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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Zweirohr-Schwingungsdämpfer,
umfassend ein Zylinderrohr, ein in dem Zylinderrohr angeordnetes
Innenrohr, das einen Arbeitsraum innerhalb des Innenrohrs von einer
zwischen dem Zylinderrohr und dem Innenrohr gebildeten Ausgleichskammer
trennt, eine Kolbenstange, die in den Arbeitsraum eintaucht, einen Kolben
an der Kolbenstange, der den Arbeitsraum in eine erste Kammer und
eine zweite Kammer unterteilt, eine erste Ventileinrichtung zwischen
der ersten Kammer und der Ausgleichskammer, welche ein Durchströmen
von Arbeitsmedium lediglich in Richtung von der ersten Kammer zu
der Ausgleichskammer gestattet, eine zweite Ventileinrichtung an
dem Kolben, welche ein Durchströmen von Arbeitsmedium lediglich
in Richtung von der zweiten Kammer zu der ersten Kammer gestattet,
und eine dritte Ventileinrichtung zwischen der Ausgleichskammer
und der zweiten Kammer.
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Ein
entsprechender Zweirohr-Schwingungsdämpfer ist aus der
DE 198 49 429 A1 bekannt.
Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass das Arbeitsmedium im Dämpfer
in einer Richtung zirkuliert wird. Bei diesem Dämpfer wird
hierzu die erste Ventileinrichtung durch eine Düse gebildet,
die zweite Ventileinrichtung durch ein Rückschlagventil
und die dritte Ventileinrichtung durch ein weiteres Rückschlagventil,
das ein Durchströmen von Arbeitsmedium lediglich in Richtung
von der Ausgleichskammer zu der zweiten Kammer gestattet.
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In
der Druckstufe bleibt die dritte Ventileinrichtung geschlossen,
während ein dem Raumvolumen der eintauchenden Kolbenstange
entsprechendes Volumen an Arbeitsmedium über die erste
Ventileinrichtung in die Ausgleichskammer verdrängt wird.
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In
der Zugstufe, in der die zweite Kammer auf Kosten der ersten Kammer
expandiert wird, kann Arbeitsmedium lediglich über die
Düse der ersten Ventileinrichtung aus der ersten Kammer
verdrängt werden, während über die dritte
Ventileinrichtung Arbeitsmedium in die zweite Kammer gesaugt wird. Das
in die zweite Kammer eintretende Volumen an Arbeitsmedium ist proportional
zur Fläche des Kolbens, während das aus der ersten
Kammer ausgeschobene Volumen proportional zur Flächendifferenz zwischen
dem Kolben und der Kolbenstange ist.
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Arbeitsmedium
wird somit stets von der ersten Kammer in die Ausgleichskammer überführt
und kann von dort lediglich über die zweite Kammer in den
Arbeitsraum zurückkehren. Durch diese Zirkulation lässt
sich eine gute Wärmeabfuhr aus dem Arbeitsraum innerhalb
des Innenrohrs realisieren.
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Ein
Nachteil des in der
DE
198 49 429 A1 vorgeschlagenen Zweirohr-Schwingungsdämpfers besteht
jedoch darin, dass die minimal einstellbare Druckstufenkennung durch
die Einstellung der Zugstufenkennung festgelegt wird, da die erste
Ventileinrichtung für beide Bewegungsrichtungen die gleiche ist.
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Ein
weiterer Schwingungsdämpfer mit einer Zirkulation des Arbeitsmediums
ist aus der
DE 20 51 858
A bekannt.
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Ferner
ist in der
DE 24 56
002 A1 ein Zweirohrdämpfer beschrieben, der in
der Art einer Kolbenpumpe arbeitet. Zur Kühlung des in
der Druckstufe über das Bodenventil verdrängten
Arbeitsmediums dient ein Kühlkreislauf, der über
einen externen Kühler geführt ist. Das Arbeitsmedium
gelangt von diesem Kühler über ein weiteres Bodenventil
in der Zugstufe in den Arbeitsraum zurück. Zur Gewährleistung einer
ausreichenden Kühlung muss bei der in der
DE 24 56 002 A1 vorgeschlagenen
Lösung der Hauptstrom des in der Druckstufe verdrängten
Arbeitsmediums über das Bodenventil in den Kühler
geleitet werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsdämpfer
der eingangs genannten Art im Hinblick auf die Einstellung eines
unterschiedlichen Ansprechverhaltens in der Zug- und Druckstufe
weiter zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Schwingungsdämpfer gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Der erfindungsgemäße Dämpfer
zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die dritte Ventileinrichtung ein
Durchströmen von Arbeitsmedium sowohl von der Ausgleichskammer
zu der zweiten Kammer sowie in umgekehrter Richtung gestattet, und
der Durchströmquerschnitt der dritten Ventileinrichtung
in Richtung der Ausgleichskammer derart gewählt ist, dass
bei einer Bewegung des Kolbens das Durchströmvolumen durch
die dritte Ventileinrichtung kleiner ist, als das Durchströmvolumen
durch die erste Ventileinrichtung in Richtung der Ausgleichskammer.
