DE102008030352A1

DE102008030352A1 - Ventil-Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE102008030352A1
Application number: DE102008030352A
Authority: DE
Inventors: Andreas Lind; Stefan Jacob
Original assignee: BorgWarner Inc; Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2028-06-27
Also published as: DE102008030352B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventil-Steuervorrichtung (1) - mit einem aus einem Gehäusedeckel (2A) und einem Gehäuseteil (26) gebildeten Gehäuse, das eine Unterdruckkammer (3) und eine Atmosphärendruckkammer (4) aufweist, die durch eine federbelastete Membran (5) gasdicht voneinander getrennt sind; und - mit einer Regelstange (6) zur Regelung der Stellung eines Absperrorgans des Ventils, wobei die Regelstange (6) mit der Membran (5) verbunden ist, wobei - eine Elektromagneteinrichtung (7), die mit der Regelstange (6) in deren jeweiligem Haltepunkt in Wirkverbindung bringbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventil-Steuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine derartige Steuervorrichtung ist aus der EP 1 491 754 A1 bekannt. Derartige Steuervorrichtungen, die auch als Steuerdosen bezeichnet werden, weisen eine in einem Gehäuse angeordnete Unterdruckkammer auf, die an eine Unterdruckquelle, beispielsweise an die Unterdruckpumpe eines Motors, angeschlossen sind. Die Unterdruckkammer wird durch eine Membran begrenzt, die durch eine in der Unterdruckkammer angeordnete Feder gegen einen Anschlag gedrückt wird. Die Membran trennt die Unterdruckkammer von einer zweiten Druckkammer, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht oder an die eine weitere Über- oder Unterdruckquelle angeschlossen werden kann. Die Membran ist mit einer Regelstange verbunden, die wiederum das Absperrorgan des Ventils betätigt. Hierfür wird in der Unterdruckkammer ein Unterdruck angelegt, der mit Hilfe der Membran entgegen der Federkraft eine Kraft aufbaut und damit die Regelstange bewegt.
Für das Halten des Absperrorgans sowohl in der geschlossenen Stellung wie auch für Zwischenstellungen, ist die von der Steuervorrichtung erzeugte Kraft häufig jedoch nicht hoch genug.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, die es möglich macht, eine größere Haltekraft auf die Regelstange aufzubringen, die unabhängig von der Position der Regelstange im Bereich zwischen dem Minimal- und Maximalanschlag der Steuervorrichtung ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung ermöglicht die Erhöhung der Haltekraft (Kraft im Haltepunkt der Steuervorrichtung) um einen Betrag von mindestens etwa 150 N.
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung kann prinzipiell für jegliche Art von Ventilen und Klappen, insbesondere jedoch zur Ansteuerung von Turbolader-Abgas-Bypassventilen (Wastegates), von Abgas-Rückführventilen und von Ventilen verwendet werden, mit denen Frischluft gesteuert werden kann.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigt:
1 eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung,
2 eine perspektivische vergrößerte Darstellung eines Teilbereiches der Steuervorrichtung gemäß 2,
3 eine der 2 entsprechende Darstellung eines weiteren Teilbereiches der Steuervorrichtung gemäß 1, und
4, 5 Alternativen für die Anordnung einer Elektromagnet-Einrichtung der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung.
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 1 dient zur Betätigung von Ventilen bzw. der Absperrorgane derartiger Ventile, die bei Abgasturboladern Verwendung finden.
Die Steuervorrichtung 1 weist ein mit einem Abschirmblech 2 umgebenes, mit einem Gehäusedeckel 2A versehenes Gehäuseteil 26 auf, wobei im oberen Teil eine Unterdruckkammer 3 mit einem Anschluss 14 an eine Unterdruckquelle angeordnet ist. Die Unterdruckkammer 3 wird von einer unter Atmosphärendruck stehenden Druckkammer 4 durch eine mittels einer Spiralfeder 13 belasteten Membran 5 getrennt.
Die Unterdruckkammer 3 wird von einem oberen Deckeleinsatz 17 und der topfförmig ausgebildeten Membran 5 begrenzt, in die ein ebenfalls topfförmiges Abstützteil eingesetzt ist, auf dem ein – gemäß der gewählten Darstellung – unteres Ende der Spiralfeder 13 aufliegt. Das obere Ende dieser Feder 13 stützt sich an einem zugeordneten Bereich des oberen Deckeleinsatzes 17 ab.
Die Atmosphärendruckkammer 4 wird von der Membran 5 und dem Gehäuseteil 26 begrenzt, wobei die Membran 5 an ihrem freien umfangsseitigen Endbereich mit diesen beiden Gehäuseteilen verpresst wird.
Wie sich aus 1 ferner ergibt, ist innerhalb des Gehäusedeckels 2A, zwischen dem Deckeleinsatz 17 und dem oberen Deckelende, eine Elektromagneteinrichtung 7 vorgesehen.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform weist die Elektromagneteinrichtung 7 einen fest im Gehäusedeckel 2A angeordneten Spuleneisenkern 8 auf, der elektrisch magnetisiert werden kann, was in 1 nicht näher dargestellt ist.
