-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft das Erfordernis einer verbesserten Wellenabdichtungsausführung für Turboladeraktuatorwellen, die sich durch die Wände des Turbinengehäuses erstrecken, um eine Gas- und Rußleckage durch den durch eine sich in einer zylindrischen Bohrung drehenden Welle gebildeten Ring zu verhindern.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Turbolader sind eine Art Zwangsbeatmungssystem. Sie führen dem Motoreinlass Luft mit einer größeren Dichte zu als es bei der Saug-Konfiguration möglich wäre, wodurch die Verbrennung von mehr Kraftstoff gestattet wird und somit die Leistung des Motors verstärkt wird, ohne das Gewicht des Motors wesentlich zu erhöhen. Durch Verwendung eines kleineren Motors mit Turbolader, der einen Saugmotor mit größeren physischen Abmessungen ersetzt, werden die Masse und die aerodynamische Stirnfläche des Fahrzeugs verkleinert.
-
Turbolader verwenden den Abgasstrom vom Motorauslasskrümmer zum Antrieb eines Turbinenrads (21), das im Turbinengehäuse (2) positioniert ist. Wenn das Abgas das Turbinenrad durchströmt hat und das Turbinenrad Energie aus dem Abgas abgezogen hat, tritt das verbrauchte Abgas durch den Exducer aus dem Turbinengehäuse aus und wird zu dem Fahrzeugvorrohr und in der Regel zu Nachbehandlungsvorrichtungen, wie zum Beispiel Katalysatoren, Partikelfiltern und NOx-Fallen, geleitet.
-
In einem Turbolader mit Wastegate ist der Turbinendiffusor durch einen Bypass-Kanal mit dem Turbinenexducer strömungsverbunden. Strömung durch den Bypass-Kanal wird durch ein Wastegate-Ventil gesteuert. Da sich der Einlass des Bypass-Kanals auf der Einlassseite des Diffusors befindet, der stromaufwärts des Turbinenrads liegt, und sich der Auslass des Bypass-Kanals auf der Exducerseite des Diffusors befindet, der stromabwärts des Turbinenrads liegt, umgeht Strömung durch den Bypass-Kanal im Bypass-Modus das Turbinenrad, wodurch das Turbinenrad nicht angetrieben wird. Zum Betrieb des Wastegate muss eine Betätigungs- oder Steuerkraft von außerhalb des Turbinengehäuses, durch das Turbinengehäuse, zu dem Wastegate-Ventil innerhalb des Turbinengehäuses übertragen werden. Eine Wastegate-Drehwelle erstreckt sich durch das Turbinengehäuse und dreht sich bei Antrieb durch einen Aktuator (40) um ihre Achse (64). Außerhalb des Turbinengehäuses ist der Aktuator (40) über ein Gestänge (50, 51, 72) mit einem Wastegate-Arm (74) verbunden, und der Wastegate-Arm (74) ist mit der Wastegate-Drehwelle verbunden. Innerhalb des Turbinengehäuses ist die Drehwelle mit einem Wastegate-Ventil verbunden. Betätigungskraft vom Aktuator wird in eine Drehung der Drehwelle umgewandelt, wodurch sich das Wastegate-Ventil innerhalb des Turbinengehäuses bewegt, um Abgasstrom zu dem Turbinenrad umzuleiten.
-
Turbinengehäuse erfahren große Temperaturgradienten und großen Temperaturfluss. Die Außenseite des Turbinengehäuses ist Luft auf Umgebungstemperatur ausgesetzt, während die Diffusorflächen Abgase berühren, die in Abhängigkeit von dem im Motor verwendeten Kraftstoff von 740°C bis 1050°C reichen. Es ist wesentlich, dass der Aktuator über die oben beschriebenen translatorischen Bewegungen, in der Lage ist, das Wastegate zu steuern, um dadurch den Strom zu dem Turbinenrad auf genaue, wiederholbare, nicht blockierende Weise zu steuern. Die Nähe eines Wastegate-Aktuators zu dem Turbinengehäuse hat mehrere Auswirkungen. Wärme kann die Aktuatorwelle (50) entlang zur Aktuatormembran (48) geleitet werden. Wärme von dem Turbinengehäuse, an dem die meisten Aktuatoren angebracht sind, kann über Strahlung nicht nur zur Aktuatorwelle und von dort zur Aktuatormembran übertragen werden, sondern auch zu Aktuatorbehälterkomponenten, wie zum Beispiel dem Basisring (46), dem unteren Behälter (44) und dem oberen Behälter (45). Die letzteren Komponenten werden manchmal durch Einbau eines Aktuatorhitzeschilds (43), der die betroffenen Komponenten umgibt, vor Strahlungswärmeübertragung geschützt.
