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Rotationsschwingungsdämpfer Die Erfindung bezieht sich auf einen
Rotationsschwingungsdämpfer, wobei von einem mit Flügeln versehenen Stator und einem
ebenfalls Flügel besitzenden Rotor mit Dämpfflüssigkeit gefüllte Arbeitsräume gebildet
werden. und jeweils zwei Arbeitsräume durch Dämpfventile miteinander in Verbindung
stehen.
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Derartige Rotationsschwingungsdämpfer sind beispielsweise durch die
DOS 2 311 651 bekannt. Für schwere geländegängige Fahrzeuge ist jedoch diese Dämpfeinrichtung
insofern nicht geeignet, als die dabei im Dämpfer auftretende und durch die hohe
Dämpfleistung bedingte Wärmeentwicklung nicht im erforderlichen Maß abgeführt werden
kann. Bei Überhitzung sinkt nicht nur die Dämpfleistung, sondern es werden auch
Dämpferflüssigkeit, Dichtelemente und Ventile durch thermische Alterung geschädigt.
Diese bei hoher Dämpfleistung auftretende große Wärmemenge beeinflußt somit nicht
nur die Dämpfkraft, sondern es werden auch die Dämpferteile sehr stark in Mitleidenschaft
gezogen, wodurch die Betriebssicherheit nicht im geforderten Umfang gewährleistet
ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rotationsschwingungsdämpfer
für hohe Dämpfleistungen zu schaffen, der wenig Bauraum beansprucht, eine hohe Betriebssicherheit
und eine einfache Variation der Dämpfungskennlinie gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein äußerer,
mit Dämpfeinrichtungen versehener Kreislauf für die Dämpfflüssigkeit angeordnet
ist. Dadurch ist eine gute Abfuhr der Wärme auch bei sehr hoher Dämpfleistung, wie
sie beispielsweise für schwere geländegängige Fahrzeuge gefordert wird, möglich.
Eine unzulässig hohe Erhitzung der Dämpfflüssigkeit und damit auch der Dämpferteile,
insbesondere der Dichtelemente, wird vermieden, so
daß ein sehr
hohes Maß an Betriebssicherheit des Rotationsschwingungsdämpfers erzielt wird. Ebenso
ist es dadurch möglich, mit einer relativ geringen Flüssigkeitsmenge im Dämpfer
auszukommen, so daß der Schwingungsdämpfer wenig Bauraum beansprucht, d. h., es
wird ein Schwingungsdämpfer geschaffen, der bei hoher Dämpfleistung ein kleines
Bauvolumen aufweist. Ferner wird durch die Anordnung von Dämpfeinrichtungen im äußeren
Kreislauf eine einfache Variation der Dämpfungskennlinien ermöglicht, denn die Dämpfeinrichtungen
im äußeren Kreislauf können leicht zugänglich angeordnet werden, was auch für Reparaturen
vorteilhaft ist.
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Wie ein weiteres Merkmal der Erfindung zeigt, ist zusätzlich zu dem
äußeren Kreislauf ein innerer Kreislauf angeordnet. Dabei können diesem inneren
Kreislauf Dämpfventile zugeordnet werden, so daß durch die Parallelschaltung der
inneren Ventile in den Flügeln mit den Ventilen im äußeren Kreislauf sich ein auch
für hohe Winkelgeschwindigkeiten, d. h., hohe Dämpfleistungen, ausreichender Durchflußquerschnitt
bei der Verwendung federbelasteter Ventile ergibt. Es ist aber ohne weiteres möglich,
mit Hilfe der Ventile des inneren Kreislaufs eine Art Sicherheitseinrichtung zur
Druckbegrenzung in den Arbeitskammern zu schaffen, indem erfindungsgemäß diese Ventile
des inneren Kreislaufs bei höheren Durchflußmengen eine Verbindung der Arbeitsräume
herstellen.
