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Die Erfindung betrifft eine Drosseleinheit zum Drosseln von Fluid in einer hydraulischen Strecke einer hydraulisch betätigbaren Kupplung, umfassend ein Gehäuse mit einem Fluideingang und einem, einen Fluidausgang aufweisenden Gehäuseabschluss, welcher in einer zentralen Gehäusebohrung positioniert ist, wobei sich in der zentralen Gehäusebohrung an den Fluideingang ein, eine axiale Bohrung aufweisendes Blendenelement anschließt, an welchem ein Federelement anliegt.
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Es ist bekannt, in hydraulischen Strecken in Kraftfahrzeugen Drosseleinheiten zum Drosseln von Fluid einzusetzen, die die Einkuppelgeschwindigkeit von Kupplungen in hydraulischen Ausrücksystemen von Kraftfahrzeugen begrenzen. Unter Einkuppelgeschwindigkeit soll die Geschwindigkeit verstanden werden, welche die Kupplung von einem ausgerückten Zustand in einen eingerückten Zustand überführt, wobei in einem eingerückten Zustand eine Druckplatte der Kupplung das Motordrehmoment über eine Kupplungsscheibe an die Getriebeeingangswelle weiterleitet.
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Aus der Patentanmeldung
DE 10 2014 211 434.9 ist eine Drosseleinheit bekannt, die in einem Ausrücksystem in einer hydraulischen Strecke angeordnet ist, welche einen Nehmerzylinder und einen Geberzylinder verbindet. Die Drosseleinheit umfasst ein Gehäuse, das eine zentrale, entlang einer Längsachse gerichtete Gehäusebohrung aufweist, die sich zur Seite des Nehmerzylinders hin verjüngt und zur Geberzylinderseite einen Gehäuseverschluss umfasst. In dem Gehäuseverschluss befindet sich eine, mit der Gehäusebohrung korrespondierende zentrale Durchgangsbohrung, durch die Fluid hindurchströmen kann. Außerdem ist in der Gehäusebohrung ein topfförmig ausgebildeter Blendenkörper axial beweglich angeordnet. Nehmerzylinderseitig weist der Blendenkörper ein quer zu der axialen Richtung angeordnetes Bodenteil auf, in welchem eine zentrale Blendenbohrung und eine oder mehrere radial zu der Blendenbohrung beabstandete Bypassöffnungen ausgebildet sind. Mit seinem hohlzylindrisch ausgebildeten axialen Bereich, der sich an das Bodenteil anschließt, befindet sich der Blendenkörper zwischen der Innenwandung des Gehäuses und einer Außenwandung des Gehäuseverschlusses, wobei der Blendenkörper an der radial innen befindlichen Außenwandung axial geführt ist. Die Außenwandung wird dabei von einem axial vorstehenden zylindrischen Führungsteil gebildet, welches einen, an dem Gehäuseverschluss ausgebildeten Endbereich radial außen umgreift. Zwischen diesem Führungsteil und dem Endbereich ist ein Hohlraum ausgebildet, in dem ein Federelement angeordnet ist.
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Bei der Betätigung des Geberzylinders wird ein, in der hydraulischen Strecke befindliches Fluid durch die Drosseleinheit hindurch in Richtung des Nehmerzylinders verschoben. Beim Auskuppelvorgang bzw. Öffnen der Kupplung durchdringt das Fluid alle Bohrungen des Blendenkörpers, so dass eine geringe Drosselung des Volumenstroms des Fluids und somit ein geringer Druckabfall am Blendenkörper stattfindet. Bei einem normalen Einkuppelvorgang, in dem der Fahrer das Kupplungspedal mit normaler Geschwindigkeit loslässt, kann das Fluid ebenfalls ohne einen Druckabfall von Seiten des Nehmerzylinders durch die Drosseleinheit zurück in Richtung Geberzylinder fließen. Wird das Kupplungspedal jedoch ruckartig losgelassen, so drückt der hohe Volumenstrom des Fluids den Blendenkörper der Drosseleinheit gegen die Kraft der Feder zurück, so dass lediglich durch die mittlere Bohrung des Blendenkörpers Fluid strömen kann. Dies erzeugt einen Druckabfall am Blendenkörpers, wodurch der Volumenstrom durch die Drosseleinheit sinkt und den Einkuppelvorgang verlangsamt. Die Kupplung wird somit mit normaler Geschwindigkeit geschlossen.