-
Es wird ein Mechanismus mit variabler Turbinengeometrie (VTG-Mechanismus, VTG – variable geometry turbine) nicht nur zur Steuerung des Abgasstroms zu dem Turbinenrad verwendet, sondern auch zur Steuerung des Turbinengegendrucks, der dazu erforderlich ist, das AGR-Abgas gegen einen Druckgradienten in das Verdichtersystem zum erneuten Einlass in die Brennkammer anzutreiben. Ein Aktuator wird zur Steuerung des Winkels eines Leitschaufelsatzes in dem Turbinengehäuse verwendet, und dies steuert wiederum die Turbinenleistung.
-
Konfigurationen mit geregeltem zweistufigem Turbolader (R2S-Konfigurationen) haben mehrere Turbos, die so konfiguriert sind, dass eine Klappe oder ein Ventil an einem Turbinengehäuse den Abgasstrom zu dem zweiten Turbinengehäuse ändern kann. In Abhängigkeit von dem Erfordernis können die Turbinenstufen entweder in einer Reihen-, sequentieller oder in einer Parallelkonfiguration vorliegen. R2S-Konfigurationen können zur Steuerung des Turbinenstroms und des Abgasgegendrucks, zur Steuerung des AGR-Stroms oder zur Steuerung eines größeren oder eines kleineren Turbos verwendet werden, um Motoranforderungen, wie zum Beispiel instationärer Leistung oder stationärer Leistung, zu entsprechen. Das Ventil oder die Klappe werden durch einen Aktuator angetrieben. Bei R2S-Turboladern sind auch Ventile vorgesehen, die zum Umleiten von Verdichterabströmungen zur Steuerung der Schluckfähigkeit von großen und kleinen Verdichterstufen in dem gleichen System verwendet werden.
-
Turbolader befinden sich im Motorraum, außerhalb des Motorblocks und oftmals (zum Beispiel bei Vierzylinder- oder Sechszylinder-Reihenmotoren) neben den Rädern. Einige Turbolader, zum Beispiel bei V-Motoren mit zwei Turboladern, sind sehr niedrig im Motorraum positioniert, um den Schwerpunkt der Motoren so niedrig wie möglich zu halten und die Auslasskrümmer zu den Turboladern so kurz wie möglich zu machen. Somit sind diese Turbolader Straßenfluiden, wie zum Beispiel Wasser und Matsch, und Materialien von Splitt bis Eis-Schutz-Chemikalien, die alle in die Öffnungen des Turboladers eindringen können, ausgesetzt.
-
Pneumatische Aktuatoren werden durch Luftdruck (bei dem es sich in der Regel in Abhängigkeit von der Druckquelle um Überdruck oder Unterdruck handeln kann), der eine Membran, der durch eine Feder mit bekannter Rate entgegengewirkt wird, ausdehnen kann, oftmals begleitet von Atmosphärendruck auf der Federseite der Membran, betrieben. Bezüglich des Aktuators ist der Unterschied zwischen einem Überdruck und einem Unterdruck einfach die Seite der Membran, die mit Druck beaufschlagt wird. Die Bewegung der Membran (48) wird auf die Verlängerung einer Welle (50) übertragen und dann in eine Drehung eines Wastegate-Arms (62), umgewandelt, der mechanisch oder chemisch an einer Wastegate-Drehwelle befestigt ist, die sich dreht und dabei das Wastegate-Ventil öffnet oder schließt. Eine Wastegate-Feder (47) wirkt dem auf die Membran ausgeübten Druck entgegen und wird zum Zurückführen der Welle in ihre Ruhestellung (mit dem Wastegate-Ventil in der geschlossenen Stellung) verwendet.
