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Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Primärmasse und einer Sekundärmasse, die in Umfangsrichtung relativ zur Primärmasse verdrehbar ist, und mit einem Fluidvolumen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Drehschwingungsdämpfers.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2010 052 389 A1 ist ein Drehschwingungsdämpfer zum Dämpfen von Drehschwingungen, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Primärmasse, einer in Umfangsrichtung relativ zur Primärmasse um eine Drehachse verdrehbaren Sekundärmasse, mindestens einem Fliehkraftgewicht, über das die Primärmasse mit der Sekundärmasse gekoppelt ist, und mit einer Krafteinrichtung bekannt, die zur Aufbringung einer radial nach außen und/oder radial nach innen gerichteten Kraft, insbesondere einer Federkraft und/oder Hydraulikkraft, auf das Fliehkraftgewicht dient.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Betreiben eines Drehschwingungsdämpfers, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Fluidvolumen, zu vereinfachen und/der zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einem Drehschwingungsdämpfer, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Primärmasse und einer Sekundärmasse, die in Umfangsrichtung relativ zur Primärmasse verdrehbar ist, und mit einem Fluidvolumen, dadurch gelöst, dass das Fluidvolumen ein Arbeitsvolumen und ein Hilfsvolumen umfasst, das verdrehwinkelabhängig fluidisch mit dem Arbeitsvolumen verbindbar beziehungsweise verbunden ist. Das Fluidvolumen dient zur Darstellung einer Drehfederfunktion. Bei dem Fluid handelt es sich vorzugsweise um ein Hydraulikmedium, wie Hydrauliköl. Daher kann das Fluidvolumen auch als Hydraulikvolumen bezeichnet werden. Da es sich bei dem Arbeitsvolumen und bei dem Hilfsvolumen um geschlossene Fluidvolumina handelt, kann der Drehschwingungsdämpfer auch als hydrostatischer Drehschwingungsdämpfer bezeichnet werden. Durch die Verbindung zwischen dem Arbeitsvolumen und dem Hilfsvolumen wird auf einfache Art und Weise eine Betriebspunktnachführung ermöglicht. Die erfindungsgemäße Anordnung des Fluidvolumens mit dem Arbeitsvolumen und dem Hilfsvolumen ist vorteilhaft mindestens einmal am Umfang des Drehschwingungsdämpfers vorgesehen. Im Hinblick auf im Betrieb des Drehschwingungsdämpfers auftretende Querkräfte und/oder Unwuchten ist eine symmetrische Anordnung von zwei oder mehr Fluidvolumina mit jeweils einem Arbeitsvolumen und einem Hilfsvolumen, zum Beispiel diametral gegenüber, besonders vorteilhaft.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Drehschwingungsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Arbeitsvolumen zugeordneter fluidischer Arbeitsverdränger und ein dem Hilfsvolumen zugeordneter fluidischer Hilfsverdränger mechanisch so parallel geschaltet sind, dass sie bei einer Relativverdrehung der Massen die gleiche Auslenkung erfahren. Die Relativverdrehung der Massen führt verdrehwinkelabhängig zu einem Volumenstrom vom Hilfsvolumen in das Arbeitsvolumen. Bei den Verdrängern handelt es sich zum Beispiel um Kolben oder Flügel.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Drehschwingungsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsvolumen unter Zwischenschaltung von Ventileinrichtungen fluidisch so mit dem Hilfsvolumen verschaltet ist, dass das Hilfsvolumen, insbesondere der Hilfsverdränger, verdrehwinkelabhängig eine Pumpwirkung ausübt. Bei den Ventileinrichtungen handelt es sich vorteilhaft um Rückschlagventile.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Drehschwingungsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsvolumen permanent mit dem Arbeitsvolumen fluidisch verbunden ist. Das Hilfsvolumen wird vorteilhaft von einem Hilfszylinder begrenzt. Das Arbeitsvolumen wird vorteilhaft von einem Arbeitszylinder begrenzt. Die Verdränger sind in dem jeweiligen Zylinder bewegbar angeordnet. Durch die permanente Verbindung des Hilfsvolumens mit dem Arbeitsvolumen kann die wirksame Fläche des Verdrängers in dem Arbeitszylinder vergrößert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Drehschwingungsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Arbeitsvolumen in einem Ablasswinkelbereich Ablassöffnungen zugeordnet sind. Die Ablassöffnungen dienen dazu, eine Verbindung zwischen dem Arbeitsvolumen und einem Fluidreservoir darzustellen. Durch einen Abstand zwischen den Ablassöffnungen wird die Größe des Ablasswinkelbereichs definiert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Drehschwingungsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ablasswinkelbereich zwischen zwei Neutralwinkelbereichen angeordnet ist. In den Neutralwinkelbereichen arbeitet der Drehschwingungsdämpfer vorzugsweise ohne Zufuhr oder Abfuhr von Fluid, insbesondere von Fluid aus dem Arbeitsvolumen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Drehschwingungsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Neutralwinkelbereiche zwischen zwei Zuförderbereichen angeordnet sind, wobei zur Trennung zwischen den Neutralwinkelbereichen und den Zuförderbereichen jeweils ein Ablasskanal dient. Der Ablasskanal stellt eine Verbindung zu einem Fluidreservoir dar. Die Neutralwinkelbereiche sind jeweils zwischen dem Ablasswinkelbereich und einem der Zuförderbereiche angeordnet.
