DE102011013429B4

DE102011013429B4 - Abblaseventil

Info

Publication number: DE102011013429B4
Application number: DE102011013429A
Authority: DE
Inventors: Michael Dobrowolski
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2031-03-10
Also published as: DE102011013429A1; US9624822B2; CN103502602A; CN103502602B; WO2012119770A1; US20140026560A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abblaseventil (1) für Turbinen von Abgasturboladern. Solche Abblasventile (1) werden von heißem Abgas angeströmt und erhitzen sich dabei sehr stark. Dadurch können empfindliche Bauteile wie die Feder (12) oder die Membran (17) beschädigt werden. Üblicherweise sind solche Abblaseventile (1) so aufgebaut, dass die Membran (17) und ein Strahlblech (19) eine erste Kammer (23) begrenzen. Der Kern dieser Erfindung ist, diese erste Kammer (23) kontinuierlich mit Luft zu durchströmen, um dadurch speziell die Membran (17) zu kühlen und vor übermäßiger Erhitzung zu schützen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abblaseventil für Turbinen von Abgasturboladern mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Ein Abgasturbolader für einen Verbrennungsmotor enthält normalerweise eine Turbine und einen Kompressor. Die Turbine wird gewöhnlich durch Abgas des Verbrennungsmotors angetrieben, und der Turbinenrotor ist in irgendeiner Weise mit dem Kompressorrotor verbunden, wodurch eine Drehung des Turbinenrotors zu einer Drehung des Kompressorrotors führt. Dieser führt Verbrennungsluft unter Druck dem zugehörigen Verbrennungsmotor zu. Ein Problem bei derartigen Turboladern liegt darin, dass die Drehzahl des Turbinenrotors und damit des Kompressorrotors mit der Drehzahl und/oder Belastung des Verbrennungsmotors zunimmt. Bei hohen Betriebsdrehzahlen oder Belastungen des Verbrennungsmotors kann der Fall eintreten, dass Turbine und Kompressor unter übermäßigen Drehzahlen angetrieben werden. Es ist auch möglich, dass der Kompressor dem Verbrennungsmotor Verbrennungsluft unter Drücken zuführt, die höher sind als die höchstzulässigen Drücke für die Maschine.
In Abgasturboladern wurden schon Vorrichtungen eingebaut, die dann wirksam werden, wenn die Rotordrehzahl oder -belastung einen bestimmten Wert überschreitet. Diese Vorrichtungen haben im Allgemeinen ein Abblaseventil, das es mindestens einem Teil der Motorabgase gestattet, an der Turbine vorbeizuströmen, wenn die Drehzahl oder Belastung des Motors einen vorbestimmten Wert erreicht. Diese Abblaseventile sind üblicherweise als Tellerventile mit in einem Ventilgehäuse geführten Ventilschaft ausgebildet, welche durch Federkraft und/oder eine Membran betätigt werden, die eine Druckkammer begrenzt und durch Druckluft betätigt wird.
Ein Problem, das bei der Anwendung von Tellerventilen auftritt, liegt darin, dass der Ventilteller den sehr hohen Abgastemperaturen des Motorabgases ausgesetzt ist und extrem heiß wird. Die Wärme strömt den Ventilschaft entlang und führt zu einer Überhitzung des Ventilschafts und des Ventilgehäuses. Die direkte Wärmeleitung über den Ventilschaft, aber auch durch Wärmestrahlung beispielsweise des Ventilgehäuses, kann eine Überhitzung der Feder und der Membran hervorgerufen werden. Diese Überhitzung kann folgendes verursachen:

• Ausfall der Membran und
• Erschlaffung der Feder, was zu Änderungen der Federvorspannung und damit des Arbeitspunktes des Ventils führt

Der Stand der Technik zeigt Beispiele, welche diese Probleme verhindern sollen. So offenbart die DE 30 09 453 C2 eine Steuervorrichtung für Abblaseventile von Abgasturboladern, in der die Membran durch ein Strahlblech vor Wärmestrahlung geschützt ist. Dieses Strahlblech ist in einem Raum angeordnet und teilt diesen Raum in zwei Kammern. Eine erste Kammer ist begrenzt durch die Membran und das Strahlblech und eine zweite Kammer ist begrenzt durch das Strahlblech und das Ventilgehäuse. In die zweite Kammer fließt Druckluft, welche das Strahlblech auf einer Seite umströmt und somit kühlt, und die dann entlang des Ventilschafts durch einen von dem Ventilschaft und seiner Führung im Ventilgehäuse gebildeten Spalt in Richtung Ventilteller strömt, dabei den Ventilschaft kühlt und in einen heißseitigen Raum mündet, welcher durch ein heißseitiges Strahlblech begrenzt ist. Aus diesem heißseitigen Raum strömt die Druckluft durch einen Spalt zwischen Ventilschaft und heißseitigem Strahlblech in den Abgaskanal. Das Strahlblech schützt das Ventilgehäuse des Abblaseventils vor der Hitze des Motorabgases.
