DE102009013546B3

DE102009013546B3 - Übertragungsvorrichtung für einen Lagesensor einer Turbolader-Steuerdose

Info

Publication number: DE102009013546B3
Application number: DE102009013546A
Authority: DE
Inventors: Gerhard John
Original assignee: Tyco Electronics AMP GmbH
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-11-25
Anticipated expiration: 2029-03-20
Also published as: FR2943413B1; GB201004531D0; GB2468779B; GB2468779A; FR2943413A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Übertragungsvorrichtung (37) für einen Lagesensor (4) zur Detektion der Stellung eines Aktuatorkolbens (5) einer Steuerdose (1) für einen Turbolader, umfassend ein in einer Verstellrichtung (V) linear verschiebliches Übertragungselement (38), durch das ein für seine Position repräsentatives, vom Lagesensor (4) erfassbares Lagesignal erzeugbar ist, und mit einem Ausgleichsgelenk (39), durch das eine Relativdrehung zwischen Übertragungselement (38) und Aktuatorkolben (5) in wenigstens zwei senkrecht zueinander und senkrecht zur Verstellrichtung (V) verlaufenden Rotationsachsen ausgleichbar ist. Um die Bestimmung der Lage eines Aktuatorkolbens (5) einer Steuerdose (1) zu verbessern, selbst wenn der Aktuatorkolben (5) roto-translational verstellt wird, bildet ein Teil des Ausgleichsgelenks (39) einen Ausgleichsschlitten (53'), der verschieblich am Aktuatorkolben (5) anbringbar ausgestaltet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Übertragungsvorrichtung für einen Lagesensor zur Detektion der Stellung eines Aktuatorkolbens einer Steuerdose für ein Abgasrückführventil oder einen Turbolader mit variabler Geometrie, umfassend ein in einer Verstellrichtung linear verschiebliches Übertragungselement, durch das ein für seine Position repräsentatives, vom Lagesensor erfassbares Lagesignal erzeugbar ist, und mit einem Ausgleichsgelenk, durch das eine Relativdrehung zwischen Übertragungselement und Aktuatorkolben in wenigstens zwei senkrecht zueinander und senkrecht zur Verstellrichtung verlaufenden Rotationsachsen ausgleichbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner einen Lagesensor zur Detektion der Stellung eines Aktuatorkolbens einer Steuerdose für ein Abgasrückführventil oder einen Turbolader mit variabler Geometrie, umfassend ein Sensorgehäuse mit einer Aufnahme zur Führung des Übertragungselements, und wenigstens ein Sensorelement zur Ausgabe eines für die Lage des Übertragungselements repräsentativen Lagesignals.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Bausatz einer Steuerdose für ein Abgasrückführventil oder einen Turbolader mit variabler Geometrie, umfassend eine Steuerdose mit einem verstellbaren Aktuatorkolben zum Einstellen des Abgasrückführventils oder des Turboladers mit variabler Geometrie, und einen Lagesensor.
Schließlich befasst sich die vorliegende Erfindung mit einer Steuerdose für ein Abgasrückführventil oder einen Turbolader mit variabler Geometrie, umfassend einen verstellbaren Aktuatorkolben zum Einstellen des Abgasrückführventils oder des Turboladers mit variabler Geometrie, und eine Übertragungsvorrichtung.
Pneumatische Steuerdosen werden eingesetzt, beispielsweise, in abgasstrombetriebenen Druckaufladungseinrichtungen für Verbrennungsmotoren (Turbolader) oder in Abgasrückführventilen. Die Steuerdosen werden benutzt, um die Schaufeln eines Abgasrückführventils oder eines Turboladers mit variabler Geometrie zu drehen und deren Anstellwinkel einzustellen. Um den Anstellwinkel, welcher mit der Verstellposition des angetriebenen Aktuatorkolbens korreliert, zu überwachen, können Steuerdosen mit einem Lagesensor ausgerüstet sein, welcher die Lage des Kolbens detektiert.
Aus dem Stand der Technik bekannte Steuerdosen sind meist als einfach wirkende Zylinder konzipiert, wobei eine Kolbenstange oder ein Übertragungsglied mit einer am Zylinder befestigten Membran oder einem Kolben verbunden ist.
Die EP 1 852 588 offenbart einen Ladedruckregler für Abgas-Turbolader von Brennkraftmotoren mit einer Dose, welche von einem Deckel abgedeckt ist, mit einer flexiblen ersten Membran, welche mit ihrem äußeren Rand zwischen dem äußeren Rand der Dose und dem Deckel eingespannt ist, und mit einer Regelstange, welche abgedichtet aus der Dose herausgeführt ist, so dass ihr eines Ende in der Dose liegt, wo ein Stützteil für die erste Membran fest mit der Regelstange verbunden ist und der ersten Membran anliegt. Die Membran, das Stützteil und ein Anschluss für eine Unterdruckquelle sind so angeordnet, dass die Regelstange verschoben wird, wenn ein Unterdruck angelegt wird. Der Druckerzeuger kann mit einem Lagesensor gekoppelt werden, welcher die Lage eines Magneten erkennt, der auf dem verstellbaren Ende der Regelstange angeordnet ist.
Die DE 10 2007 013 691 betrifft eine Druckmesseinrichtung mit einer druckabhängigen auslenkbaren Membran, die an ein im Wesentlichen linear bewegliches Übertragungsglied gekoppelt ist, sowie ein Verfahren zur Positionsbestimmung einer Membran, die sich in einer Druckmesseinrichtung in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz bewegt, wobei die Bewegungen der Membran mit einem im Wesentlichen linear beweglichen Übertragungsglied weitergeleitet werden. Die Membranbewegungen können durch einen außerhalb der Druckmesseinrichtung anordenbaren Sensor erfasst werden, indem das Übertragungsglied an einem drehbar gelagerten Rotationselement exzentrisch zu dessen Rotationsachse eingreift, so dass die im Wesentlichen linearen Bewegungen des Übertragungsgliedes in Rotationsbewegungen des Rotationselementes umgesetzt werden, welches als Drehsignalgeber mit einer Markierung versehen sein kann.
Problematisch gestaltet sich bei Steuerdosen für ein Abgasrückführventil oder einen Turbolader mit variabler Geometrie, dass die vom Aktuator angetriebene Kolbenstange nicht linear entlang der Längsachse der Regelstange bewegt wird. Um die Schaufel eines Turboladers zu verstellen und deren Anstellwinkel zu ändern, muss die Antriebsstange des Turboladers mit einer Drehbewegung verschoben werden, so dass die Kolbenstange der Steuerdose, welche mit der Antriebsstange des Turboladers gekoppelt ist, ebenfalls eine Drehbewegung ausführen muss. Diese Drehbewegung der Kolbenstange führt zu einer Kipp- bzw. Taumelbewegung des Aktuatorkolbens relativ zum Gehäuse der Steuerdose, also zu einer roto-translationalen Verstellung, bei welcher der Aktuatorkolben nicht rein linear verschoben wird. Diese Taumelbewegung erschwert es, die genaue Lage des Aktuatorkolbens zu bestimmen, da der Lagesensor üblicherweise an der Steuerdose montiert und der Indikator, welcher die Lage des Kolbens anzeigt, am Kolben angeordnet ist.
Gemäß dem bekannten Stand der Technik kann das Übertragungsglied mit dem Indikator im Sensor selbst geführt sein, wobei das Übertragungsglied über eine Rückstellfeder auf den Kolben gepresst wird. Allerdings übt eine solche Rückstellfeder eine Federkraft aus, welche die Bewegung des Aktuatorkolbens beeinflusst. Ferner ist ein solches Feder-Masse-System anfällig gegenüber den Vibrationen, die in Verbrennungsmaschinen auftreten. Wird dagegen das Übertragungsglied direkt am Kolben montiert, so überträgt sich die Taumel- bzw. Kippbewegung des Aktuatorkolbens auf das Indikatorelement, was sich nachteilig auf die Lagebestimmung auswirkt und zu Messungenauigkeiten führt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bestimmung der Lage eines Aktuatorkolbens einer Steuerdose zu verbessern, selbst wenn der Aktuatorkolben roto-translational verstellt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für die eingangs genannte Übertragungsvorrichtung dadurch gelöst, dass ein Teil des Ausgleichsgelenks einen Ausgleichsschlitten bildet, der verschieblich am Aktuatorkolben anbringbar ausgestaltet ist.