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Entsprechend einem Merkmal der Erfindung bestehen die Dämpfeinrichtungen
im äußeren Kreislauf durch federbelastete Plattenventile und/oder durch ständig
offene Drosselquerschnitte, so daß die Dämpfkennlinien leicht veränderbar sind.
Zudem ist es möglich, eine Variation der Dämpfkennlinien durch Änderung der Dämpfeinrichtungen
für einzelne Arbeitsräume zu erzielen, denn erfindungsgemäß sind im äußeren Kreislauf
die Dämpfeinrichtungen jedem Arbeitsraum zugeordnet und im Abschlußteil des Rotationsschwingungsdämpfers
angeordnet. Eine einwandfreie Funktion der Ventile wird, wie ein weiteres Merkmal
der Erfindung zeigt, dadurch erzielt, indem das als Druckventil wirkende Teil des
Dämpfventils eine mit einem Kolben versehene, federbelastete Ventilplatte aufweist,
wobei der Kolben in einer geschlossenen zylindrischen Führung angeordnet ist und
einen Entlüftungskanal im Bereich dieser Führung besitzt.
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Eine gute Kühlung der Dämpfflüssigkeit - auch bei extrem hohen Dämpfleistungen
- wird erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, daß im äußeren Kreislauf ein Kühler angeordnet
ist. Bei einem offenen Dämpfflüssigkeitskreislauf wird entsprechend einem Merkmal
der Erfindung ein belüfteter Vorratsbehälter dem Kühler zugeordnet.
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Dagegen wird ein unter einem bestimmten Überdruck stehendes System
dadurch geschaffen, daß - wie die Erfindung zeigt - der Kühler mit einem Druckspeicher
verbunden ist. Für den Umlauf der Dämpfflüssigkeit im äußeren Kreislauf sorgt der
Dämpfer selbst. Die Strömungsgeschwindigkeit ist um so größer, je schneller die
oszilierende Rotationsbewegung des Dämpfers ist.
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Um bei stehendem Fahrzeug, d. h., bei fehlender Dämpferbewegung, ebenfalls
eine gute Kühlung der Dämpfflüssigkeit zu erreichen, ist erfindungsgemäß im äußeren
Kreislauf eine Umwälzpumpe angeordnet. Eine temperaturabhängige Steuerung dieser
Umwälzpumpe kann durch Anordnung eines Thermostaten im Dämpfflüssigkeitskreislauf
erfolgen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist im äußeren Kreislauf
eine Mischkammer angeordnet, die direkt mit dem Kühler und über Dämpfeinrichtungen
mit den Arbeitsräumen verbunden ist. Dabei kann erfindungsgemäß die Mischkammer
zwei voneinander getrennte Räume aufweisen. Bei dieser Anordnung braucht der Kühlkreislauf
in seinen Durchflußquerschnitten nicht auf die nur selten auftretende, maximal mögliche
Rotationsgeschwindigkeit des Dämpfers ausgelegt zu werden, sondern nur auf einen
mittleren Wert.
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Eine sehr kompakte Bauweise des Rotationsschwingungsdämpfers wird
erhalten, indem merkmalsgemäß die Mischkammern auf der Stirnseite des Rotationsschwingungsdämpfers
angeordnet sind. Dabei kann es zweckmäßig sein, jedem Arbeitsbereich eines Rotorflügels
eine Mischkammer zuzuordnen, die mit einer Zwischenwand zur Aufteilung der Ventilströme
zu versehen ist.
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Eine sehr vorteilhafte Ausführungsform für einen Rotationsschwingungsdämpfer
ergibt sich entsprechend einem Merkmal der Erfindung dadurch, daß die aus den Arbeitsräumen
verdrängte Dämpfflüssigkeit in die beiden Räume der Mischkammer gefördert wird,
während die zu den Arbeitsräumen führende Saugleitung mit dem Raum der
Mischkammer
verbunden ist, in welchen die gekühlte Dämpfflüssigkeit von der Umwälzpumpe gefördert
wird. Um sicherzustellen, daß die Dämpfflüssigkeit, welche in den Raum gefördert
wird, aus welchem die Pumpe die Flüssigkeit absaugt, unter Umgehung des Kühlers
wieder zum Rotationsschwingungsdämpfer gelangen kann, ist erfindungsgemäß die zum
Raum der Mischkammer führende Druckleitung über Rückschlagklappen mit diesem Raum
verbunden.
