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Die Erfindung betrifft ein Ausgleichselement für ein hydraulisches Wankstabilisatorsystem eines Kraftfahrzeugs gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art sowie ein hydraulisches Wankstabilisatorsystem gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 8 angegebenen Art.
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Hydraulische Wankstabilisatorsysteme für Kraftfahrzeuge sind hinreichend bekannt und beispielsweise in der
DE 195 105 33 und
DE 197 190 29 offenbart.
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Hierbei ist den gegenüberliegenden Rädern eine Achse jeweils eine zwischen Kraftfahrzeugaufbau und Radaufhängungselement angeordnete Zylinder-Kolbeneinheit zugeordnet, deren Arbeitskammern jeweils unter Zwischenschaltung eines federbelasteten Wirkraums kreuzweise miteinander verbunden sind. Durch die kreuzweise Verbindung der jeweiligen Arbeitskammern der beider Zylinder-Kolbeneinheiten kann eine Stabilisierung des Fahrzeugs im Wankfall erzeugt werden. Im Wankfall wird ein federbelasteter Wirkraum mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt und dessen Federelement wird komprimiert. Dadurch steigt der Druck in diesem Hydraulikkreis. Der zweite Wirkraum federt aus (negativer Federweg) und fördert dessen Hydraulikvolumen in die Arbeitskammern der Zylinder-Kolbeneinheiten, wobei der Druck in diesem Hydraulikkreis abnimmt. Wegen des unterschiedlichen Druckniveaus in den Arbeitskammern der Zylinder-Kolbeneinheiten wird eine wegabhängige Stabilisatorkraft erzeugt, die dem Einfederweg entgegen wirkt. Bei einer beidseitiger Einfederbewegung dagegen ist der Stabilisator ohne Funktion. Die Hydraulikvolumina werden nur von einer Zylinder-Kolbeneinheit zur anderen geschoben, ohne die federbelasteten Wirkräume zu aktivieren.
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Nachteilig hierbei ist, dass nach dem Stand der Technik zwei federbelastete Wirkräume benötigt werden. Dies hat eine erhöhte Bauteilanzahl, einen großen benötigten Bauraum und eine erhöhte Reibung, wegen der Verwendung von zwei Kolben, zur Folge. Gerade wegen der hohen Haftreibung und des daraus resultierenden schlechten Ansprechverhaltens (Slip Stick Effekt) werden daher hydraulische Wangenstabilisatorsysteme nur sehr bedingt verwendet. Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung von zwei federbelasteten Wirkräumen ist, dass die Federn in beiden Ausgleichselementen vorzuspannen sind. Nur so kann der erforderliche negative Federweg im Wankfall erzeugt werden. Durch das Vorspannen der Federn wird in beiden Hydraulikkreisen ein hydraulischer Vorspanndruck erzeugt, der wegen des größeren Druckes auf die Hydraulikdichtungen ebenfalls die Systemreibung weiter erhöht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ausgleichselement für ein hydraulisches Wankstabilisatorsystem eines Kraftfahrzeugs gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zur Verfügung zu stellen, welches eine kompaktere Bauform sowie eine geringere Haftreibung aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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Die Unteransprüche 2 bis 7 bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein hydraulisches Wankstabilisatorsystem für ein Kraftfahrzeug gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 8 angegebenen Art derart fortzubilden, dass ein reibungsoptimierter Betrieb des hydraulischen Wankstabilisatorsystems ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 8 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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Die Unteransprüche 9 und 10 bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bei dem Ausgleichselement für ein hydraulisches Wankstabilisatorsystem eines Kraftfahrzeugs sind erfindungsgemäß die beiden Wirkräume in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und über einen im Gehäuse geführten Kolben voneinander getrennt, wobei der im Gehäuse geführte Kolben seinerseits zwei gegenüberliegende, aus dem Gehäuse hinausragende federbelastete Kolbenstangen aufweist.
