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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen mit einem Dämpfmedium gefüllten Zylinder, einen innerhalb des Zylinders angeordneten, axial verschieblichen Kolben mit einem Kolbengrundkörper, welcher mit einer Kolbenstange verbunden ist und den Zylinderinnenraum in einen ersten Arbeitsraum und einen zweiten Arbeitsraum unterteilt.
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Schwingungsdämpfer kommen bei Kraftfahrzeugen überwiegend in Form hydraulisch-mechanischer Dämpfer zur Anwendung und werden dabei insbesondere zwischen einem jeweiligen Fahrzeugaufbau und den Achsen des jeweiligen Kraftfahrzeuges vorgesehen. Ein an dieser Stelle platzierter Schwingungsdämpfer verhindert einerseits ein Aufschaukeln und Nachschwingen des Fahrzeugaufbaus bei Anregung durch die Fahrbahn oder im Zuge bestimmter Fahrzustände und bewirkt andererseits ein rasches Abklingen einer von der Fahrbahn angeregten Schwingung eines jeweiligen Fahrzeugrades, so dass stets eine Bodenhaftung dieses Fahrzeugrades garantiert werden kann.
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Schwingungsdämpfer werden bei Kraftfahrzeugen zumeist als Teleskopstoßdämpfer und hierbei dann als Ein- oder Zweirohrdämpfer ausgeführt. Eine Dämpfwirkung wird dabei durch Verdrängung eines Dämpfmediums, zumeist in Form einer Hydraulikflüssigkeil, erzeugt, wobei das Strömen des Dämpfmediums im Zuge des Verdrängens üblicherweise über ein Kolbenventil beeinflusst wird, welches zu diesem Zweck mit mehreren Durchflusskanäle versehen ist. Dämpfungskennlinien des Schwingungsdämpfers sind dann zumeist über hydraulische Widerstände eingestellt, welche das Strömen des Dämpfmediums über die Durchflusskanäle entsprechend beeinflussen und häufig als gegen einen Kolbenkörper des Kolbenventils vorgespannte Ventilscheiben ausgeführt sind.
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Darüber hinaus ist aus der
US 9 928 507 A1 , sowie aus der
DE 22 07 720 A1 jeweils ein Schwingungsdämpfer bekannt, wessen Kolben eine Mehrzahl Bauteile umfasst, welche die Dämpfkraft durch die Veränderung der Reibung gegenüber dem Zylinder beeinflussen. Der Schwingungsdämpfer gemäß
US 9 928 507 A1 umfasst ein aus einem flexiblen Material ausgeführtes Donutförmiges, luftgefülltes Bauteil, welches aufgrund des Drucks des Dämpfungsfluides sich reversibel verformt und die Reibungsringe radial nach außen treibt, wodurch sich diese stärker radial an dem Dämpferzylinder abstützen und die Reibung zwischen dem Kolben und dem Dämpferzylinder erhöhen.
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Alternativ dazu umfasst der Kolben des Schwingungsdämpfers gemäß
DE 22 07 720 A1 mehrere konusförmig ausgebildete Segmente, welche ineinander greifen, sodass die radial innen liegende Bauteile die radial außen liegenden Bauteile nach außen treiben, wodurch diese sich stärker radial an dem Dämpferzylinder abstützen, wodurch die Reibung zwischen dem Kolben und dem Dämpferzylinder erhöht wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen alternativen Schwingungsdämpfer anzugeben, welcher einfach und kostengünstig aufgebaut ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
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Es ist somit vorgesehen, dass der Kolbengrundkörper mindestens ein federbelastetes, axial bewegliches Kolbengrundkörperbauteil, sowie mindestens zwei federbelastete, radial bewegliche Kolbengrundkörperbauteile umfasst, wobei die Kolbengrundkörperbauteile relativ zueinander verlagerbar sind und wobei zwischen den Kolbengrundkörperbauteilen Kanäle vorgesehen sind welche durch die Verlagerung der Kolbengrundkörperbauteile relativ zueinander zumindest teilweise verschließbar sind und wobei die Bewegung der Kolbengrundkörperbauteile von einer Druckdifferenz eines Dämpfmediumdrucks zwischen dem ersten Arbeitsraum und dem zweiten Arbeitsraum abhängig ist. Darüber hinaus umfasst der Schwingungsdämpfer zumindest ein Verbindungsbauteil, zur Verbindung des Kolbens mit der Kolbenstange. Dieses kann scheibenförmig oder auch sternförmig ausgeführt sein, die Kolbengrundkörperbauteile an der Kolbenstange axial fixieren und eine radiale Bewegung der Kolbengrundkörperbauteile zulassen.
