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Die Erfindung betrifft einen elektropneumatischen Wandler, der beispielsweise zur pneumatischen Steuerung in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, indem aus dem Ansaugdruck einer Brennkraftmaschine und dem atmosphärischen Druck ein Mischdruck gebildet wird, der einem Verbraucher, beispielsweise einem Abgasrückführungsventil, zugeführt wird.
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Ein derartiger Wandler ist beispielsweise in
DE 41 10 003 C1 beschrieben. Dieser weist drei Anschlüsse auf, wobei der erste Anschluss mit einem Unterdruck und der zweite Anschluss mit Atmosphärendruck und der dritte Anschluss mit einem Mischdruck des ersten und des zweiten Anschlusses beaufschlagt ist, der einem Verbraucher, beispielsweise einem Abgasrückführungsventil zugeführt wird. Ferner weist dieser Wandler eine Ventileinrichtung sowie einen fest mit dieser verbundenen Tauchanker auf, der durch einen Elektromagneten verschiebbar ist, so dass die Stellung der Ventileinrichtung verändert werden und der dem Verbraucher zugeführte Mischdruck geregelt werden kann. Die Ventileinrichtung sowie der mit ihr verbundene Anker sind in axialer Richtung beweglich an einer Membran aufgehängt.
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Aus der
DE 44 04 740 A1 ist ein Druckwandler bekannt, der einen elastischen Formring als Anschlagdämpfer aufweist mittels dessen bei bestromter Spule ein Anschlag zwischen Anker und Kern gedämpft wird. Im übrigen Arbeitsbereich kann der Anker in axialer Richtung frei schwingen.
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Nachteilig an einem solchen Druckwandler ist, dass der Anker und die Ventileinrichtung in axialer Richtung frei schwingen können, wobei unerwünschte Schwingungen insbesondere durch Motorvibrationen oder durch Druckpulsationen seitens der angeschlossenen Komponenten hervorgerufen werden können. Besonders häufig tritt dieser unerwünschte Effekt in Verbindung mit Unterdruckpulsationen auf.
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Weiterhin können Pulsationen in einem Zustand auftreten, in dem der Elektromagnet nicht von einem Strom durchflossen ist und damit keine Kraft auf den Tauchanker und die Ventileinrichtung übertragen kann. Unerwünschte Schwingungen des Tauchankers und der Ventileinrichtung führen zu Störungen beim Betrieb der Brennkraftmaschine.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektropneumatischen Druckwandler zu schaffen, der einen verbesserten, störungsfreieren Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Zur Dämpfung der axialen Bewegung des Ankers und der mit ihm verbundenen Ventileinrichtung ist ein Dämpfungselement vorgesehen. Dadurch werden unerwünschte Schwingungen des Ankers und der mit ihm verbundenen Ventileinrichtung in axialer Richtung wirksam vermieden, so dass ein störungsfreierer Betrieb der Brennkraftmaschine möglich ist.
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Insbesondere wird durch die Erfindung eine Verringerung von Pulsationen im stromlosen Zustand sowie im Betriebsbereich des elektropneumatischen Wandlers ermöglicht. Weiterhin führt die Erfindung zu einem besseren Groß- und Kleinsignalverhalten des elektropneumatischen Wandlers beim Belüftungsvorgang.
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Das Dämpfungselement kann insbesondere zwischen der Ventileinrichtung und einem Gehäuse angeordnet sein. Auch kann das Dämpfungselement zwischen dem Anker und einem unter dem Anker befindlichen Eisenkern angeordnet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Dämpfungselement ein Elastomer auf und kann insbesondere aus Elastomer ausgebildet sein.
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Weiterhin kann das Dämpfungselement beispielsweise als Membran oder als Feder ausgebildet sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Dämpfungselement einen Schaumstoff, insbesondere Polyurethan, auf oder ist insbesondere aus diesem ausgebildet.
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Unabhängig vom verwendeten Material kann das Dämpfungselement, wie oben beschrieben, an verschiedenen Stellen des elektropneumatischen Wandlers angebracht sein, so dass eine Dämpfung der axialen Bewegung des Ankers und der mit ihm verbundenen Ventileinrichtung ermöglicht wird.
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Besonders bevorzugt ist es, das Dämpfungselement in die Aufhängevorrichtung zu integrieren, durch die der Ventilkörper und der mit ihm verbundene Anker in axialer Richtung beweglich aufgehängt sind. Beispielsweise kann das Dämpfungselement durch in der Aufhängevorrichtung integrierte Dämpfungsbeinchen realisiert werden, wodurch die Montage eines zusätzlichen Dämpfungselements entfällt. Weiterhin kann das Dämpfungselement in andere vorhandene Bauteile des elektropneumatischen Wandlers integriert werden, d. h. diese Bauteile können neben ihrer eigentlichen Funktion auch eine Dämpfungsfunktion bzgl. der axialen Bewegung des Ankers und der mit ihm verbundenen Ventileinrichtung erfüllen. Der Einsatz eines zusätzlichen Dämpfungselementes ist in einer solchen Anordnung nicht notwendig.
