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Die
Erfindung betrifft ein Scharnier mit hydraulischer Dämpfung,
insbesondere für
Verschlusselemente wie Türen,
Fenster und Klappen, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Derartige
Scharniere mit hydraulischer Dämpfung
werden eingesetzt, um die selbsttätige Schließbewegung des Verschlusselementes
zu dämpfen
und so beispielsweise eine Beschädigung des
Verschlusselementes oder dessen Halterung wie z.B. einer Türzarge durch
zu hohe Schließgeschwindigkeiten
zu vermeiden. So wird beim Öffnen
einer Tür
das Federelement vorgespannt und die Hydraulikflüssigkeit durch den Kolben von
einer Kolbenseite zur anderen verdrängt. Nach Freigabe der Tür schließt diese
aufgrund der Vorspannung des Federelementes selbsttätig, wobei
die Hydraulikflüssigkeit wieder
in die erste Hydraulikflüssigkeitskammer
zurück überführt wird.
Durch den Strömungswiderstand der
Durchlassöffnung
wird die Schließbewegung
der Tür
gedämpft.
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Derartige
Scharniere mit hydraulischer Dämpfung
sind bei sehr unterschiedlichen Verschlusselementen einsetztbar.
So kann je nach Anwendungsfall eine andere Öffnungs- oder Schließgeschwindigkeit
der Tür
gewünscht
sein. Des Weiteren können
Türen unterschiedlichen
Gewichts eingesetzt werden, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Türfüllungen
im Falle von Brandschutz- oder
Schallschutztüren
oder bei Einsatz der Tür
in unterschiedlichen Verkehrsbereichen. Ferner kann es in bestimmten
Anwendungsfällen
erwünscht
sein, dass die Tür zunächst in
einer geöffneten
Stellung verbleibt und dann auf einfache Weise wieder selbsttätig aus
dieser in ihre Schließstellung überführbar ist.
Zusätzliche
externe Haltemittel wie Sperrketten oder -bügel sind jedoch unerwünscht, da
diese zumeinst bauliche Maßnahmen
erfordern und deren Handhabung umständlich ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Scharnier
zu schaffen, bei welchem das Verschlusselementes in einer bestimmten Offenstellung
verbleibt und auf einfache Weise wieder in den selbsttätigen Schließvorgang überführbar ist,
wobei bauseitige Maßnahmen
minimiert sind.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Scharnier nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß sind formschlüssig wirkende
Blockierungsmittel vorgesehen, die in einer Offenstellung des Kolbens
diesen mittelbar oder unmittelbar blockieren und an einer Schließbewegung hindern.
Hierdurch kann dass Verschlusselement ohne weitere äußere Krafteinwirkung
oder äußere Haltemittel
in einer Stellung offen gehalten werden, auch wenn ein gewisse Schließkraft wirkt,
z.B. durch Luftzug. Durch die Blockierung ist ferner gewährleistet,
dass zur Einleitung der Schließbewegung
zunächst
eine vorzugsweise aktive Entblockierung durch eine Bedienperson
erfolgen muss.
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Der
Begriff „Fluid" bezieht sich jeweils
auf die Hydraulikflüssigkeit.
Der Begriff „gesteuert
fluiddurchlässig" heißt hier
jeweils, dass die Steuerscheibe den Durchlass mit zunehmendem Fluiddruck
zunehmend freigibt. Der Begriff „ungehindert fluiddurchlässig" heißt, dass
die Steuerscheibe den Durchlass vollständig oder mit konstantem Durchlassquerschnitt
freigibt.
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Der
Begriff „Öffnungsbewegung
des Kolbens" bezieht
sich jeweils auf die Bewegungsrichtung des Kobens bei sich öffnendem
Verschlusselement. Entsprechendes gilt für den Begriff „Schließbewegung
des Kolbens". Die „Öffnungsstellung" oder „Schließstellung" des Kolbens ist
als die Kolbenstellung zu verstehen, die mit einer Öffnungs-
oder Schließstellung
des an dem Scharnier befestigten oder zu befestigenden Verschlusselementes
korrespondiert. Entsprechendes gilt für die „maximale Öffnungsstellung", die dem Anschlag
des Verschlusselementes in seiner Öffnungsstellung entspricht.
