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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Dämpfer mit mindestens einer von einem Hydraulikmedium durchströmten Drossel, deren Durchströmungsquerschnitt variabel ist.
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STAND DER TECHNIK
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Es ist bekannt, dass sich die Dämpfung eines hydraulischen Dämpfers ändert, d. h. abnimmt, wenn die Viskosität seines Hydraulikmediums infolge einer Temperaturerhöhung sinkt.
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Als Gegenmaßnahme zu der mit Temperaturerhöhung sinkenden Viskosität des Hydraulikmediums ist es aus der
EP 0 430 083 A1 bekannt, eine Heiz- und Kühlvorrichtung für das Hydraulikmedium vorzusehen, um über die Viskosität des Hydraulikmediums eine gewünschte Dämpfung einzustellen.
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Aus der
DE 10 2006 026 123 B3 ist es bei einem Verfahren zum Dämpfen von Bewegungen eines um eine Rotorachse rotierenden Rotors radial zu der Rotorachse bekannt, ein Hydraulikmedium in einem um die Rotorachse herum verlaufenden Ringspalt mit unterschiedlichen Drücken zu beaufschlagen, um eine aktive Dämpfung zu bewirken. Um dabei der Temperaturabhängigkeit der Viskosität des Hydraulikmediums zu begegnen, wird entweder ein Temperiermittel für das Hydraulikmedium vorgesehen, oder die Temperatur des Hydraulikmediums wird erfasst, um sie bei der Festlegung der Drücke zu berücksichtigen, so dass die gewünschte Dämpfung unabhängig von der Temperatur und damit der Viskosität des Hydraulikmediums erreicht wird.
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Grundsätzlich sind auch hydraulische Dämpfer bekannt, bei denen der Durchströmungsquerschnitt einer von einem Hydraulikmedium durchströmten Drossel zur Einstellung der Dämpfung des Dämpfers variabel ist.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Dämpfer aufzuzeigen, bei dem der mit einer Temperaturerhöhung des Hydraulikmediums verbundenen Viskositätsverringerung auf einfache aber doch effektive Weise begegnet wird.
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LÖSUNG
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen hydraulischen Dämpfer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dämpfers sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei dem erfindungsgemäßen hydraulischen Dämpfer ist eine passive Kompensationseinrichtung für eine infolge einer Temperaturerhöhung des Hydraulikmediums eintretende Abnahme einer Dämpfung. des Dämpfers vorgesehen. Zumindest in einem Teilbereich eines Arbeitstemperaturbereichs des Dämpfers verengt diese Kompensationseinrichtung den Durchströmungsquerschnitt einer von dem Hydraulikmedium durchströmten Drossel. Mit dieser Verengung ist jedoch nicht allein eine solche Verengung gemeint, wie sie durch eine mit der Temperaturerhöhung einhergehende thermische Ausdehnung des den Durchströmungsquerschnitt begrenzenden Materials der Drossel verbunden sein mag. Eine solche durch einfache thermische Ausdehnung bewirkte Verringerung des Durchströmungsquerschnitts der Drossel tritt bei vielen Drosselkonfigurationen sowieso auf, ohne dass sie die gewünschte Kompensation der Abnahme der Viskosität mit ansteigender Temperatur bewirken kann. Die erfindungsgemäße Kompensationseinrichtung weist geeignete Mittel auf, für die im Folgenden verschiedene Beispiele angegeben werden, um eine erheblich größere Verengung des Durchströmungsquerschnitts der Drossel zu erreichen, so dass die mit zunehmender Temperatur abnehmende Viskosität des Hydraulikmediums zumindest bereichsweise zumindest im Wesentlichen kompensiert wird.
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Es liegt auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die passive Kompensationseinrichtung die infolge der Temperaturerhöhung des Hydraulikmediums abnehmende Dämpfung des Dämpfers in dem angesprochenen Teilbereich des Arbeitstemperaturbereichs des Dämpfers durch Verengung des Durchströmungsquerschnitts der Drossel überkompensiert. Eine passive Kompensation der mit der Temperaturerhöhung einhergehenden Viskositätsabnahme des Hydraulikmediums ohne geregelten Eingriff in den Dämpfer von außen wird es nur bei sehr genauer Abstimmung auf das jeweilige Hydraulikmedium ermöglichen, die Dämpfung des Dämpfers über einen größeren Temperaturbereich konstant zu halten. Eine unerwünschte Abnahme der Dämpfung des hydraulischen Dämpfers kann aber auch dadurch verhindert werden, dass in dem Teilbereich des Arbeitstemperaturbereichs des Dämpfers eine Überkompensation erfolgt.