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Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Drehschwingungsdämpfers, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Fluidvolumen, insbesondere eines vorab beschriebenen Drehschwingungsdämpfers, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass einem beziehungsweise dem Arbeitsvolumen verdrehwinkelabhängig Fluid zugeführt und/oder abgeführt wird. Durch die Zufuhr beziehungsweise Abfuhr von Fluid, insbesondere von Fluid des Hilfsvolumens beziehungsweise des Arbeitsvolumens, kann auf einfache Art und Weise sichergestellt werden, dass sich ein Verdrehwinkel im Betrieb des Drehschwingungsdämpfers stets wieder in einem Sollbereich einpendelt, insbesondere wenn sich ein mittleres Motormoment ändert. Ein wesentlicher Energiespeicher ist die Fluidkompressibilität. Eine unweigerliche Nachgiebigkeit von Gehäusewandungen spielt im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine untergeordnete Rolle.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem neutralen Drehwinkelbereich kein Fluid zugeführt oder abgeführt wird. In dem neutralen Drehwinkelbereich arbeitet der Drehschwingungsdämpfer, der auch als Torsionsfeder oder Drehfeder bezeichnet wird, ohne Zu- oder Abfuhr von Fluid, insbesondere in das Arbeitsvolumen beziehungsweise aus dem Arbeitsvolumen, abgesehen von Reibungsverlusten, verlustfrei. Nur zum Anheben einer Drehfederkennlinie gegen ein steigendes Moment wird eine gewisse Arbeit der Drehungleichförmigkeit des Antriebs entnommen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 eine vereinfachte Darstellung eines Drehschwingungsdämpfers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 die gleiche Darstellung wie in 1 mit Bezeichnungen von verschiedenen Winkelbereichen;
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3 ein kartesisches Koordinatendiagramm mit Kennlinienscharen zu dem Drehschwingungsdämpfer aus den 1 und 2;
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4 eine vereinfachte Darstellung eines Drehschwingungsdämpfers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
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5 eine geringfügig veränderte Variante des Drehschwingungsdämpfers aus 4.
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In den 1 und 2 ist ein Drehschwingungsdämpfer 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt. Der Drehschwingungsdämpfer 1 umfasst eine Primärmasse 4, die relativ zu einer Sekundärmasse 5 um eine Drehachse 7 verdrehbar ist. Der Drehschwingungsdämpfer 1 umfasst zur Darstellung einer hydrostatischen Drehfeder ein Fluidvolumen.
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Das Fluidvolumen umfasst ein Arbeitsvolumen 8 und ein Hilfsvolumen 9. Das Arbeitsvolumen 8 ist so mit dem Hilfsvolumen 9 verbunden beziehungsweise verbindbar, dass der Drehschwingungsdämpfer 1 eine hydrostatische Drehfeder darstellt, die bei wechselnden Lasten und unter Leckageeinfluss selbsttätig und mit einem minimalen Energieverbrauch in einem vorgesehenen Betriebswinkelbereich gehalten werden kann.
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Das Arbeitsvolumen 8 wird von einem Arbeitszylinder 10 begrenzt. Das Hilfsvolumen 9 wird von einem Hilfszylinder 11 begrenzt. Der Arbeitszylinder 10 ist durch ein Kopplungselement 12 mit der Sekundärmasse 5 gekoppelt. Der Hilfszylinder 11 ist durch ein Kopplungselement 13 ebenfalls mit der Sekundärmasse 5 gekoppelt.