-
Zur Verdeutlichung von Begriffen sind die folgenden Definitionen verwendet worden:
Wahre Länge der Aktuatorwellenanordnung: die Länge vom Fuß der Welle (50), wo die Welle an der oberen Schale (49) im Aktuator befestigt ist, zum Drehpunkt der Verbindung am Wastegate-Wellenende.
-
Mittellinie des Wastgate-Arms: die die Drehachse der Wastegate-Drehwelle und die Mitte der Verbindung verbindende Linie.
-
Durch den Wastegate-Arm beschriebener Radius: die Länge zwischen der Drehachse der Wastegate-Drehwelle und der Mitte der Verbindung (78).
-
Winkel, durch den sich der Wastegate-Arm dreht: der zwischen dem vollständig geschlossenen Wastegate-Ventil und dem vollständig geöffneten Wastegate-Ventil angenommene Winkel.
-
Effektive Länge des oberen Dreharms der Wastegate-Aktuatorwelle: die Länge von der oben genannten Verbindung der Welle mit der oberen Schale (49) zu dem Führungslager (53), um das sich die Welle dreht.
-
Der effektive untere Dreharm der Aktuatorwelle: die Länge von dem Führungslager (53) zur Mitte der Verbindung, die die Aktuatorwelle an dem Wastegate-Arm (62) befestigt.
-
Es wird angenommen, dass der Bewegungsmittelpunkt der Aktuatorwelle, der Winkel zwischen der Mittellinie des Wastegate-Arms und der Mittellinie der Aktuatorwelle 90° beträgt, wodurch der gebildete Winkel, der durch die Drehung des Wastegate-Arms beschrieben wird, auf ein Minimum reduziert wird.
-
Der Winkel, um den die Aktuatorwelle schwenkt, wird durch mehrere Beziehungen bestimmt:
- – Für eine festgelegte wahre Länge der Aktuatorwellenanordnung ist der durch den durch den Wastegate-Arm (vom geöffneten bis zum geschlossenen Wastegate-Ventil) beschriebenen Radius gebildete Winkel eine Funktion der Länge (das heißt des Radius) zwischen der Achse (64), um den sich der Wastegate-Arm dreht, und der Drehmitte (78) der Verbindung, die den Wastegate-Arm an der Aktuatorwellenanordnung befestigt.
- – Für eine festgelegte wahre Länge des durch den Wastegate-Arm beschriebenen Radius, ist der durch den Wastegate-Arm gebildete Winkel eine Funktion der Länge der Aktuatorwelle.
-
Da der Aktuator (43) fest an dem Turbinengehäuse angebracht ist, während sich die Verbindung zwischen der Aktuatorwellenanordnung und dem Wastegate-Arm um die Drehmitte (78) dreht, dreht sich die Wastegate-Achsenanordnung um ein Lager (53), das in dem unteren Behälter (44) befestigt ist. Da es der Drehpunkt wird, um den die Achse in dem Behälter schwenkt, steuert die axiale Position des Lagers (53) die radiale Position des Aktuatorkolbens (49) als Reaktion auf eine radiale Verschiebung des Wastegate-Arms, wie durch eine axiale Verschiebung der Aktuatorwelle (50) bestimmt. Je näher die axiale Position des Lagers am Kolben, desto größer die radiale Verschiebung des Kolbens (für eine gegebene Wastegate-Armdrehung). Bei einigen Aktuatoren wird die radiale Position des Lagers (53) dadurch modifiziert, dass die Radialposition des Lagers durch ein flexibles Glied, wie zum Beispiel einen O-Ring, teilweise gesteuert wird. Die etwas komplizierte Anordnung minimiert die radiale Verschiebung der Membran bei einem Versuch, die Lebensdauer der Membran zu verlängern.