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Die radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteile weisen vorteilhafter Weise zumindest jeweils eine zur Kolbenstange hin offene Ausnehmung auf, sodass das mit der Kolbenstange fest verbundene Verbindungsbauteil in die Ausnehmung eingreifen und radial an dem Verbindungsbauteil gleiten kann.
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Das Verbindungsbauteil ist vorteilhafter Weise innerhalb des Kolbeninnenraums angeordnet und unterteilt den Kolbeninnenraum in eine erste Kammer und eine zweite Kammer.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsvariante umfasst der Kolben mindestens einen an dem Kolbengrundkörper ausgeführten Durchflusskanal für das Dämpfmedium, welcher aufgrund der relativen Verlagerung der Kolbengrundkörperbauteile zueinander zumindest teilweise verschließbar ist. Dadurch wird auf eine einfache Art und Weise eine Möglichkeit geschaffen die Dämpfkraftkennlinie des Schwingungsdämpfers zusätzlich zu beeinflussen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Außenumfang des Kolbens durch die relative Verlagerung der Kolbengrundkörperbauteile zueinander vergrößert oder verkleinert wird. Dadurch kann die Reibung zwischen dem Kolben und dem Zylinder definiert erhöht oder verringert werden, was eine weitere sehr einfache Möglichkeit der Beeinflussung der Dämpfkraftkennlinie des Schwingungsdämpfers darstellt.
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Es kann vorteilhafter Weise vorgesehen sein, das Dämpfmedium als eine Flüssigkeit auszubilden. Darüber hinaus kann das Dämpfmedium als ein Gas, wie beispielsweise Luft oder ein anderes geeignetes Gas oder Gasgemisch ausgebildet sein, wodurch beispielsweise das Gewicht des Dämpfers auf eine einfache Weise reduziert werden kann.
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Vorteilhafter Weise kann der Kolben einen die Kolbenstange in Umfangsrichtung umgreifenden und von den Kolbengrundkörperbauteilen axial und radial begrenzten, mit Dämpfmedium gefüllten Kolbeninnenraum umfassen. Dieser dient unter Anderem der Beruhigung des durch den in den Kolbengrundkörperbauteilen ausgeführten Durchflusskanal strömenden Dämpfmediums, was einer sehr einfachen und wirkungsvollen Geräuschreduzierung dient.
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Darüber hinaus kann das Verbindungsbauteil zumindest einen Strömungsdurchbruch für das Dämpfmedium umfassen.
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Anhand folgender Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1: eine Schnittdarstellung einer ersten beispielsweisen Ausführungsvariante eines Schwingungsdämpfers gemäß Patentanspruch 1;
- 2: eine Draufsicht auf die Ausführungsvariante gemäß 1;
- 3: eine Darstellung der Ausführungsvariante gemäß 1 bei einer ersten einseitigen Erhöhung des Dämpfmediumdrucks;
- 4: eine Draufsicht auf die Ausführungsvariante gemäß 3;
- 5: eine Darstellung der Ausführungsvariante gemäß 1 bei einer weiteren einseitigen Erhöhung des Dämpfmediumdrucks;
- 6: eine Draufsicht auf die Ausführungsvariante gemäß 5.
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Die 1 zeigt zunächst einen Abschnitt einer beispielsweisen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers 1 in einer Längsschnittdarstellung.
