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Die Erfindung betriff eine Schwingungsdämpferanordnung mit wenigstens einem Rohrelement und wenigstens zwei daran gelagerten Gehäusen.
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Es ist bekannt, Ventilanordnungen, die zur Einstellung der Dämpfkraft eines Schwingungsdämpfers benutzt werden, in einem Gehäuse außerhalb der Rohrelemente des Schwingungsdämpfers anzuordnen. Je nach Aufbau des Schwingungsdämpfers kann es sich bei dem Rohrelement um den Arbeitszylinder oder das Behälterrohr handeln. Ein dazwischen gegebenenfalls vorhandenes Zwischenrohr ist niemals an der Außenseite angeordnet, weswegen die Gehäuse nicht daran lagerbar sind.
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Bei Schwingungsdämpfern mit einer Aufbaukontrolle wird eine Pumpe benötigt. Auch diese kann in einem Gehäuse außerhalb des Rohrelementes oder der Rohrelemente angeordnet sein.
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Sollen beide Ausgestaltungen, also Radkontrolle mittels verstellbarer Dämpfkraft und Aufbaukontrolle mittels Höhenverstellung, in einer Schwingungsdämpferanordnung realisiert werden, werden üblicherweise wenigstens zwei Gehäuse an dem radial äußersten Rohrelement der Schwingungsdämpferanordnung angebracht. Dabei werden lediglich die Rohrelemente inbegriffen, die bei der Schwingungsdämpfung mitwirken, möglicherweise vorhandene Schutzrohre oder Staubfangrohre sind damit nicht angesprochen. Diese sind ohnehin nicht geeignet, daran Gehäuse zu lagern.
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Bei derartigen Schwingungsdämpferanordnungen kann es zu Ausfällen vor dem Ende der erwarteten Standzeit kommen.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schwingungsdämpferanordnung anzugeben, bei der die Lebensdauer erhöht ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Schwingungsdämpferanordnung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Gehäuse so angeordnet sind, dass der Schwerpunkt der Schwingungsdämpferanordnung in der Radialebene, die senkrecht auf der Längsachse des Rohrelementes steht, innerhalb des Rohrelementes liegt.
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Als Kern der Erfindung wird angesehen, den Schwerpunkt im Querschnitt zu optimieren. Die Massenverteilung in Richtung der Längsachse ist dagegen weniger relevant.
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Die einzelnen Elemente der Schwingungsdämpferanordnung werden beim Beschleunigen entlang der Längsachse des Rohrelementes oder der Rohrelemente bewegt. Bei den Rohrelementen kann es sich wie oben bereits beschrieben um den Arbeitszylinder, das Behälterrohr oder auch ein Zwischenrohr handeln. An dem Zwischenrohr können die Gehäuse aber selbstverständlich nicht befestigt werden, dies geschieht am in radialer Richtung äußersten Rohr.
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Sind bei dieser Bewegung die Gehäuse ungünstig angeordnet, so wirken sie als Hebel auf das Rohrelement ein. Dadurch werden die Kolbenstange und die Kolbenstangenführung stark belastet, weswegen es zu Ausfällen kommen kann. Diese Ausfälle können verhindert werden, indem die Gehäuse der Schwingungsdämpferanordnung für Beschleunigungen in Richtung der Längsachse des Rohrelementes günstig platziert werden. Je näher der Schwerpunkt der Schwingungsdämpferanordnung am Schwerpunkt des Rohrelementes liegt, desto geringer sind die Belastungen an der Kolbenstange und der Kolbenstangenführung.
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Dabei umfasst die Schwingungsdämpferanordnung eben auch die Gehäuse, in denen bevorzugt Hydraulikvorrichtungen angeordnet sind. Der Anteil des Schwingungsdämpferanordnung, der den Kolben, die Kolbenstange, etc. aufweist wird dabei als Schwingungsdämpfereinheit bezeichnet. Das Rohrelement oder die Rohrelemente sind Teil der Schwingungsdämpfereinheit, die wiederum ein Teil der Schwingungsdämpferanordnung sind.
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Wenn die Gehäuse an dem Rohrelement gelagert sind, so bedeutet das, dass wenigstens ein Gehäuse an dem Rohrelement befestigt ist und das zweite Gehäuse entweder am Rohrelement oder an den bereits befestigten Gehäuse befestigt sein kann. Es ist also nur für ein Gehäuse oder nicht für alle Gehäuse notwendig, dass sie am Rohrelement befestigt sind. Die Gehäuse können zum Teil also auch mittelbar gelagert sein.