-
Die für die Aktuatorlebensdauer entscheidende Aktuatorkomponente ist die Membran. Die Membran (48) befindet sich in dem oberen Behältermantel (45), so dass der äußere Rand der Membran durch die Verbindung des unteren Behälters (44) und des oberen Behälters (45) erfasst wird, um eine luftdichte Dichtung der Membran und des oberen Behältermantels zu bilden.
-
Wie durch die Motorsteuereinheit (ECU – engine control unit) angesteuert, wird Luftdruck dem Aktuator durch den Luftanschluss (52) zugeführt, um den Hohlraum zwischen dem Aktuator (48) und dem oberen Behältermantel (45) zu füllen. Der Druck der am Aktuator ankommenden Luft drückt die Membran aus der Ruhestellung heraus, was durch die durch eine Feder (47) ausgeübte Kraft entgegengewirkt wird. Das Aufblasen des Hohlraums hinter der Membran drückt die Membran zur Komprimierung der Feder über Verschieben eines Kolbens (49), an dem die Aktuatorwelle (50) mechanisch befestigt ist, wie oben beschrieben, während der Raum gleichzeitig komprimiert wird und der Druck auf der Federseite des Aktuators erhöht wird, was ein Entweichen von Luft durch eine Lüftungsöffnung oder einen Spalt zwischen der Aktuatorwelle und dem Lager (53) bewirken kann. Mit Reduzierung des Ansteuerdrucks zum Aktuator erzwingt die Feder eine Rückkehr des Kolbens, wodurch Druck auf der Federseite des Aktuators reduziert wird, was zu einem Ansaugen von Umgebungsluft durch die Bohrung im Lager (53) führt.
-
Wie oben beschrieben, ist der Aktuator in der Regel eng mit einem Turbinengehäuse oder mehreren Turbinengehäusen gekoppelt. Damit der Aktuator den mit solch einer großen Nähe zu Wärmequellen verbundenen Temperaturen standhalten kann, ist die Membran aus einem Verbundwerkstoff aus Fluorsilikon und Kevlar hergestellt, um eine akzeptable Lebensdauer bei Temperatur und Tastverhältnis zu gewährleisten.
-
Jegliche Schmutzteilchen, die in den Bereich eintreten, in dem die Membran entweder den Kolben oder die Behälteraußenmäntel des Aktuators berührt, führen zu einem Reibverschleiß des Membranmaterials, was letztendlich zu einem Versagen der Membran und somit des Aktuators führt.
-
Die Lebensdauer eines Wastegate-Aktuators ergibt sich durch einen Kompromiss vieler Facetten sowohl der Konstruktion als auch des Einsatzortes: Der Winkel, durch den die Aktuatorwelle bewegt wird, die Temperatur der kritischen Bereiche der Membran, das Tastverhältnis, die Form der Komponenten, die mit der Membran in Kontakt stehen, und die physische Umgebung, der der Aktuator ausgesetzt ist.
-
Somit ist zu sehen, dass Bedarf für eine Schutzabdeckung für eine Aktuatorwelle für Betrieb in rauer Umgebung und zur Aufnahme der komplexen Bewegungen des Wastegate und der VTG-Aktuatoren in Turboladern besteht.
-
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung ist angesichts der oben genannten Probleme entwickelt worden. Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Schutzmanschette zur Verhinderung von Eintritt von mit der Straße verbunden Chemikalien und Stoffen, die die vorhergesagte Lebensdauer des Aktuators, insbesondere der Membran im Aktuator, verkürzen könnten.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die vorliegende Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszahlen ähnliche Teile bezeichnen, beispielhaft und nicht einschränkend dargestellt. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 einen Schnitt für einen typischen mit Wastegate versehenen Turbolader,
-
2 einen Schnitt des erfindungsgemäßen mit Wastegate versehenen Turboladers,
-
3 eine Schnittansicht eines Aktuators mit der erfindungsgemäßen Manschette;
-
4A, B die Bewegung der Aktuatorwelle und Befestigungen;
-
5A, B das schmale Ende, das den Vorsprung und die Nut axial einschränkt;
-
6A, B das schmale Ende, das den Vorsprung und die Nut axial einschränkt, mit der Luftkanalnut;
-
7A, B Ansichten, die den Halter zeigen;
-
8 eine Schnittansicht der Manschettenkonstruktion; und
-
9 eine Schnittansicht der Faltenkonstruktion.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Wie oben erläutert, ist die Bewegung, die eine Aktuatorwellenanordnung sowohl axial als auch radial durchläuft, keine einfache Bewegung. Im Allgemeinen wird bei Länge, Hub und radialer Verschiebung des Wastegate-Endes der Aktuatorwellenanordnung ein Kompromiss geschlossen, um eine akzeptable Membranlebensdauer zu gewährleisten. In der Regel besteht keine Dichtung zwischen der Gleitbewegung der Aktuatorwelle (50) und dem Lager (53), so dass Straßenmaterialien, die der Lebensdauer der Membran abträglich sind, in den Aktuatorbehälter eintreten und letztendlich die Membran beschädigen können.
