die hydrophobe Ausbildung des Strömungskanals und der Klappe bewährt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht die hydrophobe Ausbildung in einer hydrophoben Beschichtung, welche mit ge¬ ringem Aufwand in dem Strömungskanal und/oder der Klappe auf- gebracht ist.
Der Aufwand für die Beschichtung lässt sich weiter reduzie¬ ren, wenn nur der Bereich des Ventilsitzes im Strömungskanal oder die nahe Umgebung des Bereiches des Ventilsitzes im Strömungskanal die hydrophobe oder hydrophile Plasmabeschich¬ tung aufweist.
In gleicher Weise lässt sich der Aufwand für die Beschichtung reduzieren, wenn die hydrophobe Plasmabeschichtung nur auf einer Seite der Klappe angeordnet ist.
Während eine hydrophobe oder hydrophile Plasmabeschichtung hauptsächlich über die stofflichen Eigenschaften der Be¬ schichtung den hydrophoben oder hydrophilen Effekt erzielt, kann gemäß einer anderen Ausgestaltung die hydrophobe oder hydrophile Ausbildung durch eine nanostrukturierte Oberfläche des Strömungskanals und/oder der Klappe erzeugt werden.
Der Aufwand zur Aufbringung der nanostrukturierten Oberfläche lässt sich dabei verringern, wenn der Strömungskanal nur im
Bereich des Ventilsitzes und/oder der Klappe und/oder nur auf einer Seite die nanostrukturierte Oberfläche aufweist.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläu- tert . Es zeigt in:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung, Fig. 2 den Strömungskanal der Ventilvorrichtung nach
Fig. 1. Figur 1 zeigt einen Drosselklappenstutzen mit einem Gehäuse 1, einem in dem Gehäuse befindlichen Strömungskanal 2, in dem eine scheibenförmige Klappe 3 angeordnet ist. Die Klappe 3 ist fest mit einer Achse 4 verbunden und die Achse 4 ist in dem Gehäuse 1 drehbar gelagert. Die Achse 4 wird von einem im Gehäuse 1 angeordneten Elektromotor 5 angetrieben, wobei zwi¬ schen Achse 4 und Elektromotor 5 ein Getriebe 6 zwischenge¬ schaltet ist.
Figur 2 zeigt einen Teil des Strömungskanals 2 nach Figur 1 im Schnitt. An der Achse 4 ist die scheibenförmige Klappe 3 mittels einer Schweißverbindung drehfest verbunden. In der gezeigten Darstellung ist die Klappe 3 annähernd zur Hälfte geöffnet. Die Abdichtung erfolgt dabei über einen Dichtring 7, der in einer Nut der Klappe 3 angeordnet ist. In der ge- schlossenen Stellung dichtet die Klappe 3 den Strömungskanal 2 ab. Der zylindrische Bereich, in dem die Klappe 3 den Strö¬ mungskanal 2 abdichtet ist der Ventilsitz 8. Sowohl der zy¬ lindrische Ventilsitz 8 als auch die Klappe 3 sind mit einer hydrophoben oder hydrophilen Beschichtung versehen, indem ei- ne Plasmabeschichtung aufgebracht wurde.
Bei der Plasmabeschichtung wird das Material der Klappe und/oder des Ventilsitzes mit dünnen Schichten überzogen, welche durch die Einwirkung eines Plasmas auf darin eingedüs- te Pulver entstehen. Die Klappe und/oder der Ventilsitz kön¬ nen hierfür aus Metall, zum Beispiel Aluminium oder Stahl, oder auch aus einem Kunststoff bestehen.
Die Klappe und/oder der Ventilsitz können zum Beispiel, nach einer sehr gründlichen Reinigung, in eine Vakuumkammer einge¬ bracht und dort fixiert werden. Die Kammer wird je nach Ver¬ fahren evakuiert bis ein Restgasdruck im Hochvakuum- bezie- hungsweise Ultrahochvakuum-Bereich erreicht ist. Danach wird über hochempfindliche Ventile ein Arbeitsgas (meist Argon) eingelassen und durch verschiedene Methoden des Energieein¬ trags (beispielsweise Mikrowellen, Hochfrequenz, elektrische Entladung) ein Niederdruck-Plasma gezündet.
Neben dem Arbeitsgas können weitere Gase (beispielsweise Me¬ than, Ethin, Stickstoff) eingelassen werden. In dem Nieder¬ druck-Plasma haben die Elektronen derart hohe Energien, dass chemische Reaktionen möglich sind, die im thermischen Gleich¬ gewicht nicht möglich sind. Man spricht in diesem Fall von einem reaktiven Plasma, da sich auf dem Werkstück die Reakti¬ onsprodukte niederschlagen. Reaktive Plasmen können mit Sput- terverfahren zum sogenannten reaktiven Sputtern kombiniert werden.
Das Eindüsen von Pulvern in ein Plasma kann je nach Wahl des Präkursors zur Abscheidung einer hydrophoben oder hydrophilen Schicht führen . Dabei kann die chemische Zusammensetzung de abgeschiedenen Schicht weiter durch die Abscheidegeschwindig¬ keit , den Abscheidewinkel und andere Parameter beeinflusst werden . Es können Schichtstärken von 100 nm (Nanometer) er¬ reicht werden, welche je nach Abscheidegrad variieren können . Bei de erfindungsgemäßen PlasmabeSchichtung können Silizium¬ organische Verbindungen als Präkursoren eingesetzt werden .

Claims

Patentansprüche
1. Ventilvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäu¬ se, einem in dem Gehäuse befindlichen Strömungskanal, einer in dem Strömungskanal angeordneten Klappe zum Ver¬ schließen des Strömungskanals, wobei die Klappe Bereiche besitzt, in denen eine die Klappe durchdringende Achse befestigt ist, und die Achse drehbar in dem Gehäuse ge¬ lagert ist und einem im Strömungskanal angeordneten Ven¬ tilsitz, der in Schließstellung der Klappe mit dieser in Kontakt steht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , dass der Strömungskanal (2) hydrophob oder hy¬ drophil ausgebildet ist, indem er mit einer Plasmabe- schichtung versehen ist.
2. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Klappe (3) hydrophob oder hydrophil ausgebildet ist, indem sie mit einer Plasmabeschichtung versehen ist.
3. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass der Strömungskanal (2) nur im Bereich des Ventilsitzes (8) die hydrophobe oder hy¬ drophile Plasmabeschichtung aufweist.
4. Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Klappe (3) nur auf ei¬ ner Seite die hydrophobe oder hydrophile Plasmabeschich¬ tung aufweist.
5. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass der Strömungskanal (2) und/oder die Klappe (3) mit einer nanostrukturierten Oberfläche ausgebildet sind, welche hydrophob oder hy¬ drophil wirkt und mit einer Plasmabeschichtung versehen ist . Ventilvorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass der Strömungskanal (2) nur im Bereich des Ventilsitzes (8) die nanostrukturierte Oberfläche aufweist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Klappe (3) nur auf ei¬ ner Seite die nanostrukturierte Oberfläche besitzt.
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