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Temperaturabhängig steuernde Ventileinrichtung für hydraulische Geräte, insbesondere
Schwingungsdämpfer
Die Erfindung bezieht sich auf eine temperaturabhängig steuernde Ventileinrichtung für hydraulische
Geräte, insbesondere Schwingungsdämpfer, bei der die Grösse der durch zwei Ventilteile begrenzten Dros- selöffnungen durch gegenseitige, zufolge verschiedener Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser Teile zu- standekommende Verstellung derselben regelbar ist.
Bei einer bekannten Ausführung dieser Art ist eine im Kolben des Schwingungsdämpfers vorgesehene ringförmige Drosselöffnung einerseits durch einen aus Gummi bestehenden Einsatzteil, anderseits durch einen an der Kolbenstange vorgesehenen Bund begrenzt. Die Regelung der Grösse der Drosselöffnung soll dabei durch die thermische Ausdehnung bzw. Zusammenziehung des Einsatzteiles erfolgen, u. zw. durch die hiedurch bedingte Querschnittsverengung bzw. -erweiterung der ringförmigen Drosselöffnung, wobei die Ausdehnungen und Zusammenziehungen des Einsatzteiles durch entsprechende Fassung desselben so gelenkt werden sollen, dass sie die die Drosselöffnung einseitig begrenzende Bohrung desselben verengen bzw. erweitern.
Durch eine derartige Ausgestaltung ist aber keineswegs eine solche Regelung der Grösse der Drosselöffnung erreichbar, die unter Bedachtnahme auf eine bestimmte, durch Temperaturverände- rungen bedingte Viskositäts nderung der verwendetenDämpfungsfliissigkeit die Erzielung einer jeweils ge- wünschen, ganz bestimmten Ventilcharakteristik ermöglichen würde. Es ist eben praktisch unmöglich, die thermischen Ausdehnungen bzw. Zusammenziehungen des Einsatzteiles so zu beherrschen und so zu lenken, dass die damit verbundenen Verengungen bzw. Erweiterungen der Drosselöffnung in eine vorgeschriebene Abhängigkeit vom temperaturbedingten jeweiligen Viskositätsgrad der Dämpfungsflüssigkeit gebracht werden könnten.
Die bekannte Ausführung regelt also zwar temperaturabhängig, ohne aber dabei dem Konstrukteur die Möglichkeit zu bieten, den Durchgangswiderstand des Ventiles in den einzelnen Temperaturbereichen entsprechend der gewünschten Ventilcharakteristik festzulegen, mit andern Worten also, den wirksamen Durchflussquerschnitt ganz nach Bedarf der temperaturabhängigen Viskositätskurve der jeweiligen Dämpfungsflüssigkeit anzupassen. Gleiches gilt auch für andere bekannte Ausführungen, bei welchen der Durchflussquerschnitt durch die jeweilige Stellung eines Ventilkörpers bestimmt wird, der durch die thermische Ausdehnung bzw. Zusammenziehung einer auf ihn einwirkenden Spindel seinem Sitz genähert bzw. von diesem entfernt wird.
Bei Veränderung der Distanz des Ventilkörpers von seinem Sitz ändern sich bei diesen Ausführungen übrigens schon die Strömungsverhältnisse in einer Weise, die eine gesetzmässige Angleichung der Drosselwirkung an die jeweils gewünschte Ventilcharakteristik von Anbeginn ausschliessen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventileinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Durchgangswiderstand bei vorgegebener, durch Temperaturänderungen bedingter Änderung der Viskosität der Dämpfungsflüssigkeit in gesetzmässiger, der gewünschten Ventilcharakteristik genau entsprechender Weise veränderlich ist, wodurch die Einrichtung auf die jeweils vorliegenden Verhältnisse und Arbeitsbedingungen abgestimmt werden kann, die bei der Verwendung derartiger Ventileinrichtungen an Dämpfungseinrichtungen, insbesondere Dämpfern für Strassen-und Schienenfahrzeuge, auftreten können.
So ist es bekanntlich bei Schwingungsdämpfern in gewissen Fällen erforderlich, die Dämpfung, also den Durchflusswiderstand der betreffenden Ventileinrichtung, über eine weite Temperaturspanne konstant zu
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halten, obwohl sich die Viskosität der Dämpfungsflüssigkeit innerhalb des betreffenden Temperaturberei- ches sehr stark ändert. In andern Fällen wird bei Schwingungsdämpfern die Forderung gestellt, die Ven- tileinrichtung so auszubilden, dass ihr Durchflusswiderstand mit steigender Temperatur, also abnehmender
Viskosität des Dämpfungsmittels, nicht konstant bleibt oder geringer wird, sondern vielmehr ebenfalls steigt.