Der eingangs genannte Lagesensor löst diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der Lagesensor eine erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung umfasst.
Der eingangs genannte Bausatz einer Steuerdose löst diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass ein erfindungsgemäßer Lagesensor vorgesehen ist, wobei, im zusammengesetzten Zustand des Bausatzes, das Übertragungselement zumindest abschnittsweise in der Aufnahme des Sensorgehäuses angeordnet ist und der Teil des Ausgleichsgelenks, der den Ausgleichsschlitten bildet, verschieblich am Aktuatorkolben angebracht ist.
Schließlich wird diese Aufgabe von der eingangs genannten Steuerdose erfindungsgemäß durch eine erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung gelöst, wobei der Teil des Ausgleichsgelenks, der den Ausgleichsschlitten bildet, verschieblich am Aktuatorkolben angebracht ist. Verschieblich angebracht im Sinne dieser Anmeldung beinhaltet sowohl eine direkte Anbringung, bei welcher der Ausgleichsschlitten unmittelbar am Aktuatorkolben gelagert und entlang dessen Oberfläche verschoben wird, als auch eine indirekte Anbringung, bei welcher der Ausgleichsschlitten zwar am Aktuatorkolben angeordnet ist und relativ zu diesem verschoben werden kann, jedoch keinen direkt Kontakt mit dem Kolben hat.
Der Vorteil dieser überraschenden Lösung des oben genannten Problems ist, dass mittels des Ausgleichsgelenks auf einfache Weise die roto-translationale Bewegung des Kolbens in die lineare Verstellung des Übertragungselementes umgewandelt. Erfindungsgemäß korreliert jede Stellung des Aktuatorkolbens mit einer bestimmten Position des Übertragungselements in Verstellrichtung. Das Ausgleichsgelenk kompensiert das Verkippen des Aktuatorkolbens in Bezug auf das Gehäuse der Steuerdose, indem das Übertragungselement um zwei senkrecht zueinander angeordnete Rotationsachsen drehbar gelagert ist. Die verschiebliche Anbringung am Aktuatorkolben gleicht ein seitliches Auslenken des Aktuatorkolbens aus. Dabei ist die erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung besonders kompakt und robust ist, da ein Teil des Ausgleichsgelenks sowohl die Drehung des Übertragungs elementes ermöglicht als auch den verschieblichen Ausgleichsschlitten bildet. Ein Federelement, welches das Übertragungselement auf den Kolbenteller andrückt, ist gemäß der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, um die Taumelbewegung des Aktuatorkolbens auszugleichen. Somit ist die erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung und der diese Übertragungsvorrichtung aufweisende Lagesensor der vorliegenden Erfindung besonders robust und ermöglicht eine genaue Bestimmung der Position des Aktuatorkolbens.
Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte Ausgestaltungen weiterentwickelt sein, die beliebig miteinander kombinierbar sind. Auf die einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen und die damit verbundenen Vorteile wird im Folgenden kurz eingegangen.
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform kann das Ausgleichsgelenk ein Drehgelenk, insbesondere ein Kugelgelenk aufweisen. Ein Kugelgelenk ist stabil, unanfällig gegen Vibrationen und stellt zuverlässig sicher, dass das eine Relativdrehung zwischen Übertragungselement und Aktuatorkolben in drei senkrecht zueinander und senkrecht zur Verstellrichtung verlaufenden Rotationsachsen ausgleichbar ist.
Ein besonders kompakte und robuste Bauweise der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung lässt sich dadurch erreichen, dass eine Schale des Ausgleichsgelenk den Ausgleichsschlitten ausbildet, so kann beispielsweise die Schale bzw. Pfanne des Kugelgelenkes den Ausgleichsschlitten bilden. Bei dieser Ausführungsform übernimmt die Schale des Ausgleichsgelenks zwei Funktionen. Erstens gewährleistet die Schale die erforderliche Rotation des Übertragungselements im Bezug auf den Aktuatorkolben und zweitens stellt sie den Ausgleichsschlitten dar, der verschieblich am Aktuatorkolben angebracht wird. Insbesondere kann das Ausgleichsgelenk ein Drehgelenk, vorzugsweise ein Kugelgelenk, und eine Führung aufweisen, wobei Drehgelenk, vorzugsweise die Pfanne des Kugelgelenkes, und die Führung ein Gleitlager ausbilden. Dabei kann gemäß einer weiteren Ausführungsform die Führung ein Befestigungselement zur Anbringung der Übertragungsvorrichtung am Aktuatorkolben aufweisen. Das Befestigungsmittel kann beispielsweise ein Befestigungsflansch sein, der vorzugsweise einen Federsitz aufweist, der den Anschlag für ein Ende der Feder ausbildet, die den Aktuatorkolben mit einer Federkraft beaufschlagt.
Um die Montage und die Handhabung der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, können die Teile des Drehgelenks, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, unverlierbar miteinander verbindbar ausgestaltet sein, was sich in vorteilhafter Weise dadurch errei chen lässt, dass die Teile des Drehgelenks formschlüssig miteinander verbindbar ausgestaltet sind.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Schale des Ausgleichsgelenks einen Schalenkörper und einen mit dem Schalenkörper verbindbaren Schalendeckel mit einer Öffnung aufweisen, deren lichte Weite kleiner ist als die Außenabmessung eines in der Schale aufnehmbaren Gelenkkopfes, der in der Schale drehbar gelagert werden kann. Durch diese Ausführungsform lassen sich auf konstruktiv einfache Weise Gelenkkopf und Gelenkschale bzw. Schale des Drehgelenks unverlierbar miteinander verbinden. Hierzu wird lediglich der Gelenkkopf in den vorgesehenen Sitz des Schalenkörpers eingesetzt. Anschließend wird der Schalenkörper mit dem Schalendeckel zur Schale verbunden, wobei der Gelenkkopf dann formschlüssig im Sitz der Schale angeordnet ist. Dabei verhindert die lichte Weite der Öffnung im Schalendeckel, dass der Gelenkkopf aus dem Sitz der Schale herausgenommen werden kann, ohne vorher den Schalendeckel vom Schalenkörper zu lösen.
Um die Handhabung und Montage einer derartigen Schale bzw. Schale zu erleichtern, können der Schalenkörper und der Schalendeckel unverlierbar miteinander verbunden sein, vorzugsweise über ein Scharnier, das Schalenkörper und Schalendeckel miteinander verbindet und die Montage bzw. Demontage des Schalendeckels vom Schalenkörper führt.
Die Montage und Handhabung der Übertragungsvorrichtung und des Lagesensors der vorliegenden Erfindung kann in vorteilhafter Weise weiter entwickelt sein, indem das Ausgleichsgelenks einen Kippanschlag aufweist, welcher die Verkippung des Übertragungselements relativ zum Aktuatorkolben auf einen maximalen Neigungswinkel begrenzt. Der Kippanschlag sorgt dafür, dass die Übertragungsvorrichtung so am Aktuatorboden angeordnet werden kann, dass deren Übertragungselement aufgrund des Kippanschlags in einer vorgesehenen Position gehalten wird. Dies erleichtert insbesondere das Einführen des Übertragungselements in die Aufnahme des Sensorgehäuses, wenn der Sensor auf der Steuerdose montiert wird.