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Der Schwingungsdämpfer 1 umfasst einen mit einem Dämpfmedium gefüllten Zylinder 2, innerhalb welchen ein axial verschiebbarer Kolben 3 angeordnet ist. Der Kolben 3 umfasst einen Kolbengrundkörper 4, welcher aus mehreren Kolbengrundkörperbauteilen besteht. In der in den 1, 3 und 5 jeweils abgebildeten Ausführungsvariante umfasst der Kolbengrundkörper 4 zwei federbelastete axial bewegliche Kolbengrundkörperbauteile 9, 10 sowie mindestens zwei radial bewegliche federbelastete Kolbengrundkörperbauteile 11, 12. Der Kolbengrundkörper 4 ist mit Hilfe eines Verbindungsbauteils 27 mit der Kolbenstange 5 verbunden. Die Verbindung ist derart realisiert, dass die radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteile axial nahezu unbeweglich radial jedoch bewegbar an dem Verbindungsbauteil 27 angebracht sind
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Das Verbindungsbauteil 27 ist in der in 1, 3 und 5 dargestellten Ausführungsvariante scheibenförmig ausgeführt und weist einen Strömungsdurchbruch 35 für das Dämpfmedium auf. Das Verbindungsbauteil 27 kann jedoch auch eine andere Ausgestaltungsform aufweisen und beispielsweise sternförmig ausgeführt sein.
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Die radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteile 11, 12 weisen jeweils eine zur Kolbenstange hin offene Ausnehmung 31, 32 auf, sodass das mit der Kolbenstange 5 fest verbundene Verbindungsbauteil 27 in die Ausnehmung 31, 32 eingreift und das radial bewegliche Kolbengrundkörperbauteil 11, 12 axial nahezu unbeweglich macht, wobei das radial bewegliche Kolbengrundkörperbauteil 11, 12 radial an dem Verbindungsbauteil 27 gleiten kann.
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Die axial beweglichen Kolbengrundkörperbauteile 9, 10 sind kegelstumpfförmig ausgeführt. Innerhalb des Kolbengrundkörperbauteils 4 ist ein Kolbeninnenraum 28 angeordnet, welcher mit Dämpfmedium gefüllt ist. Dieser Kolbeninnenraum 28 ist durch das innerhalb des Kolbeninnenraums 28 angeordnete Verbindungsbauteil 27 in zwei Kammern, eine erste Kammer 29 und eine zweite Kammer 30 unterteilt. Die erste Kammer 29 und die zweite Kammer 30 sind durch den in dem Verbindungsbauteil 27 ausgeführten Strömungsdurchbruch 35 miteinander verbunden.
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Die axial beweglichen Kolbengrundkörperbauteile 9, 10 sind derart angeordnet, dass deren Deckflächen jeweils zueinander, in Richtung des Kolbeninnenraums 28 gerichtet, wobei deren Grundflächen von dem Kolbeninnraum 28 abgewandt sind und in Richtung des Zylinderinnenraums 6 ausgerichtet sind.
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Wie in den 1, 3 und 5 darstellt ist, umfasst der Kolbengrundkörper 4 mindestens zwei radial bewegliche, zylindersegmentförmig ausgeführte Kolbengrundkörperbauteile 11 und 12, welche den Kolbeninnenraum 28 radial begrenzen. Darüber hinaus umfassen die radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteile 11, 12 jeweils eine Senkfläche 49, welche sich axial schräg, kegelförmig in Richtung des Kolbeninnenraums 28 erstreckt und der Mantelfläche des kegelstumpfförmig ausgeführten axial beweglichen Kolbengrundkörperbauteils 9 angepasst ist, sowie eine weitere Senkfläche 50, welche sich ebenfalls axial schräg, kegelförmig in Richtung des Kolbeninnenraums 28 erstreckt und der Mantelfläche des radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteils 10 angepasst ist.
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Die axial beweglichen Grundkörperbauteile 9, 10 sind derart angebracht, dass diese mit Hilfe von axial wirkenden Federelementen 36, 37, 38, 39 in Position gehalten werden, wobei sich diese an dem Verbindungsbauteil 27 abstützen.
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Die radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteile 11 ,12 stützen sich über die radial wirkenden Federelemente 40, 41, 42, 43 radial an der Kolbenstange 5 des Schwingungsdämpfers 1 ab.
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Die 2, 4 und 6 zeigen jeweils einen Querschnitt eines Schwingungsdämpfers 1, welcher in den 1, 3 und 5 dargestellt ist. Gemäß den 1, 3 und 5 umfasst der Kolbengrundkörper 4 jeweils zwei radial bewegliche Kolbengrundkörperbauteile 11 und 12.