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Diese
Offenstellung des Kolbens in oder nahe der maximalen Öffnungsstellung
des Verschlusselementes angeordnet sein kann, beispielsweise in
einem Öffnungswinkel
von ≤ 45° oder ≤ 15–30° oder ≤ 5–10° der maximalen Öffnungsstellung.
Die Blockierungsmittel können
selbsttätig
wirken; sie können
als Form- und/oder Kraftschlussmittel, insbesondere als Rastmittel,
ausgebildet sein und können
auf zumindest eines der Elemente von Kolben, Führungskörper oder Spindel wirken. Insbesondere
können
die Blockierungsmittel formschlüssig auf
die Gewindespindel wirken. Insbesondere kann zur Blockierung die
Gewindespindel mit dem Führungskörper und/oder
dem Kolben zusammenwirken. Die Blockierungsmittel können beispielsweise
durch einen mit der Gewindespindel zusammenwirkenden Mitnehmer ausgelöst werden.
Die Blockierung kann gegebenenfalls unter fortwährender Ankoppelung von Kolben
und/oder Führungskörper an
der Gewindespindel erfolgen. Vorzugsweise sind der Kolben und/oder
der Führungskörpers in
der genannten Offenstellung von der Gewindespindel entkoppelt, wobei
die erneute Ankoppelung durch die Blockierungsmittel verhindert
werden kann. Hierdurch wird jeweils das Verschlusselement im Endbereich
des Öffnungswinkels
kraftlos gestellt. Der Kolben und/oder das Führungselement können nach
wie vor durch das vorgespannte Federelement kraftbeaufschlagt sein, wobei
eine Schließbewegung
des Kolbens oder eine Ankoppelung von Kolben und/oder Führungskörper oder
eines anderen Organs an die Gewindespindel durch das Blockierungsmittel
un terbunden ist. Gegebenenfalls kann in dieser Stellung auch der
Kolben und/oder der Führungskörper von
dem Federelement entkoppelt sein. Die Blockierungsmittel sind vorzugsweise
in dem Scharniergehäuse
integriert.
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Die
Blockierungsmittel können
derart ausgebildet sein, dass diese durch eine externe Kraftausübung auf
das Verschlusselement in Öffnungs- und/oder
Schließrichtung überwindbar
sind, so dass beispielsweise der Kolben und/oder der Führungskörper durch
diese Krafteinwirkung wieder an die Gewindespindel oder an das Federelement
ankoppeln. Zur Aufbringung dieser Kraft ist es vorzugsweise ausreichend,
wenn das Verschlusselement aus seiner kraftlos gestellten Offenstellung
in eine Offenstellung mit größerem Öffnungswinkel überführt wird,
so dass das Verschlusselement mit einer geringen Schließgeschwindigkeit
in die zuvor gehaltene Öffnungsstellung
einfährt.
