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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System mit
beschränktem Durchgang, wie es durch den Oberbegriff des Patentanspruchs
1 festgelegt ist. Ein solches System ist aufgrund von DE-A-3731024 bekannt.
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In den ausgelegten japanischen Patenten Nr. 1-135938 und Nr. 2-176230
wird eine ein elektrorheologisches Fluid enthaltende
Schwingungsdämpfungsvorrichtung beschrieben, bei der die Viskosität des in einem System mit
beschränktem Durchgang zwischen Elektroden hindurchströmenden,
elektrorheologischen Fluids entsprechend der Spannung zwischen den Elektroden oder
der Stärke des elektrischen Feldes erhöht werden kann, um die
Dämpfungskraft zu ändern.
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Bei der in dem ausgelegten japanischen Patent Nr. 1-135938
beschriebenen Vorrichtung ist der beschränkte Durchgang ein
zickzackförmiger Durchgang, der sich in der radialen Richtung nach außen und nach
innen erstreckt, so daß die volle Länge des Durchgangs, und damit die Länge
der Elektrode nicht bis auf eine zufriedenstellende Länge vergrößert werden
kann, und folglich die vorgegebene Dämpfungskraft nicht erhalten werden
kann. Außerdem ist der beschränkte Durchgang an einem Ende an einer Seite
eines Befestigungselements befestigt, und an dem anderen Ende an einem
Bereich eines beweglichen Elements befestigt, um die Querschnittsfläche des
Durchgangs entsprechend einer relativen Verschiebung zwischen dem
Befestigungselement und dem beweglichen Element zu ändern, wodurch sich das
Problem ergibt, daß eine stabile Dämpfungskraft nicht immer erhalten werden
kann.
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Bei der Vorrichtung des ausgelegten japanischen Patents Nr. 2-176230
ist die volle Länge des zwischen einem Kolben und einem Dämpfergehäuse
gebildeten, beschränkten Durchgangs klein, so daß sich das Problem ergibt,
daß keine große Dämpfungskraft erhalten wird.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher, die obenerwähnten
Nachteile der herkömmlichen Technik auf vorteilhafte Weise zu beseitigen,
und ein System mit beschränktem Durchgang für eine
Schwingungsdämpfungsvorrichtung vorzuschlagen, das entsprechend dem Verwendungszweck eine große
Dämpfungskraft erzeugen kann, wozu die Länge des beschränkten Durchgangs
groß genug gemacht wird, um die Länge der Elektrode groß genug zu machen.
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Die Erfindung ist durch den Patentanspruch 1, und ebenfalls durch den
Patentanspruch 3 festgelegt.
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Bei dem erfindungsgemäßen System mit beschränktem Durchgang ist
mindestens ein innerer und ein äußerer Kanal zwischen zylindrischen
Elementen gebildet, wobei diese Kanäle über in diesen Elementen gebildete
Löcher miteinander in Verbindung stehen. Das heißt, jeder dieser Kanäle
erstreckt sich von dem in dem inneren zylindrischen Element gebildeten Loch
bis zu dem in der Richtung des Durchmessers auf der entgegengesetzten Seite
in dem äußeren zylindrischen Element gebildeten Loch, so daß die gesamte
Länge der Kanäle groß genug gemacht werden kann. Außerdem dient das
zylindrische Element selbst als Elektrode, so daß die Länge der Elektrode
groß genug gemacht werden kann. Daher kann die Dämpfungskraft in Verbindung
mit der an die Elektrode angelegten Spannung bis auf einen vorgesehenen
Wert erhöht werden. Dies wird deutlich sichtbar, wenn die Anzahl der
zylindrischen Elemente zunimmt.
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Außerdem wird der zwischen den benachbarten zylindrischen Elementen
gebildete Kanal flüssigkeitsdicht verschlossen durch Befestigung eines
isolierenden Elements an dem oberen und dem unteren Ende dieser
zylindrischen Elemente, wodurch die Änderung der Querschnittsfläche des
Kanals während des Betriebs des Systems mit beschränktem Durchgang
zuverlässig verhindert werden kann.
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Wenn ein solches System mit beschränktem Durchgang beispielsweise bei
einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung angewandt wird, kann folglich die
Schwingungsenergie durch die große Dämpfungskraft sehr wirksam absorbiert
werden, und damit immer eine stabile Schwingungsdämpfungskraft erzeugt
werden.
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Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, die Folgendes darstellen:
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Die Figur 1 ist eine explodierte perspektivische Ansicht einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems mit beschränktem Durchgang.
