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Die Erfindung betrifft eine Drosselstelle gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus der
DE 10 2016 210 790 A1 ist eine Dämpfventileinrichtung bekannt, bei der ein radial aufweitbares Ringelement mit einer Strömungsleitfläche eine Drosselstelle bildet, die mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit eine höhere Dämpfkraft erzeugt und damit einer progressive Dämpfkraftkennlinie folgt.
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Das Ringelement ist in einer Ringnut gekammert und wird von einem elastischen Begrenzungsring nach radial innen vorgespannt. Das Ringelement kann einen Radialschlitz aufweisen, um die notwendigen Kräfte für eine Aufweitbewegung zu reduzieren.
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Bei einer Drossel dieser Bauform besteht das grundsätzliche Problem, dass die Progression der Dämpfkraftkennlinie sehr ausgeprägt ist. Sobald eine Grenzströmungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums innerhalb der Drosselstelle überschritten ist, steigt die Dämpfkraft unvermittelt stark an. Dieses Betriebsverhalten kann für einige Anwendungen durchaus gewollt sein, stellt jedoch für andere Anwendungen einen Nachteil dar.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den aus dem Stand der Technik bekannten Nachteil zu minimieren.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass sich der Querschnitt der Drosselstelle über den Umfang des Ringelements ungleichmäßig reduziert.
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Mit diesem Betriebsverhalten der Dämpfventileinrichtung wird der plötzliche Dämpfkraftanstieg abgemildert. Es können weiterhin die Dämpfkräfte erreicht werden, wie bei der genannten Konstruktion aus dem Stand der Technik, jedoch ist der Übergang zwischen dem Dämpfkraftanteil des konventionellen Dämpfventils und der Drosselstelle deutlich harmonischer.
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Bevorzugt ist das Ringelement mehrfach radial in Ringelementabschnitte unterteilt, so dass man über diese Ausgestaltung leichter eine bereichsweise Änderung des Drosselquerschnitts erreichen kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann das Ringelement von mehreren Begrenzungselementen mit unterschiedlichen Radialkräften vorgespannt wird. Dadurch stellt sich ggf. schon in der Ausgangsstellung, d. h. der maximalen Durchlassposition des Ringelements ein über den Umfang unterschiedlicher Drosselquerschnitt ein.
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Man kann auch vorsehen, dass die Ringelementabschnitte des Ringelements ein unterschiedliches Bogenmaß aufweisen. Über die radiale Aufweitbewegung des Ringelements stellen sich abschnittsweise auch unterschiedliche Drosselquerschnitte ein.
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Bei einer Ausführungsform kann das Ringelement eine von der exakten Kreisform abweichende Geometrie aufweisen, so dass über den Umfang des Ringelements in einer maximalen Durchlassposition eine unterschiedliche Größe des Drosselquerschnitts vorliegt.
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Es ist auch möglich, dass Ringelementabschnitte des Ringelements eine unterschiedliche Masse aufweisen. Aufgrund der unterschiedlichen Massenträgheit der Ringelementabschnitte bei einer Aufweitbewegung stellt sich auch ein unterschiedlicher Drosselquerschnitt über den Umfang des Ringelements ein.
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Um die radiale Bewegung der Ringelementabschnitte des Ringelements definiert ablaufen zu lassen und damit auch den Drosselquerschnitt im Veränderungsverlauf exakter zu bestimmen, führt das Ringelement um mindestens einen Drehlager eine Schwenkbewegung gegen das Begrenzungselement ausführen.
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Dabei können mindestens zwei Ringelementabschnitte separate Drehlager aufweisen, wobei Hebelarme des Begrenzungselements unterschiedlich lang bezogen auf das jeweilige Drehlager ausgeführt sind.
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Im Hinblick auf eine einfache Montage und einem geringen Bauraumbedarf kann das Begrenzungselement als eine Blattfeder ausgeführt sein.
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Vorteilhafterweise greift die Blattfeder radial in eine Mantelfläche des Ringelements ein. Damit besteht für die Blattfeder ein genügend großer Freiraum bei einer Verformung.
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In weiterer Ausgestaltung weist die Blattfeder mehrere Blattfederabschnitte aufweist, wobei sich ein Blattfederabschnitt über mehrere Ringelementabschnitte erstreckt. Praktisch stützt sich der Blattfederabschnitt an zwei Ringelementabschnitten ab und benötigt kein Festlager, z. B. an dem Träger des Ringelements.
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Die eingesetzten Blattfederabschnitte können auch unterschiedlich sein hinsichtlich der Federkraftkennwerte, so dass die Ringelementabschnitte unterschiedlich stark radial abgestützt werden und sich damit auch bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb der Drosselstelle bewegen.