Auf letztere Art lassen sich nämlich auf dem Umweg über den Schwingungsdämpfer gewisse Un- zulänglichkeiten in der Kennlinie von Blattfederungen, insbesondere an Kraftwagen, kompensieren, die unter anderem dadurch bedingt sind, dass bei Blattfederpaketen die Federungscharakteristik erheblich von der jeweiligen Zähflüssigkeit der zwischen den einzelnen Federblättern sowie im Bereiche der Federge- hänge befindlichen Schmiermittelschichten, d. h. also letzthin von der Aussentemperatur, abhängig ist.
Erfindungsgemäss wird das gestellte Problem dadurch gelöst, dass bei einer Ventileinrichtung der ein- gangs genannten Art die beiden die Drosselöffnungen begrenzenden Ventilteile als übereinander angeord- nete und hiebei aneinander in Anlage gehaltene Ventilplatten ausgebildet sind, durch deren unterschied- liche thermische radiale Ausdehnung bzw. Zusammenziehung die in der einen, vorzugsweise aus Metall bestehenden Ventilplatte vorgesehenen Drosselöffnungen durch die andere, vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Ventilplatte bei aufrechterhaltener gegenseitiger Plattenanlage in radialer Richtung veränder- lich abdeckbar sind.
Im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen ermöglicht eine solche Ausgestaltung eine vollständig genaue Abstimmung der Ventileinrichtung auf die bei vorgegebener Änderung der Flüs- sigkeitsviskosität gewünschte Ventilcharakteristik, da die durch Temperaturänderungen bedingten Grössen- änderungen der Drosselöffnungen und damit auch die diesbezüglichen Änderungen der Flüssigkeitsdrosse- lung mit aller Schärfe den jeweiligen Verhältnissen entsprechend vorwählbar sind.
In diesem Sinne können in weiterer Ausbildung des Erfindungsgegenstandes die in der einen Ventil- platte vorgesehenen Drosselöffnungen in ihren durch die andere Ventilplatte abdeckbaren Bereichen einen
Begrenzungsverlauf aufweisen, der bei unterschiedlicher thermischer Ausdehnung bzw. Zusammenzie- hung der aneinander anliegenden Ventilplatte den bei vorgegebener Viskosität der Dämpfungsflüssigkeit einer gewünschten Ventilcharakteristik entsprechenden Drosselquerschnitt ergibt. Der Konstrukteur kann dabei den Begrenzungsverlauf der in der einen Ventilplatte vorgesehenen Drosselöffnungen so wählen, dass der Durchflusswiderstand über den vorgesehenen Viskositätsbereich entweder konstant bleibt, oder aber beispielsweise mit steigender Temperatur ebenfalls ansteigt.
Wie eingangs bereits erwähnt, lassen sich auf letztere Weise unter anderem auch die bei geschichteten Blattfederpaketen auftretenden Unzu- kömmlichkeiten ausgleichen.
Zweckmässigerweise können die in der einen Ventilplatte vorgesehenen Drosselöffnungen über den
Umfang der andern Ventilplatte unter Bildung eines von dieser stets freigelassenen Vorlaufquerschnittes hinausgreifen. Um mit der gleichen Ventileinrichtung ohne Umbau verschiedene Dämpfungsbereiche beherrschen zu können, kann die mit denDrosselöffnungen versehene Ventilplatte aus zwei übereinander an- geordneten Einzelplatten bestehen, von denen die eine gegenüber der andern unter Veränderung des durch die Drosselöffnungen der beiden Einzelplatten gebildeten Durchströmquerschnittes blendenartigverdrehbar ist.
Weitere Merkmale der Erfindung sind an Hand der Zeichnung erläutert, die zwei Ausführungsbeispiele
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Schnitt nach der Linie C - C der Fig. 4.
Mit 1 ist das Zylinderrohr, mit 2 die Kolbenstange eines hydraulischen Schwingungsdämpfers der Einrohrbauweise veranschaulicht. Die Kolbenstange ist mit einer Längsbohrung 3 versehen, die ihrerseits in an sich bekannter Weise mit einem nicht gezeichneten, am Kopfende des eigentlichen Dämpfers angeordneten Ausgleichsraum für das Kolbenstangenvolumen in Verbindung steht. Nach unten hin ist die Bohrung 3 verschlossen.