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In dem Arbeitszylinder 10 ist ein Arbeitsverdränger 14 angeordnet. In dem Hilfszylinder 11 ist ein Hilfsverdränger 15 angeordnet. Der Arbeitsverdränger 14 ist über ein Kopplungselement 16 mit der Primärmasse 4 gekoppelt. Der Hilfsverdränger 15 ist über ein Kopplungselement 17 ebenfalls mit der Primärmasse 4 gekoppelt. Die beiden Verdränger 14, 15 sind als Kolben ausgeführt und auf Kreisbögen in den Zylindern 10, 11 hin und her bewegbar.
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Der Arbeitszylinder 10 ist optional fluidisch mit Fluiddruckspeichern 18, 19 verbunden. Der Drehschwingungsdämpfer 1 wird vorzugsweise mit einem Hydraulikmedium, wie Hydraulikflüssigkeit oder Hydrauliköl, betrieben. Daher wird das Fluidvolumen auch als Hydraulikvolumen bezeichnet.
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Durch Symbole 21 bis 24 ist ein Fluidreservoir beziehungsweise sind mehrere Fluidreservoire angedeutet. Die Fluidreservoire 21 und 22 sind über Ablasskanäle und Ablassöffnungen an den Arbeitszylinder 10 angeschlossen. Die Fluidreservoire 23 und 24 sind dem Hilfszylinder 11 zugeordnet.
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Durch Symbole 26 bis 29 sind Ventileinrichtungen angedeutet, über welche der Arbeitszylinder 10 mit dem Hilfszylinder 11 beziehungsweise der Hilfszylinder 11 mit den Fluidreservoiren 23, 24 gekoppelt ist. Bei der Ventileinrichtung 26 handelt es sich um ein Rückschlagventil, das ein der Primärmasse 4 zugewandtes Ende des Arbeitszylinders 10 mit dem Hilfszylinder 11 verbindet. Bei der Ventileinrichtung 27 handelt es sich ebenfalls um ein Rückschlagventil, das allerdings den Hilfszylinder 11 mit dem Fluidreservoir 23 verbindet.
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Bei der Ventileinrichtung 28 handelt es sich ebenfalls um ein Rückschlagventil. Das Rückschlagventil 28 verbindet ein der Sekundärmasse 5 zugewandtes Ende des Arbeitszylinders 10 mit dem Hilfszylinder 11. Die ebenfalls als Rückschlagventil ausgeführte Ventileinrichtung 29 verbindet den Hilfszylinder 11 mit dem Fluidreservoir 24. Die Rückschlagventile 26 bis 29 schließen radial nach innen und öffnen radial nach außen. Der Begriff radial bezieht sich auf die Drehachse 7.
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Das Fluidreservoir 23 ist darüber hinaus über einen Ablasskanal 31 mit dem Hilfszylinder 11 verbunden. Analog ist das Fluidreservoir 24 über einen Ablasskanal 32 ebenfalls mit dem Hilfszylinder 11 verbunden.
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In 2 ist durch eine Linie 41 ein Nullwinkel angedeutet. Durch einen Pfeil 42 ist eine Auslenkung der Verdränger 14, 15 bei einer Zugbelastung angedeutet. Durch einen Pfeil 43 ist eine Auslenkung der Verdränger 14, 15 bei einer Schubbelastung eines mit dem Drehschwingungsdämpfer 1 ausgestatteten Kraftfahrzeugs angedeutet.
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Durch einen Doppelpfeil 45 ist ein Ablassbereich angedeutet, der von den Ablassöffnungen beziehungsweise Fluidreservoiren 21, 22 begrenzt wird. Durch Schraffuren 46, 47 sind Neutralwinkelbereiche angedeutet, die sich auf beiden Seiten an den Ablasswinkelbereich oder Ablassbereich 45 anschließen.
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Durch einen Pfeil 48 ist ein Zuförderbereich oder Zuförderwinkelbereich unter Zugbelastung angedeutet. Durch einen Pfeil 49 ist ein Zuförderbereich oder Zuförderwinkelbereich unter Schubbelastung angedeutet. Die Zuförderbereiche 48 und 49 sind durch die Ablasskanäle 31, 32 von den Neutralwinkelbereichen 46 und 47 getrennt.