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Solche Drosseleinheiten werden auch als SC-PTL (speed-controlled peak torque limiter) bezeichnet und sind in der Regel am nehmerzylinderseitlichen Ende der hydraulischen Strecke angebracht. Bei der Auslegung einer solchen Drosseleinheit gibt es eine obere Schaltpunktgrenze, ab der gerade die kritische Einkuppelgeschwindigkeit nicht überschritten wird. Ausgehend von der kritischen Einkuppelgeschwindigkeit ergibt sich der minimal mögliche Schaltpunkt aus der oberen Schaltpunktgrenze abzüglich der Schaltpunkttoleranz. Fällt hierbei der minimal mögliche Schaltpunkt in den Geschwindigkeitsbereich normaler Kupplungsbetätigungen, ist eine solche Drosseleinheit SC-PTL nicht einsetzbar.
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Die beschriebene Drosseleinheit SC-PTL besteht aus einer großen Anzahl von Bauteilen, deren geometrische Maße den Schaltpunkt beeinflussen und somit große Schaltpunkttoleranzen hervorrufen. Darüber hinaus ist ein großer Bauraumbedarf notwendig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drosseleinheit zum Drosseln von Fluid in einer hydraulischen Strecke einer hydraulisch betätigbaren Kupplung anzugeben, bei welcher nur geringe Schaltpunkttoleranzen auftreten.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Blendenelement ortfest in der Gehäusebohrung positioniert ist und zwischen dem Fluideingang und dem Blendenelement ein axial beweglich gelagerter Schaltkörper an einem, dem Blendenelement abgewandten Ende des Federelementes anschließt, wobei in einem axialen Bereich des Blendenelementes mehrere radial verlaufende Kanäle ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass die Anzahl der Bauelemente, deren geometrische Maße den Schaltpunkt beeinflussen, reduziert werden. Da sich die Blendenbohrung nicht auf dem Schaltkörper befindet, kann diese variiert werden, ohne den Schaltpunkt zu verändern. Dadurch werden geringe Schaltpunkttoleranzen erreicht, was einen geringeren Bauraumbedarf nach sich zieht.
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Vorteilhafterweise besteht der Schaltkörper aus einem, vorzugsweise aus einem Elastomer bestehenden Dichtelement und einer gelochten Scheibe, wobei der Schaltkörper radiale Abmaße aufweist, die geringer sind als ein erster Durchmesser der Gehäusebohrung. Dies hat zur Folge, dass sich der Schaltkörper auch bei leichter Schrägstellung frei in der Gehäusebohrung bewegen kann und somit die Funktion der Drosseleinheit zuverlässig gewährleistet ist. Darüber hinaus stabilisiert die gelochte Scheibe, welche vorzugsweise aus Metall besteht den Schaltkörper, was eine genaue Einstellung des Schaltpunktes ermöglicht.
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In einer Ausführungsform liegen das Dichtelement und die gelochte Scheibe lose aufeinander auf oder sind fest miteinander verbunden. Das Dichtelement und die gelochte Scheibe einen werden immer beim Übergang von dem unbelasteten in den belasteten Zustand der Drosseleinheit und umgekehrt gemeinsam bewegt.
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In einer Ausgestaltung ist das Blendenelement als Einpresselement ausgebildet, an welchem sich das Federelement abstützt, wobei das Blendenelement an dem Gehäuseabschluss anliegt. Durch die Ausgestaltung des Blendenelementes als Einpresselement vereinfacht sich die Montage der Drosseleinheit.
