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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft allgemein Dämpfer oder
Stoßdämpfer, die
angepasst sind zur Verwendung in einem Aufhängungssystem wie solche Systeme,
die bei Kraftfahrzeugen verwendet werden. Insbesondere betrifft
die vorliegende Erfindung einen Stoßdämpfer, der Gas statt Hydraulikfluid
als Dämpfungsmedium
verwendet und elektronische Steuerung/Regelung, welche die Dämpfungscharakteristika
des Stoßdämpfers in
Abhängigkeit
von den Signalen eines oder mehrerer Sensoren einstellen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Stoßdämpfer werden
in Verbindung mit Fahrzeugaufhängungssystemen
verwendet, um unerwünschte
Schwingungen zu absorbieren, die während der Fahrt auftreten.
Um unerwünschte
Schwingungen zu absorbieren, werden Stoßdämpfer im allgemeinen zwischen
dem gefederten Teil (Chassis) und dem nicht gefederten Teil (Aufhängung) eines Fahrzeugs
eingesetzt. In einem Druckrohr des Stoßdämpfers ist ein Kolben angeordnet,
wobei das Druckrohr üblicherweise
mit dem nicht gefederten Teil des Fahrzeugs gekoppelt ist. Der Kolben
ist üblicherweise
an einer Kolbenstange angeordnet, die sich durch das Druckrohr erstreckt
und mit dem gefederten Teil des Fahrzeugs verbunden ist. Der Kolben teilt
das Druckrohr in eine obere Arbeitskammer und in eine untere Arbeitskammer,
die beide üblicherweise
mit einer Hydraulikflüssigkeit
gefüllt
sind. Da der Kolben durch Einsatz von Ventilen in der Lage ist,
die Strömung
der Hydraulikflüssigkeit
zwischen der oberen und der unteren Arbeitskammer zu begrenzen, wenn
der Stoßdämpfer zusammengedrückt oder auseinandergezogen
wird, kann der Stoßdämpfer eine
Dämpfkraft
bereitstellen, die den Schwingungen entgegenwirkt, die andernfalls
von dem ungefederten Teil des Fahrzeugs auf den gefederten Teil übertragen
würden.
In einem Doppelrohrstoßdämpfer ist
ein Fluidreservoir oder eine Reservekammer zwischen dem Druckrohr
und einem Reserverohr definiert. Ein Grundventil ist zwischen der
oberen Arbeitskammer und der Reservekammer angeordnet, um eben falls eine
Dämpfkraft
zu erzeugen, die den Schwingungen entgegenwirkt, die andernfalls
von dem ungefederten Teil auf den gefederten Teil des Fahrzeugs übertragen
würden.
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Stoßdämpfer, die
mit Hydraulikflüssigkeit
gefüllt
sind, wurden mit kontinuierlichem Erfolg in der gesamten Automobilindustrie
eingesetzt. Obwohl erfolgreich in der Automobilindustrie eingesetzt,
sind mit Hydraulikflüssigkeit
gefüllte
Stoßdämpfer nicht problemfrei.
Ein den Hydraulikflüssigkeitsstoßdämpfern anhaftendes
Problem ist ihre fehlende Fähigkeit, die
Dämpfungscharakteristika
in Abhängigkeit
der Frequenz der Schwingungen zu verändern. Zur Beseitigung dieses
Nachteils wurden komplexe Systeme entwickelt, um mit Hydraulikflüssigkeit
gefüllte Stoßdämpfer herzustellen,
die relativ weich bei hochfrequenten Schwingungen, hingegen relativ
steif bei niedrigfrequenten Schwingungen sind. Andere Probleme,
die mit Stoßdämpfern mit
Hydraulikflüssigkeit verbunden
sind, betreffen die Veränderung
ihrer Dämpfkräfte aufgrund
Temperaturschwankungen der Hydraulikflüssigkeit. Wenn sich die Temperatur
der Hydraulikflüssigkeit ändert, ändert sich
auch die Viskosität
der Flüssigkeit,
was die Dämpfkraftcharakteristika
der Flüssigkeit
signifikant beeinflußt.
Hinzu kommt, dass jede Aeration der Hydraulikflüssigkeit während des Betriebs die Funktion
des Dämpfers
infolge des Eintritts eines kompressiblen Gases in die nicht kompressible
Hydraulikflüssigkeit
nachteilig beeinflusst. Schließlich
erhöht
die Hydraulikflüssigkeit das
Gewicht des Stoßdämpfers und
erzeugt Bedenken hinsichtlich der Umweltverträglichkeit infolge der Verwendung
von Hydraulikflüssigkeit.
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In
dem Bemühen,
die Probleme mit Dämpfern,
die mit Hydraulikflüssigkeit
gefüllt
sind, zu beseitigen, hat die Industrie Dämpfer mit Druckgas, vorzugsweise
Luft, entwickelt, Die Verwendung eines Gases, insbesondere von Luft
als Dämpfmedium,
erzeugt einen frequenzabhängigen
Dämpfer
oder Stoßdämpfer, der
im Vergleich zu Dämpfern
mit hydraulischer Flüssigkeit
weniger anfällig
gegen Temperaturwechsel ist. Diese Luftdämpfer werden über die
Zeit hinweg nicht nachteilig durch die Aeration beeinflusst, sie
sind niedriger im Gewicht, und sie sind umweltfreundlich, da keine
Hydraulikflüssigkeit
verwendet wird. Die fortschreitende Entwicklung dieser Gas- oder
Luftdämpfer
war auf die Einstellbarkeit solcher Dämpfer gerichtet. Der Gas- oder
Luftdämpfer ist
wegen der Kompressibilität
des Dämpfmedium
inhärent
frequenzabhängig.
