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Die Erfindung betrifft eine Luftfeder für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Eine derartige Luftfeder ist aus
DE 103 19 568 A1 bekannt. Die bekannte Luftfeder beinhaltet einen Luftfederbalg, welcher ein Luftvolumen umschließt. Ein Ende des Luftfederbalges ist mit einem Abrollkolben gasdicht verbunden. Das andere Ende des Luftfederbalges ist mit einer am Fahrzeugaufbau zu befestigenden Befestigungseinrichtung gasdicht verbunden. Ferner besitzt die bekannte Luftfeder ein abschaltbares Zusatzvolumen, welches in einem Hohlraum des Abrollkolbens angeordnet ist. Das Zusatzvolumen wird bei einem bestimmten Einfederweg abgeschaltet.
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Bei zugeschaltetem Zusatzvolumen wird im normalen Fahrbetrieb ein gutes Anfederverhalten und aufgrund der Absenkung der Eigenfrequenz eine Komfortverbesserung erreicht. Bei schnellen Wank- und Nickbewegungen des Fahrzeugsaufbaus wird nach einem definierten Einfederweg das Zusatzvolumen abgeschaltet, wodurch eine erhöhte Federrate erreicht wird. Die Wank- und Nickwinkel werden dabei wesentlich verringert, da das kleinere zur Verfügung stehende Luftvolumen eine progressiver verlaufende Federkennlinie bewirkt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Luftfeder der eingangsgenannten Art zu schaffen, bei welcher das Abschalten des Zusatzvolumens mit einfachen Mitteln erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bei der Erfindung ist mit der Befestigungseinrichtung, welche beispielsweise als Kopfplatte ausgebildet sein kann und am Fahrzeugaufbau zu befestigen ist, ein eine erste Zylinderfläche aufweisender Hohlzylinder starr verbunden, wobei die Zylinderfläche nach Überschreiten des bestimmten Einfederweges eine oder mehrere Verbindungsöffnungen gasdicht abdeckt, welche im Normalbetrieb zwischen dem vom Luftfederbalg umschlossenen Luftvolumen und dem Zusatzvolumen eine Verbindung herstellen.
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Ferner ist an einem am Abrollkolben befestigten Dichtkolben eine zweite Zylinderfläche vorgesehen. Die mit der Befestigungseinrichtung starr verbundene erste Zylinderfläche und die zweite Zylinderfläche sind zum Abschalten des Zusatzvolumens übereinander schiebbar, wobei die Verbindungsöffnungen im Bereich der zweiten Zylinderfläche vorgesehen sein können.
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Um eine gasdichte Abschaltung des Zusatzvolumens zu erreichen, kann wenigstens an einer der beiden Zylinderflächen wenigstens eine umlaufende Dichtung vorgesehen sein.
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Der bestimmte Einfederweg, bei welchem die Abschaltung des gesamten Zusatzvolumens erreicht wird, ist geringer als der durch einen vorzugsweise gepufferten Anschlag begrenzte gesamte Einfederweg.
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Die Luftfeder kann als separate Luftfederung zwischen Achse und Fahrzeugaufbau oder kombiniert mit einem Stoßdämpfer am oberen Ende eines Federbeins mit integriertem Stoßdämpfer zum Einsatz kommen. Die Erfindung findet insbesondere bei einem Nutzfahrzeug, bei Anhängern für Nutzfahrzeuge oder Sattelaufliegern Anwendung. Bei zugeschaltetem Zusatzvolumen erhält man ein gutes Anfederverhalten im normalen Fahrbetrieb und eine Komfortverbesserung. Beim Auftreten von Wank- und Nickbewegungen des Fahrzeugaufbaus wird bei einem definierten Einfederweg das Zusatzvolumen abgeschaltet, wodurch eine bedeutend höhere Federrate erreicht wird. Die Wank- und Nickwinkel sind dann bei gleichen Beschleunigungswerten, aufgrund des progressiveren Verlaufs der Federkennlinie wesentlich geringer.
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Anhand der Figuren wird an Ausführungsbeispielen die Erfindung noch näher erläutert.
