DE1775415A1

DE1775415A1 - Schwingungsdaempfer,Federbein oder hydropneumatische Federung mit belastungsabhaengiger Schwingungsdaempfung

Info

Publication number: DE1775415A1
Application number: DE19681775415
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl-Ing Lutz
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1968-08-08
Filing date: 1968-08-08
Publication date: 1971-07-01
Also published as: US3621950A; FR2015268A1; JPS4821748B1; NL6911995A; GB1280688A

Description

FICHTEL & SACHS AG., Schweinfurt/Main

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

Schwingungsdämpfer, Federbein oder hydropneumatische Federung mit belastungsabhängiger Schwingungsdämpfung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungsdämpfer, Federbein oder hydropneunatisehe Federung mit belastungsabhängiger Schwingungsdämpfung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Behälter, in dem ein Zylinder angeordnet ist, wobei in diesem Zylinder ein Kolben gleitet, der fest mit einer am Behälteraustritt abgedichteten Kolbenstange verbunden ist, während zwischen einem der Arbeitsräume und dem Ausgleichsraum eine in Abhängigkeit der Belastung wirkende Dämpfeinrichtung angeordnet ist, die durch den Druck eines im Ausgleichsraum befindlichen Fluids betätigt wird.

Durch die DAS 1 2 29 78 9 ist ein Drosselventil für hydraulische Schwingungsdämpfer mit veränderlichem Verlauf der Dämpfungskraft . bekannt. Bei dieser Konstruktion wird die Federvorspannung für das Drosselventil in Abhängigkeiten! Ausgleichsraum verändert. Dies wird durch einen Kolben erzielt, der auf der einen Seite vom Druck im Ausgleichsraum beaufschlagt ist und dessen andere Kolbenfläche einen Raum niederen Druckes begrenzt. Die auf die Ventilfeder ausgeübte Kraft resultiert dementsprechend aus dem auf den Kolben wirkenden Differenzdruck. Um eine lastabhängig Regelung zu erzielen, ist es bei einer solchen Konstruktion erforderlich, eine relativ große Änderung des Differenzdruckes zu erzeugen. Dementsprechend muß der die Federkraft verändernde Kolben vollkommen dicht im Zylinder geführt v/erden, wa^ nur durch Dichtelemente nut einer

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großen Anpressung gegen die Dichtflächen erzielt werden^; kanhVEine -" solche Anpressung der Dichtelamente gegen die¹ abzudichtenden Flächen^; bewirkt wiederum eine Reibungskraft, die der Bewegung des Kolbens entgegengesetzt gerichtet ist und daher kein einwandfreies An- sprechen des Drosselventiles in Abhängigkeit vom Druck im Ausgleichsraum gewährleistet. Außerdem erfordert eine derartige lastäbhängige Regelung eine sehr exakte Bearbeitung der auf die Ventilfeder wirkenden axial verschiebbaren Teile sowie deren Führungen, wodurch eine solche Konstruktion sehr teuer in der Herstellung wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nächteile der bekannten Konstruktionen zu vermeiden und einen Schwingungsdämpfer mit .selbsttätiger, lastabhängiger Dämpfung zu schaffen, der einfach in seinem Aufbau ist und gleichzeitig eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die belastungsabhängig wirkende Dämpfeinrichtung einen Ventilkörper aufweist, der mit einer Steuermembrane verbunden ist, wobei diese Steuermembrane zwischen einem mit Druckmedium gefüllten Steuerraüm und dem Ausgleichsraum angeordnet ist und die beiden Räume voneinander trennt. Bei dem Erfindungsgegenstand wird durch den Ventilkörper der Durchlaßquerschnitt für die Drosselöffnung verändert, was durch die Bewegung der Membrane infolge Druckänderung im Ausgleichsraum bzw. im Steuerraum erfolgt.. Die Membrane, welche den Steuerraun gegenüber dem Ausgleichsraum vollständig abdichtet, weist keinerlei Reibung bei ihrer Bewegung auf, so daß die Verstellung des Ventilkörpers infolge Druckänderung in einem oder in beiden dieser von der Membrane getrennten Räume sehr feinfühlig erfolgt. Im Gegensatz zu den bekannten Konstruktionen ist es bei dem Erfindungsge^enstand jtö£·-