Ferner kann das Ausgleichsgelenk einen Verschiebeanschlag aufweisen, welcher die Verschiebung des Ausgleichsschlitten am Aktuatorkolben begrenzt. Auf diese Weise wird der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung zusätzliche Stabilität verliehen und es wird sichergestellt, dass sich das in die Aufnahme des Sensorgehäuses einzuführende Ende des Übertragungselements nicht weiter auf dem Aktuatorkolben verschieben Isst, als un bedingt nötig ist, um die roto-translationale Verstellung des Kolbens auszugleichen und eine einfache Montage des Sensorkörpers an der Steuerdose zu ermöglichen. Der Verschiebeanschlag kann vorteilhafter Weise an der Führung des Ausgleichsgelenks angeordnet sein.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung des Übertragungselements sieht vor, dieses als Übertragungsstab auszubilden, an dessen einem Ende wenigstens ein Indikator, durch den das Lagesignal erzeugbar ist, und an dessen anderem Ende ein Teil des Ausgleichsgelenks angeordnet ist, vorzugsweise ein Teil des Drehgelenks und besonders vorzugsweise der Gelenkkopf. Auf diese Weise ist eine Komponente des Ausgleichsgelenks unmittelbar am Übertragungselement angeordnet, was die Montage erleichtert und die Stabilität verbessert, da das Übertragungselement über das an ihm angeordnete Teil des Ausgleichsgelenks direkt mit dem Gelenk verbunden ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Aufnahme des Sensorgehäuses eine Einführöffnung auf, die von einer Rampenstruktur mit einer in Richtung der Einführöffnung verlaufenden Führungsschräge umfasst ist. Diese Ausführungsform erleichtert das Einsetzen des Übertragungselements in die Aufnahme des Sensorgehäuses bei der Montage des Lagesensors, beispielsweise an einer Steuerdose, weil das distale, d. h. das freie Ende des Übertragungselements bei der Montage so eingesetzt wird, dass es auf die Rampenstruktur trifft, entlang der Führungsschräge gleitet und in die Einführöffnung geführt wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Rampenstruktur von Führungselementen gebildet sein, wobei der maximale Abstand zwischen benachbarten Führungselementen kleiner ist als die Querschnittsbreite des Abschnittes des Übertragungselements, welcher in die Aufnahme eingeführt wird. Diese Ausführungsform ist besonders leicht, materialsparend und stellt gleichzeitig sicher, dass das Übertragungselement bei der Montage des Lagesensors an der Steuerdose stets auf die Führungselemente der Rampenstruktur trifft. Insbesondere bietet es sich an, die Führungselemente als Führungsrippen auszubilden, deren Führungsschrägen, senkrecht zur Ebene, in der die Einführöffnung liegt, betrachtet, sternförmig um die Einführöffnung herum angeordnet sind.
Da die Montage des Lagesensors an der Steuerdose normalerweise vom Kunden durchgeführt wird, ist es erstrebenswert, dass eine blinde Montage von Steuerdose und Lagesensor möglich ist. Dies kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform dadurch er reicht werden, dass der maximale Neigungswinkel, den der Kippanschlag zulässt, kleiner ist als die Neigung der Führungsschräge bezogen auf die Einführöffnung. Die Einführöffnung des Sensorgehäuses, das im Wesentlichen entlang der Mittelachse auf die Steuerdose aufgesetzt wird, ist normalerweise senkrecht zur Mittelachse ausgerichtet. Auch liegt der Aktuatorkolben bei der Montage üblicherweise senkrecht zur Mittelachse, wobei das Übertragungselement der am Kolben angebrachten Übertragungsvorrichtung in Bezug auf die Mittelachse höchsten um den maximalen Neigungswinkel gekippt steht. Wenn man den maximalen Neigungswinkel der Kippsperre, die der Kippanschlag ausbildet, auf einen Winkelgrad einstellt, der kleiner als die Neigung der Führungsschräge ist, stellt man sicher, dass das freie Ende des Übertragungselements bei der Montage des Lagesensors unter solch einem Montagewinkel auf die Rampenstruktur trifft, dass die Spitze des Übertragungselements in Richtung der Einführöffnung und nicht von dieser weg geleitet wird.
Ferner kann der Seitenabstand von der Mittelachse der Einführöffnung bis zum Außenrand der Rampenstruktur größer sein als die maximal mögliche seitliche Auslenkung des Übertragungselement. Als Bezugsgröße für die seitliche Auslenkung dient ebenfalls die Mittelachse der Einführöffnung, welche Mittelachse normalerweise mit der linearen Verstellrichtung des Übertragungselements und der Mittelachse der Steuerdose und des Lagesensors zusammenfällt. Durch eine derartige Ausgestaltung der Rampenstruktur und eine daran angepasste maximal mögliche seitliche Auslenkung des Übertragungselements, die von dem Verschiebeanschlag begrenzt wird, kann sichergestellt werden, dass das distale Ende des Übertragungselements bei der Montage des Lagesensors auf der Steuerdose stets auf die Rampenstruktur auftrifft, wodurch eine blinde Montage des Lagesensors an der Steuerdose möglich wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Die beschriebenen Ausführungsformen stellen dabei lediglich mögliche Ausgestaltungen dar, bei denen jedoch die einzelnen Merkmale, wie oben beschrieben ist, unabhängig voneinander realisiert oder weggelassen werden können.
Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer Steuerdose mit einem Kolbenstab, der das Stellelement eines Abgasrückführventils oder eines Turboladers mit variabler Geometrie darstellt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische, perspektivische Schnittansicht der in 1 gezeigten Steuerdose;
3 eine schematische Darstellung der kinematischen Kette vom Stellelement des Turboladers über den Kolbenstab, den Aktuatorkolben bis zu den Komponenten der Übertragungsvorrichtung;
4 eine schematische perspektivische Ansicht eines Übertragungselementes der vorliegenden Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform;
5 eine schematische perspektivische Darstellung einer Schale des Ausgleichsgelenk der vorliegenden Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform;
6 eine schematische perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, bei welcher eine Führung des Ausgleichsgelenks der ersten Ausführungsform noch nicht mit den weiteren Elementen der Übertragungsvorrichtung zusammengesetzt ist;
7 eine schematische perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zusammengesetzten Zustands;
8 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Mittelachse des Bausatzes umfassend den Sensor und die Steuerdose der 1 und 2 in einer Vormontagestellung, bei welcher der Sensor und die Steuerdose getrennt voneinander vorliegen;
9 eine perspektivische Darstellung des Sensorkörpers der vorherigen Figuren; und
10 eine schematische perspektivische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Lagesensors nebst Steuerdose mit einer Übertragungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Steuerdose 1, die einen verstellbaren Kolbenstab 2 umfasst, der ein Stellelement 3, z. B. ein Stellglied eines Abgasrückführventils oder eines Turboladers mit variabler Geometrie (nicht gezeigt) antreibt. Ein Lagesensor 4, mittels welchem die Stellposition des den Kolbenstab 2 antreibenden Aktuatorkolbens 5, bestimmt werden kann, ist an der Steuerdose 1 montiert.
Die Steuerdose 1 umfasst ein Dosenunterteil 6 und einen Dosendeckel 7, welche im zusammengesetzten Zustand das zylindrische Aktuatorgehäuse 8 ausbilden. Im Inneren des Aktuatorgehäuses 8 ist eine Membran 9 so zwischen dem Dosenunterteil 6 und dem Dosendeckel 7 angeordnet, dass die Membran 9 das Aktuatorgehäuse 8 in zwei Druckkammern 10, 11 unterteilt. Die beiden Druckkammern 10, 11 sind im Wesentlichen symmetrisch zu einer Mittelachse M der Steuerdose 1 angeordnet.
Der Rand 12 der Membran 9 liegt auf einem den Rand des Dosendeckels 7 umlaufenden Absatz 13. Der Rand des Dosenunterteils 6 ist als Falz 14 ausgeführt, welcher um den Absatz 13 am Dosendeckel 7 und den Rand 12 der Membran 9 herumgelegt ist und die Membran 9 somit abdichtend zwischen Dosendeckel 7 und Dosenunterteil 6 zusammendrückt und zugleich den Dosendeckel 7 und das Dosenunterteil 6 miteinander verbindet.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Membran 9 als Topfmembran 9' ausgeführt. Deren flacher Membranboden 15 ist auf der dem Dosendeckel 7 zugewandten Seite des Bodens 16 des Aktuatorkolbens 5 verstärkt, welcher im Ausgangszustand, der in 2 gezeigt ist, im Wesentlichen parallel zur Unterseite 17 des Dosendeckels 7 und zum Boden 18 des Dosenunterteils 6 liegt.
Der Boden 17 des Dosendeckels 7 weist eine Öffnung 19 für die Montage des Lagesensors 4 an der Steuerdose 1 auf. Ein Befestigungsring 20 ist an der Außenseite des Bodens 17 des Deckels 7 angebracht, welcher eine kreisförmige Begrenzung um die Öffnung 19 herum ausbildet. Der Befestigungsring 20 ist mit einer Vielzahl von Zungen 21 versehen, welche eine Falzverbindung zum Montieren des Sensorgehäuses 22 des Lagesensors 4 an der Steuerdose 1 ausbilden. Zur Montage weist das Sensorgehäuse 22 eine Befestigungskragen 23 auf, der seitlich aus dem Sensorgehäuse 22 herausragt. Im zusammengesetzten Zustand liegt der Befestigungskragen 23 in dem Befestigungsring 20 und die Zungen 21 umschließen den Befestigungskragen 23, so dass das Sensorgehäuse 22 mit dem Befestigungsring 20 des Dosendeckels 7 verkrimmt ist.