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Die 2, 4 und 6 zeigen jedoch, dass 4 radial bewegliche Kolbengrundkörperbauteile 11, 12, 13, 14 ebenfalls im Sinne der Erfindung verwendet werden können. Selbstverständlich kann die Erfindung nicht auf die Anzahl der verwendeten radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteile reduziert werden, vielmehr kann eine beliebige Anzahl der radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteile im Sinne der Erfindung eingesetzt werden.
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Aus diesem Grund wird die Erfindung nun des Weiteren im Lichte einer Zusammenschau aller 1 bis 6 erläutert.
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Die gesamten Kolbengrundkörperbauteile sind derart zueinander positioniert, dass zwischen den axial beweglichen Kolbengrundkörperbauteilen 9, 10 und den radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteilen 11, 12, 13, 14 sich jeweils ein konusförmiger Kanal 15, 16 erstreckt, welcher den Durchfluss des Dämpfmediums dient. Zwischen den radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteilen 11, 12, 13, 14 und dem Zylinder 2 ist ein zylinderförmiger, den Kolbengrundkörper 4 in Umfangsrichtung umgreifender Kanal 21 vorgesehen. Zwischen den einzelnen radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteilen 11, 12, 13, 14 sind weitere Kanäle 17, 18, 19, 20 vorgesehen, wie es in den 2, 4, 6 dargestellt ist. Darüber hinaus weisen die axial beweglichen Kolbengrundkörperbauteile 9, 10 sowie die radial bewegliche Kolbengrundkörperbauteile 11, 12, 13, 14 Durchflusskanäle 23, 24, 25, 26 auf, welche in den 1 bis 6 als Bohrungen dargestellt sind. Die gesamten Durchflusskanäle 23, 24, 25, 26 sowie die Kanäle 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 sind derart ausgeführt, dass diese den ersten Arbeitsraum 7 des Zylinderinnenraums 6 des Zylinders 2 mit dem zweiten Arbeitsraum 8 des Zylinderinnenraums 9 des Zylinders 2 strömungsmäßig verbinden.
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Im Weiteren soll nun die Funktionsweise des Kolbens 3 des Schwingungsdämpfers 1 näher erläutert werden.
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Die 1 zeigt den Kolben 3 des Schwingungsdämpfers 1 in einer Situation in der Dämpfmitteldruck P1 in dem ersten Arbeitsraum 7 des Zylinderinnenraums 6 nur geringfügig größer ist als der Dämpfmitteldruck P2 in dem zweiten Arbeitsraum 8 des Zylinderinnenraums 6. Das Dämpfmedium passiert die vorstehend genannten Kanäle und Durchflusskanäle und fließt durch diese aus dem ersten Arbeitsraum 7 in den zweiten Arbeitsraum 8 des Zylinderinnenraums 6, was durch als Pfeile und gestrichelte Pfeile dargestellte Dämpfmediumwege 44, 45, 46, 47 in der 1 abgebildet ist.
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Gemäß der Ausführungsvariante nach 2 sind die Kanäle 17, 18, 19, 20 zwischen den einzelnen radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteilen 11, 12, 13, 14 in dieser Situation geöffnet. Es kann jedoch ebenfalls vorgesehen sein, dass diese bei dem in 1 dargestellten Fall fest verschlossen sind.
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Steigt der Dämpfmediumdruck P1 in dem ersten Arbeitsraum 7 des Zylinderinnenraums 6 weiter, wie es in 3 dargestellt ist, so bewegt sich das axial bewegliche Kolbengrundkörperbauteil 9 axial in Richtung des Kolbeninnenraums 28 und verschließt den Kanal 15, wodurch die Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers 1 ansteigt.
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Steigt der Dämpfmediumdruck P1 in dem ersten Arbeitsraum 7 des Zylinderinnenraums 6 weiter, wie in der 5 abgebildet, so bewegt sich das axial bewegliche Kolbengrundkörperbauteil 9 weiter und gleitet mit seiner Mantelfläche an der Senkfläche 49 der radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteile 11 ,12, 13, 14, wodurch diese radial nach außen gedrückt werden. Durch diese Bewegung werden ebenfalls die Dämpfmediumwege 44, 46 und 47 verschlossen.
