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Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Zylinder nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Sie betrifft insbesondere einen hydraulischen Geberzylinder für die Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung.
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Die
DE 39 10 691 A1 beschreibt als Beispiel verschiedene Ausführungsarten eines Zylinders mit wenigstens einem vorderen Kolben, der im Verhältnis zu einem allgemein rohrförmigen Zylinderkörper in beiden Richtungen axial gleitend verschiebbar gelagert ist, und mit einer hinteren Stange, die im wesentlichen koaxial zum Kolben ausgerichtet und axial verschiebbar mit dem Kolben durch die als Kugelgelenk ausgeführte Anlenkung eines vorderen Endes der Stange im Verhältnis zum hinteren axialen Ende des Kolbens verbunden ist, und mit einem angefügten Element zum axialen Halten der Verbindung Stange-Kolben im Verhältnis zum Zylinderkörper, durch das die Stange hindurchgeht.
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Bei dem in den 6 bis 8 dieser Druckschrift veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist zu erkennen, daß eine Kugel, die den mit dem Kolben verbundenen vorderen Kopf der Stange bildet, eine Metallkugel ist, die in ein aus Kunststoff ausgeführtes hinteres axiales Abschlußelement des Körpers des Kolbens eingepaßt ist.
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Um eine zuverlässige Verbindung zwischen dem kugelförmigen Kopf und dem Kolbenkörper sicherzustellen, verwendet die in dieser Druckschrift vorgeschlagene Konstruktion ein angefügtes Element (45) zum axialen Halten der Kolbenstange, das dem hinteren Abschnitt des kugelförmigen Kopfes der Kolbenstange zugekehrt ist und durch das diese hindurchgeht.
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Insbesondere ist das angefügte Halteelement ein elastischer Ring in der Ausführung als Sicherungsring, der in eine innere radiale Auskehlung der Bohrung des Kolbenkörpers eingesetzt ist.
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Das angefügte Halteelement ermöglicht es zwar, insbesondere bei Zugbeanspruchung, eine zuverlässigere Verbindung der Kolbenstange im Verhältnis zum Kolbenkörper herbeizuführen; sein Einbau ist jedoch komplex, sein Ausbau praktisch unmöglich, und es erfordert die Ausbildung einer Auskehlung in der Innenbohrung des aus Kunststoff ausgeführten Kolbenkörpers, deren Ausführung durch Formgießen praktisch unmöglich ist, wodurch sich die Herstellungskosten des Kolbenkörpers entsprechend erhöhen oder die Ausführung eines mehrteiligen Zylinderkörpers erforderlich wird, um den Zusammenbau aller Bestandteile und insbesondere das Einsetzen des Kolbens in die Innenbohrung des Zylinderkörpers zu ermöglichen.
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Die Verbindung Kolben-Stange wird im Verhältnis zum rohrförmigen Zylinderkörper axial nach hinten durch ein zweites angefügtes Halteelement (37) gehalten, das ebenfalls ein elastischer Ring in der Ausführung als Sicherungsring ist, der in eine innere radiale Auskehlung der Bohrung des rohrförmigen Zylinderkörpers eingesetzt ist und mit dem die ringförmige hintere axiale Querabschlußfläche des Kolbenkörpers zusammenwirken kann, wobei darüber hinaus die Notwendigkeit besteht, daß die axiale Beanspruchung zum Halten der Stange in der Zugrichtung durch die Verbindung Kolben-Stange verläuft, die im Hinblick auf eine Beanspruchung auszulegen ist, die deutlich größer als die Rückstellkraft des Kolbens ausfällt.