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In einer Ausgestaltung weist die Gehäusebohrung fluidausgangsseitig den ersten größeren Durchmesser und fluideingangsseitig einen zweiten kleineren Durchmesser auf, wobei der zweite kleinere Durchmesser in den ersten größeren Durchmesser stufenförmig übergeht und an der Stufe des Gehäuses ein radial umlaufender Vorsprung ausgebildet ist, welcher sich in Richtung des Dichtelementes axial erstreckt. Dieser radial umlaufende Vorsprung bildet somit einen Anschlag für den Schaltkörper im unbelasteten Zustand. Dadurch kann auf zusätzliche Führungselemente verzichtet werden, woraus sich ein geringerer Bauraumbedarf ergibt.
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Der umlaufende Vorsprung, mit welcher das Dichtungselement das Gehäuse abdichtet, ist nahezu frei an Leckage und hat somit keinen negativen Einfluss auf die Schaltpunkttoleranz.
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In einer Variante läuft am Umfang des Dichtungselementes eine Dichtlippe radial um. Die am Umfang der Dichtung ausgebildete, sich axial erstreckende Lippe dichtet im nicht betätigten Zustand nicht vollständig ab, da in unbetätigter Stellung ein Druckausgang zwischen dem Bereich, in dem sich das Federelement befindet, und dem Bereich zwischen umlaufendem Vorsprung des Gehäuses und Dichtlippe stattfinden soll. Durch eine elastische Ausbildung der Dichtung ist diese insbesondere im Hinblick auf die Dichtlippe im belasteten Zustand der Drosseleinheit gut verformbar und kann sich an das Gehäuse anlegen und somit an die speziellen Leckageanforderungen anpassen.
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Die leichte Leckage wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, dass an der Dichtlippe partiell mehrere, sich axial erstreckende Noppen verteilt ausgebildet sind.
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In einer Weiterbildung weist das Blendenelement einen axialen, der gelochten Scheibe zugewandten Anschlag auf. Dadurch wird der Bewegungsspielraum des Schaltkörpers und die durch den Schaltkörper erzeugte Spannung des Federelementes gegenüber dem Blendenelement begrenzt, wodurch der Schaltpunkt genauer eingestellt werden kann.
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In einer Ausgestaltung weist das Blendenelement einen Stutzen auf, welcher von dem, an dem Schaltkörper anliegenden Federelement umschlossen ist und in welchem die sich radial erstreckenden Kanäle ausgebildet sind. Die Ausbildung des Stutzens mit den sich radial erstreckenden Kanälen an dem Blendenkörper ermöglicht ein kostengünstiges Design.
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In einer weiteren Variante liegt im unbelasteten Zustand die Dichtung auf dem umlaufenden Vorsprung der Stufe des Gehäuses auf, wobei die gelochte Scheibe bei entspanntem Federelement beabstandet zu dem Stutzen des Blendenelementes positioniert ist. Dadurch werden kleinere Druckabfälle in dem Volumenstrom erzeugt.
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Im Gegensatz dazu spannt im belasteten Zustand der Schaltkörper das Federelement, wobei die gelochte Scheibe auf dem Anschlag des Stutzens des Blendenelementes anliegt und das Dichtungselement unter Anpressung der Dichtlippe des Dichtelementes an eine Innenwand der Gehäusebohrung einen Abstand zu dem sich axial erstreckenden Vorsprung der Stufe des Gehäuses aufweist. Dabei wird der gesamte Volumenstrom nur durch die axiale Bohrung des Blendenelementes hindurchgedrückt, wodurch die Umströmung des Schaltkörpers minimiert wird.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drosseleinheit im unbelasteten Zustand bei Betätigung des Kupplungpedals mit einer normalen Geschwindigkeit,
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2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Drosseleinheit gemäß 1 im belasteten Zustand bei Betätigung des Kupplungspedals mit einer erhöhten Geschwindigkeit.