In solch einem Aufbau einer Steuervorrichtung für Abblaseventile ist die Kühlwirkung für die Membran nicht ausreichend. Ebenso ist der Hitzeschutz vor den heißen Motorabgasen im Abgaskanal durch das heißseitige Strahlblech gering.
Die DE 35 09 019 C2 offenbart ein Abblaseventil für eine Turbine eines Abgasturboladers an einem Verbrennungsmotor. Wie in der o. g. DE 30 09 453 C2 ist auch hier ein Raum, in dem die Membran angeordnet ist durch ein Strahlblech in eine erste und zweite Kammer geteilt. Auch hier fließt Druckluft in die zweite Kammer um das Strahlblech von einer Seite zu kühlen. Die zwei Kammern sind durch eine Öffnung im Strahlblech zum Druckausgleich miteinander verbunden. Auch hier lässt die Kühlung zu wünschen übrig.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Kühlung zu verbessern und eine Überhitzung der Membran zu vermeiden.
Die Lösung erfolgt mit einem Abblaseventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Gemäß der Erfindung ist ein Abblaseventil vorgesehen, mit einem mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilteller und mit einem in einem Ventilgehäuse geführten Ventilschaft, wobei im Ventilgehäuse ein Raum vorgesehen ist, in dem eine Membran angeordnet ist, die mit dem Ventilschaft gekoppelt ist, wobei die Membran auf einem Außenumfang dichtend mit dem Ventilgehäuse verbunden ist, wobei in den Raum auf der dem Ventilteller zugewandten Seite der Membran im Abstand zur Membran um den Ventilschaft herum ein Strahlblech liegt, das zwei Kammern abteilt, eine erste Kammer, begrenzt durch die Membran und das Strahlblech und eine zweite Kammer, begrenzt durch das Strahlblech und eine Ventilgehäusewand, wobei das Ventilgehäuse im Bereich der Kammern mit zumindest einem Lufteinlass auf einem Außenumfang zur Zuführung von Luft ausgebildet ist, wobei zumindest ein Teil der über den Lufteinlass einströmenden Luft in der Führung entlang des Ventilschafts in Richtung Ventilteller strömt, wobei das Strahlblech für die Luft durchlässige Öffnungen aufweist. Dabei durchströmt die Luft kontinuierlich die von der Membran und von dem Strahlblech gebildete erste Kammer.
Vorteilhafterweise ermöglicht das erfindungsgemäße Abblaseventil eine direkte, sowie kontinuierliche Kühlung und Umströmung der Membran mit Luft, so dass ein für die Membran schädlicher Wärmestau in der ersten Kammer verhindert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Kammer mit dem Lufteinlass ausgebildet. Der Vorteil dabei ist, dass kühle Luft direkt in die erste Kammer strömt und der, oder die Lufteinlässe so gestaltet werden können, dass eine optimale Umströmung der Membran gewährleistet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Kammer mit dem Lufteinlass ausgebildet und die aus der ersten Kammer abströmende Luft strömt zumindest zu einem Teil in die zweite Kammer. Der Vorteil dabei ist, dass kühle Luft direkt in die erste Kammer strömt und der, oder die Lufteinlässe so gestaltet werden können, dass eine optimale Umströmung der Membran gewährleistet ist. Ein Teil der abfließenden Luft durchströmt die zweite Kammer und verhindert dort einen Wärmestau. Auf diese Art und Weise wird die Kühlung der Membran noch intensiver.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Kammer mit dem Lufteinlass ausgebildet und die aus der zweiten Kammer abströmende Luft strömt in die erste Kammer. Der Vorteil dabei ist, dass die in die erste Kammer abströmende Luft direkt auf die Membran gerichtet werden kann für eine gute Kühlung. Außerdem kann der bisherige Aufbau des Abblaseventils beibehalten werden, was kostengünstig ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mündet der Lufteinlass in einen Ringkanal, der offen ist zu der zweiten Kammer. Der Vorteil dabei ist, dass die Luft gleichmäßig in die zweite Kammer strömen kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung haben die erste und zweite Kammer den Lufteinlass gemeinsam und die Luft durchströmt mindestens die erste Kammer kontinuierlich. Der Vorteil dabei ist, dass kühle Luft in beide Kammern strömt, einerseits die Membran umströmt und gekühlt wird, andererseits auch ein Wärmestau in der zweiten Kammer verhindert wird. Insgesamt ergibt sich eine gute Kühlwirkung für die Membran.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung findet der Luftabfluss aus der ersten Kammer über einen Ringspalt zwischen Ventilschaft und Strahlblech statt. Der Vorteil dabei ist, dass zum Einen die Durchströmung der ersten Kammer gerichtet in einer Richtung stattfindet und zum Zweiten der heiße Ventilschaft mit der Luft konzentriert gekühlt wird, was die Kühlung insgesamt verbessert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Strahlblech an seinem Außenumfang dichtend mit dem Ventilgehäuse verbunden. Der Vorteil dabei ist, dass der bisherige Aufbau des Abblaseventils beibehalten werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Außenumfang des Strahlblechs und dem Ventilgehäuse ein Ringspalt vorhanden. Der Vorteil dabei ist, dass