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Diese Erfindung betrifft schwingungsdämpfende
Hydrolager mit pneumatischer Steuerung, die insbesondere dazu vorgesehen
sind, die Motoren von Kraftfahrzeugen zu halten.
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Es sind verschiedene schwingungsdämpfende
Hydrolager mit pneumatischer Steuerung bekannt, die steuerbare Lager
(d. h. mit variabler Steife) sind, wie z. B. das in der Schrift
EP-A-0 262 544 beschriebene, oder aktive Lager (d. h. solche, die
Gegenschwingungen erzeugen mit dem Zweck, den Schwingungswirkungen
des Motors entgegenzuwirken) sind, wie z. B. das in der Schrift
JP-A-9 317 815 beschriebene.
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Unter diesen bekannten Lagern betrifft
die Erfindung insbesondere ein aktives, schwingungsdämpfendes
Hydrolager mit pneumatischer Steuerung, das dazu vorgesehen ist,
zwischen zwei starren Elementen angeordnet zu werden, und das aufweist:
- – eine
erste und eine zweite starre Halterung, die dazu bestimmt sind,
mit den beiden zu verbindenden starren Elementen fest verbunden
zu werden,
- – einen
Elastomerkörper,
der die beiden Halterungen miteinander verbindet und eine mit Flüssigkeit
gefüllte
Arbeitskammer teilweise umgrenzt,
- – eine
biegsame Wand, die eine mit Flüssigkeit gefüllte Ausgleichskammer
teilweise umgrenzt, wobei diese durch einen engen Durchgang, der ebenfalls
mit Flüssigkeit
gefüllt
ist, mit der Arbeitskammer verbunden ist,
- – eine
starre Trennwand, die mit der zweiten Halterung fest verbunden ist
und die Arbeitskammer teilweise umgrenzt, wobei diese starre Trennwand
einen Ansatz aufweist, der durch eine bewegliche Membran verschlossen
ist, wobei diese Membran eine erste Seite aufweist, die mit der
Arbeitskammer kommuniziert, und eine zweite Seite aufweist, die
von der Arbeitskammer isoliert ist,
- – eine
Pneumatikkammer, die teilweise von der zweiten Seite der Membran
umgrenzt wird.
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Mit einem solchen schwingungsdämpfenden Lager
ist insbesondere das von der Firma TOYOTA in den Handel gebrachte
Fahrzeug HARRIER ausgerüstet.
Bei diesem bekannten Lager werden bei Leerlauffrequenzen des Motors
Gegenschwingungen in die Arbeitskammer abgegeben, indem das Elektroventil
dergestalt betätigt
wird, dass die Pneumatikkammer ab wechselnd mit der Atmosphäre und mit der
Luftdruckquelle verbunden wird (in der Praxis eine Unterdruckquelle,
die von dem Lufteinlasskreis des Motors gebildet wird).
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Dieses bekannte schwingungsdämpfende Lager
hat den Nachteil, dass es relativ kompliziert und kostenaufwändig ist.
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Diese Erfindung hat insbesondere
den Zweck, diesen Nachteil zu beseitigen.
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Dazu ist erfindungsgemäß ein schwingungsdämpfendes
Hydrolager der betreffenden Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,
dass es mindestens ein Elektroventil aufweist, um die pneumatische Kammer
mit der Atmosphäre
und/oder mit einem Anschluss, der dazu bestimmt ist, mit einer Druckluftquelle
verbunden zu werden, kommunizieren zu lassen, wobei dieses Elektroventil
mit einem elektrischen Steckverbinder verbunden ist, der seinerseits dazu
bestimmt ist, mit einem elektronischen Steuersystem verbunden zu
werden, und dass es ein einstückiges
pneumatisches Steuersystem aufweist, das beinhaltet:
- – einen
starren Auflageblock, der mit der zweiten Halterung fest verbunden
ist,
- – das
Elektroventil,
- – den
pneumatischen Anschluss, und
- – den
elektrischen Steckverbinder,
wobei der Auflageblock einen ringförmigen Rand aufweist,
der die pneumatische Kammer teilweise umgrenzt, und wobei dieser
Auflageblock unter Einklemmen der beweglichen Membran zwischen diesem
ringförmigen
Rand und der starren Trennwand an diese starre Trennwand angelegt
ist, wobei dieser ringförmige
Rand um den Ansatz der starren Trennwand herum angeordnet ist.
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Durch diese Anordnungen sind die
elektrischen und Pneumatik-Elemente des schwingungsdämpfenden
Lagers in das einstöckige
pneumatische Steuersystem integriert, was dazu beiträgt, den Einbau
dieser Elemente in das schwingungsdämpfende Lager zu vereinfachen
und die Kosten und die Kompliziertheit dieses Lagers zu verringern.
