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Die Erfindung betrifft einen Steuerzylinder für eine Motorbremse zur Erzeugung einer Verzögerungsfunktion durch Drosselung des Abgasstroms auslassseitig eines Turboladers bei einem Fahrzeugmotor, umfassend ein zylindrisches Gehäuse zur Unterbringung eines Kolbens mit Kolbenstange, welcher das zylindrische Gehäuse in eine Federkammer zur Unterbringung einer Rückstellfeder für die Kolbenstange und eine Druckkammer zur Erzeugung einer Betätigungskraft für den Kolben durch Druckluft unterteilt, wobei ein dynamischer Dichtungsring radial zwischen dem Kolben und der Innenwandung des Zylindergehäuses angeordnet ist.
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Pneumatische Zylinder dieser Art werden in der Nutzfahrzeugtechnik beispielsweise genutzt, um auslassseitig eines Turboladers von Dieselmotoren angeordnete Ventile zu betätigen. Der Steuerzylinder für die Motorbremse erzeugt eine lineare Schließ- und Öffnungskraft für einen Betätigungshebel des Ventils, das in die Abgasauslassleitung des Turboladers eingesetzt ist. Der Steuerzylinder der Motorbremse erzeugt die Öffnungskraft für das Ventil durch Druckluft, das vom Fahrzeug bereitgestellt wird. Die Rückstellfeder und der Abgasrückstau definiert die Schließkraft für das Ventil.
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Hintergrund der Erfindung
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Die Druckschrift
JP 08261021 A offenbart einen Steuerzylinder für eine Motorbremse, der als einfach wirkender Pneumatikzylinder der vorstehend beschriebenen Art gestaltet ist. Im Aufwärmbetrieb, in welchem ein Aufwärmschalter eingeschaltet ist, wird Druckluft, die durch Druckregulierungsmittel auf niederem Druckniveau eingeregelt ist, in den Steuerzylinder der Motorbremse eingeleitet, um den innenliegenden Kolben nur gegen die interne Druckfeder zu bewegen und dort zu stoppen, wo ein Gleiter in Kontakt mit einer Federträgerfläche gebracht wird. In dieser Stellung ist das angeschlossene Motorbremsventil geschlossen, so dass nur ein Teil des Abgases hierdurch passieren kann.
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Wenn das Fahrzeug andererseits im normalen Betrieb ist und die Motorbremse betätigt wird, bewegt sich der Kolben des Steuerzylinders der Motorbremse gegen erste und zweite Druckfedern infolge von auf einem hohen Druckniveau eingeregelte Druckluft und stoppt an einer Position, bei der eine Schutzeinrichtung mit dem Gleiter in Kontakt kommt, um das angeschlossene Motorbremsventil vollständig zu schließen.
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Der Steuerzylinder der Motorbremse umfasst elastomere Dichtungsmittel zur Ausführung der Funktionalität und Dichtheit zwischen der Innenoberfläche des zylindrischen Gehäuses und dem Kolben. Weiterhin ist ein Rückschlagventil gegen Eindringen von Wasser und Schmutz in die Federkammer und weitere Ventilmittel zur Kompensation des Drucks in der Federkammer während der Beaufschlagungsphase der Druckkammer vorgesehen. Da der Steuerzylinder der Motorbremse benachbart zum Fahrzeugmotor in einer Hochtemperaturumgebung platziert ist, sind die elastomeren Dichtungsmittel einer sehr hohen thermalen Beanspruchung ausgesetzt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Pneumatikzylinder zur Betätigung einer Motorbremse zu schaffen, dessen elastomere Dichtungsmittel für einen weiten Temperaturbereich geeignet sind.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe wird gelöst durch weitere statische Dichtungsmittel zur Verhinderung eines Leckageluftflusses von der Druckkammer in die Federkammer, während die Kolbenstange in der ausgefahrenen Endposition ist, gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, wobei die beanspruchten Abhängigkeiten keine Restriktion hinsichtlich auch anderer sinnvoller Anspruchskombinationen darstellen.
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Gemäß der Erfindung sind zusätzlich zu den normalen dynamischen Dichtungsringen um den Kolben weitere statische Dichtungsmittel vorgesehen, die ausschließlich an der leckagekritischen Endposition des Kolbens wirken. In der ausgefahrenen Stellung der Kolbenstange ist die Druckkammer vollständig mit Druckluft beaufschlagt, um das angeschlossene Ventil der Turboladerabgasleitung in der geschlossenen Position zu halten, so dass die Motorbremse aktiviert wird. Die zusätzlichen statischen Dichtungsmittel erlauben ein geringfügiges Spiel und damit eine geringfügige Leckage an den dynamischen Dichtungsmitteln um den Kolben herum. Somit kann auch die Anpresskraft der dynamischen Dichtungsmittel in die Innenwandung des Zylindergehäuses reduziert werden, um die Standzeit des dynamischen Dichtrings insbesondere infolge von temperaturerhöhungsbedingten Materialausdehnungen zu erhöhen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Druckkammer des Steuerzylinders der Motorbremse also nur an der besagten Endposition des Kolbens oder zumindest nahe dieser Endposition vollständig abgedichtet.