Die beiden die Drosselöffnungen 9 bzw. 9'begrenzenden Ventilteile sind als übereinander angeordnete und hiebei aneinander inAnlage gehaltene Ventilplatten 5,11 bzw. 5', 11'ausgebildet, die einen Teil des Kolbenkörpers K des Schwingungsdämpfers bilden. Die Ventilplatten 5, 5'weisen gekröpften Querschnitt auf und sind aus Metall, beispielsweise Stahl, gefertigt. Sie sind mittels einer Mutter 6 unter Zwischenschaltung von zwei Sternscheiben 7, 7' fest mit der Kolbenstange 2 verbunden und dienen gleichzeitig als Halterung für die die Abdichtung des Kolbenkörpers K gegenüber dem Zylinderrohr 1 bewirken- den Kolbenringe 8, 8'. Letztere kann man beispielsweise aus Kunststoff mit einem inkorporierten Schmiermittelzusatz, wie z. B. Molybdändisulfid, herstellen.
Durch unterschiedliche thermische radiale Ausdeh -
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nung bzw. Zusammenziehung der aneinander inAnlage gehaltenen Ventilplatten 5,11 bzw. 5', 11'sind die in der einen, aus Metall bestehenden Ventilplatte 5 bzw. 5'vorgesehenen Drosselöffnungen 9 bzw. 9' durch die andere, vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Ventilplatte 11 bzw. 11'bei aufrecht erhaltener gegenseitiger Plattenanlage in radialer Richtung veränderlich abdeckbar. Die Ventilplatten 11, 11'können auch aus einem andern Material als Kunststoff hergestellt sein ; Voraussetzung ist lediglich dass sich der Wärmeausdehnungskoeffizient des betreffenden Materials von jenem der Ventilplatten 5. 5'möglichst stark unterscheidet.
Die Ventilplatten 11. 11'stehen dabei unter dem Einfluss von gewendelten Druckfedern 12, 12', so dass sie unter dem Flüssigkeitsdruck als Rückschlagventile zu wirken vermö- gen.
Die in der einen Ventilplatte 5 bzw. 5'vorgesehenen Drosselöffnungen 9 bzw. 9'weisen in ihren durch die andere Ventilplatte 11 bzw. 11'abdeckbaren Bereichen einen Begrenzungsverlauf (s. Fig. 2 und 3) auf, der bei unterschiedlicher thermischer Ausdehnung bzw. Zusammenziehung der aneinander anliegenden Ventilplatten 5,11 bzw. 5', 11'den bei vorgegebener Viskosität der Dämpfungsflüssigkeit einer gewünschten Ventilcharakteristik entsprechendenDrosselquerschnitt ergibt. Die Drosselöffnungen 9 bzw. 9'greifen dabei über den Umfang der Ventilplatte 11 bzw. 11'unter Bildung eines von dieser stets freigelassenen Vorlaufquerschnittes 17 (Fig.
3) hinaus, wobei die zylindrischen Umfangsflächen des Kol- benkörpersK durch die abgebogenen Umfangsteile der über den Umfang der Ventilplatten 11, 11'unter Freilassung des besagten Vorlaufquerschnittes vorragenden Ventilplatten 5. 5'gebildet sind.
Die mit den Drosselöffnungen 9, 9'versehenen Ventilplatten 5, 5'weisen zusätzliche Durchlassöffnungen 10, 10'auf, die durch ihnen zugeordnete, in an sich bekannter Weise durch Bimetall-Tellerfe- dern gebildete Ventile 13, 13'steuerbar sind. Dadurch wird auf einfache Weise auch für die Ventile 13, 13'eine temperaturabhängige Arbeitsweise erreicht. Die aus Kunststoff bestehenden Ventilplatten 11, 11'wirken dabei mit den die Drosselöffnungen9, 9'enthaltenden Ventilplatten 5, 5'auch nach Art von Rückschlagventilen zusammen.
Die gleichzeitig als Distanzierelemente dienenden Sternscheiben 7, 7'sind mit radial verlaufenden Nuten 14,15 versehen, so dass der Raum zwischen den Ventilplatten 5, 5'über diese Nuten und über radiale Kolbenstangenbohrungen 16 mit der Längsbohrung 3 der Kolbenstange 2 und damit auch mit dem Ausgleichsraum des Schwingungsdämpfers in Verbindung steht.
Wie bereits erwähnt, kann der Konstrukteur durch entsprechende Wahl des Begrenzungsverlaufes der in den Ventilplatten 5, 5'vorgesehenen Drosselöffnungen 9, 9'den jeweiligen Durchflusswiderstand der Ventileinrichtung und damit die Charakteristik derselben sowie des Schwingungsdämpfers innerhalb eines weiten Temperaturbereiches in fallweise gewünschter Art genau festlegen, also vorwählen. Wie aus Fig. 3 erkennbar, lässt sich mit dem dort wiedergegebenen Begrenzungsverlauf der Öffnungen 9 und 9'bereits bei nur geringfügig unterschiedlicher thermischer Ausdehnung bzw.
