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Stand der Technik
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Die
DE 100 25 500 A1 bezieht
sich auf eine Brennkraftmaschine mit einem Kühlkreislauf
und einem an diesen angeschlossenen Heizungswärmetauscher.
Die Brennkraftmaschine umfasst eine Abgasleitung mit einem vom durch
die Abgasleitung geführten Abgas durchströmten
Abgaswärmetauscher. Dieser entnimmt Wärmeenergie
aus dem Abgas zur Vorwärmung eines Heizungswärmetauschers.
Dieser ist an einem Kühlflüssigkeitskreislauf
der Brennkraftmaschine angeschlossen. Ein Abgasturbolader mit einem
Turbinengehäuse und einem darin entnehmbaren Turbinenrad
ist in die Abgasleitung eingefügt, wobei der Abgaswärmetauscher
wärmeleitfähig mit dem Turbinengehäuse
des Abgasturboladers zur Entnahme von Wärme aus dem Abgas,
das das Turbinenrad durchströmt, verbunden ist. Das Turbinengehäuse
ist wenigstens teilweise mit einer zusätzlichen Wandung
ausgebildet und weist auf diese Weise einen Hohlraum auf, der mit
einem Einlassanschluss und einem Auslassanschluss versehen ist zum
Einleiten und Ausleiten von wärmeaufnehmender Kühlflüssigkeit
stromauf des Heizwärmetauschers.
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Die
Verwendung von Überdruck- bzw. Unterdruckdosen als pneumatische
Aktuatoren ist bekannt. Die Überdruck bzw. Unterdruckdosen
werden durch einfache 3/2-Magnetventile oder elektropneumatische
Wandler mit einem Überdruck bzw. einem Unterdruck versorgt. Üblicherweise
umfasst eine Unterdruckdose zwei tiefgezogene Blechteile oder zwei spritzgegossene
Kunststoffschalen, zwischen welche eine Membran aus Elastomerwerkstoff
montiert ist. Die Membran aus Elastomerwerkstoff ist mit einer Membranstange
verbunden. Durch die Membran ist die Unterdruck- bzw. Überdruckdose
in eine Arbeitskammer für den Überdruck bzw. den
Unterdruck und in eine Kammer, in welcher Umgebungsdruck herrscht,
geteilt. Bei der Membranstange handelt es sich in der Regel um eine
solche, die über einen Membranteller mit der Membran verbunden
ist. Weiterer Bestandteil dieser Aktuatortechnik ist eine Rückstellfeder,
die sich zumeist in Form einer Druckfeder in der Arbeitskammer der
Dose oder am zu stellenden Stellglied befindet. Aufgrund des Umstandes, dass
die Membranstange mit der elastischen Membran gekoppelt ist, ergibt
sich eine flexible, winkelbewegliche Lagerung, die Schwenkwinkel
der Membranstange um einige Winkelgrade ermöglicht.
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Die
Winkelbeweglichkeit der Membranstange ist notwendig, um einerseits
bei der Fertigung und der Montage auftretende Toleranzen auszugleichen und
um andererseits das Mitschwenken der Membranstange bei der Umwandlung
des translatorischen Druckdosenhubes in eine rotatorische Stellbewegung
am Stellglied zu ermöglichen. Druckdosenkonzepte, die keine
winkelbewegliche Membranstange besitzen, können gemäß des
Standes der Technik mit Scharniergelenken, mit Kugelgelenken oder
mit Kardangelenken versehen werden, die zwischen der Membranstange
und dem Stellglied angeordnet sind, um einen Winkelausgleich zu
ermöglichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, an einem pneumatischen Steller, so zum Beispiel einer Überdruck-
oder einer Unterdruckdose die Anbindung des zu stellenden Stellgliedes über
ein flexibel ausgebildetes Koppelelement zu realisieren. Ein über
eine Druckdifferenz im pneumatischen Steller bewegbares stangenförmig
ausgebildetes Stellelement der Überdruck- oder Unterdruckdose
ist rein translatorisch bewegbar, während das flexible
Koppelelement auslenkbar ist. Das flexible Koppelelement kann zum
Beispiel als eine Koppelstange aus Federstahl gefertigt sein. Über
das erfindungsgemäß vorgeschlagene flexible Koppelelement
wird ein Winkelausgleich ermöglicht, der bei üblichen Über-
oder Unterdruckdosen durch die flexible Lagerung der Membranstange
erreicht wird. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Lösung lässt sich daher insbesondere bei rein
translatorisch bewegbaren Stellelementen, wie zum Beispiel Hubstangen
an Überdruck- oder Unterdruckdosen einsetzen, um einerseits
Montagetoleranzen und/oder Fluchtungsfehler auszugleichen und andererseits
z. B. eine Umwandlung einer rein translatorischen Hubbewegung in
eine rotatorische Stellbewegung am zu stellenden Stellglied optional
zu ermöglichen.