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Die speziellen weiteren statischen Dichtungsmittel des Steuerzylinders der Motorbremse können gemäß der nachfolgenden bevorzugten Ausführungsformen realisiert werden: Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, die statischen Dichtungsmittel durch die Seitenfläche des dynamischen Dichtungsrings des Kolbens zu realisieren, welche mit einem innerhalb in der Federkammer angeordneten kreisförmigen Ventilsitz zusammenwirkt. Somit bildet der dynamische Dichtungsring ein funktionsintegriertes Bauteil, das also ebenfalls zur Betätigung des kreisrunden Ventilsitzes dient. Der kreisförmige Ventilsitz wird durch den dynamischen Dichtungsring geschlossen, wenn der Kolben seine vorstehend beschriebene Endposition erreicht hat.
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Vorzugsweise ist der kreisrunde Ventilsitz an einer Frontseite einer internen Buchse des Zylinders angeordnet. Die interne Buchse kann dabei direkt an den Zylinderdeckel derart angeformt werden, dass diese sich axial vom Zylinderdeckel in die Federkammer hinein erstreckt.
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Nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform können die statischen Dichtungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung alternativ auch einen zusätzlichen statischen Dichtungsring umfassen, der innerhalb der Federkammer angeordnet ist, vorzugsweise an der Innenseite des Zylinderdeckels. Dieser zusätzliche statische Dichtungsring wirkt vorzugswweise mit einem kreisförmigen Ventilsitz zusammen, welcher seitens des Kolbens angeordnet ist. Vorzugsweise kann der kreisförmige Ventilsitz des Kolbens an der Frontseite einer integrierten Buchse angeordnet sein, die am Kolben angeformt sich axial hiervon in die Federkammer hinein erstreckt.
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Gemäß eines anderen Aspekts der Erfindung ist vorgesehen, dass der dynamische Dichtungsring des Kolbens während der Bewegung desselben durchaus einer geringfügig kontinuierlichen Leckage unterliegen kann. Eine geringfügige Leckage erzeugt einen Überdruck gegenüber der Atmosphäre innerhalb der Federkammer, um ein Eindringen von Schmutz zu verhindern. Die Leckage des dynamischen Dichtungsrings des Kolbens und eine optionale Drossel im Wandbereich der Federkammer des Zylindergehäuses zur Ableitung an die Atmosphäre können derart dimensioniert werden, dass der Kolben sich selbstständig zurückbewegt, wenn in der Federkammer gegenüber der Atmosphäre ein Überdruck zur Verhinderung von Schmutzeindringung herrscht. Um den unterstützenden Überdruckeffekt innerhalb der Federkammer zu verbessern, kann weiterhin eine Nut oder ein Durchmesserabsatz an der Innenwandung des Zylindergehäuses angebracht werden, um den Innendurchmesser des Zylindergehäuses lokal zu erhöhen, so dass der Überdruckeffekt innerhalb der Federkammer hierdurch zuverlässig sichergestellt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Steuerzylinders der Motorbremse wird ein topfförmiges zylindrisches Gehäuse empfohlen, das lediglich durch einen einzigen Zylinderdeckel geschlossen wird, welcher von der Kolbenstange zentral durchdrungen wird. Der Zylinderdeckel umfasst an der hierfür vorgesehenen zentralen Öffnung eine dynamische Dichtung. Somit sind nur einige wenige Bauteile miteinander zu montieren, um einen solchen einfach wirkenden Pneumatikzylinder auf Basis der erfindungsgemäßen Lösung zu realisieren.