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Im Betrieb des Drehschwingungsdämpfers 1 wird durch den Hilfsverdränger 15 Druckmedium aus dem Hilfszylinder 11 in den Arbeitszylinder 10 gefördert, wenn sich die Verdränger 14, 15 in einem der Zuförderwinkelbereiche 48, 49 befinden. Durch die als Rückschlagventile ausgeführten Ventileinrichtungen 26 bis 29 wird auf einfache Art und Weise erreicht, dass der Hilfszylinder 11 als Pumpe arbeitet. Dabei werden Winkeländerungen oder Auslenkungen des Hilfsverdrängers 15 in einen Fluidvolumenstrom von dem Hilfszylinder 11 in den Arbeitszylinder 10 umgesetzt.
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Der Hilfszylinder 11 ist, wenn sich der Hilfsverdränger 15 in einem der Neutralwinkelbereiche 46, 47 befindet, durch die winkelabhängig freigegebenen Ablasskanäle 31, 32 mit dem Fluidreservoir 23, 24 verbunden. Daher ist der Hilfszylinder 11 in den Neutralwinkelbereichen 46, 47 als Pumpe deaktiviert.
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Durch die Ablassöffnungen beziehungsweise Fluidreservoire 21, 22 in der Nähe des Nullwinkels 41 wird auf einfache Art und Weise erreicht, dass Fluid aus dem Arbeitszylinder 10 abgelassen wird, wenn sich der Arbeitsverdränger 14 dem Nullwinkel 41 nähert. Dadurch kann auf einfache Art und Weise in dem Ablassbereich 45 ein Freiwinkel dargestellt werden, in welchem die Torsionssteifigkeit des Drehschwingungsdämpfers 1 null ist.
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Die sich auf beiden Seiten an den Ablassbereich 45 anschließenden Neutralwinkelbereiche oder Neutralbereiche 46, 47 stellen unter Zugbelastung 42 und unter Schubbelastung 43 Arbeitsbereiche des Drehschwingungsdämpfers 1 dar.
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In 3 ist ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einer x-Achse 51 und einer y-Achse 52 dargestellt. Auf der x-Achse 51 ist der Verdrehwinkel der Verdränger 14, 15 dargestellt. Auf der y-Achse 52 ist der Betrag des Moments im Betrieb des Drehschwingungsdämpfers 1 in einer geeigneten Einheit aufgetragen.
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Durch einen Doppelpfeil 54 ist der Freiwinkelbereich oder Ablassbereich angedeutet. Durch einen Doppelpfeil 55 ist der Neutralwinkelbereich angedeutet. Durch einen Doppelpfeil 56 ist der Zuförderbereich angedeutet.
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Sobald die Ablasskanäle 31, 32, die auch als Bypassöffnungen bezeichnet werden, durch Momentenspitzen verschlossen werden, beginnt ein Zufördern von Fluid aus dem Hilfszylinder 11 in den Arbeitszylinder 10. Demzufolge wird durch die Momentenungleichförmigkeit der Betriebspunkt des Drehschwingungsdämpfers 1 sukzessive wieder in den Arbeitsbereich verschoben.
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Das Hubvolumen beziehungsweise die Winkeleinheit oder Winkelausdehnung des Hilfszylinders 11 ist vorzugsweise so bemessen, dass einerseits ein Betätigungsmoment die Kennung des Arbeitszylinders 10 nicht ungebührlich verfälscht. Andererseits ist der Hilfszylinder 11 so bemessen, dass das Fördervolumen bei einem raschen Momentenanstieg ausreicht, um den Betriebspunkt schnell wieder einzustellen, ohne dass das System auf einen mechanischen Anschlag 53 fährt, der zum Beispiel von der Sekundärmasse 5 dargestellt wird.
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Über einen weiteren Satz Öffnungen kann kurz vor einem Erreichen des mechanischen Endanschlags 53 das System durch Trennen der Verbindung zum angehängten Fluidvolumen versteift werden, um einem jähen Auffahren auf den Anschlag 53 im Falle sehr steiler Momentenänderungen oder ein Funktionsstörung durch etwa in das Fluidvolumen eingetragenes Gas vorzubeugen. Dadurch würde die Kennlinie vor dem Anschlag 53 gezielt progressiv.
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In den 4 und 5 ist ein Drehschwingungsdämpfer 61 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt. Der Drehschwingungsdämpfer 61 umfasst eine Primärmasse 64 und eine Sekundärmasse 65. Die Primärmasse 64 begrenzt ein Arbeitsvolumen 68. Ein Hilfsvolumen 69 wird von einem Arbeitsverdränger 72 begrenzt. Ein Hilfsverdränger 73 ist an der Primärmasse 64 befestigt.
