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Einrichtung zum Dämpfen der Schlingerbewegungen von quer beweglichen
Eisenbahndrehgestellen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Dämpfung
der Schlingerbewegungen quer beweglicher Eisenbahndrehgestelle gegenüber dem Wagenkörper.
Die Schlingerbewegungen bestehen bekanntlich in Drehungen des Drehgestells um eine
senkrechte Achse, die bei der Fahrt im, geraden Gleis durch abwechselndes Anlaufen
der Spurkränze an der einen und der anderen Schiene hervorgerufen werden. Sie verursachen
einen sehr unruhigen Lauf des Wagenkörpers, und es können vor allem durch das Auftreten
von Resonanzerscheinungen unerwünscht hohe Spurkranzdrücke entstehen. Während nun
bei Einzelfahrzeugen geringen Radstandes sich diese Bewegungen ungehindert auswirken
können, werden sie bei Drehgestellen im allgemeinen bereits durch die in den Auflagerflächen
zwischen Wagenkörper und Drehgestell auftretenden Reibungskräfte gebremst. Diese
Bremskräfte genügen jedoch nicht, um bei höheren Fahrgeschwindigkeiten einen ruhigen
Lauf zu erzielen. Man ist vielmehr genötigt, außerdem den Radstand des Drehgestells
recht groß zu machen, um den Betrag der möglichen Schrägstellung im Gleis (,;lein
zu halten. Die Vergrößerung des Radstandes ist aber andererseits für hohe Fahrgeschwindigkeiten
unerwünscht, denn sie ergibt stets eine Gewichtsvermehrung. Auch wird die bei schnellfahrenden
Fahrzeugen sonst sehr vorteilhafte Anordnung eines tiefliegenden Wagenbodens verhindert,
da lange Drehgestelle dabei den Nutzraum in unzulässiger Weise verringern würden.
Es kommt hinzu, daß die Reibungsdämpfung ihrem Wesen nach unvollkommen ist, denn
bei Abbretnsung der Drehbewegungen eines Drehgestells gegen den Wagenkörper mittels
Reibung treten durch den plötzlichen Übergang des Reibungswertes der Ruhe in den
der Bewegung Rucke auf, die bei höheren Fahrgeschwindigkeiten und leichtem Wagenkörper
unangenehm werden können.
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Wesentlich günstigere Ergebnisse werden bei der ebenfalls bereits
bekannten Verwendung einer Flüssigkeitsdämpfung zur Abbremsung der Drehungen des
Drehgestells erzielt. Diese hat die besonders günstige Eigenschaft, daß die Dämpfungskraft
abhängig ist von der Schnelligkeit der Bewegung. Langsame Drehbewegungen, die völlig
unschädlich sind, werden wenig gedämpft, rasche, von starken Stößen hervorgerufene
Drehbewegungen um so stärker.
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Die bekannten Einrichtungen dieser Art haben jedoch bei quer zum Wagenkasten
verschiebbaren Drehgestellen den Nachteil, daß
sie sowohl Drehbewegungen
als auch seitliche Verschiebungen des Drehgestells gegen den Wagenkörper gleich
stark dämpfen. Ferner ist bei ihnen die Dämpfungswirkung in allen Stellungen des
Drehgestells zum Wagenkör-. per die gleiche. Zur Erzielung einer möglichst ruhigen
Lagedes Wagenkörpers ist es demgegenüber vielmehr erwünscht, lediglich die reinen
Drehbewegungen abzubremsen und die Seitenverschiebungen des Drehgestells nur wenig
oder gar nicht von der Dämpfung beeinflussen zu lassen. Da ferner die eigentlichen
Schlingerbewegungen lediglich in den kleinen Drehungen bestehen, die das Drehgestell
beim Lauf im geraden Gleis auszuführen vermag, muß man bestrebt sein, die Dämpfung
nur im Gebiete kleiner Winkelausschläge in voller Stärke auf das Drehgestell wirken
zu lassen. Bei den infolge des Einfahrens in Gleiskrümmungen auftretenden großen
Winkelausschlägen muß sich die Dämpfungswirkung selbständig vermindern, damit hohe
Spurkranzdrücke in diesem Falle vermieden werden.