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Vorzugsweise sollte der Speiseanschluss für die Druckkammer an den Bodenbereich des topfförmigen Zylindergehäuses durch Spritzgießen angeformt sein. Dementsprechend kann zumindest das Zylindergehäuse aus einem genügend temperaturresistenten Kunststoff oder aus einem Leichtmetall hergestellt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1 eine schematische Blockschaltbilddarstellung einer Turboladeranordnung eines Kraftfahrzeugmotors,
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2 eine perspektivische Ansicht von Drosselmitteln des Abgasstroms auslassseitig des Turboladers nach 1,
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3 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels der weiteren statischen Dichtungsmittel für einen Steuerzylinder der Motorbremsung,
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4 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiel der weiteren statischen Dichtungsmittel für einen Steuerzylinder der Motorbremsung,
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5 einen Längsschnitt des Steuerzylinders gemäß 4 in der ausgefahrenen Endposition der Kolbenstange,
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6 einen Längsschnitt einer weiteren Variante der statischen Dichtungsmittel auf Basis des Prinzips gemäß der 4 und 5,
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7 eine weitere Untervariante der statischen Dichtungsmittel auf Basis des Prinzips gemäß 4 und 5, und
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8 eine weitere Untervariante der statischen Dichtungsmittel auf Basis des Prinzips gemäß der 4 und 5.
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Die Bezugszeichen in den Zeichnungen sowie deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste angegeben. Prinzipiell sind identische Bauteile mit denselben Bezugszeichen in den Figuren versehen.
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Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Gemäß 1 ist ein Fahrzeugmotor 1 mit einem Turbolader 2 ausgestattet. Der Turbolader 2 umfasst ein Turbinenteil 3, das mechanisch mit einem Kompressorteil 4 über eine dazwischenliegende Antriebswelle 5 verbunden ist. Das Abgas aus dem Fahrzeugmotor 1 wird durch eine Abgasleitung 6 zum Turbinenteil 3 des Turboladers 2 über einen Einlass 7 geleitet. Die Abgasströmung verursacht eine Rotation der Antriebswelle 5, um das Kompressorteil 4 anzutreiben. Das Kompressorteil 4 saugt durch einen Lufteinlass 8 Frischluft aus der Atmosphäre an, um dieses über ein Einlassrohr 9 lufteinlassseitig dem Fahrzeugmotor 1 zur Verfügung zu stellen.
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Zusätzlich sind im Bereich eines Abgasauslasses 10 des Turboladers 2 Motorbremsmittel angeordnet, welche ein Abgasbremsventil 11 umfasst, das nach Art eines Klappenventils ausgeführt ist. Das Abgasbremsventil 11 wird durch einen Steuerzylinder 12 der Motorbremse betätigt, um eine Verzögerungsfunktion durch Drosselung des Abgasflusses ablassseitig des Turboladers 2 im Bereich des Abgasauslasses 10 herbeizuführen.
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Im Hinblick auf 2 wird das Abgasbremsventil 11 im Abgasauslass 10 durch einen Hebel 13 zur Umsetzung der Linearbewegung des Steuerzylinders 12 der Motorbremse in eine Rotationsbewegung zur Betätigung des Abgasbremsventils 11 verbunden. Hierfür ist der Steuerzylinder 12 der Motorbremse schwenkbar an einem Trägerrahmen 14 durch eine Schraubverbindung 15 angebracht, welche zu einem Ende des Steuerzylinders 12 der Motorbremse angeordnet ist. An der gegenüberliegenden Seite der Schraubverbindung 15 ist die – nicht weiter dargestellte – Kolbenstange des Steuerzylinders 12 der Motorbremse an einem Ende des Hebels 13 über ein dazwischenliegendes Federelement 16 angebracht.
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Gemäß 3 umfasst das erste Ausführungsbeispiel des Steuerzylinders 12 der Motorbremse ein zylindrisches Gehäuse 17, das topfförmig gestaltet ist und in deren Bodenbereich 18 ein Speiseanschluss 19 für Druckluft angeordnet ist. Das Zylindergehäuse 17 wird durch einen Zylinderdeckel 20 geschlossen, der am gegenüberliegenden Ende des Zylindergehäuses 17 angeordnet ist und am offenen Bereich des zylindrischen Gehäuses 17 durch eine Verschraubung angebracht ist. Weiterhin umfasst der Zylinderdeckel 20 eine Zentralöffnung zur Hindurchführung der Kolbenstange 21 des Steuerzylinders 12 der Motorbremse.
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Die Kolbenstange 21 ist innenseitig an einem Kolben 22 angebracht, der im Zylindergehäuse 17 untergebracht ist. Der Kolben 22 unterteilt das Zylindergehäuse 17 in eine Federkammer 23 und eine Druckkammer 24. Innerhalb der Federkammer 23 ist eine Rückstellfeder 25 untergebracht, welche die Kolbenstange 21 umgibt. Die Druckkammer 24 ist mit Druckluft über einen Speiseanschluss 14 von einer – nicht weiter dargestellten – Druckquelle aus beaufschlagbar.