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Durch die erfindungsgemäße Integration der beiden Wirkräume in ein gemeinsames Gehäuse, ist nunmehr in vorteilhafter Weise sicher gestellt, dass der benötigte Bauraum geringer ist und eine geringere Bauteilanzahl benötigt wird. Da zudem bei dem erfindungsgemäßen Ausgleichselement nur noch ein Kolben benötigt wird, ist zudem in vorteilhafter Weise die Haftreibung deutlich reduziert.
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Vorzugsweise sind dabei die Kolbenstangen als Hohlkörper mit einer im Bereich des Kolbens angeordneten Querbohrung ausgebildet. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise ein Zu- bzw. Abfluss von Hydraulikflüssigkeit über die Kolbenstange ermöglicht. D. h. ein weiterer u. U. wieder zusätzlichen Bauraum beanspruchender Hydraulikanschluss ist nicht erforderlich.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen den beiden Wirkräumen ein Ventil eingebracht. Das Ventil kann z. B. in dem die beiden Wirkräume trennenden Kolben eingebracht sein. Denkbar ist aber auch, dass das Ventil außerhalb des Ausgleichselement angeordnet ist und die beiden, die Wirkräume kreuzweise miteinander verbindende Hydraulikleitungen miteinander verbindet. Durch das zusätzliche Anbringen des Ventils können die beiden Wirkräume und damit die Hydraulikkreisläufe miteinander verbunden und somit die Stabilisatorfunktion zeitweise ausgeschaltet werden. Dies kann zum einen vorteilhaft im Offroadeinsatz genutzt werden, wenn große Achsverschränkungen ohne Stabilisator benötigt werden, oder aber zur aktiven Fahrwerksregelung. So kann bei reiner Geradeausfahrt durch Öffnen des Ventils die Stabilisator-funktion ausgeschaltet und eine weichere Aufbaufederung sowie ein geringeres Kopieren der Fahrbahnunebenheiten erzielt werden. Bei Beginn der Kurvenfahrt kann dieses Ventil wieder geschlossen und der Stabilisator wieder aktiviert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist im Eingang zu den beiden Wirkräumen jeweils ein Drosselventil angeordnet. In vorteilhafter Weise ist durch die Integration der Drosselventil auch eine Wankdämpfung des Systems realisiert.
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Zur Realisierung der erforderlichen Federvorspannung der Kolbenstange ist gemäß einer Ausführungsform jeweils an dem aus dem Gehäuse hinausreichenden Ende der Kolbenstange ein Federteller angeordnet und am Gehäuse ist eine entsprechende Federauflage ausgebildet, wobei jeweils zwischen Federteller und Federauflage eine Spiralfeder angeordnet ist. Diese Ausführungsform erweist sich aufgrund ihrer konstruktiven Einfachheit von Vorteil.
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Vorzugsweise ist zwischen Federteller und Spiralfeder bzw. zwischen Spiralfeder und Federauflage ein Axiallager angeordnet. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass bei Kompression der Feder deren einhergehende Verdrehung mit möglichst wenig Wiederstand erfolgen kann, dass heißt, dass die Federreibung reduziert ist.
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Denkbar ist aber auch, dass anstelle der Spiralfeder ein anderes Federelement, z. B. Gas- oder Elastomerfeder, verwendet wird.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein hydraulisches Wankstabilisatorsystem für eine Achse eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine jeweils einem Rad der Achse zugeordnete, zwischen Kraftfahrzeugaufbau und einem Radaufhängungselement angeordnete, erste und zweite Zylinder-Kolbeneinheit deren Arbeitskammern über Hydraulikleitungen kreuzweise miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß sind die Hydraulikleitungen unter Zwischenschaltung eines einzigen Ausgleichselements kreuzweise miteinander verbunden. Die Verwendung eines einzigen Ausgleichselements erweist sich als besonders vorteilhaft, da hierdurch in der bereits beschriebenen Art und Weise Bauraum und Haftreibung erheblich reduziert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass trotz einer Vorspannung der Federn zur Erzielung des erforderlichen negativen Federwegs kein unnötig hoher Vorspanndruck in den beiden Hydraulikkreisen erzeugt wird, da sich die Vorspannkräfte der Federn am Kolben gegenseitig aufheben und so die Reibungskräfte an den Dichtungen zusätzlich reduziert werden.