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Dies
ermöglicht gegenüber Zweirohr-Schwingungsdämpfern
herkömmlicher Bauart, bei denen der Austausch an Arbeitsmedium
vorwiegend über die dritte Ventileinrichtung erfolgt, eine
Zirkulation des Arbeitsmediums, indem überwiegend abgekühltes
Arbeitsmedium in den Arbeitsraum gesaugt und erwärmtes
Arbeitsmedium abgeführt wird.
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Durch
die Ermöglichung eines beschränkten Durchströmvolumens
von der zweiten Kammer in die Ausgleichskammer lassen sich die Dämpferkennlinien
in der Zug- und Druckstufe in Bezug auf das Ansprechverhalten unterschiedlich
konfigurieren, womit gegenüber dem in der der
DE 198 49 429 A1 vorgeschlagenen
Schwingungsdämpfer eine deutliche Verbesserung erzielt
wird.
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Zwar
wird so in einem in gewissem Umfang erwärmtes Arbeitsmedium
in die zweite Kammer zurückgesaugt. Gleichwohl läuft
bei der erfindungsgemäßen Lösung der
Hauptstrom aus dem Arbeitsraum heraus stets über die erste
Ventileinrichtung.
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Die
erfindungsgemäße Lösung vereint so ein gutes
Kühlverhalten mit einer flexibleren Gestaltung der Dämpferkennlinien.
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Weitere,
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen
angegeben.
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So
wird das Verhältnis des Durchströmvolumens zwischen
der ersten Ventileinrichtung und der dritten Ventileinrichtung bei
einem Komprimieren der zweiten Kammer vorzugsweise größer
als 2 zu 1, und weiter bevorzugt größer als 5
zu 1 gewählt.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung ist der Dämpfer derart konfiguriert,
dass in der Druckstufe das Volumen der zweiten Kammer verkleinert
wird.
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Die
erste Ventileinrichtung kann beispielsweise in eine Kolbenstangenführung
integriert sein, welche den Arbeitsraum des Innenrohrs in einer Richtung
abdichtet.
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Es
ist jedoch auch möglich, die erste Ventileinrichtung zwischen
einer Kolbenstangenführung, welche den Arbeitsraum des
Innenrohrs in einer Richtung abdichtet, und dem Innenrohr anzuordnen, oder
aber die erste Ventileinrichtung an Wandabschnitten des Innenrohrs
vorzusehen.
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Gemäß einer
weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Ventileinrichtung
als Rückschlagventil ausgebildet, so dass ein Rückströmen von
Arbeitsmedium und ein Ansaugen von Luft bei einer Expansion der
ersten Kammer ausgeschlossen ist.
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Die
dritte Ventileinrichtung wird vorzugsweise als Bodenventileinrichtung
ausgebildet.
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Dabei
kann das in Richtung der Ausgleichskammer öffnende Ventil
der dritten Ventileinrichtung ein Rückschlagventil mit
einem Voröffnungsquerschnitt sein, so dass sich das Ansprechverhalten
des Dämpfers gut einstellen lässt.
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Vorzugsweise
umfasst die dritte Ventileinrichtung für jede Durchströmrichtung
unabhängige Rückschlagventile.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine
Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels
für einen Zweirohr-Schwingungsdämpfer nach der
Erfindung in schematischer Darstellung.
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Das
Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Zweirohr-Schwingungsdämpfer 1,
der beispielsweise in einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt
werden kann.
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Der
in 1 schematisch dargestellte Dämpfer 1 umfasst
ein äußeres Zylinderrohr 2 als Behälter,
in dem ein zylindrisches Innenrohr 3 angeordnet ist.
