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BEREICH DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Dämpfer oder Stoßdämpfer an
Kraftfahrzeugen, die einen mechanischen Stoß aufnehmen. Die Erfindung
betrifft im besonderen Dämpfer
oder Stoßdämpfer an
Kraftfahrzeugen, welche empfindlich gegen Beschleunigungen sind,
die auf den Dämpfer oder
Stoßdämpfer aufgebracht
werden, um zwischen einer harten und einer weichen Dämpfungseigenschaft
zu schalten.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Stoßdämpfer werden
in Zusammenhang mit Aufhängungssystemen
von Kraftfahrzeugen verwendet, um unerwünschte Schwingungen zu dämpfen, die
beim Fahren auftreten. Um unerwünschte Schwingungen
zu dämpfen,
sind Stoßdämpfer im
allgemeinen zwischen dem gefederten Teil (der Karosserie) und dem
ungefederten Teil (der Aufhängung) des
Automobils verbunden. In einem Druckrohr des Stoßdämpfers befindet sich ein Kolben
und ist durch eine Kolbenstange mit dem gefederten Teil des Automobils
verbunden. Der Kolben teilt das Druckrohr in eine obere Arbeitskammer
und eine untere Arbeitskammer. Da der Kolben den Strom des Dämpfungsfluids
zwischen der oberen und der unteren Arbeitskammer durch ein Ventil
drosseln kann, wenn der Stoßdämpfer zusammengedrückt oder
ausgestreckt wird, kann der Stoßdämpfer eine
Dämpfungskraft
erzeugen, welche der Schwingung entgegenwirkt, die andernfalls von
dem ungefederten Teil auf den gefederten Teil des Automobils übertragen
würde.
Bei einem Stoßdämpfer mit
Doppelrohr ist zwischen dem Druckrohr und dem Speicherrohr ein Fluidspeicher gebildet.
Zwischen der unteren Arbeitskammer und dem Speicher ist ein Grundventil
angeordnet, um den Fluidstrom zwischen der unteren Arbeitskammer
und dem Speicher zu drosseln, um eine Dämpfungskraft zu erzeugen, welche
ebenfalls der Schwingung entgegenwirkt, die andernfalls von dem
ungefederten Teil auf den gefederten Teil des Automobils übertragen
würde.
Je größer der
Grad ist, in dem der Fluidstrom in dem Stoßdämpfer von dem Kolbenventil oder
dem Grundventil gedrosselt wird, desto größer sind die Dämpfungskräfte, die
von dem Stoßdämpfer erzeugt
werden. Mithin würde
ein stark gedrosselter Fluidstrom zu einem harten Fahren führen, während ein
weniger gedrosselter Fluidstrom zu einem weichen Fahren führen würde.
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Bei
der Wahl des Dämpfungsbetrages,
welchen ein Stoßdämpfer bereitstellen
soll, werden mindestens drei Fahrzeugleistungseigenschaften betrachtet.
Diese drei Eigenschaften sind Fahrkomfort, Gängigkeit des Fahrzeugs und
Straßenlage.
Der Fahrkomfort ist oft eine Funktion der Federkonstanten der Hauptfedern
des Fahrzeugs sowie der Federkonstanten des Sitzes und der Reifen
und des Dämpfungskoeffizienten
des Stoßdämpfers.
Für einen
optimalen Fahrkomfort wird eine verhältnismäßig geringe Dämpfungskraft
oder ein weiches Fahren bevorzugt. Die Gängigkeit des Fahrzeugs steht
in Beziehung zu der Veränderung
des Fahrzeugverhaltens (d.h. dem Wanken, dem Nicken und dem Gieren).
Für eine
optimale Gängigkeit
des Fahrzeugs sind verhältnismäßig große Dämpfungskräfte oder
ein hartes Fahren vonnöten,
um allzu rasche Änderungen
im Fahrzeugverhalten bei Kurvenfahrt, Beschleunigung und Verlangsamung
zu vermeiden. Die Straßenlage ist
im wesentlichen eine Funktion des Kontaktbetrags zwischen den Reifen
und dem Boden. Um die Straßenlage
zu optimieren, sind große
Dämpfungskräfte beim
Fahren auf unebenen Oberflächen
vonnöten, um
einen Kontaktverlust zwischen dem Rad und dem Boden über zu lange
Zeiträume
zu verhindern.