Die weitere Entwicklung dieser Dämpfer
war gerichtet auf die Veränderung von
Dämpfcharakteristika
im Verhältnis
zu einem oder mehreren Fahrzeugparameter.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bereichert die Technik mit einem Gas- oder
Luftdämpfer,
der in bezug auf einen oder mehrere Fahrzeugparameter einstellbar
ist. Eine elektronische Steuer-/Regeleinheit überwacht die verschiedenen
Betriebsparameter des Fahrzeugs und stellt den Gas- oder Luftdämpfer zwischen
weicher Dämpfung
und straffer Dämpfung
ein, um eine optimale Stoßdämpfung für die laufenden Betriebsbedingungen
des Fahrzeugs bereitzustellen. Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
ersichtlich. Es versteht sich, dass die detaillierte Beschreibung
und die speziellen Ausführungsbeispiele,
obwohl sie bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung darstellen, lediglich dem Zweck der Illustration dienen,
und es nicht Absicht ist, den Umfang der Erfindung zu begrenzen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird durch die detaillierte Beschreibung und
die dazugehörigen
Figuren noch besser verständlich.
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1 ist
eine Darstellung eines Automobils, bei dem der neue erfindungsgemäße einstellbare gasgefüllte Schwingungsdämpfer eingebaut
ist;
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2 ist
eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt des neuen erfindungsgemäßen gasgefüllten einstellbaren
Schwingungsdämpfers;
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3 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
des Ventilsystems, das in den frequenzabhängigen Dämpfer aus 1 eingesetzt
ist;
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4 ist
ein Graph, bei dem die Frequenz gegenüber der Dissipation für sowohl
einen flüssigkeitsgefüllten Stoßdämpfer nach
dem Stand der Technik als auch einem gasgefüllten erfindungsgemäßen Stoßdämpfer aufgetragen
sind;
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5 ist
eine schematische Ansicht eines neuen gasgefüllten einstellbaren erfindungsgemäßen Stoßdämpfers gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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6 ist
eine schematische Ansicht eines neuen gasgefüllten einstellbaren erfindungsgemäßen Stoßdämpfers gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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7 ist
eine schematische Ansicht eines neuen gasgefüllten einstellbaren erfindungsgemäßen Stoßdämpfers gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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8 ist
eine schematische Ansicht eines neuen gasgefüllten einstellbaren erfindungsgemäßen Stoßdämpfers gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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9 ist
eine schematische Ansicht eines neuen gasgefüllten einstellbaren erfindungsgemäßen Stoßdämpfers gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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10 ist
eine schematische Ansicht eines neuen gasgefüllten einstellbaren erfindungsgemäßen Stoßdämpfers gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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11 ist
eine schematische Ansicht eines neuen gasgefüllten einstellbaren erfindungsgemäßen Stoßdämpfers gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Die
folgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen ist lediglich
exemplarischer Natur und bedeutet keinesfalls eine Begrenzung der Erfindung,
der Anmeldung oder des Gebrauchs.
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Es
wird nun Bezug genommen auf die Figuren, in denen gleiche Bezugsziffern
gleiche oder entsprechende Teile über die verschiedenen Ansichten hinweg
bezeichnen.
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In 1 ist
ein Fahrzeug dargestellt, das ein Aufhängungssystem mit erfindungsgemäßen elektronisch
geregelten frequenzabhängigen
Dämpfern
besitzt, wobei das Fahrzeug allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet
ist. Das Fahrzeug 10 weist eine hintere Aufhängung 12,
eine vordere Aufhängung 14 und
ein Chassis 16 auf. Das System der hinteren Aufhängung 12 umfasst
ein Paar unabhängiger
Radaufhängungen,
das angepasst ist, ein Paar Hinterräder 8 operativ zu
tragen. Jede hintere unabhängige
Aufhängung
ist mittels eines Stoßdämpfers 20 und
einer Schraubenfeder 22 an dem Chassis 16 eingebaut.
In ähnlicher
Weise weist die vordere Aufhängung 14 ein Paar
unabhängige
Aufhängungen
auf, das angepasst ist, ein Paar Vorderräder 24 operativ zu
tragen. Jede unabhängige
vordere Aufhängung
ist mittels eines Stoßdämpfers 26 und
einer Schraubenfeder 28 am Chassis eingebaut. Die hinteren
Stoßdämpfer 20 und
die vorderen Stoßdämpfer 28 dienen
dazu, die Relativbewegung des ungefederten Teils des Fahrzeugs 10 (d.h.
jeweils die vorderen und hinteren Aufhängungssysteme 12 und 14)
bezüglich
des gefederten Teils (d.h. das Chassis 16) des Fahrzeugs 10 zu dämpfen.
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Obwohl
das Fahrzeug 10 als ein Personenkraftfahrzeug mit unabhängigen vorderen
und hinteren Aufhängungen
dargestellt ist, können
die Stoßdämpfer 20 und 26 auch
bei anderen Fahrzeugen verwendet werden, die andere Arten von Aufhängungen
und Federn aufweisen, oder in anderen Anwendungsgebieten, einschließlich, aber
nicht eingeschränkt,
bei Fahrzeugen, in denen Luftfedern anstelle von Schraubenfedern,
Blattfedern anstelle von Schraubenfedern, nicht unabhängige vordere und/oder
nicht unabhängige
rückwärtige Aufhängsysteme
eingebaut sind. Eines der besonderen Merkmale der vorliegenden Erfindung
ist, dass, wenn sie mit einer Luftfeder kombiniert wird, die Luftfeder und
der Stoßdämpfer getrennte
Einheiten sein können.
Es besteht kein Erfordernis, eine Kommunikation zwischen der Luftfeder
und dem Stoßdämpfer vorzusehen,
es kann jedoch Vorteile mit sich bringen, wie unten im Detail dargestellt.