Wenn das Sensorgehäuse 22 des Lagesensors 4 mit der Steuerdose 1 verbunden ist, verschließt das Sensorgehäuse 22 die Öffnung 19 im Boden 17 des Dosendeckels 7. Um einen luftdichten Abschluss zwischen dem Befestigungskragen 23 des Sensorgehäuses 22 und dem Befestigungsring 20 des zylindrischen Dosendeckels 7 zu gewährleisten, ist der Befestigungskragen 23 mit einer umlaufenden Nut 24 versehen, in welcher ein Dichtring 25 angeordnet ist.
In dieser Anordnung unterteilt die Membran 9 das Aktuatorgehäuse 8 in eine Unterdruckkammer 10 und eine Über- bzw. Umgebungsdruckkammer 11.
Die Unterdruckkammer 10 ist der Bereich im Inneren des Aktuatorgehäuses 8, welcher von dem zylindrischen Dosendeckel 7, der Membran 9, dem Aktuatorkolben 5 und dem luftdicht mit dem Befestigungsring 20 des Dosendeckels 7 abschließenden Sensorgehäuses 22 umschlossen ist. Die Mantelfläche des zylindrischen Dosendeckels 7 ist mit einem Unterdruckanschluss 26 versehen, der mit der Unterdruckkammer 10 in Verbindung steht und an welchem ein Unterdruckgenerator (nicht gezeigt) zur Evakuierung und Erzeugung eines Unterdrucks in der Unterdruckkammer 10 angeschlossen werden kann.
Die Umgebungsdruckkammer 11 wird umschlossen von dem zylindrischen Dosenunterteil 6 und der Topfmembran 9'. Die Mantelfläche des zylindrischen Dosenunterteils 6 ist mit einem Belüftungsloch 27 versehen, so dass in der Umgebungsdruckkammer 11 immer der Umgebungsdruck herrscht.
In der Unterdruckkammer 10 ist eine Feder 28 angeordnet, die sich auf der einen Seite am Boden 17 des Dosendeckels 7 abstützt und deren anderes Ende im Inneren des topfförmigen Aktuatorkolbens 5 abgestützt ist. Die Feder übt eine Federkraft aus, welche den Aktuatorkolben 5 nach unten, d. h. in Richtung des Bodens 18 des zylindrischen Dosenunterteils 6 drückt. Wenn die Unterdruckkammer 10 evakuiert und in dieser ein Vakuum über einen am Vakuumanschluss 26 angeschlossenen Vakuumgenerator erzeugt wird, bewegt sich der Aktuatorkolben 5 gegen die Federkraft in Richtung des Bodens 17 des Dosendeckels 7 aufgrund der Druckdifferenz in der Unterdruckkammer 10 und der Umgebungsdruckkammer 11, die auf die Membran 9 einwirkt. Über die Veränderung und Einstellung des Unterdrucks in der Unterdruckkammer 10 kann die Verstellposition des Aktuatorkolbens 5 angesteuert werden, wobei eine Verstellung des Aktuatorkolbens 5 auf den Kolbenstab 2 übertragen wird, der in der Mitte des Bodens 16 des Aktuatorkolbens 5 mit diesem verbunden ist.
Auf der dem Dosenunterteil 6 zugewandten Seite der Membran 9 liegt eine tellerförmige Unterlegscheibe 29 mit ihrer abgeflachten Seite von unten an dem Membranboden 15 an. Der Membranboden 15 ist somit sandwichartig zwischen dem Boden 16 des Aktuatorkolbens und der Unterlegscheibe 29 gehalten. Auf der anderen Seite des Kolbenbodens 16, welcher in Richtung des Bodens 17 des Dosendeckels 7 weist, ist eine weitere Unterlegscheibe 30 angeordnet. Der Kolbenboden 16, der Membranboden 15 und die Unterleg scheiben 29, 30 sind mit einer Bohrung 31 versehen, durch die das eine Ende des Kolbenstabes 2 ragt, dessen Kopf 32 so ausgestaltet ist, dass er den Membranboden 15, den Kolbenteller bzw. Kolbenboden 16 und die Unterlegscheiben 29, 30 nach Art einer Nietverbindung zusammenhält. Dabei ragt das Ende des Kolbenstabes 2, welches mit dem Kolbenboden 16 verbunden ist, durch eine Öffnung 33 im Boden 18 des Dosenunterteils 6. Die Öffnung 33 ist in der Mitte einer Einstülpung 34 im Boden 18 des Dosenunterteils 6 angeordnet, wobei sich die Unterlegscheibe 29 auf der sich vom Boden 18 des Dosenunterteils 6 abhebenden Einstülpung 34 abstützt. Der Kolbenstab 2 wird von einem Einsatz 35 geführt, welche von außerhalb der Steuerdose 1 in die Einstülpung 34 im Dosenunterteil 6 eingesetzt ist und den ein Dichtring 36 gegen das Dosenunterteil 6 abdichtet.
Mit Bezug auf 3 wird nun das Arbeitsprinzip der Steuerdose 1 und des Lagesensors 4 zur Detektion der Stellung des Aktuatorkolbens 5 für einen Turbolader mit variabler Geometrie beschrieben.
Das Stellelement 3 eines Turboladers mit variabler Geometrie oder eines Abgasrückführventils bewegt sich auf einer Kreisbahn I rotatorisch, um den Anstellwinkel eines Rotorflügels (nicht gezeigt) einzustellen. Aufgrund dieser Kreisbewegung I muss der Kolbenstab 2 der Steuerdose 1, welcher auf das Stellelement 3 einwirkt und dieses bewegt, eine roto-translationale Bewegung II durchführen, also sowohl verschoben als auch gedreht werden. Der Aktuatorkolben 5 ist starr mit dem einen Ende des Kolbenstabes 2 verbunden und führt somit die roto-translationale Bewegung im Inneren der Steuerdose 1 fort, so dass der Aktuatorkolben 5 nicht linear verschoben wird, sondern vielmehr gegenüber dem Aktuatorgehäuse 8 verkippt wird und im Inneren des Aktuatorgehäuses 8 eine Taumelbewegung vollzieht.
Diese Taumelbewegung wird von der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung 37, die ein Übertragungselement 38 und ein am Boden 16 des Aktuatorkolbens 5 angebrachte Ausgleichsgelenk 39 umfasst, in eine rein lineare Verschiebung III des Übertragungselements 38 in Verstellrichtung V umgewandelt.
Um die roto-translationale Bewegung II in eine lineare Verschiebung III zu konvertieren, lagert das am Boden 18 des Aktuatorkolbens 5 angeordnete Ausgleichsgelenk 39 das Übertragungselement 38 um wenigstens zwei senkrecht zueinander und senkrecht zur Verstellrichtung V verlaufende Rotationsachsen R drehbar. Außerdem ist ein Teil des Ausgleichgelenks 39 verschieblich am Aktuatorkolben 5 angebracht. In der dargestellten Aus führungsform wirkt sich die verschieblich Anordnung so aus, dass das Übertragungselement 38 auf dem Boden 16 des Aktuatorkolbens 5 entlang der Gleitachsen G, die senkrecht zueinander und senkrecht zur Verstellachse V verlaufen, relativ zum Aktuatorboden 16 verschoben werden kann.
Auf diese Weise gleicht das Ausgleichsgelenk 39, in seiner Funktion als Drehgelenk, die Verkippung des Aktuatorkolbens 5 aus seiner Ursprungslage, in welcher sich der Kolbenboden 16 im Wesentlichen parallel zum Boden 17 des Dosendeckels 7 bzw. des Bodens 18 des Dosenunterteils 6 erstreckt, aus. Die Auslenkung des Zentrums des Kolbenbodens 16, an welchem das eine Ende des Kolbenstabes 2 angeordnet ist, aus der Mittelachse M wiederum gleicht das Ausgleichsgelenk 39 über die verschiebliche Anordnung eines seiner Teil am Aktuatorkolben 5, aus.
Somit kompensiert die erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung 37 die Verkippung und Auslenkung bei der Taumelbewegung des Aktuatorkolbens 5 im Inneren der Aktuatorbox 8 und stellt sicher, dass jede Stellposition des Aktuatorkolbens 5 der Steuerdose 1 genau einer Stellung des Übertragungselementes 38 in Verstellrichtung V entspricht.
