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Dokumentenidentifikation DE102005046126A1 05.04.2007
Titel Aktuator für ein Stellelement
Anmelder Volkswagen AG, 38440 Wolfsburg, DE
Erfinder Siebert, Werner, 38448 Wolfsburg, DE
DE-Anmeldedatum 27.09.2005
DE-Aktenzeichen 102005046126
Offenlegungstag 05.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.04.2007
IPC-Hauptklasse G12B 1/04(2006.01)A, F, I, 20051208, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F02B 37/18(2006.01)A, L, I, 20051208, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Aktuator, insbesondere Steuerdose, zum Betätigen eines Stellelementes (10), insbesondere einer Bypassklappe eines Bypassventils einer Abgasturbine eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Druckkammer (12), welche über eine erste Druckleitung (36) wahlweise mit einer Druckquelle verbindbar ist, einer zweiten Druckkammer (14), welche über eine zweite Druckleitung (38) wahlweise mit einer Druckquelle verbindbar ist, einem Trennelement (16), welches die beiden Druckkammern (12, 14) voneinander trennend und deren Volumen verändernd bewegbar angeordnet ist, einer das Trennelement (16) in eine erste Richtung (30) mit Kraft beaufschlagenden Feder (34) und einem das Trennelement (16) mit dem Stellelement (10) verbindenden Betätigungselement (18), welches eine Bewegung des Trennelementes (16) auf das Stellelement (10) überträgt. Hierbei ist die zweite Druckkammer (14) über wenigstens ein Rückschlagventil (42, 46) mit dem Umgebungsdruck (44) verbunden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Aktuator, insbesondere Steuerdose, zum Betätigen eines Stellelementes, insbesondere einer Bypassklappe eines Bypassventils einer Abgasturbine eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Druckkammer, welche über eine erste Druckleitung wahlweise mit einer Druckquelle verbindbar ist, einer zweiten Druckkammer, welche über eine zweite Druckleitung wahlweise mit einer Druckquelle verbindbar ist, einem Trennelement, welches die beiden Druckkammern voneinander trennend und deren Volumen verändernd bewegbar angeordnet ist, einer das Trennelement in eine erste Richtung mit Kraft beaufschlagenden Feder und einem das Trennelement mit dem Stellelement verbindenden Betätigungselement, welches eine Bewegung des Trennelementes auf das Stellelement überträgt, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der EP 1 491 754 A1 ist eine Steuerdose für das Öffnen und Schließen eines Bypassventils eines Turboladers bekannt, wobei die Schließbewegung in Richtung der Wirkung einer Druckfeder mit größerer Kraftbereitstellung erfolgt, als die Öffnungsbewegung, die gegen die Federkraft erfolgt. Die Steuerdose hat zwei durch eine Membran getrennte Druckräume und beide Druckräume sind entweder auf atmosphärischem Druck oder auf Unterdruck einstellbar. Hierbei ergibt sich jedoch der Nachteil, dass für einen ausreichend geringen Grundladedruck, ein sicheres und weites Öffnen des Bypassventils, bzw. einen schnellen Ladedruckaufbau, d.h. ein schnelles Schließen des Bypassventils, eine aufwändige Ansteuerung der mit der Druckfeder ausgestatten zweiten Druckkammer erforderlich ist, um eine schnelle und großhubige Bewegung der Membran zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verhalten einer Steuerdose für das Öffnen und Schließen eines Bypassventils eines Abgasturboladers zu verbessern

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Aktuator der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Dazu ist es bei einem Aktuator der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die zweite Druckkammer über wenigstens ein Rückschlagventil mit dem Umgebungsdruck verbunden ist.

Dies hat den Vorteil, dass bei einer Bewegung des Trennelementes aufgrund einer Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern bzw. aufgrund der Federkraft ein Druckausgleich mit der Umgebung stattfinden kann, so dass sich kein die Bewegung des Trennelementes behindernder Über- oder Unterdruck in der zweiten Druckkammer aufbaut. Andererseits kann wahlweise ein Über- oder Unterdruck in der zweiten Druckkammer aufgebaut werden.