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Weitere Elemente der Schwingungsdämpferanordnung, die üblicherweise in dem als Schwingungsdämpfereinheit bezeichneten Teil vorhanden sind, sind wie bereits beschrieben ein Kolben, eine daran befestigte Kolbenstange sowie eine Kolbenstangenführung, wobei der Kolben axial beweglich in einem Rohrelement der Schwingungsdämpferanordnung gelagert ist. Dieses Rohrelement wird Arbeitszylinder genannt, wobei der Kolben den Arbeitszylinder in einen ersten und in einen zweiten Arbeitsraum unterteilt. Bei dem Arbeitszylinder kann es sich um das Rohrelement handeln, an dem die Gehäuse befestigt sind. Wie beschrieben kann aber auch ein den Arbeitszylinder zumindest teilweise umgebendes Behälterrohr vorgesehen sein, wobei der Kolben sich im Arbeitszylinder bewegt, während die Gehäuse am Behälterrohr gelagert sind.
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Vorteilhafterweise kann der Schwerpunkt innerhalb einer Fläche in der Mitte des Rohrelementes liegen. Dabei kann die Fläche einen Radius aufweisen, der halb so groß wie der Radius des Rohrelementes ist. Wie bereits ausgeführt, liegen optimalerweise der Schwerpunkt der Schwingungsdämpferanordnung und der Schwerpunkt des Rohrelementes zusammen. Diese liegen optimalerweise beide in der Mitte des Rohrelementes. Dieser Idealfall lässt sich allerdings nicht immer herstellen, da die Massen der Gehäuse selbstverständlich nicht identisch sind.
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Dabei ist, jedenfalls in der Radialebene, der Schwerpunkt der Schwingungsdämpfereinheit und der Schwerpunkt des Rohrelementes im Wesentlichen identisch, da beide radialsymmetrisch aufgebaut sind und daher beide den Schwerpunkt in der geometrischen Mitte haben.
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Soll der Schwerpunkt auch in Längsrichtung der Schwingungsdämpfereinheit mit dem der Schwingungsdämpferanordnung zusammenfallen sind die Gehäuse samt ihrem Innenleben entsprechend in axialer Richtung anzubringen. Diese Richtung liefert aber in Bezug auf Dreh- oder Biegemomente der Kolbenstange den kleineren Beitrag und ist daher allenfalls bei extremen Massenverteilungen relevant.
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Vorteilhafterweise kann der Schwerpunkt innerhalb der Fläche liegen, die im Querschnitt von der Kolbenstange abgedeckt ist. Diese Fläche liegt nochmals innerhalb der vorher beschriebenen Fläche, wobei bei dieser Ausgestaltung bereits eine weitgehende Verringerung der Belastung der Kolbenstange wie auch der Kolbenstangenführung erreicht ist.
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Vorteilhafterweise kann an wenigstens einem Gehäuse wenigstens ein Zusatzgewicht angeordnet sein, das zur Verlagerung des Schwerpunktes der Schwingungsdämpferanordnung dient. Gewicht wird normalerweise streng vermieden, jedoch stellt dies die einfachste Möglichkeit dar, den Schwerpunkt der Schwingungsdämpferanordnung zu optimieren. Liegt dieses Gewicht auf der dem Schwerpunkt der Schwingungsdämpferanordnung abgewandten Seite eines Gehäuses, kommt auch ein großer Hebelarm zum Tragen, so dass auch mit einem geringen Gewicht eine große Wirkung erzielt werden kann. Somit kann die Lebensdauer der Schwingungsdämpferanordnung durch ein geringes Zusatzgewicht erheblich erhöht werden, weswegen in diesem Ausnahmefall ein Zusatzgewicht akzeptabel ist.
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Vorteilhafterweise können drei Gehäuse vorhanden sein. Von diesen ist wie beschrieben wenigstens eines am Rohrelement befestigt, während die anderen grundsätzlich über dieses Gehäuse gelagert sein können. Jedoch ist zur Reduzierung der Biegemomente üblicherweise ein Gehäuse auf der einen Seite und wenigstens ein zweites Gehäuse auf der gegenüberliegenden Seite des Schwingungsdämpfers angeordnet. Dementsprechend sind wenigstens zwei Gehäuse an dem Rohrelement befestigt.
