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Anordnung zur aktiven Schwingungsdämpfung
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur aktiven Schwingungsdämpfung
einer Masse gegenüber einem Schwinger mit einem an eine Druckölquelle angeschlossenen
hydraulischen Stellglied in Form einer Kolben-/Zylindervorrichtung, das einerseits
mit der Masse und andererseits mit dem Schwinger verbunden ist, weiterhin mit einer
Lageregelungsvorrichtung, die mindestens eine der Relativbewegung zwischen Masse
und Schwinger folgende Steuerkante aufweist, und mit einem mit einem hydraulischen
Meßsignal beaufschlagten Meßglied.
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Die aktive Dämpfung von Massen hat gegenüber einer passiven, in Verbindung
mit einer Federanordnung wirkenden Dämpfung den wesentlichen Vorteil, daß eine Feder
in der Verbindung zwischen Schwinger und Masse entfallen kann. Der Fortfall der
Feder ist in mancherlei Hinsicht vorteilhaft: Bedeutsam in diesem Zusammenhang ist
einerseits, daß der Verstärkungsfaktor des Systems, d.h. das Verhältnis der Beschleunigung
von Masse zu Schwinger in jedem Fall kleiner als der Wert 1 ist, während er aufgrund
der Eigenfrequenz der Feder
in einem gefederten System mit passiver
Dämpfung regelmäßig auch Werte enthält, die deutlich über der "1" liegen. Andererseits
ist von Bedeutung, daß die Größe der gegenüber dem Schwinger abgestützten Masse
in bestimmten Grenzen variiert werden kann, ohne die Dämpfungseigenschaften der
Anordnung zu beeinflussen, während ein gefedertes System in diesen Fällen selbst
dann Probleme mit sich bringt, wenn die Federkennlinie mit mechanischen Mitteln
beeinflußt wird.
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Eine aktive Dämpfung ist zwar kostenaufwendiger als ein passiv gedämpfter
System mit Federn und kann deshalb nicht in allen abgefederten Systemen Verwendung
finden; sie hat ihre Berechtigung aber dort, wo extrem gute Dämpfungseigenschaften
von wesentlicher Bedeutung sind, insbesondere also dort, wo es darum geht, den Menschen
vor körperschädigenden Beschleunigungen und Schwingungen zu bewahren. Unter dem
Begriff "stabilisierte Plattform" o.ä. sind aktive Dämpfungssysteme aber auch in
der Navigation und in der Waffentechnik von Bedeutung.
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Es sind aktive Dämpfer bekannt, die auf elektronischem und elektromechanischem
Weg arbeiten. Ilier sind die verhältnismäßig hohen apparativen Aufwendungen und
die Stoßempfindlichkeit derartiger Anordnungen in manchen Anwendungsfällen unangenehm.
Bekannt ist weiterhin ein aktiver Dämpfer, der die Beschleunigungen elektronisch
mißt und die so gewonnenen Signale zum Dämpfen in hydraulische Energie umwandelt.
Wegen der elektronischen Komponente gilt das zuvor Gesagte, wenngleich ein derart
kombinierter Dämpfer im Gegensatz zu rein elektronisch/elektromechanischen Anordnungen
bereits größere Massen dämpfen kann.
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Weiterhin ist ein rein hydraulisch arbeitender aktiver Dämpfer bekannt,
der auf hydraulischem Weg die Bewegung und die Stellung einer Vergleichsmasse abtastet
und das so gewonnene
Signal dazu benutzt, auf hydraulischem Weg
die zu dämpfende Masse zu verstellen. Bei diesem Stand der Technik ist es nachteilig,
daß die Vergleichsmasse zur Vergrößerung der Steuerwege beim hydraulischen Abtasten
mit einer Hebelübersetzung arbeiten muß, so daß die Dämpfung des Systems von der
Größe der Reibungskräfte innerhalb der Hebelübertragung und von deren mechanischen
Schwingungsneigungen negativ beeinflußt werden kann. Dieser bekannte Dämpfer dient
zur Stabilisierung von Fahrersitzen beispielsweise von landwirtschaftlichen Ackerschleppern.
Bei derartigen Anwendungsfällen muß aber berücksichtigt werden, daß das den Schwinger
bildende Fahrzeug nicht nur in der Ebene fährt, sondern auch Steigungen bewältigen
muß, wodurch die Funktion der Vergleichsmasse beeinflußt wird. Darüberhinaus ist
es bei dem bekannten aktiven Dämpfer schwierig, ihn an unterschiedlich große zu
dämpfende Massen anzupassen, die aus unterschiedlichen Fahrergewichten resultieren.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den bekannten hydraulischen
aktiven Dämpfer so weiterzubilden, daß die sich aus der Verwendung der Vergleichsmasse
ergebenden Nachteile beseitigt, mindestens aber verringert werden.
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Ausgehend von einer Anordnung zur aktiven Schwingungsdämpfung einer
Masse gegenüber einem Schwinger mit einem an eine Druckölquelle angeschlossenen
hydraulischen Stellglied in Form einer Kolben-/Zylindervorrichtung, das einerseits
mit der Masse und andererseits mit dem Schwinger verbunden ist, weiterhin mit einer
Lageregelungsvorrichtung, die mindestens eine der Relativbewegung zwischen Masse
und Schwinger folgende Steuerkante aufweist, und mit einem mit einem hydraulischen
Meßsignal beaufschlagten Meßglied, besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß
das Stellglied den Schwinger direkt mit der Masse verbindet; daß das Meßsignal der
im Stellglied herrschende hydraulische Druck ist; daß für die weitgehende Konstanthaltung
des
Meßsignals eine Druckregeleinrichtung vorhanden ist und da
die Steuerkante(n) der Lageregelungsvorrichtung zwischen dem Arbeitsraum des Stellgliedes
und entweder dem Olbehälter oder der Druckölquelle angeordnet ist (sind).
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Der Vorteil dieser Lösung besteht primär darin, daß es einer Vergleichsmasse
gar nicht mehr bedarf. Der erfindungsgemäße Dämpfer vergleicht nämlich nicht mehr
einen hydraulischen Vorgabedruck mit der festen Vergleichsmasse, sondern den Vorgabedruck
unmittelbar mit der zu dämpfenden Masse. Vorteilhaft ist darüberhinaus, daß der
erfindungsgemäße Dämpfer mit einfachen Mitteln entweder manuell oder auch automatisch
an unterschiedliche zu dämpfende Massen angepaßt werden kann, ohne daß seine Dämpfungseigenschaften
hierdurch beeinflußt würden. Hinzukommt, daß der bauliche Aufwand kleiner gehalten
werden kann als bei dem bekannten aktiven Dämpfer.
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Die erfindungsgemäße Anordnung zur aktiven Schwingungsdämpfung kann
mit Vorteil auf sämtlichen Gebieten eingesetzt werden, die für eine aktive Dämpfung
überhaupt in Frage kommen und die in großen Zügen vorstehend angesprochen wurden.
Lediglich beispielsweise seien die Dämpfung von Fahrerkabinen von Lastkraftwagen
und landwirtschaftlichen Fahrzeugen oder deren Sitze erwähnt. Denkbar ist auch der
Einsatz an Rüttelverdichtern oder zur Stabilisierung von Plattformen in Militärfahrzeugen.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist im übrigen nicht auf die Dämpfung in Richtung
der Schwerkraftwirkung beschränkt, so daß bei Einsatz mehrerer Dämpfer ohne weiteres
eine Stabilisierung in drei zueinander senkrecht stehenden Richtungen möglich ist,
wobei die Größe der zu dämpfenden Masse von untergeordneter Bedeutung und eine Änderung
der Masse ohne Änderung der an der Dämpfung beteiligten Anordnung mit einer
großen
Schwankungsbreite möglich ist.