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Das angefügte Halteelement ermöglicht es zwar, die Verbindung Stange-Kolben axial nach hinten zu halten, was im Zusammenwirken mit der ringförmigen hinteren Querabschlußfläche des Kolbenkörpers erfolgt; sein Einbau ist jedoch kompliziert, sein Ausbau ist schwierig, und es besteht die Notwendigkeit, eine Auskehlung in die Innenbohrung des aus Kunststoff ausgeführten Zylinderkörpers einzuarbeiten, deren Ausführung durch Formgebung (Formgießen) praktisch unmöglich ist, wodurch sich die Herstellungskosten des Zylinderkörpers entsprechend erhöhen oder die Ausführung eines Zylinderkörpers aus zwei verschraubten Teilen erforderlich wird, um den Zusammenbau aller Bestandteile und insbesondere das Einsetzen des Kolbens in die Innenbohrung des Zylinderkörpers zu ermöglichen.
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Hydraulische Zylinder, bei denen das Halteelement jeweils axial von hinten nach vorne in das Zylindergehäuse bis gegen eine Schulter eingeschoben und dort dann durch ein zweites separates Halteelements in Form eines Sprengrings gesichert ist, sind beispielsweise aus der
DE 31 49 628 A1 ,
DE 196 08 132 A1 ,
DE 33 08 042 A1 und
EP 0 270 285 A2 bekannt.
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Aus der
DE 196 54 006 A1 ist ein hydraulischer Zylinder bekannt, bei dem eine Formfeder als Haltelement für den Kolben angeordnet ist. Diese Formfeder wirkt jedoch nicht mit der Kolbenstange zusammen, sondern sie kommt nur mit dem hinteren Ende des Kolbens in Kontakt.
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Ein hydraulischer Zylinder der eingangs genannten Art ist aus der
DE 33 40 389 A1 bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend angesprochenen Nachteile durch eine einfache Konstruktion mit wenigen Teilen bei leichter Motierbarkeit und Demontierbarkeit zu beseitigen. Außerdem soll hierbei in der vollständig zurückgezogenen Position der Stange-Kolben-Verbindung erreicht werden, dass die Stange parallel und zumindest in etwa koaxial zur Achse des rohrförmigen Zylinderkörpers ausgerichtet ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Zylinder nach Anspruch 1 vor. Wesentlich ist dabei, dass das angefügte Halteelement ein entlang einer radialen Richtung ein- und ausbaubares Element ist, dass die vordere Anschlagfläche eine ebene Fläche senkrecht zur Achse des Zylinderkörpers ist, und dass auch die gegenüberliegende Teilfläche der rückseitigen Fläche des vorderen Endes der Stange eine ebene Teilfläche ist.
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Ein wesentlicher Vorteil besteht dabei darin, daß nicht mehr zwei verschiedene Halteelemente sondern nur ein einziges Halteelement erforderlich ist.
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Ferner ist hierdurch eine besonders einfache Montierbarkeit und insbesondere auch Demontierbarkeit gegeben.
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Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn das Halteelement eine Gabel mit zwei zu ihrer radialen Ein- und Ausbaurichtung parallelen Hauptschenkeln ist, die durch einen Verbindungsschenkel derart miteinander verbunden sind, daß eine in etwa kreisbogenförmige vordere Queranschlagfläche auf den drei Schenkeln der Gabel ausgebildet ist, die mit einer gegenüberliegenden ringförmigen Teilfläche der rückseitigen Fläche des vorderen Endes der Stange in der maximal zurückgezogenen hinteren Position zusammenwirkt.
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Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn die Gabel elastisch eingepaßt in einem Querschlitz angeordnet ist, der im hinteren axialen Endstück des rohrförmigen Zylinderkörpers ausgebildet ist.
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Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn mindestens ein Hauptschenkel der Gabel, insbesondere die radial äußere Seitenfläche eines Hauptschenkels, Mittel zur Sicherung der Gabel im Schlitz aufweist.