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Es
wurden verschiedene Methoden entwickelt, um die Dämpfungseigenschaften
eines Stoßdämpfers als
Reaktion auf die Betriebseigenschaften des Fahrzeugs wahlweise zu
verändern.
Die fortgesetzte Entwicklung von Stoßdämpfern richtet sich auf vereinfachte
und kostengünstige
Systeme, welche die Dämpfungseigenschaften
des Stoßdämpfers als Reaktion
auf die veränderten
Betriebseigenschaften des Fahrzeugs wirksam steuern.
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Dämpferkonstruktionen
sind aus US 5,462,140; US 3,127,958; US 5,285,875; US 6,119,830
und US 6,253,888 bekannt. Der Dämpfer gemäß
US 5,992,585 umfasst ein
Druckrohr, ein Speicherrohr und eine Bodenventilanordnung, welche
eine Druckventilanordnung und eine Beschleunigungsventilanordnung
umfasst. Die Druckventilanordnung steuert den Fluidweg durch die
Bodenanordnung hindurch, um eine harte Dämpfungseigenschaft für den Stoßdämpfer während einer
geringen Beschleunigungsbewegung zu schaffen. Die Beschleunigungsventilanordnung
steuert einen zweiten Fluidweg durch die Bodenventilanordnung hindurch, um
eine weiche Dämpfungseigenschaft
für den
Stoßdämpfer zu
schaffen, während
der Dämpfer
eine Beschleunigung über
einen festgelegten Betrag hinaus erfährt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist in dem Hauptanspruch 1 definiert.
Weitere Modifizierungen und Weiterentwicklungen der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird die Technik mit einem Stoßdämpfer mit
Doppel- oder Zwillingsrohr versehen, in welchen ein beschleunigungsempfindliches
Ventilsystem zwischen dem Arbeitsrohr und dem Speicherrohr eingebaut
ist. Der Stoßdämpfer mit
Doppelrohr ist gegen Beschleunigungen empfindlich, die dem Stoßdämpfer während der
Bewegung der Beschleunigungsventilanordnung auferlegt werden.
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Andere
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann
aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung, den beigefügten
Ansprüchen
und den Zeichnungen erkennbar.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen, welche die beste gegenwärtig angedachte Ausführungsweise
für die
vorliegende Erfindung darstellen, ist:
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1 eine
Darstellung eines Automobils, bei welchem das automatisch einstellbare
Dämpfungssystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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2 eine
Querschnittsansicht des automatischen Dämpfungssystems, bei dem das
Beschleunigungsventil in die obere Endkappe eingebaut ist;
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3a und 3b stellen
das in 2 gezeigte Beschleunigungsventil in seinen offenen
und geschlossenen Stellungen dar; und
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4 ist
eine teilweise im Schnitt geführte Seitenansicht
eines Stoßdämpfers mit
dem darin eingebauten automatisch einstellbaren Dämpfungssystem
in dem Bodenventil gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) ist der Art
nach lediglich veranschaulichend und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder
Verwendungszwecke in keiner Weise einschränken.
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In
den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern überall in den mehreren Ansichten
gleiche oder entsprechende Teile bezeichnen, ist nunmehr in 1 ein
Fahrzeug mit einem Aufhängungssystem
darin gezeigt, welches die automatisch einstellbaren Stoddämpfer gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist, das allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet
ist. Das Fahrzeug 10 umfasst eine hintere Aufhängung 12,
eine vordere Aufhängung 14 und
eine Karosserie 16. Die hintere Aufhängung 12 weist eine
(nicht gezeigte) in Querrichtung verlaufende Hinterachsenanordnung
auf, welche die Hinterräder 18 des
Fahrzeugs funktionsgemäß tragen
kann. Die Hinterachsenanordnung ist mit Hilfe eines Stoßdämpferpaars 20 und
eines Schraubendruckfederpaars 22 funktionsmäßig mit
der Karosserie 16 verbunden. In ähnlicher Weise umfasst die
vordere Aufhängung 14 eine
(nicht gezeigte) in Querrichtung verlaufende Vorderachsenanordnung,
um die Vorderräder 24 des
Fahrzeugs funktionsgemäß zu tragen.
Die Vorderachsenanordnung ist mit Hilfe eines zweiten Stoßdämpferpaars 26 und
eines Schraubendruckfederpaars 28 funktionsmäßig mit
der Karosserie 16 verbunden. Die Stoßdämpfer 20 und 26 dienen
zum Dämpfen
der relativen Bewegung des ungefederten Teils (d.h. der vorderen
und der hinteren Aufhängung 12 bzw. 14)
und des gefederten Teils (d.h. der Karosserie 16) des Fahrzeugs 10.
