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Die
Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere Cabriolet-Fahrzeug,
mit einer Einrichtung zur Schwingungsreduktion, wobei diese Einrichtung dem
Bodenbereich des Fahrzeugs zugeordnete Streben umfasst, die durch
Zylinder beeinflussbar sind, und wobei in den Zylindern Kolben bewegbar
sind, von denen die Streben auf Druck oder Zug kraftbeaufschlagbar
sind, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
im Straßenverkehr
bewegten Kraftfahrzeugen treten im Fahrbetrieb Schwingungen der
Karosserie auf, angeregt durch zum Beispiel ein Überfahren von Schlaglöchern, Bodenwellen
oder anderen Fahrbahnunebenheiten. Dies gilt im besonderen Maß bei Cabriolet-Fahrzeugen,
bei denen aufgrund des nicht starren Daches, das zumindest im geöffneten
Zustand als ausstreifendes Element nicht zur Verfügung steht,
die Karosseriesteifigkeit insgesamt gegenüber dauerhaft geschlossenen
Aufbauten eingeschränkt
ist. Zur Steigerung des Fahrkomforts und der Fahrsicherheit ist
es wünschenswert,
die Amplituden derartiger Schwingungen möglichst schnell zu dämpfen.
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Neben
dem Einbau von sog. Schwingungstilgern, die passive Elemente mit
einer – für den effizienten
Fahrzeugbetrieb unerwünschten – großen eigenen
Masse und dem Erfordernis einer Abstimmung in Anpassung an die Eigenfrequenzen
des jeweiligen Fahrzeugs bilden, sind des weiteren Kraftfahrzeuge
bekannt, bei denen zur Dämpfung
von solchen Schwingungen dem Fahrzeugboden Versteifungsstreben zugeordnet
sind, die über
Antriebsorgane als Reaktion auf äußere Schwingungsanregung selektiv
längen-
oder lageveränderbar
sind und dadurch eine zusätzliche,
jeweils bedarfsgerechte Aussteifung der Karosserie bewirken können.
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Bei
einer solchen Anordnung ist es bekannt, in Verlängerung einer jeden Strebe
ein Antriebsorgan anzuordnen und jedes dieser Antriebsorgane über ein
Hochleistungsventil anzusteuern. Da derartige Ventile sehr präzise und
sehr schnell – im
Bereich von etwa 20 bis 30 Hz – umschalten
können
müssen, um
die Schwingungsdämpfung
durch Stauchung oder Streckung der jeweils geeigneten Strebe dämpfen zu
können,
sind solche Ventile außerordentlich teuer.
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Es
ist weiter bekannt, nur einen einzelnen Antriebszylinder auf eine
um eine vertikale Achse schwenkbare Wippe einwirken zu lassen, die
dann ihrerseits gleichzeitig mit zwei Streben verbunden ist und
durch ihre Bewegung die eine auf Zug und die andere auf Druck beansprucht.
Eine derartige Anordnung führt
jedoch erst nach einem gewissen Hubweg des Zylinders zu einer messbaren
Auslenkung der Wippe und einer Dehnung des einen sowie Stauchung
des anderen Zylinders. Für
die erforderliche schnelle und exakte Reaktion der Streben auf eine äußere Anregung
ist diese Anordnung ohne weitere Maßnahmen daher nicht geeignet,
so dass die Notwendigkeit bleibt, die Streben einzeln über die
o. g. Hochleistungsventile anzusteuern – mit dem genannten Kostennachteil.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vereinfachung des konstruktiven
Aufwands derartiger Kraftfahrzeuge zu erreichen.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem durch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Cabriolet-Fahrzeug, mit
den Merkmalen des Anspruchs 1. Hinsichtlich weiterer vorteilhafter
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung wird auf die weiteren
Ansprüche
2 bis 16 verwiesen.
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Durch
die Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit einer Einrichtung zur Schwingungsreduktion
geschaffen, bei dem durch die Vorspannung von zumindest Laufbuchsen
der Zylinder im zueinander gleichen Bewegungssinn ermöglicht ist,
den Beschaltungsaufwand zur Ansteuerung von durch die Zylinder beaufschlagbaren
Streben zu verringern, da ein Nulldurchgang in der Ansteuerung der
Streben in jedem Fall vermeidbar ist und damit die erforderliche sehr
schnelle Reaktion der Streben auf eine äußere Anregung erfolgen kann.