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Das
flexible Koppelelement wird bevorzugt aus einem Federstahl hergestellt,
an dessen En den beispielsweise über Verkrimpung, Verklemmen
oder Verpressen Montagebuchsen zur Anbindung an das im Wesentlichen
stangenförmig ausgebildete Stellelement der Überdruck-
oder der Unterdruckdose angebracht sind. Wird das flexible Koppelelement
aus Federstahl gefertigt, wird eine freie Länge des Federstahlabschnittes
des Koppelelementes zwischen Kupplungsstücken möglichst
kurz ausgeführt, damit auch bei Druckbeanspruchung des
flexiblen Koppelelementes Sicherheit gegen Knicken gegeben ist. Eine
Verkrimpung der Kupplungsstücke an beiden Enden des flexiblen
Koppelelementes wird bevorzugt so ausgelegt, dass diese auch hohen,
dynamischen Zug- oder Druckbelastungen standhält. Die an
den Enden des flexiblen Koppelelementes bevorzugt verkrimpten oder
verklemmten, als Montagebuchsen ausgeführten Kopplungsstücke
können in bevorzugter Weise an jeweilige Gegenstücke
am Stellelement und an dem zu stellenden Stellglied angepasst werden
und unterliegen damit keiner festen Definition, so dass eine große
Bandbreite an Einsatzmöglichkeiten gegeben ist. Wird das
flexible Koppelelement aus Federstahl hergestellt, so kann es einen
quadratischen, rechteckigen oder kreisförmigen Querschnitt
aufweisen, als Hohlprofil oder auch als Massivbauteil mit kurzer
freier Länge ausgeführt werden, um der Knickgefahr
vorzubeugen.
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Kurz Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
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1 einen
teilweisen Schnitt durch einen pneumatischen Steller, dessen Stellglied
eine rein translatorische Bewegung ausführt,
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2 das
erfindungsgemäß vorgeschlagene Koppelelement im
nicht-ausgelenkten Zustand, d. h. im Normalzustand,
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3 das
erfindungsgemäß vorgeschlagene Koppelelement im
ausgelenkten Zustand.
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Ausführungsformen
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Der
Darstellung gemäß 1 ist ein
teilweiser Schnitt durch einen pneumatischen Steller zu entnehmen,
dessen Stellglied eine rein translatorische Bewegung ausführt.
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1 zeigt
im teilweisen Schnitt einen pneumatischen Steller 10, dessen
Gehäuse durch Bezugszeichen 12 bezeichnet ist.
Das Gehäuse 12 umfasst einen Gehäusedeckel 14 sowie
einen hülsenförmigen Gehäuseteil. Im
hülsenförmigen Gehäuseteil ist ein stangenförmig
ausgebildetes Stellelement 16 gelagert, welches eine rein
translatorische Bewegung 18 ausführt. Die rein
translatorische Bewegung 18 ist durch den dem stangenförmig
ausgebildeten Stellelement 16 zugeordneten Doppelpfeil
angedeutet. Das Stellelement 16 wird durch eine Unterdruck- bzw. Überdruckbeaufschlagung
einer Membran 20 in translatorische Richtung bewegt. Die
Membran 20 umfasst einen Membranteller 22, der
sich an einem als Spiralfeder ausgebildeten Federelement 24 innerhalb
des hülsenförmigen Gehäuseteiles des
Gehäuses 12 abstützt. Im hülsenförmigen
Gehäuseteil des Gehäuses 12 befindet
sich des Weiteren eine bestrombare Magnetspule 26. Die
mit in 1 nicht dargestellten Kontaktierungen versehene
Magnetspule 26 dient zur Betätigung von Ventilen
zur Unterdruck- oder Überdruckbeaufschlagung einer zweiten Arbeitskammer 34,
die zum Beispiel mit einem Unterdruck punter beaufschlagbar
ist. Die zweite Arbeitskammer 34 ist von der Membran 20 gegen
eine erste Arbeitskammer 32, die vom Umgebungsdruck pu beaufschlagt ist, getrennt. Durch Bezugszeichen 28 ist die
Einspannstelle der Membran 20 zwischen den Gehäuseteilen,
d. h. dem Gehäusedeckel 14 und dem hülsenförmigen
Gehäuseteil des Gehäuses 12 identifiziert.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die
Magnetspule 26 von einer Spulenumhüllung 30 umschlossen
ist, durch welche die Magnetspule 26 geschützt
ist. Das im Wesentlichen stangenförmig ausgebildete Stellelement 16 des
pneumatischen Stellers 10 stellt das Bauteil dar, welches
ausgangsseitig des pneumatischen Stellers 10 eine Motoranbaukomponente,
um ein Beispiel zu nennen, ansteuert, die in 1 nicht
dargestellt ist. Wie aus 1 hervorgeht, führt
das im Wesentlichen stangenförmig ausgebildete Stellelement 16 des
pneumatischen Stellers 10 eine rein translatorische Bewegung 18 aus.