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Vorzugsweise ist eine Steuer-/Regeleinheit vorgesehen, über die das Ventil im Kolben oder die Drosselventile des Ausgleichselement aktiv ansteuerbar sind. Durch eine aktive Steuerung des Ventils im Kolben ist es möglich, dieses auch zur Fahrdynamikregelung zu nutzen. Durch geregeltes Zu- und Abschalten der Stabilisatoren an Vorder- und Hinterachse und der daraus resultierenden Radlastverlagerung kann das Eigenlenkverhalten des Fahrzeug beeinflusst werden. Die Funktion des elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) lässt sich somit weiter ausbauen und verbessern. Durch die aktive Ansteuerung der Drosselventile ist in vorteilhafter Weise eine gewünschte Wankdämpfung in Abhängigkeit der Fahrsituation realisierbar.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden als Zylinder-Kolbeneinheit die Fahrwerksschwingungsdämpfer verwendet, wobei jeder Arbeitskammer in ihrer Hydraulikleitung eine Dämpfungsdrossel sowie ein parallel dazu angeordnetes, den Abfluss aus der jeweiligen Arbeitskammer sperrendes Rückschlagventil, zugeordnet ist. Durch die Verwendung der Fahrwerksschwingungsdämpfer als Zylinder-Kolbeneinheiten werden in vorteilhafter Weise weitere Bauteile eingespart.
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Durch diese Maßnahmen können die Fahrwerkschwingungsdämpfer als Zylinder-Kolbeneinheit verwendet werden, dass heißt weitere Bauteile können eingespart werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
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In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
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In der Zeichnung bedeutet:
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1 Eine schematische Darstellung eines hydraulischen Wankstabilisatorsystem nach dem Stand der Technik;
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2 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Wankstabilisatorsystems unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Ausgleichselement;
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3 das hydraulische Wankstabilisatorsystem aus 2 mit einem optimierten Ausgleichselements mit zusätzlichem Ventil im Kolbenboden;
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4 das hydraulische Wank- und Stabilisatorsystem aus 2 mit einem optimierten Ausgleichselement mit integrierten Wankdämpfungsventilen, und
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5 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Wankstabilisatorsystem unter Verwendung der Fahrwerkschwingungsdämpfer als Zylinder-Kolbeneinheiten.
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In der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren werden zur Vermeidung von Wiederholungen gleiche Bauteile und Komponenten mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern keine weitere Differenzierung erforderlich oder sinnvoll ist.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein insgesamt mit der Bezugszeichen 10 bezeichnetes hydraulisches Wankstabilisatorsystem für eine Achse eines Kraftfahrzeugs nach dem Stand der Technik.
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Das Wankstabilisatorsystem 10 umfasst eine erst und eine zweite Zylinderkolbeneinheit 12, 14. Die erste und zweite Zylinder-Kolbeneinheit sind jeweils einem Rad der Achse zugeordnet und in bekannter Art und Weise jeweils zwischen einem Kraftfahrzeugaufbau und einem Radaufhängungselement angeordnet sind. Auf eine Darstellung der Achse, der Räder der Achse, des Kraftfahrzeugaufbaus sowie und den Radaufhängungselementen wurde vorliegend aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
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Die erste Zylinder-Kolbeneinheit 12 weist eine erste Arbeitskammer 16, eine zweite Arbeitskammer 18 sowie einen, die beiden Arbeitskammer 18, 20 trennenden, in der Zylinder-Kolbeneinheit geführten Kolben 20 auf. Entsprechend weist auch die zweite Zylinder-Kolbeneinheit 14 eine erste Arbeitskammer 22, eine zweite Arbeitskammer 24 sowie einen Kolben 26 auf.