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Die Figur 2 ist eine schematische Ansicht, die die Strömung eines
elektrorheologischen Fluids veranschaulicht.
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Die Figuren
3 bis 7 sind Längsschnitte verschiedener
Ausführungsformen der Schwingungsdämpfungsvorrichtung, bei denen das
erfindungsgemäße System mit beschränktem Durchgang verwendet wird.
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Die Figur 1 ist eine explodierte perspektivische Ansicht des
erfindungsgemäßen Systems mit beschränktem Durchgang, wobei die Kennziffern
1, 2 und 3 aus einem leitenden Material hergestellte, zylindrische Elemente
bezeichnen.
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Das innere, das mittlere, und das äußere zylindrische Element 1, 2
bzw. 3, die zur Festlegung eines Kanals beitragen, sind in der angegebenen
Reihenfolge in einem vorgegebenen Abstand konzentrisch angeordnet. Von
diesen Elementen dient das mittlere zylindrische Element 2 als positive
Elektrode, während das innere und das äußere zylindrische Element 1 bzw.
3 als negative Elektrode dienen.
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Um diese zylindrischen Elemente 1, 2 und 3 relativ zueinander zu
positionieren, sind zwei Verschlußelemente 4, 5 aus isolierendem Material
bei dem oberen bzw. unteren Endbereich dieser Elemente 1, 2 und 3
flüssigkeitsdicht aufgesteckt und befestigt, dadurch werden das obere und
das untere Ende dieser Elemente 1, 2 und 3 flüssigkeitsdicht durch den zwei
Verschlußelementen 4, 5 verschlossen.
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Wie bei dem unteren Verschlußelement 5 zu sehen ist, weist jedes
dieser Verschlußelemente 4 bzw. 5 auf: eine Wandfläche 5a, die ein
Durchgangsloch festlegt und an der äußeren Umfangsfläche des inneren
zylindrischen Elements 1 dicht anliegt, eine ringförmige Nut 5b, in die das
mittlere zylindrische Element 2 eingesteckt werden kann, und eine vertikale
Wandfläche 5c, die an der inneren Umfangsfläche des äußeren zylindrischen
Elements dicht anliegt. Außerdem dienen ein innerer und ein äußerer Bereich
5d bzw. 5e, die an die ringförmige Nut 5b angrenzen, bei jedem der
Verschlußelemente 4, 5 als Stopfen, der in den Zwischenraum zwischen den
benachbarten zylindrischen Elementen eingesteckt wird.
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Weiterhin ist jedes der Durchgangslöcher 6, 7, 8 in dem betreffenden
zylindrischen Element 1, 2 bzw. 3 an einer in der Richtung des Durchmessers
auf der jeweils entgegengesetzten Seite liegenden Stelle gebildet. Jedes
Loch hat vorzugsweise eine Größe, die ungefähr gleich der
Querschnittsfläche eines Kanals ist, wie dies weiter unten angegeben ist.
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Bei dem System mit beschränktem Durchgang, das die obige Struktur
aufweist, sind zwei Kanäle 9, und zwar ein innerer und ein äußerer Kanal,
zwischen den benachbarten zylindrischen Elementen festgelegt, wobei diese
Kanäle über das in dem mittleren zylindrischen Element 2 gebildete
Durchgangsloch 7 miteinander in Verbindung stehen, und über die
Durchgangslöcher 6, 8 zur Zuführung und Abführung des Fluids mit dem
äußeren Bereich des Systems in Verbindung stehen.
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Wenn beispielsweise ein elektrorheologisches Fluid von dem Loch 8
über die Kanäle 9 nach dem Loch 6 strömt, wie dies in der Figur 2
schematisch dargestellt ist, strömt es von dem Loch 8 über ungefähr die
halbe Umfangslänge des Kanals 9 nach dem in der Richtung des Durchmessers
auf der entgegengesetzten Seite liegenden Loch 7, und von dem Loch 7 längs
des Kanals 9 weiter nach dem in der Richtung des Durchmessers auf der
entgegengesetzten Seite liegenden Loch 6, so daß der Strömungsweg des
elektrorheologischen Fluids und damit die Gesamtlänge der Kanäle 9 im
Vergleich zu dem herkömmlichen Fall ziemlich groß wird.