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Zur
kraftlosen Offenstellung des Verschlusselementes kann die den Kolben
betätigende
Gewindespindel eine derartige Länge
aufweisen, dass der Kolben oder ein diesen axial antreibendes Organ
wie der Führungskörper in
einer Offenstellung des Kolbens von dem Gewindeabschnitt entkoppelt,
im Besonderen aus diesem herausfährt,
und in dieser Stellung durch Blockierungsmittel verharrt. Der Kolben oder
der Führungskörper können in
dieser Stellung nach wie vor durch das Federelement in Schließrichtung
kraftbeaufschlagt werden. Wird das Verschlusselement somit eine
(geringfügig)
weiter geöffnete Stellung überführt, so
kann es gegebenenfalls unter Federkraft selbsttätig in die genannte Stellung
verfahren und ort verharren. Zur Blockierung können der Kolben oder der Führungskörper als
Koppelglied sich in dieser Stellung mit ihrer jeweiligen Gewindeführung an
der Stirnseite des Gewindeabschnitts der Spindel abstützen. Durch
die fortwährende
Kraftbeaufschlagung durch das Federelement wird die Blockierung
in dieser Stellung stabilisiert. Durch Auslenken des Verschlusselementes
aus seiner kraftlos gestellten Offenstellung in eine Offenstellung
mit größerem Öffnungs winkel
und/oder durch äußere Kraftbeaufschlagung
in Schließrichtung
findet die Gewindespindel selbsttätig wieder ihren Wirkeingriff
mit dem korrespondieren Gewinde und kann den Kolben dann mittels
des vorgespannten Federelementes selbsttätig in seine Schließstellung
zurück überführen. Hierzu
kann, wenn der Kolben oder dessen Koppelorgan wie z.B. der Führungskörper von
dem Gewindeabschnitt der Spindel freikommt, er/es stirnseitig nur
einen äußerst geringen
Anlagebereich mit der Gewindespindel oder an einem anderen Abstützelement
aufweisen, so dass dieser Widerstand leicht überwindbar ist. Gegebenenfalls
können
der Gewindeeinlauf für
die Spindel und/oder der Endbereich des Spindelgewindes geeignet
geformt sein, beispielsweise mit einem Grat versehen sein, der das Einlaufen
der Gewindespindel erschwert.
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Vorzugsweise
ist die kraftlos gestellte Offenstellung des Verschlusselementes
veränderbar
einstellbar. Insbesondere kann die Vorschubstellung des Kolbens
und/oder des als Koppelorgan zu der Spindel wirkenden Führungskörpers veränderbar sein,
in welcher dieser jeweils außer
Wirkeingriff mit dem Gewinde der Gewindespindel steht. Entsprechend
kann für
die Vorschubstellung von Kolben und/oder Führungskörper gelten in welcher dieser
jeweils von dem Federelement entkoppelt ist. Vorzugsweise sind hierzu
Stellmittel vorgesehen, die von außerhalb des Scharniergehäuses manuell
betätigbar sind.
Gegebenenfalls kann diese Einstellung durch eine geeignete Lageveränderung
der Gewindespindel gegenüber
dem Kolben und/oder dem mit diesem verbundenen Führungskörper erfolgen. Hierbei kann die
Lage der Gewindespindel insgesamt verändert werden oder lediglich
die Lage des mit dem Kolben und/oder Führungskörper wechselwirkenden Gewindeabschnittes
derselben. So kann die Gewindespindel zweiteilig ausgebildet sein,
wozu der Gewindeabschnitt mittels eines Stellgliedes gegenüber dem Schaft
der Gewindespindel axial verschiebbar sein kann. Gegebenenfalls
kann auch die Einstellung der kraftlosen Offenstellung dadurch erfolgen,
dass die Gewindespindel insgesamt gegenüber dem Gehäuse längsver schiebbar angeordnet
ist oder aber austauschbar ist oder dass das Bauteil, welches das
mit der Spindel korrespondierende Gewinde trägt, lageverändert wird.
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Weniger
bevorzugt kann anstelle der Blockierungsmittel zur Kraftlosstellung
des Verschlusselementes auch ein Mittel vorgesehen sein, um in dieser
Stellung auf das Verschlusselement oder eine andere Einrichtung
wie dem Federelement eine Gegenkraft auszuüben. Es versteht sich, dass
die Gegenkraft mittelbar oder unmittelbar auf das Federelement oder
auf ein anderes kraftübertragendes
Bauteil wirken kann. Auch hier können
Mittel vorgesehen sein, um die Offenstellungslage, in der keine
Schließkraft wirkt,
einstellen zu können.
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Es
können
mindestens zwei Anordnungen von ersten und zweiten Durchflussöffnungen
vorgesehen sein, die jeweils einen Durchlass der Hydraulikflüssigkeit
von einer Kolbenseite zu der anderen bzw. von einer Hydraulikteilkammer
zu der anderen ermöglichen.