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Die Arbeitskammern 16, 18, 22, 24 sind mittels Hydraulikleitungen 28, 30 kreuzweise miteinander verbunden. D. h., die erste Arbeitskammer 16 der ersten Zylinder-Kolbeneinheit 12 ist über die Hydraulikleitung 28 mit der zweiten Arbeitskammer 24 der zweiten Zylinder-Kolbeneinheit 14 verbunden und die zweite Arbeitskammer 18 der ersten Zylinder-Kolbeneinheit 12 ist über Hydraulikleitung 30 mit der ersten Arbeitskammer 22 der zweiten Zylinder-Kolbeneinheit 14 verbunden ist.
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Um die erforderlichen Drücke zur Stabilisierung des Fahrzeugs erzeugen zu können, ist der ersten Hydraulikleitung 28 erster Wirkraum 32 mit einem mittels einem Federelement 34 vorgespannten Kolben 36, sowie der zweiten Hydraulikleitung 30 eine zweiter Wirkraum 38 mit einem mittels einem Federelement 40 vorgespannten Kolben 42 zugeordnet.
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Aufgrund der beiden Kolben 36, 42 weist das System gemäß dem Stand der Technik eine verhältnismäßig hohe Reibung auf. Insbesondere aufgrund der hohen Haftreibung und des daraus resultierenden schlechten Ansprechverhaltens (slip stick effekt) werden bis heute hydraulische Wankstabilisatorsysteme nur bedingt verwendet. Ein weiterer Nachteil ist, dass die beiden Federelemente 34, 40 vorzuspannen sind, da nur so der erforderliche negative Federweg im Wankfall erzeugt werden kann. Durch das notwendige Vorspannen der Federelemente 34, 40 wird in beiden Hydraulikleitungen 28, 30 ein hydraulischer Vorspanndruck erzeugt, der wegen des größeren Druckes auf die Hydraulikdichtungen ebenfalls die Systemreibung weiter erhöht.
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Wie aus 2 ersichtlich ist nun zur Vermeidung der oben genannten Nachteile lediglich ein als Ausgleichselement 44 bezeichnetes Bauteil vorgesehen, über das die Arbeitskammern 16, 24 bzw. 18, 22 mittels Hydraulikleitungen 28 bzw. 30 kreuzweise miteinander verbunden sind.
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In dem Ausgleichselement 44 sind die beiden Wirkräume 36, 38 über einen Kolben 46 getrennt. Der Kolben 46 weist seinerseits zwei gegenüberliegende, aus dem Gehäuse des Ausgleichselement 44 hinausreichende Kolbenstangen 48, 50 auf. An den Enden der Kolbenstangen 48, 50 ist jeweils ein Federteller 52, 54 montiert auf dem jeweils ein Federelement 34, 40 aufliegt. Die anderen Enden der Federelemente 34, 40 liegen direkt auf einer am Gehäuse des Ausgleichselement 44 ausgebildeten Federauflage 56 auf.
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Da das erfindungsgemäße Ausgleichselement 44 nunmehr nur noch einen Kolben 46 aufweist, ist die Reibung deutlich reduziert. Ein weiterer Vorteil ist, dass trotz der Vorspannung der beiden Federelemente 34, 40 zur Erzielung des erforderlichen negativen Federweges in den beiden Hydraulikleitungen 28, 30 kein zusätzlich unnötiger Vorspanndruck neben den in den Stoßdämpfern üblichen Standartdrücken erzeugt wird, da sich die Vorspannkräfte der Federelemente am Kolben 46 gegenseitig aufheben.
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Wie 2 weiter zu entnehmen ist, sind die beiden Kolbenstangen 48, 50 als Hohlkörper, mit einer im Bereich des Kolbens angeordneter Querbohrung ausgebildet, so dass eine bauraugünstige Befüllung der Wirkräume 32, 38 ermöglicht ist.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist in den Kolben 46 des Ausgleichselement 44 ein Ventil 58 eingebracht. Mittels des Ventils 58 können die beiden Wirkräume 32, 38 miteinander verbunden und somit die Stabilisatorfunktion ausgeschaltet werden.
