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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Drosselventil und einen zugeordneten
Stoßdämpfer, dessen
Drosseleinrichtung dieses Ventil benutzt. Sie betrifft insbesondere
die Mittel zum Einstellen der Steifigkeit des Drosselventils.
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Die
Einrichtungen, die den Durchsatz des Mediums und die Drosselung
in den Stoßdämpfern organisieren,
bestehen im Allgemeinen in jeder Bewegungsrichtung aus einem Stapel Öffnungen
verschließender,
scheibenförmiger
Ventile und aus einem kleinen feststehenden Durchgangsloch, das
in beide Bewegungsrichtungen wirkt. Ist eine Änderung der Dämpfungsparameter
erwünscht,
so müssen
bei dieser Art Stoßdämpfer der
Kolben abmontiert und die Ventile gewechselt werden.
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Bestimmte
Verstelleinrichtungen aus dem Stand der Technik sind dadurch wirksam,
dass sie den Querschnitt der feststehenden Durchgangsöffnung verändern; diese
Lösung
ist jedoch nur mittelmäßig effizient,
da sie nur auf die geringen Bewegungsgeschwindigkeiten wirkt und
so gut wie keinen Einfluss auf die mittleren und hohen Geschwindigkeiten
hat, weil die Durchgangsquerschnitte der feststehenden Durchgangsöffnung und
der bei einem erhöhten
Druck des Dämpfungsmediums
durch die Ventile geöffneten Öffnungen
nicht mehr im Verhältnis
zueinander stehen.
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Weitere
Einrichtungen arbeiten durch Vorspannung der Stoßdämpferventile durch Längsfedern,
wobei jedoch in diesem Fall die Dämpfungsmerkmale lediglich im
Bereich der Öffnungsschwelle der
Ventile geändert
werden, was ein brutales, im Allgemeinen unerwünschtes Einsacken der Aufhängung zur
Folge hat, sobald die Eintauchgeschwindigkeit diesen berühmten Schwellwert
erreicht hat.
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Es
versteht sich, dass diese Auswirkungen allgemeiner die Eintauchbewegung
einer Aufhängung
beeinträchtigen
wenn auch, mit anderen Merkmalen, die Streckung ebenfalls betroffen
ist.
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Bekannt
sind insbesondere die
FR 2576996 , die
DE 1817392 , die
GB 1150394 , die Einstellvorrichtungen
offenbaren, wobei diese jedoch zahlreiche Nachteile aufweisen: das
aufblasbare Ventillager ist empfindlich und nicht sehr zuverlässig, das
Ventillager aus Gummi erweicht bei Erwärmung und die als Blattfeder
ausgebildeten Flansche haben eine zu geringe Auslenkung. Andererseits
haben all diese Einrichtungen im Allgemeinen eine bestimmte Elastizität, die mit
der Steifigkeit der Ventile im Widerspruch steht.
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Die
DE-A-1200624 offenbart ein Ventil nach dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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So
ist es die Aufgabe des erfindungsgemäßen Ventils, die vorgenannten
Nachteile anhand von einfachen, zuverlässigen, kostengünstigen
und einfach einzusetzenden Mitteln zu beheben. So kann die Dämpfungskraft
anhand besonderer Einstellmittel eingestellt werden.
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Das
erfindungsgemäße Stoßdämpferventil wird
durch die Merkmale des Anspruches 1 definiert.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Stoßdämpferventils
ist das Verstellglied eine Metallfeder.
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Nach
dieser Ausführungsform
des Stoßdämpferventils
weist dieses eine Achse auf, auf der der Sockel, die Federscheibe,
das Verstellglied und das Steuerglied gelagert sind.
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Nach
einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Stoßdämpferventils ist dieses dadurch
gekennzeichnet, dass das Steuerglied eine Schräge aufweist, die relativ zum
Sockel entlang der Achse verfahrbar ist, um das elastische Verstellglied zu
beanspruchen und seine Verformung zu veranlassen.
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Nach
einem ergänzenden
Merkmal des Stoßdämpferventils
kann durch die Verformung des elastischen Verstellglieds der Abstand
zwischen der Durchflussöffnung
und dem Anlagebereich des Gliedes an der Federscheibe verändert werden.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung auch einen Stoßdämpfer mit einem Ventil, wobei
dieser Stoßdämpfer dadurch
gekennzeichnet ist, dass er eine mit mindestens einem erfindungsgemäßen Stoßdämpferventil
versehene Drosseleinrichtung umfasst.
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Nach
einer Ausführungsvariante
des Stoßdämpfers ist
das Stoßdämpferventil
unmittelbar am Kolben des Stoßdämpfers angeordnet,
welcher die Funktion des Sockels für das erfindungsgemäße Ventil übernimmt.