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Der Arbeitsverdränger 72 ist als einfach wirkender Kolben ausgeführt und über eine Rolle 71 und eine Rampengeometrie 70 so mit der Sekundärmasse 65 gekoppelt, dass der Arbeitsverdränger 72 bei Relativverdrehungen der Massen 64, 65 ausgelenkt wird. Der Arbeitsverdränger 72 umfasst zur Darstellung des Hilfsvolumens 69 einen zylinderartigen Aufnahmeraum, in welchem der Hilfsverdränger 73 teilweise aufgenommen ist.
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Der Hilfsverdränger 73 ist ebenfalls als einfach wirkender Kolben ausgeführt. Durch Symbole 74 bis 76 sind Fluidreservoire angedeutet. Durch weitere Symbole 78 und 79 sind Ventileinrichtungen mit Leitungen angedeutet.
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Die Ventileinrichtungen 78, 79 sind als Rückschlagventile ausgeführt. Das Hilfsvolumen 69 ist zwischen den Rückschlagventilen 78 und 79 an eine Verbindungsleitung 77 angeschlossen, die das Hilfsvolumen 69 mit dem Arbeitsvolumen 68 verbindet. Die Verbindungsleitung 77 mündet mit ihrem dem Arbeitsvolumen 68 abgewandten Ende in das Fluidreservoir 75.
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In 4 ist das Fluidreservoir 76 zur Darstellung der vorab zu den 1 und 2 beschriebenen Pumpwirkung an das Hilfsvolumen 69 angeschlossen. Die Anbindung des Fluidreservoirs 76 an das Hilfsvolumen 69 entspricht den Ablasskanälen 31, 32 in den 1 und 2. Je nach Ausführung kann es, insbesondere aus Bauraumgründen, sinnvoll sein, die Anordnung der Verdränger 72, 73 und der Rampengeometrie 70 zu vertauschen.
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In 5 ist das Hilfsvolumen 69 über eine Verbindungsleitung 80 und die Verbindungsleitung 77 permanent mit dem Arbeitsvolumen 68 verbunden. Dadurch kann die wirksame Fläche des Arbeitskolbens 72 vergrößert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehschwingungsdämpfer
- 2
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- 3
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- 4
- Primärmasse
- 5
- Sekundärmasse
- 6
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- 7
- Drehachse
- 8
- Arbeitsvolumen
- 9
- Hilfsvolumen
- 10
- Arbeitszylinder
- 11
- Hilfszylinder
- 12
- Kopplungselement
- 13
- Kopplungselement
- 14
- Arbeitsverdränger
- 15
- Hilfsverdränger
- 16
- Kopplungselement
- 17
- Kopplungselement
- 18
- Fluiddruckspeicher
- 19
- Fluiddruckspeicher
- 20
-
- 21
- Symbol
- 22
- Symbol
- 23
- Symbol
- 24
- Symbol
- 25
-
- 26
- Symbol
- 27
- Symbol
- 28
- Symbol
- 29
- Symbol
- 30
-
- 31
- Ablasskanal
- 32
- Ablasskanal
- 33
-
- 34
-
- 35
-
- 36
-
- 37
-
- 38
-
- 39
-
- 40
-
- 41
- Linie
- 42
- Pfeil
- 43
- Pfeil
- 44
-
- 45
- Doppelpfeil
- 46
- Schraffierung
- 47
- Schraffierung
- 48
- Pfeil
- 49
- Pfeil
- 50
-
- 51
- x-Achse
- 52
- y-Achse
- 53
- Schraffur
- 54
- Doppelpfeil
- 55
- Doppelpfeil
- 56
- Doppelpfeil
- 57
-
- 58
-
- 59
-
- 60
-
- 61
- Drehschwingungsdämpfer
- 62
-
- 63
-
- 64
- Primärmasse
- 65
- Sekundärmasse
- 66
-
- 67
-
- 68
- Arbeitsvolumen
- 69
- Hilfsvolumen
- 70
- Rampengeometrie
- 71
- Rolle
- 72
- Arbeitsverdränger
- 73
- Hilfsverdränger
- 74
- Symbol
- 75
- Symbol
- 76
- Symbol
- 77
- Linie
- 78
- Symbol
- 79
- Symbol
- 80
- Verbindungsleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010052389 A1 [0002]