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Diese beiden wichtigen Forderungen erfüllt die nach der vorliegenden
Erfindung ausgestaltete Dämpfungseinrichtung in vollem Umfange.
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Es ist bei ihr ferner eine selbsttätige Begrenzung der Dämpfungshöchstkraft
vorgesehen, so daß einerseits eine Überbeanspruchung des Gestänges, andererseits
ein zu hohes Ansteigen der Spurkranzdrücke vermieden wird.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen derartiger Flüssigkeitsdämpfungen
veranschaulicht.
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Fig. i zeigt einen Schnitt durch einen Dämpfungszylinder der Achsenrichtung,
Fig. 2 einen Querschnitt hierzu, Fig. 3 die Anwendung eines nachgiebigen Zwischengliedes
zur Druckbegrenzung der Flüssigkeitsdämpfung im Mittelschnitt, Fig. 4 zeigt einen
Querschnitt, Fig.5 die dazugehörige Draufsicht eines Drehgestells mit erfindungsgemäß
ausgebildeter Dämpfungseinrichtung, Fig. 6 stellt die Seitenansicht und Fig. 7 den
Querschnitt einer etwas anders gestalteten Verbindung zwischen Wagenkörper und Flüssigkeitsdämpfer
dar, Fig. 8 zeigt eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform der Flüssigkeitsdämpfung
und die Fig.9, io und 1i im Achsenschnitt, im Querschnitt und in Draufsicht die
Einzelheiten der Dämpfungseinrichtung, Fig. 12, zeigt eine weitere Einrichtung zur
Begrenzung der Dämpfungshöchstkraft durch vorgespannte Federn.
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Der die Bremsflüssigkeit enthaltende Zylinder 27 mit Kolben 28 hat
eine durch die Stoff-Buchse 29 hindurchgeführte Kolbenstange 30, die durch eine
besondere Gelenkstange mit dem Wagenkörper in geeigneter Weise verbunden ist. Bei
paralleler Lage der Drehgestell- und der Wagenlängsachse nimmt der Kolben 28 seine
mittlere Lage ein (s. Fig. i). Hierdurch wird das Zylinderinnere in zwei gleiche
Teile 32, 33 geteilt. Beide Zylinderseiten sind durch eine Umlaufleitung 3.4 verbunden,
in der sich das Drosselventil 35 befindet. Der Kolben 28 legt bei Drehung des Drehgestells
einen gewissen Weg zurück, wodurch in bekannter Weise Bremsflüssigkeit auf der einen
Kolbenseite verdrängt, durch die Umlaufleitung 34 und das Ventil 35 hindurchgedrückt
wird und auf die andere Kolbenseite tritt. Die Stärke der Dämpfung ist dabei abhängig
von der Größe des im Drosselventil 35 eingestellten Durchlasses. Bei sehr starken
Seitenstößen zwischen Laufwerk und Gleis, die eine sehr rasche Drehung des Drehgestells
zur Folge haben, könnte nun der Druck im Bremszylinder so hoch werden, daß eine
übermäßige Beanspruchung der ganzen mit der Dämpfung zusammenhängenden Teile auftreten
würde. In dem Falle öffnet sich, beispielsweise bei sehr rascher Bewegung des Kolbens
nach der Zylinderseite 32 hin, das auf einen bestimmten Druck eingestellte Sicherheitsventil
36, das einen Teil der Bremsflüssigkeit in den oberhalb des Zylinders 27 befindlichen,
nur teilweise mit Flüssigkeit gefüllten Raum 37 übertreten läßt. Damit nun kein
Unterdruck auf der anderen Kolbenseite entsteht, muß eine entsprechende Menge Flüssigkeit
von der Kammer 37 in den Zylinderraum 33 gelangen können, was durch selbsttätiges
Öffnen des durch den ganz geringen Federdruck belasteten Saugv entils38 geschieht.