Damit ergibt sich das Erfordernis, eine Winkelbeweglichkeit des
Stellelements 16 zu schaffen, um zum einen Montagetoleranzen
auszugleichen und zum anderen das Mitschwenken des stangenförmig ausgebildeten
Stellelementes 16 zumindest in einem begrenzten Winkelbereich
zu ermöglichen. Des Weiteren ist eine Winkelbeweglichkeit
des im Wesentlichen stangenförmig ausgebildeten Stellgliedes 16 auch
deswegen erforderlich, um z. B. die Umwandlung einer rein translatorischen
Bewegung 18 des stangenförmigen Stellelementes 16 des
pneumatischen Stellers 10 in eine teilweise rotatorische
Stellbewegung an einem in 1 nicht
dargestellten Stellglied zu ermöglichen, oder auch, um
Fluchtungsfehler und Bauteilversatz auszugleichen.
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Da
das Vorsehen von Scharniergelenken, Kugelgelenken, Kardangelenken
oder dergleichen am stellerseitigen Ende des im Wesentlichen stangenförmig
ausgebildeten Stellelementes 16 aus Kostengründen
ausscheidet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
ein flexibles Koppelelement 40, wie in den 2 und 3 näher
dargestellt, einzusetzen.
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Der
Darstellung gemäß 2 ist das
erfindungsgemäß vorgeschlagene Koppelelement im Normalzustand
zu entnehmen.
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2 ist
entnehmbar, dass das erfindungsgemäß vorgeschlagene
flexible Koppelelement 40 ein erstes Kupplungsstück 42 und
an seinem gegenüberliegenden Ende ein zweites Kupplungsstück 44 aufweist.
Die Kupplungsstücke 42 und 44 sind derart beschaffen,
dass eine Kopplung an einem jeweiligen Gegenstück an dem
in 1 dargestellten, im Wesentlichen stangenförmig
ausgebildeten Stellelement 16 möglich ist. Das
zweite Kupplungsstück 44 ist derart ausgestaltet,
dass dieses ohne größere Modifikationen direkt
mit der über den pneumatischen Steller 10 zu betätigenden
Komponente verbunden werden kann. Das erste Kupplungsstück 42 sowie
das zweite Kupplungsstück 44 können zum
Beispiel über eine erste Verkrimpung 46 bzw. eine
zweite Verkrimpung 48 mit den Enden des flexiblen Koppelelementes 40 verbunden
sein. Die Ausbildung der Verbindungsstellen zwischen dem ersten
Kupplungsstück 42, bzw. dem zweiten Kupplungsstück 44 mit
dem flexiblen Koppelelement 40 als Verkrimpungen 46 bzw. 48 bietet
den Vorteil geringer Herstellkosten sowie den Vorteil, dass diese
Verbindungsstellen automatisiert hergestellt werden können.
Zwischen der ersten Verkrimpung 46 und der zweiten Verkrimpung 48 des ersten
Kupplungsstückes 42 bzw. des zweiten Kupplungsstückes 44 mit
dem Material des flexiblen Koppelelementes 40 liegt eine
freie Länge 50 vor. Um ein Ausknicken des zum
Beispiel mit quadratischem oder rechteckförmigem Querschnitt
ausgebildeten, in 2 als Federstahlelement ausgebildeten
flexiblen Koppelelementes 40 bei einer Druckbelastung zu verhindern,
wird die freie Länge 50 so weit wie möglich
minimiert. Damit ist die Gefahr des Ausknickens des flexiblen Koppelelementes 40 minimiert.