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Die Länge der Elektrode wird also bei dem erfindungsgemäßen System
mit beschränktem Durchgang groß genug, so daß infolge der Wirkung des durch
die Kanäle 9 strömenden, elektrorheologischen Fluids eine sehr große
Dämpfungskraft erzeugt werden kann. Außerdem werden die zylindrischen
Elemente 1, 2 und 3 bei dem System mit beschränktem Durchgang durch die
Verschlußelemente 4 und 5 relativ zueinander festgehalten, so daß die
Querschnittsfläche der Kanäle über das gesamte System mit beschränktem
Durchgang auf einem konstanten Wert gehalten wird, und folglich die durch
dieses System mit beschränktem Durchgang erzeugte Dämpfungseigenschaft
immer konstant gemacht werden kann, um eine stabile Dämpfungskraft
sicherzustellen.
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Die Figur 3 gibt eine erste Ausführungsform der
Schwingungsdämpfungsvorrichtung wieder, bei der das obige System mit beschränktem Durchgang
verwendet wird. Das heißt, das System mit beschränktem Durchgang wird bei
einem oberen Endbereich eines Zylinders 11 angewandt, der eine innere
Buchse 11a und eine äußere Buchse 11b aufweist, die einen vorgegebenen
Abstand voneinander haben.
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Bei dieser Ausführungsform dienen das innere und das äußere
zylindrische Element 1 bzw. 3 als positive Elektrode, und dient das
mittlere zylindrische Element 2 als negative Elektrode, während die innere
Buchse 11a, die außerhalb des äußeren Umfangs des äußeren zylindrischen
Elements 3 angeordnet ist, und eine Verschlußbuchse 12 am oberen Ende, die
innerhalb des inneren Umfangs des inneren zylindrischen Elements 1
angeordnet ist, als negative Elektrode dienen. Der Kanal 9 hat also eine
im wesentlichen auf vier Abschnitte aufgeteilte Struktur, die eine sehr
große Gesamtlänge hat. Außerdem ist der Kanal 9 über ein in der inneren
Buchse 11a gebildetes Durchgangsloch 11c und einen zwischen der inneren und
der äußeren Buchse vorgesehenen Zwischenraum mit einer Kammer verbunden,
die unterhalb eines Kolbens 13 gelegen ist, der die innere Oberfläche der
inneren Buchse des Zylinders 11 gleitend berührt, und weiterhin über ein
in der Verschlußbuchse 12 gebildetes Durchgangsloch 12a mit einer über dem
Kolben 13 gelegenen Kammer verbunden.
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Bei dieser Ausführungsform ist der Zylinder 11 bei seinem unteren
Endbereich mit einer durch einen freien Kolben 14 festgelegten,
geschlossenen Gaskammer 15 versehen. Außerdem kann die geschlossene
Gaskammer 15, wenn erforderlich, mit der Atmosphäre verbunden werden.
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Wenn bei der wiedergegebenen Schwingungsdämpfungsvorrichtung ein
elektrorheologisches Fluid 16 eingefüllt wird, und die relative
Verschiebung zwischen dem Zylinder 11 und dem Kolben 13 in einer solchen
Richtung erfolgt, daß die unterhalb des Kolbens 13 gelegene Kammer
verkleinert wird, strömt das in dieser Kammer enthaltene
elektrorheologische Fluid 16 über den zwischen der äußeren und der inneren Buchse
des Zylinders 11 festgelegten Zwischenraum in die Kanäle 9, wobei die
geschlossene Gaskammer ein wenig verkleinert wird, und auf die gleiche
Weise, wie dies in der Figur 2 gezeigt ist, durch die Kanäle hindurch, und
dann über das Durchgangsloch 12a der Verschlußbuchse 12 und einen zwischen
der Buchse 12 und der Kolbenstange 13a festgelegten Zwischenraum in die
über dem Kolben 13 gelegene Kammer. Wenn andererseits die relative
Verschiebung zwischen dem Zylinder 11 und dem Kolben 13 in einer solchen
Richtung erfolgt, daß die über dem Kolben gelegene Kammer verkleinert wird,
strömt das in dieser Kammer enthaltene elektrorheologische Fluid 16 in der
zu dem vorherigen Fall entgegengesetzten Richtung über die Kanäle 9 in die
unter dem Kolben 13 gelegene Kammer.