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Die Aufteilung des äußeren Dämpfflüssigkeitskreislaufs kann jedoch
auf einfache Weise auch dadurch erfolgen, daß - wie ein Merkmal der Erfindung zeigt
- die Druckleitung mit der Mischkammer über ein federbeaufschlagtes Rückschlagventil
und mit dem Kühler über eine Drossel verbunden ist.
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Weitere Ausbildungsmöglichkeiten und vorteilhafte Wirkungen ergeben
sich aus der Beschreibung des Aufbaues und der Wirkungsweise der im nachfolgenden
beispielsweise dargestellten Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigt: Fig. 1 einen
Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Rotationsschwingungsdämpfer; Fig. 2 den
Rotationsschwingungsdämpfer im Querschnitt gemäß der Schnittlinie II-II in Fig.
1; Fig. 3 eine schematische Darstellung des Dämpfflüssigkeitskreislaufes mit einer
zwei Räume aufweisenden Mischkammer; Fig. 4 einen Dämpfflüssigkeitskreislauf in
schematischer Darstellung, wobei ein Teilstrom über eine Drossel direkt in den Kühler
gelangt; Fig. 5 einen ohne Mischkammer ausgebildeten äußeren Kreislauf mit Druckspeicher
in schematischer Darstellung; Fig. 6 einen schematisch dargestellten Dämpfflüssigkeitskreislauf,
bei welchem dem Kühler ein belüfteter Vorratsbehälter zugeordnet ist.
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Der Rotationsdämpfer entsprechend den Figuren 1 und 2 weist die aus
Schwingenhebel und Schwingennabe bestehende Schwinge 1 auf, in welcher der Torsionsfederstab
2 mit seinem Ende drehfest angeordnet ist. Der Schwingenhebel der Schwinge 1 steht
mit dem abzufedernden Rad in Verbindung. In den Seitenteilen 4 und 5 des Stators
3 ist die Nabe der Schwinge mittels der Lager 9 gelagert.
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Fest verbunden mit dem Fahrzeugchassis ist der Stator 3, welcher die
Statorflügel 10 trägt. Durch ein Vielnutprofil ist der Rotor 6 drehfest, aber axial
verschiebbar auf der Nabe der Schwinge 1 angeordnet. Die mit dem Rotor 6 verbundenen
Rotorflügel 7 tragen die Dämpfventile 8 für den inneren Kreislauf des Schwingungsdämpfers.
Bei dieser Ausführungsform sind dabei jeder Bewegungsrichtung des Rotors 6 zwei
Dämpfventile 8 zugeordnet. Die mit Dämpfflüssigkeit gefüllten Arbeitsräume 31 und
32 werden vom Rotorflügel 7 voneinander getrennt und stehen durch die Überströmkanäle
14 im Seitenteil 5 mit dem äußeren Kreislauf in Verbindung.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besitzt die dargestellte Ausführungsform
des Rotationsschwingungsdämpfers sechs Arbeitsräume, wobei jeweils drei Arbeitsräume
in der selben Art beaufschlagt werden.
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Zur Abdichtung der Arbeitsräume untereinander sind in den Rotorflügeln
7 und den Statorflügeln 10 Dichtleisten angeordnet, während die Abdichtung nach
außen durch Gleitringdichtungen in Nuten des Rotors 6 erfolgt.