Das flexible Koppelelement 40 zwischen dem ersten Kupplungsstück 42 und
dem zweiten Kupplungsstück 44 kann zum Beispiel
als Federstahlelement ausgeführt sein. Das flexible Koppelelement 40 kann
darüber hinaus auch mit kreisförmigem Querschnitt
als Hohlprofil oder als Massivbauteil aus metallischem Material
oder in Kunststoffspritzgussbauweise hergestellt sein. Aufgrund
ihres symmetrischen Aufbaus bieten insbesondere quadratische und
kreisförmige Querschnitte den Vorteil, dass beliebige Einbauorientierungen
des flexiblen Koppelelementes 40 und des dieses betätigenden
pneumatischen Stellers 10 realisiert werden können.
Dies gilt für flexible Koppelelemente 40, die
als Hohlprofil oder auch als Massivbauteil gefertigt werden können.
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In 2 ist
ein nicht-ausgelenkter Zustand 52 des flexiblen Koppelelementes 40 dargestellt.
In dem in 2 dargestellten nicht-ausgelenkten
Zustand 52 verläuft das flexible Koppelelement 40 im Wesentlichen
in seiner Normallage 54 (vergleiche gestrichelte Darstellung
in 3) und ist nicht mit dem ersten Kupplungsstück 42 des
im Wesentlichen stangenförmig ausgebildeten Stellelements 16 des pneumatischen
Stellers 10 gemäß 1 verbunden. Auch
das zweite Kupplungsstück 44 ist in der Darstellung
gemäß 2 frei, d. h. nicht mit dem
entsprechenden Gegenstück an dem zu betätigenden Stellglied
dargestellt. Wenngleich in der Darstellung gemäß 2 die
Verbindungen zwischen dem flexiblen Koppelelement 40 und
dem ersten Kupplungsstück 42 sowie dem zweiten
Kupplungsstück 44 als Verkrimpungen 46, 48 dargestellt
sind, können diese beispielhaft als Verkrimpungen 46, 48 ausgebildeten Verbindungen
auch als Verschraubungen oder durch Presspassungen oder dergleichen
ausgeführt sein. Anstelle des Materials Federstahl kann
das flexible Koppelelement 40, welches in 2 in
seinem nicht-ausgelenkten Zustand 52 dargestellt ist, auch aus
einem massiv gespritzten Kunststoff oder Kunststoffprofil gefertigt
sein oder als Hohlprofil aus Kunststoff oder aus metallischem Material
oder dergleichen. Anzustreben ist, dass die freie Länge 50 des flexiblen
Koppelelementes 40 zwischen dem ersten Kupplungsstück 42 und
dem zweiten Kupplungsstück 44 minimiert ist. Der
Querschnitt des flexiblen Koppelelementes 40 ist dabei
so auszulegen, dass eine Auslenkung 58 – wie in 3 dargestellt – des flexiblen
Koppelelementes 40 in Bezug auf seine Normallage 54 aus
dem in 2 dargestellten nicht ausgelenkten Zustand 52 möglich
ist, wodurch sich der Ausgleich von Montagetoleranzen sowie ein
Mitschwenken des rein translatorisch betätigbaren Stellelementes 16 bei
der Umwandlung eines Hubes des pneumatischen Stellers 10 in
eine rotatorische Stellbewegung am zu betätigenden Stellglied
ermöglichen lässt. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Ankopplung der zu betätigenden Motoranbaukomponente mittels
des in 2 dargestellten flexiblen Koppelelementes 40 können
Scharniergelenke, Kugelgelenke, Kardangelenke und dergleichen eingespart
werden.
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3 zeigt
das erfindungsgemäß vorgeschlagene flexible Koppelelement
in seinem ausgelenkten Zustand.
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Aus
der Darstellung gemäß 3 ist entnehmbar,
dass das flexible Koppelelement 40 aus dem in 2 dargestellten
nicht-ausgelenkten Zustand 52 eine Auslenkung 58 erfahren
hat, wobei diese Auslenkung 58 durch den Auslenkungswinkel 60 in
Bezug auf die Normallage 54 des flexiblen Koppelelementes 40 in 3 dargestellt
ist. Das flexible Koppelelement 40 befindet sich im ausgelenkten
Zustand 56. Das flexible Koppelelement 40, sei
es zum Beispiel durch einen Federstahl mit Rechteckprofil dargestellt,
sei es ein Hohlprofil mit rechteckförmigem, quadratischem
oder kreisförmigem Querschnitt, ist derart ausgelegt, dass
es ein symmetrisches Flächenträgheitsmoment aufweist.
