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 .