Die erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung 37 gemäß einer ersten Ausführungsform ist in den 4 bis 9 gezeigt. Auch wenn die erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung 37 im Folgenden beispielhaft im Hinblick auf einen Lagesensor 4, insbesondere einen Lagesensor 4 zur Detektion der Stellung eines Aktuatorkolbens 5 einer Steuerdose 1 für ein Abgasrückführventil oder einen Turbolader mit variabler Geometrie näher erläutert wird, kann die Übertragungsvorrichtung 37 auch in anderen Vorrichtungen eingesetzt werden, bei denen eine nicht lineare Führung ausgeglichen und in eine lineare Verschiebung überführt werden muss, beispielsweise bei der Niveauregulierung von Fahrzeugen.
Die Übertragungsvorrichtung 37 umfasst ein Übertragungselement 38 mit wenigstens einem Indikator 40, durch den ein von einem Sensor, beispielsweise dem Lagesensor 4, erfassbares Lagesignal erzeugt wird, und einem Ausgleichsgelenk 39. In der gezeigten Ausführungsform ist das Ausgleichsgelenk 39 beispielsweise am Boden 16 eines Aktuatorkolbens 5 angeordnet und der Indikator ist beispielsweise ein Permanentmagnet, der ein Magnetfeld erzeugt, durch welches die Lage des Indikators 40 in Verstellrichtung vom Lagesensor 4 erkannt wird. Es kann aber auch eine optische Markierung als Indikator 40 auf dem Übertragungselement 38 verwendet werden.
Das Übertragungselement 38 ist in der gezeigten Ausführungsform als Übertragungsstab 38' ausgebildet, an dessen sensorseitigem Ende 41 der Magnet 40' angeordnet ist. Zumindest der Bereich des sensorseitigen Endes 41 des Übertragungsstabes 38' mit dem Magneten 40' ist in montierten Zustand, der in 2 beispielhaft für einen Lagesensor 4 einer Steuerdose 1 gezeigt ist, linear verschieblich entlang der Verstellrichtung V, die mit der Mittelachse M der Steuerdose 1 bzw. des Lagesensors 4 zusammenfällt, in einer Aufnahme 42 des Sensorgehäuses 22 angeordnet.
Die Aufnahme 42 ist im Wesentlichen als ein Führungskanal 43 ausgeformt, dessen Längsachse im Wesentlichen der Mittelachse M des Lagesensors bzw. der Steuerdose 1 entspricht und die im zusammengesetzten Zustand, der in 2 gezeigt ist, im Wesentlichen fluchtend mit der Bohrung 31 und der Öffnung 33 ausgerichtet ist. Der Übertragungsstab 38' weist einen im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser d₁ auf.
Am sensorseitigen Ende 41 ist der Übertragungsstab 38' mit einer Sacklochbohrung 44 an seiner Stirnseite versehen. Der Magnet 40' ist zylinderförmig ausgestaltet mit einem Außendurchmesser, welcher dem Außendurchmesser d₁ des Übertragungsstabes 38' entspricht und dessen Zylinderbohrung 45 im Wesentlichen der Sacklochbohrung 44 entspricht. Über eine Abschlusskappe 46 ist der Magnet 40' mit dem sensorseitigen Ende 41 des Übertragungsstabes 38' verbunden. Die Abschlusskappe 46 weist einen Gewindestab 47 auf, der im montierten Zustand durch die Zylinderbohrung 45 des Magneten 40' hindurchragt und in der Sacklochbohrung 44 mit dem sensorseitigen Ende 41 des Übertragungsstabes 38' verschraubt wird. Über die Verschraubung wird der zylinderförmige Magnet 40' zwischen Abschlusskappe 46 und sensorseitigem Ende 41 des Übertragungsstabes 38' festgeschraubt. Insgesamt stellt de Magnet 40' im zusammengesetzten Zustand eine Fortsetzung des Übertragungsstabes 38' dar, der seinen Abschluss im kegel- bzw. halbkreisförmigen Kopf 48 der Abschlusskappe 46 findet.
Am befestigungsseitigen Ende 49 des Übertragungselementes 38, welches dem sensorseitigen Ende 41 gegenüberliegt, ist, in der gezeigten Ausführungsform, der Übertragungsstab 38' mit einem Teil des Ausgleichsgelenks, in der gezeigten Ausführungsform, einem Gelenkkopf 50, der beispielsweise als Kugelelement 51 ausgebildet ist, versehen. Der Außendurchmesser d₄ des Kugelelementes 51 ist größer als der Außendurchmesser d₁ des Übertragungsstabes 38'. An der Stelle, wo der Übertragungsstab 38' in das Kugelelement 50 übergeht, ist das Kugelelement 51 abgeflacht und weist einen senkrecht zur Längsachse des Übertragungsstabes 38' weisenden Absatz 52 auf, aus dem sich der Übertragungsstab 38' erhebt.
Der Gelenkkopf 50 bildet zusammen mit einer eine Gelenkpfanne bildenden Schale 53, die in 5 dargestellt ist, ein Kugelgelenkt 54 aus, welches für die drehbare Lagerung des Übertragungselementes 38' in der dargestellten Ausführung sorgt.
Die Schale 53 kann, wie in den 2, 6 und 7 gezeigt ist, unverlierbar mit dem Gelenkkopf 50 verbunden werden, so dass das Übertragungselement 38 und die Schale 53 als einstückig handhabbare Einheit, wie in 6 gezeigt ist, montiert werden können.
Die Schale 53 weist im Wesentlichen eine Ringform bzw. Zylinderform auf und wird von einem Schalenkörper 55 und einem Schalendeckel 56 gebildet. Sowohl der Schalenkörper 55 als auch der Schalendeckel 56 sind beide ringförmig ausgebildet und ergänzen sich im geschlossenen Zustand, bei dem der Schalendeckel 56 mit seiner Deckelunterseite 57 auf der Oberseite 58 des Schalenkörpers 56 anliegt, zu einem zylinderförmigen Bauteil mit einem im Wesentlichen konstanten Schalenmantel 58 der von dem Mantel 59 des Schalendeckels 56 und dem Mantel 60 des Schalenkörpers 55 gebildet wird.
An der Deckelunterseite 57 sind zwei sich diametral der Deckelöffnung 61 gegenüberliegende Befestigungszapfen 62 angeordnet, die sich im Wesentlichen senkrecht zur Deckelunterseite 57 aus dieser erheben.
Der Schalenkörper 55 weist mit den Befestigungszapfen 62 korrespondierenden Befestigungsöffnungen 63 auf, in welche die Befestigungszapfen 62 eingepresst und somit der Schalenkörper 55 mit dem Schalendeckel 56 verbunden werden kann. Über ein Scharnier 64, das Schalenkörper 55 und Schalendeckel 56 unverlierbar miteinander verbindet, kann der Schalendeckel 56 vom Schalenkörper 55 abgeklappt werden. Das Scharnier 64 ist im Wesentlichen ein flexibler Verbindungssteg, welcher sich von der äußeren Kante des Schalenkörpers 55, wo die Mantelfläche 60 in die Manteloberseite 58 übergeht mit dem Rand des Schalendeckels 56, wo die Deckelunterseite 57 an den Deckelmantel 59 stößt, erstreckt.
Sowohl der Schalenkörper 55 als auch der Schalendeckel 56 sind mit einer zentralen Aufnahme 65 bzw. 66 versehen, die sich im geschlossenen Zustand der Schale 53 zum Sitz 67 für den Gelenkkopf 50 ergänzen. Im geschlossenen Zustand umschließt der Sitz 67 einen im Wesentlichen kugelförmigen Bereich, der an die Form des aufzunehmenden Kugelele mentes 51 des Übertragungselementes 38 angepasst ist. Die Aufnahmen 65 und 66 sind jeweils schalenförmig ausgeformt.