Des weiteren wird der Begriff "Stoßdämpfer", wie er hier verwendet
wird, so verstanden, dass er sich auf Dämpfer im allgemeinen bezieht
und daher auch MacPherson-Federbeine, Federtellereinheiten
wie auch andere im Stand der Technik bekannte Stoßdämpfer einschließt.
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Das
Fahrzeug 10 weist eine elektronische Steuer-/Regeleinheit 30 auf,
die einen oder mehrere Sensor(en) 32 überwacht. Die Sensoren 32 erkennen
die Lastbedingungen des Fahrzeugs 10, die Straßenbedingungen, über die
das Fahrzeug fährt, die
Beschleunigung des Fahrzeugs und/oder das Abbremsen. Zusätzlich kann
einer der Sensoren dazu verwendet werden, Input von dem Fahrer zu
empfangen, der von der Steuer-/Regeleinheit fordert, eine besondere
Dämpfercharakteristik
bereitzustellen. Die elektronische Steuer-/Regeleinheit 30 steht
in Verbindung mit einer Quelle von unter Druck stehendem Gas/Luft,
die ihrerseits mit jedem Stoßdämpfer 20 und 26 in
Verbindung steht. Wenn die Steuer-/Regeleinheit in Abhängigkeit
von einer überwachten
Bedingung durch die Sensoren 32 einen Befehl ausgibt, wird
unter Druck stehendes Gas/Luft zu einem oder mehreren der Stoßdämpfer 20 und 26 geliefert
oder entfernt, um die vorbestimmten Dämpfungscharakteristika für das Fahrzeug,
wie unten beschrieben, bereitzustellen. Obwohl die Steuer-/Regeleinheit 20 so dargestellt
ist, dass sie alle vier Stoßdämpfer 20 und 26 steuert/regelt,
liegt es im Bereich der vorliegenden Erfindung, eine zugeordnete
elektronische Steuer-/Regeleinheit 30', wie in Fig. als Phantom gezeigt, für jeden
Stoßdämpfer 20 und 26 vorzusehen.
Wenn mehrere Steuer-/Regeleinheiten 30 verwendet werden,
kann vorgesehen sein, dass diese Steuer-/Regeleinheiten 30' miteinander
kommunizieren oder auch nicht. Obwohl die Quelle für unter
Druck stehendes Gas/Luft 34 als mit allen vier Stoßdämpfern 20, 26 kommunizierend
dargestellt ist, liegt es zusätzlich im
Bereich der Erfindung, eine zugeordnete Druck-Gas/Luftversorgung 34' für jeden
Stoßdämpfer 20 und 26 bereitzustellen,
wie in der Phantomdarstellung in 1 gezeigt.
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In 2 ist
der vordere Stoßdämpfer 26 zusammen
mit der elektronischen Steuer-/Regeleinheit 30 und
der Gas-/Luft Druckquelle 34 im Detail dargestellt. Obwohl 2 lediglich
den vorderen Stoßdämpfer 26 zeigt,
versteht es sich, dass der hintere Stoßdämpfer 20 ebenfalls
als ein elektronisch gesteuerter/geregelter frequenzabhängiger Dämpfer entsprechend
der vorliegenden Erfindung ausgelegt ist. Der Stoßdämpfer 20 unterscheidet
sich vom hinteren Stoßdämpfer 26 darin,
dass er angepasst ist, mit den gefederten und nicht gefederten Teilen
des Fahrzeugs 10 verbunden zu werden, und in den Dimensionen
der verschiedenen Komponenten. Der Stoßdämpfer 26 weist ein
Druckrohr 40, eine Kolbenanordnung 42, eine Kolbenstange 44 und
eine Führungsanordnung 46 für die Kolbenstange
auf.
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Das
Druckrohr 40 definiert eine Arbeitskammer 50.
Die Arbeitskammer 50 ist mit einem Gas, vorzugsweise Luft,
mit einem spezifizierten Druck gefüllt, um als Dämpfungsmedium
zu wirken. Die Kolbenanordnung 42 ist in der Arbeitskammer 40 gleitfähig angeordnet
und teilt die Arbeitskammer 50 in eine obere Arbeitskammer 52 und
eine untere Arbeitskammer 54. Zwischen der Kolbenanordnung 42 und dem
Druckrohr 40 ist eine Dichtung 56 angeordnet, um
die Gleitbewegung des Kolbens 42 bezüglich des Druckrohrs 40 zu
gestatten, ohne nennenswerte Reibkräfte zu erzeugen, und um die
obere Arbeitskammer 52 gegen die untere Arbeitskammer 54 abzudichten.
Die Kolbenstange 44 ist an der Kolbenanordnung 42 befestigt
und erstreckt sich durch die obere Arbeits kammer 52 und
durch die Kolbenstangen-Führungsanordnung 46,
die das obere Ende des Druckrohrs 40 abschließt. Das
der Kolbenanordnung 42 gegenüberliegende Ende der Kolbenstange 44 ist angepasst,
an den gefederten Teil des Fahrzeugs 10 befestigt zu werden.
Das der Führungsanordnung 46 für die Kolbenstange
abgewandte Ende des Druckrohrs 40 ist angepasst, mit einem
ungefederten Teil des Fahrzeugs 10 verbunden zu werden.
Obwohl der Kolben 44 dargestellt ist, mit dem gefederten
Teil des Fahrzeugs 10 und das Druckrohr 40 angepasst
ist, mit dem ungefederten Teil des Fahrzeugs 10 verbunden
zu werden, ist es aufgrund der Verwendung von Gas als Dämpfmedium
im Bereich der Erfindung, dass die Kolbenstange 44 angepasst
ist, mit dem ungefederten Teil des Fahrzeugs 10 und das
Druckrohr 40 angepasst ist, mit dem gefederten Teil des
Fahrzeugs 10 zu verbinden, falls dies gewünscht ist.
