DE102008030503A1

DE102008030503A1 - Ventil-Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE102008030503A1
Application number: DE102008030503A
Authority: DE
Inventors: Stefan Jacob
Original assignee: BorgWarner Inc; Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2028-06-28
Also published as: DE102008030503B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventil-Steuervorrichtung (1)
- mit einem Gehäuse (2), das eine Unterdruckkammer (3) und eine Atmosphärendruckkammer (4) aufweist, die durch eine federbelastete Membran (5) gasdicht voneinander getrennt sind; und
- mit einer Regelstange (12) zur Regelung der Stellung eines Absperrorgans des Ventils, wobei die Regelstange (12) mit der Membran (5) verbunden ist,
wobei
- eine Magnet-Federeinrichtung (21), die einen entlang der Regelstange (6) über einen definierten Verstellweg bewegbaren Magneten (19) aufweist, der in der Geschlossenstellung des Ventils mit einer Feder (18) zu deren Spannung 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.
Die maximale Kraft der Steuervorrichtung ergibt sich aus der Membranfläche, multipliziert mit dem zur Verfügung stehenden Unterdruck. Der Steuervorrichtung entgegen wirkt die in der Dose vorgespannte Feder, die Resultierende aus Federweg mal Federkonstante und des Abgasgegendrucks mal wirksamer Fläche auf den Klappenteller (mal Hebelverhältnis).
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, die es möglich macht, die Geschlossenlage (Endlage) des durch die Steuervorrichtung bzw. -dose betätigten Absperrorgans (Klappe) zu unterstützen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung kann prinzipiell für jegliche Art von Ventilen bzw. Klappen, insbesondere jedoch zur Ansteuerung von Turbolader-Abgas-Bypassventilen (Wastegates) sowie 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 perspektivische auseinander gezogene Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung,
2 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung im Endmontagezustand,
3 die in 1 mit einem Kreis bezeichnete Einzelheit X,
4 eine Darstellung der Steuervorrichtung entsprechend 2 in entspanntem Zustand (Ventil oder Wastegate offen),
5 eine der 4 entsprechende Darstellung der mit Unterdruck beaufschlagten Steuervorrichtung (Ventil/Wastgate geschlossen), und
6 eine der 5 entsprechende Darstellung der Steuervorrichtung mit Montagehilfe zur Erläuterung des Vorgehens bei der Montage der Steuervorrichtung.
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 1 dient insbesondere zur Betätigung von Bypassventilen bzw. der Absperrorgane derartiger Bypassventile, die bei Abgasturboladern Verwendung finden.
Weitere Einzelheiten des Bypassventils sowie des zugeordneten Abgasturboladers sind in der Zeichnung nicht dargestellt, da diese Einzelheiten für die Erläuterung vorliegender Erfindung nicht wichtig sind.
Die Steuervorrichtung (Steuerdose) 1 weist (siehe 1 und 2) ein Gehäuse 2 auf, in dem eine Unterdruckkammer 3 angeordnet ist. Die Unterdruckkammer 3 wird von einer unter Atmosphärendruck stehenden Druckkammer 4 durch eine federbelastete Membran 5 getrennt.
Die Unterdruckkammer 3 wird von einem ersten Gehäuseteil 6 und der topfförmig ausgebildeten Membran 5 begrenzt, in die ein ebenfalls topfförmiges Abstützteil 7 eingesetzt ist, auf dem ein Ende einer Druckfeder 11 aufliegt. Das andere Ende dieser Druckfeder 11 stützt sich an einem zugeordneten Gehäusebereich des ersten Gehäuseteils 6 ab.
Die Atmosphärendruckkammer 4 wird von der Membran 5 und einem zweiten Gehäuseteil 8 begrenzt, wobei die Membran 5 an ihren freien umfangsseitigen Endbereichen 9 und 13 von diesen beiden Gehäuseteilen 6 und 8 eingeklemmt wird.