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Zur Verbindung mit dem äußeren Kreislauf sind - wie aus den Figuren
1 und 2 ersichtlich - im Seitenteil 5 die Überströmkanäle 14 vorhanden. Von hier
gelangt die Dämpfflüssigkeit je nach Bewegungsrichtung der Rotorflügel 7 entweder
über die Saugventilplatte 12 zurück in den Arbeitsraum oder sie wird aus dem Arbeitsraum
über die mit einem Kolben versehene Ventilplatte 11, welche das Druckventil bildet,
in die Mischkammer 15 gefördert. Zur einwandfreien Funktion und guten Führung des
Druckventils ist der Druckventilkolben in einer zylindrischen Bohrung angeordnet
und weist einen Entlüftungskanal 13 auf. Die Mischkammer 15 besitzt zwei durch einen
Steg getrennte Räume 16 und 17. Wird beispielsweise bei Drehung des Rotors 6 im
Uhrzeigersinn Dämpfflüssigkeit aus dem Arbeitsraum 32 verdrängt, so erhält man die
Aufteilung in den inneren und äußeren Kreislauf, indem ein Teil der Arbeitsflüssigkeit
durch
die beiden dieser Drehrichtung zugeordneten Ventile 8 in jedem Rotorflügel 7 in
den Arbeitsraum 31 direkt fließt und den inneren Kreislauf bildet, während der andere
Teil der Dämpfflüssigkeit durch den Kanal 14 des Arbeitsraumes 32 zu dem diesem
Arbeitsraum zugeordneten Druckventil gelangt und von dort über den äußeren Kreislauf
und das dem Arbeitsraum 31 zugeordnete Saugventil über den Kanal 14 in den Arbeitsraum
31 zurückfließt.
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Die Figuren 3 bis 6 zeigen verschiedene Ausführungsformen für Dämpf-
und Kühlkreisläufe in schematischer Darstellung. Der innere Kreislauf ist bei allen
diesen Ausführungen gleichartig, wobei der Einfachheit halber nur zwei Arbeitsräume
des Rotationsschwingungsdämpfers dargestellt sind. Bei all den gezeigten Ausführungen
ist jeweils ein innerer Kreislauf vorhanden, jedoch ist es ohne weiteres möglich,
auch ohne diesen inneren Kreislauf auszukommen und nur mit dem äußeren Dämpf- und
Kühlkreislauf zu arbeiten.
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Bewegt sich der Rotor 6 mit dem Rotorflügel 7 im Stator 3 im Uhrzeigersinn,
so wird - wie bereits beschrieben - durch das zum Arbeitsraum 31 hin öffnende Dämpfventil
8 ein Teil der Dämpfflüssigkeit vom Arbeitsraum 32 in den Arbeitsraum 31 verdrängt.
Die Dämpfflüssigkeitsmenge, welche im inneren Kreislauf fließen soll, ist dabei
durch die Federkraft der Ventile 8 beeinflußbar. Die Vorspannung der Ventile 8 kann
dabei so bemessen werden, daß nur bei hohen Durchflußmengen eine Verbindung der
Arbeitsräume 31 und 32 hergestellt wird, so daß der innere Kreislauf eine Art Sicherheitseinrichtung
bildet.
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Der äußere Kreislauf entsprechend der schematischen Darstellung nach
Fig. 3 besteht aus der die zwei getrennten Räume 16 und 17 aufweisenden Mischkammer
15, die über Dämpfeinrichtungen mit den Arbeitsräumen 31 und 32 verbunden ist. In
jeder zu den Räumen 16 und 17 führenden Druckleitung ist ein Druckventil 19, welches
zu einem Drosselquerschnitt 20 parallelgeschaltet ist, angeordnet.