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Konkret kann die Verengung des Durchströmungsquerschnitts der Drossel in dem Teilbereich des Arbeitstemperaturbereichs des Dämpfers so ausgeprägt sein, dass sie den Arbeitstemperaturbereich in einen unteren Temperaturbereich geringerer Dämpfung und einen oberen Temperaturbereich höherer Dämpfung des Dämpfers unterteilt, um beispielsweise gezielt größere Amplituden einer schwingenden Struktur zu bedämpfen, die eine Erhöhung der Temperatur des Hydraulikmediums zur Folge haben.
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Konkret kann die über die normale thermische Ausdehnung des angrenzenden Materials hinausgehende Verengung des Durchströmungsquerschnitts der Drossel durch Verwendung. mindestens eines Elements aus einem Formgedächtnismaterial erreicht werden, dessen Formänderung den Durchströmungsquerschnitt verengt. Welches Formgedächtnismaterial im Einzelnen zur Anwendung kommen sollte, hängt vom angestrebten Arbeitstemperaturbereich des Dämpfers ab. So kann es sich um eine Formgedächtnislegierung handeln, wenn deren Übergangstemperatur an geeigneter Stelle innerhalb des Arbeitstemperaturbereichs des Dämpfers liegt. Verwendbar sind aber auch Formgedächtnispolymere. Genutzt wird bei dem erfindungsgemäßen Dämpfer die sich einstellende Formänderung des Formgedächtnismaterials, um die über eine reine thermische Ausdehnung des angrenzenden Materials hinausgehende Verengung des Durchströmungsquerschnitts der Drossel zu erreichen.
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Vielfach wird bei dem erfindungsgemäßen Dämpfer die den Durchströmungsquerschnitt verengende Formänderung des Elements aus dem Formgedächtnismaterial eine Verkürzung des Elements zwischen zwei Anbindungspunkten sein. Genutzt wird demnach eine Längenänderung, die in ihrer Richtung der thermischen Ausdehnung mit ansteigender Temperatur entgegen gesetzt ist und die vor allem zu einer um Dimensionen größeren Längenveränderung führt.
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Durch seine Verkürzung kann das Element aus dem Formgedächtnismaterial das den Durchströmungsquerschnitt begrenzende Material der Drossel zusammenziehen oder zusammenschieben. Das heißt, es erfolgt eine elastische Verformung des den Durchströmungsquerschnitt begrenzenden Materials. Zu diesem Zweck muss die Steifigkeit des den Durchströmungsquerschnitt der Drossel begrenzenden Materials ausreichend klein sein, um die gewünschte elastische Verformung des Materials nicht zu verhindern.
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Alternativ kann das Element aus dem Formgedächtnismaterial einen Sperrkörper in Querrichtung in einen Strömungskanal der Drossel hineinbewegen und den Durchströmungsquerschnitt durch den Strömungskanal auf diese Weise verengen. Konkret kann der Sperrkörper ein den Strömungskanal der Drossel zunächst umschließender Ring sein, der dann. in eine exzentrische Lage verschoben wird, in der er den freien Querschnitt des Strömungskanals teilweise sperrt.
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Um thermisch ideal an das Hydraulikmedium angebunden zu sein, steht das Element aus dem Formgedächtnismaterial vorzugsweise in unmittelbarem Kontakt mit dem Hydraulikmedium. Eine ausreichende thermische Ankopplung kann aber auch erreicht werden, wenn das Element aus dem Formgedächtnismaterial z. B. über das den Durchströmungsquerschnitt der Drossel begrenzenden Material an das Hydraulikmedium angekoppelt ist.
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Die Kompensationseinrichtung des erfindungsgemäßen Dämpfers ist nicht zwingend auf die Verwendung eines Elements aus einem Formgedächtnismaterial angewiesen. Alternativ kann sie zum Beispiel eine Übersetzungsanordnung für eine thermische Ausdehnung eines mit dem Hydraulikmedium in thermischem Kontakt stehenden langgestreckten Elements aufweisen. Bereits durch die Streckung des Elements, die längs eines Strömungskanals der Drossel ausgerichtet sein kann, wird eine absolut betrachtet relativ große thermische Ausdehnung erreicht, die dann noch zusätzlich durch die Übersetzungsanordnung vergrößert wird, um insgesamt einen ausreichenden Effekt bezüglich der Verengung des Durchströmungsquerschnitts der Drossel zu erzielen.