eine optimale gerichtete Umströmung der Membran beispielsweise von außen nach innen realisiert werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind in dem Strahlblech mehrere Öffnungen vorgesehen, die auf einem Radius gleichmäßig verteilt sind. Der Vorteil dabei ist, dass eine gleichmäßige Strömung in die erste Kammer vorherrscht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind in dem Strahlblech mehrere Öffnungen vorgesehen, welche zur Vergleichmäßigung der Luftströmung so angeordnet sind, dass der dem Lufteinlass zugewandten Seite Öffnungen mit kleinerer Querschnittsfläche als auf der dem Lufteinlass abgewandten Seite liegen. Der Vorteil dabei ist, dass die Luftströmung optimal angepasst werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Öffnungen in dem Strahlblech gleich groß. Der Vorteil dabei ist, dass bei der Montage des Strahlblechs keine bestimmte Lage der Öffnungen beachtet werden muss.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Öffnungen in dem Strahlblech unterschiedlich groß. Der Vorteil dabei ist, dass die Luftströmung zur Kühlung der Membran optimal angepasst werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Öffnungen nahe am Außenumfang des Strahlblechs angeordnet. Der Vorteil dabei ist, dass die Membran auf ihrer gesamten Fläche angeströmt und so optimal gekühlt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Strahlblech mit einem zum Ventilteller zeigenden Steg ausgebildet, der an der gegenüberliegenden Ventilgehäusewand anliegt. Der Vorteil dabei ist, dass das Strahlblech im Abstand zur Ventilgehäusewand schwingungsfrei positioniert wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Steg in Form einer ringförmig um den Ventilschaft liegenden Sicke ausgebildet, die in einer Ringnut des Ventilgehäuses anliegend hineinragt. Der Vorteil dabei ist, dass die Sicke das Strahlblech im Ventilgehäuse fixiert und zentriert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Steg mindestens eine Öffnung in seinem Umfang auf. Der Vorteil dabei ist, dass eine Luftströmung aus der zweiten Kammer stattfinden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Steg mehrere Öffnungen gleichmäßig verteilt in seinem Umfang auf. Der Vorteil dabei ist, dass die Luft radial aus allen Richtungen aus der zweiten Kammer strömen kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Steg mehrere Öffnungen in seinem Umfang auf, welche unterschiedliche Abstände zueinander haben. Der Vorteil dabei ist, dass die Luftströmung in der zweiten Kammer optimal ausgelegt werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Öffnungen im Steg gleich groß. Der Vorteil dabei ist, dass diese fertigungstechnisch einfach herstellbar sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Öffnungen im Steg unterschiedlich groß. Der Vorteil dabei ist, dass die Luftströmung in der zweiten Kammer optimal ausgelegt werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung strömt die aus dem Spalt zwischen Führung und Ventilschaft abströmende Luft in einen heißseitigen Raum, der begrenzt ist von einer auf der Abströmseite liegenden Ventilgehäusewand und einem, um den Ventilschaft herum liegenden heißseitigen Strahlblech, wobei das heißseitige Strahlblech auf seinem Außenumfang dichtend mit der Ventilgehäusewand verbunden ist, und dass das heißseitige Strahlblech im Bereich seines Außenumfangs Luftauslässe besitzt. Der Vorteil dabei ist, dass der heißseitige Raum radial von Luft durchströmt werden kann und kein Hitzestau im heißseitigen Raum entsteht, von dem aus die Hitze über das Ventilgehäuse bis zur Membran fließt und diese schädigen kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem heißseitigen Strahlblech und Ventilschaft ein Spalt ausgebildet, der einen weiteren Luftauslass darstellt. Der Vorteil dabei ist, dass die Luft auch entlang des Ventilschafts ausströmen kann und so diesen auch schon an seinem heißen Ende kühlt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch das Abblaseventil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Querschnittsansicht des Membranbereichs eines Abblaseventils gemäß einer weiteren Ausführungsform;
3 eine schematische Querschnittsansicht des Membranbereichs eines Abblaseventils gemäß einer weiteren Ausführungsform;
4 eine schematische Querschnittsansicht des Membranbereichs eines Abblaseventils gemäß einer weiteren Ausführungsform;
5 eine schematische Querschnittsansicht des Membranbereichs eines Abblaseventils gemäß einer weiteren Ausführungsform;
6 eine schematische Querschnittsansicht des Membranbereichs eines Abblaseventils gemäß einer weiteren Ausführungsform;
7 ein Strahlblech in einer Draufsicht gemäß einer weiteren Ausführungsform;
8 ein Strahlblech in einer Draufsicht gemäß einer weiteren Ausführungsform;