Ferner weist die Elektromagneteinrichtung 7 einen Anker 9 auf, der einen geschlitzten Konus 10 umfasst, der auf einer dem Spuleneisenkern 8 zugewandten Oberseite des Ankers 9 angeordnet ist. Der Konus ist in einer komplementär ausgebildeten Ausnehmung 27 des Spuleneisenkerns 8 angeordnet und ist mit einer zentrischen Innenausnehmung 28 versehen, in die ein oberes Ende 29 eines Innenabschnittes 11 der Regelstange 6 eingreift.
Zwischen dem Spuleneisenkern 8 und dem längsbeweglich im Gehäusedeckel 2A angeordneten Anker 9 ist eine Blattfeder 15 vorgesehen, was sich aus einer Zusammenschau der 1 und 2 ergibt. Die Blattfeder 15 vergrößert die Distanz zwischen dem Anker 9 und dem Spuleneisenkern 8 im entspannten Zustand. Damit wird die Reibung des Endes 29 des Innenabschnitts 11 im Konus 10 bzw. dessen zentrischer Ausnehmung 28 reduziert.
Ferner ergibt sich aus der Zusammenschau der 1 und 2 die Anordnung eines Dämpfungselementes 16 zwischen der Unterseite des Ankers 9 und der Oberseite des Deckeleinsatzes 17. Dieses Dämpfungselement 16 nimmt Stöße auf und übt einen leichten Druck auf den Spuleneisenkern 8 auf, um vertikale Bewegungen im Gehäusedeckel 2A zu vermeiden.
Der Deckeleinsatz 17 wiederum nimmt die Kraft der in der Unterdruckkammer 3 angeordneten Spiralfeder 13 auf und dient als Führung für die Elemente der Elektromagneteinrichtung 7.
Die Funktionsweise dieser Anordnung ist wie folgt:
Der Innenabschnitt 11 der Regelstange 6 wird bei Bestromung der Elektromagneteinrichtung 7 durch die Anziehung des Ankers 9 mit dem geschlitzten Konus 10 und den entsprechenden Gegenflächen der Ausnehmung 27 im Spuleneisenkern 8 arretiert. Die durch Linienberührung anliegenden Flächen des Konus 10 an dem Innenabschnitt 11 der Regelstange 6 bilden hierfür eine Reibpaarung. Diese Ausführung der Arretierung des Innenabschnitts 11 und damit der Regelstange 6 ist unabhängig von deren Arbeitshub.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil eines Downsizing der Steuervorrichtung 1 bzw. einer Erweiterung ihres Einsatzbereiches.
Für die weiteren Konstruktionsdetails ist auf die 1 und 3 zu verweisen.
Bei der in diesen Figuren dargestellten Ausführungsform mit im Gehäusedeckel 2 integrierter Elektromagneteinrichtung 7 ist die Regelstange 6 in den bereits erwähnten Innenabschnitt 11 und einen Außenabschnitt 12 unterteilt. Wie die Zusammenschau der 1 und 3 zeigt, ist der Innenabschnitt 11 mit dem Außenabschnitt 12 der Regelstange 6 über ein Winkelausgleichselement 18 und ein dieses umgebendes Gehäuseteil 19 verbunden. Hierfür weist das Gehäuseteil 19 Aufnahmebuchsen 20 und 21 auf, in die Verbindungsenden 22 des Innenabschnitts 11 bzw. 23 des Außenabschnittes 12 eingreifen. Schließlich zeigen die 1 und 3, dass das Winkelausgleichselement 18 Zapfen 24 und 25 aufweist, die in entsprechende Ausnehmungen des Gehäuseteils 19 eingreifen, so dass sich eine kardangelenk-ähnliche Anordnung ergibt.
Diese Ausbildung der zuvor erläuterten Anordnung absorbiert Schwenkbewegungen bzw. Kreisbewegungen des Außenabschnitts 12 der Regelstange 6 zum gekoppelten, linear-geführten Innenabschnitt 11 dieser Regelstange 6.
Zur Ausbildung des Deckeleinsatzes 17 ist nachzutragen, dass dieser mit Rippen versehen sein kann, die zur Führung und zur Vermeidung horizontaler Bewegungen der Elemente der Elektromagneteinrichtung 7 dienen.
In den 4 und 5 sind ferner zwei Varianten der Anordnung der Elektromagneteinrichtung 7 dargestellt. Wie diese Figuren verdeutlichen, ist die Elektromagneteinrichtung 7 gemäß den gewählten Darstellungen unterhalb des Gehäuseteils 26 angeordnet, was den Vorteil ergibt, dass die Ausbildung der Steuervorrichtung 1 zumindest weitestgehend unangetastet bleibt, so dass einzig der Außenabschnitt 12 der Regelstange 6 auf geeignete Art und Weise angepasst werden muss. Diese Varianten eignen sich dementsprechend insbesondere als Nachrüstungsmöglichkeit für existierende Steuervorrichtungen bzw. Steuerdosen 1.
In 4 ist die Regelstange 6 fest mit einer äußeren Hülse umgeben, die in der zentrischen Öffnung des Ankers 9 geführt ist und vom Konus 10 arretiert werden kann. Der Anker 9 selbst ist auf der Gehäuseseite abgewandeten Seite positioniert. Dadurch ergibt sich die Klemmwirkung durch Bewegung des Ankers 9 in Regelstangenbewegungsrichtung „Schließen" des Ventils.
In 5 ist der Anker 9 zwischen Gehäuseteil 26 und Spuleneisenkern 8 angeordnet. Die Klemmwirkung durch den Konus 10 kommt daher durch eine gegenläufige Bewegungsrichtung von Anker und Regelstange beim Schließen des Ventils zustande.
Zusätzlich zur voranstehenden schriftlichen Offenbarung der Erfindung wird hiermit ausdrücklich auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in der beigefügten Figur Bezug genommen.