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Es zeigt
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel bei normalem Fahrbetrieb;
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2 das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel bei abgeschaltetem Zusatzvolumen;
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3 das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel mit abgeschaltetem Zusatzvolumen im Endanschlag des Einfederwegs;
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4 ein zweites Ausführungsbeispiel bei normalem Fahrbetrieb;
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5 das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel bei abgeschaltetem Zusatzvolumen;
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6 das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel bei abgeschaltetem Zusatzvolumen im Endanschlag des Einfederweges;
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7 ein drittes Ausführungsbeispiel bei normalem Fahrbetrieb;
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8 das Ausführungsbeispiel der 7 bei abgeschaltetem Zusatzvolumen; und
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9 das Ausführungsbeispiel der 7 bei abgeschaltetem Zusatzvolumen im Endanschlag des Einfederwegs.
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In den Figuren sind gleichwirkende Bauteile der Ausführungsbeispiele mit den selben Bezugszeichen versehen.
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Die dargestellten Ausführungsbeispiele besitzen eine Befestigungseinrichtung 1, mit welcher die Luftfeder an einem Fahrzeugaufbau zu befestigen ist. Ein Luftfederbalg 4 umschließt ein Luftvolumen 7. Das eine Ende (obere Ende) des Luftfederbalges 4 ist an der Befestigungseinrichtung mit Hilfe eines Dichtringes 3 gasdicht befestigt. Damit wird ein gasdichter Abschluss des Luftvolumens 7 am einen Ende des Luftfederbalges 4 gewährleistet. Am anderen Ende (unteren Ende) ist der Luftfederbalg 4 gasdicht mittels einer Dichtfläche 11 an einem Abrollkolben 9 befestigt. Die Befestigungsstelle liegt am oberen Ende des Abrollkolbens 9. Aufgrund der Abrollfläche, an welcher der Luftfederbalg am Abrollkolben 9 abrollt, kann ein zusätzlicher Dichtring entfallen. Die Ausbildung dieser Dichtzone begünstigt eine einfache Montage des Luftfederbalges 4, am oberen Ende des Abrollkolbens 9. Ferner werden Belastungen des Luftfederbalges 4 erheblich verringert. Diese gasdichte Befestigung des Luftfederbalges 4 am oberen Ende des Abrollkolbens 9, ist beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 dargestellt. Anstelle dieser Gasdichtenverbindung kann auch eine gasdichte Anbindung gewählt werden, wie sie bei den noch zu erläuternden Ausführungsbeispielen der 4 bis 9 gezeigt ist.
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Der Abrollkolben besitzt einen nach unten hin abgedichteten Hohlraum, in welchem ein Zusatzvolumen 12 der Luftfeder angeordnet ist. Das Zusatzvolumen 12 wird von einem rohrförmigen Kolbenteil des Abrollkolbens 9 außen umgeben. Nach oben hin wird das Zusatzvolumen 12 von einem Dichtkolben 10 und einem ringförmigen Verbindungssteg 6, mit welchem der Dichtkolben 10 an der Innenseite des Abrollkolbens 9 befestigt ist, begrenzt. Der ringförmige Verbindungssteg 6 verläuft im wesentlichen horizontal bzw. senkrecht zu einer Luftfederachse 30. Der Dichtkolben 10 erstreckt sich im wesentlichen parallel zur Luftfederachse 30 und ist koaxial zum rohrförmigen Teil des Abrollkolbens 9 bezüglich der Luftfederachse 30 angeordnet. Am oberen Ende ist der hohlzylindrisch ausgebildete Dichtkolben 10 radial nach innen zur Luftfederachse 30 hin gerichtet abgewinkelt. Das abgewinkelte Teil bildet zusammen mit einem Anschlag 8 eine Abdeckung des Zusatzvolumens 12 nach oben hin. Im oben liegenden Teil des hohlzylindrisch ausgebildeten Dichtkolbens 10 befinden sich Verbindungsöffnungen 22, welche über eine ringförmige Verbindungsöffnung 13 zwischen dem oberen Ende des Abrollkolbens 9 und dem Dichtkolben 10 eine Verbindung zwischen dem Zusatzvolumen 12 und dem vom Luftfederbalg 4 umgebenen Luftvolumen 7 herstellen. Diese Verbindung zwischen dem Luftvolumen 7 und dem Zusatzvolumen 12 besteht während des normalen Fahrbetriebs (1, 4 und 7).