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Der vorstehend umrissene Erfindungsgedanke läßt eine große Zahl von
Ausgestaltungsmöglichkeiten zu. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen ergeben sich
aus der nachstehenden Beschreibung und aus den Patentansprüchen.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand der auch in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Von den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine erste
Ausführungsform des aktiven Dämpfers in Form eines Zylinders mit Einkantensteuerung
und externen Druckregelventilen; Fig. 2 eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß
Fig. 1; Fig. 3 eine andere Ausführungsform des aktiven Dämpfers mit Zweikantensteuerung
und ebenfalls extern angeordneten Druckregelventilen; Fig. 4 eine dritte Variante
des Dämpfers mit Zweikantensteuerung und einfach wirkendem Zylinder; Fig. 5 einen
der Fig. 4 ähnlichen aktiven Dämpfer mit integrierter Druckregelung in kompakter
Ausführung; Fig. 6 und 7 zwei der Ausführung gemäß Fig. 4 ähnliche Varianten des
Dämpfers mit abgewandelter Steuerung; Fig. 8 eine andere Ausführungsform eines aktiven
Dämpfers nach der Erfindung mit einfach wirkendem, doppelt beaufschlagtem Zylinder
mit Vierkantensteuerung; Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel des Dämpfers, der derjenigen
gemäß Fig. 8 ähnelt; Fig. 10 die Ausführungsform eines aktiven Dämpfers mit doppelt
wirkendem Zylinder und Vierkantensteuerung; und Fig. 11 eine der Fig. 1 ähnliche
Ausführungsform mit vereinfachter Lageregelungsvorrichtung.
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Es sei vorab darauf hingewiesen, daß in der nachstehenden Figurenbeschreibung
alle gleichen, gleichartigen oder in ihrer Wirkung vergleichbaren Details weitgehend
mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, um die jeweilige Zuordnung zwischen den
verschiedenen Ausführungsbeispielen zu erleichtern. Weiterhin soll darauf hingewiesen
sein, daß alle Ausführungsformen des aktiven Dämpfers äußerlich in Form von normalen
Kolben/Zylinder-Anordnungen als Stellglied mit Arbeitszylinder 10, Kolben 20, Kolbenstange
21 und mit Anschlußaugen 12 am Boden des Zylinders 10 sowie 22 am Ende der Kolbenstange
21 dargestellt sind; der Anschluß des Dämpfers sowohl an den in den Zeichnungen
nicht dargestellten Schwinger wie auch an die in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellte
Masse kann mit hilfe der Augen 12, 22 geschehen, jedoch sind andere (z.B. starre)
Verbindungen in gleicher Weise möglich.
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Im Zylinder 10 befinden sich in axialem Abstand drei Ringnuten, von
denen die Ringnut 14a am Boden des Zylinders sitzt und einen nach außen führenden
Anschluß P besitzt, von denen sich die Ringnut 14b axial versetzt in Richtung auf
die Mitte des Zylinders befindet und über einen nach außen führenden Anschluß P1
verfügt und von denen die Ringnut 14d im Bereich eines den Zylinder 10 abschließenden
Deckels 11 vorgesehen ist und einen nach außen führenden Anschluß T besitzt. Der
Deckel 11 ist in üblicher Weise durchbohrt und mit einem Dichtring geringer Reibung
versehen.
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Der Kolben 20 hat eine axiale Länge, die größer ist als der axiale
Abstand der Ringnuten 14a, 14b. Seine dem Boden des Zylinders zugekehrte Seite bildet
eine Steuerkante 24a, die mit der Ringnut 14b in der nachstehend noch beschriebenen
Weise zusammenwirkt. Der Arbeitsraum zwischen dem Kolben und dem Boden des Zylinders
ist mit Zylinderraum I bezeichnet.
Eine Pumpe 80 bildet die Druckölquelle
des Hydrauliksystems. Die Pumpe 80 saugt aus einem ölbehälter 84 öl an, drückt es
durch ein Rückschlagventil 72 entlang einer Leitung 91 in eine Leitung 88, die einerseits
zum Anschluß P des Zylinders 10 und andererseits zu einem Anschluß P eines Druckregelventiles
70 führt, das das Meßglied bildet. Das Druckregelventil ist beispielsweise auf einen
Wert von 100 bar eingestellt und sorgt dafür, daß in der Leitung 88 und dem mit
dieser über den Anschluß P und die Ringnut 14a verbundenen Zylinderraum I ein im
wesentlichen konstanter Druck (von beispielsweise 100 bar) aufrechterhalten wird.
Sobald der Druck in der Leitung 88 den eingestellten Wert übersteigt, öffnet das
Druckregelventil 70, so daß überschüssiges öl über den Ausgang T des Druckregelventiles
zu einer den Rücklauf bildenden Leitung 93 und von dort über ein Vorspannventil
82 zurück in den ölbehälter 84 gelangt. Das Vorspannventil 82 ist in dem Ausführungsbeispiel
auf einen öffnungsdruck von 1 bar eingestellt, so daß in der Rücklaufleitung 93
ein entsprechender Vordruck aufrechterhalten wird.
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Die im Zylinder 10 befindliche Ringnut 14b gehört zur Lageregelungsvorrichtung
und ist über ihren Anschluß P1 und eine Überlaufleitung 92 ebenfalls an ein Druckregelventil
71 mit einem Eingang P und einem Ausgang T angeschlossen. Der Ausgang T ist seinerseits
mit der Rücklaufleitung 93 verbunden, und das Druckregelventil 71 ist ebenfalls
auf einen gewünschten öffnungsdruck einstellbar, der in dem Ausführungsbeispiel
90 bar beträgt.
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Die Rücklaufleitung 93 ist über die beiden Ausgänge T der Druckregelventile
70, 71 hinaus bis zu dem Anschluß T des Zylinders 10 geführt, der seinerseits mit
der Ringnut 14d verbunden ist.
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Die zuvor beschriebene einfachste Ausführungsform beruht
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wie alle anderen Ausführungsformen - auf dem Prinzip, innerhalb eines hydraulischen
Zylinders den Druck der Hydraulikflüssigkeit unabhängig von den äußeren Kräften
weitgehend konstant zu halten und je nach Richtung der äußeren zwischen Zylinder
und Kolbenstange wirkenden Kräften die Hydraulikflüssigkeit bei relativ geringen
Druckschwankungen aus dem Zylinder abzuführen oder diesem zuzuführen. Der jeweiligen
Auslenkung ist dabei eine Lageregelung überlagert, mittels der die zu dämpfende
Masse nach einer äußeren Krafteinwirkung in ihre Ausgangsebene zurückgeführt wird,
diese Ausgangsebene entspricht einer konstruktiv vorgegebenen relativen Lage von
Zylinder 10 und Kolben 20, die in allen Zeichnungsfiguren als "Mittellage " bezeichnet
ist und sich im Falle der Figur 1 in der Ebene befindet, die durch die dem Zylinderboden
zugekehrte Steuerkante der Ringnut 14b definiert wird.
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Die Ausführungsform gemäß Fig. 1 arbeitet wie folgt: Wenn die Kolbenstange
21 in Richtung des Pfeiles U beschleunigt wird, steigt der Druck in dem Zylinderraum
I über das durch das Druckregelventil 70 vorgegebene Maß hinaus an. Das Druckregelventil
70 läßt öl in die Rücklaufleitung 93 abströmen, so daß sich die Kolbenstange in
Richtung des Pfeiles U so lange nach unten bewegt, bis die Beschleunigung wieder
0 geworden ist.
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In diesem Moment schließt das Druckregelventil 70, so daß der Zylinderraum
I von der Pumpe 80 wieder mit frischem öl gefüllt wird. Die Folge ist eine Bewegung
des Kolbens 20 nach oben in Richtung des Pfeiles 0, und zwar soweit, bis die Steuerkante
24a des Kolbens von der zugehörigen Steuerkante der Ringnut 14b freikommt. In diesem
Moment strömt das öl durch die Überlaufleitung 92 und das auf einen niedrigeren
Wert eingestellte Druckregelventil71 in die Rücklaufleitung 93 ab. Der Kolben 20
stellt sich somit auf die konstruktive Mittellage ein, die dem Gleichgewicht zwischen
dem Druck unter dem Kolben und der an die Kolbenstange 21 angeschlossenen Masse
(nicht dargestellt) entspricht.
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Wenn auf die Kolbenstange 21 eine Beschleunigung in Richtung des Pfeiles
0 einwirkt, verringert sich der Druck im Zylinderraum I mit der Folge, daß die Pumpe
80 mehr öl dorthin fördert und den Kolben 20 in Pfeilrichtung 0 nach oben schiebt.