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Außerdem wird die Kompliziertheit
des schwingungsdämpfenden
Lagers noch weiter dadurch verringert, dass durch die Befestigung
dieses einstöckigen
pneumatischen Steuersystems selbst
- – der dichte
Kontakt zwischen der beweglichen Membran und der Trennwand der Arbeitskammer
- – und/oder
das dichte Schließen
der pneumatischen Kammer erreicht werden kann.
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Ferner bildet das schwingungsdämpfende Lager
seinerseits eine einstöckige
Gesamtanordnung, die wenig Platz beansprucht und einfach in dem
Fahrzeug einzubauen ist, da sie lediglich wie ein herkömmliches
schwingungsdämpfendes
Lager eingebaut werden muss und der pneumatische Anschluss und der
elektrische Steckverbinder eingesteckt werden müssen.
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Und schließlich sind auf Grund der Kompaktheit
der pneumatischen Steuerung insgesamt die Luftdruckleitungen kürzer als
bei dem TOYOTA-Lager, wodurch das schwingungsdämpfende Lager ggf. mit höheren Frequenzen
als den Leerlauffrequenzen gesteuert werden kann, so dass während des
Rollens des Fahrzeugs ebenfalls Gegenschwingungen abgegeben werden.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung kann eventuell ferner auf die eine und/oder andere
der folgenden Anordnungen zurückgegriffen werden:
- – der
Elastomerkörper
erstreckt sich glockenförmig
zwischen einer mit der ersten Halterung fest verbundenen Spitze
einerseits und einer ringförmigen
Basis, die mit der zweiten Halterung fest verbunden ist, andererseits,
wobei das pneumatische Steuersystem in einem starren Gehäuse untergebracht
ist, das sich auf der anderen Seite der starren Trennwand als der
Elastomerkörper
befindet, wobei dieses Gehäuse
mit der zweiten Halterung und mit der genannten starren Trennwand fest
verbunden ist, indem die Basis des Elastomerkörpers auf die starre Trennwand
aufgesetzt wird, und wobei der Auflageblock des pneumatischen Steuersystems
zwischen dem Gehäuse und
der starren Trennwand dergestalt fest angebracht wird, dass der
ringförmige
Rand dieses Auflageblocks gegen die bewegliche Membran und die starre
Trennwand gedrückt
ist;
- – die
Ausgleichskammer ist ebenfalls innerhalb des Gehäuses angeordnet;
- – die
Membran besteht aus einem zentralen Teil, der zu der biegsamen Wand
der Ausgleichskammer gehört,
wobei diese Ausgleichskammer ringförmig ausgeführt ist und um das pneumatische Steuersystem
herum angeordnet ist;
- – die
biegsame Wand der Ausgleichskammer weist eine außen umlaufende, metallene Verstärkungsbewehrung
auf, die durch Bördeln
auf der starren Trennwand und auf der zweiten Halterung befestigt
ist, wobei diese zweite Halterung und die Basis des Elastomerkörpers auf
die starre Trennwand gedrückt
ist;
- – das
Gehäuse
besteht aus Metall und ist durch Bördeln auf der umlaufenden Verstärkungsbewehrung
der biegsamen Wand befestigt;
- – die
biegsame Wand der Ausgleichskammer weist um ihren zentralen Teil
herum, der die bewegliche Membran bildet, eine starre zentrale Halterung
auf, die in dieser biegsamen Wand versenkt ist und aufweist:
- – eine
ringförmige
Anlageseite, die parallel zu der starren Trennwand verläuft und
zwischen dieser starren Trennwand und dem ringförmigen Rand des Auflageblocks
des pneumatischen Steuersystems festgeklemmt ist,
- – und
einen ringförmigen
Rand, der sich senkrecht zu der starren Trennwand um den ringförmigen Rand
des Auflageblocks erstreckt;
- – die
zweite Halterung bildet einen hohlen Kranz, der zu der starren Trennwand
hin offen ist, wobei sie mit dieser starren Trennwand zusammen den engen
Durchgang bildet;
- – der
Auflageblock des pneumatischen Steuersystems enthält ferner
einen Pufferbehälter,
der zwischen dem pneumatischen Anschluss und der pneumatischen Kammer
angeordnet ist;
- – der
Ansatz ist so bemessen, dass er eine Eigenresonanzfrequenz aufweist,
die zwischen 20 und 80 Hz liegt;
- – das
einstöckige
pneumatische Steuersystem weist einen Luftdurchlass auf, der das
Elektroventil mit der pneumatischen Kammer verbindet und dergestalt
bemessen ist, dass er eine Eigenresonanzfrequenz aufweist, die zwischen
20 und 80 Hz liegt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einer ihrer Ausführungsformen
hervor, die als nicht einschränkendes
Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erfolgt.