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Nach
einer weiteren Ausführungsvariante des
Stoßdämpfers ist
das Stoßdämpferventil
in einer außerhalb
des Stoßdämpferkörpers befindlichen Drosseleinrichtung
oder in Anlage am Körper
auf einem die Arbeitskammern verbindenden hydraulischen Kreis angeordnet.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden
beispielhaften Beschreibung, die anhand der beigefügten Zeichnungen
gegeben wird und nicht einschränkend
zu verstehen ist.
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Die 1 bis 7 zeigen
das erfindungsgemäße Ventil
und Drosseleinrichtungen eines Stoßdämpfers, welche das erfindungsgemäße Ventil
benutzen.
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1 zeigt
das in seiner Steifigkeit einstellbare Ventil in der Position seiner
minimalen Steifigkeit (A) im Querschnitt.
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2 zeigt
das Ventil in der Position seiner maximalen Steifigkeit (B) in einer
Ansicht ähnlich 1.
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3 stellt
ein schematisches Kraft-Geschwindigkeitsdiagramm dar, in dem die
Merkmale zweier Kurven verglichen werden, die durch Änderung
der Steifigkeit des Ventils entstanden sind.
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4 zeigt
eine Drosseleinrichtung eines Stoßdämpferkolbens im Querschnitt,
auf welchem das Steuerglied und das Verstellglied in der Halbansicht
links in der Position der minimalen Steifigkeit und in der Halbansicht
rechts in der Position der maximalen Steifigkeit dargestellt sind.
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5 zeigt
eine erste Ausführungsvariante einer
Drosseleinrichtung eines Stoßdämpfers im Querschnitt.
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6 stellt
schematisch ein Kraft-Geschwindigkeitsdiagramm dar, welches verschiedene
Einstellungen der in 5 gezeigten ersten Ausführungsvariante
beschreibt.
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7 zeigt
schematisch eine zweite Ausführungsvariante
einer Drosseleinrichtung.
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Erfindungsgemäß ist das
allgemein mit dem Bezugszeichen (1) bezeichnete Ventil
aus mindestens einer elastischen Federscheibe (11) gebildet, mit
welcher mindestens eine Durchflussöffnung (4) für das Dämpfungsmedium
(5) verschließbar
ist. Das Ventil weist Mittel zum Einstellen der Steifigkeit des Ventils
auf, das heißt
Mittel, mit denen die von der bzw. den Federscheiben (11)
entwickelte Widerstandskraft gegen das Strömen des Mediums (5) durch
die Durchflussöffnung
bzw. -öffnungen
(4) einstellbar ist.
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Die
Mittel zum Einstellen der Steifigkeit des Ventils (1) umfassen
vorteilhafterweise ein elastisches Verstellglied (2), das
mit der Federscheibe (11) in Anlage ist und das unter der
Einwirkung eines Steuerglieds (3) der Einstellmittel in
Längsrichtung verformbar
ist, wobei dieses Glied (2) auch in der Lage ist, eine
Querkraft (F) auf die Scheibe (11) zu übertragen, ohne sich dabei
zu verformen. Durch die Längsverformung
des Verstellglieds (2) kann der Anlagepunkt des Glieds
(2) an der Scheibe (11) verschoben und somit der
Abstand (D) zwischen der Durchflussöffnung (4) und diesem
Anlagepunkt, wie dies beispielsweise in den 1 und 2 gezeigt wird,
eingestellt werden, während
durch die Übertragung
der Querkraft durch das elastische Glied die Kraft der Anlage an
der Scheibe trotz der Verschiebung des Anlagebereichs beibehalten
werden kann. Somit kann das Widerstandsmoment, dem die Federscheibe
(11) entgegen der Strömung
des Mediums (5) entgegenwirkt, durch die Einstellmittel
dadurch geändert
werden, dass die Position des Anlagebereichs des elastischen Verstellglieds
(2) an der Feder (11) im Verhältnis zur Position der Durchflussöffnung (4)
für das
Medium geändert
wird.
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Nach
der bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Ventils
(1) besteht das elastische Verstellglied (2) aus
einer Ringfeder, die aus einer Spiralfeder gebildet sein kann, deren
Enden aufeinander zulaufen und miteinander verbindbar sind, beispielsweise
indem sie ineinander verschraubt werden. Somit bildet diese Feder
einen Torus, der unter Beibehaltung seiner Form in Längsrichtung
entlang der Federachse dehnbar ist und dabei einem Zusammendrücken in
Querrichtung standhält.