1 zeigt die wesentlichen Bauteile eines Abblaseventils 1 gemäß einer ersten Ausführungsform zum Abblasen von Abgas vor einer Turbine (nicht dargestellt) eines Abgasturboladers (nicht dargestellt). Ein aus einem Ventilteller 3 und einem Ventilschaft 4 bestehendes Ventilelement 2, ist mit seinem Ventilschaft 4 in einem Ventilgehäuse 5 geführt. Das Ventilgehäuse 5 ist an ein Abgasgehäuse 8 montiert, in dem ein Abgaskanal 9 und ein Abblasekanal 10 integriert sind. Der Abgaskanal 9 und der Abblasekanal 10 sind durch eine Überströmöffnung 11 miteinander verbunden, in die ein Ventilsitz 7 eingearbeitet ist. Der Ventilteller 3 wirkt mit dem Ventilsitz 7 in der Überströmöffnung 11 zusammen. Mindestens eine Feder 12 in einer Federkammer 13 des Abblaseventils 1 ist zwischen einem Deckel 14 des Abblaseventils 1 und einer Halterung 15 einer Membran 17 verspannt. Da die Halterung 15 mit dem Ventilschaft 4 gekoppelt ist, wird eine Federkraft auf das Ventilelement 2 übertragen. Im unbetätigten Zustand des Abblaseventils 1 liegt durch die Federkraft der Ventilteller 3 im Ventilsitz 7 geschlossen an und trennt so den Abgaskanal 9 vom Abblasekanal 10. Dadurch strömt das gesamte Abgas in die Turbine des Abgasturboladers. Erst beim Öffnen des Ventilelements 2 strömt ein Teil des Abgases über die Überströmöffnung 11 in den Abblasekanal 10 und im weiteren Verlauf an der Turbine vorbei. Im Ventilgehäuse 5 ist ein Raum 16 vorgesehen, in dem die Membran 17 angeordnet ist, welche mit dem Ventilschaft 4 gekoppelt ist und mit ihrem Außenumfang 18 dichtend mit dem Ventilgehäuse 5 verbunden ist. Der Raum 16 ist durch ein Strahlblech 19 in eine erste 23 und zweite Kammer 24 geteilt. Das Strahlblech 19 ist gegenüber einer Ventilgehäusewand 6 angeordnet, liegt um den Ventilschaft 4 herum und ist an seinem Außenumfang 20 dichtend mit dem Ventilgehäuse 5 verbunden. Zusätzlich hat das Strahlblech 19 eine ringförmige, zum Ventilteller 3 zeigende und um den Ventilschaft 4 herum liegende Sicke 25. Eine zum Ventilschaft 4 zeigende Sickenwand 26 der Sicke 25 ragt in eine Ringnut 27 in der Ventilgehäusewand 6 hinein, und liegt so an einer Wand 28 der Ringnut 27 an, dass das Strahlblech 19 zentriert und fixiert ist. Nahe am Außenumfang 20 des Strahlblechs 19 angeordnete Öffnungen 21 ermöglichen einen Luftdurchtritt, ebenso wie ein Ringspalt 22 zwischen dem Strahlblech 19 und dem Ventilschaft 4. Das Strahlblech 19 dient zum Schutz der Membran 17 vor schädlicher Wärmestrahlung ausgehend vom heißen Ventilgehäuse 5 und Ventilschaft 4. Der Wärmeschutz durch das Strahlblech 19 alleine reicht aber nicht aus, um die Membran 17 vor Schaden zu bewahren. Zum weiteren Wärmeschutz ist noch eine Zusatzmaßnahme in Form einer Luftkühlung der Membran 17 notwendig. Dazu strömt Luft über einen Lufteinlass 29 im Ventilgehäuse 5 in einen Ringkanal 30 und von dort in die zweite Kammer 24. Die zweite Kammer 24 ist auf einer Seite durch das Strahlblech 19 begrenzt. Die in die zweite Kammer 24 strömende Luft strömt durch die Öffnungen 21 im Strahlblech 19 in die erste Kammer 23. Dort umströmt und kühlt die Luft die Membran 17 direkt von einer Seite, bevor sie durch den Ringspalt 22 zwischen Strahlblech 19 und Ventilschaft 4 die erste Kammer 23 verlässt und in einen Spalt 31 zwischen Ventilschaft 4 und Ventilgehäuse 5 eintritt. In diesem Spalt 31 strömt sie Richtung Ventilteller 3 und kühlt dabei den Ventilschaft 4. Aus diesem Spalt 31 strömt die Luft in einen heißseitigen Raum 32, der begrenzt ist durch das Ventilgehäuse 5 und ein heißseitiges Strahlblech 33, welches am Ventilgehäuse 5 anliegt. Das heißseitige Strahlblech 33 ist ein Hitzeschutz des Abblaseventils 1 vor dem direkten Kontakt mit dem heißen Abgas in dem Abblasekanal 10. Die Luft durchströmt den heißseitigen Raum 32 und kühlt dabei das heißseitige Strahlblech 33 und Ventilgehäuse 5. Die Luft verlässt den heißseitigen Raum 32 in den Abblasekanal 10 durch einen Ringspalt 35 zwischen dem heißseitigem Strahlblech 33 und Ventilschaft 4, sowie durch Luftauslässe 36 am Außenumfang 34 des heißseitigen Strahlblechs 33.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Membranbereichs eines Abblaseventils gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der Lufteinlass 229 mündet hier direkt in die erste Kammer 223, welche durch die Membran 217 und das Strahlblech 219 gebildet wird. Das Strahlblech 219 ist an seinem Außenumfang 220 dichtend mit dem Ventilgehäuse 205 verbunden und mit einem Steg 237 ausgebildet, der den Ventilschaft 204 des Ventilelements 202 ringförmig umschließt und an der dem Strahlblech 219 gegenüber liegenden Ventilgehäusewand 206 anliegt. Dadurch wird die zweite Kammer 224 gebildet. Die durch den Lufteinlass 229 in die erste Kammer 223 strömende Luft umströmt und kühlt die Membran 217 und das Strahlblech 219 auf einer Seite, bevor sie durch den Ringspalt 222 zwischen Strahlblech 219 und Ventilschaft 204 aus der ersten Kammer 223 strömt. Nach dem Durchströmen des Ringspalts 222 strömt die Luft in einem Spalt 239 zwischen dem Steg 237 und dem Ventilschaft 204, bzw. im Spalt 231 zwischen Ventilschaft 204 und Ventilgehäuse 205 in Richtung Ventilteller 203. Der weitere Verlauf der Luftströmung ist so wie in 1 beschrieben.