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Die passive Kompensationseinrichtung kann den Strömungswiderstand der Drossel auch mit elastisch gegen die Mündung von Strömungskanälen der Drossel beaufschlagten Gegendruckkörpern erhöhen. Konkret kann mit der Temperaturerhöhung des Hydraulikmediums eine Vorspannkraft auf die Gegendruckkörper erhöht werden. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfers sind typischerweise für die beiden Durchströmungsrichtungen der Drossel separate Strömungskanäle vorgesehen, an deren stromab liegenden Mündung der jeweilige Gegendruckkörper angeordnet ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Dämpfer kann neben der passiven Kompensationseinrichtung auch eine aktiv angesteuerte Kompensationseinrichtung vorgesehen sein, die den Durchströmungsquerschnitt der Drossel zusätzlich variiert. Diese Variation kann zur Feinabstimmung der Dämpfung verwendet werden, um sie beispielsweise zumindest in dem Teilbereich des Arbeitstemperaturbereichs des Dämpfers konstant zu halten. Günstig bei der Kombination der passiven und der aktiven Kompensationseinrichtung ist, dass die passive Kompensationseinrichtung die großen Stellwege zur Verfügung stellen kann, so dass die aktive Kompensationseinrichtung für die Feinabstimmung der Dämpfung nur noch kleine Stellwege abzudecken braucht. Zudem stellt die passive Kompensationseinrichtung eine Grundfunktion der Kompensation auch bei Ausfall der aktiven Kompensationseinrichtung bereit.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.
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1 zeigt eine Drossel eines hydraulischen Dämpfers mit einer erfindungsgemäßen Kompensationseinrichtung bei niedriger Temperatur in einem Längsschnitt.
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2 zeigt die Drossel mit der Kompensationseinrichtung gemäß 1 in einem Längsschnitt bei höherer Temperatur.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Drossel in einem den 1 und 2 entsprechenden Längsschnitt bei niedriger Temperatur.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Drossel mit Kompensationseinrichtung in einem den bisherigen Figuren entsprechenden Längsschnitt bei niedriger Temperatur.
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5 zeigt die Drossel mit der Kompensationseinrichtung gemäß 4 in einem Längsschnitt bei höherer Temperatur.
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6 zeigt eine Drossel mit zwei gegensinnig durchströmten Strömungskanälen und mit einer erfindungsgemäßen Kompensationseinrichtung an einem Kolben eines Dämpfers in einem Schnitt längs der Kolbenachse.
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7 zeigt eine andere Ausführungsform einer Drossel mit zwei gegensinnig durchströmten Strömungskanälen und mit einer erfindungsgemäßen Kompensationseinrichtung an einem Kolben eines Dämpfers in einem Schnitt längs der Kolbenachse.
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8 ist ein Längsschnitt durch eine Drossel mit einer erfindungsgemäßen Kompensationseinrichtung in einer weiteren Ausführungsform bei niedriger Temperatur.
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9 ist ein 8 entsprechender Längsschnitt durch dieselbe Ausführungsform der Drossel bei höherer Temperatur.
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10 zeigt ein Bauteil der Drossel gemäß den 8 und 9 in einer axialen Draufsicht.
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11 ist ein Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Drossel mit erfindungsgemäßer Kompensationseinrichtung bei niedriger Temperatur.