Zu bemerken ist, dass aufgrund der Torusform der Feder die Längsverformung
der Spiralfeder, das heißt
ihre Längung,
insgesamt einer radialen Verformung dieses elastischen Glieds entspricht.
Diese Ringfeder (2) wird flach und konzentrisch auf ein
bzw. mehrere als Federscheibe (11) ausgebildete elastische
Ventile gelegt, welche mindestens eine Durchflussöffnung (4)
für das
Dämpfungsmedium
(5) verschließen.
Auf diese Ringfeder wiederum wird ein Teil (3) aufgebracht,
welches eine Schräge,
beispielsweise eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Fläche (6), aufweist,
wobei diese kegelstumpfförmige
Fläche
mit der Ringfeder (2) im Kontakt steht und der Winkel des Kegelstumpfs
so geneigt ist, dass die Ringfeder gleiten und sich ausdehnen kann,
wenn auf die gesamte Anordnung genügend Druck ausgeübt wird. Über eine
Achse (7) können
die Federscheiben (11) auf das die Durchgangsöffnungen
(4) für
das Medium (5) aufweisende Teil (10) bzw. Sockel
positioniert werden, diese Achse trägt zur Führung der gesamten Anordnung
bei und ragt durch die Federscheiben (11), den Torus (2)
und das kegelstumpfförmige
Teil (3).
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Wird
nun im Betrieb, wie in 2 dargestellt, genügend Druck
(P) auf das kegelstumpfförmige
Teil ausgeübt,
um dieses im Verhältnis
zum Teil bzw. Sockel (10) des Ventils zu verschieben, so
zwingt dieses Teil die Ringfeder (2) dazu, sich in Längsrichtung zu
verformen und sich also radial zu vergrößern, um auf der Scheibe (11)
einen größeren Durchmesser einzunehmen.
Der Abstand (D) zwischen der Achse der Durchgangsöffnungen
(4) für
das Medium und der Kontaktlinie des Torus auf dem Ventil wird dadurch
geringer, wodurch der durch die Kraft des durch die Öffnungen
(4) strömenden
Hydraulikflusses ausgeübte
Hebelarm im Verhältnis
zum neuen Anlagepunkt des Ventils ebenfalls verringert wird. Daher
muss, damit sich das Ventil durchbiegen kann, der Druck des Mediums
erhöht
werden und zwar jeweils für
jede Strömungsgeschwindigkeit
des Mediums.
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So
besteht nach der bevorzugten Ausführungsform das erfindungsgemäße Ventil
(1) aus einem Sockel (10), der eine Achse (7)
trägt,
auf dem die Federscheibe bzw. Federscheiben (11), das Verstellglied
(2) bzw. die Ringfeder und das Steuerglied (3)
gelagert sind. Die Neigung der Erzeugenden des kegelstumpfförmigen Abschnitts
(6) des Steuerglieds (3) im Verhältnis zur
Horizontalebene der Scheibe beträgt
vorteilhafterweise zwischen 10° und
45°, vorzugsweise
zwischen 20 und 35°.
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3 stellt
ein Kraft-Geschwindigkeitsdiagramm dar, welches zwei Dämpfungskurven
zeigt, die den in den 1 und 2 gezeigten
Positionen A und B des Ventils entsprechen und die Veränderung
in der Steifigkeit des Ventils zeigen. Daraus ist ersichtlich, dass
die Erhöhung
der Widerstandskraft gegen die Bewegung des Stoßdämpfers sich relativ proportional
zur Geschwindigkeit, mit der sich die beiden beweglichen Einheiten
des Stoßdämpfers relativ zueinander
bewegen, ändert.
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So
kann dieses Ventil (1) in unterschiedliche Montage- bzw.
Zusammenbauarten verwendet werden und kann direkt am Kolben (25)
eines herkömmlichen
Stoßdämpfers angeordnet
werden, wie dies in 4 gezeigt wird. Es kann auch
in Drosseleinrichtungen verwendet werden, die außerhalb des Körpers des
Stoßdämpfers angeordnet
sind, so beispielsweise in der Ausführungsform gemäß 5; das
in seiner Steifigkeit einstellbare Ventil (1) ist mit einem
Vorspannventil (12) in Reihe geschaltet, in dem ein Bypass
(9) eine bestimmte Durchsatzmenge an Dämpfungsmedium (5)
in Abhängigkeit
von der Einstellung der Schraube (13) umlenkt. Durch die Schraube
(14) kann die Einstellung der Vorspannung des Ventils (12) über eine
Feder (8) bestimmt werden, während durch die Schraube (15)
die Einstellung der Steifigkeit des Ventils (11) dadurch
bestimmt werden kann, dass das Steuerglied (3) auf das
Verstellglied (2) zu bewegt wird. Es versteht sich, dass der
durch die beiden in Reihe geschalteten Ventile (11) und
(12) verursachte Spannungsverlust eine Summe bildet und
dass durch eine Kombination der beiden Einstellungen nur die Parameter
der niedrigen Geschwindigkeiten oder nur die Parameter der hohen
Geschwindigkeiten der Aufhängungsbewegung
moduliert und verändert
werden können.