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Insbesondere
können
dabei zwei die Streben gleichzeitig auf Druck oder gleichzeitig
auf Zug beaufschlagende Zylinder über ein schnell schaltendes
Ventil miteinander derart verbunden sein, dass eine Kolbenbodenseite
eines ersten Zylinders mit einer Kolbenstangenseite eines zweiten
Zylinders verbunden ist. Dann ist eine gleichzeitige – und zueinander
gegenläufige – Beaufschlagung
von zwei Streben möglich.
Dabei genügt
genau ein schnell schaltendes Ventil zur gegenläufigen Beaufschlagung von zwei Zylindern,
so dass der Aufwand an solchen Ventilen gegenüber bisherigen Lösungen halbiert
ist, was eine signifikante Kostenreduzierung bedeutet.
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Sofern
die Vorspannung eine aktive Beaufschlagung ist, von der die Zylinder
insgesamt oder zumindest ihre Laufbuchsen während des Betriebs der Einrichtung
ständig
kraftbeaufschlagt sind, ist in jeder Phase des Betriebs die gleiche
Ausgangssituation der Antriebsorgane sichergestellt und stets ein Nulldurchgang
vermeidbar. Die Reaktionszeiten sind damit jedes Mal gleich kurz.
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Die
Vorspannung kann durch mechanische, elektrische oder hydraulische
Kraftbeaufschlagung erreichbar sein. Sofern eine hydraulische Beaufschlagung
gewählt
wird, ist es vorteilhaft für
einen einfachen Aufbau, wenn diese aus einem Druckreservoir, das über das
schnell schaltende Ventil auch eine Kolbenbewegung gegeneinander
ermöglicht, gespeist
wird. Die aktive Beeinflussungsmöglichkeit zum
Aufbringen der Vorspannung ist jederzeit möglich, wenn durch die Vorspannung
die Zylinder insgesamt oder zumindest ihre Laufbuchsen in einer Schwimmstellung
zwischen Anschlägen
halterbar sind, ohne eine anschlagende Position zu erreichen.
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Sofern über das
schnell schaltende Ventil auch eine Kolbenbodenseite des zweiten
Zylinders mit einer Kolbenstangenseite des ersten Zylinders verbunden
ist, kann die Einrichtung zum verkürzen und Verlängern einer
jeden Strebe eines Strebenpaars völlig gleichwertig wirken und
in der Kraftbeaufschlagung symmetrische Verhältnisse schaffen.
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Insbesondere
ist das schnell schaltende Ventil ein 5/3-Wege-Ventil mit einer Sperrstellung
in der Mitte. Dieses erlaubt es, bei Beaufschlagung einer Verbindungsleitung
zwischen der Kolbenbodenseite des ersten Zylinders und der Kolbenstangenseite
des zweiten Zylinders eine Verbindungsleitung zwischen der Kolbenbodenstangenseite
des ersten Zylinders und der Kolbenbodenseite des zweiten Zylinders
auf Rücklauf
zu schalten und damit ohne Gegendruck den jeweiligen Zylinder zu
stauchen oder zu längen
sowie den zweiten Zylinder exakt gegenläufig zu beaufschlagen. Hierfür haben
die Kolben jeweils kolbenbodenseitig und kolbenstangenseitig gleich
große
Flächen
haben, so dass eine Gleichwirkung ohne eine Übersetzung dazwischen für beide Kraftrichtungen
erreicht ist.
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Wenn
günstig
die Zylinder in Ausnehmungen aus zumindest einem Massivkörper gebildet
sind, kann eine kompakte und billige Baueinheit zwei Zylinder aufnehmen.
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Sehr
günstig
können
dabei in den Massivkörper
nicht nur die die Laufbuchsen führenden
Zylinder, sondern auch als weitere Kanäle in dem zumindest einen Massivkörper Zuleitungen
in diese Laufbuchsen integriert sein, um dadurch Hydrauliköl einleiten zu
können
und die Kolben beaufschlagen zu können. Eigene Leitungen müssen dann
nicht verlegt werden, so dass eine weitere Vereinfachung und Einsparung von
Bauteilen mit der entsprechenden Verringerung der Störanfälligkeit
und des benötigten
Raums gegeben ist.
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Dabei
können
vorteilhaft zwei Zylinder zur Beeinflussung von zwei Streben in
einen gemeinsamen Massivkörper
integriert sein, der dann als Gesamteinheit unter den Fahrzeugboden
gehängt
werden kann, oder es kann auch jeder Zylinder in einen einzelnen
Massivkörper
eingebohrt sein, so dass dann insgesamt nebeneinander zwei Massivkörper für die zwei
Laufbuchsen anzumontieren sind.
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Auch
das schnell schaltende Ventil kann dabei mit in den Massivkörper integriert
oder außen
an diesen anmontiert und so als gemeinsame Baueinheit montierbar
sein.