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Dabei zeigt die einzige Figur in
einer Axialschnitt-Ansicht ein schwingungsdämpfendes Lager gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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In der folgenden Beschreibung werden
die Begriffe wie „oben", unten", „unterer", „oberer", „horizontal", „vertikal" allein um der Klarheit
der Beschreibung willen verwendet, wobei auf die gebräuchlichste Einsatzstellung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung Bezug
genommen wird, jedoch sind diese Begriffe nicht einschränkend.
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Die in der Figur dargestellte hydraulische, schwingungsdämpfende
Vorrichtung besteht aus:
- – einer ersten Halterung 1,
die als starre, metallene Fußplatte
ausgeführt
ist, die mit einem Stift 2 fest verbunden ist, der auf
einer vertikalen Achse Z nach oben gerichtet ist und dazu vorgesehen ist,
beispielsweise an dem Motorblock eines Fahrzeugs befestigt zu werden,
- – einer
zweiten Halterung 3, die als ein starrer Metallkranz ausgebildet
ist, der auf der Achse Z zentriert ist, wobei dieser Kranz hohl
ist und innen eine Auskehlung 4 bildet, die nach unten
offen ist und sich winkelig über
einen teil des Umfangs des Kranzes 3 erstreckt,
- – einem
Elastomerkörper 5,
der eine relativ große Festigkeit
gegen Zusammendrücken
aufweist, wobei dieser Elastomerkörper sich glockenförmig von
einer mit der Fußplatte 1 fest
verbundenen Spitze 6 bis zu einer ringförmigen Basis 7, die
mit dem Kranz 3 fest verbunden ist, erstreckt,
- – einer
starren Trennwand 8, die in Form einer ebenen, horizontalen
Blechplatte ausgebildet ist und dicht an der Basis 7 des
Elastomerkörpers und
an dem Metallkranz 3 anliegt,
- – einer
biegsamen Wand 9 aus Elastomer, deren äußere Umfangslinie durch eine
Metallhalterung 10 verstärkt wird, die durch Bördelverbindung
an dem Kranz 3 und an der starren Trennwand 8 befestigt
ist, so dass diese beiden Elemente dicht aneinandergepresst werden,
- – einem
Blechgehäuse 11,
dessen Rand 12 an die außen umlaufende Verstärkungsbewehrung 10 gebördelt ist,
so dass auf diese Weise das Gehäuse 11 mit
dem Kranz 3 und der starren Trennwand 8 fest verbunden
ist, wobei das Gehäuse 11 einen Boden 13 aufweist,
der mit einem Stift 14 fest verbunden ist, welcher dazu
vorgesehen ist, beispielsweise an dem Fahrgestell des Fahrzeugs befestigt
zu werden,
- – und
einem einstöckigen
pneumatischen Steuersystem 15, das in diesem Gehäuse 11 angeordnet ist.
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Das pneumatische Steuersystem 15 enthält einen
starren Auflageblock 16, der in seinem oberen Teil eine
Wanne 17 aufweist, die durch einen ringförmigen Rand 18 dieses
Auflageblocks umgrenzt wird.
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Dieser ringförmige Rand 18 hebt
den zentralen Teil der biegsamen Elastomerwand 9, wobei
er den Außenumfang
dieses zentralen Teils gegen die Unterseite der starren Trennwand 8 drückt, wobei
die Gesamtanordnung des Auflageblocks 16 ihrerseits zwischen
dem genannten zentralen Teil der biegsamen Wand 9 und dem
Boden des Gehäuses 11 festgeklemmt
ist.
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Auf diese Weise bildet die biegsame
Elastomerwand eine bewegliche Membran 19, die mit der Wanne 17 zusammen
nach unten eine pneumatische Kammer 20 umgrenzt.
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Vorteilhafterweise ist die biegsame
Elastomerwand 9 durch eine starre, ringförmige, zentrale Halterung 34 verstärkt, die
in dieser biegsamen Wand versenkt ist und aufweist:
- – eine
ringförmige
Anlageseite 35, die parallel zu der starren Trennwand 8 verläuft und
zwischen dieser starren Trennwand und dem ringförmigen Rand 18 festgeklemmt
ist,
- – und
einen ringförmigen
Rand 36, der sich senkrecht zu der starren Trennwand um
den ringförmigen
Rand 18 des Auflageblocks 16 erstreckt, wodurch
eine gute Zentrierung der biegsamen Wand 9 erreicht werden
kann.