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6 stellt
ein Kraft-Geschwindigkeitsdiagramm dar, das verschiedene Dämpfungskurven
aufzeigt, die aufgrund einer Änderung
in der Steifigkeit des Ventils (1) oder in der Vorspannung
des Ventils (12) entstanden sind.
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Die
Kurve (I) ist durch eine Erhöhung
der Vorspannung des Ventils (12) gekennzeichnet.
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Die
Kurve (J) ist durch eine Erhöhung
der Steifigkeit des Ventils (11) gekennzeichnet.
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Die
Kurve (K) ist durch eine Erhöhung
der Steifigkeit des Ventils (11) und durch eine Verringerung
der Vorspannung des Ventils (12) gekennzeichnet.
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Die
Kurve (L) ist durch eine Verringerung der Steifigkeit des Ventils
(11) und durch eine Erhöhung der
Vorspannung des Ventils (12) gekennzeichnet.
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Nach
der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist das Steuerglied (3) der Einstellmittel ein Teil, das
einen verschiebbaren kegelstumpfförmigen Bereich aufweist. Dies
muss aber nicht so sein; es ist im Rahmen der Erfindung auch durchaus
möglich,
dass die Ringfeder (2) nicht mehr durch einen kegelstumpfförmigen Abschnitt
(6) sondern durch die Verschiebung einer Kugel oder eines ein
zum Beispiel halbkugeliges Ende aufweisenden Glieds angesteuert
wird. Das Verstellglied ist vorteilhafterweise aus einer Metallfeder
gebildet, da dadurch seine Position auf der Scheibe (11)
verändert werden
kann, wobei dies dadurch möglich
ist, dass es sich, dank seinem Widerstand gegenüber einem Zusammendrücken in
der Querebene, durch Längung
in Längsrichtung
verformt und dabei gleichzeitig in Anlage an der Scheibe bleibt
und seine Torusform behält. Übrigens
ist festzuhalten, dass die Verwendung der Feder (2) auch
dazu dient, das Glied automatisch in seine Ausgangsposition zurückzubringen,
wenn das Steuerglied zur Entlastung der Feder verschoben wird.
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Es
versteht sich, dass es im Rahmen der Erfindung durchaus möglich ist,
die Form und die Anzahl der Durchflussöffnungen (4) des Ventils
(1) zu ändern.
Das gleiche gilt für
die Scheibe bzw. Scheiben (11), die in diverser Anzahl
vorgesehen sein können
und diverse Durchmesser, Formen und Werkstoffe aufweisen können.
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Nach
den verschiedenen Ausführungsformen
der dargestellten Drosseleinrichtungen für Stoßdämpfer, in denen das erfindungsgemäße Ventil
(1) verwendet wird, weist dieses eine Stellschraube (15) auf,
mit der zur Veränderung
der Belastung, die auf die Ringfeder (2) ausgeübt wird,
die relative Verschiebung des Steuerglieds (3) und des
Sockels (10) gesteuert wird.
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Bezug
nehmend auf das Schema in 7 besteht
die Vorrichtung aus der in 5 dargestellten
vorhergehenden Ausführungsform,
die hier durch eine Verstellung der langsamen Bewegungen des Stoßdämpfers ergänzt wurde.
Sie besteht aus einer Kombination von zwei Verstellungen der langsamen Bewegungen
(13) und (20), deren Auswirkungen bei mehr oder
weniger hoher Bewegungsgeschwindigkeit des Stoßdämpfers fortgesetzt werden.
Eine erste Verstellung des Querschnitts der Öffnung (20) ist für eine einfache
Wirkung der Verstellung (20) mit einem freien Ventil (40)
in Reihe geschaltet, wobei diese Verstellungen (20) und
Ventile (40) mit der Hauptdrosseleinrichtung (1, 12, 13)
parallel geschaltet sind, wobei eine zweite Verstellung des Querschnitts der Öffnung (13)
zum Vorspannventil (12) parallel und mit dem Steifigkeitsventil
(1) in Reihe geschaltet ist.