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Besonders bevorzugt ist eine Anordnung des Dämpfungselements an der mit dem Atmosphärendruck beaufschlagten Belüftungsseite des elektropneumatischen Wandlers. Dadurch kann der Schließvorgang der Ventileinrichtung kurz verzögert werden, wodurch das Verhaften des elektropneumatischen Wandlers insbesondere im Kleinsignalbereich verbessert wird. Dabei verschließt die Ventilplatte des Faltenbalgs das Unterdruckrohr, das insbesondere als Messingrohr ausgebildet sein kann, und die Belüftung findet am Faltenbalg vorbei statt. Die durch das Dämpfungselement eingeleitete Kraft auf den Anker bewirkt, dass der im Anker integrierte zweite Ventilsitz verzögert geschlossen wird. Durch die Dichtfläche des Faltenbalgs wird der Unterdruckanschluss (Unterdruckquelle/Pumpe) möglichst lange geschlossen gehalten, um eine Belüftung zu ermöglichen. Eine derartige Anordnung bewirkt insbesondere ein verbessertes Groß- und Kleinsignalverhalten beim Belüftungsvorgang. Der Anschluss zur Atmosphäre soll dabei möglichst lange geöffnet bleiben. Dadurch kann beispielsweise ein Unterdruck schneller abgebaut werden. Wenn der Wirkdruck und die Kraft, die durch den Elektromagneten auf den Anker übertragen wird, annähernd im Gleichgewicht sind, schließt die Ventilebene des Faltenbalgs beide Ventilsitze. Die weitere Belüftung erfolgt nun über den Ventilsitzbypass, bis das endgültige Kräftegleichgewicht erreicht ist.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren erläutert.
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Es zeigen:
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1–5 Schnittansichten verschiedener Ausführungsformen des erfindungsgemäßen elektropneumatischen Wandlers und
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1a–5a Detailansichten der Dämpfungselemente der in den 1–5 dargestellten elektropneumatischen Wandler.
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Gemäß 1 weist ein elektropneumatischer Wandler einen Unterdruckanschluss 10 einen Atmosphärendruckanschluss 12 und einen Mischdruckanschluss 14 auf, der mit einem Mischdruck des Unterdruckanschlusses 10 und des Atmosphärendruckanschlusses 12 beaufschlagt ist. Der Mischdruck wird über den Mischdruckanschluss 14 einem Verbraucher, insbesondere einem Abgasrückführungsventil, zugeführt.
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Die Ventileinrichtung 18, 28 weist einen Ventilköper 18 mit einer Ventilplatte 28 auf. Der Ventilkörper ist über eine Membrane 20 mit einem Gehäuse 32 derart verbunden, dass er in axialer Richtung 30 beweglich ist. Die Membrane 20 ist ringförmig um den Ventilkörper 18 herumgeführt und in einer ringförmigen Ausnehmung des Gehäuses 32 bzw. eines Gehäusedeckels klemmend befestigt. Zwischen dem Ventilkörper 18 und dem Gehäuse 32 bzw. Gehäusedeckel weist die Membrane 20 einen im Wesentlichen bogenförmigen Verlauf auf. Die Membrane 20 ist am Ventilkörper 18 ebenfalls in einer Ausnehmung befestigt, die ringförmig um den Ventilkörper 18 herumführt.
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Mit dem Ventilkörper 18 ist ein Anker 16 fest verbunden und ebenfalls in axialer Richtung beweglich. Der Anker 16 weist ein magnetisches Material auf und kann dadurch bewegt werden, dass ein Elektromagnet 17 mit einem elektrischen Strom beaufschlagt wird.
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Die elektrische Spule des Elektromagneten 17 ist zur Bündelung der magnetischen Feldilnien von einer Eisenummantelung 38 umgeben. Weiterhin ist zwischen dem Anker 16 und der Eisenummantelung 38 ein Luftspalt 40 ausgebildet, in dem ein verstellbarer Eisenkern 34 derart angeordnet ist, dass die Länge des Luftspalts 40 veränderbar ist. Zusätzlich ist ein zweiter Eisenkern 36 vorgesehen, der in eine Ausnehmung 37 des Ankers 16 hineinragt. Zwischen dem ersten Eisenkern 34 und dem Anker 16 ist ein Hohlraum 24 ausgebildet.
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Der Mischdruck, der über den Mischdruckanschluss 14 einem Verbraucher zugeführt wird, stellt sich in einer Ventilkammer 11 ein, die durch die Membrane 20 begrenzt wird. Der Mischdruck ergibt sich dabei aus dem Druck, der dem elektropneumatischen Ventil über den Unterdruckanschluss zugeführt wird, sowie dem Luftdruck, der dem elektropneumatischen Ventil über den Atmosphärendruckanschluss 12 zugeführt wird.