Das oberhalb des Kolbens 20 befindliche öl in dem dortigen Zylinderraum II gelangt
dabei über den Anschluß T der Ringnut 14d in die Rücklaufleitung 93 und von dort
weiter in den ölbehälter 84. Gegen Ende der Beschleunigung beginnt bereits in den
Zylinderraum I nachgeströmtes öl durch die Überlaufleitung 92 und das Druckregelventil
71 in den ölbehälter abzuströmen, und sobald die Beschleunigung den Wert 0 erreicht
hat, setzen sich Kolbenstange 21 mit Kolben 20 nach unten in Pfeilrichtung U in
Bewegung. Der Kolben verdrängt dabei solange öl über die Ober lauf leitung 92, bis
seine Steuerkante 24a wieder in der Mittellage steht.
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In diesem Moment befindet sich das System wieder im Gleichgewicht.
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Die Einfachheit dieses Dämpfers folgt aus der Anwendung der Einkantensteuerung
sowie der Verwendung der beiden externen und beispielsweise manuell einstellbaren
Druckregelventile 70, 71. Bevorzugt wird diese Ausführungsform dann, wenn im wesentlichen
konstante Massen in vertikaler Richtung gedämpft werden sollen, weil es hier an
einer automatischen Druckanpassung an schwankende Massen fehlt.Erläuternd sei noch
darauf hingewiesen, daß in dieser Figurenbeschreibung angenommen wird, daß die zu
dämpfende Masse mit der Kolbenstange 21 und der Schwinger mit dem Zylinder 10 gekoppelt
ist. Je nach Größe der zu dämpfenden Masse ist das Druckregelventil 70 manuell so
einzustellen, daß der Kolben 20 bei beschleunigungsfreier Masse in der Mittellage
steht. Die zugehörige Einstellung des Druckregelventils 70 bestimmt dann außerdem
die aktive Aufwärtsbewegung von Kolben mit darauf ruhender Masse aus der unteren
Endlage des Kolbens bis zur Mittellage.Die Einstellung des an die
Oberlaufleitung
92 angeschlossenen zweiten Druckregelventils 71 bestimmt demgegenüber die passive
Abwärtsbewegung von Kolben und Masse aus der ausgefahrenen Endlage bis zur Mittellage.
Die vorgesehene Druckdifferenz in der Einstellung der beiden Ventile 70, 71, die
in diesem Ausführungsbeispiel ca. 10 % beträgt, dient der Lageregelung und ist mitverantwortlich
dafür, daß der Dämpfer im beschleunigungsfreien Zustand in seiner Mittellage steht.
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Während mit dem Vorspannventil 82 erreicht wird, daß im Zylinderraum
II von allen Kolbenbewegungen weitgehend unabhängig immer ein vorgegebener Gegendruck
herrscht, hat das in der Druckleitung 91 befindliche Rückschlagventil 72 auf die
Funktion des aktiven Dämpfers keinen Einfluß. Es soll nur sicherstellen, daß der
Kolben 20 bei einem Ausfall der Pumpe 80 nicht in seine innere Endlage fährt.
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Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
von dem aktiven Dämpfer gemäß Fig. 1 nur geringfügig im Hydraulikkreis außerhalb
des Zylinders 10. Der Unterschied liegt darin, daß anstelle desDruckregelventils
70, das im Falle der Fig. 1 von der Leitung 88 zur Rücklaufleitung 93 führt, einDruckregelventil
70a vorgesehen ist, das die Leitung 88 mit der Überlaufleitung 92 verbindet.
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DasDruckregelventil 70a ist auf einen verhältnismäßig geringen Druck
eingestellt, weil es aufgrund der beschriebenen Schaltung nunmehr in Reihe zu dem
Druckregelventil7l liegt.
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Wenn die Summe der eingestellten Drücke bei den Ventilen 70a und 71
gleich dem eingestellten Druck des Ventils 70 im Falle der Fig. 1 ist, dann ist
der aktive Druck im Zylinderraum I im Falle der Schaltung gemäß Fig. 2 unverändert
gegenüber der Schaltung gemäß Fig. 1 Somit ist bei dem in Fig. 2 gezeigten aktiven
Dämpfer die Einstellung derDruckregelventile 70a und 71 für die aktive
Aufwärtsbewegung
des Kolbens 20 von seiner eingefahrenen Endlage bis zur Mittellage bestimmend. Wie
auch im Fall der Fig. 1, bestimmt die Einstellung des Druckventils 71 die passive
Abwärtsbewegung von Kolben 20 mit zugehöriger Masse aus der ausgefahrenen Endlage
bis zur Mittellage.
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Bezüglich der übrigen Funktionen einschließlich der Lageregelung wird
auf die Ausführungen zu dem Dämpfer gemäß Fig. 1 Bezug genommen.
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In Fig. 3 ist ein aktiver Dämpfer unter Verwendung eines einfach wirkenden
Zylinders mit Zweikantensteuerung, im übrigen mit einer Schaltung der externen Ventile
gemäß Fig.
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2 dargestellt.
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In konstruktiver Hinsicht unterscheidet sich der hier verwendete Zylinder
10 von dem zuvor beschriebenen dadurch, daß die Ringnuten 14a und 14b mit den zugehörigen
Anschlüssen P und P1 axial in Richtung auf das freie Ende des Zylinders versetzt
sind. Der Kolben 20 weist eine Ausdrehung auf, die einen festen Ringraum 24 definiert.
Die dem freien Ende des Kolbens zugekehrte Begrenzungswand des Ringraumes 24 stellt
hier die Steuerkante 24a dar, während eine zweite Steuerkante 24b am freien Ende
des Kolbens 20 vorgesehen ist. Die beiden Steuerkanten wirken mit jeweils einer
Begrenzungswand der Ringnuten 14a,14b derart zusammen, daß beide Ringnuten in der
konstruktiven Mittellage des aktiven Dämpfers vom Kolben 20 abgedeckt sind. Der
Kolben 20 besitzt weiterhin eine von seinem freien Ende aus einwärts axial verlaufende
Blindbohrung 27, die bis in den Bereich des Ringraumes 24 führt und mit Hilfe von
mindestens einer Ausgleichsbohrung 28 mit dem Ringraum 24 verbunden ist. Auf diese
Weise wird ein freier Durchgang für das öl vom Zylinderraum I zum Ringraum 24 geschaffen.
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Wie erwähnt, ist die Anordnung der Druckregelventile 70a, 71 im Hydraulikkreis
gegenüber dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel
unverändert.
Abweichend sind jedoch die Anschlüsse P und P1 des Zylinders 10 geschaltet: Die
Druckleitung 88, die mit dem Ausgang der Pumpe 80 und dem Eingang des Druckregelventils
70a verbunden ist, führt zum Anschluß P1 des Zylinders 10, so daß die damit verbundene
Ringnut 14b unter dem aktiven Druck steht, der in diesem Ausführungsbeispiel wiederum
100 bar beträgt. Der Anschluß P des Zylinders 10 und damit die Ringnut 14a sind
an die Überlaufleitung 92 angeschlossen, in der der von dem Druckregelventil 71
festgelegte Druck herrscht.
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Weil auch in diesem Ausführungsbeispiel eine automatische Druckanpassung
an variierende zu dämpfende Massen nicht vorgesehen ist, ist der aktive Dämpfer
gemäß Fig. 3 wiederum vorzugsweise zur Dämpfung konstanter Massen geeignet.
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Die Funktion dieses Ausf:ü'hrungsbeispiels unterscheidet sich von
den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen nicht. Wenn auf die Kolbenstange 21
eine Stoßbelastung in Pfeilrichtung U einwirkt, steigen die Drücke im Zylinderraum
I und dem damit verbundenen Ringraum 24 zunächst an. Ober eine Verbindungsleitung
87 zwischen der Druckleitung 91 und dem Zylinderraum I, in der sich vorzugsweise
ein Rückschlagventil 76 befindet, strömt öl in die Druckleitung 91 solange ab, wie
der Druck im Zylinderraum I den Druck in der Druckleitung 91 übersteigt. In dieser
Zeit bewegt sich der Kolben 20 in Pfeilrichtung U. Bei Beendigung der von außen
einwirkenden Beschleunigung enden die Kolbenbewegung und das Abströmen, so daß anschließend
Drucköl über die Leitung 88 in den Ringraum 24 nachströmt und - über die Ausgleichsbohrung
28 und die Blindbohrung 27 - den Zylinderraum I wieder soweit auffüllt, bis die
Steuerkante 24a des Kolbens 20 die Ringnut 14b wieder abdeckt. Der aktive Dämpfer
hat dann seine Mittellage wieder erreicht.
