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Die Erfindung betrifft eine Steuerdose für eine Regeleinrichtung eines Abgasturboladers gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Eine derartige Steuerdose ist aus der
EP 1 491 754 A1 bekannt. Die Steuerdose ist geeignet für den Einsatz für das Öffnung und Schließen eines Bypassventils eines Turboladers. Bei dieser Steuerdose erfolgt die Schliessbewegung mit größerer Kraftbereitstellung, und zwar in Richtung der Wirkung einer Druckfeder, als die Öffnungsbewegung, die gegen die Federkraft erfolgt. Die Steuerdose hat zwei durch eine Membrane getrennte Luftkammern und beide Luftkammern sind entweder auf atmosphärischen Druck oder auf Unterdruck einstellbar.
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Die statische Steifigkeit einer derartigen Steuerdose ergibt sich durch die eingebaute Feder, die die Membran vorspannt, sowie die verwendete Membran selber. Die dynamische Steifigkeit einer Steuerdose ist von der Geschwindigkeit einer Hubänderung abhängig. Bei geringer Geschwindigkeit kann die Luft in einer nicht durch Druck oder Unterdruck beaufschlagten Luftkammer durch vorhandene Öffnungen entweichen. Allerdings verhalten sich die Luftkammern bei sehr schnellen Hubänderungen so, als wenn sie dicht wären, und jede Membranbewegung führt hierbei zu einer Druckänderung in den Luftkammern. Es resultiert daraus eine vielfach höhere dynamische Steifigkeit der Steuerdose.
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Derartige schnelle Hubänderungen, die von den Abgaspulsationen über die Regelstange in die Steuerdose eingeleitet werden, erhöhen, wie gesagt, die dynamische Steifigkeit, wodurch insbesondere im Bereichen einer Eigenfrequenz der Steuerdose erhöhter Verschleiß auftreten kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerdose der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, mit der es möglich ist, die Auswirkungen durch Abgaspulsationen in die Steuerdose eingeleiteter Schwingungen, insbesondere den sich ergebenden Verschleiß, zumindest zu verringern.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1. Vorgesehen ist demgemäß eine Steuerdose für eine Regeleinrichtung eines Abgasturboladers, mit einem Gehäuse, in welchem eine erste Luftkammer und eine zweite Luftkammer ausgebildet sind, die durch eine federbelastete Membran gasdicht voneinander getrennt sind; mit einer mit der Membran kraftübertragend verbundenen Regelstange, aufweisend eine Ausnehmung, welche die zweite Luftkammer gasleitend mit einer Umgebung des Gehäuses verbindet, wobei die Ausnehmung eine Ausnehmungsfläche von mehr als 20 mm2 aufweist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche, die in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können, wobei sich zum Teil auch Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert die Erfindung zusätzlich.
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Durch die verhältnismäßig große, die zweite Luftkammer gasleitend mit der Umgebung verbindende Ausnehmungsfläche ist es möglich, die Steuerdose rasch zu entlüften, so dass sich weder ein Über- noch ein Unterdruck in der zweiten Luftkammer bilden kann. Das in der zweiten Luftkammer befindliche Luftvolumen bildet dadurch keine zusätzliche Feder bei schnellen Hubänderungen.
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In einer Ausgestaltung weist die Steuerdose eine mit dieser Ausnehmung zusammenwirkende Drosselplatte auf.
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Die Drosselplatte beeinflusst die Durchströmbarkeit der Ausnehmung. Durch eine Beeinflussung einer Durchströmbarkeit der Ausnehmung ist es möglich, die dynamische Steifigkeit gezielt zu beeinflussen, was bedeutet, dass die Eigenfrequenz der Steuerdose in einen Frequenzbereich verschoben wird, welcher im Betrieb nicht bzw. nur selten auftritt.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist die Steuerdose ein mit der Ausnehmung zusammenwirkendes Ventil auf.
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Das Ventil kann geschlossen werden, um die Eigenfrequenz der Steuerdose im Betrieb zu verändern.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist die Steuerdose ein Blechelement auf, das in der zweiten Luftkammer eine dritte Luftkammer ausbildet, die über eine weitere Ausnehmung mit der zweiten Luftkammer verbunden ist.
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Die zweite Luftkammer ist dadurch wiederum in zwei Kammern unterteilt. Die der Membran am nächsten liegende Kammer ist so vor Verschmutzung geschützt. Die weitere Ausnehmung dient zur Verbindung der beiden Luftkammern untereinander, das hierin in Bezug auf die Ausgestaltung und Größe der Ausnehmung gilt gleichermaßen für die weitere Ausnehmung.
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Gemäß einer Ausgestaltung dient die weitere Ausnehmung einer Regelstange als Durchführöffnung.