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Vorzugsweise kann in einem Pumpengehäuse eine Pumpenanordnung und in einem Ventilgehäuse eine Ventilanordnung angeordnet sein. Die Pumpenanordnung kann zur Aufbaukontrolle und die Ventilanordnung zur Radkontrolle verwendet werden. Mittels der Pumpenanordnung kann also die Karosserie des Fahrzeugs in der Höhe verstellt werden, dies kann zum Beladungsausgleich oder auch zum Ausgleich von Straßenunebenheiten, also für langfristige und auch kurzfristige Höhenregulierungen, dienen. Mittels der Ventilanordnung kann der Strömungswiderstand des Fluids innerhalb der Schwingungsdämpferanordnung verändert werden, wodurch die Dämpfkraft der Schwingungsdämpferanordnung einstellbar ist. Als Fluid wird üblicherweise ein Hydrauliköl verwendet.
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Vorzugsweise kann in einem Speichergehäuse eine Speicheranordnung angeordnet sein. Die Speicheranordnung kann neben dem Speicherraum auch einen Ausgleichsraum umfassen.
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Sind sowohl ein Ventilgehäuse als auch ein Speichergehäuse vorhanden, ist bevorzugt das Ventilgehäuse am Rohrelement und das Speichergehäuse am Ventilgehäuse befestigt. Alternativ kann das Speichergehäuse sowohl am Ventilgehäuse als auch am Rohrelement befestigt sein, wobei dann bevorzugt lediglich eine Fluidverbindung zum Ventilgehäuse vorliegt.
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Daneben betrifft die Erfindung eine Schwingungsdämpferanordnung. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass die Schwingungsdämpferanordnung wenigstens zwei Rohrelemente aufweist und in dem radial äußersten Rohrelement wenigstens ein Ringkanal zur Fluidleitung vorhanden ist. Dabei können alle Merkmale, die in Bezug auf die beschriebene Schwingungsdämpferanordnung beschrieben wurden auch bei dieser Schwingungsdämpferanordnung auftreten. Dies gilt insbesondere für alle ohne Zusammenhang zu der Gehäuseanordnung beschriebenen Merkmale. Zusätzlich können auch alle Merkmale betreffend die Gehäuseanordnung auftreten, wobei dies nichts zwingend der Fall sein muss.
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Das Vorsehen des Ringkanals ermöglicht nämlich unabhängig von der Schwerpunktslage der Gehäuse bzw. der Schwingungsdämpferanordnung eine Fluidverbindung zwischen zwei am Rohrelement befestigten Hydraulikvorrichtungen, die in einem Gehäuse angeordnet sind. Durch das Vorsehen des Ringkanals können die Gehäuse beliebig platziert werden, es ist also möglich, die Platzierung der Gehäuse völlig frei zu wählen, ohne dass sich die hydraulische Schaltung verändern würde. Insbesondere ist diese Verbindung, die bislang lediglich über Ringräume zwischen Rohrelementen angedacht war, besonders effektiv. In dem radial inneren Rohrelement ist der Kolben geführt, am radial äußeren Rohrelement befinden sich die Ringkanäle. Eine Abdichtung dazwischen kam mittels eines Dichtungselementes erfolgen. Weiterhin kann der Schwingungsdämpfer noch ein Zwischenrohr aufweisen, dies hängt von der Ausgestaltung der Strömungswege ab.
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Vorzugsweise können zwei Ringkanäle vorhanden sein. Dann ist zwischen den Hydraulikvorrichtungen ein vollständiger Kreislauf darstellbar.
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Vorteilhafterweise können die Hydraulikvorrichtungen eine Pumpenanordnung und eine Ventilanordnung sein. Weiterhin kann eine Speicheranordnung vorhanden sein.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Schwingungsdämpferanordnung. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass die Schwingungsdämpferanordnung wie beschrieben ausgebildet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:
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1 Ein Kraftfahrzeug,
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2 eine Schwingungsdämpferanordnung,
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3 eine Schwingungsdämpferanordnung im Querschnitt in einer ersten Ausgestaltung,
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4 eine Schwingungsdämpfereinheit im Querschnitt,
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5 eine Schwingungsdämpferanordnung im Querschnitt in einer zweiten Ausgestaltung,
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6 eine Schwingungsdämpferanordnung im Querschnitt in einer dritten Ausgestaltung,
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7 eine Schwingungsdämpferanordnung im Querschnitt in einer vierten Ausgestaltung, und
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8 eine Schwingungsdämpferanordnung im Längsschnitt.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit vier Schwingungsdämpfern 2, 3, 4 und 5.
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Die Schwingungsdämpfer 2, 3, 4 und 5 sind entweder alle oder nur auf einer der Achsen als aktive Systeme ausgebildet. D. h., dass sie eine Radkontrolle wie auch eine Aufbaukontrolle erlauben. Radkontrolle bedeutet dabei, dass die Dämpfkraft eines Schwingungsdämpfers einstellbar ist, dies kann kontinuierlich oder in diskreten Werten erfolgen. Bei der Aufbaukontrolle wird die Position des Kraftfahrzeugaufbaus variiert, beispielsweise um eine Beladung auszugleichen oder Schlaglöcher in der Straße. Eine Aufbaukontrolle besteht also darin, den Abstand zwischen Rad und Aufbau verändern zu können.