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Das
Innenrohr 3 trennt einen mit Arbeitsmedium gefüllten
Arbeitsraum innerhalb des Innenrohrs 3 von einer Ausgleichskammer 4,
die zwischen einer Innenwand des Zylinderrohrs 2 und dem
Außenumfang des Innenrohrs 3 gebildet wird.
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Weiterhin
umfasst der Schwingungsdämpfer 1 eine Kolbenstange 5,
die in den Arbeitsraum eintaucht. An der Kolbenstange 5 befindet
sich ein Kolben 6, der den Arbeitsraum in eine erste Kammer 7 und
eine zweite Kammer 8 unterteilt.
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Die
Kolbenstange 5 ist mittels einer Kolbenstangenführung 9 geführt,
welche das Innenrohr 3 in einer Richtung abschließt.
Das gegenüberliegende Ende des Innenrohrs 3 ist
ebenfalls abgeschlossen.
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Zur
Ermöglichung einer Zirkulation von Arbeitsmedium während
eines Druck-Zug-Hubs des Kolbens 6 sind die Ausgleichskammer 4 und
die weiteren Kammern 7 und 8 durch Ventileinrichtungen miteinander
verbunden, deren Zusammenwirkung nachfolgend näher erläutert
wird.
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Eine
erste Ventileinrichtung 11 ist zwischen der ersten Kammer 7 und
der Ausgleichskammer 4 angeordnet. Diese gestattet ein
Durchströmen von Arbeitsmedium lediglich in Richtung von
der ersten Kammer 7 zu der Ausgleichskammer 4.
Ein Durchströmen in entgegengesetzter Richtung ist, bis
auf einen gegebenenfalls vorhandenen begrenzten Voröffnungsquerschnitt
an der ersten Ventileinrichtung 11, nicht möglich.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Ventileinrichtung 11 in
die Kolbenstangenführung 9 integriert und wird
durch eines oder mehrere Rückschlagventile 12 gebildet.
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In
Abwandlung des Ausführungsbeispiels kann die erste Ventileinrichtung 11 jedoch
auch zwischen der Kolbenstangenführung 9 und dem
Innenrohr 3 angeordnet sein. Ferner ist es möglich,
die erste Ventileinrichtung 11 an Wandabschnitten des Innenrohrs 3 vorzusehen.
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Eine
zweite Ventileinrichtung 13 befindet sich unmittelbar an
dem Kolben 6 und gestattet ein Durchströmen von
Arbeitsmedium lediglich in Richtung von der zweiten Kammer 8 zu
der ersten Kammer 7. In umgekehrter Richtung sperrt die
vorzugsweise ebenfalls als Rückschlagventil 14 ausgebildete zweite
Ventileinrichtung 13 weitestgehend ab. Gegebenenfalls kann
an der zweiten Ventileinrichtung 13 ein begrenzter Voröffnungsquerschnitt
zur Kennlinienmodifikation vorgesehen sein, durch den die grundsätzliche
Funktion des Rückschlagventils 14 jedoch nicht
beeinträchtigt wird.
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Weiterhin
ist eine dritte Ventileinrichtung 15 zwischen der Ausgleichskammer 4 und
der zweiten Kammer 8 vorgesehen. Diese kann, wie hier beispielhaft
gezeigt, in einer das Innenrohr 3 abschließenden Bodenwand
des Dämpfers 1 angeordnet sein, wie dies von Zweirohrdämpfern
grundsätzlich bekannt ist. Es ist jedoch prinzipiell auch
möglich, die dritte Ventileinrichtung teilweise oder ganz
an Wandabschnitten des Innenrohrs 3 vorzusehen.
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Die
dritte Ventileinrichtung 15 gestattet ein Durchströmen
von Arbeitsmedium sowohl von der Ausgleichskammer 4 zu
der zweiten Kammer 8 sowie in umgekehrter Richtung. Zur Gewährleistung
einer Zirkulation des Arbeitsmediums in einer Richtung würde
man normalerweise lediglich ein Durchströmen von der Ausgleichskammer 4 zu
der zweiten Kammer 8 zulassen.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch ein kontrolliertes
Durchströmvolumen in Gegenrichtung ausdrücklich
erwünscht.