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In 1 ist eine Drosseleinheit 1 mit einem Gehäuse 2 dargestellt, welches in seiner axialen Erstreckung eine Gehäusebohrung 3 aufweist. Diese Gehäusebohrung 3 ist in Bereiche 4, 5 mit unterschiedlichem Durchmesser aufgeteilt. Das Gehäuse 2 weist einen Fluideingang 6 auf, welcher dem Nehmerzylinder N zugeordnet ist (nicht dargestellt) und welchem der Bereich 4 der Gehäusebohrung 3 mit dem kleineren Durchmesser zugewandt ist. Ein Gehäuseabschluss 7 ist in der Gehäusebohrung 3 dem Geberzylinder G zugewandt. Der Gehäuseabschluss 7 ist in dem Bereich 5 der Gehäusebohrung 3 mit dem größeren Durchmesser angeordnet und umfasst einen Fluidausgang 8. Der Übergang zwischen dem Bereich 4 mit dem kleineren Durchmesser und dem Bereich 5 mit dem größeren Durchmesser der Gehäusebohrung 3 wird durch eine Stufe 9 gebildet.
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Zwischen der Stufe 9 und dem Gehäuseabschluss 7 ist ein axial beweglicher Schaltkörper 10 angeordnet, der aus einem Dichtelement 11 und einer gelochten Scheibe 12 besteht. Die Abmaße des Schaltkörpers 10 sind so ausgeführt, dass dieser sich auch bei leichter Schrägstellung frei in der Gehäusebohrung 3 bewegen kann. Die gelochte Scheibe 12 und das aus einem Elastomer gebildete Dichtelement 11 können sowohl lose aufeinanderliegen als auch miteinander verbunden sein.
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Die gelochte Scheibe 12 stützt sich über ein Federelement 13 an einem, als Einpresselement ausgebildeten Blendenelement 14 ab, welches an dem Gehäuseabschluss 7 anliegt. Das Blendenelement 14 besteht aus einem Grundkörper 15, welcher in seinen Abmaßen die Gehäusebohrung 3 vollständig ausfüllt. An den Grundkörper 15 schließt sich in Richtung des Schaltkörpers 10 integral ein Stutzen 16 an, welcher einen kleineren Durchmesser als der Grundkörper 15 aufweist und somit in seiner axialen Erstreckung einen Abstand zu der Innenwandung des Gehäuses 2 besitzt. In diesem Zwischenraum ist das Federelement 13 angeordnet.
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Das Federelement 13 ist fluideingangsseitig an der gelochten Scheibe 12 des Schaltkörpers 10 und fluidausgangsseitig am Grundkörper 15 des Blendenelementes 14 abgestützt. Die gelochte Scheibe 12 sowie das Dichtelement 11 des Schaltkörpers 10 weisen jeweils eine mittige Bohrung 24 auf, wobei das Blendenelement 14 am Stutzen 16 ebenfalls eine axiale Bohrung 17 aufweist, an welche sich der Fluidausgang 8 anschließt. Die Bohrung 17 des Blendenelementes 14 stellt dabei die Blendenöffnung dar und ist in ihren Ausmaßen kleiner als die Bohrungen 24 in dem Dichtelement 11 und der gelochten Scheibe 12. An der axialen Erstreckung des Stutzens 16 des Blendenelementes 14 sind umlaufend sich in radiale Richtung erstreckende Kanäle 18 ausgebildet, welche in den Fluidausgang 8 münden. Gemäß der in 1 dargestellten Drosseleinheit 1 ist der Schaltkörper 10 beabstandet zu dem Stutzen 16 des Blendenelementes 14 angeordnet, welcher in axialer Richtung, dem Schaltkörper 10 zugewandt, einen Anschlag 19 aufweist.