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Es
wird nun Bezug genommen auf die 2 und 3.
Die Kolbenanordnung 42 weist einen Kolbenkörper 60,
eine Druckventilanordnung 62 und eine Rückstrom- oder Ausdehnungsventilanordnung 64 auf.
Die Kolbenstange 44 definiert einen Abschnitt 66 mit
reduziertem Durchmesser, an welchem die Druckventilanordnung 62,
der Kolbenkörper 60 und die
Rückstromventilanordnung 62 angeordnet
sind. Eine Mutter 68 und eine Abstandshülse 70 sichern die
Kolbenanordnung 42 auf dem Abschnitt 66 der Kolbenstange 44,
wobei die Druckventilanordnung 62 an einer Schulter 72 der
Kolbenstange 44, der Kolbenkörper 60 an der Druckventilanordnung 62 anschlägt, die
Abstandshülse 70 mit
der Mutter 68 am Kolbenkörper 60 anliegt und
die Ausdehnungsventilanordnung 64 zwischen dem Kolbenkörper 60 und der
Mutter 68 angeordnet ist.
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Die
Dichtung 56 ist eine zwischen dem Kolbenkörper 60 und
dem Druckrohr 40 angeordnete Ringdichtung. Die Dichtung 56 ist
durch eine Vielzahl von in dem Kolbenkörper 60 ausgebildeten
Nuten in Position gehalten. Die Dichtung 56 gestattet die
Gleitbewegung des Kolbenkörpers 60 bezüglich des Druckrohres 40,
ohne unnötige
Reibkräfte
zu erzeugen, und stellt eine Dichtung zwischen der oberen Arbeitskammer 52 und
der unteren Arbeitskammer 54 bereit. Die von der Dichtung 56 erfüllte doppelte Funktion
ist wegen der hohen Drücke,
die in den Arbeitskammern 52 und 54 erzeugt werden,
sehr wichtig für
den pneumatischen Stoßdämpfer 26 und
wegen des andauernden Erfordernisses zur Begrenzung der Gleitkräfte, die
zwischen der Kolbenanordnung 42 und dem Druckrohr 40 erzeugt
werden.
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Der
Kolbenkörper 60 definiert
eine Vielzahl von Druckdurchgängen 80 und
eine Vielzahl von Ausdehnungsdurchgängen 82. Während einer
Kompressionsbewegung des Stoßdämpfers 20 fließt Gas durch
die Durchgänge 80,
wie unten beschrieben, zwischen der unteren Arbeitskammer 54 und
der oberen Arbeitskammer 52. Während der Ausdehnungsbewegung
des Stoßdämpfers 20 fließt Gas durch
die Durchgänge 82,
wie unten beschrieben, zwischen der oberen Arbeitskammer 52 und
der unteren Ar beitskammer 54.
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Die
Druckventilanordnung 62 weist einen Anschlag 84,
eine Ventilfeder 86 und eine Ventilplatte 88 auf.
Die Ventilplatte 88 wird durch die Feder 86, welche
sich gegen den Anschlag 84 abstützt, gegen den Kolbenkörper 60 gedrückt, um
in der Normalstellung die Vielzahl der Druckdurchgänge 80 zu
schließen.
Während
eines Druckhebels des Stoßdämpfers 20 wird
das Gas in der unteren Arbeitskammer 54 einschließlich des
Gases in der Vielzahl der Druckdurchgänge 80 komprimiert.
Die Ausdehnungsventilanordnung 64 weist einen konstant
offenen Strömungsweg 90 auf,
der einen begrenzten Gasstrom zwischen der unteren Arbeitskammer 54 und
der oberen Gaskammer 52 ermöglicht, wenn das Gas in der
unteren Arbeitskammer 54 komprimiert wird. Das komprimierte
Gas in den Druckdurchgängen 80 übt eine
Kraft auf die Ventilplatte 88 aus, die so lange in ihrer
Dichtstellung verbleibt und die Druckdurchgänge 80 verschließt, bis
die durch den Gasdruck erzeugte Kraft die Druckkraft der Ventilfeder 86 überwindet
und die Druckplatte 88 vom Kolbenkörper 60 anhebt und
zusätzlichem
Gas ermöglicht,
von der unteren Arbeitskammer 54 durch die Durchgänge 80 zur
oberen Arbeitskammer 52 zu strömen. Hierdurch wird eine Zweistufendämpfkraft
während
eines Druckhubs erzeugt. Die Anfangsbewegung und/oder relativ geringe
Bewegungen der Kolbenanordnung 42 veranlassen das Gas,
lediglich durch den Strömungsweg 90 und
die Ausdehnungsdurchgänge 82 zu
strömen.
Wenn die Bewegung eine vorbestimmte Geschwindigkeit oder einen Wert übersteigt
und/oder während
relativ großer
Bewegungen der Kolbenanordnung 42, öffnet sich die Druckventilanordnung 62 und
ermöglicht
es dem Gas über
den Strömungsweg 90 durch
beide Durchgänge 80 und 82 zu
strömen. Diese
Zweistufendämpfkraft
schaltet von einer relativ straften Dämpfung auf eine relativ weiche
Dämpfung.
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Die
Ausdehnungsventilanordnung 64 weist einen Gleitsitz 92 und
eine Ventilfeder 94 auf. Der Ventilsitz 92 wird
mittels der Ventilfeder 94, welche sich an der Haltemutter 68 anstützt, gegen
den Kolbenkörper 60 gedrückt. Der
Sitz 92 definiert einen oder mehrere Durchgänge 96,
die in Kombination mit einem oder mehreren Durchgängen 98,
die durch den Kolbenkörper 60 definiert
sind, den Strömungsweg 90 bilden.