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Des
weiteren kann dieser gemeinsamen Baueinheit ein Reservoir für Hydrauliköl zugeordnet sein,
wobei auch hier ein Reservoir für
beide Zylinder ausreichend ist und nicht für jeden Zylinder ein eigenes
Reservoir vorgesehen werden muss.
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Wenn
Antriebsorgane vorgesehen sind, mit denen zumindest ein Paar von
Streben beeinflussbar sind, die diagonal verlaufend dem Unterboden
des Fahrzeugs zugeordnet sind, kann jeder äußeren Anregung der Karosserie
in jeder Richtung entgegengewirkt werden.
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Die
Erfindung ist sowohl für
vordere als auch für
hintere Strebenpaare anwendbar.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus in der Zeichnung
schematisch dargestellten und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen
des Gegenstandes der Erfindung.
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In
der Zeichnung zeigt:
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1 ein
erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in
Ansicht von unten in einer beispielhaften Ausbildung mit einem vorderen
und einem hinteren Strebenpaar sowie mit einem jeweils nur angedeuteten gemeinsamen
Massivkörper
mit jeweils zwei integrierten Zylindern und darin längs beweglichen
Laufbuchsen für
Kolben zur Beaufschlagung eines Strebenpaars,
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2 eine
vergrößerte Detaildarstellung, etwa
entsprechend dem Ausschnitt II in 1,
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3 eine
vergrößerte Detaildarstellung, etwa
entsprechend dem Ausschnitt II in 1,
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4 eine
Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels mit einzelnen
Zylindern, die als eigene Baueinheiten nicht aus einem Massivkörper ausgenommen
sind, aus ähnlicher
Sicht wie in 2, jedoch nur einer Fahrzeugseite,
wobei eine Fahrzeuglängsmittelebene
strichpunktiert angedeutet ist und wobei die weiteren Verläufe der
Hydraulikleitungen sowie das Druckmittelreservoir und die Ventile nicht
eingezeichnet sind.
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Das
in 1 dargestellte und erfindungsgemäß ausgebildete
Kraftfahrzeug 1, von dem hier nur der Bodenbereich 2 mit
maßgeblichen
Teilen der Einrichtung zur Schwingungsreduktion abgebildet ist, kann
verschiedenartig ausgebildet sein. So kommt eine geschlossene Limousine
ebenso in Betracht wie ein Cabriolet-Fahrzeug. Auch die Fahrzeuglänge und -breite
kann wie die Anzahl der Sitzplätze
des Fahrzeugs variieren.
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Das
Kraftfahrzeug 1 umfasst eine aktive Einrichtung zur Schwingungsreduktion,
von der in 1 dem Unterboden 2 zugeordnete
maßgebliche
Teile dargestellt sind:
Dem Unterboden 2 ist hier
ein vorderes Paar 3 von Streben 5, 6 und
ein hinteres Paar 4 von Streben 7, 8 zugeordnet.
Auch eine Anordnung mit nur einem vorderen Paar 3 oder
nur einem hinteren Paar 4 wäre möglich. Ebenso kann auch die
konkrete Anordnung und Ausgestaltung der Streben 5, 6, 7, 8 variieren. Sie
müssen
auch – anders,
als hier dargestellt – nicht symmetrisch
zu einer vertikalen Fahrzeuglängsmittelebene
verlaufen.
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Hier
weisen die Streben 5, 6 bzw. 7, 8 einen Diagonalverlauf
auf und erstrecken sich von einem bezüglich der Fahrzeuglängsrichtung
mittleren Fahrzeugbereich bis hinter oder zwischen hintere 29 bzw. bis
vor oder zwischen vordere Radhäuser 30.
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In
jedem Fall sind die Streben 5, 6, 7, 8 durch ihnen
zugeordnete und als Aktuatoren dienende Antriebe 9, 10 mit
Kraft beaufschlagbar, um damit als Reaktion auf eine äußere Anregung
eine Aussteifung durch Längung
oder Stauchung zumindest einer Strebe 5, 6, 7, 8 und
Stauchung oder Längung
zumindest einer anderen Strebe 6, 5, 8, 7 bewirken
zu können.
Die Streben 5, 6, 7, 8 können hierfür auch mehrteilig ausgebildet
und durch den Aktuator 9, 10 die Teile der Streben
gegeneinander beweglich sein.
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Die
Antriebe 9, 10 sind hier durch Hydraulikzylinder
gebildet. Eine Maximalauslenkung der Antriebe 9, 10 von
etwa einem bis drei Millimetern im laufenden Fahrbetrieb kann zur
Schwingungsreduktion als typisch angesehen werden.