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Das Dichtelement 11 weist an seinem Umfang eine umlaufende Dichtlippe 20 auf, an deren Enden radial verlaufende Noppen 21 lokal verteilt sind, die locker an der Innenwand des Gehäuses 2 anliegen. Das Dichtelement 11 dichtet an zwei Stellen zum Gehäuse 2 hin ab. Zum einen wird auf dem umlaufenden Vorsprung 22 der Stufe 9 am Gehäuse 2 abgedichtet. Diese Abdichtung ist nahezu frei an Leckage und hat somit keinen negativen Einfluss auf die Schaltpunkttoleranz. Des Weiteren dichtet die umlaufende Dichtlippe 20 des Dichtelementes 11 zur Gehäusebohrung 3 ab und greift dabei in eine axiale Ausnehmung 23 des Gehäuse 2 ein, welche den, sich axial in Richtung Schaltkörper 10 erstreckenden Vorsprung 22 der Stufe 9 des Gehäuses 2 umgibt. Hierbei dichtet die Dichtlippe 20 im unbetätigten Zustand der Drosseleinheit 1 nicht vollständig ab, da wie in 1 dargestellt, in unbetätigter Stellung ein Druckausgleich zwischen dem Bereich, in dem sich das Federelement 13 befindet, und dem Bereich zwischen umlaufenden Vorsprung 22 der Stufe 9 und Dichtlippe 20 stattfinden soll. Die leichte Leckage wird durch partiell am Umfang der Dichtlippe 20 radial ausgebildete Noppen 21 erreicht. Eine vorhandene Reibung zwischen Dichtlippe 20 und Gehäusebohrung 3 wirkt sich negativ auf die Schaltpunkttoleranz aus. Deshalb ist die Dichtlippe 20 so ausgeführt, dass diese nur eine geringe Anpressung zum Gehäuse 2 erfährt.
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Betätigt der Fahrer ein nicht weiter dargestelltes Kupplungspedal, wird ein Fluid von Seiten des Geberzylinders G über eine hydraulische Strecke mit der Drosseleinheit 1 in den Nehmerzylinder N verschoben. Das Fluid gelangt dabei über den Fluidausgang 6 in die Drosseleinheit 1. Sobald der Gehäuseabschluss 7 passiert ist, wird das Fluid durch die axiale Blendenbohrung 17 des Blendenelementes 14 und die gelochte Scheibe 12 und das Dichtelement 11 zum Fluideingang 6 und somit zum Nehmerzylinder N verdrängt. Beim Durchströmen der Drosseleinheit 1 wird das Fluid nur sehr gering gedrosselt, da keine wesentliche Verengung des Strömungsquerschnittes vorgesehen ist. Während der Schaltkörper 10 mit Fluid durchströmt wird, liegt dieser an dem umlaufenden Vorsprung 22 der Stufe 22 des Gehäuses 2 an.
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Wird das Kupplungspedal vom Fahrer in normaler, langsamer Geschwindigkeit gelöst, strömt das Fluid auf die gleiche Weise zurück vom Nehmerzylinder N zum Geberzylinder G ohne wesentliche Drosselung. Löst der Fahrer das Kupplungspedal aber sehr schnell (z.B. durch Abrutschen vom Kupplungspedal), resultiert daraus ein ruckartiger Druckanstieg. Übersteigt der Druck am Schaltkörper 10 die Kraft des vorgespannten Federelementes 13, bewegt sich der Schaltkörper 10 in axialer Richtung zum Blendenelement 14 hin, bis die gelochte Scheibe 12 an dem Anschlag 19 des Blendenelementes 14 anliegt (2).
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Beim Einkuppeln wird der Schaltkörper 10 und die im Blendenelement 14 befindliche Blendenbohrung 17 mit den Kanälen 18 in Richtung Geberzylinder G durchströmt. Hierbei erzeugt die Bohrung 24 in der gelochten Scheibe 12 des Schaltkörpers 10 in Abhängigkeit von dem Volumenstrom des Fluids Druckabfälle Δp, welche sowohl das Dichtelement 11 als auch die gelochte Scheibe 12 mit der Kraft F = Δp·A1 in Richtung Blendenelement 14 drücken. Hierbei wird die Fläche A1 von dem umlaufenden Vorsprung 22 der Stufe 9 des Gehäuses 2 gebildet. Überschreitet diese Kraft F die Kraft des Federelementes 13, so hebt der Schaltkörper 10 vom Gehäuse 2 ab.