Während
eines Verlängerungshubs des
Stoßdämpfers 20 wird
das Gas in der oberen Arbeits kammer 52 einschließlich des
Gases in der Vielzahl von Ausdehnungsdurchgängen 82 komprimiert. Die
Vielzahl der Ausdehnungsdurchgänge 82 und der
Strömungsweg 90 definieren
einen Weg für
das Gas zwischen der oberen Arbeitskammer 52 und der unteren
Arbeitskammer 54, der stets offen ist und dadurch einen
begrenzten Gasstrom zwischen der oberen Arbeitskammer 52 und
der unteren Arbeitskammer 54 gestattet, wenn das Gas der
oberen Arbeitskammer 52 komprimiert wird. Das komprimierte
Gas in den Ausdehnungsdurchgängen 82 übt eine
Kraft auf den Ventilsitz 52 aus, der gesetzt verbleibt
und die Durchgänge 82 schließt (anders
als den Strömungsweg 90),
bis die Kraft, die durch den Gasdruck erzeugt wird, die Federdruckkraft
auf den Ventilsitz 92 überwindet
und den Ventilsitz 92 vom Kolbenkörper 60 durch Verschieben
des Ventilsitzes 92 nach unten entlang der Abstandshülse 70 freisetzt
und es ermöglicht,
dass zusätzliches
Gas aus der oberen Arbeitskammer 52 zur unteren Arbeitskammer 54 durch die
Durchgänge 82 strömt. Hierdurch
wird eine Zweistufendämpfkraft
während
eines Ausdehnungshubs erzeugt. Die Anfangsbewegung und/oder relativ
geringe Bewegungen der Kolbenanordnung 42 ermöglichen
dem Gas, ausschließlich
durch die Ausdehnungsdurchgänge 82 durch
den Strömungsweg 90 zu
strömen.
Wenn die Ausdehnungsbewegung eine(n) vorbestimmte(n) Geschwindigkeit
oder Wert überschreitet
und/oder während
großer
Bewegungen der Kolbenanordnung 42, öffnet sich die Kolbenanordnung 64 und
erlaubt einen Gasstrom durch die Ausdehnungsdurchgänge 82 und
stellt somit ein Abblasmerkmal bereit. Die Zweistufendämpfungskraft schaltet
von einer relativ straffen Dämpfung
zu einer relativ weichen Dämpfung
und/oder stellt ein Abblasmerkmal bereit.
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Der
oben beschriebene gasgefüllte
Stoßdämpfer 26 stellt
einen frequenzabhängigen
Dämpfer
bereit, der auf spezielle Leistungsanforderungen für besondere
Anwendungen getuned werden kann. Während der Druck- und Ausdehnungsbewegungen bewegt
sich bei Stoßdämpfern nach
dem Stand der Technik, die mit Flüssigkeit gefüllt sind,
diese Flüssigkeit
entweder von der unteren Arbeitskammer zur oberen Arbeitskammer
oder von der oberen Arbeitskammer zur unteren Arbeitskammer. Dies
erzeugt Frequenz/Dissipations-Kennlinien, welche mit stets zunehmender
Rate fortfahren anzusteigen, wenn die Frequenz der gedämpften Schwingung
zunimmt, was bei höheren
Frequenzen zu einer exponentiell verlaufenden Kurve führt. Die
vorliegende Erfindung stellt dem Entwickler für Aufhängungen die Möglichkeit
zur Verfügung,
den Verlauf dieser Kurve, wie in 4 dargestellt,
flacher zu gestalten.
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Das
Abflachen dieser Kurve begründet
sich aus der Kompressibilität
des Gases gegenüber
der Nichtkomprimierbarkeit einer Flüssigkeit. Während einer geringen Geschwindigkeit
oder niedriger Frequenz der Bewegungen des Stoßdämpfers 26 erfolgt eine
minimale Kompression des Gases, und die Bewegung der Kolbenanordnung 42 verschiebt
das Gas zwischen der oberen und der unteren Arbeitskammer 52, 54 des
Druckrohrs 40. Wenn die Frequenz der Bewegung zunimmt,
steigt auch die Kompression des Gases, was die Dissipation ändert, während das komprimierte
Gas wie eine Gasfeder zu arbeiten beginnt. Der spezifische Punkt,
bei dem die Gasdämpferkurve
von der Flüssigkeitsdämpferkurve
abzweigt, kann durch Wahl unterschiedlicher Größen für die Durchgänge 80 und 82 getuned
(eingestellt) werden. Zusätzlich
zur Veränderung
des Verlaufs der Kurve, wie in 4 dargestellt,
kann auch die Höhe
der Kurve durch Änderung
des Anfangsdrucks in der Arbeitskammer 50 eingestellt werden.
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Die
zwei Punkte der Einstellbarkeit des Stoßdämpfers 26 gestatten
das Einstellen des Stoßdämpfers 26 hinsichtlich
sowohl der Eigenfrequenz des Chassis wie auch der Eigenfrequenz
der Radaufhängung,
um die Leistung des Stoßdämpfers 26 bei
beiden dieser Frequenzen zu optimieren. Die Flüssigkeitsstoßdämpfer nach
dem Stand der Technik konnten entsprechend einer speziellen Frequenzkennlinie eingestellt
werden, jedoch waren die verbleibenden Frequenzkennlinien ein Ergebnis
des Kurvenverlaufs, der nicht geändert
werden konnte.
