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Die Erfindung betrifft eine Drosselstelle gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die
DE 10 2016 210 790 A1 betrifft eine Dämpfventileinrichtung mit einer Drosselstelle, bei der ein Ventilring oberhalb einer definierten Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstelle eine radiale Aufweitbewegung in Richtung einer Strömungsleitfläche ausführt. Dabei handelt es sich um passives System, bei dem alle Bauteile exakt abgestimmt sein müssen, um das gewünschte Dämpfkraftverhalten der Dämpfventileinrichtung zu erreichen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gattungsbildende Drosselstelle genauer an eine gewünschte Dämpfkraftcharakteristik anzupassen.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, die Dämpfventileinrichtung einen Aktuator aufweist, über den eine Stellkraft auf den Ventilring eingeleitet werden kann.
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Im Stand der Technik wird die Drosselstelle von den herrschenden Druckverhältnissen am Ventilring und den mechanischen Kräften z. B. von dem Begrenzungsring oder einer Eigenelastizität bestimmt. Mit dem Aktuator wird der Ventilring mit einer willkürlich veränderbaren äußeren Kraft beaufschlagt. Dabei kann der Aktuator als ein aktives Element ausgeführt sein, d. h. es wird eine Fremdenergie eingesetzt oder über ein Handbetätigung angesteuert werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der Ventilträger an einer hohlen Kolbenstange angeordnet, die einen Kanal für den Aktuator aufweist.
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Bei einer Ausführungsform steht der Ventilring über mindestens einen Radialsteg mit dem Aktuator in Wirkverbindung. Der Radialsteg stellt keinen mechanischen Widerstand gegen die Durchmesserveränderung des Ventilrings dar, da der Freiraum zwischen den Radialsteg zur Kompensation der Durchmesserveränderung der Anlenkpunkte des mindestens einen Radialstegs am Ventilring dient.
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Man kann z. B. vorsehen, dass der Aktuator eine mit dem mindestens einen Radialsteg zusammenwirkende Spreizfläche aufweist. Darüber lässt sich eine Axialbewegung des Aktuators in eine Radialbewegung des Radialstegs und damit in eine Aufweitbewegung des Ventilrings umsetzen.
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Eine alternative Variante zeichnet sich dadurch aus, dass der Aktuator einen verstellbaren Anschlag zur Begrenzung der Durchmesseränderung des Ventilrings ansteuert. Bei dieser Bauform weitet der Aktuator den Ventilring nicht radial auf, sondern beschränkt den Durchmesser oder reduziert ihn. Damit kann man über die Auswahl der Verbindungsmittel zwischen dem Aktuator und dem Ventilring beliebig gerichtete Radialkräfte auf den Ventilring ausüben.
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Optional kann eine Aktuatorstange als Teil des Aktuators zu der Ringnut für den Ventilring abgedichtet sein. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau des Ventilträgers.
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Eine weitere Maßnahme zu Bauteilvereinfachung, insbesondere der Herstellung und der Montage der Dämpfventileinrichtung, besteht darin, dass der Ventilträger zumindest im Bereich der Ringnut axial geteilt mit einem Bodenteil und einem Deckelteil ausgeführt ist.
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Unabhängig von der konkreten Bauform und dem Wirkprinzip der Verbindung zwischen dem Aktuator und dem Ventilring kann der Aktuator über den Umfang des Ventilrings eine unterschiedliche Stellkraft einleiten, beispielsweise indem mehrere Radialstege verwendet werden, die einen unterschiedlichen radialen Abstand zur Spreizfläche des Aktuators aufweisen. Damit wird ein Radialsteg von dem Aktuator schon belastet, während zu einem anderen Radialsteg noch ein Leerweg des Aktuators vorliegt.
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Grundsätzlich ist es auch möglich, dass der Ventilring zumindest einen magnetisch leitfähigen Teilbereich aufweist und der Ventilring von einem elektromagnetischen Aktuator ansteuerbar ist. Bei dieser Bauform kann die Ansteuerung besonders feinfühlig erfolgen, u. a., weil kein direkter mechanischer Kontakt zwischen dem Aktuator und dem Ventilring vorliegt.