Für die Montage des Kugelgelenkes 54 wird der Schalendeckel 56 so über das sensorseitigen Ende 41 des Übertragungsstabes 38' geschoben, das die Deckelunterseite 57 nach unten, also in Richtung des Kugelelementes 51 weist. Sobald das Kugelelement 51 in der schalenförmigen Aufnahme 66 des Schalendeckels 65 zum Liegen kommt, wird die Schale 53 geschlossen, indem Schalenkörper 55 und Schalendeckel 56 miteinander verbunden werden. In dieser montierten Position, die in 6 und 2 zu erkennen ist, ist das Gelenkelement 50 im Sitz 67 der Schale 53 angeordnet und ermöglicht, dass der Übertragungsstab 38', welcher außerhalb der Schale 53 angeordnet ist, um drei senkrecht zueinander stehende Rotationsachsen relativ zur Schale 53 drehbar gelagert ist.
Der Schalendeckel 56 ist an seiner Oberseite 68 mit einem Kippanschlag 69, der von einer Umrandung 69' gebildet ist, versehen. Die Umrandung 69' erhebt sich aus der Deckeloberseite 68 und umschließt die Deckelöffnung 61, durch welche sich das befestigungsseitige Ende 43 des Befestigungselementes 38 erstreckt.
Die Umrandung 69' hat einmal die Funktion eines Kippanschlags 69, welcher die Verkippung des Übertragungselementes 38 relativ zu der Schale 53 auf einen maximalen Neigungswinkel α begrenzt. Der Übertragungsstab 38' lässt sich nur soweit kippen, bis das befestigungsseitige Ende 49 gegen die Umrandung 69' an der Oberseite 68 des Schalendeckels 56 anschlägt.
Das Ausgleichsgelenk 39 ist in der gezeigten, beispielhaften Ausführungsform so an der Oberseite des Bodens 16 des Aktuatorkolbens 5, der in Richtung des Bodens 17 des Dosendeckels 7 weist, angeordnet ist, dass die Schale 53 am Boden 16 angebracht ist, begrenzt der Kippanschlag 69 folglich auch die Verkippung des Übertragungselementes 38 relativ zum Boden 16 des Aktuatorkolbens 5. Der Kippanschlag 69 des Ausgleichsgelenks 39 begrenzt also die maximal mögliche Verkippung des Übertragungselements 38 relativ zum nicht linear geführten Bauteil, Aktuator oder Sensorelement, an dem das Ausgleichsgelenk angeordnet bzw. angebracht ist, und gibt somit die größtmögliche Verkippung vor, die von der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung 37 kompensiert werden kann.
Über die entsprechende Dimensionierung des Außendurchmessers des Übertragungsstabes 38' bzw. der Gestaltung des Schalendeckels 56, insbesondere der Durchmesser d₃ der Deckelöffnung 61 und deren Umrandung 69', kann somit der gewünschte maximale Neigungswinkel α des Kugelgelenkes 54 erzielt werden. Der maximal Neigungswinkel α muss in jedem Fall ausreichend groß sein, um die größtmögliche Verkippung des Kolbenbodens 16 gegenüber dem Boden 17 und 18 an der Unterseite des Dosendeckels 7 bzw. Dosenunterteils 6 beim Betrieb der Steuerdose 1 auszugleichen.
Schließlich weist der Schalenkörper 55 an seiner Unterseite 70 eine kreisförmige Aussparung 71 auf, so dass die Unterseite 70 des Schalenkörpers 55 im montierten Zustand lediglich an seinem Randbereich aufliegt. In der in 2 gezeigten Ausführungsform liegt der Schalenkörper 55 auf an der Oberseite des Kolbenbodens 16, wobei die Unterlegscheibe 30 sowie der Nietenkopf 32 am festgelegten Ende des Kolbenstabes 2 in der Aussparung 71 angeordnet sind.
Das Ausgleichsgelenk 39 weist neben dem Kugelgelenk 54 ein Gleitgelenk 72 mit einem Ausgleichsschlitten 53' und einer Führung 73 auf, welches gewährleistet, dass ein Teil des Ausgleichsgelenks 39, in der gezeigten Ausführungsform beispielsweise die Schale 53, verschieblich am Aktuatorkolben 5 angebracht ist.
Das Gleitgelenk 72, welches man auch als Gleitlager bezeichnen könnte, wird in der gezeigten Ausführungsform von der Schale 53 als bewegliches Gelenkelement und einer ortsfest mit der Oberseite des Aktuators, in der dargestellten Ausführungsform mit dem Boden 16 des Aktuatorkolbens 5 festlegbaren Führung 73 ausgebildet.
Die Führung 73 ist als Führungsmanschette 73' ausgestaltet, die im Wesentlichen eine Topfform aufweist, wobei der Manschettenboden 74 eine Kreisöffnung 75 aufweist, deren Innenwand 76' im montierten Zustand, er in 2 gezeigt ist, einen Verschiebeanschlag 76 ausbildet, gegen den die Umrandung 69 des Schalendeckels 56 nach einer, bezogen auf die Mittelachse M, maximalen Verschiebungsstrecke D₁ stößt.
Der obere Rand der Führungsmanschette 73 ist mit einem diesen Rand nach außen umkragenden Befestigungsflansch 77 versehen. Dieser Flansch 77 kommt im montierten Zustand, der in 2 gezeigt ist, in Anlage mit dem Boden 16 der Oberseite des Aktuatorkolbens 5 und bildet den kolbenseitigen Sitz für die Feder 28 aus. Auf diese Weise wird die Führungsmanschette 73' von der Feder 28 fest auf den Boden 16 des Aktuatorkolbens 5 gepresst, wodurch das Ausgleichsgelenk 39 der Übertragungsvorrichtung 37 am Boden 16 des Aktuatorkolbens 5 angebracht wird.
Die Höhe h der Schale 53 von der Unterseite 70 des Schalenkörpers 55 bis zur Oberseite 68 des Schalendeckels 56 entspricht im Wesentlichen der Innenhöhe H der Führungsmanschette 73 gemessen von der ins Innere der topfförmigen Führungsmanschette 73' weisenden Fläche des Manschettenbodens 74 bis zur Oberseite des Befestigungsflansches 77, welche im befestigten Zustand am Boden 16 des Aktuatorkolbens 5 anliegt. Die Höhe h der Schale 53 ist jedoch etwas kleiner als die Innenhöhe H des Befestigungsflansches, so dass ein Verschieben der Schale 53 als Ausgleichsschlitten 53' in der über diese Schale 53 gestülpten Führungsmanschette 73' am Boden 16 des Aktuatorkolbens 5 parallel zum Kolbenboden 16 möglich ist.
Die 2 zeigt eine Steuerdose 1 mit montiertem Lagesensor 4. In diesem montierten Zustand ist der Sensorkörper 22 über den Befestigungskragen 23 am Befestigungsring 20 des Dosendeckels 7 montiert. Der Führungskanal 43 des Sensorkörpers 22 verläuft im montierten Zustand im Wesentlichen entlang der Mittelachse M der Steuerdose 1.
In diesem montierten Zustand ist das sensorseitige Ende 41 des Übertragungsstabes 38' mit dem Magneten 40' und der Abschlusskappe 46 im Führungskanal 43 aufgenommen und kann entlang der Verstellachse V verschoben werden. Dabei übersetzt die erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung 37 die roto-translationale Bewegung II des Aktuatorkolbens 5 in die lineare Verschiebung III des Übertragungselements 38 entlang der Verstellachse V. Der Magnet 40' ein erzeugt für seine Lage in Verstellrichtung repräsentatives Lagesignal, das von einem Sensorelement 78 erfasst wird und ausgegeben wird. In der gezeigten Ausführungsform ist das Sensorelement 78 beispielsweise ein Magnetfeldsensor, wie ein Hall-Sensor.
Wie in 2 zu erkennen ist, ist das Sensorelement 78 in einer Kammer 79 des Gehäusekörpers 22 angeordnet. Die Kammer 79 ist in dem Bereich des Gehäusekörpers 22 ausgebildet, der außerhalb der Aktuatorbox 8 im montierten Zustand liegt und eine von außen zugängliche Öffnung der Kammer 79 ist von einer Abdeckung 80 verschlossen.
Das Ausgabesignal des Sensorelements 78 kann an ein Steuerelement (nicht gezeigt) ausgegeben werden, welches Steuerelement den Vakuumgenerator (nicht gezeigt) regelt, der den Unterdruck in der Unterdruckkammer 10 generiert und die Steuerdose 1 steuert. Auf diese Weise wird ein geschlossener Regelkreis für die Steuerdose 1 ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Steuerdose 1 mit der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung 37 und einer speziellen Ausgestaltung des Sensorgehäuses 22 ermöglicht einen blinden Zusammenbau von Steuerdose 1 und Lagesensor 4, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die 8 und 9 näher erläutert ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass in 8 der Übersichtlichkeit halber, die Steuerdose 1 nicht komplett gezeichnet ist, sondern der Boden 17 des Dosendeckels 7 mit dem Befestigungsring 20 weggelassen wurde.