Zwar ist das Fahrzeug 10 als Personenkraftwagen mit Vorderachsen-
und mit Hinterachsenanordnung beschrieben, die Stoßdämpfer 20 und 26 können jedoch
auch mit anderen Arten von Fahrzeugen oder in anderen Arten von
Anwendungsbereichen, beispielsweise in Fahrzeugen mit unabhängigen vorderen
und/oder unabhängigen hinteren
Aufhängungssystemen
darin, verwendet werden. Ferner soll der hier verwendete Begriff "Stoßdämpfer" Dämpfer im
allgemeinen bezeichnen und schließt mithin MacPherson-Federbeinachsen ein.
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In 2 ist
der Stoßdämpfer 20 nunmehr ausführlicher
gezeigt. Obwohl 2 nur den Stoßdämpfer 20 zeigt,
versteht es sich, dass der Stoßdämpfer 26 auch
den Kolben, das Bodenventil und das beschleunigungsempfindliche
Ventil umfasst, welche im folgenden für den Stoßdämpfer 20 beschrieben
sind. Der Stoßdämpfer 26 unterscheidet sich
von dem Stoßdämpfer 20 nur
durch die Weise, in welcher er mit dem gefederten und dem ungefederten
Teil des Fahrzeugs 10 verbunden werden kann. Der Stoßdämpfer 20 umfasst
ein Druckrohr 30, einen Kolben 32, eine Kolbenstange 34,
ein Speicherrohr 36 und eine Bodenventilanordnung 40.
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Das
Druckrohr 30 bildet eine Arbeitskammer 42. Der
Kolben 32 ist verschieblich in dem Druckrohr 30 angeordnet
und teilt die Arbeitskammer 42 in eine obere Arbeitskammer 44 und
eine untere Arbeitskammer 46. Zwischen dem Kolben 32 und
dem Druckrohr 30 ist eine Dichtung 48 angeordnet,
um eine Gleitbewegung des Kolbens 32 in Bezug auf das Druckrohr 30 zu
ermöglichen,
ohne unangemessene Reibungskräfte
zu erzeugen, sowie um die obere Arbeitskammer 44 gegen
die untere Arbeitskammer 46 abzudichten. Die Kolbenstange 34 ist
an dem Kolben 32 befestigt und erstreckt sich durch die
obere Arbeitskammer 44 und durch eine obere Endkappe 50 hindurch,
welche das obere Ende des Druckrohres 30 wie auch des Speicherrohres 36 verschließt. Die Trennfläche zwischen
der oberen Endkappe 50, dem Speicherrohr 36 und
der Kolbenstange 34 wird von einem Dichtsystem 52 abgedichtet.
Das Ende der Kolbenstange 34 gegenüber dem Kolben 32 kann
an dem gefederten Teil des Fahrzeugs 10 gesichert werden.
Das Ventil in dem Kolben 32 steuert die Bewegung des Fluids
zwischen der oberen Arbeitskammer 44 und der unteren Arbeitskammer 46 während der Bewegung
des Kolbens 32 in dem Druckrohr 30. Da sich die
Kolbenstange 34 nur durch die obere Arbeitskammer 44 und
nicht durch die untere Arbeitskammer 46 hindurch erstreckt,
bewirkt die Bewegung des Kolbens 32 in Bezug auf das Druckrohr 30 eine Differenz
in der Fluidmenge, die in der oberen Arbeitskammer 44 verdrängt wird,
gegenüber
der Fluidmenge, die in der unteren Arbeitskammer 44 verdrängt wird.
Diese Differenz in der verdrängten
Fluidmenge ist als "Stangenvolumen" bekannt, und dieses fließt durch
die Bodenventilanordnung 40 hindurch.
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Das
Speicherrohr 36 umgibt das Druckrohr 30, um eine
Speicherkammer 54 zu bilden, die sich zwischen den Rohren
befindet. Das untere Ende des Speicherrohres 36 ist durch
eine Endkappe 58 verschlossen, die mit den ungefederten
Teilen des Fahrzeugs 10 verbunden werden kann. Das obere
Ende des Speicherrohres 36 ist an der oberen Endkappe 50 befestigt.