-
Der Erfinder hat versucht, die Lebensdauer der Membran und somit des Aktuators zu verbessern, indem er eine kosteneffektive Dichtungsvorrichtung zur Verhinderung der Aufnahme von Straßenflüssigkeiten und -feststoffen in den Aktuator und insbesondere eine Dichtungsvorrichtung bereitstellt, die die komplizierte Axial- und Radialbewegung bewältigen kann, die von der Achse beschrieben wird, wenn die Achse einen Steuerarm bewegt, der sich um seine Mittellinie (64) dreht, und die Aktuatorwelle zum radialen Schwenken bei ihrer Axialverschiebung zwingt. Es wurden viele verschiedene Arten von Dichtungen in Betracht gezogen und getestet, lieferten aber letztendlich nicht die erforderliche Betriebslebensdauer.
-
Der Erfinder löste das schwierige Problem schließlich durch Konstruktion einer Balg-Dichtung, die an einem Ende der Aktuatorwelle und an einem Halter am anderen Ende des Aktuators befestigt wird. Die Konstruktion von mehreren Falten im Balg gewährleistet, dass jegliche(s) Axialbewegung oder Ausdehnen der Aktuatorwelle nur zu einem relativ linearen Ausdehnen oder Zusammenziehen des Balgs führt, anstatt dass der Balg zusammenfällt und die Achse berührt. Die Erfindung umfasst ein neues Verfahren zur Befestigung und ein neues Verfahren zum Hinzufügen oder Entfernen der Balgdichtung zu bzw. von dem Aktuator. Des Weiteren gestattet die Erfindung Luftansaugung zu und von dem Inneren des Balgs, ohne Flüssigkeitsansaugung in den Balg.
-
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird dem Aktuator ein Balg (66) hinzugefügt. Der Balg weist ein breites Ende auf der Aktuatorseite und ein schmales Ende auf der Wastgate-Seite auf. Das schmale Ende ist durch eine Verengung oder einen Vorsprung (55) im Balg, die bzw. der in eine komplementäre Nut (54) in der Welle (50) passt, gegenüber der Aktuatorwelle (50) radial und axial abgedichtet und an ihr befestigt. Wie in den 6A und 6B dargestellt, dichtet die allgemein zylindrische Innenfläche (56) des Vorsprungs (55) im schmalen Ende des Balgs radial gegen eine allgemein zylindrische Außenfläche der in der Welle (50) ausgebildeten Nut radial ab. Bei der Montage gestattet diese Ausführung, dass das schmale Ende des Balgs über den Außendurchmesser der Achse geschoben wird, bis der Vorsprung (55) in die Nut (54) fällt, wodurch das schmale Ende des Balgs axial positioniert wird und eine Umfangsdichtung des Balgs gegenüber der Achse bereitstellt.