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Lediglich in den Raum 16 münden die Saugleitungen, die über Saugventile
zu den Arbeitsräumen 31 und 32 führen. Aus dem Raum 17 wird durch die vom Pumpenmotor
23 angetriebene Pumpe 22 die Dämpfflüssigkeit angesaugt und in den Kühler 24 gefördert
und gelangt
von dort zurück in den Raum 16 der Mischkammer 15. Damit
die in den Raum 17 gelangende, erhitzte Dämpfflüssigkeit vollständig abgesaugt und
dem Kühler 24 zugeführt wird, werden Rückschlagventile oder Rückschlagklappen 33
vorgesehen. Der Kühler wirkt in Verbindung mit dem Druckspeicher 25 als Ausgleichsraum
und steht immer unter einem vorgegebenen Druck. Zur intensiven Kühlung der Dämpfflüssigkeit
fördert ein Ventilator 27 Kühlluft durch den Kühler.
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Wird durch eine Bewegung des Rotors 6 im Uhrzeigersinn Dämpfflüssigkeit
aus dem Arbeitsraum 32 verdrängt, so fließt ein Teil dieser Arbeitsflüssigkeit in
den äußeren Kreislauf, d. h., er gelangt über das Druckventil 19 und die Drossel
20 in die Räume 16 und 17.
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Gleichzeitig wird aus dem Raum 16 der Mischkammer 15 über die Saugleitung
und das Saugventil 21 Dämpfflüssigkeit in den Arbeitsraum 31 angesaugt. Da gerade
bei sehr schweren geländegängigen Fahrzeugen eine sehr hohe Dämpfleistung erforderlich
ist, erhitzt sich die Dämpfflüssigkeit sehr stark, so daß die in den Raum 17 fließende
Dämpfflüssigkeit über den Kühler gefördert wird und als abgekühlte Flüssigkeit in
den Raum 16 gelangt. In diesem Raum 16 vermischt sich diese abgekühlte Dämpfflüssigkeit
mit der aus dem Raum 32 kommenden, erhitzten Dämpfflüssigkeit und dieses Gemisch
wird in den Arbeitsraum 31 gesaugt. Eine Kühlung der Dämpfflüssigkeit erfolgt auch
bei haltendem Fahrzeug, denn die Räume 16 und 17 der Mischkammer 15 sind über Kurzschlußkanäle,
im vorliegenden Fall durch die Druckleitung, miteinander verbunden, so daß die Pumpe
22 aus dem Raum 17 Dämpfflüssigkeit ansaugen kann und diese gekühlt in den Raum
16 fördert. Die schematische Darstellung der Mischkammer 15 entsprechend Fig. 3
entspricht in ihrer Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Mischkammer 15 im
Seitenteil 5.
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Fig. 4 zeigt die schematische Darstellung des äußeren Kreislaufs,
wobei die mit Druckventilen 19 versehene Druckleitung der Arbeitsräume 31 und 32
über ein federbeaufschlagtes Rückschlagventil 28 mit der Mischkammer 18 und über
ein Drosselventil 29 mit dem Kühler 24 verbunden ist. Der Kühler 24 steht ebenfalls
über eine Rohrleitung mit der Mischkammer 18 in Verbindung, während die Saugleitung
über Saugventile 21 zu den Arbeitsräumen 31 und 32
führt. Auch hier
wirkt der Druckspeicher 25 mit dem Kühler 24 zusammen als Vorratsraum und somit
steht auch dieses System unter einem ständigen Überdruck, wobei zur intensiven Kühlung
der Dämpfflüssigkeit vom Ventilator 27 Kühlluft durch den Kühler 24 geblasen oder
gesaugt wird. Wird aus einem Arbeitsraum Dämpfflüssigkeit verdrängt, so gelangt
sie über die Druckventile 19 in die Druckleitung und über das Drosselventil 29 in
den Kühler 24. Das federbeaufschlagte Rückschlagventil 28, welches ebenfalls in
die Druckleitung mündet, öffnet erst, wenn der Druck in der Druckleitung die Federkraft
des Rückschlagventils 28 überwindet, d. h., bei größerem Flüssigkeitsdurchsatz pro
Zeiteinheit.