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Dies kann auch bei einer Steuerdose ohne Blechelement und unterteilter zweiter Luftkammer gleichermaßen gelten. Dementsprechend können zur Ausbildung einer Ausnehmung bereits vorhandene Elemente durch eine Umgestaltung verwendet werden, nämlich indem die Durchtrittsöffnung einer konventionellen Steuerdose entsprechend aufgeweitet wird.
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Bei verhältnismäßig kleinen Steuerdosen mit Steuerdosendurchmessern von mehr als 20 mm und weniger als 65 mm kann die Ausnehmung eine Ausnehmungsfläche von mehr als 23 mm2, besonders bevorzugt mehr als 26 mm2 aufweisen.
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Bei verhältnismäßig großen Steuerdosen, beispielsweise für leistungsfähige Turbolader oder für Klappensteuerungen in Aufladesystemen mit mehreren zuschaltbaren Ladern und Steuerdosendurchmessern von mehr als 65 mm und weniger als 180 mm kann die Ausnehmung eine Ausnehmungsfläche von mehr als 28 mm2, insbesondere mehr als 38 mm2, besonders bevorzugt mehr als 50 mm2 aufweisen.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
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Darin zeigt:
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1 in einer teilweise geschnittenen Ansicht eine schematisch leicht vereinfachte Ausführungsform einer Steuerdose mit einer Ausnehmung,
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2 schematisch eine Steuerdose mit einer Ausnehmung und einer darüberliegenden Drosselklappe,
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3 eine Ausführungsform einer Steuerdose mit einer Ausnehmung und einem Ventil, und
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4 eine Steuerdose mit einer Luftkammer, die durch ein Blechelement in zwei Luftkammern unterteilt ist, wobei die Luftkammern gasleitend miteinander verbunden sind.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerdose 1 dargestellt. Die Steuerdose 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das ein Gehäusebasisteil 3 und einen mit dem Gehäusebasisteil 3 verbundenen Gehäusedeckel 4 umfasst. Im Gehäuse 2 ist eine Membran 7 angeordnet, die randseitig zwischen dem Gehäusebasisteil 3 und dem Gehäusedeckel 4 fixiert ist und durch deren Anordnung eine erste Luftkammer 5 und eine zweite Luftkammer 6 gebildet wird, die durch die Membran 7 gasdicht voneinander getrennt sind. Die Steuerdose 1 ist dazu ausgestaltet, eine nicht dargestellte Regeleinrichtung eines ebenfalls nicht dargestellten Abgasturboladers zu betätigen. Der Abgasturbolader wiederum dient zur Aufladung eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors. Der Verbrennungsmotor kann mit verschiedenen Drehzahlen betrieben werden, wobei er einen Abgasstrom mit einer drehzahlabhängigen Druckpulsation abgibt. Die Druckpulsation wird über die Membran 7 auch auf die in den Luftkammern 5 und 6 befindliche Luft übertragen. Der Abgasstrom kann zum Betreiben einer im Abgasturbolader vorgesehenen Turbine verwendet werden.
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1 verdeutlicht ferner, dass die Membran 7 durch eine Feder 9 vorgespannt ist und mit einer Regelstange 8 verbunden ist, die aus dem Gehäuse 2 herausgeführt ist. In einem nicht dargestellten, eingebauten Zustand wird an einem Anschluss 10 eine Leitung angeschlossen, um die Steuerdose 1 von außen durch einen Druck steuern zu können, der geringer ist als ein Umgebungsdruck (umgangssprachlich „Unterdruck” genannt). Bei der in den 1 bis 4 gezeigten Steuerdosen 1 handelt es sich um unterdruckgesteuerte Steuerdosen 1, der erfindungswesentliche Gedanke der Veränderung der dynamischen Steifigkeit ist auf nicht dargestellte, druckgesteuerte Steuerdosen jedoch ohne Weiteres übertragbar.
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Die in 1 dargestellte erste Ausführungsform der Steuerdose 1 weist in dem Gehäusebasisteil 3 eine Ausnehmung 12 zur fluid- bzw. gasleitenden Verbindung der zweiten Luftkammer 6 mit einer Umgebung U der Steuerdose 1 auf. Anders ausgedrückt dient die Ausnehmung 12 zur Entlüftung der Steuerdose 1. Die Ausnehmung 12 ist dabei verhältnismäßig groß, so dass sie für einen Luftstrom nur einen verhältnismäßig geringen Drosselwiderstand darstellt. Bei einer Hubänderung der Steuerdose 1 wird Luft aus der zweiten Luftkammer 6 je nach der Richtung der Hubänderung verdrängt oder angesaugt. Dadurch, dass die Ausnehmung 12 verhältnismäßig groß ist, kann sich dabei in der zweiten Luftkammer 6 kein nennenswerter Druck bzw. Unterdruck aufbauen. Die sogenannte dynamische Steifigkeit der Steuerdose 1 kann dadurch gering gehalten werden.