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Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn die vordere Fläche des vorderen Endes der Stange eine konkave kugelförmige Aufnahme aufweist, in der ein hinteres axiales Ende des Kolbenkörpers in Form eines konvexen kugelförmigen Kopfes formschlüssig gelenkig gelagert ist.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der konvexe kugelförmige Kopf des hinteren axialen Endes des Kolbenkörpers mit dem vorderen Ende der Stange durch elastische Einpassung in der besagten konkaven kugelförmigen Aufnahme verbunden ist.
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Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn der rohrförmige Zylinderkörper aus Kunststoff ausgeführt ist und eine aus Metall ausgeführte rohrförmige Buchse ummantelt.
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Die Zugbeanspruchung des Zylinderkörpers nach außen wird in vorteilhafter Weise direkt zwischen der Stange und der Gabel übertragen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung, zu deren Verständnis auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen wird. Darin zeigen im einzelnen:
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1: eine Axialschnittansicht einer ersten Ausführungsart eines Geberzylinders gemäß den Lehren der Erfindung;
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2: eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die in vergrößertem Maßstab die Hauptbestandteile des Zylinders von 1 veranschaulicht;
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3: eine Schnittansicht des Halteelementes aus 1;
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4: eine vergrößerte Ansicht ähnlich wie der hintere Teil des Zylinders von 1 zur Darstellung einer zweiten Ausführungsart der Erfindung;
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5: eine perspektivische Detailansicht des vorderen axialen Abschlußteils der Stange des Zylinders von 4; und
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6: eine Axialschnittansicht einer Variante der ersten Ausführungsart eines Geberzylinders gemäß den Lehren der Erfindung.
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In 1 ist ein gemäß den Lehren der Erfindung ausgeführter hydraulischer Zylinder 10 dargestellt, bei dem es sich um einen Geberzylinder für die hydraulische Betätigung einer (nicht dargestellten) Kraftfahrzeugkupplung handelt.
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Der Zylinder 10 besteht im wesentlichen aus einem allgemein rohrförmigen Zylinderkörper 12, der als Formteil aus Kunststoff ausgeführt ist, aus einem axial gleitend verschiebbar im rohrförmigen Zylinderkörper 12 gelagerten Kolben 14 und aus einer hinteren Stange 16, die axial an den Kolben 14 angefügt ist und die axial über das hintere axiale Ende 18 des Zylinderkörpers 12 hinaus vorsteht, um auf die Stange 16 und damit auf den Kolben 14 einwirken zu können, was beispielsweise mittels eines (nicht dargestellten) Kupplungspedals erfolgt.
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Nach einer bekannten Konstruktion ist der aus Kunststoff ausgeführte rohrförmige Zylinderkörper 12 durch eine, hier aus Metall ausgeführte, rohrförmige Buchse 20 ummantelt, die durch axiales Einsetzen von hinten nach vorn, das heißt von rechts nach links mit Blick auf 1, in den Zylinderkörper 12 eingebaut wird, was vorzugsweise unter Einfügung von vorderen 22 und hinteren 24 statischen Dichtungen erfolgt.
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Als Variante könnte in Betracht gezogen werden, die Baueinheit aus Buchse 20 und Zylinderkörper 12 durch Aufformen auszuführen, wobei der Zylinderkörper 12 durch Spritzen von Kunststoff um einen durch die Buchse 20 gebildeten Einsatz herum hergestellt wird. Eine solche Ausführung der Baueinheit aus Buchse und Zylinderkörper durch Aufformen ermöglicht insbesondere die Weglassung der vorderen 22 und hinteren 24 statischen Dichtungen.
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Bekannterweise umfaßt der Zylinderkörper 12 eine Austrittsöffnung 26 und eine seitliche Zuleitung 28, die mit der am vorderen Teil des Zylinders 10 durch den Kolben 14 dicht begrenzten Kammer 30 in Verbindung steht, was über in die Buchse 20 eingearbeitete Löcher 32 erfolgt.