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Hebt der Schaltkörper 10 von dem umlaufenden Vorsprung 22 ab, wirkt der Druckabfall Δp auf die elastische Dichtlippe 20 und drückt diese zur Gehäusebohrung 2 hin, wobei die Dichtlippe 20 verformt und an der Innenwandung des Gehäuses 2 anliegt. Hierdurch wird eine Umströmung des Schaltkörpers 10 minimiert, wie es in 2 dargestellt ist. Beim Abheben des Schaltkörpers 10 von dem umlaufenden Vorsprung 22 der Stufe 9 vergrößert sich die Fläche, auf die der Druckabfall Δp wirkt, von A1 auf A2. Die zweite Fläche A2 wird dabei von der Gehäusebohrung 3 und deren Querschnitt gebildet. Beim Druckabfall wirkt eine um den Faktor A2/A1 größere Kraft auf den Schaltkörper 10. Diese erhöhte Kraft kompensiert eine Zunahme der Reibung zwischen dem Dichtelement 11 und Gehäuse 2 aufgrund einer stärkeren Anpressung der Dichtlippe 20 und einer eventuell existierenden Restleckage zwischen Dichtlippe 20 und Gehäusebohrung 3. Dadurch wird der Schaltkörper 10 ohne Verzögerung auf den Anschlag 19 des Blendenelementes 14 gedrückt.
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Sobald der Schaltkörper 10 auf dem Anschlag 19 des Blendenelementes 14 aufschlägt, werden die Kanäle 18 nicht mehr durchströmt, da zum einen der Anschlag 19 dicht ist und zum anderen die Dichtlippe 20 zur Gehäusebohrung 3 abgedichtet ist. Da nur noch die Blendenbohrung 17 des Blendenelementes 14 durchströmt wird, ergibt sich ein deutlich vergrößerter Druckabfall am Schaltkörper 10, durch den die Einkuppelgeschwindigkeit des Nehmerzylinders N reduziert wird.
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Sinkt der Volumenstrom unter einen Wert, bei dem der Druckabfall am Schaltkörper 10 so klein ist, dass dessen Kraft auf den Schaltkörper 10 in Verbindung mit der Reibung an der Dichtlippe 20 unter die Kraft die Federelementes 13 sinkt, so drückt das Federelement 13 den Schaltkörper 10 in dessen Ausgangsstellung (1) zurück.
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Die dargestellte Drosseleinheit 1 vermindert die Schaltpunkttoleranzen, da nur noch drei toleranzbehaftete Größen den Schaltpunkt beeinflussen. Neben der Toleranz des Federelementes 13 sind dies die Bohrung 24 der gelochten Scheibe 12 sowie der Durchmesser des Vorsprunges 22 der Stufe 9 des Gehäuses 2. Die Blendenbohrung 17, welche in dem Blendenelement 14 ausgebildet ist, hat somit keinen Einfluss auf den Schaltpunkt, da die Blendenbohrung 17 nicht auf dem Schaltkörper 10 angeordnet ist. Somit kann die Blendenbohrung 17 variiert werden, ohne den Schaltpunkt und den Schaltkörper 10 zu verändern. Mit dieser kostengünstigen Variante wird die Schaltpunkttoleranz bei geringem Bauraumbedarf verringert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drosseleinheit
- 2
- Gehäuse
- 3
- Gehäusebohrung
- 4
- Bereich mit kleinerem Durchmesser
- 5
- Bereich mit größerem Durchmesser
- 6
- Fluideingang
- 7
- Gehäuseabschluss
- 8
- Fluidausgang
- 9
- Stufe
- 10
- Schaltkörper
- 11
- Dichtelement
- 12
- Gelochte Scheibe
- 13
- Federelement
- 14
- Blendenelement
- 15
- Grundkörper des Blendenelementes
- 16
- Stutzen des Blendenelementes
- 17
- Axiale Bohrung des Blendenelementes
- 18
- Kanal
- 19
- Anschlag
- 20
- Dichtlippe
- 21
- Noppe
- 22
- Vorsprung
- 23
- Ausnehmung
- 24
- Öffnung der gelochten Scheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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