Dadurch, dass die zweite Druckkammer über ein erstes Rückschlagventil mit dem Umgebungsdruck verbunden ist, wobei das erste Rückschlagventil in Richtung des Umgebungsdruckes schließend eingebaut ist, kann bei Bewegung des Trennelements unter Einwirkung der Feder in eine erste Richtung, bei der sich das Volumen der zweiten Druckkammer vergrößert, d.h. beispielsweise in Richtung der Schließstellung des Stellelementes, über das Rückschlagventil ungehindert das größer werdende Volumen füllende Atmosphäre in die zweite Druckkammer einströmen, so dass die Bewegung des Trennelements dadurch ungehindert und schnell erfolgen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Rückschlagventil mit seinem dem Umgebungsdruck abgewandten Ende mit der zweiten Druckleitung verbunden.

Zum Aufbau beispielsweise eines Unterdruckes in der zweiten Druckkammer ist eine mit der zweiten Druckkammer verbundene dritte Druckleitung zum wahlweise Verbinden der zweiten Druckkammer mit einer Druckquelle vorgesehen.

Eine Bewegung des Trennelementes in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung mittels eines bzw. unterstützt von einem in die zweite Druckkammer eingeleiteten Unterdruckes wird trotz des ersten Rückschlagventils dadurch ermöglicht, dass eine erste Schließvorrichtung zum Schließen der fluidleitenden Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer und dem ersten Rückschlagventil vorgesehen ist, wobei die erste Schließvorrichtung derart ausgebildet ist, dass sie die fluidleitende Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer und dem ersten Rückschlagventil schließt, wenn ein in die zweite Druckkammer eingeleiteter Unterdruck das Trennelement in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung bewegt.

Um den Aufbau eines Unterdruckes in der zweiten Kammer zusätzlich zu unterstützen, ist die erste Schließvorrichtung zusätzlich derart ausgebildet, dass diese bei Schließen der fluidleitenden Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer und dem ersten Rückschlagventil zusätzlich die fluidleitende Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer und der zweiten Druckleitung schließt.

Damit bei einer Bewegung des Trennelementes in ein der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung erfolgen kann, ohne dass sich ein diese Bewegung behindernder Überdruck in der zweiten Druckkammer aufbaut, ist die zweite Druckkammer über ein zweites Rückschlagventil mit dem Umgebungsdruck verbunden, wobei das Rückschlagventil in Richtung der zweiten Druckkammer schließend eingebaut ist. Gleichzeitig muss jedoch sicher gestellt sein, dass bei Einleiten eines Überdruckes in die zweite Druckkammer dieser nicht über das zweite Rückschlagventil entweicht, Daher ist eine zweite Schließvorrichtung vorgesehen ist, welche bei Einleiten eines Überdruckes in die zweite Druckkammer über die zweite Druckleitung zum Bewegen des Trennelementes in die erste Richtung die fluidleitende Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer und dem zweiten Rückschlagventil schließt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Rückschlagventil mit seinem dem Umgebungsdruck abgewandten Ende mit der dritten Fluidleitung verbunden.

Um den Aufbau eines Überdruckes in der zweiten Kammer zusätzlich zu unterstützen, ist die erste Schließvorrichtung zusätzlich derart ausgebildet, dass diese bei Schließen der fluidleitenden Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer und dem zweiten Rückschlagventil zusätzlich die fluidleitende Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer und der dritten Druckleitung schließt.

Beispielsweise sind die erste und die zweite Schließvorrichtung als eine einzige gemeinsame Schließvorrichtung ausgebildet.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die einzige gemeinsame Schließvorrichtung als ein mit dem Trennelement verbundenes Anschlagelement ausgebildet und derart angeordnet, dass das Anschlagelement an einer Öffnung der zweiten Druckleitung innerhalb der zweiten Druckkammer anschlägt und diese Öffnung dichtend verschließt, wenn sich das Trennelement aufgrund einer Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Druckkammer in die zweite Richtung bewegt und dass das Anschlagelement an einer Öffnung der dritten Druckleitung innerhalb der zweiten Druckkammer anschlägt und diese Öffnung dichtend verschließt, wenn sich das Trennelement aufgrund einer Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Druckkammer bzw. aufgrund der Federkraft in die erste Richtung bewegt.

Eine einfache und funktionssichere Übertragung von Kraft und Bewegung von dem Trennelement auf das Stellelement erzielt man dadurch, dass das Anschlagelement zusätzlich derart angeordnet und ausgebildet ist, dass es die Bewegung des Trennelementes auf das Betätigungselement überträgt.