Zusammenziehung der aneinander anliegenden Ventilplatten 5,11 bzw. 5', 11'eine sehr erhebliche, ja sogar sprunghafte Veränderung des Durchströmquerschnittes der Drosselöffnungen erzielen, wobei durch entsprechende Wahl des besagten Begrenzungsverlaufes aber auch allen sonstigen praktisch vorkommenden Forderungen hinsichtlich der Dämp- fungscharakteristik der vollautomatisch arbeitenden Ventileinrichtung entsprochen werden kann.
Die Vorlaufquerschnitte 17 sind dabei den zusätzlichen Durchlassöffnungen 10, 10'parallelgeschaltet
Beim Einstossen des Kolbenkörpers K (Pfeilrichtung 18), d. h. beim Einfedern des Schwingungsdämpfers, liegt die Ventilplatte 11', unter der Wirkung des Flüssigkeitsdruckes auf der Ventilplatte 5'auf, so dass von den Drosselöffnungen 9'der Bereich offen ist, der den vorgegebenen Durchmesserunterschieden der Ventilplatten bei der gerade vorliegenden Temperatur entspricht. Der konstruktiv vorausberechnete
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sigkeit über die unter dem Staudruck sich ebenfalls öffnende Ventilplatte 11 von der Kammer 19 des Schwingungsdämpfers nach der oberen Kammer 20 abströmen kann.
Ein Teil der Dämpfungsflüssigkeit wandert währenddessen über die Nuten 14,15 und die Bohrungen 16 zur Bohrung 3 der Kolbenstange und von da aus zum nicht gezeichneten Ausgleichsraum. Wichtig ist, dass hiebei dieser Ausgleichsraum hinter dem drosselnden Querschnitt der Ventileinrichtung, also auf der Lee-Seite (Niederdruckseite) des Dämpfers liegt.
Beim Ausfedern des Schwingungsdämpfers (Pfeilrichtung 21) ist die Wirkungsweise entsprechend, nur kommen jetzt die Ventilplatten 11 und 5 zur Anlage, während sich die Ventilplatten 11'und 5'abheben. Aus dem Ausgleichsbehälter strömt die für den Volumenausgleich erforderliche Flüssigkeitsmenge über die Bohrungen 16 und die Nuten 14,15 wieder nach der Kammer 19 zurück.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 besteht die mit denDrosselöffnungen 9 verse -
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hene Ventilplatte aus zwei übereinander angeordneten Einzelplatten 5 und 22, von denen die eine (Plat- te 22) gegenüber der andern (Platte 5) unter Veränderung des durch die Drosselöffnungen der beiden Ein- zelplatten gebildeten Durchströmquerschnittes blendenartig verdrehbar ist. Eine gegenseitige Fixie- rung der beiden Einzelplatten 5,22 kann dabei auf verschiedenste Weise erreicht werden, beispielsweise dadurch, dass die Einzelplatte 22 unter Vorspannung in die Einzelplatte 5 eingesetzt wird.
Durch entspre- chendes Verdrehen der Einzelplatte 22 gegenüber der Einzelplatte 5 kann dann durch dementsprechendes Überlagern der Einzeldrosselöffnungen 23 und 9 der Grundrissquerschnitt der tatsächlichen Drosselöffnung
24 verändert und damit auf den jeweils gewünschten Sollwert eingestellt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Temperaturabhängig steuernde Ventileinrichtung für hydraulische Geräte, insbesondere Schwin- gungsdämpfer, bei der die Grösse der durc ! zwei Ventilteile begrenzten Drosselöffnungen durch gegenseitige, zufolge verschiedener Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser Teile zustandekommende Verstellung derselben regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden die Drosselöffnungen (9 bzw. 9') begren- zendenVentilteile als übereinander angeordnete und hiebei aneinander in Anlage gehaltene Ventilplatten (5,11 bzw. 5', 11') ausgebildet sind, durch deren unterschiedliche thermische radiale Ausdehnung bzw.
Zusammenziehung die in der einen, vorzugsweise aus Metall bestehenden Ventilplatte (5 bzw. 5') vorge- sehenen Drosselöffnungen (9 bzw. 9') durch die andere, vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Ventilplatte (11 bzw. 11') bei aufrechterhaltener gegenseitiger Plattenanlage in radialer Richtung veränderlich abdeckbar sind.