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Wie man in 1 erkennen kann, ist die rohrförmige Buchse 20 axial kürzer als der rohrförmige Zylinderkörper 12, das heißt, daß seine hintere ringförmige Querabschlußfläche 34 im Verhältnis zur hinteren ringförmigen Querabschlußfläche 18 des rohrförmigen Zylinderkörpers 12 axial nach vorn versetzt ist.
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Der Kolbenkörper 14 ist ein Formteil aus Kunststoff, das bekannterweise zwei Dichtungsteller, einen vorderen 37 und einen hinteren 38, in der Ausführung als Lippendichtung trägt, die mit der zylindrischen Innenfläche 40 der Buchse 20 zusammenwirken.
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Der Kolbenkörper 14 kann aus Metall, etwa aus Stahl oder aus Aluminium, ausgeführt sein, wobei die Kugelform des hinteren Kopfes 36 dann sehr einfach, insbesondere durch Bearbeitung, ausgeführt werden kann.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfaßt das hintere Längsendstück 44 des Kolbenkörpers 14 einen kugelförmigen hinteren Kopf 36, der einstückig aus Kunststoff angeformt ist, um die axial verschiebbare Verbindung des Kolbens 14 mit der Stange 16 herbeizuführen.
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Im einzelnen ist das vordere axiale Ende der Stange ein konisch erweiterter massiver Teil 48 mit einem äußeren radialen Kragen 50, der axial nach vorn durch eine quer, das heißt senkrecht zur Achse A2 der Stange 16 ausgerichtete ringförmige Fläche 52 begrenzt wird und der axial nach hinten durch eine hintere ringförmige Querfläche 54 begrenzt wird.
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Die hintere Kugel 36 des Kolbens 14 ist durch elastische Einpassung in einer formschlüssigen konkaven halbkugelförmigen Aufnahme 56 gelagert, die in dem massiven Teil 48 ausgebildet ist und die in der vorderen Fläche 52 mündet.
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In der Zusammenbauposition, das heißt, wenn die Kugel 36 in der Aufnahme 56 elastisch eingepaßt ist, wird daher auf diese Weise eine Verbindung zwischen dem Kolben 14 und der Stange 16 hergestellt, wobei deren vorderer Abschlußteil 48 außerdem im Verhältnis zum Kolben 14 um den Mittelpunkt C der Kugel 36 angelenkt ist, um eine einwandfreie Funktionsweise des Zylinders auch dann sicherzustellen, wenn die Achse A2 der Stange nicht koaxial zur Achse A1 der Verschiebung des Kolbens 14 im rohrförmigen Zylinderkörper 12, 20 verläuft.
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Der Zylinderkörper 12 umfaßt außerdem eine einstückig angeformte Querwand 29 zur Befestigung des Zylinders 10 beispielsweise an einem vorderen Stirnwandelement des Fahrzeugs.
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Um die durch die Verbindung des Kolbens 14 mit der Stange 16 gebildete bewegliche Baueinheit axial nach hinten zu halten, das heißt, um die Anschlag- oder Ruheposition der in 1 veranschaulichten Verbindung zu definieren, ist gemäß den Lehren der Erfindung ein angefügtes Halteelement 60 vorgesehen, das mit dem vorderen Abschlußteil 48 der Stange 16 zusammenwirkt.
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Wie in den 2 und 3 genauer zu erkennen ist, handelt es sich bei dem Halteelement 60 um eine Gabel, die in der Art eines Keils radial in einen Schlitz 62 eingesetzt wird, der dazu in dem hinteren axialen Endstück des rohrförmigen Zylinderkörpers 12 in der Nähe seiner Abschlußfläche 18 ausgebildet ist.
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Der Schlitz 62 erstreckt sich diametral von einer Seite zur anderen durch den rohrförmigen Zylinderkörper 12 hindurch, wobei er in einem Abschnitt 66 mit kleinerem Außendurchmesser des rohrförmigen Zylinderkörpers ausgebildet und durch zwei diametral gegenüberliegende ebene und parallele Seitenflächen 64 begrenzt wird.