Die Durchflussöffnungen
können
an dem Kolben zwischen dessen beiden Stirnflächen angeordnet sein. Die Durchflussöffnungen
sind vorzugsweise von einem etwaigen Spiel zwischen Kolben und Kolbenführung und
Kolben und der den Kolben durchsetzenden Spindel verschieden und
können
von dem inneren und/oder äußeren Umfang
des Kolbens beabstandet sein. Durch die passgenaue und vorzugsweise
im wesentliche fluiddichte Führung
der Gewindespindel auf dem Gegengewinde ist eine hohe Lebensdauer
des Scharniers gewährleistet.
Die an jeder der beiden Kolbenstirnflächen vorgesehenen, den Durchfluss
regulierenden Steuerscheiben lassen in einer Durchflussrichtung
und Bewegungsrichtung des Kolbens die Hydraulikflüssigkeit definiert
passieren und wirken in Art eines „Flatterventils" und sperren jeweils
im wesentlichen in der entgegengesetzten Durchflussrichtung die
jeweiligen Durchlassöffnungen.
In der Sperrstellung können sich
die Steuerscheiben an dem Kolben abstützen bzw. flächig an
der Kolbenstirnseite anliegen. Die Steuerscheiben haben für die jeweils
anderen Durchflussöffnungen keine
oder eine im wesentliche druckunabhängige Sperrwirkung. So ist
die auf der ersten Kolbenseite angeordnete erste Steuerscheibe in
einer ersten Bewegungsrichtung des Kolbens, z.B. bei der Öffnungsbewegung,
für die
erste Anordnung von Kolbendurchflussöffnungen unter Wirkung des durch
die Kolbenbewegung erzeugten Hydraulikdrucks (Fluiddrucks) gesteuert
fluiddurchlässig
und in der entgegengesetzten Bewegungsrichtung des Kolbens, wenn
die Steuerscheibe gegen den Kolben gedrückt wird, für diese zumindest im wesentlichen oder
vollständig
fluiddicht. Bei der entgegengesetzten Bewegungsrichtung des Kolbens,
z.B. bei der Schließbewegung,
gilt entsprechendes für
die gegenüberliegende
zweite Steuerscheibe in Bezug auf die zweiten Durchflussöffnungen.
In Bezug auf die jeweils anderen Durchflussöffnungen sind die Steuerscheiben
vorzugsweise in beiden Kolbenbewegungsrichtungen jeweils im wesentlichen
ungehindert und/oder druckunabhängig
fluiddurchlässig.
Der Kolben kann hierbei einteilig ausgebildet sein, es können auch
zwei axial beabstandete Kolbenscheiben vorgesehen sein, an denen
jeweils zumindest eine Steuerscheibe vorgesehen ist. Die Steuerscheiben
bestehen vorzugsweise aus Metall, gegebenenfalls auch z.B. aus Kunststoff.
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Vorzugsweise
sind die Steuerscheiben derart gehaltert, beispielsweise durch ein
zentral angreifendes Haltemittel, dass sich diese bei Druckbeaufschlagung
im wesentlichen gleichmäßig über den Umfang
deformieren, wobei sie insgesamt oder die Steuerbereiche einen Konus
ausbilden können.
Sind die Durchflussöffnungen
bezogen auf den Kolben als in dem Gehäuse angeordneter Bypass ausgebildet, so
können
die Steuerscheiben auch hülsenförmig ausgebildet
sein, wobei die Steuerbereiche durch axiale Einschlitzzungen der
Hülse erzeugt
werden können.
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Das
erfindungsgemäße Scharnier
ist durch die beidseitige Anordnung von Steuerscheiben konstruktiv
besonders einfach ausgeführt,
zuverlässig und
wartungsarm. Aufwändige
Konstruktionen wie Kugelrückschlagventile
oder Nadelventile werden vermieden.
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Die
Steuerscheiben sind vorzugsweise unabhängig voneinander austauschbar,
so dass das Scharnier auf einfache Weise unterschiedlichen Erfordernissen,
beispielsweise an Verschlusselemente unterschiedlichen Gewichtes
oder an unterschiedliche gewünschte
Schließgeschwindigkeiten,
anpassbar ist. Kolben, Federelement und andere Einrichtungen können jeweils
beibehalten werden. Öffnungs- und
Schließbewegung
des Verschlusselementes sind somit unabhängig voneinander durch Austausch der
jeweiligen Steuerscheibe oder Veränderung von deren Steuerparameter
einfach veränderbar.