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12 zeigt die Drossel gemäß 11 in einem 11 entsprechenden Längsschnitt bei höherer Temperatur; und
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13 ist ein Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Drossel mit erfindungsgemäßer Kompensationseinrichtung, wobei die Drossel oberhalb einer Achse eines Strömungskanals bei niedriger Temperatur und unterhalb der Achse bei höherer Temperatur dargestellt ist.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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Die in 1 gezeigte Drossel 1 ist in einem hydraulischen Dämpfer für die Durchströmung mit einem viskosem Hydraulikmedium 2 vorgesehen, das hier durch einen Pfeil angedeutet ist. Die Reibung zwischen der Drossel 1 und dem hindurchströmenden Hydraulikmedium 2 ist die Grundlage der Dämpfung des Dämpfers. Die Drossel 1 weist einen Strömungskanal 3 auf, dessen freier Querschnitt den Durchströmungsquerschnitt 4 der Drossel 1 definiert. An den Strömungskanal 3 und den Durchströmungsquerschnitt 4 begrenzendem Material 5 greift ein Element 6 aus einem Formgedächtnismaterial an, das sich quer durch den Strömungskanal 3 erstreckt und insoweit von dem Hydraulikmedium 2 umströmt wird. So ändert das Element 6 aus dem Formgedächtnismaterial seine Temperatur mit der Temperatur des Hydraulikmediums 2. Wenn dabei die Übergangstemperatur des Formgedächtnismaterials des Elements 6 überschritten wird, verkürzt sich das Element 6 und zieht so das Material 5 auf beiden Seiten des Strömungskanals 3 zusammen, wie dies in 2 dargestellt ist. Hierdurch wird eine stärkere Verengung des Durchströmungsquerschnitts 4 erreicht, als allein durch die thermische Ausdehnung des Materials 5. Auf diese Weise wird eine mit ansteigender Temperatur zurückgehende Viskosität des Hydraulikmediums 2, die einen geringeren Widerstand bei der Durchströmung des Strömungskanals 3 und damit eine geringere Dämpfung bedeutet, kompensiert.
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Bei der Ausführungsform der Drossel 1 gemäß 3 greift das Element 6 aus dem Formgedächtnismaterial nicht an dem den Durchströmungsquerschnitt 4 begrenzenden Material 5 sondern an in dieses Material 5 eingebetteten und elastisch verformbaren Stahlblechen 7 an. Die grundsätzliche Funktionsweise der Drossel 1 entspricht aber derjenigen gemäß den 1 und 2.
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Bei der Ausführungsform der Drossel 1 gemäß den 4 und 5 sind zwei Elemente 6 aus Formgedächtnismaterial hingegen ganz in das den Strömungskanal 3 und den Durchströmungsquerschnitt 4 begrenzende Material 5 eingebettet. Das Material 5 kann zum Beispiel ein elastischer Kunststoff sein, während das Formgedächtnismaterial der Elemente 6 eine Formgedächtnislegierung ist. Die Elemente 6 greifen an den Enden jeweils eines elastisch verformbaren Stahlblechs 7 an. Bei Verkürzung der Elemente 6 wölben sich die Stahlbleche 7 aus und reduzieren so den Durchströmungsquerschnitt 4 des Strömungskanals 3 der Drossel 1. Die Übergangstemperatur der Elemente 6 wird bei steigender Temperatur des Hydraulikmediums 2 aufgrund der Ankopplung der Elemente 6 über das Material 5 an das Hydraulikmedium 2 überschritten.
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6 zeigt die Ausbildung einer Drossel 1 mit zwei Strömungskanälen 3 für zwei entgegen gesetzte Richtungen der Durchströmung der Drossel 1 mit dem Hydraulikmedium 2. Dabei ist jeweils an dem stromab liegenden Ende des Strömungskanals 3 ein Gegendruckkörper 8 vorgesehen, der den Strömungswiderstand für eine Durchströmung des Strömungskanals 3 in der angezeigten Richtung erhöht und den Strömungskanal 3 für eine Durchströmung in der entgegen gesetzten Richtung verschließt. Die Drossel 1 mit den zwei Strömungskanälen 3 ist hier in einem Kolben 9 ausgebildet, der mit zwei Befestigungselementen 10, beispielsweise Schraubenmuttern, auf einer Kolbenstange 11 befestigt ist. Dabei halten die Befestigungselemente 10 die Gegendruckelemente 8 an dem Kolben 9. Darüber hinaus werden die Gegendruckelemente 8 von den Elementen 6 aus dem Formgedächtnismaterial, die sich hier längs der Strömungskanäle 3 erstrecken, gegen die stromab liegenden Mündung der Strömungskanäle 3 beaufschlagt. So wird bei Verkürzung der Elemente 6 infolge ihrer Temperaturerhöhung der Strömungswiderstand der Strömungskanäle 3 aufgrund einer vergrößerten Vorspannkraft auf die Gegendruckkörper 8 erhöht. Bei der Bewegung des Kolbens 9 in einem vertikalen Zylinder nach unten wird der in 6 rechts von der Kolbenachse 12 liegende Strömungskanal 3 von dem Hydraulikmedium 2 durchströmt, während bei einer Bewegung des Kolbens 9 nach oben der in 6 links von der Kolbenachse 12 liegende Strömungskanal 3 durchströmt wird.