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Wenn bei einer solchen Strömung des elektrorheologischen Fluids 16
keine Spannung zwischen der positiven und der negativen Elektrode angelegt
ist, hat die Dämpfungskraft des Systems mit beschränktem Durchgang einen
relativ niedrigen Wert, der durch die natürliche Viskosität des
elektrorheologischen Fluids 16, die Querschnittsfläche und die Länge des
Kanals für das elektrorheologische Fluid 16 und dergleichen bestimmt wird,
so daß, wenn ein solches System mit beschränktem Durchgang bei einer
Schwingungsdämpfungsvorrichtung angewandt wird, in Verbindung mit der
Vergrößerung der geschlossenen Gaskammer 15 ausgezeichnete
Schwingungsisoliereigenschaften gegenüber Hochfrequenzschwingungen erhalten werden
können.
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Wenn andererseits eine Spannung zwischen der positiven und der
negativen Elektrode angelegt wird, wird das elektrorheologische Fluid 16
über die volle Länge der Kanäle 9, die eine auf vier Abschnitte aufgeteilte
Struktur haben, einem elektrischen Feld unterworfen, und folglich wird die
Viskosität entsprechend der Stärke des elektrischen Feldes erhöht, wodurch
aufgrund der Strömung des hochviskosen elektrorheologischen Fluids 16 durch
die Kanäle 9 eine sehr hohe Dämpfungskraft, beispielsweise eine
Schwingungsdämpfungskraft, erzeugt werden kann.
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Die Figur 4 gibt eine zweite Ausführungsform der
Schwingungsdämpfungsvorrichtung wieder, bei der das System mit beschränktem
Durchgang bei einem in einem Zylinder gleitend verschiebbaren Kolben
angewandt ist. In diesem Fall weist der Kolben 13 auf: ein inneres
zylindrisches Element 1 und ein äußeres zylindrisches Element 3, die als
positive Elektrode dienen, ein mittleres zylindrisches Element 2, das als
negative Elektrode dient, eine äußere Umhüllung 18, die das äußere
zylindrische Element 3 bei einem gewissen Abstand in der radialen Richtung
umschließt und eine innere Wandfläche eines Zylinders 11 gleitend berührt,
und eine innere Umhüllung 19, die innerhalb des inneren zylindrischen
Elements 1 bei einem gewissen Abstand in der radialen Richtung angeordnet
ist und mit der äußeren Umhüllung 18 zu einem einzigen Teil vereinigt ist.
Außerdem dienen die äußere Umhüllung 18 und die innere Umhüllung 19 als
negative Elektrode. Ähnlich wie bei der Ausführungsform der Figur 3 wird
also in dem Kolben ein langer Kanal 9 gebildet, der im wesentlichen eine
auf vier Abschnitte aufgeteilte Struktur hat, und über ein in der äußeren
Umhüllung 18 gebildetes Durchgangsloch 18a mit einer über dem Kolben 13
gelegenen, stangenseitigen Kammer verbunden ist, und über ein in der
inneren Umhüllung 19 gebildetes Durchgangsloch 19a mit einer unter dem
Kolben 13 gelegenen, kopfseitigen Kammer verbunden ist.
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Selbst bei der zweiten Ausführungsform der
Schwingungsdämpfungsvorrichtung strömt das in dem Zylinder enthaltene elektrorheologische Fluid
16 bei der relativen Verschiebung zwischen dem Zylinder 11 und dem Kolben
13 über den langen Kanal 9 von der einen nach der anderen der durch den
Kolben 13 festgelegten Kammern, so daß eine sehr große Dämpfungskraft
erzeugt werden kann, wenn eine hohe Spannung zwischen den Elektroden
angelegt wird und die Viskosität des elektrorheologischen Fluids
entsprechend der Stärke des elektrischen Feldes erhöht wird.
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Die Figur 5 gibt eine dritte Ausführungsform der
Schwingungsdämpfungsvorrichtung wieder, bei der das System mit beschränktem
Durchgang auf der Seite des äußeren Umfangs des Zylinders angewandt ist.
In diesem Fall ist ein Speicher 21 mit einer kopfseitigen Kammer des den
Kolben 13 umschließenden Zylinders 11 verbunden, wobei diese Kammer über
einen äußeren Pfad 22 mit einer stangenseitigen Kammer verbunden ist. Das
System mit beschränktem Durchgang ist in einem Bereich des äußeren Pfades
22 angeordnet, der nach der stangenseitigen Kammer führt.