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Wie
oben ausgeführt,
kann zusätzlich
zur Veränderung
des Verlaufs der Kurve, wie in 4 dargestellt,
durch Auswahl unterschiedlicher Größen der Durchgänge 80 und 82 die
Höhe der
Kurve durch Veränderung
des Drucks in der Kammer 50 getuned werden. Dadurch ist
es durch kontinuerliches Steuern/Regeln des Drucks in der Kammer 50 möglich, den
Stoßdämpfer 20 so
zu tunen, dass er spezifische Fahrzeugbetriebsparameter erfüllt. Diese
Steuerung/Regelung des Drucks in der Arbeitskammer 50 kann
von der elektronischen Steuer-/Regeleinheit 30, den Sensoren 32 und
der Druck-Gas/Luftquelle 34 bewerkstelligt werden. Zum
Beispiel kann die Steuerung des Anfangsdrucks in der Kammer 50 verwendet
werden, um eine größere Dämpfung bei
einer höheren
Traglast des Fahrzeugs 10 und eine geringere Dämpfung bei
einer geringeren Traglast zu erzielen. Hierdurch kann ein besserer
Kompromiss zwischen Komfort und Handling bei allen Lastbedingungen
erzielt werden.
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Ein
zusätzliches
Verfahren, das verwendet werden kann, die Zunahme des Drucks in
der Kammer 50 zu steuern, ist die Bemessung der Kolbenstange 44 zu
einer spezifi schen Größe zum Steuern dieses
Drucks. In einem Fahrzeug, das kein System zur Niveauregulierung
des Fahrzeugs aufweist, verursacht die Belastung des Fahrzeugs ein
Komprimieren der Federn 22 und 28, wodurch die
Länge der Stoßdämpfer 20 und 26 verkürzt wird.
Wenn der Stoßdämpfer 26 in
der Länge
vermindert wird, so wird die Kolbenstange 44 weiter in
die Arbeitskammer 50 hineingedrückt und verschiebt komprimiertes Gas
in der Kammer 50, so dass der Druck in der Kammer 50 steigt.
Durch Steuerung des Durchmessers der Kolbenstange 44 kann
die Zunahme des Drucks in der Kammer 50 eingeregelt werden.
Wenn die Regelung des Drucks in der Kammer 50 so ausgelegt
ist, dass sie die Spezifikation hinsichtlich der Größe der Kolbenstange 44 erfüllt, können die
elektronische Steuer-/Regeleinheit 30, die Sensoren 32 und
die Druckquelle für
Gas/Luft wegfallen.
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Es
wird nun auf 5 Bezug genommen, in der in Übereinstimmung
mit der Erfindung eine schematische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels
eines neuen einstellbaren Stoßdämpfers 126 dargestellt
ist. Wie oben dargelegt, können
die elektronische Steuer-/Regeleinheit 30, die Sensoren 32 und
die Druckquelle für
Gas/Luft die Höhe
der Kurve aus 4 einstellen. Wie ebenfalls
oben dargelegt, ist der spezifische Punkt, bei welchem die Gasdämpferkurve
von der Flüssigkeitsdämpferkurve
in 4 abbiegt, durch Auswahl verschiedener Größen der Durchgänge 80 und 82 eingestellt
werden. 5 illustriert einen Stoßdämpfer 126,
der zusätzlich
zur elektronischen Steuer-/Regeleinheit 30,
den Sensoren 32 und der Quelle 34 eine elektronische
Steuer-/Regeleinheit 103 aufweist,
welche eine Druckventilanordnung 162 mit variabler Öffnung und
eine Ausdehnungsventilanordnung 164 ebenfalls mit variabler Öffnung steuert.
Die Ventilanordnungen 162 und 164 können durch Änderung
der Durchgänge 80 und 82 durch
Veränderung
von Vorlasten für
das Ventilsystem und/oder durch andere im Stand der Technik bekannte
Mittel variiert werden. Zusätzlich können die
Ventilanordnungen 162 und 164 durch ein einzelnes
variables Zweiwegeventil ersetzt werden, falls erwünscht. Der
Stoßdämpfer 126 ist
derselbe wie der Stoßdämpfer 26,
ausgenommen, dass die Ventilanordnung 162 die Ventilanordnung 62 und
die Ventilanordnung 164 die Ventilanordnung 64 ersetzt und
der Zugang zu den Ventilanordnungen 162 und 164 durch
die Kolbenstange 44 bereitgestellt ist. Dadurch kann der
Innendruck des Stoßdämpfers 126 durch
die elektronische Steuer-/Regeleinheit 30 und die Größe der Durchgänge 80 und 82 durch
die elektronische Steuer-/Regeleinheit 130 gesteuert werden,
um eine vollständige
Einstellbarkeit des Stoßdämpfers 126 bereitzustellen.
Die elektronische Steuer-/Regeleinheit 130 kann das Signal
der Sensoren 32 verwenden, wobei zusätzliche Sensoren 32 verwendet
werden können.
Falls er wünscht,
kann die elektronische Steuer-/Regeleinheit 130 in die
elektronische Steuer-/Regeleinheit 30 integriert
sein.
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Es
wird nun auf 6 Bezug genommen, in welcher
eine schematische Ansicht eines neuen einstellbaren Stoßdämpfers 226 in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Wie bereits oben ausgeführt, begründet sich
das Abflachen der Kurve in 1 auf die
Kompressibilität
des Gases gegenüber
der Nichtkomprimierbarkeit einer Flüssigkeit. 6 stellt
einen Stoßdämpfer 226 dar, der
eine elektronische Steuer-/Regeleinheit 230, ein Druckventil 262,
ein Ausdehnungsventil 264 und ein Volumenreservoir 266 beinhaltet.
Der Stoßdämpfer 226 ist
derselbe wie der Stoßdämpfer 26 mit
der Ausnahme, dass die elektronische Steuer-/Regeleinheit 30 und
die Druckquelle 34 durch die elektronische Steuer-/Regeleinheit 230,
die Ventile 262 und 264 und das Volumenreservoir 266 ersetzt
wurden. Bei geschlossenen Ventilen 262 und 264 arbeitet
der Stoßdämpfer 226 identisch
wie der oben beschriebene Stoßdämpfer 26.