Das Trennelement zwischen der ersten und zweiten Druckkammer ist beispielsweise eine Membran oder ein Kolben.

Das Betätigungselement ist beispielsweise eine Betätigungstange, insbesondere eine Kolbenstange.

Zweckmäßigerweise ist die Feder in der zweiten Druckkammer angeordnet.

Beispielsweise ist die erste Richtung in Richtung einer Schließstellung des Stellelementes und die zweite Richtung in Richtung einer Offenstellung des Stellelementes gerichtet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Druckquelle ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in

1 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktuators in Form einer Steuerdose für ein Bypassventils einer Abgasturbine eines Abgasturboladers in schematischer Schnittansicht,

2 den Aktuator von 1 bei geöffnetem Bypassventil in schematischer Schnittansicht,

3 den Aktuator von 1 bei geschlossenem Bypassventil in schematischer Schnittansicht und

4 den Aktuator von 1 bei geöffnetem Bypassventil und Unterdruck in einer zweiten Druckkammer in schematischer Schnittansicht.

Die in 1 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktuators ist als Steuerdose für ein Stellelement 10 in Form einer Wastegateklappe oder Bypassklappe eines Wastegates oder Bypassventils einer nicht näher dargestellten Abgasturbine eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, ausgebildet. Die Steuerdose umfasst eine erste Druckkammer 12, eine zweite Druckkammer 14 und ein Trennelement 16 in Form einer Membran, welches die beiden Druckkammern 12, 14 voneinander trennt und bewegbar angeordnet ist, so dass eine Bewegung der Membran 16 die Volumen der Druckkammern 12, 14 verändert. Mit anderen Worten kann die Membran 16 durch Druckdifferenzen in den beiden Druckkammern 12, 14 bewegt werden. Ein Betätigungselement 18 in Form einer Betätigungsstange überträgt die Bewegung der Membran 16 auf die Bypassklappe 10. Hierzu ist an der Membran 16 ein Anschlagelement 20 befestigt und sind an der Betätigungsstange 18 ein erster Anschlag 22 sowie ein zweiter Anschlag 24 angeordnet. Bei einer Bewegung der Membran 16 schlägt das Anschlagelement 20 je nach Bewegungsrichtung an dem ersten oder zweiten Anschlag 22 bzw. 24 an und bewegt dadurch die Betätigungsstange 18 in die entsprechende Richtung. Dies führt dann zu einem Öffnen bzw. Schließen der Bypassklappe 10. Eine erste Linie 26 kennzeichnet die Stellung "geschlossene Bypassklappe 10" und eine zweite Linie 28 kennzeichnet eine Stellung "geöffnete Bypassklappe 10". Dementsprechend wird bei einer Bewegung der Membran 16 in eine erste Richtung 30 und Anschlagen der Anschlageinrichtung 20 an dem ersten Anschlag 22 die Bypassklappe 10 geschlossen und bei einer Bewegung der Membran 16 in eine zweite Richtung 32 und Anschlagen der Anschlageinrichtung 20 an dem zweiten Anschlag 24 die Bypassklappe 10 geöffnet. In der zweiten Druckkammer 14 ist eine Feder 34 angeordnet, welche eine Vorspannkraft auf die Membran 16 in die erste Richtung 30 ausübt, d.h. in Richtung der Schließstellung 26 der Bypassklappe 10.