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Wie
in der Zeichnung in 2 beispielhaft dargestellt ist,
können
die Zylinder 9, 10 durch Ausnehmungen aus einem
Massivkörper 12 (oder
für jeden
Zylinder einen Massivkörper – hier nicht
dargestellt) gebildet sein, zum Beispiel aus einem Stahl- oder Aluminiumkörper ausgebohrt
sein. Damit ergibt sich eine besonders geringe Zahl von Bauteilen.
Gewicht und Fertigungsaufwand können
minimiert sein.
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Dann
sind Laufbuchsen 11 der Zylinder 9, 10 in
den hülsenartigen
Bohrungen beweglich geführt und
liegen in jeder ihrer Bewegungsphasen gegen den Unterboden 2 unverschwenkt
und stets fluchtend in Verlängerung
der Streben 5, 6 bzw. 7, 8.
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Bei
dieser Anordnung sind die Laufbuchsen 11 der Zylinder 9, 10 im
zueinander gleichen Bewegungssinn vorgespannt, hier durch den in
der Zeichnung mit P3 bezeichneten Druck in abgedichteten Räumen 13 hydraulisch
auf Druck in Richtung der Pfeile 14 beaufschlagt. Alternativ
wäre auch
eine Beaufschlagung auf Zug möglich
(hier nicht gezeichnet).
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Wenn
die Zylinder 9, 10 nicht in Bohrungen integriert
sind, sondern vollständig
separate Bauteile bilden, wie dies in 4 angedeutet
ist, können
nicht nur die Laufbuchsen 11, sondern die Zylinder 9, 10 insgesamt
auf Druck oder Zug vorspannend beaufschlagt werden. Dann können als
solche Zylinder 9, 10 beispielsweise fertig zugekaufte
Serienteile verwendet werden. Gemäß der hier in 4 gezeigten Ausbildung
sind die Zylinder 9, 10 fest am Unterboden 2 gelagert,
so dass auch hier die Laufbuchsen 11 separat durch den
in dem Raum 13 wirkenden Druck p3 vorgespannt sind.
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Die
aufgebrachte Vorspannung ist in allen gezeichneten Ausführungsbeispielen
eine aktive Beaufschlagung, von der die Laufbuchsen 11 (bzw.
die vollständigen
Zylinder 9, 10 während des Betriebs der Einrichtung
ständig
kraftbeaufschlagbar sind und dadurch, wie in 3 dargestellt
ist, in einer Schwimmstellung zwischen Anschlägen, insbesondere vor bei Maximalbeaufschlagung
wirksamen Anschlägen 15,
halterbar sind. Die Anschläge 15 sind hier
konstruktiv einfach Teil des Gehäuses 12 ausgebildet,
aus dem die Zylinder 9, 10 ausgenommen sind.
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Die
Vorspannung kann auf unterschiedliche Weise erreicht werden, so
etwa durch mechanische, elektrische oder hydraulische Kraftbeaufschlagung. Gemäß der Zeichnung
wird die Vorspannung durch Hydrauliköl mit dem Druck p3 aufgebaut,
wobei dieser Druck dem Systemdruck entspricht, der in einem Druckreservoir 18 gehalten
wird, von dem auch ein schnell schaltendes Ventil 19, das
unten noch näher beschrieben
wird, beaufschlagbar ist. Das Hydrauliköl wird über eine Bypassleitung 17 direkt
einem einfachen – und
daher billigen – Absperrventil 16 zugeleitet,
das die Räume 13,
die bodenseitig eines die Laufbuchsen 11 umfassenden Körpers liegen,
zum Aufbau der Vorspannung unter diesen Druck p3 setzt. Wie in 3 sichtbar
ist, sind diese die Laufbuchsen 11 umfassenden Körper längs beweglich und
gegenüber
dem Gehäuse 12 über eine
umlaufende Dichtung 20 abgedichtet.
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Beide
gezeichneten Zylinder 9, 10 zur Beeinflussung
eines Strebenpaars 3 bzw. 4 sind hier gemeinsam über genau
ein schnell schaltendes Ventil 19 ansteuerbar, das eine
Kolbenbodenseite des ersten Zylinders 9 mit einer Kolbenstangenseite
des zweiten Zylinders 10 über eine erste Leitung 21 und auch
eine Kolbenbodenseite des zweiten Zylinders 10 mit einer
Kolbenstangenseite des ersten Zylinders 9 über eine
zweite Leitung 22 verbindet.