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Um
gleichwohl die Zirkulationsrichtung aufrecht zu erhalten, ist der
Durchströmquerschnitt der dritten Ventileinrichtung 15 in
Richtung der Ausgleichskammer 4 derart gewählt,
dass bei einer Bewegung des Kolbens 6 das Durchströmvolumen durch
die dritte Ventileinrichtung 15 kleiner ist, als das Durchströmvolumen
durch die erste Ventileinrichtung 11 in Richtung der Ausgleichskammer 4.
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Die
dritte Ventileinrichtung 15 umfasst dementsprechend zwei
unterschiedliche Ventile 16 und 17, die unabhängig
voneinander in der Druck- und Zugstufe des Dämpfers 1 ein
Durchströmen ermöglichen. Vorzugsweise sind beide
Ventile 16 und 17 als Rückschlagventile
ausgeführt, die in entgegengesetzte Richtungen wirken.
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Über
die unabhängigen Ventile 16 und 17, die
jeweils auch mehrfach vorhanden sein können, lassen sich
in der Druck- und Zugstufe des Dämpfers 1 betragsmäßig
unterschiedliche Dämpferkennlinien realisieren, die sich
insbesondere im Hinblick auf die minimal einstellbare Kennung unterscheiden.
So kann beispielsweise durch die Ausgestaltung eines Voröffnungsquerschnitt
an dem in Richtung der Ausgleichskammer 4 öffnenden
Ventil 16 der dritten Ventileinrichtung 15 das
Ansprechen des Dämpfers beim Einfedern sehr fein und unabhängig
von Dämpfungsverhalten beim Ausfedern eingestellt werden.
Insbesondere kann in der Druckstufe eine weichere Anfangskennung
als in der Zugstufe realisiert werden.
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Das
hierfür benötigte Durchströmvolumen am
Ventil 16 ist im Vergleich zum Durchströmvolumen
am Ventil 12 der ersten Ventileinrichtung klein, so dass
die durch die Zirkulation ermöglichte Kühlwirkung
aufrechterhalten bleibt. Das Verhältnis des Durchströmvolumens
zwischen der ersten Ventileinrichtung 11 und der dritten
Ventileinrichtung 15 bei einem Komprimieren der zweiten
Kammer 8 ist hierzu jedenfalls größer
als 2 zu 1 zu wählen. Vorzugsweise kommen jedoch größere
Verhältnisse von mehr als 5 zu 1 zur Anwendung.
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Die
Funktionsweise des Dämpfers in der Druckstufe ist in 1 in
der rechten Schnitthälfte dargestellt. Durch ein Einfedern
des Dämpfers wird der Kolben 6 in Richtung der
Bodenventileinrichtung bewegt und damit die erste Kammer 7 expandiert
sowie die zweite Kammer 8 komprimiert. Infolge der Abstimmung
der Öffnungsquerschnitte an den Ventileinrichtungen 11, 13 und 15 wird über
die erste Ventileinrichtung 11 erster Volumenstrom VD1 aus der ersten Kammer 7 in Richtung
der Ausgleichskammer 4 abgeführt. Parallel hierzu
wird gleichzeitig über die dritte Ventileinrichtung 15 ein
zweiter Volumenstrom VD2 an Arbeitsmedium
aus der zweiten Kammer 8 in die Ausgleichskammer 4 verdrängt.
Dabei entspricht das zeitliche Integral über die beiden
Volumenströme VD1 und VD2 dem Raumvolumen des während der Druckstufe
zusätzlich in das Innenrohr 3 eintauchenden Abschnitts
der Kolbenstange 5. Das Verhältnis VD1/VD2 liegt dabei in der oben genannten Größenordnung
von mehr als 2 zu 1.
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In 1 ist
für die Druckstufe das Ausmaß des über
die dritte Ventileinrichtung 15 in die Ausgleichskammer 4 abgegebenen
Volumens durch ein Flächenäquivalent X angegeben.
Wie 1 zeigt, verändert sich durch die Einstellung
des Überströmquerschnitts des entsprechenden Ventils 16 der
dritten Ventileinrichtung 15 nicht nur das über
die erste Ventileinrichtung 11 abgeführte Volumen
an Arbeitsmedium, sondern auch das Durchströmvolumen an der
zweiten Ventileinrichtung 13, was zur weiteren Modifikation
des Kennlinienverlaufs genutzt werden kann.