Führt der Kolben 28 eine sehr rasche Bewegung in Richtung der Zylinderseite 33 aus.
so treten die entsprechenden Ventile 39 und 4o als Druckbegrenzer in Tätigkeit.
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Die Druckbegrenzung kann jedoch auch ohne Ventile erzielt werden,
indem am äußeren Dämpfungsgestänge an geeigneter Stelle ein nachgiebiges Zwischenglied
angeordnet wird. Ein Ausführungsbeispiel dafür zeigt Fig. 3 (senkrechter Mittelschnitt).
Die einerseits an der Kolbenstange 3o befestigte Gelenkstange 31 ist andererseits
mit einer Stange 41 gelenkig verbunden. Diese Stange gleitet in Lagern 42 und 43,
die am Wagenkörper befestigt sind und gleichzeitig als Widerlager für die unter
Vorspannung stehenden Federn 44 und 45 dienen. Die Federteller 46 und 47 stützen
sich ab gegen den am Wagenkörper befestigten Anschlag 48 und halten gleichzeitig
den an der Stange 41 befindlichen Bund 49 fest zwischen sich eingeklemmt. Erreicht
nun bei einer besonders raschen Bewegung des Drehgestells
der Flüssigkeitsdruck
auf einer Seite des Bremskolbens einen bestimmten, der Vorspannung der Feder .a...
bzw. 4.5 entsprechenden Betrag, so wird beispielsweise bei Verlauf des Druckes in
Richtung des Pfeiles 5o die Feder 44 zusammengedrückt, wobei der Federteller 46
durch den Bund .49 der Stange .f1 vom Anschlag 48 abgehoben wird. Die Feder 4.5
bleibt dabei unverändert in ihrer Lage. Somit sind die im Dämpfungsgestänge auftretenden
größten Kräfte bestimmt durch die beliebig gewählten Charakteristiken der Federn
44 und 45.
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Es ist nun noch zu bedenken, daß eine häinpfung nur bei den eingangs
erwähnten Ausschlägen des Drehgestelles im geraden Gleis erwünscht ist. Für die
bedeutend größeren Ausschläge bei der Fahrt in Krümmungen ist eine Dämpfung unnötig,
da Schlingerbewegungen hierbei nicht auftreten. Sie ist sogar unvorteilhaft, da
sie die leichte Einstellung des Drehgestelles in die für die Bogenfahrt erforderliche
Lage erschweren würde. Die Dämpfungseinrichtung ist gemäß der Erfindung so gestaltet,
daß sie bei kleinen Ausweichungen des Kolbens aus der Mittellage stark, bei großen
möglichst wenig dämpft. Dies wird erreicht durch die in der Zylinderwand vorgesehene
Nut 51 bzw. 52. Der Kolben 28 schließt also nur bei kleinen, der Fahrt iin
geraden Gleis entsprechenden Hüben dicht an der Zylinderwand ab, während die Bremsflüssigkeit
hei den größeren Kolbenwegen unmittelbar durch die Nut 51 oder 52 um den Kolben
herum von einer Zylinderseite auf die andere fließen kann, wodurch die Dämpfung
fast aufgehoben wird. Die gleiche Wirkung kann man beispielsweise auch dadurch erzielen,
daß das Drosselventil 35 durch geeignete Verbindung mit dem Dämpfungsgestänge bei
wachsendem Drehgestellausschlag einen größeren Durchlaß für die Bremsflüssigkeit
selbsttätig freigibt.