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Schwingungsdämpfer wird dabei abkürzend für Schwingungsdämpferanordnung verwendet.
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2 zeigt beispielhaft den Schwingungsdämpfer 2 in der Draufsicht von vorne. Dieser weist neben einer Schwingungsdämpfereinheit, von der das Behälterrohr 6 dargestellt ist, eine in einem Pumpengehäuse 7 angeordnete Pumpenanordnung 8, eine in einem Ventilgehäuse 9 angeordnete Ventilanordnung 10 und ein Speichergehäuse 12 mit einer Speicheranordnung 14 auf. Dabei liegt das Pumpengehäuse 7 auf der einen Seite des Behälterrohrs 6 und das Ventilgehäuse 9 und das Speichergehäuse 12 auf der anderen Seite. Das Speichergehäuse 12 ist nur am Ventilgehäuse befestigt, aber nicht am Behälterrohr 6. Dies ist dabei eine mögliche Anordnung der Gehäuse 7, 9 und 12, damit bei Beschleunigung des Schwingungsdämpfers 2 in Richtung des Pfeils 16 keine Biegemomente oder minimierte Biegemomente auftreten.
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Der Pfeil 16 zeigt die Längsrichtung der Schwingungsdämpfereinheit und damit des Behälterrohres 6 an. Die Radialebene steht dazu senkrecht.
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3 zeigt einen Schnitt durch den Schwingungsdämpfer 2 in der Radialebene. Dies ist diejenige Ebene, die zur Beschleunigungsrichtung des Schwingungsdämpfers, die auch in Richtung seiner Längsachse liegt, senkrecht steht. Die Radialebene ist also senkrecht zum Pfeil 16.
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3 zeigt den Schwingungsdämpfer 2 im Querschnitt und damit in der Radialebene. Die Achse A geht dabei durch den Schwerpunkt 18 des Behälterrohres 6 und damit der Schwingungsdämpfereinheit. Der Schwerpunkt 18 liegt in der Mitte des Behälterrohres 18, da dieses radialsymmetrisch ist.
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Auch der Schwerpunkt 22 des Schwingungsdämpfers 2, also der Gesamtanordnung bestehend aus Pumpenanordnung 8, Ventilanordnung 10, Speicheranordnung 14 sowie der Schwingungsdämpfereinheit 20 ist eingezeichnet. Dabei sind die Umrisse des Pumpengehäuses 7, des Ventilgehäuses 9, des Speichergehäuses 12 und des Behälterrohres 6 dargestellt. Der Schwerpunkt 22 ist mit dem Schwerpunkt 18 nicht identisch, liegt aber innerhalb des Behälterrohres 6. Bei der Festlegung der Schwerpunkte wurde die Massenverteilung in der Radialebene berücksichtigt. Man erhält die Schwerpunkte, indem entweder die Massen in die Radialebene projiziert werden oder die daraus berechneten Schwerpunkte.
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4 zeigt das Behälterrohr 6 im Querschnitt im Detail. Dabei zeigt der äußere Kreis das Behälterrohr 6 an, der radial innen folgende Kreis eine Fläche 24, die den halben Radius r/2 aufweist wie der Radius r des Behälterrohres 6 ist, und darauffolgend eine Fläche 26, die der Fläche der Kolbenstange entspricht. Der Schwerpunkt 18 des Behälterrohres 6 bzw. der Schwingungsdämpfereinheit 20 liegt dabei in der Mitte sowohl der Fläche 24 wie auch der Fläche 26, der Schwerpunkt 22 des Schwingungsdämpfers 2, der auch die Pumpenanordnung 8, die Ventilanordnung 10 und die Speicheranordnung 14 umfasst, liegt dabei abseits der Mitte, aber immer noch innerhalb der Fläche 26.
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5 zeigt eine alternative Anordnungsmöglichkeit der Gesamtanordnung bestehend aus Pumpenanordnung 8, Ventilanordnung 10, Speicheranordnung 14 sowie der Schwingungsdämpfereinheit 20. Wie auch in 3 ist dabei lediglich der Querschnitt der Gehäuse gezeigt.