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Im
Betrieb dringt das Medium durch die mit einer der Arbeitskammern
des Stoßdämpfers in
Verbindung stehende Leitung (E) ein, die erste Verstellung (20)
lässt das
Dämpfungsmedium
entsprechend seiner Durchsatzfähigkeit
frei strömen.
Durch die zweite Verstellung (13) können die Auswirkungen einer
Vorspannung des Ventils (12) abgeschwächt werden. Durch die Reihenschaltung
mit dem Steifigkeitsventil (1) wird die Wirkung der Verstellung
(13) auf die geringen Geschwindigkeiten begrenzt, welche
jedoch weiterhin durch die Steifigkeit des Ventils (1)
beeinflusst wird. Über
die Leitung (S) gelangt das Dämpfungsmedium
in die andere Arbeitskammer. Zu bemerken ist, dass aufgrund der
Ventile (1) und (40) die Verstellungen (13)
und (20) der Vorrichtung nur in einer Betriebsrichtung
wirksam sind. Es versteht sich, dass es im Rahmen der Erfindung
durchaus möglich
ist, die in Reihe geschalteten Elemente stromaufwärts oder
stromabwärts
zueinander zu schalten und dass, da diese Verstellungen eine einfache
Wirkung bewirken, der Stoßdämpfer zur
Führung
des Öls
in die andere Richtung dann über
eine gleichwertige oder nicht gleichwertige Einrichtung verfügen muss.
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Es
versteht sich, dass die Erfindung alle Stoßdämpfer betrifft, deren Drosseleinrichtung
ein erfindungsgemäßes Ventil
(1) verwendet. So kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
oder das erfindungsgemäße Steifigkeitsventil
in einer Vielzahl von besonderen Ausführungsformen verwendet werden,
von denen einige Beispiele im Folgenden kurz genannt werden:
- – Die
Vorrichtung kann parallel zu einem Kreislauf geschaltet sein, der
eine Öffnung
aufweist, deren Querschnitt verstellbar ist und die dank eines Ventils
nur in einer Richtung passierbar ist.
- – Die
Vorrichtung kann mit einem anderen Ventil in Reihe geschaltet sein,
wobei die Vorspannung dieses Ventils verstellbar ist, um den Einsatz
der Aufhängung
erst ab einer bestimmten Kraftschwelle zuzulassen (5 und 7).
- – Das
Vorspannventil kann parallel zu einer Öffnung geschaltet werden, deren
Querschnitt verstellbar ist.
- – Die
Vorrichtung kann automatisch gesteuert und betätigt werden.
- – Die
oben genannten Einrichtungen können
für jede
Bewegungsrichtung eines Stoßdämpfers montiert
werden.
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Die
beschriebenen Vorrichtungen können zwischen
zwei Arbeitskammern auf jegliche Art von Stoßdämpfer montiert werden, wobei
hierfür
der Einbauort der Drosseleinrichtung keine Rolle spielt und diese
auf einem Stoßdämpferkolben,
in einer in Abstand zum Stoßdämpfer befindlichen
oder einstückig mit
diesem ausgebildeten Steuereinheit, oder in einem beliebigen anderen
Teil desselben angeordnet sein kann. Sie kann manuell oder automatisch
bedient werden, mit Positionssensoren und Sensoren für die statische
und dynamische Last über
beliebige bekannte mechanische, hydraulische oder elektrische Mittel
verbunden sein. Es versteht sich, dass diese Drosseleinrichtung
sowohl für
die Kompressionsbewegung als auch für die Streckbewegung geeignet
sein kann. Das erfindungsgemäße Ventil
ist besonders dazu bestimmt, die Merkmale der Stoßdämpfer einzustellen;
es ist jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchaus möglich, dieses auch
in anderen Anwendungen zu verwenden, so zum Beispiel in Zylindern,
Widerlagern, und dgl.
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Nach
einem ergänzenden
Merkmal des Stoßdämpferventils
befinden sich die Öffnungen
(4) in mehr oder weniger großem Abstand zur Achse des Sockels
und sind beispielsweise spiralförmig
verteilt. Auf diese Weise werden, wenn das Verstellglied seinen
Anlagebereich auf die Federscheibe erstreckt, die dem Zentrum des
Sockels nächstliegenden Öffnungen
weiter verdeckt oder eingeschnürt,
so dass der Drosselquerschnitt der Öffnungen bzw. die Anzahl der Öffnungen
möglicherweise
reduziert wird.
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Es
versteht sich, dass die Erfindung nicht nur auf die beschriebenen
und beispielhaft dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist,
sondern dass sie auch alle technisch gleichwertigen Ausführungsformen
einzeln oder in beliebigen Kombinationen umfasst.