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Das beabsichtigte Nichtansprechen bzw. nur geringe Ansprechen des
Dämpfers auf seitliche Parallelverschiebungen des Drehgestelles wird grundsätzlich
dadurch erzielt, daß der an dem einen Teil, z. B. dein Drehgestell, befestigte Flüssigkeitsdämpfer
von dem anderen Teil, z. B. dein Wagenkörper, mit Hilfe einer außerhalb der Längsmittelebene
des Fahrzeugs und in oder nahezu in dessen Längsrichtung angeordneten, am anderen
Teil drehbar befestigten Gelenkstange beeinflußt wird. Vielfach ist es zweckmäßig,
diese Gelenkstange an einem quer liegenden Hebel angreifen zu lassen, der in Richtung
der Fahrzeugachse steif, quer dazu aber nachgiebig mit der Dümpfungsvorrichtung
verbunden ist. Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigen die Fig. q. und 5, in denen
eine für Schnellfahrzeuge besonders geeignete, an sich bekannte Drehgestellbauart
dargestellt ist. Bei dieser ist der im Drehgestellrahmen 2d. liegende Drehzapfen
26 über den um ihn drehbaren Querhebel 59 durch zwei längs liegende Gelenkstangen
62, 63 mit dem Wagenkörper :2i verbunden, welcher zur Erzielung einer leichten Seitenbeweglichkeit
mittels der Wälzkörper 66 auf dem Drehgestell gelagert ist. Da die Stangen
62, 63 außerhalb der Längsmittelebene des Fahrzeuges liegen, so kann eine
derselben nach dem oben Gesagten gleichzeitig zur Betätigung des Flüssigkeitsdämpfers
herangezogen werden, indem z. B. die Stange 63 mit ihrem Endpunkt 61 unmittelbar
an der Kolbenstange eines nach Fig. i und a ausgebildeten, am Drehgestell befestigten
Dämpfungszylinders angreift. Aus baulichen Gründen ist diese grundsätzlich ausreichende
unmittelbare Verbindung der betreffenden Lenkerstange mit dem Dämpfer oft nicht
ausführbar, und es muß zwischen den Endpunkt 61 der Gelenkstange 63 und den Dämpfer
irgendein zweckmäßig gestaltetes Übertragungsgestänge eingeschaltet werden. In vorliegendem
Ausführungsbeispiel ist der aus zwei Bremszylindern 32 und 33 bestehende
Dämpfer seitlich am Dr ehgestellrahmen 2d. befestigt und wird durch eine Verlängerung
67 des Querhebels 59, welche bei 68 an der Kolbenstange 3o angreift, betätigt. Es
ist leicht ersichtlich, daß die Dämpfungseinrichtung nicht in Tätigkeit tritt, wenn
das Drehgestell sich nur seitlich parallel verschiebt. Der Einfachheit halber ist
in Fig. 5 umgekehrt der Wagenkasten 21 gegen das Drehgestell z,4 parallel verschoben
gedacht, wodurch die Anlenkungspunkte 6.4 und 65 die Lage 6.# bzw. 65' einnehmen
und die Punkte 6o, 61, 6.a.', 65' ein Parallelogramm bilden. Der Querhebel 59 hat
hierbei keinerlei Bewegung gegen den Drehgestellrahmen 24. ausgeführt, und die Dämpfung
ist nicht beeinflußt worden. Dreht sich jedoch der Rahmen 24 um den Zapfen
26, so machen der Querhebel und die mit ihm verbundenen Teile, nämlich die
Verlängerung 67 sowie Kolbenstange 3o, diese Bewegung nicht mit, so daß eine Verschiebung
der Kolben in den Zylindern 32 und 33, also die an sich bekannte Dämpfungswirkung,
eintritt.