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Zudem weist die starre Trennwand 8 in
der Mitte des ringförmigen
Randes 18 im Anschluss an die bewegliche Membran 19 einen
zentralen Ansatz 21 auf. Dieser Ansatz 21, der
mit einem Gitter 22 versehen ist, das die Ausschläge der Membran
begrenzt, bringt die Oberseite dieser Membran 19 mit einer
mit Flüssigkeit
gefüllten
Arbeitskammer A in Kontakt, die zwischen dem Elastomerkörper 5 und der
starren Trennwand 8 eingegrenzt ist.
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Diese Arbeitskammer kommuniziert über eine
radiale Öffnung
(die nicht dargestellt ist) in dem Kranz 3 mit einem engen
Durchgang C, der mit Flüssigkeit
gefüllt
ist und zwischen der Auskehlung 4 des Kranzes 3 und
der starren Trennwand 8 eingegrenzt ist.
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Der enge Durchgang C kommuniziert über eine Öffnung 23 mit
einer mit Flüssigkeit
gefüllten Ausgleichskammer
B, die zwischen der starren Trennwand 8 und dem radial äußeren Teil
der biegsamen Elastomerwand 9 eingegrenzt ist, wobei diese Ausgleichskammer
um den oberen Teil des Auflageblocks 16 herum angeordnet ist.
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Ferner kommuniziert die pneumatische Kammer 20 mit
einem zentralen Schacht 24, der in den Auflageblock 16 gebohrt
ist, wobei dieser zentrale Schacht einerseits mit einem Durchlass 25 zur
Atmosphäre
und andererseits mit einem Pufferbehälter 26 kommuniziert.
Dieser Speicher kommuniziert seinerseits mit einem pneumatischen
Anschluss 27, an dem ein Schlauch ange schlossen werden
kann, der mit dem Zuluftkreis aus dem Motorraum oder mit einer anderen
Luftquelle (Unterdruckquelle oder sogar eventuell Druckgasbehälter) verbunden
ist.
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Der Pufferbehälter 26 ermöglicht es,
die Druckschwankungen des Zuluftkreises zu filtern.
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Die Verbindung zwischen der pneumatischen
Kammer 20 einerseits und dem Durchlass zur Atmosphäre 25 und
dem Behälter 26 andererseits wird
mittels eines Elektroventils 28 gesteuert.
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Wenn das Elektroventil 28 nicht
betätigt
wird, wird die Klappe 29 dieses Elektroventils gegen einen ersten
Klappensitz 30 gedrückt,
in welchem Falle die pneumatische Kammer 20 von der Atmosphäre isoliert
ist und unter Unterdruck gesetzt wird.
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Bei Betätigung des Elektroventils 28 hingegen
wird die Klappe 29 gegen einen zweiten Klappensitz 31 (Stellung
in der Figur dargestellt) gedrückt und
verbindet dabei die pneumatische Kammer 20 mit der Atmosphäre und isoliert
sie von dem Behälter 26 (nicht
dargestellt).
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Das Elektroventil 28 ist über ein
oder mehrere Kabel 33 mit einem elektrischen Steckverbinder 32 verbunden,
so dass das Elektroventil 28 von dem Motorsteuerungsrechner
des Fahrzeugs gesteuert werden kann.
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Die soeben beschriebene Vorrichtung
arbeitet folgendermaßen.
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Während
das Fahrzeug sich in Fahrt befindet, lässt der Motorsteuerungsrechner
das Elektroventil 28 in Ruhestellung, so dass die pneumatische Kammer 20 unter
Unterdruck gehalten wird. Damit wird die bewegliche Membran 19 auf
den Boden der Wanne 17 gepresst und greift nicht in den
Betrieb des schwingungsdämpfenden
Lagers ein.
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Bei dieser Konfiguration arbeitet
das schwingungsdämpfende
Lager also auf klassische Weise, indem es die Schwingbewegungen
mit niedriger Frequenz (beispielsweise unter 20 Hz und allgemein
in der Größenordnung
von 10 Hz) zwischen dem Motorblock und dem Fahrgestell des Fahrzeugs
mittels des Hin- und Herbewegens von Flüssigkeit zwischen der Arbeitskammer
A und der Ausgleichskammer B durch den engen Durchgang C hindurch
dämpft.