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Die Haltegabel 60 umfaßt zwei parallele und quer gegenüberliegende Hauptschenkel 68, die sich parallel zur diametralen Einsetz- und Ausziehrichtung der Gabel 60 im Schlitz 62 erstrecken und die durch einen oberen Verbindungsschenkel 70 miteinander verbunden sind, dessen radial äußerer Teil eine größere axiale Dicke als die Hauptschenkel 68 und der dünnere Verbindungsteil 72 zwischen diesen Schenkeln aufweist.
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Die Hauptschenkel 68 werden durch zwei ebene und parallele äußere Querflächen 74 begrenzt, die dazu bestimmt sind, mit den Flächen 64 des Schlitzes 62 zusammenzuwirken, um die Gabel 60 in ihrer gleitenden Verschiebung bei ihrem Ein- oder Ausbau zu führen.
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Die Gabel 60 ist in der radialen Richtung leicht elastisch zusammengedrückt eingebaut, wobei ihr Einbau und ihre elastische Verformung durch die abgeschrägten unteren Enden 76 der Schenkel 68 erleichtert werden.
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Die äußeren Flächen 74 begrenzen außerdem zwei Rastkerben oder Ausklinkungen, die es ermöglichen, die Gabel 60 in der Einbauposition zu halten, wie dies in 3 zu erkennen ist, um die Gabel 60 durch das Zusammenwirken der Flächen 78 mit entsprechenden Abflachungen 80 zu sichern (siehe 3).
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Mittig enthalten die Hauptschenkel 68 und der Verbindungsteil 72 ein zylindrisches Loch 84 für den Durchgang des Körpers der Stange 16.
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In der in den 1 bis 3 veranschaulichten ersten Ausführungsart ist die vordere Querfläche der Gabel 60, die durch entsprechende Abschnitte der Hauptschenkel 68 und des Verbindungsteils 72 gebildet wird, eine ebene Fläche, das heißt eine Fläche, die in der Einbauposition der Gabel 60 senkrecht zur Achse A1 verläuft und an der die hintere ebene ringförmige Querfläche 54 des Teils 48 der Stange 16 zu ebener Anlage kommen kann.
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In der zurückgezogenen hinteren Position der Verbindung Stange 16 und Kolben 14 ist die Stange 16 daher ”gerichtet”, das heißt, daß ihre Achse A2 parallel und in etwa koaxial zur Achse A1 verläuft.
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Die Rückwärtsbewegung der Verbindung Kolben 14 – Stange 16 nach rechts erfolgt über eine (nicht dargestellte) Schraubendruckfeder, die in der Kammer 30 zwischen dem Kolben 14 und dem vorderen Boden des Zylinderkörpers 12 angeordnet ist.
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Diese Schraubendruckfeder kann entfallen, wenn eine Pedalrückstellfeder am Pedalwerk vorgesehen ist.
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Sobald auf den Kolben 14 eingewirkt wird, um ihn mittels der Stange 16 axial von hinten nach vorn zu verschieben, das heißt von rechts nach links mit Blick auf 1, steht die hintere Querfläche 54 nicht mehr mit der vorderen Querfläche der Gabel 60 in Kontakt, und es besteht erneut die Möglichkeit einer Kugelgelenkbewegung der Stange 16 im Verhältnis zum Kolben 14 um den Mittelpunkt C.
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Der obere Teil des Verbindungsschenkels 70 ist axial dicker und in einen formschlüssigen Teil des Schlitzes 62 eingesetzt, um außerdem, gemäß der in 1 veranschaulichten Ausführungsart, die Buchse 20 im Verhältnis zum Zylinderkörper 12 axial zu sichern. Wenn der Körper durch Aufformen auf der Buchse 20 ausgeführt ist, entfällt die Notwendigkeit, die axiale Überdicke im oberen Bereich des Verbindungsschenkels 70 vorzusehen.