-
Am breiten Ende des Balgs befindet sich eine ähnliche Anordnung. Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist der Balg (66) einen Vorsprung (68) an der Innenseite des breiten Endes des Balgs auf, der auf eine komplementäre Nut (67) im Halter (65) passt. Zum Zusammenfügen des breiten Endes des Balgs mit dem Halter (65) wird die Öffnung im breiten Ende des Balgs entlang einer Abfasung (81) auf der Wastegate-Seite des Endes des Halters nach oben und in die Nut oder Aussparung (67) im Halter geschoben, um das breite Ende des Balgs einzuschränken und den Halter umfangsmäßig gegenüber dem Balg abzudichten. Bei dieser Konstruktion sind keine zusätzlichen Klemmen erforderlich, um den Balg gegenüber der Achse und dem Aktuator abzudichten und einzuschränken.
-
Der Halter (65) ist als ein getrenntes Teil ausgeführt, so dass er an den Aktuator montiert werden kann, wenn der Aktuator mit der Halterung zusammengefügt wird, oder vom Aktuator weggelassen werden kann. Der Grund dafür ist, dass einige Anwendungen den Balg (und Halter) möglicherweise nicht erfordern, weshalb die Erfinder eine Konstruktion anstrebten, bei der der Balg und der Halter der Anordnung hinzugefügt oder davon weggelassen werden können. Zur Ermöglichung dieser Teilezahlreduzierung ist der Flansch (82) des Halters (65) so ausgeführt, dass die ungefähre Dicke des Halterflansches der ungefähren Dicke des Hitzeschilds (43) entspricht. Da der Hitzeschild zwischen dem Basisring (46) des Aktuators und dem oberen Flansch (41) der Aktuatorhalterung (42) angeordnet ist, erfolgt das Hinzufügen des Halters einfach durch Einführen des Flansches (82) des Halters (65) zwischen dem Aktuator und dem oberen Flansch (41) der Aktuatorhalterung (42), wenn der Aktuator mit der Halterung zusammengefügt wird. Die Konzentrizität des Halters gegenüber der Mittellinie des Aktuators wird dadurch erreicht, dass der Außendurchmesser des Halters in das Loch in der Basis des Aktuatorhitzeschilds (43) passt. Die Konzentrizität des Halters gegenüber der Mittellinie des Aktuators könnte auch durch einen Führungsdurchmesser am Aktuatorbasisring erreicht werden.
-
Bei einer Variation der ersten Ausführungsform der Erfindung kann, wenn der Flansch (82) des Halters eine größere Dicke aufweist als die des Hitzeschildes oder wenn kein Hitzeschild erforderlich ist, eine Führung entweder in den Basisring (46) des Behälters oder den oberen Flansch (41) der Aktuatorhalterung hergestellt werden, um eine axiale und radiale Ausrichtung und Anordnung des Balghalters (65) zu gestatten.
-
Ein Erfordernis für die Erfinder war, dass sich der Balg – ungefähr der Achse folgend – axial zusammenziehen und ausdehnen, aber dabei nicht zusammenfallen sollte, um eine Balglebensdauer zu gewährleisten, die der Lebensdauer des Turboladers entspricht oder länger als diese ist. Um diesem Erfordernis zu entsprechen, konstruierte der Erfinder den Balg mit einem einen größeren Durchmesser aufweisenden, parallelen (das heißt allgemein zylindrischen, also gleiche Wellenhöhen aufweisenden) Faltenabschnitt, der in einen einen kleineren Durchmesser aufweisenden, allgemein konischen Wickelabschnitt (das heißt mit sich verringender Wellenhöhe) übergeht. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Balg dazu ausgeführt, mit einer Aktuatorwelle mit einem Durchmesser von ungefähr 8 mm und einer Axialbewegungstiefe (das heißt Längenänderung) von 9 mm bis 33 mm zusammenzupassen.
-
Wie in den 8 und 9 dargestellt, weist jede Falte eine Innenfläche und eine Außenfläche auf, die ca. 7 mm voneinander entfernt sind. Tests durch die Erfinder zeigten, dass Material mit einer Wand von über 7 mm zu einer Verkürzung der Balglebensdauer führte. Jede Welle oder Falte (72) für den einen größeren Durchmesser aufweisenden parallelen Abschnitt wird als einen maximalen Außendurchmesser von ca. 19 bis 20 mm aufweisend definiert, was zu einem Innendurchmesser (am maximalen Durchmesser der Falte) von ca. 12 mm bis 13 mm führt. Die maximalen Durchmesser der Falten (71) in dem allgemein konischen Abschnitt (θ1) passen zwischen zwei Kegeln, dem Außenkegel (θ2) mit einem Halbwinkel von 6° und dem Innenwinkel (θ3) mit einem Halbwinkel von 12°. Die Kegelwinkel (Φ1,2,3) werden ungefähr im Ruhezustand gemessen.