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Durch Veränderung des Stroms, der dem Elektromagneten 17 zugeführt wird, ist eine genaue Regelung des Mischdrucks, der dem Verbraucher zugeführt wird, möglich. Eine genaue Einstellung des Luftspaltes 40 ist durch Verstellung der Eisenkerne 34, 36 möglich, so dass eventuelle Auswirkungen mechanischer und/oder elektromagnetischer Toleranzen ausgeschaltet werden können.
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Gemäß den 1 und 1a ist die Ventilplatte 28 einteilig mit dem Elastomerbalg 19 ausgebildet und dadurch mit dem Anker 16 federnd verbunden. Durch die Ventilplatte 28 kann der Unterdruckanschluss geöffnet und geschlossen werden.
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Das wesentliche Merkmal des erfindungsgemäßen elektropneumatischen Wandlers ist das Dämpfungselement 26, das gemäß 1 als ein Faltenbalg aus Elastomer ausgebildet ist, und zwischen einem Ventilsitzkragen 56 und der Spulenrippe 27 angeordnet ist. Durch diesen Faltenbalg werden unerwünschte Schwingungen des Ankers und der mit ihm verbundenen Ventileinrichtung in axialer Richtung wirksam vermieden, so dass ein störungsloser Betrieb der Brennkraftmaschine möglich ist.
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Gleiche oder ähnliche Komponenten werden in den folgenden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen beschrieben.
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Das Dämpfungselement 26 ist gemäß den 2 und 2a als Teil der Membrane 20 ausgebildet, und kann mit dieser Membrane 20 in einem Spritzvorgang einteilig hergestellt sein. Analog zu den 1 und 1a findet die Wirkung des Dämpfungselementes 26 dadurch statt, dass es sich an einer Seite an der Spulenrippe 27 abstützt und an der gegenüberliegenden Seite eine Kraft in die mit ihm verbundene Membran 20 einleitet. Das Dämpfungselement 26 ist dabei an der Belüftungsseite des elektropneumatischen Wandlers angebracht, d. h. an der Seite, die mit dem Atmosphärendruckanschluss 12, unmittelbar verbunden ist.
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Gemäß 2 und 2a ist das Dämpfungselement 26 ebenfalls innerhalb des Hohlraums 22 angeordnet.
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In 3 und 3a ist ein Dämpfungselement aus Elastomer 26 dargestellt, das innerhalb eines Hohlraums 24 angeordnet ist, der zwischen dem Anker 16 und dem Eisenkern 34 ausgebildet ist.
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In 4 und 4a ist das Dämpfungselement 26 in demselben Hohlraum 24 als Feder ausgebildet.
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5 und 5a zeigen an der gleichen Stelle ein Dämpfungselement aus einem Schaumkörper.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Dämpfungselement als Dämpfungsmembrane 50 und insbesondere als Elastomerring ausgebildet sein, in der bzw. in dem der Anker 16 gelagert ist. Der Elastomerring weist vorzugsweise Silikon auf. Alternativ bzw. zusätzlich dazu können die Hubbewegungen des Ankers 16 sowie der Ventileinrichtung 18, 28 durch am Gehäuse 32 angebrachte Anschläge 44, 46, 48 gedämpft werden. Diese befinden sich vorzugsweise an der Stelle des Gehäuses 32, auf die sich der Ventilkörper 18 bei einer Bewegung in Richtung der Kraft, die die Membrane 20 ausübt, zubewegt.
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Durch eine genaue Abstimmung der Lage der hubverhindernden bzw. hubmindernden Anschläge 44, 46, 48 sowie durch Abstimmung der Federkraft bzw. der Membrankraft ist es möglich, eine Anregungsbeschleunigung von 20 g zu realisieren. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung einer Dämpfungsmembrane 50 mit einer Dicke zwischen 2 mm und 3 mm, so dass Einschränkungen der Funktionen des elektropneumatischen Wandlers, wie beispielsweise Kennlinie (Neigung und Hysterese) bzw. Dynamik (Groß- und Kleinsignal) minimiert werden können.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch eine dickere Dämpfungsmembrane 50 verwendet werden, die Aussparungen aufweist und dadurch flexibler ausgebildet ist. Zur Aufnahme der Dämpfungsmembrane 50 weist der Ventilkörper 18 eine vorzugsweise ringförmige Nut 52 auf.
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Um einen Durchlass in Richtung des Atmosphärendruckanschlusses 12 zu erlauben, weist der Anschlag 46 eine nutförmige Ausnehmung 54 auf, durch die eine Belüftung stattfinden kann. Die Anschläge 46, 48 können beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet sein.
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Zur zusätzlichen Dämpfung der Bewegung des Ventilkörpers 18 kann zwischen dem Ventilkörper 18 und dem Gehäuse 32 einen Feder 42 ausgebildet sein. Diese wird erfindungsgemäß in Verbindung mit weiteren Dämpfungselementen 26, 50 verwendet.
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Es kann sowohl ein einzelnes Dämpfungselement, beispielsweise nur auf einer Seite des Ankers oder der Ventileinrichtung, vorgesehen sein oder auch mehrere Dämpfungselemente, die auf einer oder auf mehreren Seiten des Ankers und der Ventileinrichtung angeordnet sind.