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Ein solches System mit beschränktem Durchgang weist auf: den Zylinder
11, der als inneres zylindrisches Element dient, ein mittleres
zylindrisches Element 2, und eine Kolbenstangen-Abdeckung 23, die als
äußeres zylindrisches Element dient, wobei diese zylindrischen Elemente
relativ zueinander positioniert sind, und durch elektrische
Isolationselemente 24, 25 befestigt sind. In diesem Fall dient das
zylindrische Element 2 als positive Elektrode, während der Zylinder 11 und
die Kolbenstangen-Abdeckung 23 als negative Elektrode dienen. Außerdem sind
die in diesen Elementen gebildeten Durchgangslöcher 11c, 7 und 23a in der
Richtung des Durchmessers auf jeweils entgegengesetzten Seiten gelegen, und
das Durchgangsloch 23a der Kolbenstangen-Abdeckung 23 ist mit dem äußeren
Pfad 22 verbunden, wodurch der Kanal 9 lang genug gemacht werden kann, um
im wesentlichen eine doppelte Struktur zu haben, und auch die Elektrode
lang genug gemacht werden kann. Dies hat zur Folge, daß infolge der Wirkung
des elektrorheologischen Fluids 9, das entsprechend der Figur 2 durch den
Kanal 9 strömt, die gewünschte Dämpfungskraft erzeugt werden kann.
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Die Figur 6 gibt eine vierte Ausführungsform der
Schwingungsdämpfungsvorrichtung wieder, bei der das System mit beschränktem
Durchgang, das im wesentlichen die gleiche Struktur wie bei dem Kolben der
Figur 4 hat, auf der Innenseite der kopfseitigen Kammer in dem Zylinder 11
befestigt ist, und das innere und das äußere zylindrische Element 1 bzw.
3 als positive Elektrode dienen, während die anderen Elemente als negative
Elektrode dienen.
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Wenn bei dieser Ausführungsform der Kolben 13 bezüglich des Zylinders
11 gleitend verschoben wird, strömt ein Teil des elektrorheologischen
Fluids 16 zwischen der kopfseitigen Kammer und der stangenseitigen Kammer
durch ein in dem Kolben 13 gebildetes Durchgangsloch 13a, während der
restliche Teil des elektrorheologischen Fluids 16 zwischen der Seite des
Kolbens und der Seite des freien Kolbens durch den langen Kanal 9 strömt,
der eine im wesentlichen auf vier Abschnitte aufgeteilte Struktur hat. Dies
hat zur Folge, daß aufgrund der Wirkung eines solchen Systems mit
beschränktem Durchgang eine genügend große Dämpfungskraft erzeugt werden
kann.
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Die Figur 7a gibt eine fünfte Ausführungsform der
Schwingungsdämpfungsvorrichtung wieder, bei der ein System mit beschränktem
Durchgang, wie es in der Figur 7b gezeigt ist, in dem äußeren Pfad 22
angeordnet ist, der die beiden durch den Kolben 13 in dem Zylinder 11
festgelegten Kammern miteinander verbindet. In diesem Fall erstreckt sich
eine Kolbenstange von den beiden Oberflächen des Kolbens 13 nach oben bzw.
unten. Das System mit beschränktem Durchgang weist auf: ein Gehäuse 31, das
als äußeres zylindrisches Element dient, ein mittleres zylindrisches
Element 2, und einen zentralen Zylinder 32, der als inneres zylindrisches
Element dient, wobei diese Elemente bei vorgegebenem gegenseitigen Abstand
konzentrisch angeordnet sind.
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Das mittlere zylindrische Element dient als positive Elektrode,
während die anderen Elemente als negative Elektrode dienen. Wie in der
Figur 7c gezeigt ist, sind Durchgangslöcher 31a, 7 und 32a in dem Gehäuse
31, dem mittleren zylindrischen Element 2, bzw. dem zentralen Zylinder 32
auf der in der Richtung des Durchmessers jeweils entgegengesetzten Seite
gebildet.
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Selbst bei dieser Ausführungsform kann durch den langen Kanal 9, der
eine im wesentlichen doppelte Struktur hat, eine große Dämpfungskraft
erzeugt werden.
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Wie oben erwähnt wurde, kann bei dem erfindungsgemäßen System mit
beschränktem Durchgang die Länge des Kanals, und damit die Länge der
Elektrode, die den Kanal festlegt, lang genug gemacht werden, und folglich
die gewünschte Dämpfungskraft erzeugt werden.
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Wenn das System mit beschränktem Durchgang bei der
Schwingungsdämpfungsvorrichtung angewandt wird, ist außerdem die
Querschnittsfläche des Kanals über die volle Länge des Kanals konstant und
hängt nicht von dem relativen Verschiebungszustand zwischen dem Zylinder
und dem Kolben ab, so daß die Dämpfungseigenschaft immer stabil ist.