Die Bodenventilanordnung 40 ist zwischen der unteren Arbeitskammer 46 und
der Speicherkammer 54 angeordnet, um den Fluidstrom zwischen
den zwei Kammern zu steuern. Wenn der Stoßdämpfer 20 in der Länge ausgestreckt
wird, ist auf Grund des Konzepts des "Stangenvolumens" eine zusätzliche Fluidmenge in der unteren
Arbeitskammer 46 erforderlich. Mithin fließt Fluid
aus der Reservoirkammer 54 durch die Bodenventilanordnung 40 hindurch
in die untere Arbeitskammer 46. Wenn der Stoßdämpfer 20 zusammengedrückt wird, muss
auf Grund des Konzepts des "Stangenvolumens" eine überschüssige Fluidmenge
aus der unteren Arbeitskammer 46 entfernt werden. Mithin
fließt Fluid
aus der unteren Arbeitskammer 46 durch die Bodenventilanordnung 40 hindurch
in die Speicherkammer 54.
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In 2, 3a und 3b ist
nunmehr eine beschleunigungsempfindliche Ventilanordnung 60 in
die obere Endkappe 50 eingebaut. Die beschleunigungsempfindliche
Ventilanordnung 60 umfasst ein äußeres Gehäuse 62, einen Ventilkörper 64, eine
Dichtung 66, eine Feder oder ein Vorspannglied 68 und
einen Halter 70. Die obere Endkappe 50 ist an dem
Ende des Druckrohres 30 und dem Ende des Speicherrohres 36 durch
Einpressen derselben in das Druckrohr 30 und das Speicherrohr 36 oder durch
andere in der Technik wohlbekannte Methoden gesichert. Das äußere Gehäuse 62 ist
in eine Bohrung 72, die von der oberen Endkappe 50 gebildet wird,
pressgepasst oder in anderer Weise darin gesichert. Ein Fluidkanal 74 verbindet
die Bohrung 72 mit der oberen Arbeitskammer 44.
Das äußere Gehäuse 62 bildet
einen mittigen Hohlraum 76, welcher mit der Speicherkammer 54,
der Bohrung 72 und dem Kanal 74 in Fluidverbindung
steht. Der Ventilkörper 64 ist
in dem Hohlraum 76 angeordnet, und die Dichtung 66 ist
zwischen dem äußeren Gehäuse 62 und
dem Ventilkörper 64 angeordnet,
um den Hohlraum 76 gegen die Speicherkammer 54 abzudichten.
Die Feder 68 ist zwischen dem Halter 70 und dem
Ventilkörper 64 angeordnet,
um den Ventilkörper 64 gegen
die Dichtung 66 vorzuspannen, um die Dichtung zwischen
dem Hohlraum 76 und der Speicherkammer 54 aufrechtzuerhalten.
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Während eines
Komprimierungslaufes für den
Stoßdämpfer 20 wird
Fluid in der unteren Arbeitskammer 46 unter Druck gesetzt.
Durch eine dem Kolben 32 zugeordnete Rückschlagventilanordnung 80 kann
Fluid aus der unteren Arbeitskammer 46 in die obere Arbeitskammer 44 fließen. Auf
Grund des oben beschriebenen "Stangenvolumen"-Konzepts muss während des
Komprimierungslaufes auch ein Fluidstrom aus der Arbeitskammer 44 durch
die Bodenventilanordnung 40 hindurch in die Speicherkammer 54 erfolgen.
Die Bodenventilanordnung 40 umfasst eine Druckventilanordnung 82,
welche sich unter der Einwirkung des Fluiddrucks in der unteren
Arbeitskammer 46 öffnet,
so dass das Fluid aus der unteren Arbeitskammer 46 in die
Speicherkammer 54 fließen
kann. Die von dem Stoß dämpfer 20 während eines
Komprimierungslaufes erzeugten Dämpfungskräfte werden
durch die Konstruktion der Druckventilanordnung 82 gesteuert.
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Während eines
Rückfederungslaufes
des Stoßdämpfers 20 wird
Fluid in der oberen Arbeitskammer 44 unter Druck gesetzt.
Eine dem Kolben 32 zugeordnete Rückfederungsventilanordnung 84 öffnet sich
unter der Einwirkung des Fluiddrucks in der oberen Arbeitskammer 44,
so dass der Fluidstrom aus der oberen Arbeitskammer 44 in
die untere Arbeitskammer 44 ermöglicht wird. Die von dem Stoßdämpfer 20 während eines
Rückfederungslaufes
erzeugten Dämpfungskräfte werden
durch die Konstruktion der Rückfederungsventilanordnung 84 gesteuert.