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Um trotzdem einen einfachen Aufbau der Dämpfventileinrichtung zu erreichen, wird der magnetisch leitfähige Teilbereich von einem Federelement gebildet, das eine Radialkraft auf den Ventilring ausübt. Dieses Federelement dient der Rückstellbewegung des Ventilrings in seine Ausgangsstellung bzw. in seinen Ausgangsdurchmesser.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 Drosselstelle in einem Schwingungsdämpfer
- 2 Kennlinienfeld der Drosselstelle nach 1
- 3 u. 4 Alternativausführungen zu 1
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Die 1 zeigt eine Dämpfventileinrichtung 1 für einen Schwingungsdämpfer 3 beliebiger Bauart, wobei sich Darstellung auf die Dämpfventileinrichtung beschränkt. Auf die Darstellung von weiteren Dämpfventilen wurde zugunsten der Übersichtlichkeit verzichtet.
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Die Dämpfventileinrichtung 1 umfasst beispielhaft einen an einer axial beweglichen Kolbenstange 5 befestigten Ventilträger 7 mit einer umlaufenden Ringnut 9. Grundsätzlich wäre es auch möglich, einen gleichwirkenden Ventilträger an einem anderen von einem Dämpfmedium umströmten oder durchströmten Bauteil des Schwingungsdämpfers anzuordnen.
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Innerhalb der Ringnut 9 ist ein im Durchmesser veränderbarer Ventilring 11 angeordnet, der mit einer Strömungsleitfläche 13 eine Drosselstelle 15 bildet, deren Drosselquerschnitt bei steigender Strömungsgeschwindigkeit abnimmt. Als Strömungsleitfläche dient in diesem Beispiel die Innenwandung eines Zylinders 17 des Schwingungsdämpfers 3.
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Die Ringnut 9 verfügt über Anschlussöffnungen 19; 21 zu den benachbarten Arbeitsräumen 23; 25 innerhalb des Zylinders 17. Über die Anschlussöffnungen 19; 21 kann bei einer Kolbenstangenbewegung aus den Arbeitsräumen 23; 25 Dämpfmedium in die Ringnut 9 ein- und ausströmen, wobei die Ringnut 9 zusammen mit dem Ventilring 11 eine Druckkammer 27 bildet. Der in Abhängigkeit der Strömungsverhältnisse herrschende Druck innerhalb der Druckkammer 27 auf eine Innenmantelfläche 29 des Ventilrings 11 sorgt für eine Aufweitbewegung des Ventilrings 11 in Richtung der Strömungsleitfläche 13 bzw. der Innenwandung des Zylinders 17.
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Parallel dazu stellt sich in dem Spalt zwischen dem Ventilring 11 und der Strömungsleitfläche 13 mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit eine Druckabsenkung ein. Dieser Effekt unterstützt die radiale Aufweitbewegung des Ventilrings 11 und sorgt für einen von der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstelle 15 abhängigen Dämpfkraftanstieg.
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Ein elastischer Rückstellring 31, z. B. auf einer äußeren Mantelfläche 33 des Ventilrings 11 sorgt bei einer Druckabnahme am Ventilring 11 für eine Durchmesserverkleinerung des Ventilrings 11, der sich damit wieder zurück in die Ringnut 9 bewegt. Des Weiteren kann der Rückstellring 33 auch den minimalen Drosselquerschnitt der Drosselstelle 15 bestimmen, wenn ein Gleichgewicht zwischen der maximalen Aufweitkraft auf den Ventilring 11 und der Federkraft des Rückstellrings 31 vorliegt. In der einfachsten Form wird der Rückstellring 31 von einem geschlitzten Federring gebildet.
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Die in der 1 dargestellte Bauform der Drosselstelle 15 ist zu dem willkürlich einstellbar und damit nicht ausschließlich von den hydraulischen Verhältnissen am Ventilring 11 abhängig. Dafür weist die Dämpfventileinrichtung 1 einen Aktuator 35 auf, über den eine Stellkraft F auf den Ventilring 11 eingeleitet werden. Als Aktuator 35 kann eine elektromagnetische, hydraulische oder auch pneumatische Ausführung genauso eingesetzt werden wie ein per Hand betriebener Aktuator.