Wie sich aus einer Zusammenschau der 1 bis 3 ergibt, weist die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 1 eine Magnet-Federeinrichtung 21 auf, die in 1 in auseinander gezogener Darstellung verdeutlicht ist, während sie in den 2 und 3 im Endmontagezustand dargestellt ist.
Die Magnet-Federeinrichtung 21 weist einen Magneten 19 auf, der in einem Käfig 16 gelagert ist. Der Käfig 16 wird hierfür im dargestellten Beispielsfalle mithilfe zweier Senkkopfschrauben 17, 17' an einem Halter 20 fixiert, wobei vor der Fixierung zwischen dem Käfig 16 und dem Magnet 19 eine Feder, im Beispielsfalle eine Tellerfeder 18, um die Regelstange 12 der Steuervorrichtung 1 herum angeordnet wird.
Die 1 und 2 verdeutlichen hierbei, dass zum Zwecke der Anordnung der Magnet-Federeinrichtung 21 bzw. deren Komponenten der Magnet 19 und die Tellerfeder 18 jeweils eine Durchtrittsöffnung 23 bzw. 25 und der Käfig 16 eine Mittelausnehmung 24 für den Durchtritt der Regelstange 12 aufweist. Der Käfig 16 ist ferner topfförmig ausgebildet, um den Magneten 19 aufnehmen und führen zu können.
Die 1 und 2 verdeutlichen ferner, dass auf der Regelstange 12 eine Scheibe 13 auf ein Außengewinde 15 aufgeschraubt und an einer definierten Position mittels einer Mutter 14 auf der Regelstange 12 fixiert ist.
4 zeigt eine Stellung, in der die Steuervorrichtung bzw. Steuerdose 1 entspannt ist, also nicht mit einem Unterdruck beaufschlagt ist. Dies stellt die Stellung dar, in der ein Absperrorgan, beispielsweise ein Wastegate, geöffnet ist.
5 zeigt die geschlossene Stellung des Absperrorgans bzw. Wastegates, in der die Steuervorrichtung 1 mit Unterdruck beaufschlagt wird und die Scheibe 13 am Magneten 19 anliegt. In dieser Stellung hat sich der Magnet, wie sich aus einem Vergleich der 4 und 5 ergibt, in Längserstreckung der Regelstange 12 aufgrund der wirkenden Magnetkräfte verschoben und geht auf Block mit der Scheibe 13, wobei die zwischen dem Magnet 19 und dem Käfig 16 angeordnete Feder 18 dementsprechend zusammengedrückt bzw. gespannt wird. Hieraus ergibt sich eine zusätzliche Zuhaltekraft entsprechend der Federkonstante der Feder 18 und dem sich aus der Bewegung des Magneten 19 ergebenden Federweg.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, zusätzliche Zuhaltekräfte von etwa 20% zu erzielen. Je nach Größe der Steuervorrichtung 1 und Auslegung der magnetischen Unterstützung kann damit die Zuhaltekraft erheblich unterstützt werden. Ferner ist es natürlich möglich, mit einer kleineren Steuervorrichtung bzw. Steuerdose 1 zur Erreichung eines Package-Vorteils die gleiche Kraft zu erzeugen, wie im Falle einer größer ausgelegten Steuervorrichtung 1.
6 verdeutlicht die Vorgehensweise zur Montage der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 1.
Hierzu wird die mit der Magnet-Federeinrichtung 21 versehene Steuervorrichtung 1 wie bei einer serienmäßigen Ausführungsform mit Unterdruck beaufschlagt und eingestellt. Danach wird eine in 6 mit der Bezugsziffer 22 gekennzeichnete Montagehilfe zwischen den Magneten 19 und die auf der Regelstange 12 angeordnete Scheibe 13 eingebracht. Die Scheibe 13 wird danach durch Drehen auf dem Gewinde 15 der Regelstange 12 auf Anlage zur Montagehilfe 22 gebracht und mit der Mutter 14 fixiert. Nach dem Entfernen der Montagehilfe 22 wird die Scheibe 13 durch die Magnetkraft des Magneten 19 auf Block gezogen und damit die Feder 18 gespannt. Damit wird die unterstützende Endlagenkraft von der Dicke der Montagehilfe 22 bestimmt. Vorzugsweise erfolgt die Auslegung der Steuervorrichtung 1 mit der magnetischen Entlagenunterstützung derart, dass die im Gehäuse 2 angeordnete Druckfeder 11 die Magnetkraft überschreitet und ferner die Magnetkraft die Federkraft der unterstützenden Feder 18 überschreitet.