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Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist an der Außenseite des Dichtkolbens 10 eine Zylinderfläche 24 vorgesehen. Zwischen dieser Zylinderfläche 24 und der Innenseite des Abrollkolbens 9 wird ein ringförmiger Zwischenraum 28 gebildet. Wenn während des Fahrbetriebs aufgrund von Wank- und Nickbewegungen des Fahrzeugaufbaus ein bestimmter Einfederweg X überschritten wird, bewegt sich ein mit der Befestigungseinrichtung 1 fest verbundener Hohlzylinder 27 in diesen ringförmigen Zwischenraum 28. Dieser an der Unterseite der Befestigungseinrichtung 1 angeordnete Hohlzylinder 27 besitzt an seiner Innenseite eine Zylinderfläche 21. Beim Einfedern über den Einfederweg X hinaus, werden die Zylinderfläche 21 an der Innenseite des Hohlzylinders 27 und die Zylinderfläche 24 an der Außenseite des Dichtkolbens 10 übereinander bewegt. Wie es in den 2, 5 und 8 dargestellt ist. Die beiden Zylinderflächen 21 und 24 liegen gasdicht übereinander, so dass das Luftvolumen 7 und das Zusatzvolumen 12 gasdicht voneinander getrennt sind. Für die gasdichte Trennung der beiden Volumina 7 und 12 sind beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 Dichtungsringe 25 und 26 an der Außenseite des Dichtkolbens 10 im oberen Teil der Zylinderfläche 24 vorgesehen. Die beiden Dichtringe 25 und 26 sind so angeordnet, dass dazwischen die im oberen Teil der Zylinderfläche 24 befindlichen Verbindungsöffnungen 22 angeordnet sind. Die Dichtungsringe 25 und 26 bestehen aus verschleißfestem Material.
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Bei den Ausführungsbeispielen der 4 bis 9 befindet sich an der Innenseite des Hohlzylinders 27, im unten liegenden Bereich der Zylinderfläche 21, ein Dichtring 29 aus verschleißfestem Material. Beim Ausführungsbeispiel der 4 bis 6 wird beim Eintauchen des Dichtkolbens 10 in den Hohlzylinder 27 der Dichtring 29 über die im oberen Teil der Zylinderfläche 24 liegenden Verbindungsöffnungen 22 hinausgeschoben, so dass das Luftvolumen 7 vom Zusatzvolumen 12 abgetrennt ist (5).
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Beim Ausführungsbeispiel der 7 bis 9 wird im normalen Fahrbetrieb (7) zwischen dem vom Luftfederbalg 4 umgebenen Luftvolumen 7 und dem Zusatzvolumen 12 im Abrollkolben 9 eine Verbindungsöffnung 23, zwischen dem oberen offenen Rand des Dichtkolbens 10 und einem Federbein 15 oder einem am oberen Ende des Federbeins 15 vorhandenen Anschlag 8 geschaffen. Bei einer den Einfederweg X überschreitenden Einfederung taucht der Dichtkolben 10 in den Hohlzylinder 27 (8), so dass die Verbindungsöffnung 23 geschlossen ist und das Zusatzvolumen 12 vom Luftvolumen 7 abgetrennt ist. Dabei kann der Hohlzylinder 27, wie in den 8 und 9 gezeigt ist, außen am Dichtkolben 10 anliegen oder innen am Dichtkolben 10 anliegen. An einer oder an beiden aneinander liegenden Zylinderflächen ist wenigstens eine umlaufende Dichtung, z. B. Dichtring 29 vorgesehen.
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Wenn bei der Einfederbewegung das vom Luftfederbalg 4 umgebene Luftvolumen 7 vom Zusatzvolumen 12 abgetrennt ist, wie es in den 2, 5 und 8 dargestellt ist, erfolgt die Federung am Fahrzeug nur noch über die Volumina des Luftvolumens 7 und des im Innern des Hohlzylinders 27 befindlichen Zylinderluftvolumens 2.
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Beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 sind diese beiden Volumina über Verbindungsöffnungen 14 im oberen Teil des Hohlzylinders 27 verbunden. Diese Verbindungsöffnungen 14 sind so bemessen, dass die Arbeits- und Funktionsweise des im Hohlzylinder 27 befindlichen Dichtkolbens 10 nicht beeinträchtigt wird. Die Verbindungsöffnungen 14, vermeiden einen unzulässig hohen Druckanstieg im Zylindervolumen 2, so dass ein Einfluss auf das Federverhalten des Fahrzeugs ausgeschlossen ist.