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Die
Steuerscheiben auf beiden Seiten des Kolbens können unterschiedliche Federkonstanten aufweisen,
um das Scharnier bei gegebenem Kolben den jeweiligen Erfordernissen
anzupassen. Vorzugsweise ist die in Kolbenöffnungsrichtung den Fluiddurchlass
steuernde Steuerscheibe „weicher" als die die Kolbenschließbewegung
steuernde Steuerscheibe. Insgesamt ist der bei gegebener Krafteinwirkung in
Kolbenöffnungsrichtung
durch Steuerscheibe und Durchflussöffnungen wirkende Fluidwiderstand
vorzugsweise geringer als der in Schließrichtung wirkende, so dass
die selbsttätige
Schließbewegung
vergleichsweise langsam erfolgen kann.
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Durch
die Steuerscheiben können
verschiedene Parameter des Hydrauliksystems bei der Öffnungs-
und/oder Schließbewegung
des Verschlusselementes eingestellt und verändert werden. So können beispielsweise
die Öffnungs-
und/oder Schließgeschwindigkeit
des Verschlusselementes verändert werden,
beispielsweise auch in veränderlicher
Weise über
den jeweiligen Öffnungs-
oder Schließweg
des Verschlusselementes. Hierzu können Parameter wie die Federkonstante,
der maximale Öffnungswinkel der
jeweiligen Steuerscheibe, die Andruckkraft der Steuerscheibe an
dem Kolben in dessen Schließstellung
und/oder ein Spiel der Steuerscheibe von ihrer Anlagestellung an
dem Kolben zu einer beabstandeten Stellung verändert werden.
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Es
können
jeweils einzelne oder mehrere der genannten Parameter veränderbar
oder veränderbar einstellbar
sein, vorzugsweise jeweils unabhängig voneinander,
wozu ein geeignetes Einstellmittel vorgesehen sein kann. Hierzu
kann beispielsweise ein Halte- und/oder Klemmmittel für die Steuerscheiben vorgesehen
sein, dessen axiale Lage auf der Kolbenachse und/oder dessen Spannkraft
gegenüber
der Steuerscheibe einstellbar ist und welches die Steuerscheibe
gegen die jeweilige Kolbenstirnseite kraftbeaufschlagt, um die Durchflussöffnungen
teilweise oder vollständig
fluiddicht zu verschließen.
Zusätzliche
Federelemente zum Anpressen der Steuerscheiben gegen die Kolbenstirnseiten
können
somit entbehrlich sein. Das Stellmuttel kann einen oder ggf. auch
mehrere mit der Steuerscheibe wechselwirkende Stellglieder aufweisen,
mittels derer die genannten Parameter vorzugsweise unabhängig veränderbar
oder einstellbar sind. Hierzu kann eine mit der Steuerscheibe wechselwirkende
Stellmutter vorgesehen sein, die an einem Gewindeabschnitt des Kolbenschaftes
bzw. der Gewindespindel axial beweglich montiert ist und deren Anpresskraft
an die Steuerscheibe veränderbar
ist. Die Stellmutter kann mehrere konzentrisch zueinander angeordnete
Ringelemente aufweisen, deren Lage in axialer Richtung der Kolbenachse
unabhängig
voneinander einstellbar ist, so dass beispielsweise ein radial innen
liegendes Stellelement die Steuerscheibe gegen den Kolben kraftbeaufschlagt
und ein radial weiter außen
liegendes Stellelement den maximalen Öffnungswinkel der Steuerscheibe
begrenzt, wenn die Steuerscheibe den Fluiddurchlass steuert. Es
versteht sich, dass gegebenenfalls auch andere Stellglieder denkbar
sind.