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lieh, durch kleine .uifferenzdrücke zwischen dem Ausgleichsraum und dem Steuerraum die Änderung der Dämpfung herbeizuführen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in dem Steuerraum zusätzlich zu dem Druckmedium eine Feder angeordnet, die mit der Steuermembrane in Verbindung steht. Ist diese Feder beispielsweise als Druckfeder ausgebildet» so wirkt die von dieser Feder auf die Membrane ausgeübte Kraft in derselben Richtung wie die Druckkraft, herrührend vom Druckmedium. Im Gleichgewichtszustand, d. h., wenn auf beide Seiten der Membrane dieselbe Kraft ausgeübt wird, herrscht bedingt durch die Federkraft im Steuerraum ein geringerer Druck des ^ Druckmediums, wodurch die eingespannte Steuermembrane eine genau definierte Form annimmt, d. h., sie wölbt sich immer nach derselben Seite durch. Eine eindeutige Zuordnung von Druck und Ventilkörperstellung wird damit gewährleistet.

Wie die Erfindung zeigt, ist der Ventilkörper als Kolben ausgebildet und in einer, zylindrischen Bohrung angeordnet, wobei diese Bohrung einen den Arbeitsraum mit dem Ausgleichsraum verbindenden Durchflußkanal durchsetzt·, während der Ventilkörper in diesem Bereich mit Schrägflächen versehen ist. Der Ventilkörper selbst besitzt keiner- " lei Abdichtung in der zylindrischen Bohrung, so daß auch die Reibung des Ventilkörpers äußerst gering ist. Vielmehr kann das Spiel zwischen Ventilkörper und Bohrung so gewählt werden, daß es dem kleinsten Voröffnungsquerschnitt entspricht. Dadurch wird je nach gewünschtem Dämpfdiagramm nur noch ein Vorauslaß für eine Bewegungsrichtung erforderlich.

Um eine Beeinflussung des Ventilkörpers vom Druck in den Arbeitsräurr.en, dem sogenannten Dampfdruck, auszuschließen, also eir>°. vor. Dänpf-

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druck vollständig unabhängige Ventxlkörperstellung zu erhalten, ist es entsprechend der Erfindung vorteilhaft, daß die Bohrung für den Ventilkörper als Sackbohrung ausgebildet ist und der Ventilkörper einen in diese Sackbohrung mündenden Kanal aufweist, dessen anderes Ende mit dem Fluid des Ausgleichsraumes in Verbindung steht.

Eine ausschließlich von der Belastung des Fahrzeuges abhängige Einstellung des Ventilkörpers ergibt sich entsprechend der Erfindung dadurch, daß in dem Steuerraum eine Öl-Gasfüllung angeordnet ist, deren Volumenverhältnis der Füllung des Schwihgungsdärapfers entspricht.

Ebenso ist es aber auch möglich, eine temperaturabhängige Dämpfung zu erzielen, indem nach einem Merkmal der Erfindung in dem Steuerraum ein Medium mit großer thermischer Volumenänderung, wie Paraffin oder ähnl. Stoffe, angeordnet ist. Durch die unterschiedlichen Stoffeigenschaften zwischen Paraffin und der Füllung des Schwingungsdämpfers wird bei Temperaturänderung ein anderes Obersetzungsverhältnis erzielt als dies bei Füllung des Steuerraumes mit einer Öl-Gasfüllung erreicht wird. Je nach Auslegung des Steuerraumes und Wahl des Füllmediums kann die gewünschte tempera-™ turabhängige Dämpfung erzielt werden.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform, insbesondere für sogenannte McPherson-Federbeine, die zumindest einen Teil der Radführungskräfte übertragen, ergibt sich nach der Erfindung dadurch, daß der Abschlußdeckel des Zylinders die Sackbohrung für den Ventilkörper sowie den Durchflußkanal zwischen Arbeitsraum und Ausgleichsraum aufweist und eine Führung für die Kolbenstange besitzt. Da sich der Zylinder nur über einen Teil der Länge des Behälters erstreckt und durch die Anordnung des in Abhängigkeit der.Belastung arbeitenden