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Bei den Ausführungsbeispielen der 4 bis 9 besteht zwischen dem Zylindervolumen 2 und dem Luftvolumen 7 keine Verbindung. Anstelle der beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 vorgesehenen Verbindungsöffnungen 14 ist bei diesen Ausführungsbeispielen im Zylindervolumen 2 eine Luftöffnung 19 vorgesehen, an welche ein Regelventil 20 angeschlossen ist. Mit Hilfe des Regelventils 20 wird der Druck im Zylindervolumen 2 und im Zusatzvolumen 12 konstant eingestellt bzw. auf einen konstanten Wert begrenzt. Hierdurch wird erreicht, dass beim weiteren Einfedern und Eintauchen des Dichtkolbens 10 in den Hohlzylinder 27 und der damit verbundenen Verringerung des Zylinderluftvolumens 2 keine Druckerhöhung im Zylinderluftvolumen 2 und Zusatzvolumen 12 entsteht. Die Federung des Fahrzeugs erfolgt nur noch über das Luftvolumen 7, welche vom Luftfederbalg 4 umgeben ist.
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Da bei den Betriebsstellungen der 2, 5 und 8, nur noch das verringerte Volumen des vom Luftfederbalg 4 umgebenen Luftvolumens 7 das Federverhalten des Fahrzeugs bestimmt, erzielt man einen progressiveren Verlauf der Federkennlinie, wodurch die Wank- und Nickwinkel bei gleichen Beschleunigungswerten verringert werden.
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Beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 ist der Luftfederbalg 4 am oberen Ende des Abrollkolbens 9 mit der Dichtfläche 11 gasdicht verbunden. Bei den Ausführungsbeispielen der 4 bis 9 befindet sich die Dichtfläche 11 am Boden des ringförmigen Zwischenraums 28, welcher zwischen der Außenfläche des Dichtkolbens 10 und dem Abrollkolben 9 gebildet wird. Hierzu liegt die Dichtfläche 11 am horizontalen Verbindungssteg auf, mit welchem der Dichtkolben 10 mit dem Abrollkolben 9 fest verbunden ist. Der Luftfederbalg 4 ist hierzu über eine am oberen Ende des Abrollkolbens 9 liegende Umlenkstelle 18 gelegt. Wie beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 3, wird beim Ausführungsbeispiel der 4 bis 6 zwischen dem oberen Ende des Abrollkolbens 9 und dem oberen Abschluss des Dichtkolbens 10 die Verbindungsöffnung 13, welche zusätzlich mit den Verbindungsöffnungen 22 im normalen Fahrbetrieb die Verbindung zwischen dem Zusatzvolumen 12 und dem Luftvolumen 7 herstellt, gebildet. Beim Ausführungsbeispiel der 7 bis 9 wird die Verbindungsöffnung 23 zwischen dem oberen Ende des Federbeins 15 oder dem der an befestigten Anschlag 8 und dem oberen Ende des Dichtkolbens 10 gebildet. Der obere Abschluss des Dichtkolbens 10 kann auf gleicher Höhe oder oberhalb oder unterhalb des oberen Abschlusses, des Abrollkolbens 9 liegen. Die entsprechende Anordnung wird je nach Größe des Luftvolumens 7 und/oder des Zusatzvolumens 12 und dem vorbestimmten Einfederweg X gewählt.
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Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Abrollkolben 9 am oberen Ende des Federbeins 15 befestigt. Dieses Federbein 15 kann Bestandteil eines Stoßdämpfers sein, so dass eine Luftfeder-/Dämpferkombination gebildet wird. Zur Befestigung einer nicht näher dargestellten Kolbenstange des zum Stoßdämpfer gehörenden Kolbens ist eine Aufnahme 16 an der Befestigungseinrichtung 1 vorgesehen. Durch die axiale Führung des Kolbens entlang der Luftfederachse 30 ist gewährleistet, dass die Zylinderflächen 21 und 24 am Hohlzylinder 27 und Dichtkolben 10 zum Abschalten des Zusatzvolumens 12 vom Luftvolumen 7 übereinander geführt werden.