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Der Ventilträger 7 ist beispielhaft an einer hohlen Kolbenstange 5 angeordnet, die einen Kanal 37 für den Aktuator 35 aufweist. Von dem Aktuator 35 ist nur eine Aktuatorstange 39 dargestellt, die in diesem Ausführungsbeispiel eine axiale Arbeitsbewegungen ausführt.
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Für die Verbindung bzw. Kraftübertragung zwischen der Aktuatorstange 39 des Aktuators 35 und dem Ventilring 11 steht mindestes ein Radialsteg 41 des Ventilrings 11 zur Verfügung. Mehrere Radialstege 41 wirken wie Speichen bei einem Rad. Diese Speichen müssen nicht alle die gleiche Länge aufweisen, so dass über die Länge der Radialstege 41 erreicht werden kann, dass der Aktuator 39 über den Umfang des Ventilrings 11 einen unterschiedlich großen Stellweg einleitet.
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Die Radialstege 41 durchdringen radial die Druckkammer 27 und die Wandung der Kolbenstange 5 bis in den Kanal 37 der Kolbenstange 5 und wirken mit einer Spreizfläche 43 der Aktuatorstange 39 zusammen. Eine Axialbewegung, bei der die Aktuatorstange 39 tiefer in den Kanal 37 der Kolbenstange 5 eintaucht, wird über die Spreizfläche 43 der Aktuatorstange 39 und Kontaktflächen 45 an den Radialstegen 41 in eine Radialbewegung des Ventilrings 11 umgesetzt.
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Um eine Leckage ausgehend von der Druckkammer 27 in den Kanal 37 der Kolbenstange 5 zu vermeiden, weist die Druckkammer 27 im Durchtrittsbereich der Radialstege 41 in den Kanal 37 Dichtungen 47 auf. Der Durchtrittsbereich übt auf die Radialstege auch eine Führungs- und Abstützfunktion aus, damit die Radialstege bei der Belastung durch die Aktuatorstange nicht ausweichen können.
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Während des Schwingungsdämpferbetriebs kann über eine Axialverstellung der Aktuatorstange 39 eine von der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstelle 15 unabhängige Stellkraft auf den Ventilring 11 ausgeübt werden, um den Drosselquerschnitt der Drosselstelle 15 zu reduzieren. Es wird einfach der radiale Abstand zwischen dem Ventilring 11 und der Strömungsleitfläche 13 verändert. Je geringer der Abstand ist, umso kleiner kann die Strömungsgeschwindigkeit für den spürbaren Einsatz der Drosselstelle 15 sein.
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In der 2 ist ein Kennlinienfeld der Dämpfventileinrichtung 1 dargestellt. Je kleiner der Drosselquerschnitt bzw. der Ringspalt S zwischen dem Ventilring 11 und der Strömungsleitfläche 13 ist, umso kleiner kann der Volumenstrom Q sein, der zu einer Dämpfkrafterhöhung führt. Der Dämpfkraftanstieg verläuft relativ steil zwischen einer Grundkennlinie „G“ und einer Sprungkennlinie „S“. Wenn sich der Ventilring 11 über den Umfang nicht gleichmäßig, sondern asymmetrisch im Durchmesser radial erweitert, dann setzt der Anstieg weicher ein und wird insgesamt als komfortabler empfunden.
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Die Ausführung der Drosselstelle 15 nach der 3 ist in weiten Teilen ähnlich der Ausführung nach der 1. Abweichend steuert der Aktuator 35 einen verstellbaren Anschlag 49 zur Begrenzung der Durchmesseränderung des Ventilrings 11 an, d. h. die Kraft des Aktuators 35 ist tendenziell nach radial innen auf den Ventilring 11 gerichtet. Grundsätzlich könnte die Aktuatorstange 39 mit den Radialstegen 41 einfach als Anschlagbegrenzung zusammenwirken. In der Variante nach 3 verfügt die Aktuatorstange über mindestes eine Keilfläche 51, die auf ein Keilprofil 53 der Radialstege 41 einwirkt, d. h. das Keilprofil 53 der Radialstege 41 taucht in einen Konus der Aktuatorstange 39 ein. Darüber lässt sich sogar eine Rückstellkraft in den Ventilring 11 einleiten, die den Rückstellring 31 unterstützt. Damit kann der Einsatzpunkt der Drosselstelle 15 hin zu einer höheren Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstelle 15verändert werden, ohne das bauliche Maßnahme an der Dämpfventileinrichtung 1 notwendig sind.