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Ventiles in diesem Abschlußdeckel des Zylinders erhält man eine außerordentlich gute Führung und Abstützung der Kolbenstange, so daß auf die Kolbenstange wirkende Quefkräfte nur eine geringe Durchbiegung dieser Kolbenstange hervorrufen können und ein Klemmen der Kolbenstange in der im Abschlußdeckel des Behälters angeordneten Kolbenstangenführung mit Sicherheit vermieden wird. Gleichzeitig können die Dämpfventile in den Abschlußdeckel des Zylinders verlegt werden, so daß das bei Zweirohrdämpfern übliche Bodenventil entfällt. Ebenso ist es bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung möglich, den Ausgleichsraum oberhalb des Zylinders anzuordnen, wobei dieser Ringraum durch den Behälter und ein gegenüber dem Zylinder im Durchmes- ™ ser wesentlich kleineres Distanzrohr begrenzt wird, so daß ein großvolumiger Ringraum entsteht. Besonders bei Federbeinen, deren Kolbenstangen mit relativ großen Durchmessern ausgeführt sind, ergibt sich bei solchen Ausgleichsräumen der Vorteil, daß die ölspiegelgeschwindigkeit infolge der großen Ringfläche sehr nieder ist, wodurch die Verschäumungsgefahr wesentlich herabgesetzt wird.

Weitere Ausbildungsmöglichkeiten und vorteilhafte Wirkungen ergeben sich aus der Beschreibung des Aufbaues und der Wirkungsweise der im ä nachfolgenden beispielsweise dargestellten Ausführungsform der Erfindung. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schwingungsdämpfer gemäß der Erfindung;

Fig. 2 das erf indungsgenuine, den Drosselquerschnitt verändernde Ventil gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.

Bei der in den Figuren dargeatellten Ausführunpsform ist lediglich i_#_Ä der Schwingungsdämpfer gezeigt. Die Ausführung ale Mcpherson-Fed^r- .

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bein ist jedem Fachmann geläufig, denn sie ergibt sich lediglich, ··.·.-, daraus, daß eine Schraubenfeder zwischen einem am Behälterrphr,1 befestigten Federteller und einem weiteren an der Kolbenstange 3-.be*· findlichen Federteller angeordnet ist und das Behälterrohr einen Achsschenkel trägt.

Der Schwingungsdämpfer nach den Figuren besteht aus dem Behälterrohr 1, in dem der Zylinder 2 angeordnet ist. Der Zylinder 2 erstreeki; sich nur über einen Teil der Länge des Behälterrohres 1 und bildet mit diesem zusammen einen Ringrauia. Durch die Ventilplatte 7, die das Zugventil 8 sowie das Druckventil 9 trägt» und am kolbenstangenaustrittsseitigen Ende des Zylinders angeordnet ist» wird der Ausgleichsraum 12 vom Arbeitsraum 10 getrennt· Zwischen der im Behälterrohr 1 befestigten Kolbenstangenführung 5» die gleichzeitig die Dichtung für die Kolbenstange 3 trägt, und der Ventilplatte 7 befindet sich das Distanzrohr 6, Der an der Kolbenstange 3 befestigte Kolben -4- ist mit bekannten Dämpfeinrichtungen versehen und gleitet in dem Zylinder 2. Der Dürchfluftkanal 13"befindet sich zwischen dem Arbeitsraum IO und dem Ausgleichsraun 12 und wird durch die be~ lastungs- und/oder temperaturabhängige Dämpfeinrichtung im Querschnitt verändert»