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Ferner, wenn der Motor im Leerlauf
läuft, steuert
der Motorsteuerungsrechner das Elektroventil 28 so, dass
die Klappe 29 abwechselnd zwischen dem ersten und dem zweiten
Klappensitz 30 und 31 hin- und herbewegt wird,
und zwar mit der Frequenz der Explosionen des Motors (im allgemeinen
bei einem Vier-Zylinder-Motor mit 20 bis 40 Hz und bei einem Acht-Zylinder-Motor bis 80 Hz).
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Dabei ergeben sich Druckschwankungen
in der pneumatischen Kammer 20, so dass die bewegliche
Membran 19 in Schwingbewegungen versetzt wird, die zur
Arbeitskammer A hin Gegenschwingungen senden, um die Schwingungseffekte
des Motors zu neutralisieren.
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Die von der beweglichen Membran 19 abgegebenen
Gegenschwingungen werden vom Rechner nach einem vorbestimmten Programm
in Abhängigkeit
von der Motordrehzahl und von verschiedenen Parametern, die sich
auf die Leerlauf-Schwingungen auswirken können (Betrieb der Klimaanlage,
Stromverbrauch, Motortemperatur, usw.), optimiert, indem auf die
folgenden Parameter eingewirkt wird:
- – die Amplitude
der Schwingungen der Membran 19, die gesteuert wird, indem
auf das zyklische Verhältnis
des zu dem Elektroventil gesandten Signals (Verhältnis zwischen der effektiven
Steuerzeit des Elektroventils 28 und der Gesamtdauer einer
Schwingperiode) eingewirkt wird,
- – die
Phase der Schwingungen der Membran 19, die gesteuert wird,
indem auf den Anfangszeitpunkt jedes Betätigungszyklus des Elektroventils 28
im Verhältnis
zu der am Durchgang eines bestimmten Zylinders durch seinen oberen
Totpunkt gemessenen Motordrehung eingewirkt wird.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht
auf die soeben beschriebene Ausführungsform
beschränkt,
und sie umfasst insbesondere die Ausführungsvarianten, bei denen:
- – das
Elektroventil 28 die pneumatische Kammer 20 in
Kontakt mit der Atmosphäre
bringen würde, wenn
sich dieses Ventil in Ruhestellung befindet,
- – das
Elektroventil 28 nicht mehr auf binäre Art funktionieren würde, sondern
in einem Proportionalbetrieb, in dem die exakte Stellung der Klappe 29 zwischen
den beiden Klappensitzen 30, 31 angesteuert werden
kann, so dass der Druck in der pneumatischen Kammer 20 feiner
eingestellt werden kann,
- – der
pneumatische Anschluss 27 auch den elektrischen Steckverbinder
zur Steuerung des – Elektroventils 28 bilden
würde,
so dass beim Einbau der Anlage des schwingungsdämpfenden Lagers nur ein einziger
Anschluss hergestellt werden muss,
- – die
Ausgleichskammer B an der „oberen" Seite der Trennwand 8 angeordnet
wäre, und
zwar in einer Anordnung ähnlich
der in der Schrift EP-A-0 646 735 beschriebenen, und
- – das
Elektroventil 28 so betätigt
würde,
dass es während
der Fahrt des Fahrzeugs, d. h. bei Frequenzen, die über der
Leerlauf-Frequenz liegen, durch die Membran 19 Gegenschwingungen
aussenden lässt.
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Schließlich ist es möglich, um
die Wirksamkeit der Membran 19 bei der Dämpfung der
Motorschwingungen zu erhöhen,
die Form des Ansatzes 21 so zu verändern, dass sein Durchlassquerschnitt verringert
und seine Länge
vergrößert wird,
so dass dieser Ansatz der Sitz von Räsonanzphänomenen analog zu den in dem
engen Durchgang C auftretenden sind, jedoch bei einer höheren Frequenz,
die vorzugsweise der Leerlauffrequenz des Motors entspricht. In
diesem Fall beträgt
die Eigenfrequenz des Ansatzes 21 vorzugsweise zwischen
20 und 80 Hz.
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Zu dem gleichen Zweck kann auch der
zentrale Schacht 24 oder ein Luftdurchlass mit anderer Form
(größere Länge und
kleinerer Durchgangquerschnitt) zwischen der Klappe 29 des
Elektroventils und der pneumatischen Kammer 20 bemessen
sein, so dass dieser zentrale Schacht 24 oder dieser Luftdurchlass
bei der Leerlauffrequenz des Motors der Sitz von Räsonanzphänomenen
ist, wobei die Eigenfrequenz dieses Schachts 24 oder dieses
Luftdurchlasses dann vorzugsweise zwischen 20 und 80 Hz liegt.