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Ein weiterer Unterschied zwischen der Dämpfventileinrichtung 1 nach der 1 und der 3 besteht darin, dass der Ventilträger 7 zumindest im Bereich der Ringnut 27 axial geteilt mit einem Bodenteil 55 und einem Deckelteil 57 ausgeführt ist. Zwischen dem Bodenteil 55 und dem Deckelteil 57 sind Verbindungsstützen 59 ausgeführt, die die mechanischen Kräfte zwischen dem Deckelteil 57 und dem Bodenteil 55 übertragen. Eine Abdichtung einzelner Radialstege 41 kann dadurch entfallen. Die hydraulische Abdichtung der Druckkammer 27 zum Kanal 37 innerhalb der Kolbenstange 5 übernimmt eine Stangendichtung 61 innerhalb des Deckelteils. Die Kolbenstange 5 erstreckt sich bei Bedarf ausgehend vom Bodenteil 55 und vom Deckelteil 57.
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Die Dämpfventileinrichtung 1 nach 4 umfasst einen Ventilring 11, der zumindest einen magnetisch leitfähigen Teilbereich 61 aufweist, der von einem elektromagnetischen Aktuator 35 innerhalb des Ventilträgers 7 ansteuerbar ist. Dazu ist innerhalb des Ventilträgers eine Spule 63 angeordnet, die über eine Leitung 65 innerhalb der hohlen Kolbenstange 5 mit Strom versorgt wird. Zwischen dem Bodenteil 55 und dem Deckelteil 57 ist ein magnetischer Isolator 67 eingebracht, z. B. eine Edelstahlhülse eingelötet oder ein Elastomerring eingeklemmt.
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Am Innendurchmesser des Ventilrings 11 ist der magnetisch leitfähige Teilbereich 61 angeordnet. Der magnetisch leitfähige Teilbereich 61 kann z. B. von einem ringförmigen Federelement gebildet wird, das eine Radialkraft auf den Ventilring ausübt und damit den Rückstellring 31 erübrigt. Bei einer Bestromung wirkt aufgrund des Magnetflusses durch den Ventilträger 7 und den leitfähigen Teilbereich 61 eine Anziehungskraft auf den Ventilring 11, die dessen Durchmesser verkleinert. Über den Querschnitt des Teilbereichs 61 kann die Radialkraft auf den Ventilring asymmetrisch dimensioniert werden.
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Bei einem Ausfall der Stromversorgung kann zwar keine Verstellung der Dämpfventileinrichtung erfolgen, jedoch befindet sich dann die Dämpfventileinrichtung 1 aufgrund des großen Ausgangsdurchmessers des Ventilrings 11 in einer tendenziell sicherheitsorientierten Grundeinstellung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dämpfventileinrichtung
- 3
- Schwingungsdämpfer
- 5
- Kolbenstange
- 7
- Ventilträger
- 9
- Ringnut
- 11
- Ventilring
- 13
- Strömungsleitfläche
- 15
- Drosselstelle
- 17
- Zylinder
- 19
- Anbindungsöffnung
- 21
- Anbindungsöffnung
- 23
- Arbeitsraum
- 25
- Arbeitsraum
- 27
- Druckkammer
- 29
- Innenmantelfläche
- 31
- elastischer Rückstellring
- 33
- Mantelfläche des Ventilrings
- 35
- Aktuator
- 37
- Kanal
- 39
- Aktuatorstange
- 41
- Radialsteg
- 43
- Spreizfläche
- 45
- Kontaktfläche
- 47
- Dichtung
- 49
- Anschlag
- 51
- Keilfläche
- 53
- Keilprofil
- 55
- Bodenteil
- 57
- Deckelteil
- 59
- Verbindungsstütze
- 61
- elektromagnetischer Teilbereich
- 63
- Spule
- 65
- Leitung
- 67
- Isolator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016210790 A1 [0002]