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Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Blattfeder in Umfangsrichtung asymmetrisch zwei Ringelementabschnitte verspannt. Die Asymmetrie kann z. B. über ungleiche Ringelementabschnitte erreicht werden, aber auch durch eine asymmetrische Anordnung des Blattfederelements bei zwei gleichartigen Ringelementabschnitten. Die Asymmetrie kann z. B. auch in der räumlichen Ausgestaltung der Blattfeder realisiert sein, z. B. indem man die Stegbreite der Blattfeder über ihr Federlänge unterschiedlich dimensioniert.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 Schnittdarstellung durch einen Schwingungsdämpfer im Bereich der Dämpfventileinrichtung
- 2 - 7 Ringelement mit mehreren schwimmend gelagerten Ringelementabschnitten
- 8 - 10 Ringelement mit mindestens einem Drehlager
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Die 1 zeigt eine Dämpfventileinrichtung 1 für einen nur ausschnittsweise dargestellten Schwingungsdämpfer 3 beliebiger Bauweise. Die Dämpfventileinrichtung 1 umfasst ein erstes Dämpfventil 5 mit einem als Kolben 7 ausgeführten Dämpfventilkörper, der an einer Kolbenstange 9 befestigt ist.
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Der Dämpfventilkörper 7 unterteilt einen Zylinder 11 des Schwingungsdämpfers in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum, die beide mit Dämpfmedium gefüllt sind. In dem Dämpfventilkörper 7 sind Durchtrittskanäle für jeweils eine Durchströmungsrichtung auf unterschiedlichen Teilkreisen ausgeführt. Die Ausgestaltung der Durchtrittskanäle ist nur beispielhaft anzusehen. Eine Austrittsseite der Durchtrittskanäle 17; 19 ist mit mindestens einer Ventilscheibe 21; 23 zumindest teilweise abgedeckt.
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Zusätzlich verfügt der Schwingungsdämpfer über einen Zuganschlag 25, der ab einer definierten Ausfahrbewegung der Kolbenstange 9 an einer zylinderseitigen Anschlagfläche, z.B. einer Kolbenstangenführung 27, zur Anlage kommt.
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Der Zuganschlag 25 umfasst einen Träger 29, der direkt an der Kolbenstange durch eine Formschlussverbindung fixiert ist. Auf einer Oberseite des Trägers 29 ist beispielhaft ein ringförmiges Elastomerelement 31 aufgelegt, das über eine geringe radiale Vorspannung auch bei einer Schwingbewegung der Kolbenstange 9 gehalten wird. Das Elastomerelement 31 wirkt ab dem Anschlagpunkt an der Anschlagfläche als zusätzliche Stützfeder.
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Der Träger 29 weist eine umlaufende Nut 33 auf, in der ein im Durchmesser veränderbares Ringelement 35 geführt ist. Dieses Ringelement 35 ist radial elastisch und bildet einen Ventilkörper für eine Drosselstelle 37 als Teil der Dämpfventileinrichtung 1. Das Ringelement 35 bildet mit einer Innenwandung des Zylinders 11 die Drosselstelle, wobei die Innenwandung 39 eine Strömungsleitfläche darstellt. Grundsätzlich kann die Erfindung auch in einer vom Zuganschlag unabhängigen Trägerscheibe ausgeführt sein.
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Außenseitig trägt das Ringelement ein Begrenzungselement 41, z. B. in der Ausführung eines Sicherungsrings. Radial innerhalb des Ringelements sind Druckausgleichskanäle 43 ausgeführt, die eine äußere Mantelfläche 45 des Ringelements 35 mit dem einem Nutgrund der umlaufenden Ringnut 33 verbinden.
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Bei einer Kolbenstangengeschwindigkeit in einem ersten Betriebsbereich, z. B. kleiner 1m/s, ist die Drosselstelle 37 vollständig geöffnet. Die Dämpfkraft wird dann nur von den Durchtrittskanälen 17; 19 in Verbindung mit den Ventilscheiben 21; 23 erzeugt. Bei einer Anströmung der Ventilscheiben 21; 23 heben die Ventilscheiben 21; 23 von ihrer Ventilsitzfläche 47; 49 ab. Die Abhubbewegung wird jeweils von einer Stützscheibe 51; 53 begrenzt.
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In einem zweiten Betriebsbereich mit einer Kolbenstangengeschwindigkeit, die größer ist als die Grenzgeschwindigkeit des ersten Betriebsbereichs, also größer als die beispielhaft angegebenen 1m/s, geht das Ringelement 35 in eine Drosselstellung über und führt dabei eine Schließbewegung in Richtung der Strömungsleitfläche 39 aus. Bedingt durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in der als Ringspalt geformten Drosselstelle 37 bildet sich ein Unterdruck, der zu einer radialen Aufweitung des Ringelement 35 s 35 führt. Damit jedoch keinesfalls eine Blockade der Drosselstelle 37 auftreten kann, wird der definierte Mindestdurchlassquerschnitt von dem Begrenzungsring 41 eingehalten.