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Ist das Drehgestell 24. gemäß Fig. 6 und 7 in der üblichen Weise durch
einen quer beweglich gelagerten Drehzapfen 26 mit dem Wagenkörper 2 1 verbunden,
so muß zur Betätigung des Dämpfers natürlich eine besondere, seitlich längs liegende
Gelenkstange ähnlich der Stange 63 der Fig. 5 angeordnet werden. Man kann diese
Stange aber auch durch jegliche kinematisch gleichartig wirkende Einrichtung ersetzen,
wie dies beispielsweise in Fig. 6 und 7 dargestellt ist. Die Dämpfungszylinder 3@
und
33 mit der gemeinsamen, die Kolben 28 tragenden Kolbenstange
30 und der Umlaufleitung 34 nebst Drosselventil 35 sind wieder seitlich am
Drehgestellrahmen 24 befestigt. Die Kolbenstange 30 trägt in der Mitte ein
Auge 54, in das der zylindrische Fortsatz 55 des Mitnehmers 56 hineinragt. Der Mitnehmer
56 ist seinerseits in zwei am Wagenkörper 21 befestigten Augen 57 und 58 drehbar
gelagert. Bei Seitenverschiebungen des Drehgestells schwankt der Mitnehmer 56 lediglich
um die Achse 57, 58, wobei sich sein zylindrischer Ansatz 55 in dem Auge 54 der
Kolbenstange 30 verschiebt. Eine Längsverschiebung der Kolbenstange
30 mit den Kolben gegenüber den Zylindern 32 und 33 und somit eine Dämpfungswirkung
tritt aber, wie leicht ersichtlich ist, nur bei Drehungen des Drehgestells 24 gegenüber
dem Wagenkörper 2i ein.
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Fig. 8 zeigt ein Drehgestell mit Anlenkung an den Wagenkörper entsprechend
Fig. 5, bei dem jedoch der Querhebel 59 nicht seitlich verlängert, sondern mit einem
in der Fahrzeuglängsrichtung liegenden Winkelhebelarm 69 versehen ist. Dieser führt
nach dem an der Stirnseite des Drehgestelles 24 befestigten Dämpfer7o; der diesmal
als Drehflügeldämpfer ausgebildet ist, wie solche z. B. im Kraftwagenbau bekanntgeworden
sind. Dieser Drehflügeldämpfer ist in Fig. 9 (senkrechter Mittelschnitt), Fig. i
i (Draufsicht) und Fig. io (waagerechter Schnitt X-X) nochmals in etwas vergrößertem
Maßstabe dargestellt. Das am Rahmen 24 befestigte Dämpfergehäuse 71 ist oben und
unten abgeschlossen durch die Deckel 72 und 73, in deren Mitte die Welle 74 gelagert
ist. Eine Trennwand 75, durch die die Welle 74 dicht schließend hindurchgeführt
ist, teilt das Innere des Gehäuses in zwei Räume 76 und 77, von denen der untere
77 stets ganz, der obere 76 nur teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist. In den Raum
77 ragt ein an der Welle 74 befestigter Flügel 78 hinein, der an den Wänden des
Raumes 77 dicht abschließt und diesen in zwei Teile 79 und 8o teilt (Fig. io).
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Wie Fig. io zeigt, hat der Raum 77 die Form eines Kreisauschnittes,
dessen Zentriwinkel bedingt ist durch den größten Winkelausschlag des Flügels 78.
Die Räume 79 und 8o sind verbunden durch einen Umlaufkanal 34 für die Bremsflüssigkeit,
in dem sich ein Drosselventil 35 befindet. Ferner trägt die Welle 74 an ihrem
äußeren Ende einen Hebel 81, ih dessen Nut 82 sich ein Stein 83 bewegt. An diesem
Stein greift der Hebel 89 (siehe auch Fig. 8) mit einem Bolzen 84 ein.
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Steht die Längsachse des Drehgestells genau in Richtung des Wagenkörpers,
ist also der Drehwinkel gleich Null, so liegen die Hebel 69 und 81 sowie der Flügel
78 in einer Geraden. Bei einer Drehung des Drehgestells um den Zapfen 26 (Fig. 8)
behält nun der Hebel 69 seine Lage bei, während die Dämpfungseinrichtung 7o ausgelenkt
wird. Sehr vorteilhaft ist dabei die große Länge des Hebels 69 gegenüber dem kleinen
Hebelarm 74, 84. Die kleinen Ausschläge des Drehgestells werden dadurch in erheblich
größere des Drehflügels 78 übersetzt. Diese Übersetzung ändert sich übrigens mit
wachsenden Ausschlägen in dem Sinne, daß der Hebelarm 74, 84 größer wird. Wie Fig.
i i zeigt, bewegt sich nämlich der Punkt 84 auf einem Kreisbogen ioo um den Drehzapfen
des Drehgestells und nimmt bei äußerster Auslenkung die Lage 84' ein. Die Strecke
74, 84 hat sich anfangs langsam, dann schneller auf den Betrag 74, 84' vergrößert.