Wenn es gewünscht
wird, die Druckcharakteristika in der unteren Arbeitskammer 54 zu ändern, wird
das Druckventil 262 geöffnet,
wobei das Volumen der unteren Arbeitskammer 54 sich erhöht und so
die Druckcharakteristika des Gases in der unteren Arbeitskammer 54 geändert werden.
Mit einem zu komprimierenden größeren Volumen
wird die Kompression mit einer niedrigeren Rate erfolgen. Wenn es
gewünscht
ist, die Ausdehnungscharakteristika der oberen Arbeitskammer 52 zu ändern, wird das
Ausdehnungsventil 264 geöffnet, wodurch das Volumen
der oberen Arbeitskammer 52 vergrößert wird. Mit einem größeren zu
komprimierenden Volumen verläuft
die Gaskompression bei einer niedrigeren Rate. Die elektronische
Steuer-/Regeleinheit 230 steuert das Öffnen und Schließen der
Ventile 262 und 264 in Abhängigkeit der Signale, die von
den Sensoren 32 erhalten werden. Es versteht sich, dass
ein oder beide Ventile 262 und 264 veränderlich
steuer-/regelbare Ventile sein können,
um die Gasdruckcharakteristika zu regeln, und dass beide Ventile 262 und 264,
falls gewünscht,
gleichzeitig geöffnet
werden können.
Es versteht sich ebenfalls, dass die elektronische Steuer-/Regeleinheit 30,
die Druckquelle 34, die elektronische Steuer-/Regeleinheit 130 und
die Ventile 162 und 164 in dem Stoßdämpfer 262 beinhaltet
sein können,
falls erwünscht.
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Es
wird nun Bezug genommen auf die 7, in der
eine schematische Ansicht eines neuen einstellbaren Stoßdämpfers 262' in Übereinstimmung mit
weiteren Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Der Stoßdämpfer 226' ist derselbe
wie der Stoßdämpfer 226,
außer
dass das Volumenreservoir 266 durch ein Druckreservoir 266A und
ein Ausdehnungsreservoir 266B ersetzt ist. Die Trennung
des Reservoirs ermöglicht
die unabhängige
Steuerung-/Regelung für
sowohl den Kompressions- als auch den Ausdehnungshub des Stoßdämpfers 226'. Die Operation
und die Funktion des Stoßdämpfers 226' ist dieselbe
wie diejenige, die oben beschrieben ist, einschließlich der
Möglichkeit
des Hinzufügens
der Einheit 30, der Quelle 34, der Einheit 130 und
der Ventile 162 und 164.
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Es
wird nun Bezug genommen auf 8, in der
eine schematische Ansicht eines neuen einstellbaren Stoßdämpfers 226'' in Übereinstimmung mit weiteren
Ausführungen
der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Der Stoßdämpfer 226'' ist derselbe wie der Stoßdämpfer 226,
außer
dass das Reservoir 266 aufgeteilt ist in eine Hälfte mit
einem Reservoirventil 268, das den Gasstrom zwischen einem
Druckvolumen 266C und einem Ausdehnungsvolumen 266D steuert.
Das Reservoirventil 268 wird von der elektronischen Steuer-/Regeleinheit 230 gesteuert.
Die Teilung des Reservoirs 266 ermöglicht die Steuerung des Ausmaßes der
unabhängigen
Operation während
eines Kompressionshubs und eines Ausdehnungshubs. Das Ventil 268 kann
ein An/Ausventil oder ein variabel gesteuertes Ventil sein. Die
Operation und die Funktion des Stoßdämpfers 226'' ist dieselbe, wie oben beschrieben
worden ist, einschließlich
der Möglichkeit
des Hinzufügens
der Einheit 30, der Quelle 34, der Einheit 130 und
der Ventile 162, 164.
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Es
wird nun Bezug genommen auf 9, die eine
schematische Darstellung eines neuen einstellbaren Stoßdämpfers 326 in Übereinstimmung
mit anderen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Stoßdämpfer 326 ist derselbe
wie der Stoßdämpfer 26,
ausgenommen dass die Kolbenanordnung 42 ersetzt worden
ist durch die Kolbenanordnung 342A und 342B. Die
Kolbenanordnungen 342A und 342B sind jeweils in
der Arbeitskammer 50 gleitbar angeordnet, und sie teilen
die Arbeitskammer 50 in eine obere Arbeitskammer 52,
eine untere Arbeitskammer 54 und eine Zwischenarbeitskammer 350.
Jede Kolbenanordnung 342A und 342B beinhaltet
die erforderliche Dichtung zwischen dem Kolben und dem Druckrohr 40.
Die Kolbenstange 44 ist an beiden Kolbenanordnungen 342A und 342B befestigt.
Die Kolbenanordnung 342A weist eine obere variabel steuer-/regelbare
Ventilanordnung 362 und die Kolbenanordnung 342B eine
untere variabel steuerbare Ventilanordnung 364 auf. Ein
Zugang zu den Ventilen 362 und 364 ist durch die
Kolbenstange 44 bereitgestellt. Die Steuerung/Regelung
der Ventile 362 und 364 erfolgt durch eine elektronische
Steuer-/Regeleinheit 330,
die in Kommunikationsverbindung mit den Sensoren 32 und
den Ventilen 362 und 364 steht. Die Ventilanordnungen 362 und 364 können durch Änderung
der Größe des Strömungswegs durch
sie hindurch, durch Änderung
der Vorlast für das
Ventilsystem oder durch andere bekannte Mittel aus dem Stand der
Technik variiert werden. Wenn es gewünscht wird, die Druckcharakteristika
in der Arbeitskammer 50 und somit die Dämpfungscharakteristika für den Stoßdämpfer 326 zu
steuern/regeln, so verändert
eine Variation der Strömung
durch die Ventilanordnungen 362 und 364 die Leistung
im Rückstrom
und der Kompression wesentlich. Es versteht sich ebenfalls, dass
die elektronische Steuer-/Regeleinheit 30 und die Druckquelle 34 in
dem Stoßdämpfer 320 eingeschlossen
sein kann, wenn dies erwünscht
ist.