Diese Dänpfeinrichtung wird gebildet durch einen Vehtilkörper IU, der in einer den Durchflußkanäl 13 durchsetzenden Bohrung der Ventilplatte 7 verschiebbar angeordnet ist. Im Bereich des Durchfluß-* kanales 13 weist dieser Ventilkörper Schrägflächen 21 auf, die einen der Stellung des Ventilkörpers entsprechenden Durchflußquerschnitt ergeben. In dem Gehäuse 16, welches außen am Behälterrohr 1 sitzt, ist die Steuermembrane 15 eingespannt. In der Mitte ist die Steuermembrane zwischen zwei sich nur über einen Teil der Menbranflache erstreckenden Scheiben angeordnet und mit dem Ventilkörper IU fest verbunden. Der Steuerraum 17, der mit einen» Fluid bzw. mit Paraffin

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gefüllt ist und eine Feder 18 aufweist, die sich an der Innenwand des Gehäuses 16 und über eine Scheibe auf der Steuermembrane 15 abstützt, wird durch die Steuermembrane 15 von dem Raum,der durch die Verbindungsöffnung 20 mit dem Ausgleichsraum 12 ständig verbunden ist, getrennt. In diesen Raum mündet der sich im Steuerkörper IU befindende Kanal 19, so daß in der Sackbohrung der Ventilplatte 7 derselbe Druck herrscht wie im Ausgleichsraum 12.

Die nachfolgende Beschreibung der Wirkungsweise beschränkt sich im wesentlichen auf die Funktion der belastungs- und/oder temperaturabhängigen Dämpfeinrichtung, da dieser Schwingungsdämpfer entsprechend der gezeigten Ausfuhrungsform sonst hinsichtlich der Wirkungsweise den bekannten Zweirohr-Schwingüngsdämpfern entspricht. Das bei den Zweirohr-Schwingungsdämpfern übliche Bodenventil ist hierbei mit dem \ den Zylinder abschließenden Bauteil, welches als Ventilplatte 7 bezeichnet wird, vereinigt. Diese Ventilplatte 7 trägt nicht nur das Zugventil 8 und das Druckventil 9, sondern dient gleichzeitig als ; Führung für die Kolbenstange 3, so daß diese Kolbenstange 3 bei größeren Biegebeanspruchuiigen in dieser Führung zur Anlage kommt und damit die Durchbiegung der Kolbenstange 3 begrenzt wird. ; J

Da sich der Zylinder 2 nur über einen Teil der Länge des Behälterrohres 1 erstreckt, ist es möglich, zwischen der Kolbenstangenführung 5 und der Ventilplatte 7 ein Distanzrohr 6 anzuordnen, welches einen wesentlich geringeren Durchmesser als der Zylinder 2 aufweist. Hierdurch ergibt sich, daß der Querschnitt des Ausgleichsraumes 12 wesentlich größer wird und dementsprechend eine kleine ülspier;elgeschwindigkeit selbst bei größerem ein- bzw. ausfahrendem Kolbenstangenvolumen erzielt wird. Hierdurch wird die mmmm Verschäumungsgefahr wesentlich herabgesetzt.