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Die 2 zeigt einen Querschnitt durch den Schwingungsdämpfer 3 gemäß der 1 im Bereich der Ringnut 33 für das Ringelement 35. In dieser Ausführungsform ist das Ringelement 35 radial zweifach geteilt, so dass zwei Ringelementabschnitte 35A; 35B vorliegen. In Querschlitzen 43; 45 zwischen den Ringelementabschnitten 35A; 35B ist jeweils mindestens eine Zugfeder als Begrenzungselement angeordnet, so dass die beiden Ringelementabschnitte nach radial innen vorgespannt sind. Damit wird nicht nur ein einziges, sondern mehrere Begrenzungselemente eingesetzt. Eine Nutgrundfläche 51 der Ringnut 33 sorgt für eine definierte Ausgangsstellung des Ringelements 35 vom des Stillstand des Schwingungsdämpfers bis hin zu einer Grenzgeschwindigkeit des Dämpfmediums innerhalb eines Drosselquerschnitts 53 zwischen dem Ringelement 35 und der Innenwandung 39 des Zylinders 11 als Strömungsleitfläche. Bei einer entsprechend hohen Strömungsgeschwindigkeit innerhalb es kreisringförmigen Drosselquerschnitts 53 bildet sich ein Unterdruck, der die beiden Ringelementabschnitte 35A; 35B gegen die Kraft der Zugfedern 47; 49 nach radial außen in Richtung der Innenwandung 39 bewegt und dadurch den Drosselquerschnitt 53 verengt.
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Bei dieser Bauform kann man vorsehen, dass die Federcharakteristik der Zugfedern 47; 49 unterschiedlich ausgeführt sind, um zu erreichen, dass sich der Querschnitt der Drosselstelle über den Umfang des Ringelements 35 ungleichmäßig reduziert. So kann die Federrate unterschiedlich sein, aber auch die Ausgangslänge, so dass darüber ein ungleiches Schließverhalten der Ringelementabschnitte 35A; 35B umgesetzt wird. Trotz der bildlich identischen Darstellung kann man durch unterschiedliche Materialen für die Ringelementabschnitte 35A; 35B eine unterschiedliche Masse erzielen, die wiederum eine unterschiedliche Massenträgheit aufweisen und folglich eine asynchrone Verschiebebewegung in Richtung der Innenwandung durchführen. Damit wird auch der Drosselquerschnitt über den Umfang unterschiedlich ausfallen und ein schlagartiges Einsetzen der Drosselstelle 37 verhindern.
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In der Ausführung nach 3 verfügt das Ringelement 35 über zwei Ringelementabschnitte 35A; 35B mit einem unterschiedlichen Außendurchmesser. Im Bereich des Ringelementabschnitts 35A mit dem größeren Außendurchmesser ist die Breite b des Drosselquerschnitts geringer als die Breite B bei dem anderen Ringelementabschnitt 35B. Folglich wird der Ringelementabschnitt 35A mit dem größeren Außendurchmesser schon bei einer geringeren Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstelle 37 eine radiale Aufweitbewegung des Ringelements 35 einleiten. Die Gesamtdämpfkraftcharakteristik muss sich im Vergleich zu einem Ringelement mit konstantem Außendurchmesser wegen des einseitig größeren Außendurchmessers nicht zwangsläufig verändert, da man den Außendurchmesser des anderen Ringelementabschnitts soweit verringern kann bis ein Gesamtdrosselquerschnitt vorliegt, der einem Ringelement mit konstantem Außendurchmesser entspricht.
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Die Ausführung nach der 4 zeigt ein Ringelement, bei dem der Ringelementabschnitt 35A einen nockenförmigen Konturenverlauf 55 aufweist und damit ebenfalls über seinen Umfang in einer maximalen Durchlassposition eine unterschiedliche Querschnittsgröße der Drosselstelle 37 aufweist.
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Mit der 5 soll eine weitere Möglichkeit gezeigt werden, um das angestrebte Betriebsverhalten zu erreichen. Dabei weisen die Ringelementabschnitte 35A; 35B; 35C des Ringelements ein unterschiedliches Bogenmaß auf. Diese Bauform kann wiederum mit den Grundprinzipien der Varianten nach den 2 bis 4 kombiniert werden, indem z. B. ein Ringelementabschnitt 35A zusätzlich einen größeren Außendurchmesser aufweist. Durch die Dreiteilung des Ringelements ist die radiale Beweglichkeit der Ringelementabschnitte 35A; 35B; 35C im Vergleich zu den anderen Varianten nochmals gesteigert, insbesondere, wenn zusätzlich auch hier unterschiedliche Zugfedern 47; 49 als Begrenzungselemente 41 verwendet werden.