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Zur Erzeugung der Rückstellkraft für die Kolbenstange 21 wird Druckluft in die Druckkammer 24 gegeben, um eine Öffnungskraft für das – hier nicht weiter dargestellte – Abgasventil des Turboladers 2 zu erzeugen. Im Gegensatz hierzu wird die durch die Rückstellfeder 25 gemeinsam mit dem Abgasrückdruck dafür genutzt, die Kolbenstange 21 zu beaufschlagen, so dass diese eine Schließkraft für das Abgasventil erzeugt.
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Am Kolben 22 ist ein dynamischer Dichtungsring 26 außenradial angeordnet, der den Kolben 22 gegen die Innenwandung des Zylindergehäuses 17 dynamisch abdichtet. Der dynamische Dichtungsring 26 des Kolbens 22 unterliegt einer geringfügig kontinuierlichen Leckage während der Bewegung des Kolbens, um einen kontrollierten Überdruck innerhalb der Federkammer 23 zu erzeugen. Der Überdruck in der Federkammer 23 wird ferner gesteuert durch Rückschlagventilmittel zur Atmosphäre hin, die im Zylinderdeckel 20 eingesetzt sind. Die Leckage durch den dynamischen Dichtungsring 26 hindurch in Richtung der Federkammer 23 wird unterbrochen, wenn die Seitenfläche 27 des dynamischen Dichtungsrings 26 den hierzu korrespondierenden Ventilsitz 28 erreicht hat. Nun ist das System nach außen hin dicht.
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Die 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die statischen Dichtungsmittel einen zusätzlichen statischen Dichtungsring 30 umfassen. Der zusätzliche statische Dichtungsring 30 ist innerhalb der Federkammer 23 an der Innenseite des Zylinderdeckels 20 angeordnet. Der statische Dichtungsring 30 wirkt mit einem kreisförmigen Ventilsitz 31 zusammen, welcher am Kolben 22 ausgebildet ist. Der kreisförmige Ventilsitz 31 des Kolbens 22 ist an der Frontseite einer internen Buchse 32 angeordnet. Die interne Buchse 32 ist am Kolben 22 angeformt und erstreckt sich in Richtung der Federkammer 23.
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Die 5 zeigt einen Steuerzylinder 12' der Motorbremse in der ausgefahrenen Endstellung der Kolbenstange 21. In dieser Endstellung ist der kreisförmige Ventilsitz 31 des Kolbens 22 in Kontakt mit dem hierzu korrespondierenden Dichtring 30 am Zylinderdeckel 20. In dieser Position wird ein weiterer Druckfluss von der Druckkammer 24 über die Federkammer 23 verhindert. Auch hier ist am dynamischen Dichtungsring 26 ein geringfügiges Spiel ausgebildet gegenüber der Innenwandung des Zylindergehäuses 17, um einen geringfügigen Leckagedruckfluss von der Druckkammer 24 über die Federkammer 23 zur Atmosphäre hin zu bewirken.
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Gemäß 6 ist ein anderer statischer Dichtungsring 30' an dem Zylinderdeckel 20 des Steuerzylinders 12' der Motorbremse vorgesehen. Der statische Dichtungsring 30' wirkt mit einem Ventilsitz 31 durch Überlappen im Randbereich des distalen Endes der internen Buchse 32 zusammen.
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Wie in 7 gezeigt, ist eine Innenwandung des zylindrischen Gehäuses 17 eine ringförmige Nut 33 vorgesehen. Die Nut 33 vergrößert lokal den Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses 17 zur Erzeugung eines definierten Überdruckimpulses während der Hubbewegung des Kolbens 22.
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Hinsichtlich 8 ist an Stelle einer Nut ein Durchmesserabsatz 34 an der Innenwandung des Zylindergehäuses 17 vorgesehen, der demselben Zweck, wie vorstehend beschrieben, dient.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugmotor
- 2
- Turbolader
- 3
- Turbinenteil
- 4
- Kompressorteil
- 5
- Antriebswelle
- 6
- Abgasleitung
- 7
- Abgaseinlass
- 8
- Lufteinlass
- 9
- Einlassleitung
- 10
- Abgasauslass
- 11
- Motorbremsventil
- 12
- Steuerzylinder
- 13
- Hebel
- 14
- Trägerrahmen
- 15
- Schraubverbindung
- 16
- Federelement
- 17
- Zylindergehäuse
- 18
- Bodenbereich
- 19
- Speiseanschluss
- 20
- Zylinderdeckel
- 21
- Kolbenstange
- 22
- Kolben
- 23
- Federkammer
- 24
- Druckkammer
- 25
- Druckfeder
- 26
- Dichtungsring
- 27
- Seitenfläche
- 28
- Ventilsitz
- 29
- interne Buchse
- 30
- Dichtungsring
- 31
- Ventilsitz
- 32
- interne Buchse
- 33
- Nut
- 34
- Durchmesser
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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