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Darüber hinaus stützen sich mit zunehmenden Druck P1 die radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteile 11, 12, 13, 14 radial immer stärker an dem Zylinder 2 radial ab wodurch die Reibung zwischen dem radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteilen 11, 12, 13, 14 und dem Zylinder 2 erhöht wird, was die Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers 1 noch weiter erhöht.
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Um ein blockieren des Kolbens 3 innerhalb des Zylinders 2 des Schwingungsdämpfers 1 zu vermeiden, bleiben die zwischen den radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteilen angeordneten Kanäle 17, 18, 19, 20 offen oder werden geöffnet. Die Kanäle 17, 18, 19, 20 können mit Hilfe von in den Figuren nicht dargestellten Verschlusselementen zumindest teilweise abgedeckt sein. Diese können separat oder auch zusammen mit den axial beweglichen Kolbengrundkörperbauteilen 9, 10 einstückig als Vorsprünge ausgeführt sein. Die Verschlusselemente dienen einer definierten Begrenzung des durch die Kanäle 17, 18, 19, 20 strömenden Dämpfmediums. Gleicht sich der Dämpfmediumdruck P2 und der Dämpfmediumdruck P1 einander an, so bewegt sich das axial bewegliche Kolbengrundkörperbauteil 9 sowie die radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteile 11, 12, 13, 14 in ihre Ausgangsposition zurück, wodurch die Kanäle und die Durchflusskanäle wieder geöffnet werden.
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Der in 1, 3 und 5 dargestellte Kolben ist symmetrisch aufgebaut, sodass die Funktionsweise auf die andere Seite des Kolbens unter der Prämisse der Funktionssymmetrie übertragbar ist.
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Somit bewegt sich das axial bewegliche Kolbengrundkörperbauteil 10 beim Ansteigen des Dämpfmediumdrucks P2, wenn dieser höher ist als der Dämpfmediumdruck P1, axial in Richtung des Kolbeninnenraums 28 und verschließt den Kanal 16, wodurch die Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers 1 ansteigt. Steigt der Dämpfmediumdruck P2 in dem ersten Arbeitsraum 8 des Zylinderinnenraums 6 weiter, so bewegt sich das axial bewegliche Kolbengrundkörperbauteil 10 weiter und gleitet mit seiner Mantelfläche an der Senkfläche 50 der radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteile 11 ,12, 13, 14, wodurch diese radial nach außen gedrückt werden. Durch diese Bewegung werden ebenfalls die Dämpfmediumwege 44, 46 und 47 verschlossen.
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Darüber hinaus stützen sich mit zunehmenden Druck P2 die radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteile 11, 12, 13, 14 radial immer stärker an dem Zylinder 2 radial ab wodurch die Reibung zwischen dem radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteilen 11, 12, 13, 14 und dem Zylinder 2 erhöht wird, was die Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers 1 noch weiter erhöht.
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Gleicht sich der Dämpfmediumdruck P1 und der Dämpfmediumdruck P2 einander an, so bewegt sich das axial bewegliche Kolbengrundkörperbauteil 9 sowie die radial beweglichen Kolbengrundkörperbauteile 11, 12, 13, 14 in ihre Ausgangsposition zurück, wodurch die Kanäle und die Durchflusskanäle wieder geöffnet werden.
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Bezugszeichen
- 1
- Schwingungsdämpfer
- 2
- Zylinder
- 3
- Kolben
- 4
- Kolbengrundkörper
- 5
- Kolbenstange
- 6
- Zylinderinnenraum
- 7
- erster Arbeitsraum
- 8
- zweiter Arbeitsraum
- 9; 10
- axial bewegliches Kolbengrundkörperbauteil
- 11; 12; 13; 14
- radial bewegliches Kolbengrundkörperbauteil
- 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21
- Kanal
- 23; 24; 25; 26
- Durchflusskanal
- 27
- Verbindungsbauteil
- 28
- Kolbeninnenraum
- 29
- erste Kammer
- 30
- zweite Kammer
- 31; 32
- Ausnehmung
- 35
- Ströhmungsdurchbruch
- 36; 37; 38; 39
- axial wirkendes Federelement
- 40; 41; 42; 43
- radial wirkendes Federelement
- 44; 45; 46; 47
- Dämpfmediumweg
- 49; 50
- Senkfläche
- P1; P2
- Dämpfmediumdruck