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Wenn auf die Kolbenstange 21 eine Beschleunigung in Pfeilrichtung
0 wirkt, entsteht im Zylinderraum I ein Druckabfall; durch entsprechende Wahl der
Überdeckung von Steuerkante 24b und Ringraum 14a, die vorzugsweise ein geringes
negatives Maß hat, kann über den Anschluß P öl in den Zylinderraum I nachströmen,
so daß die Kolbenstange 21 eine Bewegung in Pfeilrichtung 0 ausführen kann. Unmittelbar
nach der Freigabe der Ringnut 14a strömt dann das öl voll nach. Nach Beschleunigungs-Schluß
sinkt die Kolbenstange 21 unter dem Einfluß der auf ihr lastenden Masse wieder nach
unten in Pfeilrichtung U und verdrängt dabei das im Zylinderraum I befindliche öl
über den Anschluß P, die Leitung 92 und das Druckregelventil 71 . Sobald die Steuerkante
24a die ihr entsprechende Steuerkante der Ringnut 14b erreicht, steht sie wieder
in der Mittellage.
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Im bisherigen Teil der Figurenbeschreibung ist unterstellt worden,
daß der Schwinger an der Kolbenstange 21 angelenkt und daß die zu dämpfende Masse
mit dem Zylinder verbunden ist. Um deutlich zu machen, daß es allein auf die Relativbewegung
zwischen Zylinder und Kolben ankommt, ist nachstehend nur noch der übliche Fall
beschrieben, bei dem der Schwinger am Zylinder 10 angreift und die zu dämpfende
Masse an die Kolbenstange 21 angekoppelt ist.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist ein aktiver Dämpfer mit einem
einfach wirkenden Zylinder und Zweikantensteuerung sowie externer Druckregelung.
Der in dem Zylinder 10 angeordnete Kolben 20 besitzt wiederum einen etwa mittig
angeordneten Ringraum 24, der in axialer Richtung von den beiden Steuerkanten 24a,
24b begrenzt wird. Die Steuerkanten arbeiten mit im Zylinder angeordneten Ringnuten
14b, 14c zusammen. In der Mittellage des Dämpfers überdecken die beiden Steuerkanten
ihre jeweils zugeordnete Ringnut. Am Boden des Zylinders befindet sich die Ringnut
14a mit zugehörigem Anschluß P, und am Kopf des Zylinders ist wiederum
die
Ringnut 14d mit Anschluß T vorgesehen. Von der Ringnut 14c führt ein Kanal 13 zur
Ringnut 14d; außerdem ist wiederum die axiale Blindbohrung 27 im Kolben 20 vorgesehen,
die über eine Drossel 26 mit dem Ringraum 24 in Verbindung steht.
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Die aus dem ölbehälter 84 ansaugende Pumpe 80 fördert Drucköl in die
Leitung 91, die mit dem Anschluß P' eines 3/3-Wegeventils 40 verbunden ist. Von
der Leitung 91 zweigt eine Leitung 92 ab, die einerseits zu dem mit der Ringnut
14b verbundenen Anschluß P1 des Zylinders 10 und außerdem zu einem Druckbegrenzungsventil
76 führt. Der Ausgang des Druckbegrenzungsventils 76 ist an die Rücklauf leitung
93 angeschlossen, die wiederum aufgrund des Vorspannventils 82 unter einem qeringen
Oberdruck steht und in der bereits zuvor beschriebenen Weise an den Anschluß T des
Zylinders und die über eine Stichleitung 94 auch an den Anschluß T' des 3/3-Wegeventils
angeschlossen ist.
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Vom Anschluß P des Zylinders führt die Druck leitung 88 zunächst zu
einem Steuerölraum 42 für das 3/3-Wegeventil 40 und weiter zu einer Drosseldüse
50, von deren Ausgang eine Leitung 90 einerseits zu dem anderen Steuerölraum 43
des Steuerventils 40 und außerdem zum Eingang einer Druckwaage 60 führt, die über
eine Leckölleitung an die Rücklaufleitung 93 angeschlossen ist. Der Anschluß A des
3/3 -Wegeventils 40 steht über eine Leitung 89 mit der Leitung 88 in Verbindung.
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Die Funktion dieses Ausführungsbeispieles entspricht derjenigen des
Dämpfers gemäß Fig. 5, so daß zunächst der konstruktive Aufbau des abgewandelten
Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5 beschrieben werden soll.
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Diese Abwandlung stellt eine raumsparende Kompaktausführung des Dämpfers
gemäß Fig. 4 dar, bei der das 3/3-Wegeventil 40 zusammen mit der Druckwaage 60 und
der Drosseldüse 50
mit dem Zylinder 10 zu einer Baugruppe zusammengefaßt
ist und sich in einem Ansatz 10a zum Zylinder 10 befindet. Der Vorteil der Ausführungsform
nach Fig. 5 besteht u.a. darin, daß nur noch zwei externe Leitungen, nämlich die
Druckleitung 91 und die Rücklaufleitung 93 benötigt werden, zwischen denen sich
das Druckbegrenzungsventil 76 auf der Druckseite der Pumpe 80 und der Druckseite
des Vorspannventils 82 befindet.
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Parallel zur Zylinderbohrung befindet sich in dem Ansatz 10a eine
abgestufte Bohrung, in der hintereinander die Druckwaage 60 und der Steuerschieber
41 des Ventils 40 untergebracht sind. In die Bohrung für den Steuerschieber 41 sind
axial versetzt zwei Ringnuten 44a, 44b eingearbeitet, von denen die Ringnut 44b
einerseits mit dem Anschluß T' für die Rücklaufleitung 93 und andererseits über
den Kanal 13 mit den Ringnuten 14c und 14d des Zylinders 10 verbunden ist. Die Ringnut
44a dient zur Verbindung der Druckleitung 91 über den Anschluß P' desSteuerventils
40 und den internen Anschluß P1 des Zylinders 10 mit der Ringnut 14b. Die beiden
Ringnuten 44a, 44b arbeiten alternativ mit je einer Steuerkante des Steuerschiebers
41 zusammen, welche durch die untere bzw.obere Flanke einer Steuerschieber-Ausdrehung
gebildet werden, die ihrerseits einen Ringraum 45 im Ventil 40 definiert.
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Dieser Ringraum 45 steht über Querbohrungen 47 mit einer Zentralbohrung
46 des Steuerschiebers 41 in Verbindung, und die Zentralbohrung 46 mündet einerseits
direkt in einen Steuerölraum 53 des Ventils 40 sowie andererseits über die Drosseldüse
50 in den anderen Steuerölraum 54 des Ventils 40.
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Mit Hilfe von Ausgleichsfedern 55, 56 ist der Steuerschieber 41 in
seiner dargestellten Mittellage vorgespannt, solange der Druck in den beiden Steuerölräumen
53, 54 gleich ist.
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Der Steuerölraum 53, der mittels eines Deckels 51 nach außen abgeschlossen
ist, besitzt einen internen Ausgang A, der über einen internen Kanal 15 mit dem
Anschluß P des Zylinders 10 verbunden ist. Der Kanal 15 in Fig. 5 entspricht
der
Leitung 89 in Fig. 4 Das dem Steuerschieber 41 abgekehrte Ende des Steuerölraums
54 steht mit dem Speicherzylinder 59 der Druckwaage 60 in Verbindung, die einen
im Speicherzylinder 59 axial verschiebbaren Kolben 58 sowie eine Speicherfeder 57
aufweist, die sich einerseits am Kolben 58 und andererseits an einem Deckel 52 abstützt,
mit dem die den Ansatz 10a durchsetzende abgestufte Bohrung verschlossen ist.