1: Steuervorrichtung
2: Abschirmblech
2A: Gehäusedeckel
3: Unterdruckkammer
4: Atmosphärendruckkammer
5: Membran
6: Regelstange
7: Elektromagneteinrichtung
8: Spuleneisenkern
9: Anker
10: Konus (geschlitzt)
11: Innenabschnitt der Regelstange
12: Außenabschnitt der Regelstange
13: Spiralfeder
14: Anschluss an die Unterdruckquelle
15: Blattfeder
16: Dämpfungselement
17: Deckeleinsatz
18: Winkelausgleichselement (Kardangelenk)
19: Gehäuseteil
20, 21: Aufnahmebuchsen
22, 23: Verbindungssender
24, 25: Zapfen von 18
26: Gehäuseteil
27: Innenausnehmung des Spuleneisenkerns 8
28: Innenausnehmung des Konus 10
29: Endabschnitt von 11
L: Längsachse der Regelstange 6

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1491754 A1 [0002]

Claims

Ventil-Steuervorrichtung (1) – mit einem durch einen Gehäusedeckel (2A) und ein Gehäuseteil (26) gebildetes Gehäuse, das eine Unterdruckkammer (3) und eine Atmosphärendruckkammer (4) aufweist, die durch eine federbelastete Membran (5) gasdicht voneinander getrennt sind; und – mit einer Regelstange (6) zur Regelung der Stellung eines Absperrorgans des Ventils, wobei die Regelstange (6) mit der Membran (5) verbunden ist, gekennzeichnet durch – eine Elektromagneteinrichtung (7), die mit der Regelstange (6) in deren jeweiligem Haltepunkt in Wirkverbindung bringbar ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagneteinrichtung (7) einen entlang der Längsachse (L) der Regelstange (6) verschiebbaren Anker (9) aufweist, der bei Bestromung der Elektromagneteinrichtung (7) ein Endabschnitt (29) der Regelstange (6) fixiert.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (9) einen geschlitzten Konus (10) mit einer Innenausnehmung (28) aufweist, in die der Endabschnitt (29) der Regelstange (6) eingreift und der bei Bestromung der Elektromagneteinrichtung und Bewegung des Ankers (9) durch Zusammendrücken den Endabschnitt (29) fixiert.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagneteinrichtung (7) in der Unterdruckkammer (3) angeordnet ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelstange (6) einen im vom Gehäusedeckel (2A) und Gehäuseteil (26) gebildeten Gehäuse angeordneten Innenabschnitt (11) und einen aus diesem Gehäuse herausragenden Außenabschnitt (12) aufweist, die über ein Winkelausgleichselement (18) miteinander verbunden sind.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagneteinrichtung (7) eine Blattfeder (15) aufweist, die zwischen dem Anker (9) und einem Spuleneisenkern (8) der Elektromagneteinrichtung (7) angeordnet ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagneteinrichtung (7) in einem Deckeleinsatz (17) des Gehäusedeckels (2A) geführt ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anker (9) der Elektromagneteinrichtung (7) und dem Deckeleinsatz (17) ein Dämpfungselement (16) angeordnet ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagneteinrichtung (7) außerhalb des vom Gehäusedeckel (2A) und Gehäuseteil (26) gebildeten Gehäuses angeordnet ist.