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Membranbereichs eines Abblaseventils gemäß einer dritten Ausführungsform. Der Lufteinlass 329 mündet hier direkt in die erste Kammer 323, welche durch die Membran 317 und das Strahlblech 319 gebildet wird. Das Strahlblech 319 ist an seinem Außenumfang 320 dichtend mit dem Ventilgehäuse 305 verbunden und mit dem Steg 337 ausgebildet, der den Ventilschaft 304 des Ventilelements 302 ringförmig umschließt und an der dem Strahlblech 319 gegenüber liegenden Ventilgehäusewand 306 anliegt. Dadurch wird die zweite Kammer 324 gebildet. Die durch den Lufteinlass 329 in die erste Kammer 323 strömende Luft umströmt und kühlt die Membran 317 und das Strahlblech 319 auf einer Seite, bevor sie durch den Ringspalt 322 zwischen Strahlblech 319 und Ventilschaft 304 und die Öffnungen 321 im Strahlblech 319 nahe an seinem Außenumfang 320 aus der ersten Kammer 323 strömt. Ein Teil der Luft strömt dadurch in die zweite Kammer 324, kühlt die umliegenden Bauteile und strömt durch Öffnungen 338 im Steg 337 in den Spalt 339 zwischen Steg 337 und Ventilschaft 304. Dort vereinigt sich dieser Teil der Luftströmung mit demjenigen Teil, der durch den Ringspalt 322 zwischen Strahlblech 319 und Ventilschaft 304 aus der ersten Kammer 323 strömt. Die vereinigte Luftströmung strömt im Spalt 331 zwischen Ventilschaft 304 und Ventilgehäuse 305 in Richtung Ventilteller 303. Der weitere Verlauf der Luftströmung ist so wie in 1 beschrieben.
4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Membranbereichs eines Abblaseventils gemäß einer vierten Ausführungsform. Die Membran 417 bildet mit dem Strahlblech 419 die erste Kammer 423. Das Strahlblech 419 ist an seinem Außenumfang 420 dichtend mit dem Ventilgehäuse 405 verbunden und mit dem Steg 437 ausgebildet, der den Ventilschaft 404 des Ventilelements 402 ringförmig umschließt und an der dem Strahlblech 419 gegenüber liegenden Ventilgehäusewand 406 anliegt. Dadurch wird die zweite Kammer 424 gebildet. In diese zweite Kammer 424 mündet der Lufteinlass 429. Die durch diesen Lufteinlass 429 strömende Luft kühlt die umliegenden Bauteile, bevor sie durch die Öffnungen 421 im Strahlblech 419 nahe an seinem Außenumfang 420 in die erste Kammer 423 strömt. Dort umströmt und kühlt die Luft die Membran 417 und das Strahlblech 419, bevor sie durch den Ringspalt 422 zwischen Strahlblech 419 und Ventilschaft 404 aus der ersten Kammer 423 strömt. Nach dem Durchströmen des Ringspalts 422 strömt die Luft in den Spalt 439 zwischen dem Steg 437 und dem Ventilschaft 404, bzw. im Spalt 431 zwischen Ventilschaft 404 und Ventilgehäuse 405 in Richtung Ventilteller 403. Der weitere Verlauf der Luftströmung ist so wie in 1 beschrieben.