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Die Funktionsweise der Ausführungsformen nach den Fig. 4 und 5 - beschrieben
an dem zuletzt genannten Ausführungsbeispiel -ist folgende: Wenn der nicht dargestellte
Schwinger über das Auge 12 des Zylinders 10 eine Beschleunigung in den Dämpfer einleitet,
ergibt sich im unteren Zylinderraum I eine proportionale Druckänderung, weil die
nicht dargestellte und an das Auge 22 der Kolbenstange 21 angeschlossene Masse aufgrund
ihrer Trägheit ihre Lage im Raum beibehalten will. Voraussetzung der Proportionalität
ist, daß Kolben 20 und Kolbenstange 21 möglichst reibungsfrei gegenüber dem Zylinder
10 und Deckel 11 geführt sind. Der Druckanstieg im Zylinder I, der einer Beschleunigung
in Pfeilrichtung 0 entspricht, führt zu einem gleichen Druckanstieg im Steuerölraum
53 des 3/3 -Wegeventils 40, da die Räume I und 53 über den Kanal 15 möglichst drosselfrei
verbunden sind. Aufgrund seiner federnden Lagerung verschiebt sich der Steuerschieber
41 um einen Druck-proportionalen Weg in Richtung auf die Druckwaage 60 mit der Folge,
daß die Ringnut 44b mit dem Ringraum 45 verbunden wird. Hierdurch kann öl aus dem
Zylinder I über den Steuerölraum 53, die Zentralbohrung 46 des Steuerschiebers 41
und dessen Querbohrung 47 in die RUcklaufleitung 93 abströmen; entsprechend kann
sich der Zylinder 10 nach oben bewegen, ohne den Kolben 20 dabei anzuheben.
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Die mit dem Kolben verbundene, zu dämpfende Masse wird die
vom
Schwinger eingeleitete Bewegung des Zylinders also nicht oder nur geringfügig mitmachen.
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Der Aufwärtsbewegung des Steuerschiebers 41 entspricht also eine Aufwärtsbewegung
des Zylinders 10 gegenüber dem Kolben 20; diese Relativbewegung zwischen Zylinder
10 und Kolben 20 führt dazu, daß der Kolben 20 mit seiner Steuerkante 24a die Ringnut
14b öffnet, so daß das von der Pumpe 80 kommende und vom Druckbegrenzungsventil
76 in seinem Druck festgelegte öl über die Leitung 91, den Anschluß P', die Ringnut
44a und den weiteren Anschluß P1 nebst Ringnut 14b in den Ringraum 24 gelangen kann.
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Über die Drossel 26 und die Bohrung 27 wirkt der in der Leitung 91
herrschende Druck folglich auf den Zylinderraum I ein.
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Bei Beschleunigungsende steht der Steuerschieber 41 wieder in der
in Fig. 5 gezeigten Stellung, in der der Ringraum 45 des 3/3-Wegeventils von der
Rücklaufleitung 93 abgetrennt ist. Demzufolge kann jetzt auch kein weiteres öl mehr
aus dem Zylinderraum I abströmen. Da zu diesem Zeitpunkt aber die Ringnut 14b weiterhin
freigegeben ist, strömt nun das Drucköl aus der Leitung 91 auf dem beschriebenen
Weg in den Zylinderraum I nach, wodurch dieser wieder gefüllt und der Zylinder in
Pfeilrichtung U verschoben wird, und zwar solange, bis die Steuerkante 24a die Ringnut
14b wieder abschließt und der Zylinder 10 somit wieder seine Mittellage gegenüber
dem Kolben 20 einnimmt.
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Die für den insoweit beschriebenen Ablauf erforderliche Bewegung des
Steuerkolbens 41 ist trotz des Vorhandenseins
der Drosseldüse
50 möglich. Der Drosselquerschnitt ist so klein, daß der sich bei äußeren im Steuerölraum
53 aufbauende Druck nicht gleichzeitig auch im Steuerzylinder 54 auswirken kann.
Für die Dämpfung ist die Drosseldüse also bedeutungslos. Der Grund ihres Vorhandenseins
ist unten erläutert.
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Die Eigenfrequenz des Messgliedes muß im Verhältnis zu den zu dämpfenden
Frequenzen sehr groß gemacht werden, damit der Steuerschieber 41 den Druckänderungen
praktisch verzögerungsfrei folgen kann. Auch muß die Leistung der Hydraulikpumpe
80 ausreichend groß sein, um genügend öl genügend schnell nachliefern zu können,
wenn der Zylinder 10 gegenüber dem Kolben 20 eine Bewegung in Pfeilrichtung U ausführt.
Bei einem Zylinderdurchmesser von 20 mm, einem Relativhub zwischen Zylinder und
Kolben von +-20 mm und einer angekoppelten Masse von 300 kp (statisch) hat sich
eine Förderleistung der Pumpe 80 von Q = 8L/min als ausreichend erwiesen.
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Wenn der mit dem Zylinder 10 gekoppelte Schwinger eine Beschleunigung
in Pfeilrichtung U ausführt, sinkt der Druck im Zylinderraum I proportional ab.
Entsprechend verringert sich der Druck im Steuerölraum 53. Der im Druckwächter 60
gespeicherte Druck schiebt daraufhin den Steuerschieber 41 nach unten, d.h. in Pfeilrichtung
U. Aufgrund dieser Bewegung des Steuerschiebers wird die Ringnut 44a mit dem Ringraum
45 verbunden, so daß Drucköl aus der Leitung 91 über den Anschluß P', den Ringraum
45 in den Steuerdlraum 53
und weiter über den Kanal 15 in den Zylinderraum
I einströmen kann. Hierdurch ist der Zylinder 10 also in der Lage, der Bewegung
des Schwingers in Pfeilrichtung U ohne Vakuumbildung zu folgen, während die mit
dem Kolben 20 gekoppelte Masse ihre Lage beibehalten kann.
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Wenn bei Abschluß dieser Beschleunigung der Druck im Zylinderraum
I wieder den ursprünglichen Druck der Druckwaage 60 erreicht hat, befindet sich
der Steuerschieber 41 wieder in der gezeichneten Lage, so daß kein weiteres öl aus
der Leitung 91 in den Zylinderraum I nachströmen kann; andererseits hat die beschriebene
Bewegung des Kolbens 20 aber dazu geführt, daß dessen Steuerkante 24b die Ringnut
14c freigegeben und dadurch eine Verbindung vom Zylinderraum I über die Bohrung
27, die Drossel 26, den Ringraum 24, die Ringnut 14c des Zylinders 10 und die Ringnut
44b des 3/3-Wegeventils 40 zur Rücklaufleitunq 93 hergestellt hat. Hierdurch ist
es möglich, daß solange öl aus dem Zylinderraum I in die Rücklaufleitung 93 abströmt,
bis die Steuerkante 24b die Ringnut 14c wieder verschließt; dies geschieht dann,
wenn der Zylinder 10 gegenüber dem Kolben 20 wieder seine Mittellage eingenommen
hat. Die Geschwindigkeit dieser Rückführung in die Mittellage wird im wesentlichen
von der Durchflußmenge der Drossel 26 bestimmt.
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Wie auch in den ersten Ausführungsbeispielen nimmt der aktive Dämpfer
gemäß den Fig. 4 und 5 also seine konstruktiv festgelegte Ausgangslage immer dann
wieder ein, wenn eine äußere Schwingung in Pfeilrichtung 0 oder U ausgedämpft worden
ist. Zusätzlich zu der hierfür notwendigen Lageregelung können die Dämpfer gemäß
den Fig. 4 und 5 aber auch eine automatische Druckanpassung an sich ändernde statische
Belastungen vornehmen. Eine solche Anpassung ist erwünscht, wenn mit der Anordnung
unterschiedlich große statische Massen gedämpft werden sollen. Ein solcher Fall
tritt
beispielsweise dann ein, wenn der Dämpfer in Verbindung mit einem Fahrzeugsitz benutzt
werden soll und das Fahrzeug von verschieden schweren Fahrern gefahren wird.
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Wenn in diesen Fällen die auf dem Kolben 20 lastende Masse vergrößert
wird, ohne daß dabei eine stoßartige Belastung wirkt, wird der im Zylinderraum 1
ansteigende Druck auch im Steuerölraum 54 des 3/3-Wegeventils wirksam, weil bei
langsamen Druckanstiegen der Widerstand der Drosseldüse 50 vernachlässigt werden
kann. Der Steuerschieber 41 wird sich deshalb nicht bewegen, weil der Druck auf
seinen beiden Seiten gleich hleibt. Dagegen wird sich der Kolben 58 der Druckwaage
60 um ein geringes Maß gegen die Kraft der Speicherfeder 57 verschieben. Die Folge
ist, daß sich der Kolben 20 des Dämpfers etwas in Pfeilrichtung U verlagern kann,
so daß seine Steuerkante 24a die Ringnut 14b mit der Folge freigibt, daß Drucköl
von der Leitung 91 über die Ringnut 44a und den Anschluß P1 in den Ringraum 24 und
von dort durch die Drossel 26 und die Bohrung 27 hindurch in den Zylinderraum I
nachströmen kann. Der Kolben 20 wird hierdurch wieder soweit angehoben, bis seine
Steuerkante 24a die Ringnut 14b in der konstruktiven Mittellage wieder abdeckt.