-
Bei einer insbesondere bevorzugten Ausführungsform ist die Kegellinie eigentlich eine logarithmische Kurve 2. Ordnung.
-
Die Winkel (Φ) der Außenfläche der Falte werden im Ruhezustand gemessen und betragen ca. 60°, wie in 9 dargestellt.
-
Da sich das Luftvolumen in dem Balg mit der Längenänderung des Balgs ändert, ist es erforderlich, dass der Luftdruck im Balg sowohl in den als auch aus dem Balg gesaugt wird. Durch Bereitstellung eines Luftsaugkanals sind die inneren Komponenten für den Eintritt von Fluiden und Straßenfeststoffen geöffnet, was für die Lebensdauer des Aktuators abträglich sein kann. Um diese potenziellen Probleme auf ein Minimum zu reduzieren, sind die Konstruktion und Anordnung des Kanals wichtig. Zur Durchführung dieser Aufgabe bestimmt der Erfinder, dass die beste Art und Weise zur Ausführung dieser Funktion in der Herstellung eines kleinen Sauglochs (88) bestand.
-
Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung befindet sich das Luftsaugloch (88), wie in 9 gezeigt, am Scheitel der vorletzten Falte in Richtung des schmalen Endes des Balgs. Die Belastungen des das Luftsaugloch umgebenden Materials können ziemlich groß sein, da sich die Position des Lochs in einer Biegezone befindet; somit muss das Loch sorgfältig ausgebildet sein, um die Neigung des Balgs auf ein Minimum zu reduzieren, einen Bereich mit erhöhter Belastung zu haben, was zu Reißen des Balgmaterials führen könnte. Obgleich die das Loch umgebenden Belastungshöhen groß sein können, ist die Position des Lochs derart, dass sie das Eintreten von Fluiden und Feststoffen auf ein Minimum reduziert.
-
Bei einer Variation der Position des Luftsauglochs der ersten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Luftsaugloch, wie in den 6A und 6B dargestellt, um eine in den Vorsprung (57) ausgebildete Nut (89), wodurch das schmale Ende des Balgs axial eingeschränkt ist. Bei dieser Variation befindet sich der Kanal in einem Bereich mit relativ geringer Belastung, aber das Potenzial für Eintritt von Fluiden und Feststoffen, die sich die Achse hinab in den Innenteil des Aktuators bewegen können, ist höher.
-
Bei einer anderen Alternative könnte zwischen der Federseite des Aktuatorbehälters und dem Balg eine eigens vorgesehene Lüftungsöffnung bereitgestellt werden, oder der Spalt zwischen der Welle (50) und der Buchse (53) könnte mit ausreichendem Spiel vorgesehen werden, so dass dem Aktuator durch den Luftanschluss (52) ein angesteuerter Luftdruck zugeführt wird, um den Hohlraum zwischen der Membran (48) und dem oberen Behältermantel (45) zu füllen, wobei der Druck der am Aktuator ankommenden Luft die Membran aus der Ruhestellung weg drückt und die Aktuatorwelle ausfährt, wodurch gleichzeitig (a) das Volumen reduziert wird und somit Druck auf der Federseite des Aktuatorbehälters erhöht wird und (b) der Balg ausgedehnt wird, wodurch Druck im Balg verringert wird. Die Auswirkung einer Lüftungsöffnung zwischen diesen beiden Räumen (Federseite des Aktuatorbehälters und Balg) könnte einen Druckausgleich gestatten, ohne dass schmutzige Umgebungsluft angezogen werden muss.
-
Wie dargestellt, ist der Aktuator pneumatisch angetrieben, aber der Aktuator könnte genauso gut elektrisch oder hydraulisch angetrieben sein.