5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Membranbereichs eines Abblaseventils gemäß einer fünften Ausführungsform. Die Membran 517 bildet mit dem Strahlblech 519 die erste Kammer 523. Das Strahlblech 519 wiederum bildet mit der ihm gegenüber liegenden Ventilgehäusewand 506 die zweite Kammer 524. Das Strahlblech 519 ist an seinem Außenumfang 520 dichtend mit dem Ventilgehäuse 505 verbunden, ausgenommen ein Bereich, der als Lufteinlass 529 für die beiden Kammern 523 und 524 dient. Zusätzlich ist das Strahlblech 519 mit dem Steg 537 ausgebildet, der den Ventilschaft 504 des Ventilelements 502 ringförmig umschließt und an der dem Strahlblech 519 gegenüber liegenden Ventilgehäusewand 506 anliegt. Die durch den Lufteinlass 529 strömende Luft umströmt und kühlt in der ersten Kammer 523 die Membran 517 und das Strahlblech 519 auf einer Seite, bevor sie durch den Ringspalt 522 zwischen Strahlblech 519 und Ventilschaft 504 aus der ersten Kammer strömt 523. In der zweiten Kammer 524 findet zwar keine kontinuierliche Durchströmung mit Luft statt, aber die durch den Lufteinlass 529 in die erste Kammer 523 strömende Luft sorgt für entstehende Luftwirbel und Turbulenzen in der zweiten Kammer 524. Diese Luftbewegungen sorgen für eine Kühlung der umgebenden Bauteile der zweiten Kammer 524. Nach dem Ausströmen der Luft aus der ersten Kammer 523 durch den Ringspalt 522, strömt die Luft in den Spalt 539 zwischen dem Steg 537 und dem Ventilschaft 504, bzw. im Spalt 531 zwischen Ventilschaft 504 und Ventilgehäuse 505 in Richtung Ventilteller 503. Der weitere Verlauf der Luftströmung ist so wie in 1 beschrieben.
6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Membranbereichs eines Abblaseventils gemäß einer sechsten Ausführungsform. Die Membran 617 bildet mit dem Strahlblech 619 die erste Kammer 623. Das Strahlblech 619 wiederum bildet mit der ihm gegenüber liegenden Ventilgehäusewand 606 die zweite Kammer 624. Zwischen dem Außenumfang 620 des Strahlblechs 619 und dem Ventilgehäuse 605 ist ein Ringspalt 640 vorhanden. Ebenso ist der Ringspalt 622 zwischen dem Strahlblech 619 und dem Ventilschaft 604 des Ventilelements 602 vorhanden, um den das Strahlblech 619 herum liegt. Zusätzlich ist das Strahlblech 619 mit dem Steg 637 ausgebildet, der den Ventilschaft 604 ringförmig umschließt und an der dem Strahlblech 619 gegenüber liegenden Ventilgehäusewand 606 anliegt. Die durch den Lufteinlass 629 in die erste Kammer 623 strömende Luft umströmt und kühlt die Membran 617 und das Strahlblech 619 auf einer Seite, bevor ein Teil dieser Luft durch den Ringspalt 640 zwischen dem Außenumfang 620 des Strahlblechs 619 und dem Ventilgehäuse 605 in die zweite Kammer 624 strömt. Der andere Teil der Luft strömt durch den Ringspalt 622 zwischen Strahlblech 619 und Ventilschaft 604 aus der ersten Kammer 623 in den Spalt 639 zwischen dem Steg 637 und dem Ventilschaft 604. Die durch den Lufteinlass 629 in die zweite Kammer 624 strömende Luft, kühlt die umliegenden Bauteile und strömt durch die Öffnungen 638 im Steg 637 in den Spalt 639 zwischen Steg 637 und Ventilschaft 604. Dort vereinigt sich dieser Teil der Luftströmung mit demjenigen Teil, der durch den Ringspalt 622 zwischen Strahlblech 619 und Ventilschaft 604 aus der ersten Kammer 623 strömt. Die vereinigte Luftströmung strömt im Spalt 631 zwischen Ventilschaft 604 und Ventilgehäuse 605 in Richtung Ventilteller 603. Der weitere Verlauf der Luftströmung ist so wie in 1 beschrieben.
7 zeigt das Strahlblech 719 in einer Draufsicht gemäß einer weiteren Ausführungsform. Durch die Öffnung 721 in der Mitte ragt im montierten Zustand im Abblaseventil (nicht dargestellt) der Ventilschaft (nicht dargestellt). Die äußeren gleichmäßig verteilten Öffnungen 721 dienen zum Durchströmen der Luft.
8 zeigt das Strahlblech 819 in einer Draufsicht gemäß einer weiteren Ausführungsform. Durch die Öffnung 821 in der Mitte ragt im montierten Zustand im Abblaseventil (nicht dargestellt) der Ventilschaft (nicht dargestellt). Die äußeren Öffnungen 821 dienen zum Durchströmen von Luft. Wie in den Figuren oben beschrieben, erfolgt im eingebauten Zustand im Abblaseventil der Lufteinlass in die Kammern ungleichmäßig von einer Seite. Um die Luftströmung durch das Strahlblech 819 zu vergleichmäßigen und damit die Kühlung der Membran zu verbessern, sind auf der dem Lufteinlass zugewandten Seite die Öffnungen 821 mit insgesamt kleinerer Querschnittsfläche angeordnet, als auf der dem Lufteinlass abgewandten Seite.