Die erste Druckkammer 12 ist mit einer ersten Druckleitung 36 verbunden, über die die erste Druckkammer 12 wahlweise mit einer Druckquelle (nicht dargestellt), beispielsweise dem Saugrohr der Brennkraftmaschine, verbindbar ist. Die zweite Druckkammer 14 ist mit einer zweiten Druckleitung 38 verbunden, über die die zweite Druckkammer 14 wahlweise mit einer Druckquelle (nicht dargestellt), beispielsweise dem Saugrohr der Brennkraftmaschine, verbindbar ist. Die zweite Druckleitung 38 mündet am zweiten Anschlag 24 an einer Seite und in einem Bereich in die zweite Druckkammer 14, an der bzw. in dem die Anschlageinrichtung 20 an den zweiten Anschlag 24 anschlägt, so dass die Anschlageinrichtung 20 die fluidleitende Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer 14 und der zweiten Druckleitung 38 verschließt, wenn die Anschlageinrichtung 20 an dem zweiten Anschlag 24 anschlägt. Die zweite Druckkammer 14 ist weiterhin mit einer dritten Druckleitung 40 verbunden, über die die zweite Druckkammer 14 wahlweise mit einer Druckquelle (nicht dargestellt), beispielsweise dem Saugrohr der Brennkraftmaschine, verbindbar ist. Die dritte Druckleitung 40 mündet am ersten Anschlag 22 an einer Seite und in einem Bereich in die zweite Druckkammer 14, an der bzw. in dem die Anschlageinrichtung 20 an den ersten Anschlag 22 anschlägt, so dass die Anschlageinrichtung 20 die fluidleitende Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer 14 und der dritten Druckleitung 40 verschließt, wenn die Anschlageinrichtung 20 an dem ersten Anschlag 22 anschlägt.

Ein erstes Rückschlagventil 42 verbindet die zweite Druckkammer 14 mit der Umgebung bzw. dem Umgebungsdruck 44, wobei das erste Rückschlagventil 42 derart angeordnet ist, dass es mit einem Ende mit der Umgebung 44 und mit einem der Umgebung 44 abgewandten Ende mit der zweiten Druckleitung 38 verbunden ist, wobei das erste Rückschlagventil 42 in Richtung der Umgebung 44 sperrt. Ein zweites Rückschlagventil 46 verbindet die zweite Druckkammer 14 mit der Umgebung bzw. dem Umgebungsdruck 44, wobei das zweite Rückschlagventil 46 derart angeordnet ist, dass es mit einem Ende mit der Umgebung 44 und mit einem der Umgebung 44 abgewandten Ende mit der dritten Druckleitung 40 verbunden ist, wobei das zweite Rückschlagventil 46 in Richtung der zweiten Druckkammer 14 sperrt. Durch die zuvor beschriebene Anordnung der Rückschlagventile 42 und 46 wird durch die an den Anschlägen 22 bzw. 24 anschlagende Anschlageinrichtung 20 auch jeweils die fluidleitende Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer 14 und dem jeweiligen Rückschlagventil 42 bzw. 46 unterbrochen. Auf diese Weise kann in der zweiten Druckkammer 14 ein Druckausgleich mit der Umgebung stattfinden, wobei je nach Bewegungsrichtung 30, 32 der Membran 16 der Druckausgleich über das erste oder zweite Rückschlagventil 42 bzw. 46 erfolgt und das jeweils andere Rückschlagventil von der zweiten Druckkammer 14 durch die Anschlageinrichtung 20 getrennt ist. Hierdurch ist gewährleitstet, dass sowohl eine Bewegung der Membran 16 unter Einfluss eines Überdruckes in der ersten Kammer 12 in die zweite Richtung 32 zum Öffnen der Bypassklappe 10 als auch eine Bewegung der Membran 16 unter Einfluss der Kraft der Feder 34 in die erste Richtung 30 zum Schließen der Bypassklappe 10 ungehindert erfolgen kann. D.h. beispielsweise, dass die Bypassklappe 10 schnell und sicher schließt, so dass sich ein Ladedruck schnell aufbaut. Andererseits öffnet sich die Bypassklappe 10 schnell und zuverlässig, so dass ein niedriger Grundladedruck in diesem Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit entsprechend reduziertem Kraftstoffverbrauch erzielt wird.

Optional ist in der dritten Druckleitung 40 zusätzlich ein drittes Rückschlagventil 48 angeordnet.

Durch die Anordnung der zweiten und dritten Druckleitung 38, 40 in Kombination mit den Rückschlagventilen 42, 46 und dem Schließmechanismus mittels der Anschlageinrichtung 20 ist auf einfache und funktionssichere Weise eine doppelt wirkende Steuerdose realisiert, die auch die zweite Druckkammer 14 zum Bewegen der Membran 16 nutzt. Hierbei ist ein Taktventil in der zweiten und dritten Druckleitung 38, 40 nicht erforderlich, wodurch sich besondere Ersparnisse bzgl. Herstellung, Montage und Betrieb der erfindungsgemäßen Steuerdose ergeben. Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Steuerdose wird nachfolgend anhand der 2 bis 4 näher erläutert. In den 2 bis 4 sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der 1 verwiesen wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die nachfolgende Beschreibung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Aktuators lediglich beispielhaft anhand der konkreten Ausführungsform in Form der in den 1 bis 4 dargestellten Steuerdose erfolgt, jedoch diese Beschreibung der Funktionsweise nicht auf diese konkrete Ausführungsform gemäß der 1 bis 4 beschränkt ist.