Durch die Umrandung 69' an der Oberseite 68 des Schalendeckels 56, die einen Verschiebeanschlag 69 ausbildet, wird der maximale Neigungswinkel α des Übertragungselements 38 relativ zur Schale 53 bzw. zum Boden 20 des Aktuatorkolbens 5 begrenzt.
Ferner stellt die Umrandung 69' in Zusammenwirkung mit der Innenwand 76' der Kreisöffnung 75 im Manschettenboden 74 der Führungsmanschette 73 einen Verschiebeanschlag 76 dar, welche die Verschiebung des Übertragungselements 38 bzw. des von der Schale 53 gebildeten Ausgleichsschlittens 53' in der Führung 73 auf eine maximale Verschiebungsstrecke D₁ begrenzt. Die Umrandung 69' sorgt also dafür, dass der Übertragungsstab 38' im Vormontagezustand, der in 8 gezeigt ist und bei dem der Lagesensor 4 noch nicht auf der Steuerdose 1 montiert ist, trotzdem relativ zentral und aufrecht gehalten ist, was die Montage des Lagesensors 4 erleichtert.
Bei der Montage des Lagesensors 4 mit der Steuerdose 1 wird der Sensorkörper 22 im Wesentlichen entlang der Mittelachse M in die Öffnung 19 im Boden 17 des Dosendeckels 7, zumindest teilweise, eingeführt, bis der Befestigungskragen 23 im Befestigungsring 20 zum Liegen kommt und durch Verkrimpen der Zungen 21 befestigt wird. Bei der Montage des Lagesensors 4 trifft der Kopf 48 der Abschlusskappe 46 auf eine Rampenstruktur 81, die im Bereich der Einführöffnung 82 des Führungskanals 43 am Sensorgehäuse 22 ausgebildet ist. Die Rampenstruktur 81 ist um die Einführöffnung 82 herum angeordnet und bildet eine in Richtung der Einführöffnung 82 verlaufende Führungsschräge 83 aus, auf welche die Abschlusskappe 46 bei der Montage trifft und entlang der die Kappe 46 zur Einführöffnung 82 geleitet wird.
Um eine ordnungsgemäße Führung zu erzielen, d. h. um die Abschlusskappe 46 des Übertragungselements 38 beim Auftreffen auf die Rampenstruktur 81 in Richtung der Einführöffnung 82 zu leiten, muss die Neigung β der Führungsschräge 83, bezogen auf die Einführ öffnung 82, kleiner sein als der maximale Neigungswinkel α, den der Kippanschlag 69 zulässt. Nur wenn α < β ist, wird die Abschlusskappe 46 unter einem spitzen Winkel, der in Richtung der Einführöffnung 82 zeigt, auf die Führungsschräge 83 der Rampenstruktur 81 auftreffen, so dass das Übertragungselement 38 entlang der Führungsschräge 83 zur Einführöffnung 82 und nicht von dieser weg geleitet wird.
9 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Rampenstruktur 81, welche von mehreren Führungselementen 84, in der gezeigten Ausführungsform Führungsrippen 84', gebildet wird, die mit ihren Führungsschrägen 83, entlang der Mittelachse M betrachtet, sternförmig um die Einführöffnung 82 herum angeordnet sind.
Der maximale Abstand d₅ zwischen benachbarten Führungsrippen 84' ist kleiner als der Außendurchmesser d₁ des Übertragungsstabes 38', wodurch sichergestellt ist, dass der Übertragungsstab 38' auf die Führungsschrägen 83 der Führungselemente 84 auftrifft und nicht in die zwischen den Führungsrippen 84' befindlichen Zwischenräume gelangt. Der Außendurchmesser d₁ des Übertragungsstabes 38' entspricht im Wesentlichen, d. h. ist nur geringfügig kleiner als der Innendurchmesser d₂ des Führungskanals 43, wodurch eine ausschließlich lineare Verschiebung in Verstellrichtung V des Übertragungselements 38 im Führungskanal 43 erreicht wird.
Ferner ist der Seitenabstand D2 von der Mittelachse M der Einführöffnung 82 bis zum Außenrand 85 der Rampenstruktur 81 größer als die maximal mögliche seitliche Auslenkung D_max des Übertragungselements 38 bezogen auf dessen zentrierte Anordnung, d. h. in der gezeigten Ausführungsform bezogen auf den Fall, dass die Längsachse L des Übertragungselements 38 mit der Mittelachse M zusammenfällt.
Dabei entspricht die maximal mögliche seitliche Auslenkung D_max in der gezeigten Ausführungsform, bei welcher im Ausgleichsgelenk 39 ein Drehgelenk 54 mit wenigstens zwei Freiheitsgeraden mit einem Gleitgelenk 72 mit zwei Freiheitsgeraden gekoppelt ist, der maximalen Verschiebungsstrecke D1 des Schubgelenkes 72, gemessen von der zentrierten Position der Schale 53 bis zum Anschlag der Umrandung 69' an dem Innenrand 76' der Kreisöffnung 75 addiert um die Auslenkung D3, die durch die Verkippung des Übertragungselements 38 im Kugelgelenk maximal möglich ist. Dieses entspricht im Wesentlichen D3 = sinα × l, wobei l der Länge des Übertragungselements gemessen von der Spitze des Kopfes 48 der Abschlusskappe 46 bis zum Drehpunkt 86 des Kugelelements 50 beträgt.
Sofern die Summe D₁ + D₃ (= D_max) kleiner ist als der Seitenabstand D₂ der Rampenstruktur 81, ist gewährleistet, dass selbst bei maximal möglicher Auslenkung D_max des Übertragungselements 38 aus der Mittelachse M, die Spitze der Abschlusskappe 46 stets auf die Rampenstruktur 81 trifft.
In 10 ist schließlich eine perspektivisch geschnittene Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung 37 gezeigt, wobei im Folgenden lediglich kurz auf deren Unterschiede zu der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform eingegangen wird.
Für Bauteile, deren Funktion und/oder Bauweise ähnlich oder identisch zu Bauteilen der ersten Ausführungsform ist, werden im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Übersichtlichkeit halber ist in 10 die Feder 28 weggelassen.
Das Übertragungselement 38 der zweiten Ausführungsform entspricht im Wesentlichen dem Übertragungselement 38 der ersten Ausführungsform, wobei jedoch anstelle des Kugelelements 51 der ersten Ausführungsform eine Gelenkscheibe 86 am befestigungsseitigen Ende 49 des Übertragungsstabes 38' als Gelenkelement 50 angeordnet ist.
Die Breite der Gelenkscheibe 86 in Richtung der Längsachse L des Übertragungsstabs 38' betrachtet, ist größer als der Außendurchmesser d₁ des Übertragungsstabes 38', so dass das Übertragungselement 38 der zweiten Ausführungsform im Wesentlichen nagelförmig ausgebildet ist, wobei die Gelenkscheibe 86 den Nagelkopf bildet.
Das Ausgleichsgelenk 39 der zweiten Ausführungsform umfasst neben der am Übertragungselement 38 angeordneten Gelenkscheibe 86 eine Ringklammer 87, welche die Funktion der Schale 53 und der Führungsmanschette 73 der ersten Ausführungsform übernimmt.
Die Ringklammer 87 ist in der gezeigten Ausführungsform von zwei Klammerteilen 88 und 89 gebildet, von denen das erste Klammerteil 88 in der Form im Wesentlichen der Führungsmanschette der ersten Ausführungsform entspricht und ebenfalls einen Befestigungsflansch 77 aufweist, der einen Sitz für das eine Ende der Feder 28 (in 10 nicht dargestellt) ausbildet, an welchem die Ringklammer 86 von der Feder 28 auf den Boden 16 des Aktuatorkolbens 5 gepresst und an diesem angeordnet wird.
Das zweite Klammerteil 89 ist im Wesentlichen scheibenförmig mit einer Kreisöffnung 75' ausgebildet, wobei der äußere Scheibenrand 90 umgebogen ist und eine Struktur annimmt, die an den Innenraum des im Wesentlichen topfförmigen ersten Klemmenteils 88 angepasst ist.