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Die belastungs- und/oder temperaturabhängige Dämpfwirkung wird durch den Ventilkörper 14 erzielt, dessen Schrägflächen 21 je nach Stellung dieses Ventilkörpers IH einen entsprechenden Durchlaßquerschnitt im Durchflußkanal 13 zwischen dem Arbeitsraum 10 und dem Ausgleichsraum 12 freigibt. Dieser Ventilkörper IH, der mit der Steuermembrane 15 mittels der beiden Scheiben fest verbunden ist, · führt in der radial gerichteten Bohrung der Ventilplatte 7 eine axial gerichtete Bewegung entsprechend den auf die Steuermembrane 15 ausgeübten Drücken aus. Auf der einen Seite wird dabei diese Membrane von dem Druck des im Steuerraum befindlichen Füllmediums und der Feder 18 beaufschlagt, während auf der anderen Seite der Steuermembrane 15 der Druck im Ausgleichsraum 12 wirksam wird. Hierzu dient die Verbindungsöffnung 20, welche eine ständige Verbindung des Raumes vor der Membrane mit dem Ausgleichsraum 12 herstellt. Die Feder 18 im Steuerraum 17 bewirkt eine genau definierte Form der Steuermembrane 15, da die Kraft der Feder 18 auf die Membrane in derselben Richtung wirksam ist, wie die Kraft durch das Füllmedium im Steuerraum 17. Die Gleichgewichtslage für den Ventilkörper IH ist dementsprechend erreicht, wenn die vom Ausgleichsraum 12 auf die Steuermembrane ausgeübte Kraft gleich der Summe der entgegengesetzt gerichteten Kräfte, herrührend vom Druck des Füllmediums im Steuerrauni 17 und der Federkraft der Feder 18,ist. Das heißt, der Druck des Füllmediums im Steuerraum 17 ist ständig etwas niederer als der im Ausgleichsraum 12 und die Steuermembrane 15 wird dadurch ständig die in den Figuren gezeigte Stellung annehmen und so eine eindeutige Zuordnung von Druck und Stellung des Ventilkörpere If gewährleisten. Der Ventilkörper IH ist in der radial gerichteten Bohrung der Ventilplatte 7 ohne jegliche Dichtung geführt. Das Spiel zwischen Ventilkörper IH und der Bohrung in der Ventilplatte 7 kann so gewählt werden, daß es dem kleinsten VoröffnungsquerBchnitt entspricht, so da/s

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je nach gewünschtem Dämpfdiagramm entweder für die Ventile der
Zugdämpfung bzw. die Ventile der Druckdämpfung keine zusätzliche
Voröffnung angeordnet sein braucht. Durch den Kanal 19 im Ventilkörper 14 wird ein Ausgleich zwischen dem Ende der Führungsbohrung
und dem Ausgleichsraum 12 geschaffen, so daß man ständig eine vom
.Dämpfdruck unabhängige Stellung des Ventilkörpers IH erhält. Ist \ der Steuerraum 17 mit einer Flüssigkeits- und Gasfüllung entsprechend ; der Füllung des Schwingungsdämpfers versehen, deren Volumenverhält- ^; nis auch der Füllung des Schwingungsdämpfers entspricht, so findet ι keine Temperaturregelung statt.

Bei Belastungsänderung des Fahrzeuges taucht die Kolbenstange 3 tie- " fer in den Behälter 1 ein, wodurch Verdrängung des eingefahrenen
Kolbenstangenvolumens im Ausgleichsraum 12 sich ein höherer Druck ^! einstellt. Diese Druckerhöhung im Ausgleichsraum 12 wirkt sich über
die Verbindungsöffnung 20 im Behälterrohr 1 auf die Steuermembrane i 15 aus und bewirkt ein Verschieben des Ventilkörpers IH nach rechts.
Diese Bewegung bewirkt, daß die Schrägflächen 21 des Ventilkörpers ■ 11 den Querschnitt des Durchflußkanales 13 zwischen dem Arbeitsraum i

ι 10 und dem Ausgleichsraum 12 verkleinern und dementsprechend eine !

größere Dämpfwirkung erzielt wird. Bei Entlastung des Fahrzeuges . · ä

• i wirkt sich der geringere Druck im Ausgleichsraum 12 analog auf die !

Steuermembrane 15 aus und bewirkt eine Bewegung des Ventilkörpers m

nach links und dadurch eine Vergrößerung des Querschnittes durch die i

Schrägflächen 21 im Durchflußkanal 13, d. h., in diesem Fall wird '

die Dämpfkraft vermindert. In beiden Fällen wird die Zug- und Druck- ι

dämpfung geregelt, jedoch findet keine voneinander unabhängige Rep.e- | lung der Dämpfwirkung statt.