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Die Konstruktion des Halteelements 60 in Form einer als Keil dienenden Gabel ist insofern besonders vorteilhaft, als sie außerdem einen einfachen Zusammenbau der Bestandteile ermöglicht, daß heißt, daß die Verbindung Kolben 14 – Stange 16 mit der zuvor eingesetzten Rückstellfeder axial in den Zylinder 10 eingesetzt werden kann, woraufhin die Gabel 60 axial eingesetzt wird, bis sie ihre in den 1 und 3 veranschaulichte Einbauposition einnimmt, in der sie die axial bewegliche Baueinheit nach hinten zuverlässig und präzise halten kann.
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Wenn hohe Zugbeanspruchungen auf die Stange 16 ausgeübt werden, werden diese direkt durch die als Keil dienende Gabel 60 hindurch von dem rohrförmigen Zylinderkörper 12 aufgenommen, wobei keine Beanspruchung auf die kugelförmige Verbindung 36, 56 ausgeübt wird, die daher keinen entsprechenden Federring erfordert.
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In der zweiten Ausführungsart, die in den 4 und 5 veranschaulicht ist, in denen identische, gleichartige oder ähnliche Bestandteile wie die zuvor beschriebenen Teile jeweils durch die gleichen Bezugsnummern bezeichnet werden, ist zu erkennen, daß die hintere ringförmige Fläche 54 des massiven vorderen Teils 48 der Stange 16 als konvexe Kugelkappe gestaltet ist, die in axialer Anlage mit einer formschlüssigen konkaven kugelförmigen Auflagefläche 90 zusammenwirken kann, die in der vorderen Querfläche der Gabel 60 ausgebildet ist.
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Auch in der zurückgezogenen Position, das heißt, wenn die formschlüssigen Kugelflächen 54 und 90 aneinander anliegen, ist es daher möglich, eine Kugelgelenkbewegung des massiven vorderen Teils 48 der Stange 16 um den Mittelpunkt C der Kugel 36 des Kolbens 14 herum zu bewirken, wobei die Kugelflächen 54 und 56 konzentrisch mit dem Mittelpunkt C angeordnet sind.
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Die Möglichkeit einer Winkelverschiebung der Stange ohne axiale Bewegung des Kolbens 14 ermöglicht eine bessere Beherrschung des Leerhubs des Kolbens, auch bei Vorhandensein von Ausrichtungsfehlern zwischen der Stange 16 und der Achse des Zylinders 12.
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Dadurch ergibt sich eine Winkelverschiebbarkeit der Stange 16 im Verhältnis zum Kolben 14, auch in der zurückgezogenen Position der Verbindung.
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In den 4 und 5 ist ferner eine Ausführungsvariante der Mittel zur elastischen Einpassung der Kugel 36 in der konkaven Aufnahme 56 zu erkennen. Hierbei ist der massive Teil 48 vorn in Form einer Aufweitung mit elastisch verformbaren Ansätzen 92 gestaltet ist, die durch konkave Kugelabschnitte 94 die Aufnahme 56 erweitern bzw. vervollständigen.
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Außerdem ist in 4 zu erkennen, daß der hintere Teil des Körpers 12 um die Buchse 20 herum aufgeformt ist.
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6 zeigt eine Variante zu 1, bei der eine Öffnung 100 in den Körper 12 in Höhe der Zuleitung 28 eingearbeitet ist. Diese Öffnung 100 ermöglicht den radialen Zugang zur Buchse 20, wenn diese in den Körper 12 eingesetzt worden ist, und die Einarbeitung der Löcher 32 in die besagte Buchse. Die Öffnung 20 wird anschließend durch einen Stopfen 101 dicht verschlossen. Diese Variante vereinfacht den Einbau der Buchse 20, insofern dann die Notwendigkeit entfällt, die Löcher 32 beim Einbauvorgang korrekt gegenüber den Zuleitungen 28 zu positionieren.