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Das
oben Gesagte kann sich jeweils auf die bei der Öffnungs- und/oder Schließbewegung des Verschlusselementes
unter Steuerung des Fluiddurchlasses betätigte Steuerscheibe beziehen.
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Eine
oder beide der Steuerscheiben können jeweils
als Lochscheiben ausgebildet sein, wobei die Lochungen im Wesentlichen
fluchtend zu den ersten und/oder zweiten Durchflussöffnungen angeordnet sein
können.
Durch die Lochung können
die Steuerscheiben bezogen auf diese Durchflussöffnungen in beiden Bewegungsrichtungen
des Kolbens fluiddurchlässig
sein.
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Die
ersten und zweiten Durchflussöffnungen des
Kolbens können
in Form von konzentrischen Ringen mit jeweils unterschiedlichem
radialen Abstand von der Kolbenachse angeordnet sein, wobei die
die radial innen liegende Anordnung von Durchflussöffnungen
verschließende
Steuerscheibe auch lediglich als ungelochte Ringscheibe ausgebildet
sein kann. Die ersten und zweiten Durchflussöffnungen der beiden verschiedenen
konzentrischen Ringe weisen vorzugsweise keine radiale Überlappung
miteinander auf. Die ersten und zweiten Durchflussöffnungen können auch
in Umfangsrichtung alternierend zueinander angeordnet sein, wobei
sie im Wesentlichen den gleichen Abstand zu der Kolbenachse aufweisen können. Die
Durchflussöffnungen
können
in Art von Zylinderbohrungen, in Form von schlitzförmigen oder langlochartigen
Durchflussöffnungen
oder dergleichen ausgebildet sein.
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Die
beim Schließen
des Verschlusselementes durchströmten
Durchflussöffnungen
können
die radial innen liegenden sein. Auch bei baugleichen Steuerscheiben
ist der durch diese ausgeübte
Strömungswiderstand
bei den radial innen liegenden Durchflussöffnungen größer als bei den radial außen liegenden.
Die ersten und zweiten Durchflussöffnungen können sich in dem Durchlassquerschnitt
der jeweils einzelnen Öffnungen
oder aber in dem Gesamtquerschnitt derselben voneinander unterscheiden. Die
radial außen
liegenden Durchflussöffnungen
können
einen größeren Einzelquerschnitt
und/oder größeren Gesamtquerschnitt
aufweisen, als die radial innen liegenden.
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Vorzugsweise
ist der Gesamtquerschnitt der Durchflussöffnungen größer bemessen, durch welche
beim Öffnen
des Verschlusselementes durch die Steuerscheiben gesteuert Fluid
strömt,
und/oder der Strömungswiderstand
der Steuerscheibe für
diese Durchflussöffnungen
geringer, so dass dem Öffnen der
Tür ein geringerer
Widerstand entgegengesetzt wird.
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Zur
Befestigung der Steuerscheiben kann eine derselben an einem Absatz
der Gewindespindel, des Kolbens oder eines dem Kolben zugeordneten
Führungskörpers aufliegen.
Die andere Steuerscheibe, zwischen denen der Kolben angeordnet ist, kann
an der Gewindespindel oder an einem Führungskörper des Kolbens festgelegt
sein. Zugleich kann hierdurch der Kolben an der Gewindespindel festgelegt
sein. Das Befestigungsmittel, durch welches beide Steuerscheiben
zugleich festlegbar sein können,
kann insbesondere als Klemmmittel ausgebildet sein, z.B. als Klemmschraube,
die auf einem Gewindeabschnitt der Gewindespindel festgelegt sein
kann. Es versteht sich, dass dieser Gewindeabschnitt verschieden
ist von dem Gewindeabschnitt zur Längsverschiebung des Kolbens
innerhalb des Hydraulikzylinders. Die Steuerscheiben sind bevorzugt
derart befestigt, dass diese sich bei Fluiddurchströmung des
Kolbens über
den Umfang konusförmig
verdrillen, was vorzugsweise im wesentlichen radialsymmetrisch erfolgt.
Die Steuerscheibe kann hierzu an ihrem Zentralbereich an dem jeweils
korrespondierenden Bauteil befestigt sein.