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Mit
dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen flexiblen
Koppelelement 40 lässt sich nach Ankopplung desselben
an dem ersten Kupplungsstück 42 an dem im Wesentlichen
stangenförmig ausgebildeten Stellelement 16 gemäß 1 eine
Winkelbeweglichkeit realisieren, welche den Einsatz eines pneumatischen
Stellers 10, dessen Stellelement 16 eine rein translatorische
Bewegung 18 ausführt, auch an solchen zu betätigenden
Motoranbaukomponenten ermöglicht, die eine rotatorische
oder eine teilweise rotatorische Stellbewegung zu deren Betätigung
benötigen. Damit lässt sich der in 1 dargestellte,
die rein translatorische Bewegung 18 des im Wesentlichen
stangenförmig ausgebildeten Stellelementes 16 ausführende
pneumatische Steller 10 auch an Anbaukomponenten einsetzen,
die zu ihrer Betätigung eine rotatorische Bewegung erfordern.
Dadurch wird erreicht, dass der pneumatische Steller 10 sehr
einfach ausgebildet sein kann, da es ausreichend ist, dass an diesem
die rein translatorische Bewegung 18 des im Wesentlichen
stangenförmig ausgebildeten Stellelementes 16 realisiert
ist, was die Herstellkosten des pneumatischen Stellers 10 günstig
beeinflusst.
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Durch
die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung
können beliebige Einbaulagen des flexiblen Koppelelementes 40 realisiert
werden, was die Einsatzmöglichkeiten des pneumatischen
Stellers 10 mit rein translatorischer Bewegung 18 erweitert
und unabhängig von dessen Einbaulage macht. Der pneumatische
Steller 10 kann in einfacher Weise ausgestaltet werden,
da an diesem lediglich eine rein translatorische Bewegung 18 des
im Wesentlichen stangenförmig ausgebildeten Stellelementes 16 zu
realisieren ist. Die Winkelbeweglichkeit dieses Stellelementes 16 zum
Ausgleich von Winkeltoleranzen, Fluchtungsfehlern und Bauteilversatz
oder dergleichen oder auch zur Reallisierung einer teilweise rotatorischen
Bewegung wird in das erfindungsgemäß vorgeschlagene
flexible Koppelelement 40 verlagert. Dies bedeutet einerseits,
dass die Herstellkosten am pneumatischen Steller 10 gesenkt
werden können, da eine Realisierung eines winkelbeweglichen,
im Wesentlichen stangenförmig ausgebildeten Stellelementes 16 nunmehr
entfallen kann, da diese Funktion in das erfindungsgemäß vorgeschlagene
flexible Koppelelement 40 ausgelagert ist.
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Andererseits
kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Lösung erreicht werden, dass die Funktion der Winkelbeweglichkeit
in das flexible Koppelelement 40 verlagert wird, welches
nach entsprechender Modifizierung bzw. Anpassung des ersten Kupplungsstückes 42 mit
dem eine rein translatorische Bewegung 16 ausführenden
stangenförmigen Stellelement 16 des pneumatischen
Stellers 10 verbunden werden kann und mit seinem zweiten
Kupplungsstück 44, welches an die entsprechende Schnittstelle
der zu betätigenden Motoranbaukomponente angepasst ist,
mit diesem gekoppelt werden kann. Die Gefahr des Ausknickens des
erfindungsgemäß vorgeschlagenen flexiblen Koppelelementes 40 wird
durch die Minimierung von dessen freier Länge 50 reduziert.
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Wie
in den Darstellungen gemäß der 2 und 3 gezeigt,
sind die Enden des flexiblen Koppelelementes 40 mit den
Kupplungsstücken 42, 44 durch die erste
Verkrimpung 46 und die zweite Verkrimpung 48 miteinander
verbunden. Die beiden Verkrimpungen 46, 48 sind
so ausgelegt, dass sie auch hohen dynamischen Zug-/Druckbelastungen
standhalten und sich nicht relativ zum Material des flexiblen Koppelelementes 40 bewegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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