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Die Ventilanordnung 10 und die Speicheranordnung 14 sind dabei gegenüber der Achse A wie auch gegenüber der Achse B verlagert. Während diese Verlagerung in Bezug auf die Achse A kaum eine Änderung bewirkt, ist der Schwerpunkt 22 in Bezug auf die Achse B gegenüber 3 verschoben. Somit kann die Lage des Schwerpunkts 22 der Gesamtanordnung durch die Anordnung der Hydraulikvorrichtungen die in Gehäusen außerhalb der Schwingungsdämpfereinheit 20 liegen beeinflusst werden.
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6 zeigt eine weitere alternative Anordnungsmöglichkeit der Gesamtanordnung. Wie auch in den 3 und 5 ist dabei lediglich der Querschnitt der Gehäuse gezeigt.
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Die Verlagerung der Speicheranordnung 14, die das Speichergehäuse umfasst, verlagert dabei den Schwerpunkt 22 über die Achse A.
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Ganz allgemein errechnet sich der Schwerpunkt s →:
mit M als Gesamtmasse, also Masse der Gesamtanordnung, den Ortsvektoren r → und den Massepunkten dm.
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Zur Vereinfachung kann die Schwingungsdämpferanordnung als diskretes System aufgefasst werden, der Schwerpunkt ergibt sich dann zu:
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Bei den beschriebenen Ausgestaltungen ist i = 4, wobei sich bei Wahl des Mittelpunkts der Schwingungsdämpferanordnung 20 als Ursprung für diese r = 0 ergibt und diese in der Berechnung herausfällt.
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Die relative Lage der Flächen 24 und 26, wie in 4 gezeigt, ist in den 5 und 6 identisch.
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7 zeigt eine Abwandlung zu 6. Dabei wurde am Ventilgehäuse 10 ein Zusatzgewicht 28 angebracht, um den Schwerpunkt 22 in Richtung der Achse A zu verlagern.
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Es können dabei grundsätzlich beliebig viele Zusatzgewichte verwendet werden, es ist jedoch in Bezug auf die Achsen A und B jeweils nur ein Gewicht notwendig, um den Schwerpunkt 22 in die Fläche 24 oder 26 oder sogar in die Mitte des Behälterrohres 6 zu verschieben. Gelingt es, dass durch eine geschickte Anordnung der Vorrichtungen 8, 9 und 14 der Schwerpunkt 22 bereits auf einer der Achsen A oder B liegt reicht bereits ein Zusatzgewicht zur Korrektur.
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Je mehr Abstand die Zusatzgewichte zum Ursprung, in den Beispielen immer die Mitte des Behälterrohres, wo auch die Mitte der Kolbenstange liegt, aufweist, desto mehr Einfluss übt es bei gleichbleibender Masse aus. Um das Gesamtgewicht nur gering zu erhöhen sind Zusatzgewichte also mit größtmöglichem Abstand zum Ursprung anzuordnen.
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Die Zusatzgewichte können dabei bei jeder möglichen Anordnung und nicht nur bei den gezeigten Ausgestaltungen verwendet werden.
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8 zeigt einen Längsschnitt durch das Behälterrohr 6. Dabei sind zwei Ringkanäle 30 und 32 in die Rohrwand eingearbeitet, mittels derer eine Fluidverbindung zwischen Pumpenanordnung 8 einerseits und Ventilanordnung 10 sowie Speicheranordnung 14 andererseits herstellbar ist.
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Die Ringkanäle werden durch eine Dichtung 34 und der daran anschließenden Wand des Arbeitszylinders voneinander getrennt. Dadurch entstehen zwei separate Strömungswege, durch die ein Strömungskreis gebildet wird.
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Statt der gezeigten Vorrichtungen 8, 10 und 14 können auch beliebige andere Hydraulikvorrichtungen angeschlossen werden.
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Durch die Ringkanäle 30 und 32 können die in den 3, 5 und 6 und weitere Ausgestaltungen erhalten werden, ohne dass die Hydraulik innerhalb des Behälterrohres 6 bzw. innerhalb der Schwingungsdämpfereinheit 20 zu ändern ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Schwingungsdämpfer
- 3
- Schwingungsdämpfer
- 4
- Schwingungsdämpfer
- 5
- Schwingungsdämpfer
- 6
- Behälterrohr
- 7
- Pumpengehäuse
- 8
- Pumpenanordnung
- 9
- Ventilgehäuse
- 10
- Ventilanordnung
- 12
- Speichergehäuse
- 14
- Speicheranordnung
- 16
- Pfeil
- 18
- Schwerpunkt
- 20
- Schwingungsdämpfereinheit
- 22
- Schwerpunkt
- 24
- Fläche
- 26
- Fläche
- 28
- Zusatzgewicht
- 30
- Ringkanal
- 32
- Ringkanal
- 34
- Dichtung