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Diese Zuordnung gilt auch für den Kolben 9 mit der Drossel 1 gemäß 7. Hier sind die Elemente 8 über Tellerfedern 13 elastisch an den Befestigungselementen 10 auf der Kolbenstange 11 abgestützt, wobei zwischen den Befestigungselementen 10 und den Tellerfedern 13 Elemente 14 vorgesehen sind, die durch ihre thermische Ausdehnung längs der Kolbenachse 12 die elastische Vorspannung der Elemente 8 gegen die Mündungen der Strömungskanäle 3 erhöhen und so mit steigender Temperatur zu einer Erhöhung des Strömungswiderstands der Strömungskanäle 3 an ihren Mündungen führen.
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Bei der Drossel 1 gemäß den 8 und 9 sind die in 10 in einer Draufsicht dargestellten und aneinander durch Elemente 6 aus Formgedächtnismaterial sowie ein Stabilisierungselement 18 aneinander abgestützten Ringe 16 und 17 zunächst in einer koaxialen Anordnung zu der Achse 15 des Strömungskanals 3 angeordnet, bis die Elemente 6 nach Überschreiten der Übergangstemperatur ihres Formgedächtnismaterials den inneren Ring 16 in radialer Richtung zu der Achse 15 verlagern und so den Durchströmungsquerschnitt 4 des Strömungskanals 3 der Drossel 1 einschnüren. Das Stabilisierungselement 18 kann irgendein elastisches Element sein. Es kann sogar aus demselben Formgedächtnismaterial wie die Elemente 6 ausgebildet sein, wenn es entsprechend schwächer dimensioniert ist, um seine gegenläufige Verformung zu den Elementen 6 zu ermöglichen.
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Während bei der Ausführungsform der Drossel 1 gemäß den 8 und 9 die Elemente 6 aus dem Formgedächtnismaterial nicht direkt mit dem strömenden Hydraulikmedium 2 in Kontakt stehen, ist dies bei der Ausführungsform der Drossel 1 gemäß den 11 und 12 wieder der Fall. Hier sind zwei parallele und gleichsinnig durchströmte Strömungskanäle 3 vorgesehen, wobei jeweils ein quer durch den einen Strömungskanal verlaufendes Element 6 bei Verkürzung infolge Überschreitens seiner Übergangstemperatur einen Ring 16 in Querrichtung zur Durchströmung des anderen Strömungskanals 3 verlagert und so dessen Durchströmungsquerschnitt verringert.
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13 zeigt eine Drossel 1, bei der ein Strömungskanal 3 über einen längeren Bereich von einer Hülse 19 umschlossen ist, die sich einerseits an dem den Strömungskanal 3 ansonsten begrenzenden Material 5 und andererseits an einer Tellerfeder 20 abstützt, die ihrerseits an einem axialen Widerlager 21 abgestützt ist. Die Hülse 19 ist aus einem Material mit hoher aber normaler thermischer Ausdehnung ausgebildet. Aufgrund der Streckung der Hülse 19 längs der Achse 15 ist die thermische Ausdehnung längs der Achse 15 bereits absolut vergleichsweise groß. Zusätzlich wirkt die Tellerfeder 20 als Übersetzungsmechanismus im Hinblick auf die Verringerung des Durchströmungsquerschnitts des Kanals 3 an seiner hier links liegenden Mündung, sodass die von der gedehnten Hülse 19 zusammengedrückte Tellerfeder 20 (siehe den unteren Teil von 13) den Durchströmungsquerschnitt, das heißt hier die frei zentrale Öffnung der Tellerfeder 20 verglichen mit der normalen thermischen Ausdehnung des den Strömungskanal 3 begrenzenden Materials 5 ganz erheblich verengt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drossel
- 2
- Hydraulikmedium
- 3
- Strömungskanal
- 4
- Durchströmungsquerschnitt
- 5
- Material
- 6
- Element
- 7
- Stahlblech
- 8
- Gegendruckelement
- 9
- Kolben
- 10
- Befestigungselement
- 11
- Kolbenstange
- 12
- Kolbenachse
- 13
- Tellerfeder
- 14
- Element
- 15
- Achse
- 16
- Ring
- 17
- Ring
- 18
- Stabilisierungselement
- 19
- Hülse
- 20
- Tellerfeder
- 21
- Widerlager
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0430083 A1 [0003]
- DE 102006026123 B3 [0004]