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Dabei
ist anzumerken, dass die in den Laufbuchsen 11 der Zylinder 9, 10 bewegbaren
Kolben 23 jeweils kolbenbodenseitig und kolbenstangenseitig gleich
große
Flächen
haben, was hier dadurch erreicht ist, dass eine Kolbenstange 24 zu
beiden Seiten aus dem Kolben 23 herausgeführt ist.
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Die
Kolben 23 sind relativ zur Laufbuchse 11 in die
Richtungen der Pfeile 25 oder 26 beweglich.
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Zur
gemeinsamen und gegenläufigen
Beaufschlagung beider Zylinder 9, 10 über das
eine Ventil 19 ist dieses hier als 5/3-Wege-Ventil ausgebildet, das
mittig eine Sperrstellung aufweist und aus dieser heraus je nach
Anregung die Leitung 21 oder die Leitung 22 mit
dem Reservoir 18 verbindet, so dass die entsprechende Leitung 21 bzw. 22 unter
den Druck p3 gesetzt wird und die jeweils andere Verbindungsleitung 22 bzw. 21 auf
Rücklauf
geschaltet ist und sich so die Kolben 23 bewegen können. Beide
Kolben 23 bewegen sich dadurch zwangsweise gleichzeitig
und gegenläufig,
so dass für
beide Fahrzeugseiten eine Beaufschlagung der Strebe 5, 6 bzw. 7, 8 auftritt.
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Beispielhaft
wird in Reaktion auf eine Stauchung der bezüglich der Fahrtrichtung F linken
Karosserieseite durch Ausschub des Kolbens 23 und der Kolbenstange 24 des
linken Hydraulikzylinders 10 und gleichzeitiges Einziehen
der Kolbenstange 24 des rechten Hydraulikzylinders 9 in
die linke Strebe 8 eine Druckkraft und in die rechte Strebe 7 gleichzeitig eine
Zugkraft eingeleitet.
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Dadurch
kommt es zu einer momentanen Aussteifung, die der äußeren Anregung
entgegenwirkt und so eine dämpfende
Amplitudenverringerung der angeregten Torsion des Fahrzeugs 1 bewirkt.
Der oder jeder Aktuator 9, 10 ist dabei von einer hier
nicht gezeichneten Sensoranordnung ansteuerbar, für die verschiedene
Positionen an der Rohkarosse möglich
sind, um deren Torsionen zu erfassen. Beispielsweise können hierfür Dehnungsmessstreifen
(DMS) vorgesehen sein, die vertikale Karosseriedehnungen oder -stauchungen
im Bereich der A-Säule
erfassen.
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Die
Erfassung und Reaktion auf derartige Anregungen geschieht sehr schnell,
typisch ist eine Frequenz des Hochleistungsventils 19 von
mehr als 20 Hz bis etwa 30 Hz möglich.
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Für eine besonders
hohe Integration sind gemäß der Zeichnung,
wie in 3 zu erkennen ist, in den Massivkörper 12 auch
Zuleitungen in die Zylinder 9, 10 zur Beeinflussung
der Kolben 23, hier die Verbindungsleitungen 21, 22,
durch eingebrachte Kanäle
integriert.
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Die
hier gezeigten zwei Zylinder 9, 10 zur Beeinflussung
der zwei Streben 5, 6 bzw. 7, 8 können gemeinsam
in einen Massivkörper 12 integriert
sein, wie dies in den 2 und 3 schematisch
dargestellt ist.
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Alternativ
ist auch möglich,
dass zwei Zylinder 9, 10 zur Beeinflussung von
zwei Streben in zwei nebeneinander angeordnete Massivkörper integriert sind.
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Der
oder jeder Massivkörper 12 kann
beispielsweise über
nur wenige Bolzen – zum
Beispiel drei – am
Boden 2 festgelegt sein.
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Auch
die Ventile 19, 16 können in dem Massivkörper 12 mit
angeordnet und Teil der gemeinsamen und dann besonders kompakten
Baueinheit sein, inklusive einer steuernden Elektronik.
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Auch
ein separates Anflanschen der Ventile 16, 19 ist
möglich.
Unter Massivkörpern 12 ist
auch nicht zu verstehen, dass diese als schwere Blöcke auszubilden
sind. Diese können
vielmehr außerhalb der
Laufbuchsen 11 und eventueller Zuleitungen dünnwandig
und form- und gewichtsoptimiert sein.
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In
jedem Fall ist beiden Zylindern 9, 10 nur ein
gemeinsames Reservoir 18 für Hydrauliköl zugeordnet, das zum Beispiel
mittig liegen kann.