2 veranschaulicht das Öffnen der Bypassklappe 10, um die Turbine des Abgasturboladers im Wesentlichen zu umgehen und lediglich einen reduzierten Ladedruck aufrecht zu erhalten, wobei die erste Druckkammer 12 über die erste Druckleitung 36 und ein Taktventil (nicht dargestellt) mit der Druckquelle (nicht dargestellt), in diesem Fall dem Saugrohr der Brennkraftmaschine, verbunden wird, so dass sich in der ersten Druckkammer 12 relativ zur zweiten Druckkammer 14 ein Überdruck aufbaut. Dieser bewegt die Membran 16 in die zweite Richtung 32, d.h. in Richtung der Öffnungsstellung 28 der Bypassklappe 10. Hierbei schlägt die Anschlageinrichtung 20 an dem zweiten Anschlag 24 an, verschließt dadurch die Verbindung der zweiten Druckkammer 14 mit der zweiten Druckleitung 38 und dem ersten Rückschlagventil 42 und schiebt die Betätigungsstange 18 in die zweite Richtung 32, wodurch die Bypassklappe 10 in die geöffnete Stellung 28 bewegt wird. Da die fluidleitende Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer 14 und der dritten Druckleitung 40 und damit mit dem zweiten Rückschlagventil 46 weiterhin besteht, kann bei der Bewegung der Membran 16 in die zweite Richtung 32, die eine Reduzierung des Volumens der zweiten Druckkammer 14 bewirkt, Luft aus der zweiten Druckkammer 14 über das zweite Rückschlagventil 46 an die Umgebung 44 entweichen. Hierdurch ist verhindert, dass sich durch die Bewegung der Membran 16 in der zweiten Dcuckkammer 14 ein Gegendruck durch komprimierte Luft aufbaut. Daher kann sich die Membran 16 ohne entsprechenden Widerstand in die zweite Richtung 32 bewegen und über die Betätigungsstange 18 die Bypassklappe 10 zügig öffnen. Bei einem Tastverhältnis des in der ersten Druckleitung 36 angeordneten Taktventils (nicht dargstellt) von 0% wird die Bypassklappe 10 voll geöffnet.

3 veranschaulicht das Schließen der Bypassklappe 10 zum Aufbauen eines Ladedruckes durch Bewegen der Membran 16 in die erste Richtung 30 mittels der Kraft der Feder 34 und einem Überdruck in der zweiten Druckkammer 14. Die zweite Druckkammer 14 wird über die zweite Druckleitung 38 mit der Druckquelle (nicht dargestellt), in diesem Fall dem Saugrohr der Brennkraftmaschine, verbunden, so dass sich in der zweiten Druckkammer 14 relativ zur ersten Druckkammer 12 ein Überdruck aufbaut. Dieser bewegt die Membran 16 in die erste Richtung 30, d.h. in Richtung der Schließstellung 26 der Bypassklappe 10. Hierbei schlägt die Anschlageinrichtung 20 an dem ersten Anschlag 22 an, verschließt dadurch die Verbindung der zweiten Druckkammer 14 mit der dritten Druckleitung 40 und dem zweiten Rückschlagventil 46 und schiebt die Betätigungsstange 18 in die erste Richtung 30, wodurch die Bypassklappe 10 in die geschlossene Stellung 26 bewegt wird. Da die fluidleitende Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer 14 und der dritten Druckleitung 40 sowie dem zweiten Rückschlagventil 46 unterbrochen ist, kann der Überdruck nicht durch das zweite Rückschlagventil 46 entweichen und das erste Rückschlagventil sperrt in Richtung der Umgebung 44. Bei einem Tastverhältnis des in der ersten Druckleitung 36 angeordneten Taktventils (nicht dargstellt) von 100% ist die erste Druckkammer 12 drucklos und die Bypassklappe 10 wird durch den Überdruck in der zweiten Druckkammer 14 und die Kraft der Feder 34 vollständig geschlossen.