Damit ist die Anpassung an die verqrößerte Masse erreicht.
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Wenn im anderen Fall die Masse verringert wird, sinkt der Druck im
Zylinderraum I; der Differenzdruck in den Steuerölräumen 53 und 54 des 3/3-Wegeventils
40 bleibt (bei kleinen Druckänderungen) Null und der Kolben 20 bewegt sich um ein
geringes Maß nach oben. Dabei gibt seine Steuerkante 24b die Ringnut 14c frei, so
daß öl aus dem Ringraum 24 - und damit aus dem Zylinderraum I - über die Ringnuten
14c und 44b in die Rücklaufleitung 93 abströmen kann. Aufgrund des verringerten
Volumens sinkt der Kolben 20 wieder nach unten, bis seine Steuerkante 24b die Ringnut
14c
abschließt; er hat dann seine Mittellage wieder eingenommen.
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Durch Auswahl der Größe der Oberdeckungen des Steuerschiebers 41 mit
den ihm zugeordneten Ringnuten 44a, 44b kann im übrigen eine gewisse Unempfindlichkeit
des Dämpfers gegenüber sehr kleinen Beschleunigungen erreicht werden.
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Die in Fig. 6 dargestellte Variante unterscheidet sich von der Ausführungsform
gemäß Fig. 4 dadurch, daß anstelle der dort im Kolben vorgesehenen Drossel 26 hier
zwei externe Stromregelventile 30, 31 benutzt werden, die im Ausführungsbeispiel
außerhalb des Zylinders 10 angeordnet sind, jedoch auch in den Zylinder integriert
sein können. Außerdem wird im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 die Steuerkante 24b
von der Stirnseite des Kolbens 20 gebildet. Dementsprechend befindet sich die zugehörige
Ringnut 14c im Bereich der Kolben-Stirnseite, d.h. also axial zwischen den Ringnuten
14a am Zylinderboden und 14b im Bereich des Ringraumes 24. Ein in die Ringnut 14c
mündender Zylinderanschluß P2 ist durch eine Leitung 97 mit dem einen Stromregelventil
31 verbunden, dessen gegenüberliegender Anschluß über eine Leitung 96 zu einem Zylinderanschluß
T1 führt, der seinerseits über die Ringnut 14d mit dem Zylinderanschluß T verbunden
ist. Das zweite Stromregelventil 30 liegt zwischen dem Zylinderanschluß P1 an der
Ringnut 14b und führt über die Druckleitung 92 zur Pumpe 80. Die Blindbohrung 27
im Kolben 20 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels einer Ausgleichsbohrung
28 ohne zusätzliche Drosselwirkung an den Ringraum 24 des Kolbens angeschlossen.
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Es handelt sich hier also ebenfalls um einen aktiven Dämpfer mit einem
einfach wirkenden Zylinder und Zweikantensteuerung. Die Verlagerung der Steuerkante
24b zum Kolbenboden
bringt den Vorteil, daß die axiale Abmessung
des Zylinders 10 verkleinert werden kann. Außerdem bietet diese Ausführungsform
die Möglichkeit, durch entsprechende Wahl der Durchflußmenge des Stromregelventils
30 die liubgeschwindigkeit bei der Niveau-Regulierung während des Verfahrens des
Kolbens 20 aus seiner unteren Endlage in die Mittellage unabhängig von der jeweiligen
statischen Belastung festzulegen, wobei das jeweils vorhandene Druckgefälle zwischen
dem aktiven Betriebsdruck und dem Druck im Zylinderraum I ohne Bedeutung ist. Dies
wiederum führt zu der Möglichkeit einer Absenkunq des aktiven Druckes, der hier
beispielsweise bei 110 bar liegt. Die Folge ist eine Reduktion der hydraulischen
Verlustleistung und damit der öl erwärmung.
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Auch die Regulier-Senkgeschwindigkeit läßt sich bei diesem Ausführungsbeispiel
unabhängig von der jeweiligen statischen Belastung und ohne Einfluß des Druckgefälles
zwischen den Zylinderräumen I und II (Rücklauf) einstellen. Hierzu dient das andere
Stromregelventil 31. Im übrigen ist die Funktion des Ausführungsbeispiels gemäß
Fig. 6 gleich derjenigen der Fig. 4 bzw. 5.
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Auch das in Fig. 7 gezeigte Ausführungsbeispiel arbeitet mit einem
einfach beaufschlagten Zylinder mit Zweikantensteuerung. Die beiden Steuerkanten
24a, 24b sind in gleicher Weise angeordnet wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 3. Ebenfalls unverändert ist die Schaltung des Stromregelventils 31 zwischen
den Zylinderanschlüssen P2 und T1. Das Stromregelventil 30 aus Fig. 6 ist im vorliegenden
Fall durch eine zweite Pumpe 81 ersetzt, deren Fördermenge geringer ist als diejenige
der Pumpe 80 und auf die Regulier-Hubgeschwindigkeit für die Niveau-Regulierung
zwischen unterer Endlage und Mittellage des Kolbens 20 ausgelegt ist. Die kleinere
Pumpe 81 ist mittels einer Leitung
98 an die Leitung 92 angeschlossen,
und zwar an einer Stelle, die gegenüber dem Zylinderanschluß Pl durch ein Rückschlagventil
73 und gegenüber dem Druckbegrenzungsventil 76 durch ein weiteres Rückschlagventil
74 in einer Strömungsrichtung abgegrenzt ist. Zwischen der Druckleitung 91 und dem
Druckbegrenzungsventil 76 befindet sich ein drittes Rückschlagventil 75.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist die größere Pumpe 80, deren
Fördermenge auf die zu erwartende maximale Ausfahrgeschwindigkeit des Kolbens 20
ausgelegt ist, in der Mittelstellung des 3/3-Wegeventils 40 auf Bypass geschaltet.
Insbesondere bei Systemen, die nicht ständig Schwingungen und Stößen ausgesetzt
sind, läßt sich auf diese Weise eine erhebliche Reduzierung der Verlustleistung
erreichen.
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Die Pumpen 80, 81 sind über die Rückschlagventile 74, 75 und das Ventil
76 druckmäßig abgesichert, wobei das Druckniveau nahezu auf den maximalen statischen
Druck, der bei der Lageregulierung zum Anheben der auf der Kolbenstange 21 ruhenden
Masse erforderlich ist, reduziert werden kann. Das Rückschlagventil 73 verhindert
bei einem Ausfall der Druckversorgung ein plötzliches stoßweises Einfahren des Kolbens
20 gegen seinen unteren Anschlag im Zylinder.
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Die Funktion der übrigen Elemente des Hydraulikkreises der Ausführungsform
gemäß Fig. 7 entspricht derjenigen der Ausführungsformen nach den Fig. 4 bis 6,
und sie ändert sich auch nicht bei Benutzung des Steuerschiebers 41a, der oberhalb
des Hydraulikkreises in Fig. 7 gesondert als Variante dargestellt ist.
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In der Ausführungsform der Anordnung gemäß Fig. 8 wird eine einfach
wirkende, doppelt beaufschlagte Kolben/Zylindereinheit mit Vierkantensteuerung verwendet.
Abweichend von den bisher beschriebenen Ausführungen ist der hier mit
10'
bezeichnete Zylinder mit fünf für die Funktion wesentlichen Ringnuten 14a bis 14e
versehen, von denen die Ringnut 14a an die Leitung 89, die Ringnut 14b über eine
Leitung 100 an die Ringnut 14d und die Ringnuten 14c und 14e an eine Leitung 99
und schließlich die Ringnut 14d an das zur Leitung 93 führende Stromregelventil
31 angeschlossen sind.
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Der mit 20' bezeichnete Kolben dieser Ausführungsform ist mittels
zwei hintereinander liegender Ringräume 24, 24' in insgesamt drei Kolbenabschnitte
unterteilt. Dem Ringraum 24 ist die Steuerkante 24a, dem Ringraum 24' die Steuerkante
24c, dem Zylinderraum I die Steuerkante 24b und dem Zylinderraum II eine Steuerkante
24d zugeordnet.