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Der
Kolben kann abdichtend an der Gehäuseinnenwandung anliegen und/oder
gleitend an dieser geführt
sein, wozu umfänglich
um den Kolben ein Dichtungsring mit guten Gleiteigenschaften, beispielsweise
ein Teflonring, angebracht sein kann. Der Kolben kann ferner im
Wesentlichen fluiddicht auf der Gewindespindel geführt sein.
Hierdurch können
die Strömungsverhältnisse
durch die Steuerscheiben exakt definiert und Leckströme vermieden
werden, wodurch die Lebensdauer der hydraulischen Dämpfung deutlich
erhöht
wird.
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Besonders
bevorzugt ist ein Führungskörper für den Kolben
vorgesehen, der sich in axialer Richtung an diesen anschließt oder
in einem axialen Abstand zu diesem angeordnet und der mit dem Kolben in
dem Gehäuse
längsverschiebbar
ist, wobei der Kolben und/oder der Führungskörper verdrehsicher in dem Scharnier gehäuse geführt ist.
Der Führungskörper kann
verdrehsicher, vorzugsweise starr, mit dem Kolben verbunden sein.
Das eine Translationsbewegung des Kolbens bewirkende Gewinde der Gewindespindel
kann sich durch den Führungskörper erstrecken,
wobei das korrespondierende Gewinde an dem Kolben und/oder dem Führungskörper ausgebildet
sein kann. Die miteinander wechselwirkenden Gewindeabschnitte von
Kolben und/oder Führungskörper einerseits
und Gewindespindel andererseits können hierdurch eine deutlich
größere Länge aufweisen,
als lediglich bei einer Ankoppelung an dem Kolben. Zugleich kann
die Verdrehsicherung der Kolbenanordnung auf den Führungskörper beschränkt bleiben.
Hierdurch kann eine wirksame Dichtfläche des Kolbens gegenüber der
Gehäuseinnenwandung
erzielt und ein Verkanten des längsverschiebbaren
Kolbens verhindert werden. Als Verdrehsicherung können an
der Gehäuseinnenwandung
Führungsstege
vorgesehen sein, welche in Führungsnuten
von Kolben und/oder Führungsteil eingreifen.
Gegebenenfalls können
Kolben und Führungskörper als
einteiliges Bauteil ausgeführt
sein. Kolben und Führungskörper können allgemein
als radial vorstehende Zylinderabschnitte eines länglichen Körpers ausgeführt sein.
Der Kolben kann hierbei eine exakt zylindrische Außenfläche aufweisen,
wobei die Außenfläche des
Zylinderkörpers
mit Führungsnuten
oder anderen Führungselementen
ausgestattet sein kann. Der Führungskörper kann
ebenfalls im wesentlichen zylindrisch ausgeführt sein und teil- oder im
wesentlichen vollumfänglich
an der Gehäuseinnenwandung
anliegen. Der Führungskörper kann
allgemein von mindestens einer Durchlassöffnung für Hydraulikflüssigkeit
durchsetzt sein, so dass er von Hydraulikflüssigkeit durchströmbar ist.
Alternativ kann auch der axiale Verbindungsabschnitt zwischen Kolben
und Führungskörper FluidDurchflussöffnungen
versehen sein. Gegebenenfalls kann auch der Führungskörper einen nichtrunden Querschnitt aufweisen
und in einer nicht runden Führung
längsverschiebbar
und verdrehsicher angeordnet sein. Kolben und die Kolbenführung weisen
demgegenüber
vorzugsweise stets zylindrische Querschnittsflächen auf, um eine hohe Dichtigkeit
und reibungsarme Verfahrung des Kolbens zu ermöglichen.
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Das
den Kolben kraftbeaufschlagende Federelement wird beim Öffnen der
Tür vorgespannt und übt so eine
Rückstellkraft
auf den Kolben aus. Hierzu kann das Federelement einerseits an dem Gehäuseboden
abgestützt
sein. Andererseits kann dieses an dem Kolben oder an dem mit diesem
verbundenen Führungskörper abgestützt sein.