4 veranschaulicht das Öffnen der Bypassklappe 10, wobei in der Druckquelle, die in dem vorliegenden Beispiel das Saugrohr der Brennkraftmaschine ist, relativ zur Umgebung 44 ein Unterdruck herrscht. In diesem Falle kann in der ersten Druckkammer 12 kein Überdruck aufgebaut werden, da die Druckquelle bzw. das Saugrohr lediglich einen Unterdruck zur Verfügung stellt. Daher wird die Druckquelle bzw. das Saugrohr über die dritte Druckleitung 40 mit der zweiten Druckkammer 14 verbunden, wodurch sich in der zweiten Druckkammer 14 relativ zur ersten Druckkammer 12 ein Unterdruck ergibt, der die Membran 16 in die zweite Richtung 32, d.h. in Richtung der Öffnungsstellung 28 der Bypassklappe 10, saugt. Hierbei schlägt, analog wie beim Ablauf gemäß 2, die Anschlageinrichtung 20 an dem zweiten Anschlag 24 an, verschließt dadurch die Verbindung der zweiten Druckkammer 14 mit der zweiten Druckleitung 38 und dem ersten Rückschlagventil 42 und schiebt die Betätigungsstange 18 in die zweite Richtung 32, wodurch die Bypassklappe 10 in die geöffnete Stellung 28 bewegt wird. Das zweite Rückschlagventil 46 ist in Sperrrichtung mit Druck beaufschlagt und das erste Rückschlagventil 42 ist von der zweiten Druckkammer 14 getrennt, so dass keine Luft von der Umgebung 44 in die zweite Druckkammer 14 einströmen und sich der Unterdruck in der zweiten Druckkammer 14 aufbauen und die Membran 16 mit ausreichender Kraft gegen die Feder 34 bewegen kann. Das optionale dritte Rückschlagventil 48 hält den Unterdruck in der zweiten Druckkammer 14 bis zur nächsten Ansteuerung des Taktventils in der ersten Druckleitung 36 oder dem Einleiten von Überdruck über die zweite Druckleitung 38 in die zweite Druckkammer 14 zum Schließen der Bypassklappe 10, so dass die Bypassklappe 10 auch bei Schwankungen des Druckes in der Druckquelle bzw. dem Saugrohr geöffnet bleibt.

Durch das mit Unterdruck unterstützte Öffnen der Bypassklappe 10 entsprechend dem Ablauf von 4, kann der Grundladedruck bei geöffneter Bypassklappe 10 im Vergleich zu herkömmlichen doppeltwirkenden Wastegatedosen weiter abgesenkt werden. Die Anordnung des ersten und zweiten Rückschlagventils 42, 46 in der Steuerdose verbindet die Vorteile einer doppelt wirkenden Steuerdose mit einem reduzierten Grundladedruck und damit einem reduzierten Verbrauch sowie einem sicheren Schließen der Bypassklappe 10, was einen schnellen Ladedruckaufbau erzielt, bei gleichzeitig vereinfachter Ansteuerung der zweiten Druckkammer 14.