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Die Luftfeder gemäß der Erfindung kann jedoch auch als separate Luftfederung zwischen Achse und Fahrzeugaufbau eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs verwendet werden. Das Federbein 15 kann dann entfallen. Der bei den dargestellten Ausführungsbeispielen mit dem Federbein 15 verbundene Anschlag 8, ist dann am Dichtkolben 10 vorgesehen. Die Aufnahme 16 für die nicht näher dargestellte Kolbenstange kann dann ebenfalls entfallen. Da die Relativbewegung der Fahrzeugachse gegenüber dem Fahrzeugaufbau eine geführte Bewegung ist, erreicht man bei der Verwendung der Luftfeder als separate Luftfederung ebenfalls eine definierte axiale Führung des Dichtkopfes 10 gegenüber dem Hohlzylinder 27. Der untere Rand der Zylinderfläche 21 des Hohlzylinders 27 ist abgeschrägt, so dass innerhalb einer bestimmten Toleranz eine axiale selbsttätige Ausrichtung der Zylinderflächen 24 und 21 bei der überhöhten Einfederung erreicht wird. Eine entsprechende Abschrägung kann auch an der Außenseite des oberen Randes des Dichtkolbens 10 vorgesehen sein.
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Zur Begrenzung des maximalen Einfederweges sind an der Befestigungseinrichtung 1 im Zylinderluftvolumen 2 Anschlagpuffer 5 vorgesehen, an welchen der Anschlag 8, welcher am oberen Ende des Federbeins 15 vorgesehen ist, bei maximaler Einfederung anliegt. Bei fehlendem Federbein kann der Anschlag 8, wie schon erläutert, auch am Dichtkolben 10 befestigt sein. Der maximale Einfederweg ist bei den Ausführungsbeispielen in den 3, 6 und 9 dargestellt.
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Um eventuell auftretende Undichtigkeiten der Luftfeder auszugleichen, ist eine Luftzufuhr 17 vorgesehen. Diese Luftzufuhr kann sich durch den Körper der Befestigungseinrichtung 1 erstrecken. Durch die Luftzufuhr 17 kann auch das Niveau des Fahrzeugs auf verschiedene Fahrniveaus eingestellt oder geregelt werden.
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Bei der in den 4 bis 9 dargestellten gasdichten Verbindung der Dichtfläche 11 des Luftfederbalges 4 erreicht man für den ausgefederten Zustand, welcher in den Figuren nicht dargestellt ist, eine größere Länge des Luftfederbalges 4. Die in den 4 bis 9 gezeigte Anordnung der Dichtfläche 11 kann auch beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 zum Einsatz kommen. Ferner kann die Anordnung der beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 gezeigte Anordnung der Dichtfläche 11 am oberen Rand des Abrollkolbens wahlweise auch bei den Ausführungsbeispielen der 4 bis 9, zum Einsatz kommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Befestigungseinrichtung
- 2
- Zylinderluftvolumen, umgeben von der ersten Zylinderfläche
- 3
- Dichtring für Luftfederbalg
- 4
- Luftfederbalg
- 5
- Anschlagpuffer
- 6
- Verbindungssteg
- 7
- Luftvolumen, umfasst vom Luftfederbalg
- 8
- Anschlag
- 9
- Abrollkolben
- 10
- Dichtkolben
- 11
- Dichtfläche für Luftfederbalg
- 12
- Zusatzvolumen
- 13
- Verbindungsöffnung Zusatzvolumen 12 zu Luftvolumen 7
- 14
- Verbindungsöffnung Zylinderluftvolumen 2 zu Luftvolumen 7
- 15
- Federbein
- 16
- Aufnahme Kolbenstange
- 17
- Luftzufuhr
- 18
- Umlenkstelle für Luftfederbalg 4
- 19
- Luftöffnung
- 20
- Regelventil
- 21
- erste Zylinderfläche
- 22, 23
- Verbindungsöffnungen Zusatzvolumen 12 zu Luftvolumen 7
- 24
- zweite Zylinderfläche
- 25, 26
- Dichtungen
- 27
- Hohlzylinder
- 28
- ringförmiger Zwischenraum
- 29
- Dichtung
- 30
- Luftfederachse