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Würde
man das in Richtung der Ausgleichskammer 4 öffnende
Ventile 16 vollständig sperren, d. h. das Flächenäquivalent
X zu Null wählen, entspräche der aus der ersten
Kammer 7 abgeführte Volumenstrom VD1 dem
Produkt aus der Kolbengeschwindigkeit vD und
dem Kolbenstangenquerschnitt AS. Durch den
Kolben 6 würde in diesem Fall ein größerer
Volumenstrom VDK hindurchtreten, der dem
Produkt aus der Kolbengeschwindigkeit vD und
der Differenz aus dem Kolbenquerschnitt AK und
dem Kolbenstangenquerschnitt AS entspräche.
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Im
Vergleich zu einem solchen Zustand wird bei der erfindungsgemäßen
Lösung Arbeitsmedium aus der zweiten Kammer 8 über
das Ventil 16 in die Ausgleichskammer 4 verdrängt
und damit eine Unabhängigkeit des Ansprechverhaltens in
der Druckstufe von dem Ansprechverhalten in der Zugstufe erzielt.
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Zwar
wird das so in die Ausgleichskammer 4 verdrängte
Volumen an erwärmtem Arbeitsmedium in der nachfolgenden
Zugstufe wieder in die zweite Kammer 8 zurückgeführt, jedoch
ist dieses Volumen verhältnismäßig klein
und damit für die Kühlwirkung der grundsätzlich
aufrechterhalten Zirkulationsrichtung von untergeordneter Bedeutung.
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Die
Zugstufe ist in 1 in der linken Schnitthälfte
dargestellt. Hierbei wird der Kolben 6 in Richtung der
ersten Ventileinrichtung 11 bewegt und damit das Raumvolumen
der ersten Kammer 7 verringert, das der zweiten Kammer 8 hingegen
entsprechend vergrößert. Da die zweite Ventileinrichtung 13 im
Kolben 6 hierbei absperrt, wird durch das in Richtung der
zweiten Kammer 8 öffnende Ventil 17 der dritten
Ventileinrichtung Arbeitsmedium angesaugt, das sich in der Ausgleichskammer 4 abgekühlt
hat. Gleichzeitig wird aus der ersten Kammer 7 verdrängtes,
erwärmtes Arbeitsmedium über die erste Ventileinrichtung 11 in
die Ausgleichskammer 4 überführt. Bei
einem zur Druckstufe vergleichbaren Hub in der Zugstufe beträgt
das durch das Ventil 17 in die zweite Kammer 8 angesaugte
Volumen ein Vielfaches, in der Regel mehr als das sechsfache und
vorzugsweise mehr als das zehnfache des durch das Ventil 16 verdrängten
Volumens.
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Die
Erfindung wurde vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf dieses
Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst
alle durch die Ansprüche definierten Ausgestaltungen.
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- 1
- Zweirohr-Schwingungsdämpfer
- 2
- Zylinderrohr
- 3
- Innenrohr
- 4
- Ausgleichskammer
- 5
- Kolbenstange
- 6
- Kolben
- 7
- erste
Kammer des Arbeitsraums
- 8
- zweite
Kammer des Arbeitsraums
- 9
- Kolbenstangenführung
- 11
- erste
Ventileinrichtung
- 12
- Rückschlagventil
- 13
- zweite
Ventileinrichtung
- 14
- Rückschlagventil
- 15
- dritte
Ventileinrichtung
- 16
- Rückschlagventil, öffnend
von der zweiten Kammer 8 zur Ausgleichskammer 4
- 17
- Rückschlagventil, öffnende
von der Ausgleichskammer 4 zur zweiten Kammer 8
- AK
- Kolbenquerschnittsfläche
- AS
- Querschnittsfläche
der Kolbenstange
- VD
- Kolbengeschwindigkeit
in der Druckstufe
- VD1
- Volumenstrom
der ersten Kammer durch die erste Ventileinrichtung in der Druckstufe
- VD2
- Volumenstrom
der zweiten Kammer durch die dritte Ventileinrichtung in der Druckstufe
- VDK
- Volumenstrom
durch die zweite Ventileinrichtung im Kolben in der Druckstufe
- vZ
- Kolbengeschwindigkeit
in der Zugstufe
- VZ1
- Volumenstrom
der ersten Kammer durch die erste Ventileinrichtung in der Zugstufe
- VZ2
- Volumenstrom
der zweiten Kammer durch die dritte Ventileinrichtung in der Zugstufe
- X
- Flächenäquivalent
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19849429
A1 [0002, 0006, 0012]
- - DE 2051858 A [0007]
- - DE 2456002 A1 [0008, 0008]