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In der 6 führen die Ringelementabschnitte 35A; 35B des Ringelements um jeweils ein Drehlager 57; 59 pro Ringelementabschnitt eine Schwenkbewegung gegen das Begrenzungselement 41 aus. Auch hier wird als Begrenzungselement 41 eine Zugfeder verwendet. Neben der Option der unterschiedlichen Massen der Ringelementabschnitte 35A; 35B können die Drehlager 57; 59 eine unterschiedliche Reibung aufweisen. Zusätzlich besteht noch die Möglichkeit, dass Hebelarme 61; 63 des Begrenzungselements 41 unterschiedlich lang bezogen auf das jeweilige Drehlager 57; 59 ausgeführt sind. Diese Bauform ist in der 7 dargestellt.
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In den Ausführungen nach den 8 und 9 weisen die beiden Ringelementabschnitte 35A; 35B des Ringelements ein gemeinsames Drehlager 57 auf. Dabei überlappen sich die beiden Ringelementabschnitte 35A; 35B; 35C im Bereich des Drehlagers 57. Abweichend zu den Varianten nach den 2 bis 7 kommt hier als Begrenzungselement 41 eine Blattfeder 65 zur Anwendung, die radial an einer Mantelfläche 67 des Ringelements 35 angreift. Dabei werden mehrere Blattfederabschnitte 69; 71 eingesetzt, die sich jeweils über zwei Ringelementabschnitte 35A; 35B erstrecken. Ein erstes abgewinkeltes Ende 73; 77 des Blattfederabschnitts greift in das Ringelement 35A und ein zweiter abgewinkelter Blattfederabschnitt 75; 79 greift in den anderen Ringelementabschnitt 35B ein. Damit bildet der eine Ringelementabschnitt 35B ein Abstützlager für den einen Blattfederabschnitt 35A und der andere Ringelementabschnitt 35A ein Abstützlager für den anderen Blattfederabschnitt 35B. In der 8 wird die Asymmetrie der Vorspannkraft des Begrenzungselements 41 dadurch erreicht, indem Blattfederabschnitte 69; 71 mit unterschiedlicher Federcharakteristik ausgeführt sind. Bildhaft wird dieser Unterschied durch die größere Materialstärke des Blattfederabschnitts 71 symbolisiert.
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In der Ausführung nach 9 verspannt die Blattfeder 65 die beiden Ringelementabschnitte 35A; 35B asymmetrisch, indem sie unterschiedliche Überdeckungen mit den Ringelementabschnitten 35A; 35B in Umfangsrichtung aufweist. Dadurch entstehen unterschiedliche Hebelarme 61; 63 für die Schließkräfte der Blattfeder 65.
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Die 10 zeigt eine Abwandlung zur 9. Dabei sind die Blattfederabschnitte gemäß der 9 zu einer Blattfeder 65 zusammengefasst. Folglich benötigt jeder Ringelementabschnitt 35A nur noch ein Abstützlager. Die Asymmetrie der Federkräfte kann zusätzlich über bereichsweise konstruktive Maßnahmen an der Blattfeder 65 gesteigert werden, z. B. Aussparungen in der Blattfeder o. ä.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dämpfventil
- 3
- Schwingungsdämpfer
- 5
- erstes Dämpfventil
- 7
- Dämpfventilkörper
- 9
- Kolbenstange
- 11
- Zylinder
- 13
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 15
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 17
- Durchtrittskanäle
- 19
- Durchtrittskanäle
- 21
- Ventilscheibe
- 23
- Ventilscheibe
- 25
- Zuganschlag
- 27
- Kolbenstangenführung
- 29
- Träger
- 31
- Elastomerelement
- 33
- Ringnut
- 35
- Ringelement
- 35A
- Ringelementabschnitt
- 35B
- Ringelementabschnitt
- 35C
- Ringelementabschnitt
- 37
- Drosselstelle
- 39
- Innenwandung
- 41
- Begrenzungselement
- 43
- Querschlitz
- 45
- Querschlitz
- 47
- Zugfeder
- 49
- Zugfeder
- 51
- Nutgrundfläche
- 53
- Drosselquerschnitt
- 55
- nockenförmiger Konturenverlauf
- 57
- Drehlager
- 59
- Drehlager
- 61
- Hebelarm
- 63
- Hebelarm
- 65
- Blattfeder
- 67
- Mantelfläche
- 69
- Blattfederabschnitte
- 71
- Blattfederabschnitte
- 73
- abgewinkelter Blattfederabschnitt
- 75
- abgewinkelter Blattfederabschnitt
- 77
- abgewinkelter Blattfederabschnitt
- 79
- abgewinkelter Blattfederabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016210790 A1 [0002]