Bei gegebener Winkelgeschwindigkeit des Drehgestells wird demnach die Winkelgeschwindigkeit
des Drehflügels mit wachsenden Ausschlägen kleiner, also die Dämpfungswirkung geringer.
Diese auch mit anderen baulichen Mitteln, Zahnsegmente, Bandtrieb o. dgl., zu erzielende
Eigenschaft ist, wie früher erläutert wurde, für die leichte Kurveneinstellung des
Drehgestells wichtig.
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Ähnlich wie bei dem Bremszylinder nach Fig. i und 2 kann diese Wirkung
auch hier weiter verstärkt werden durch Anbringung von Nuten 5 1 und 52 (Fig.
i o), die bei großen Flügelausschlägen ein unmittelbares Überströmen der Flüssigkeit
von einer Seite des Drehflügels 78 auf die andere gestatten.
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Zur Druckbegrenzung bei sehr raschen Bewegungen können, genau entsprechend
Fig.i, je ein Druck- und ein Saugventil in der Trennwand 75 zwischen den Räumen
79 bzw. 8o und 76 angeordnet werden. Eine Begrenzung der Dämp.fungshöchstkraft wird
aber auch ohne Sicherheitsventile, beispielsweise durch die in Fig. i2 dargestellte
Einrichtung, erzielt. Der etwas verkürzte Hebel 69 trägt an seinem Endpunkte 85
drehbar einen Zwischenhebel 86, dessen eines Ende durch den Bolzen84 mit dem Stein
83 der Dämpfungseinrichtung verbunden ist und dessen anderes Ende zwischen zwei
Stiften 94, 95 liegt. Zwei quer liegende Ansätze 88 und 89 des Hebels 69 tragen
je zwei im Schnitt dargestellte Augen 9o und 9i bzw. 92 und 93, die als Führungen
der Stifte o4 und 95 und als Widerlager der vorgespannten Federn 96 bis 97 bzw.
als Anschläge für die an den Stiften 94 und 95 sitzenden Bunde 98 und 99 dienen.
Macht nun das Drehgestell und mit ihm der Punkt 85 eine rasche Bewegung, so braucht
der Punkt 84, also die Dämpfung, dieser nicht gleich zu folgen. Es tritt dann eine
Drehung des Zwischenhebels 86 um den Punkt 85 ein, wodurch eine der
Federn,
z. B. 96, durch den Stift 94 mit Bund 98 zusammengedrückt wird, während die andere
Feder ihre Lage beibehält.
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Während es in den meisten Fällen aus fahrtechnischen Gründen zweckmäßig
ist, bei seitenverschieblichen Drehgestellen entsprechend den vorstehend beschriebenen
Einrichtungen nur die reinen Drehbewegungen zu dämpfen, kann bisweilen jedoch auch
eine Dämpfung der Seitenbewegungen erwünscht sein. Dies ist am einfachsten dadurch
erreichbar, daß bei einer Drehgestellanordnung nach Fig. 5 und 8 die Gelenkstangen
62 und 63 nicht parallel angeordnet werden, daß also z. B. die Länge 6o, 61 des
Querbalkens 59 kleiner gemacht wird als die Entfernung der Punkte 64 und 65. Es
ist ohne weiteres ersichtlich, daß in diesem Falle auch eine reine Seitenverschiebung
des Drehgestelles bereits eine Verschiebung der Dämpfungskolben hervorrufen würde,
die um so stärker ist, je größer der Unterschied der Längen 6o, 61 und 64, 65 gewählt
wird. Das Ansprechen der Dämpfung auf Drehbewegungen geschieht genau wie vorher.