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Es
wird nun Bezug genommen zu 10, in der
eine schematische Ansicht eines neuen einstellbaren Stoßdämpfers 426 in Übereinstimmung
mit Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Wenn ein Fahrzeug 10 eine
Luftfeder 328 anstelle einer Schraubenfeder 28 und/oder 22 verwendet,
so besteht die Möglichkeit,
dass der Luftdruck in der Luftfeder die Dämpfungscharakteristika im Stoßdämpfer 426 steuert/regelt.
Diese Möglichkeit besteht
deshalb, weil ein Schwerlastfahrzeug einen höheren Luftdruck in der Luftfeder 428 erzeugt.
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Der
Stoßdämpfer 426 weist
einen Verstärker (Booster) 424 auf,
der in Verbindung mit sowohl der Arbeitskammer 50 als auch
dem Druck in der Luftfeder 428 steht. Während dargestellt ist, dass
der Stoßdämpfer 426 einen
Booster 424 aufweist, so ist es doch im Umfang der vorliegenden
Erfindung gelegen, eine Luftfeder 428 direkt mit der Arbeitskammer 50 kommunizieren
zu lassen, falls dies gewünscht wird.
Wenn ein Verstärker 424 verwendet
wird, bestimmt die relative Größe der Kolben
des Boosters 424 das Ausmaß der Verstärkung des Drucks, der in der
Arbeitskammer 50 bereitgestellt wird. Diese Verstärkung kann
entweder eine Zunahme an Druck oder eine Abnahme an Druck sein,
falls dies gewünscht
ist. Die Verbindung mit dem Druck der Luftfeder 428 und
der Einsatz des Boosters 424 ersetzen die Einheit 30,
die Sensoren 32 und die Quelle 34. Der Betrieb
und die Funktion des Stoßdämpfers 426 sind
entsprechend wie oben in Verbindung mit dem Stoßdämpfer 26 beschrieben.
Zusätzlich
können
die elektronische Steuer-/Regeleinheit 130 und Ventile 162 und 164 mit
dem Stoßdämpfer 426 beigeschlossen
sein, falls gewünscht.
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Es
wird nun Bezug genommen auf 11, in der
eine schematische Ansicht eines neuen einstellbaren Stoßdämpfers 526 in Übereinstimmung
mit weiteren Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Wenn das Fahrzeug 10 eine Fahrzeugniveauregulierung
verwendet, die einen hydraulischen Aktivator 528 benutzt,
so kann der Druck des Hydraulikfluids in dem Aktivator 528 zur
Steuerung der Dämpfungscharakteristika
des Stoßdämpfers 526 verwendet
werden. Diese Möglichkeit
besteht deshalb, weil Schwerlastfahrzeuge einen höheren Hydraulikflüssigkeitsdruck
innerhalb des Aktivators 528 erfordern, um das Niveau des
Fahrzeugs zu regeln.
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Der
Stoßdämpfer 526 weist
einen Druckwandler (Konverter) 524 auf, der sowohl mit
der Arbeitskammer 50 als auch mit dem Hydraulikdruck in dem
Aktivator 528 in Kommunikationsverbindung steht. Der Druckwandler 524 weist
einen Hydraulikzylinder 530 und einen Luftzylinder 532 auf,
die miteinander verbunden sind. Die relative Größe zwischen den Zylindern 530 und 532 bestimmt
das Verhältnis
zwischen dem Hydraulikdruck und dem Luftdruck. Dieses Verhältnis kann
entweder eine Abnahme im Druck oder eine Zunahme im Druck des Hydraulikdrucks
sein. Die Verbindung zum Druck innerhalb des Hydraulikaktivators 528 und
der Einbau des Druckwandlers 524 ersetzen die Einheit 30,
die Sensoren 32 und die Quelle 34. Der Betrieb
und die Funktion des Stoßdämpfers 526 sind
gleich zu dem, was oben hinsichtlich des Stoßdämpfers 26 beschrieben
wurde. Zusätzlich
können
in dem Stoßdämpfer 526,
falls gewünscht,
eine elektronische Steuer-/Regeleinheit 130 und Ventile 126 und 124 enthalten
sein.
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Die
Beschreibung der Erfindung ist lediglich exemplarischer Natur, so
dass Abweichungen, die nicht von der Absicht der Erfindung abweichen,
als im Bereich der Erfindung liegend gelten sollen. Derartige Variationen
können
nicht als ein Abweichen vom Geist und dem Umfang der Erfindung betrachtet
werden.
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Zusammenfassung:
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Ein
Gasdämpfer
weist eine unter Druck stehende Arbeitskammer und Ventile in dem
Kolben auf, um die Strömung
des Gases durch den Kolben zu steuern. Ein System steht in Verbindung
mit der Arbeitskammer, um den Gasdruck in der Arbeitskammer zu steuern/regeln,
und die Dämpfungscharakteristika
des Dämpfers
zu steuern/regeln. Ebenfalls zur Steuerung/Regelung der Dämpfungscharakteristika des
Dämpfers
wird eine elektronische Steuer-/Regeleinheit verwendet, um das Öffnen und
Schließen
der Ventile in dem Kolben zu steuern/regeln.