Zusätzlich zur voranstehenden schriftlichen Offenbarung der Erfindung wird hiermit ausdrücklich auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in der beigefügten Figur Bezug genommen.

1: Steuervorrichtung (Steuerdose)
2: Gehäuse
3: Unterdruckkammer
4: Druckkammer
5: Membran
6: erstes Gehäuseteil
7: Abstützteil
8: zweites Gehäuseteil
9, 10: Endbereiche
11: Druckfeder/Spiralfeder
12: Regelstange
13: Scheibe
14: Mutter
15: Regelstangengewinde
16: Käfig
17, 17': Senkschraube
18: Feder (Tellerfeder/Magnetstützfeder)
19: Magnet
20: Halter
21: Magnet-Federeinrichtung
22: Montagehilfe
23: Durchtrittsausnehmung
24: Mittenausnehmung
25: Durchtrittsausnehmung

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 Gehäuse (2), das eine Unterdruckkammer (3) und eine Atmosphärendruckkammer (4) aufweist, die durch eine federbelastete Membran (5) gasdicht voneinander getrennt sind; und – mit einer Regelstange (12) zur Regelung der Stellung eines Absperrorgans des Ventils, wobei die Regelstange (12) mit der Membran (5) verbunden ist, gekennzeichnet durch – eine Magnet-Federeinrichtung (21), die einen entlang der Regelstange (6) über einen definierten Verstellweg bewegbaren Magneten (19) aufweist, der in der Geschlossenstellung des Ventils mit einer Feder (18) zu deren Spannung in Wirkverbindung bringbar ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Scheibe (13) auf der Regelstange (6) an einer definierten Position fixiert ist, mit der, in der Geschlossenstellung des Ventils, der Magnet (19) auf Block geht, wobei die Feder (18) zwischen dem Magnet (19) und der Scheibe (13) angeordnet ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (19) in einem Käfig (16) gelagert ist, der an dem Gehäuseteil (8) des Gehäuses (2) befestigt ist, aus dem die Regelstange (12) aus dem Gehäuse (2) austritt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen am Gehäuseteil (8) befestigten Halter (20), an dem der Käfig (16) fixiert ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (18) als Tellerfeder mit einer Durchtrittsausnehmung (25) ausgebildet ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (19) eine Durchtrittsausnehmung (23) für die Regelstange (12) aufweist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (16) topfförmig mit einer Mittelausnehmung (24) für die Regelstange (12) ausgebildet ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (19) als Dauermagnet ausgebildet ist.
Verfahren zur Montage einer Magnet-Federeinrichtung (21) am Gehäuse (2) einer Ventil-Steuereinrichtung (1), die eine Regelstange (12) aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten: – Fixieren eines Magneten (19) der Magnet-Federeinrichtung (21) am Gehäuse (2); – Aufschrauben einer Scheibe (13) auf ein Gewinde (15) der Regelstange (12); – Anlegen eines Unterdrucks, um Endlage des Absperrorgans zu erreichen; – Einbringen eines Abstandshalters als Montagehilfe (22) zwischen Magnet (19) und Scheibe (13); – Anlegen der Scheibe (13) durch deren Drehung auf dem Gewinde (15) der Regelstange (12) an der Montagehilfe (22); – Fixieren der Scheibe (13) auf der Regelstange (12) in der Anlageposition an der Montagehilfe (22); und – Entfernen der Montagehilfe (22).