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Wie 4 zu entnehmen ist, sind bei dieser Ausführungsform an den Eingängen des Ausgleichselement 44 jeweils Drosselventile 60, 62 vorgesehen. Hierdurch ist auf eine einfache Art und Weise eine Wankdämpfung ermöglicht.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines hydraulischen Wankstabilisatorsystems unter Verwendung des erfindungsgemäßen Ausgleichselement 44 ist in 5 dargestellt. Als Zylinder-Kolbeneinheit werden nunmehr die Fahrwerksschwingungsdämpfer 64, 66 verwendet. Um die Dämpfer 64, 66 hierzu verwenden zu können, sind die Hydraulikleitungen 28, 30 im Bereich einer jeden Arbeitskammer 16, 18, 22, 24 jeweils eine Dämpfungsdrossel 68 sowie ein parallel zu jeder Dämpfungsdrossel 68 angeordnetes, den Abfluss aus der jeweiligen Arbeitskammer 16, 18, 22, 24 sperrendes Rückschlagventil 70 versehen, um eine unnötig harte Dämpfung beim beidseitigen Einfedern durch das Durchströmen zweier in Reihe geschalteter Drosseln zu umgehen.
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Im Wankfall, also bei unterschiedlichen Ein-/Ausfederwegen bei beiden Rädern einer Achse wird das Hydraulikvolumen des einen Hydraulikkreises 28, 30 nach Durchströmen der jeweiligen Dämpferdrossel 68 in das Ausgleichselement 44 verdrängt. Das Hydraulikfluid, welches zeitgleich aus dem Ausgleichselement 44 in die Arbeitskammern 16, 18, 22, 24 der Dämpfer 64, 66 befördert wird, kann die Drossel 68 mit Hilfe der Rückschlagventile 70 umströmen, um nicht eine zusätzliche Dämpfung zu erzeugen. Bei gleichseitigen Ein- bzw. Ausfedern wird das Hydraulikvolumen des einen Dämpfers 64 kreuzweise in den anderen Dämpfer 66 verdrängt. Dabei würde das Hydraulikfluid die Drosselstellen 68 beider Dämpfer durchströmen. Um auch hier die gewünschte Dämpfercharakteristik beizuhalten, werden auch hier die Rückschlagventile 70 zum Umströmen der nicht gewünschten Dämpfungsdrossel 68 benötigt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wankstabilisatorsystem
- 12
- erste Zylinder-Kolbeneinheit
- 14
- zweite Zylinder-Kolbeneinheit
- 16
- erste Arbeitskammer der ersten Zylinder-Kolbeneinheit
- 18
- zweite Arbeitskammer der ersten Zylinder-Kolbeneinheit
- 20
- Kolben der ersten Zylinder-Kolbeneinheit
- 22
- erste Arbeitskammer der zweiten Zylinder-Kolbeneinheit
- 24
- zweite Arbeitskammer der zweiten Zylinder-Kolbeneinheit
- 26
- Kolben der zweiten Zylinder-Kolbeneinheit
- 28
- Hydraulikleitung
- 30
- Hydraulikleitung
- 32
- erster Wirkraum
- 34
- Federelement des ersten Wirkraums
- 36
- Kolben des ersten Wirkraums
- 38
- zweiter Wirkraum
- 40
- Federelement des zweiten Wirkraums
- 42
- Kolben des zweiten Wirkraums
- 44
- Ausgleichselement
- 46
- Kolben des Ausgleichselement
- 48
- Kolbenstange
- 50
- Kolbenstange
- 52
- Federteller
- 54
- Federteller
- 56
- Federauflage
- 58
- Ventil
- 60
- Drosselventil
- 62
- Drosselventil
- 64
- Fahrwerksschwingungsdämpfer
- 66
- Fahrwerksschwingungsdämpfer
- 68
- Dämpfungsdrossel
- 70
- Rückschlagventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19510533 [0002]
- DE 19719029 [0002]