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Die Steuerdose 1 kann bei verhältnismäßig kleinen Steuerdosendurchmessern D von mehr als 20 mm und weniger als 65 mm aufweisen. Die bei diesen verhältnismäßig kleinen Steuerdosen durch die Ausnehmung geschaffene, freibleibende Ausnehmungsfläche A beträgt in diesem Falle mehr als 20 mm2, insbesondere mehr als 23 mm2, besonders bevorzugt mehr als 26 mm2.
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Bei verhältnismäßig großen Durchmessern D von mehr als 65 mm und weniger als 180 mm kann die durch die Ausnehmung 12 geschaffene, freibleibende Ausnehmungsfläche A größer als 28 mm2, insbesondere größer als 38 mm2, besonders bevorzugt größer als 50 mm2 sein.
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Die Ausnehmung 12 kann kreisrund sein, aber auch andere Querschnitte aufweisen. Die „Ausnehmung” muss keine Einzelöffnung sein, sie kann auch in in nicht dargestellter Weise aus mehreren Öffnungen gebildet sein, die in der Summe die genannte Ausnehmungsfläche A aufweisen, entsprechend 4.
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Die Ausführungsform gemäß 2 entspricht hinsichtlich aller übereinstimmenden Bezugszeichen derjenigen der 1, so dass auf die vorangehende Beschreibung Bezug genommen werden kann.
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Auch die Ausführungsform der Steuerdose 1 gemäß 2 weist eine Ausnehmung 12 mit einer Ausnehmungsfläche A im Gehäusebasisteil 3 und eine zugeordnete Drosselplatte 13 auf. In 2 ist die Drosselplatte 13 in einer Stellung eingezeichnet, in der sie die Ausnehmung 12 zumindest teilweise verschließt. Die Drosselplatte 13 ist jedoch dazu vorgesehen, je nach dem Auftreten von hochfrequenten Schwingungen die Ausnehmung 12 entsprechend zu öffnen, um die dynamische Steuerdosensteifigkeit entsprechend dem Öffnungsmaß der Ausnehmung 12 beeinflussen zu können.
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Die Ausführungsform gemäß 3 entspricht wiederum hinsichtlich aller übereinstimmen der Bezugszeichen den Ausführungsformen gemäß den 1 und 2, so dass auch bezüglich der 3 auf die voranstehenden Ausführungen Bezug genommen werden kann.
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Die Ausführungsform gemäß 3 weist eine Ausnehmung 12 in dem Gehäusebasiseteil 3 und ein zugeordnetes Ventil 14 auf, das je nach Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors die Ausnehmung 12 mehr oder weniger weit öffnen kann. Es kann sich dabei um ein Proportionalventil oder um ein Schaltventil handeln. Bei einem geöffneten, die Ausnehmung 12 durchströmbar schaltendem Ventil 14 weist die Steuerdose 1 eine andere Eigenfrequenz auf als bei geschlossenem bzw. teilweise geschlossenem Ventil 14. Das Ventil 14 kann demnach Frequenz- bzw. Motordrehzahlabhängig so gesteuert werden, dass die entsprechende Eigenfrequenz nicht durchlaufen wird.
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In 4 ist eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerdose 1 dargestellt, bei der wiederum alle Elemente, die denjenigen der Ausführungsformen gemäß 1 bis 3 entsprechen, mit denselben Bezugsziffern identifiziert sind.
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Die Ausführungsform der Steuerdose 1 gemäß 4 weist ein Blechelement 15 auf, welches in der zweiten Luftkammer 6 eine weitere Luftkammer 6B ausbildet. Die zweite Luftkammer 6 und die weitere Luftkammer 6B stehen miteinander über eine weitere Ausnehmung 16 in fluidleitender Verbindung. Die Ausnehmung 16 dient gleichzeitig zur Hindurchführung der Regelstange 8.
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Vom Prinzip her wäre es auch möglich, eine Mehrzahl von Luftkammern im Gehäusebasisteil 3 zu schaffen, wozu dann eine entsprechende Anzahl von weiteren Blechelementen vorgesehen sein müsste, die jeweils über unterschiedliche Drosseln miteinander in Strömungsverbindung stehen, um eine gezielte an den jeweiligen Anwendungsfall anpassbare Einstellung der dynamischen Steuerdosensteifigkeit vornehmen zu können.
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Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung der Erfindung wird zu deren Ergänzung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 4 Bezug genommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steuerdose
- 2
- Gehäuse
- 3
- Gehäusebasisteil
- 4
- Gehäusedeckel
- 5
- erste Luftkammer
- 6
- zweite Luftkammer
- 7
- Membran
- 8
- Regelstange
- 9
- Feder
- 10
- Anschluss
- 11
- Drossel
- 12
- Ausnehmung
- 13
- Drosselplatte
- 14
- Ventil
- 15
- Blechelement
- 6B
- dritte Luftkammer
- 16
- Ausnehmung
- A
- Ausnehmungsfläche
- D
- Steuerdosendurchmesser