Je nach Auslegung des Steuerraumes 17 und entsprechender Füllung
dieses Raumes ist es möglich, eine zusätzliche Temperaturregelung zu j

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erzielen. Wird in aem Steuerraum 17 ein Medium mit großer thermischer Volumenänderung angeordnet, wie beispielsweise Paraffin, so findet die Temperaturregelung in einem anderen Obersetzungsverhältnis als die Druckregelung statt. Es ist also ohne weiteres möglich, durch geeignete Füllung des Steuerraumes 17 die Dämpfkraft auch temperaturabhängig zu beeinflussen. <

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf die beispielsweise dargestellte Ausführungsform, sondern kann im Rahmen des Erfindungsgedankens weitgehend abgewandelt werden. Beispielsweise ist ohne weiteres ein Niveauregelanschluß im Ausgleichsraum möglich, wobei bedingt durch die Gasaufnahme des Öles zwischen der Gas- und Flüssigkeitsfüllung eine bewegliche Trennwand in Form eines Trennkolbens oder einer Membrane angeordnet sein müßte. Auch die hierbei im Ausgleichsraum stattfindende Druckänderung bewirkt eine Änderung bezüglich der Dämpfkraft durch die erfindungsgemäße Dämpfeinrichtung.

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PAD ORlQINAt.

Claims

Patentansprüche:

1. Schwingungsdämpfer, Federbein oder hydropneumatische Federung

mit belastungs- und/oder temperaturabhängiger Schwingungsdämpfung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Behälter, in dem ein Zylinder angeordnet ist, wobei in diesem Zylinder ein Kolben gleitet, der fest mit einer am Behälteraustritt abgedichteten Kolbenstange verbunden ist, während zwischen einem der Arbeitsräume und dem Ausgleichsraum eine in Abhängigkeit der Belastung wirkende Dämpfeinrichtung angeordnet ist, die durch den Druck eines im Ausgleichsraum befindlichen Fluids betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die belastungs- und/oder temperaturabhängig wirkende Dämpfeinrichtung einen Ventilkörper (14) aufweist, der mit einer Steuermembrane (15) verbunden ist und diese Steuermembrane (15) zwischen einem mit Druckmedium gefüllten Steuerraum

(17) und dem Ausgleichsraum (12) angeordnet ist und die beiden Räume voneinander trennt.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Steuerraum (17) zusätzlich zu dem Druckmedium eine Feder

(18) angeordnet ist, die mit der Steuermembrane (15) in Verbindung steht.

3. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (IU) als Kolben ausgebildet und in einer zylindrischen Bohrung angeordnet ist, wobei diese Bohrung einen den Arbeitsraum (10) mit dem Ausgleichsraum (12) verbindenden Durchflußkanal (13) durchsetzt, während der Ventilkörper (m) in diesem Bereich mit Schrägflächen (21) versehen ist.

4. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1-3, dauurch ^ekennzeich-

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net, daß die Bohrung für den Ventilkörper (IU) als Sackbohrung ausgebildet ist und der Ventilkörper (IH) einen in diese Sackbohrung mündenden Kanal (19) aufweist, dessen anderes Ende mit dem Fluid des Ausgleichsraumes (12) in Verbindung steht.

5. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 - U, dadurch gekennzeich net, daß in dem Steuerraum (17) eine Öl-Gasfüllung angeordnet ist, deren Volumenverhältnis der Füllung des Schwingungsdämpfers entspricht.

6. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 - U, dadurch gekennzeich net, daß in dem Steuerraum (17) ein Medium mit großer thermischer ,

Volumenänderung, wie Paraffin oder ähnl. Stoffe, angeordnet ist. '

7. Schwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1-6, bei dem der Zylinder sich nur über einen Teil der Länge des Behälters erstreckt, da- ' durch gekennzeichnet, daß der Abschlußdeckel dieses Zylinders als _: Ventilplatte (7) ausgebildet ist und die Sackbohrung für den .! Ventilkörper (IU) sowie den Durchflußkanal (13) zwischen dem

; Arbeitsraum (10) und dem Ausgleichsraum (12) aufweist sowie eine ,, Führung für die Kolbenstange (3) besitzt.

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