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Bevorzugt wird hier als druckabhängiges Steuerventil 40' ein 4/3-Wegeventil.
Der hier beschriebene Dämpfer arbeitet aber auch mit einem 3/3-Wegeventil und einem
Steuerschieber 41b, wie er mit der Angabe "wahlweise" gesondert innerhalb der Schaltung
dargestellt ist. Das Steuerventil 40' besitzt vier Anschlüsse A, B, P und T, von
denen der Anschluß B verschlossen ist, während die drei anderen Anschlüsse entsprechend
der Fig. 4 beschaltet sind. Zwischen der die Ringnuten 14c und 14e verbindenden
Leitung 99 und der Druck leitung 92 liegt das Stromregelventil 30. Das bei den bisherigen
Ausführungsbeispielen gezeigte Vorspannventil 82 in der Rücklaufleitung 93 ist in
der Ausführungsform gemäß Fig. 8 fortgelassen.
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Die besondere Zylinderbauart dieser Ausführungsform ermöglicht in
jeder Kolbenstellung eine ungedrosselte Druckverbindung zu den Zylinderräumen I
und II.
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Wenn sich der Zylinder 10' bei der Lageregelung in Pfeilrichtung U
aus seiner nicht dargestellten oberen Endlage abwärts bewegt, liegt die Ringnut
14c frei, so daß Drucköl aus der Leitung 92 über das Stromregelventil 30, den Ringraum
24 und die Bohrung
27 in den Zylinderraum I nachströmen kann.
Bei diesem Vorgang steht auch der Zylinderraum I mit dem Zylinderraum II über die
Leitung 99 in Verbindung.
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Bei der Lageregelung im umgekehrten Sinne, wenn nämlich der Zylinder
10' aus seiner ganz ausgefahrenen Stellung in Pfeilrichtung 0 bewegt wird, wird
Drucköl aus dem Zylinderraum I über die Leitung 100 in den Ringraum 24' und von
dort teilweise über das Stromregelventil 31 in die Rücklaufleitung 93 sowie zum
anderen Teil durch die Bohrung 27 zum Zylinderraum II gefördert.
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Alle übrigen für die aktive hydraulische Dämpfung erforderlichen Elemente
dieses Ausführungsbeispiels entsprechen denjenigen der zuvor beschriebenen Ausführungen.
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In Fig. 9 ist eine einfach wirkende, doppelt beaufschlagte Kolben/Zylindereinheit
mit Zweikantensteuerung gezeigt. Zylinder 10 und Kolben 20 entsprechen weitgehend
dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4; abweichend ist beim Ausführungsbeispiel nach
Fig. 9 der Kanal 13 von der Ringnut 14c zum Zylinderanschluß T bzw. der Rücklaufleitung
93 durch eine Leitung 86 ersetzt, in deren Verlauf das Stromregelventil 31 angeordnet
ist. Der Kolben 20 unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig. 4 durch den Fortfall
der Drosseldüse 26, die jetzt durch eine Ausgleichsbohrung 28 ersetzt wird. Hinzugekommen
ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 ein Sammelraum 79 im Deckel 11' für
Lecköl. Dieser Sammelraum besitzt einen Leckölanschluß L, über den er mit der RUcklaufleitung
93 verbunden ist.
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Als Steuerventil 40" findet ein 4/3-Wegeventil Anwendung, das in seiner
gezeichneten Mittelstellung die Zylinderräume I und II miteinander verbindet und
in seinen beiden Endstellungen jeweils beide Zylinderräume I, II entweder über seinen
Anschluß T und die Leitung 94 mit der Rücklaufleitung 93 oder aber über seinen Anschluß
P mit der Druckleitung91 verbindet. Von der Druckleitung 91 zweigt außerdem die
Leitung 92 ab, die über das andere Stromregelventil 30 zur Ringnut 14b des Zylinders
10 führt.
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Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels entspricht im Prinzip
den zuvor erläuterten Varianten.
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Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit doppelt wirkendem Zylinder
und Vierkantensteuerung, das eine automatische Druckanpassung an die sich gegebenenfalls
ändernde zu dämpfende Masse in beiden Bewegungsrichtungen des Kolbens ermöglicht.
Zu diesem Zweck ist eine doppelt wirkende externe Druckregelung vorgesehen.
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Der Zylinder 10' besitzt an seinen beiden Enden je einen Deckel 11',
11'a in der im Zusammenhang mit Fig. 9 beschriebenen Konstruktion mit je einem Sammelraum
79 nebst zugehörigem Zylinderanschluß L. Weiterhin sind insgesamt fünf Ringnuten
14a bis 14e in die Innenwand des Zylinders eingestochen und über je einen Zylinderanschluß
nach außen geführt.
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Der Kolben 20" besteht aus drei in axialer Richtung hintereinander
liegenden Abschnitten, die wiederum zwei Ringräume 24, 24' abteilen. Der Ringraum
24 ist mit dem Zylinderraum I und der Ringraum 24' mit dem Zylinderraum II in der
bereits bei anderen Ausführungsbeispielen beschriebenen Weise verbunden. Der mittlere,
zwischen den beiden Ringräumen 24, 24' befindliche Teil des Kolbens 20" deckt mit
Steuerkanten
24b, 24c in der Mittellage des Kolbens die Ringnut 14e ab. Die den Ringräumen 24
bzw. 24' zugekehrten Enden der äußeren Kolbenteile bilden Steuerkanten 24a bzw.
24d, die jeweils eine Ringnut 14b bzw. 14c in der Kolben-Mittel lage abdecken.
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Die beiden sich axial außen gegenüberliegenden und den jeweiligen
Deckeln 11' bzw. 11'a benachbarten Ringnuten 14d bzw. 14a sind über je eine Leitung
88, 88' an jeweils einen Anschluß B bzw. A eines 4/2-Wegeventils 40"' angeschlossen.
Außerdem führt von jeder der beiden Ringnuten 14d und 14a eine Meßleitung 101, 102
zu einem Abwägeventil 105, dessen Ausgang über eine Leitung 103 zu dem einen Betätigungszylinder
43 des Ventils 40"' und über die Drosseldüse 50 auch zu dem anderen Betätigungszylinder
42 des Ventils 40"' geführt ist; hinter der Drosseldüse 50 ist die Druckwaage 60
angeschlossen, deren Ausgang T mit der Rücklaufleitung 93 verbunden ist. Der Ausgang
T des 4/2-Wegeventils ist unbeschaltet, und der Anschluß P liegt wiederum über die
Leitung 91 am Ausgang der Pumpe 80. In der dargestellten Ruhelage des aktiven Dämpfers
sind alle Anschlüsse A, B, T, P voneinander getrennt; nach Betätigung des Ventils
40"' sind die Anschlüsse A und B direkt miteinander verbunden und außerdem gemeinsam
über eine Drossel 49 an den Anschluß P, d.h.
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also an die Druckleitung 91 gelegt.
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In einer alternativen Fassung wird ein 3/2-Wegeventil mit einem Steuerschieber
41c benutzt, der dieselben Schaltfunktionen auszuführen in der Lage ist wie der
Steuerschieber 41"' in der bevorzugten Ausführung.
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Die mittlere Ringnut 14e ist über das Stromregelventil 31 und eine
Leitung 104 mit der Rücklaufleitung 93 verbunden.
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Die beiden Ringnuten 14b, 14c sind mittels der Leitung 99 zueinander
parallel geschaltet und über das Stromregelventil
30 und die Leitung
92 mit der Druckleitung 91 verbunden, von der in der mehrfach beschriebenen Weise
eine Leitung zum Eingang P des Druckbegrenzungsventils 76 abzweigt, dessen Ausgang
T wiederum mit der Riicklaufleitung 93 verbunden ist.
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Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 10 ist folgende.
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Wenn die Belastung auf die Kolbenstange 21 bzw. 21a bei feststehendem
Zylinder, d.h. bei ruhendem Schwinger in Pfeilrichtung O langsam zunimmt, nimmt
der Druck im Zylinderraum II ebenfalls zu und im Zylinderraum I ab. Die Druckdifferenz
liegt an den Eingängen P, P' des Abwägeventils 105. Der sich daraufhin in der Leitung
103 einstellende höhere Druck wirkt durch die Drosseldüse 50 hindurch auf die Druckwaage
60, so daß deren Kolben etwas gegen die Feder verschoben wird.