In Bereich der Kreisöffnungen 75, 75' ergänzen sich das erste 88 und das zweite Klammerteil 89 zu einer ringförmigen Aufnahme 91 für die Gelenkscheibe 86, welche Aufnahme die Führung 73 zum Verschieben der Gelenkscheibe 86 am Aktuatorkolben 5 aufbildet.
Im montierten Zustand, der in 10 gezeigt ist, liegt der innere, die Kreisöffnung 75 umschließende Bereich des ersten Klammerteils 88, der die Aufnahme 91 ausbildet, an der Seite der Längsscheibe 86 an, aus welcher sich der Übertragungsstab 38' erhebt. Am die Außenseite der Gelenkscheibe 86, die in Richtung des Bodens 16 des Aktuatorkolbens 5 weist, ist am Bereich des die Aufnahme 91 bildenden zweiten Klammerteils 89 angeordnet.
Somit lagern das erste Klammerteil 88 und das zweite Klammerteil 89 der Ringklemme 87 die Gelenkscheibe 86in der ringförmigen Aufnahme 91, die von der Ringklemme 87 gebildet wird. Da die Klammerteile 88, 89 der Ringklemme 87, welche die Aufnahme 91 definieren, in Richtung des Bodens 17 des Dosendeckels 7 und des Bodens 18 des Dosenunterteils 6 auslenkbar sind, bilden die Ringklammer 87 und die Gelenkscheibe 86 ein Drehgelenk aus, das die Rotation des Übertragungselements um wenigstens zwei senkrecht zueinander und zur Verstellrichtung V verlaufende Rotationsachsen ermöglicht.
Ferner ist der Durchmesser d₆ der Aufnahme 91 der Ringklemme 87 breiter als der Außendurchmesser d₄ der Gelenkscheibe 86, und die Kreisöffnung 75 der des ersten Klemmteils größer ist als der Außendurchmesser d₁ des Übertragungsstabes 38'. Dies ermöglicht bei der zweiten Ausführungsform, dass das Übertragungselement 38 mit seiner Gelenkscheibe 86 als Ausgleichsschlitten 53' in der Ringklemme 87, die parallel zum Boden 16 des Aktuatorkolbens 5 ausgerichtet ist, verschieblich am Aktuatorkolben 5 angeordnet ist, wodurch eine Auslenkung des Aktuatorkolbens 5 aus der Mittelachse M der Steuerdose 1 kompensiert werden kann.
In der vorliegenden Anmeldung sind die erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung 37 und der erfindungsgemäße Lagesensor 4, der diese Übertragungsvorrichtung 37 aufweist, zwar beispielhaft in Bezug auf die Detektion der Stellung eines Aktuatorkolbens 5 einer Steuerdose 1 für ein Abgasrückführventil oder einen Turbolader mit variabler Geometrie beschrieben. Jedoch können diese erfindungsgemäßen Vorrichtungen auch in anderen Vorrichtungen bzw. Sensoren oder Aktuatoren eingesetzt werden, bei denen eine nichtlineare Bewegung kompensiert und in eine lineare Verschiebung umgewandelt werden soll, zum Beispiel bei der Niveauregulierung von Fahrzeugen.

Claims

Übertragungsvorrichtung (37) für einen Lagesensor (4) zur Detektion der Stellung eines Aktuatorkolbens (5) einer Steuerdose (1) für ein Abgasrückführventil oder einen Turbolader mit variabler Geometrie, umfassend ein in einer Verstellrichtung (V) linear verschiebliches Übertragungselement (38), durch das ein für seine Position repräsentatives, vom Lagesensor (4) erfassbares Lagesignal erzeugbar ist, und mit einem Ausgleichsgelenk (39), durch das eine Relativdrehung zwischen Übertragungselement (38) und Aktuatorkolben (5) in wenigstens zwei senkrecht zueinander und senkrecht zur Verstellrichtung (V) verlaufenden Rotationsachsen ausgleichbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Ausgleichsgelenks (39) einen Ausgleichsschlitten (53') bildet, der verschieblich am Aktuatorkolben (5) anbringbar ausgestaltet ist.
Übertragungsstruktur (37) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgelenk (39) ein Kugelgelenk (54') aufweist.
Übertragungsvorrichtung (37) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schale (53) des Ausgleichsgelenk (54) den Ausgleichsschlitten (53') ausbildet.
Übertragungsvorrichtung (37) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale (53) des Ausgleichsgelenks (39) einen Schalenkörper (55) und einen mit dem Schalenkörper (55) verbindbaren Schalendeckel (56) mit einer Öffnung (61) aufweist, wobei die lichte Weite d₃ der Öffnung (61) kleiner ist als die Außenabmessung d₄ eines in der Schale (53) aufnehmbaren Gelenkkopfes (50).
Übertragungsvorrichtung (37) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalenkörper (55) und der Schalendeckel (56) unverlierbar, vorzugsweise über ein Scharnier (64), miteinander verbunden sind.
Übertragungsvorrichtung (37) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgelenk (39) einen Kippanschlag (69) aufweist, welcher die Verkippung des Übertragungselements (38) relativ zum Aktuatorkolben (5) auf einen maximalen Neigungswinkel α begrenzt.
Übertragungsvorrichtung (37) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgelenk (39) einen Verschiebeanschlag (76) aufweist, welcher die Verschiebung des Ausgleichsschlittens (53') am Aktuatorkolben (5) begrenzt.
Übertragungsvorrichtung (37) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (38) als Übertragungsstab (38') ausgebildet ist, an dessen einem Ende (41) wenigstens ein Indikator (40), durch den das Lagesignal erzeugbar ist, und an dessen anderem Ende (49) ein Teil des Ausgleichsgelenks (39) angeordnet ist.
Lagesensor zur Detektion der Stellung eines Aktuatorkolbens (5) einer Steuerdose (1) für ein Abgasrückführventil oder einen Turbolader mit variabler Geometrie, umfassend eine Übertragungsvorrichtung (37) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, ein Sensorgehäuse (22) mit einer Aufnahme (42) zur Führung des Übertragungselements (38), und wenigstens ein Sensorelement (78) zur Ausgabe eines für die Lage des Übertragungselements (38) repräsentativen Lagesignals.
Lagesensor gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (42) eine Einführöffnung (82), die von einer Rampenstruktur (81) mit einer in Richtung der Einführöffnung (82) verlaufenden Führungsschräge (83) umfasst, aufweist.
Lagesensor gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenstruktur (81) von Führungselementen (84) gebildet wird, wobei der maximale Abstand D₁ zwischen benachbarten Führungselementen (84) kleiner ist als die Querschnittsbreite d₁ des Abschnittes des Übertragungselements (38), welcher in die Aufnahme (42) eingeführt wird.
Lagesensor gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Neigungswinkel α, den der Kippanschlag (69) zulässt, kleiner ist als die Neigung β der Führungsschräge (83) bezogen auf die Einführöffnung (82).
Lagesensor gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenabstand von der Mittelachse M der Einführöffnung (82) bis zum Außenrand (85) der Rampenstruktur (81) größer ist als die maximal mögliche seitliche Auslenkung D_max des Übertragungselements (38).
Bausatz einer Steuerdose (1) für ein Abgasrückführventil oder einen Turbolader mit variabler Geometrie, umfassend eine Steuerdose (1) mit einem verstellbaren Aktua torkolben (5) zum Einstellen des Abgasrückführventils oder des Turboladers mit variabler Geometrie, und einen Lagesensor (4) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei, im zusammengesetzten Zustand des Bausatzes das Übertragungselement (38) zumindest abschnittsweise in der Aufnahme (42) des Sensorgehäuses (22) angeordnet ist und der Teil des Ausgleichsgelenks (39), der den Ausgleichsschlitten (53') bildet, verschieblich am Aktuatorkolben (5) angebracht ist.
Steuerdose (1) für ein Abgasrückführventil oder einen Turbolader mit variabler Geometrie, umfassend einen verstellbaren Aktuatorkolben (5) zum Einstellen des Abgasrückführventils oder des Turboladers mit variabler Geometrie, und eine Übertragungsvorrichtung (37) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Teil des Ausgleichsgelenks (39), der den Ausgleichsschlitten (53') bildet, verschieblich am Aktuatorkolben (5) angebracht ist.