Anspruch[de]
Aktuator, insbesondere Steuerdose, zum Betätigen eines Stellelementes (10), insbesondere einer Bypassklappe eines Bypassventils einer Abgasturbine eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Druckkammer (12), welche über eine erste Druckleitung (36) wahlweise mit einer Druckquelle verbindbar ist, einer zweiten Druckkammer (14), welche über eine zweite Druckleitung (38) wahlweise mit einer Druckquelle verbindbar ist, einem Trennelement (16), welches die beiden Druckkammern (12, 14) voneinander trennend und deren Volumen verändernd bewegbar angeordnet ist, einer das Trennelement (16) in eine erste Richtung (30) mit Kraft beaufschlagenden Feder (34) und einem das Trennelement (16) mit dem Stellelement (10) verbindenden Betätigungselement (18), welches eine Bewegung des Trennelementes (16) auf das Stellelement (10) überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Druckkammer (14) über wenigstens ein Rückschlagventil (42, 46) mit dem Umgebungsdruck (44) verbunden ist. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Druckkammer (14) über ein erstes Rückschlagventil (42) mit dem Umgebungsdruck (44) verbunden ist, wobei das erste Rückschlagventil (42) in Richtung des Umgebungsdruckes (44) schließend eingebaut ist. Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rückschlagventil (42) mit seinem dem Umgebungsdruck (44) abgewandten Ende mit der zweiten Druckleitung (38) verbunden ist. Aktuator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der zweiten Druckkammer (14) verbundene dritte Druckleitung (40) zum wahlweisen Verbinden der zweiten Druckkammer (14) mit einer Druckquelle vorgesehen ist. Aktuator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Schließvorrichtung (20) zum Schließen der fluidleitenden Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer (14) und dem ersten Rückschlagventil (42) vorgesehen ist, wobei die erste Schließvorrichtung (20) derart ausgebildet ist, dass sie die fluidleitende Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer (14) und dem ersten Rückschlagventil (42) schließt, wenn ein in die zweite Druckkammer (14) eingeleiteter Unterdruck das Trennelement (16) in eine der ersten Richtung (30) entgegengesetzte zweite Richtung (32) bewegt. Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schließvorrichtung (20) zusätzlich derart ausgebildet ist, dass diese bei Schließen der fluidleitenden Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer (14) und dem ersten Rückschlagventil (42) zusätzlich die fluidleitende Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer (14) und der zweiten Druckleitung (38) schließt. Aktuator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Druckkammer (14) über ein zweites Rückschlagventil (46) mit dem Umgebungsdruck (44) verbunden ist, wobei das zweite Rückschlagventil (46) in Richtung der zweiten Druckkammer (14) schließend eingebaut ist, und wobei eine zweite Schließvorrichtung (20) vorgesehen ist, welche bei einem Überdruck in der zweite Druckkammer (14) relativ zur ersten Druckkammer (12) zum Bewegen des Trennelementes (16) in die erste Richtung (30) die fluidleitende Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer (14) und dem zweiten Rückschlagventil (46) schließt. Aktuator nach Anspruch 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rückschlagventil (46) mit seinem dem Umgebungsdruck (44) abgewandten Ende mit der dritten Fluidleitung (40) verbunden ist. Aktuator nach Anspruch 4 und 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schließvorrichtung (20) zusätzlich derart ausgebildet ist, dass diese bei Schließen der fluidleitenden Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer (14) und dem zweiten Rückschlagventil (46) zusätzlich die fluidleitende Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer (14) und der dritten Druckleitung (40) schließt. Aktuator nach wenigstens einem der Ansprüche 4 oder 5 und nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Schließvorrichtung als eine einzige gemeinsame Schließvorrichtung (20) ausgebildet sind. Aktuator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige gemeinsame Schließvorrichtung als ein mit dem Trennelement (16) verbundenes Anschlagelement (20) ausgebildet und derart angeordnet ist, dass das Anschlagelement (20) an einer Öffnung der zweiten Druckleitung (38) innerhalb der zweiten Druckkammer (14) anschlägt und diese Öffnung dichtend verschließt, wenn sich das Trennelement (16) aufgrund einer Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Druckkammer (12, 14) in die zweite Richtung (32) bewegt und dass das Anschlagelement (20) an einer Öffnung der dritten Druckleitung (40) innerhalb der zweiten Druckkammer (14) anschlägt und diese Öffnung dichtend verschließt, wenn sich das Trennelement (16) aufgrund einer Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Druckkammer (12, 14) in die erste Richtung (30) bewegt. Aktuator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (20) zusätzlich derart angeordnet und ausgebildet ist, dass es die Bewegung des Trennelementes (16) auf das Betätigungselement (18) überträgt. Aktuator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (16) zwischen der ersten und zweiten Druckkammer (12, 14) eine Membran oder ein Kolben ist. Aktuator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (18) eine Betätigungstange, insbesondere eine Kolbenstange ist. Aktuator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (34) in der zweiten Druckkammer (14) angeordnet ist. Aktuator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Richtung (30) in Richtung einer Schließstellung (26) des Stellelementes (10) gerichtet ist. Aktuator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Richtung (32) in Richtung einer Offenstellung (28) des Stellelementes (10) gerichtet ist. Aktuator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckquelle ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine ist.






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