Auf Grund des oben beschriebenen "Stangenvolumen"-Konzepts muss während des Rückfederungslaufes auch ein
Fluidstrom aus der Speicherkammer 54 in die untere Arbeitskammer 46 erfolgen. Die
Bodenventilanordnung 40 umfasst eine Rückschlagventilanordnung 86,
durch welche Fluid aus der Speicherkammer 54 in die untere
Arbeitskammer 46 fließen
kann.
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Die
beschleunigungsempfindliche Ventilanordnung 60 funktioniert
während
eines Rückfederungslaufes,
um Fluid aus der oberen Arbeitskammer 44 in die Speicherkammer 54 fließen zu lassen,
wenn der Stoßdämpfer 20 einen
vorher festgelegten Beschleunigungsbetrag erfährt. Dieser zusätzliche
oder sekundäre
Fluidstrom vermindert die Steifigkeit des Stoßdämpfers 20 während eines
Rückfederungslaufes.
Wenn die Räder 18 oder 24 ein
Eingangssignal empfangen, werden das Speicherrohr 36, das
Druckrohr 30 und die obere Endkappe 50 beschleunigt. Diese
Beschleunigung wirkt auf die Masse des Ventilkörpers 64 senkrecht
zu der Längsachse
des Ventilkörpers 64 und
führt auf
Grund des Merkmals der überhängenden
Masse des Ventilkörpers 64 zu
einem Moment um die Dichtung 66 herum. Die Feder 68 schafft
ebenfalls ein Moment um die Dichtung 66 herum. An der Stelle,
an welcher das durch die Beschleunigung eingebrachte Moment größer als
das durch die Federkraft eingebrachte Moment wird, wird der Ventilkörper 64 instabil
und dreht sich um den Rand der Dichtung 66 herum, was in
der in 3b gezeigten Weise zu einem
Hydraulikaustrittsweg 88 führt. Wenn der Hydraulikaustrittsweg 88 offen
ist, fließt
Hydraulikflüssigkeit
aus der oberen Arbeitskammer 44, durch den Kanal 74 und
durch den Hohlraum 76 hindurch in die Speicherkammer 54.
Durch diesen Strom wird der Druck der Hydraulikflüssigkeit in
der oberen Arbeitskammer 44 verkleinert, was zu geringeren
Dämpfungskräften und
einem weicheren Fahren führt.
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Die
Gestaltung des Ventilkörpers 64 ist
derart, dass der hydraulische Druck in der oberen Arbeitskammer 44 zur
Stabilisierung des Ventilkörpers 64 wirkt.
Wenn die Geschwindigkeit des Dämpfers und
daher der hydraulische Druck zunehmen, sind immer größere Radbeschleunigungen
zur Destabilisierung des Ventilkörpers 64 notwendig.
Durch diese Eigenschaft besteht die Neigung, die Radeingangssignale
zu "filtern", die den Ventilkörper 64 destabilisieren,
und eine Ventilansprechfähigkeit
auf diese Eingangssignale effektiv zu vermindern und ein Signal mit
hoher Frequenz und niedriger Amplitude an der Verbindungsstelle
des Stoßdämpfers 20 mit
der ungefederten Masse des Fahrzeugs zu bewirken.
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In 4 ist
nunmehr eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. In 4 ist dargestellt,
dass die beschleunigungsempfindliche Ventilanordnung 60 zwischen
der unteren Arbeitskammer 46 und der Speicherkammer 54 in
die Bodenventilanordnung 40 eingebaut ist. In dieser Position
reagiert die beschleunigungsempfindliche Ventilanordnung 60 auf
Beschleunigungskräfte
während eines
Komprimierungslaufes derart, dass die Dämpfungskräfte vermindert und, wenn sich
die Ventilanordnung 60 in der oberen Endkappe 50 befindet,
in der gleichen Weise wie der oben beschriebenen für ein weiches
Fahren gesorgt wird.
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Obwohl
nicht speziell dargestellt, liegt es innerhalb des Umfangs der vorliegenden
Erfindung, die beschleunigungsempfindliche Ventilanordnung 60 sowohl
in der oberen Endkappe 50 als auch der Bodenventilanordnung
vorzusehen, um bei Bedarf für
variable Dämpfung
beim Rückfedern
wie auch beim Komprimieren zu sorgen.