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Einen ohne Mischkammer ausgestatteten äußeren Kreislauf zeigt die
Fig. 5. Parallel zu den Druckventilen 19 sind die Drosselquerschnitte 20 vorhanden,
wobei die Druckleitung direkt mit dem Kühler 24 verbunden ist. Bei langsamer Rotationsgeschwindigkeit
bleiben die federvorgespannten Druckventile 19 geschlossen und es besteht parallel
zu dem von der Einstellung der Ventile 8 abhängigen inneren Kreislauf über die Drosseln
20 ein Kurzschlußkreislauf zwischen den Arbeitsräumen 31 und 32. Mit zunehmender
Rotationsgeschwindigkeit wird der Druck zum Öffnen der Ventile 19 überschritten
und ein dem Durchflußwiderstand entsprechender Anteil der Dämpfflüssigkeit wird
über den Kühlerkreislauf von einem zum anderen Arbeitsraum verdrängt. Dieser Vorgang
wird durch die Pumpe 22, die vom Motor 23 angetrieben wird, unterstützt. Auch bei
stehendem Fahrzeug ist eine Kühlung der Dämpfflüssigkeit gewährleistet, wenn der
Pumpendruck so groß ist, daß dadurch die Saugventile 21 überwunden werden können.
Somit ist ein Austausch der Dämpfflüssigkeit und somit eine Kühlung dieser Dämpfflüssigkeit
bei stehendem Motor dadurch gegeben, daß über die Saugventile 21 Dämpfflüssigkeit
in den Arbeitsraum gefördert wird und durch die Drosselquerschnitte 20 in der Druckleitung
die dadurch verdrängte Flüssigkeitsmenge in den Kühler 24 fließt. Das Ein- und Ausschalten
des Pumpenmotors erfolgt über einen Thermostat 30, dessen Fühler am Gehäuse des
Rotationsdämpfers oder im Flüssigkeitskreislauf angeordnet ist. Der die intensive
Kühlung bewirkende Ventilator 27 kann dabei ebenfalls an diesen oder einen weiteren
Thermostaten angeschlossen sein.
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Einen weiteren Dämpfflüssigkeitskreislauf in schematischer Darstellung
zeigt Fig. 6. Wird hierbei aus dem Arbeitsraum 32 Dämpfflüssigkeit verdrängt, so
gelangt diese über das als Dämpfventil wirkende Druckventil 19 in die Druckleitung
und von dort direkt in den Kühler 24. Gleichzeitig wird aus dem Kühler 24 über die
Saugleitung und das Saugventil 21 Dämpfflüssigkeit in den Arbeitsraum 31 gesaugt.
Es handelt sich hierbei um ein offenes System, denn der Vorratsbehälter 26 ist belüftet,
d. h., der äußere Kreislauf steht nicht unter Überdruck. Ein solches System eignet
sich besonders dann, wenn der saugseitige Widerstand durch kurze Leitungen großen
Querschnitts niedrig gehalten werden kann.
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Anstelle des durch den Ventilator 27 intensiv gekühlten Kühlers 24
ist es ohne weiteres möglich, einen Flüssigkeitswärmetauscher zu verwenden, wobei
der Dämpfflüssigkeit die Wärme durch eine entsprechende Kühlflüssigkeit entzogen
wird. Ebenso ist bei dem in Fig. 6 gezeigten Dämpfflüssigkeitskreislauf ohne weiteres
ein Druckspeicher anstelle des belüfteten Vorratsbehälters 26 denkbar.
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Der in den Ausführungsbeispielen jeweils dargestellte äußere Dämpf-und
Kühlkreislauf erfordert nicht unbedingt auch einen inneren Kreislauf mit den Dämpfventilen
8. Desweiteren beschränkt sich die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellten
Dämpfeinrichtungen des äußeren Kreislaufes. Hierfür können auch andere aus dem Stoßdämpferbau
bekannte Dämpfventile verwendet werden.