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Das hat zur Folge, daß der Kolben 20" eine entsprechende Bewegung
in Pfeilrichtung 0 ausführen kann und daß dessen Steuerkante 24d die Ringnut 14c
freigibt. Gleichzeitig gibt die Steuerkante 24b des Kolbens 20" auch die Ringnut
14e frei. Letzteres bewirkt, daß öl aus dem Zylinderraum I über den Ringraum 24
und das Stromregelventil 31 sowie die Leitung 104 zur Rücklaufleitung 93 abströmen
kann, während gleichzeitig aber von der Pumpe 80 über die Leitungen 91.
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92, das Stromregelventil 30 und die Leitung 99 Drucköl über den Ringraum
24' zum Zylinderraum II nachströmt und den Kolben 20" in Pfeilrichtung U in die
Mittellage zurückführt. Eine langsam zunehmende Masse, die auf die Kolbenstange
21 bzw. 21a in Pfeilrichtung U bei feststehendem Zylinder einwirkt, führt zu demselben
Funktionsablauf in umgekehrter Richtung.
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Wenn auf den Zylinder 10' in Pfeilrichtung O (oder auf den Kolben
20' in Pfeilrichtung U) eine Beschleunigung einwirkt, die zu dämpfen ist, baut sich
im Zylinderraum I eine entsprechende
Druckspitze auf, die über
die Leitung 102 und das Abwägeventil 105 sowie die Leitung 103 auf den Steuerölraum
43 wirkt und diesen zum Schalten des Steuerventils 40"' bringt, weil die Drosseldüse
50 einen sofortigen Druckausgleich gegenüber dem Betätigungszylinder 42 verhindert.
Das Schalten des Abwägeventils 105 wird im übrigen dadurch unterstützt, daß dem
Druckanstieg im Zylinderraum I ein Druckabfall im Zylinderraum II entspricht, der
über die Leitung 101 auch am Anschluß P des Abwägeventils 105 wirksam wird.
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Durch das Umschalten des 4/2-Wegeventils 40"' werden die Zylinderräume
I, II zusammengeschaltet, so daß das aus dem Zylinderraum I in die Leitung 88' abströmende
Ol durch das Ventil 40"' hindurch und über die Leitung 88 in den Zylinderraum II
strömen kann. Außerdem kann dann über die Drossel 49 Lecköl ergänzt werden. Durch
die Zusammenschaltung der beiden Zylinderräume I und II kann sich der Zylinder 10'
in Pfeilrichtung 0 bewegen und der Schwingung folgen, ohne daß auf die zu dämpfende,
den Kolben 20" belastende Masse ein wesentlicher Kraftanstieg ausgeübt wird.
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Die Bewegung des Zylinders 10' nach oben bei im Raum feststehendem
Kolben 20" führt dazu, daß die Steuerkante 24c des Kolbens die Ringnut 14e und daß
die Steuerkante 24a die Ringnut 14b freigibt. Die Konsequenz ist, daß der Zylinderraum
II über den Ringraum 24' und das Stromregelventil 31 sowie die Leitung 104 mit der
Rücklaufleitung 93 verbunden ist, während ihm Drucköl von der Leitung 91 über die
Drossel 49 und die Leitung 88 zugeführt wird, das über die Leitung 104 wieder abströmen
kann. Die Konsequenz ist aber auch, daß Drucköl von der Leitung 91 über die Leitung
92 und das Stromregelventil 30 sowie
die Ringnut 14b in den Ringraum
24 und von dort in den Zylinderraum I gelangen kann und auch nachströmt, sobald
der von der Schwingung bewirkte Druckanstieg im Zylinderraum I kleiner wird als
der aktive Druck am Anschluß P des Druckbegrenzungsventils 76.
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Gegen Beschleunigungsende wird die Zylinderbewegung in Pfeilrichtung
0 unter Mitwirkung des Stromregelventils 30 langsam abgebremst; der Zylinderraum
I füllt sich wieder, so daß der Zylinder 10' in die Mittellage zurückgeführt wird,
in der die entsprechenden Steuerkanten ihre Ringnuten wieder abdecken.
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Eine Beschleunigung des Zylinders 10' in Pfeilrichtung U führt wieder
zu demselben Funktionsablauf wie zuvor beschrieben und in beiden Fällen bewirkt
der in der Druckwaage 60 gespeicherte höhere Druck nach dem Abbau des durch die
Beschleunigung erhöhten Druckes im Zylinderraum I (bzw. im Zylinderraum II) eine
Rückstellung des Steuerventils 40"' in dessen gezeichnete Ausgangslage.
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Diese Rückstellung wird durch die dem Steuerölraum 42 zugeordnete
und vorgespannte Rückholfeder unterstützt.
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Die Rückstellgeschwindigkeit des Kolbens 20" wird wiederum durch die
Stromregelventile 30, 31 bestimmt, von denen das erstere in der beschriebenen Weise
die zeitliche Menge des nachströmenden Drucköls und von denen das Stromregelventil
31 die zeitliche Abströmmenge in die Leitung 104 steuert.
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Bevorzugt wird im übrigen, daß das Stromregelventil 31 auf einen um
ca. 10 % in der Durchflußmenge niedrigeren Wert eingestellt wird als dasStromregelventil
30, wodurch ein Vorlaufen des Kolbens 20" bei passiver Lastwirkung verhindert wird.
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In Fig. 11 ist ein Ausführungsbeispiel eines aktiven Dämpfers gezeigt,
das weitgehend dem Beispiel gemäß Fig. 1 entspricht, jedoch eine diesem gegenüber
vereinfachte Lageregelungsvorrichtung
aufweist.
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Die Lageregelung wird hier mit Hilfe einer Feder 35 erreicht, die
sich innerhalb des Zylinderraums II befindet (alternativ auch außerhalb des Zylinders
als Druck- oder Zugfeder ausgeführt sein kann) und die im statischen Zustand zwischen
dem Deckel 11 und dem Kolben 20 so vorgespannt ist, daß die Summe des Gewichtes
der zu dämpfenden Masse zuzüglich der Federkraft gleich der Kolbenkraft ist, die
vom Druckregelventil 70 vorgegeben wird.
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Das Druckregelventil 70 ist manuell einstellbar. Wie in allen anderen
Ausführungen kann es alternativ aber auch motorisch verstellt werden. Je nach seiner
Einstellung wird die Feder 35 mehr oder weniger vorgespannt, so daß in gewissen
Grenzen eine Verschiebung der konstruktiven Mittellage in Pfeilrichtung 0 oder U
möglich ist. Wie ein Vergleich der Figuren 11 und 1 zeigt, kann bei dem hier erörterten
einfachen Ausführungsbeispiel die Ringnut 14b, die Steuerkante 24a, der Zylinderanschluß
P1, die Leitung 92 und das Druckregelventil 71 aufweisende Lageregelungsvorrichtung
entfallen.
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Bei der Dämpfung von eingeleiteten Schwingungen arbeitet die Anordnung
gemäß Fig. 11 weitgehend gleich derjenigen gemäß Fig. 1. Wenn eine Beschleunigung
in Pfeilrichtung 0 auszudämpfen ist, wird die konstruktive Mittellage dadurch wieder
hergestellt, daß aus der Pumpe 80 öl über die Leitungen 91 und 88 in den Zylinderraum
I nachströmen kann, wodurch der Zylinderraum I wieder soweit mit öl gefüllt wird,
bis der Kolben 20 gegenüber dem Zylinder 10 seine dargestellte Relativlage wieder
einnimmt, in der sich der Druck im Zylinderraum I im
Gleichgewicht
zu der zu dämpfenden Masse und der Vorspannkraft der Feder 35 befindet.
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Eine Beschleunigung in Pfeilrichtung U führt dazu, daß die Feder 35
gegenüber der Darstellung stärker zusammengedrückt wird, während dem Zylinderraum
I zusätzliches öl zugeführt wird. Bei Beschleunigungsende drückt die Feder 35 den
Zylinder 10 in Pfeilrichtung 0. Diese Bewegung endet, sobald das Kräftegleichgewicht
im Zylinder wieder hergestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt haben Kolben 20 und Zylinder
10 wieder die gezeichnete Relativlage erreicht.