Bezugszeichenliste

1: Abblaseventil
2, 202, 302, 402, 502, 602: Ventilelement
3, 203, 303, 403, 503, 603: Ventilteller
4, 204, 304, 404, 504, 604: Ventilschaft
5, 205, 305, 405, 505, 605: Ventilgehäuse
6, 206, 306, 406, 506, 606: Ventilgehäusewand
7: Ventilsitz
8: Abgasgehäuse
9: Abgaskanal
10: Abblasekanal
11: Überströmöffnung
12: Feder
13: Federkammer
14: Deckel
15: Halterung
16: Raum
17, 217, 317, 417, 517, 617: Membran
18: Außenumfang
19, 219, 319, 419, 519, 619, 719, 819: Strahlblech
20, 220, 320, 420, 520, 620: Außenumfang
21, 321, 421, 721, 821: Öffnungen
22, 222, 322, 422, 522, 622: Ringspalt
23, 223, 323, 423, 523, 623: erste Kammer
24, 224, 324, 424, 524, 624: zweite Kammer
25: Sicke
26: Sickenwand
27: Ringnut
28: Wand
29, 229, 329, 429, 529, 629: Lufteinlass
30: Ringkanal
31, 231, 331, 431, 531, 631: Spalt
32: heißseitiger Raum
33: heißseitiges Strahlblech
34: Außenumfang
35: Ringspalt
36: Luftauslass
237, 337, 437, 537, 637: Steg
338, 638: Öffnungen
239, 339, 439, 539, 639: Spalt
640: Ringspalt

Claims

Abblaseventil für Abgasturbolader, wobei das Abblaseventil (1) mit einem mit einem Ventilsitz (7) zusammenwirkenden Ventilteller (3, 203, 303, 403, 503, 603) und mit einem in einem Ventilgehäuse (5, 205, 305, 405, 505, 605) geführten Ventilschaft (4, 204, 304, 404, 504, 604) ausgebildet ist, • wobei im Ventilgehäuse (5, 205, 305, 405, 505, 605) ein Raum (16) vorgesehen ist, • in dem eine Membran (17, 217, 317, 417, 517, 617) angeordnet ist, • die mit dem Ventilschaft (4, 204, 304, 404, 504, 604) gekoppelt ist, • wobei die Membran (17, 217, 317, 417, 517, 617) auf einem Außenumfang (18) dichtend mit dem Ventilgehäuse (5, 205, 305, 405, 505, 605) verbunden ist, • wobei in dem Raum (16) auf der dem Ventilteller (3, 203, 303, 403, 503, 603) zugewandten Seite der Membran (17, 217, 317, 417, 517, 617) im Abstand zur Membran (17, 217, 317, 417, 517, 617) um den Ventilschaft (4, 204, 304, 404, 504, 604) herum ein Strahlblech (19, 219, 319, 419, 519, 619, 719, 819) liegt, • das zwei Kammern abteilt, eine erste Kammer (23, 223, 323, 423, 523, 623), begrenzt durch die Membran (17, 217, 317, 417, 517, 617) und das Strahlblech (19, 219, 319, 419, 519, 619, 719, 819) und eine zweite Kammer (24, 224, 324, 424, 524, 624), begrenzt durch das Strahlblech (19, 219, 319, 419, 519, 619, 719, 819) und eine Ventilgehäusewand (6, 206, 306, 406, 506, 606), • wobei das Ventilgehäuse (5, 205, 305, 405, 505, 605) im Bereich der Kammern mit zumindest einem Lufteinlass (29, 229, 329, 429, 529, 629) auf einem Außenumfang zur Zuführung von Luft ausgebildet ist, • wobei zumindest ein Teil der über den Lufteinlass (29, 229, 329, 429, 529, 629) einströmenden Luft in der Führung entlang des Ventilschafts (4, 204, 304, 404, 504, 604) in Richtung Ventilteller (3, 203, 303, 403, 503, 603) strömt, • wobei das Strahlblech (19, 219, 319, 419, 519, 619, 719, 819) zumindest eine für die Luft durchlässige Öffnung (21, 321, 421, 721, 821) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft kontinuierlich die von der Membran (17, 217, 317, 417, 517, 617) und von dem Strahlblech (19, 219, 319, 419, 519, 619, 719, 819) gebildete erste Kammer (23, 223, 323, 423, 523, 623) durchströmt.
Abblaseventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (223, 323, 523, 623) mit dem Lufteinlass (229, 329, 529, 629) ausgebildet ist.
Abblaseventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (223, 323, 523, 623) mit dem Lufteinlass (229, 329, 529, 629) ausgebildet ist und die aus der ersten Kammer (223, 323, 523, 623) abströmende Luft zumindest zu einem Teil in die zweite Kammer (224, 324, 524, 624) strömt.
Abblaseventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kammer (24, 424, 524, 624) mit dem Lufteinlass (29, 429, 529, 629) ausgebildet ist und die aus der zweiten Kammer (24, 424, 524, 624) abströmende Luft in die erste Kammer (23, 423, 523, 623) strömt.
Abblaseventil gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufteinlass (29) in einen Ringkanal (30) im Ventilgehäuse (5) mündet; der offen ist zu der zweiten Kammer (24).
Abblaseventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (523, 623) und zweite Kammer (524, 624) den Lufteinlass (529, 629) gemeinsam haben und die Luft mindestens die erste Kammer (523, 623) kontinuierlich durchströmt.
Abblaseventil gemäß einem der vorausgegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftabfluss aus der ersten Kammer (23, 223, 323, 423, 523, 623) über einen Ringspalt (22, 222, 322, 422, 522, 622) zwischen Ventilschaft (4, 204, 304, 404, 504, 604) und Strahlblech (19, 219, 319, 419, 519, 619, 719, 819) stattfindet.
Abblaseventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlblech (19, 219, 319, 419, 519) an seinem Außenumfang (20, 220, 320, 420, 520) dichtend mit dem Ventilgehäuse (5, 205, 305, 405, 505) verbunden ist.
Abblaseventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Außenumfang (620) des Strahlblechs (619, 719, 819) und dem Ventilgehäuse (605) ein Ringspalt (640) vorhanden ist.
Abblaseventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9; dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strahlblech (19, 219, 319, 419, 519, 619, 719, 819) mehrere Öffnungen (21, 321, 421, 721) vorgesehen sind, die auf einem Radius gleichmäßig verteilt sind.
Abblaseventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strahlblech (19, 219, 319, 419, 519, 619, 819) mehrere Öffnungen (21, 321, 421, 821) vorgesehen sind, welche zur Vergleichmäßigung der Luftströmung so angeordnet sind, dass der dem Lufteinlass (29, 229, 329, 429, 529, 629) zugewandten Seite Öffnungen (21, 321, 421, 821) mit kleinerer Querschnittsfläche als auf der dem Lufteinlass (29, 229, 329, 429, 529, 629) abgewandten Seite. liegen.
Abblaseventil gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (21, 321, 421, 721, 821) in dem Strahlblech (19, 219, 319, 419, 519, 619, 719, 819) gleich groß sind.
Abblaseventil gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (21, 321, 421, 721, 821) in dem Strahlblech (19, 219, 319, 419, 519, 619, 719, 819) unterschiedlich groß sind.
Abblaseventil gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (21, 321, 421, 721, 821) nahe am Außenumfang (20, 220, 320, 420, 520, 620) des Strahlblechs (19, 219, 319, 419, 519, 619, 719, 819) angeordnet sind.
Abblaseventil gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlblech (219, 319, 419, 519, 619, 719, 819) mit einem zum Ventilteller (3, 203, 303, 403, 503, 603) zeigenden Steg (237, 337, 437, 537, 637) ausgebildet ist, der an der gegenüberliegenden Ventilgehäusewand (6, 206, 306, 406, 506, 606) anliegt.
Abblaseventil gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (237, 337, 437, 537, 637) in Form einer ringförmig um den Ventilschaft (4, 204, 304, 404, 504, 604) liegenden Sicke (25) ausgebildet ist, die in einer Ringnut (27) des Ventilgehäuses (5) anliegend hineinragt.
Abblaseventil gemäß Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (237, 337, 437, 537, 637) mindestens eine Öffnung (338, 638) in seinem Umfang aufweist.
Abblaseventil gemäß Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (237, 337, 437, 537, 637) mehrere Öffnungen (338, 638) gleichmäßig verteilt in seinem Umfang aufweist.
Abblaseventil gemäß Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (237, 337, 437, 537, 637) mehrere Öffnungen (338, 638) in seinem Umfang aufweist, welche unterschiedliche Abstände zueinander haben.
Abblaseventil gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (338, 638) im Steg (237, 337, 437, 537, 637) gleich groß sind.
Abblaseventil gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (338, 638) im Steg (237, 337, 437, 537, 637) unterschiedlich groß sind.
Abblaseventil gemäß einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Spalt (31, 231, 331, 431, 531, 631) zwischen Führung und Ventilschaft (4, 204, 304, 404, 504, 604) abströmende Luft in einen heißseitigen Raum (32) strömt, der begrenzt ist von einer auf der Abströmseite liegenden Ventilgehäusewand und einem, um den Ventilschaft (4, 204, 304, 404, 504, 604) herum liegenden heißseitigen Strahlblech (33), wobei das heißseitige Strahlblech (33) auf seinem Außenumfang (34) dichtend mit der Ventilgehäusewand verbunden ist, und dass das heißseitige Strahlblech (33) im Bereich seines Außenumfangs (34) Luftauslässe (36) besitzt.
Abblaseventil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen heißseitigem Strahlblech (33) und Ventilschaft (4, 204, 304, 404, 504, 604) ein Ringspalt (35) ausgebildet ist, der einen weiteren Luftauslass darstellt.