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Vorteilhafterweise
sind ferner Mittel vorgesehen, um das Ende des Öffnungs- und/oder Schließvorganges
bei gegebener Krafteinwirkung mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit
durchführen
zu können.
Dies kann beispielsweise innerhalb der jeweils letzten 10 bis 20° des Öffnungs-
bzw. Schließwinkels
des Verschlusselementes erfolgen. Das Ende des Schließvorganges
kann mit einer höheren Geschwindigkeit
erfolgen, insbesondere kann das Verschlusselement ab einem bestimmten
Schließwinkel
schlagartig zufallen. Hierzu kann in einem Abstand von der Schließstellung
des Kolbens ein Druckentlastungskanal für die Hydraulikflüssigkeit
mit einer Einlassöffnung
vorgesehen sein, die in die beim Schließvorgang druckbeaufschlagte
Hydraulikkammer mündet
und die in einer bestimmten Kolbenstellung unter Druckentlastung
des Fluids freigegeben wird. Der Druckentlastungskanal kann an der
Innenwandung des Scharniergehäuses
angeordnet sein oder auch in dem Kolbenschaft, welcher den Kolben führt und
axial verschiebt. Trotz langsamer Schließbewegung des Verschlusselementes
kann dieses somit in das zugehörige
Schloss einrasten. Der Durchflussquerschnitt des Druckentlastungskanals
kann gegebenenfalls durch eine Ventileinrichtung veränderbar
eingestellt werden, beispielsweise durch ein Nadelventil. Die Ventileinrichtung
ist vorzugsweise von der Außenseite
des Scharniergehäuses
her betätigbar.
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Die
Erfindung wird nachfolgend beispielhaft beschrieben und anhand der
Figuren erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Scharniers mit Scharniergehäuse im Teilaufriss,
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2 eine Explosionsdarstellung des Scharniergehäuses nach 1 in
Seitenansicht (2a) und in perspektivischer
Ansicht,
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3 eine
perspektivische Ansicht (3a), stirnseitige
Ansicht (3b) und Seitenansicht (3c) des Gehäuses nach 2,
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4 eine Seitenansicht (4a),
stirnseitige Ansicht (4b) und perspektivische Ansicht (4c)
des Kolbens mit Führungskörper nach 2,
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5 eine perspektivische Ansicht und eine Seitenansicht
des Führungskörpers nach 4,
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6 eine Seitenansicht der Gewindespindel
nach 2,
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7 eine
Explosionsdarstellung des Kolbens mit Steuerscheiben nach 1.
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Das
erfindungsgemäße Scharnier
nach den 1 bis 7 stellt
einen selbstschließenden
Antrieb mit hydraulischer Dämpfung
für ein
Verschlusselement dar (im Folgenden sei als Verschlusselement beispielhaft
stets eine Tür
genannt). Durch Öffnen
der Tür
wird ein in dem Scharnier angeordneter Federmechanismus vorgespannt,
so dass in einer Öffnungsstellung
der Tür
auf diese eine selbsttätige Schließkraft ausgeübt wird.
Durch die hydraulische Dämpfung
wird eine unerwünscht
hohe Schließgeschwindigkeit
aufgrund der Federvorspannung verhindert.
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Das
Scharnier 1 weist einen in einem Scharniergehäuse 2 geführten Kolben 3 auf.
Das Gehäuseinnere
stellt eine Hydraulikflüssigkeit
enthaltende Hydraulikkammer dar, die durch den Kolben in eine erste
und zweite Teilkammer 4, 5 unterteilt wird. Der Kolben 3 wird
hierbei mittels einer Gewindespindel 6 (siehe auch 2) entlang der Gehäuseachse verschoben. Der zylindrische
Kolben 3 mit seiner an der Gehäuseinnenwandung geführten Dichtfläche 7,
die hier durch einen Dichtring 7a mit guten Gleiteigenschaften
wie PTFE ausgebildet wird, ist zugleich mit einem Führungskörper 8 verbunden,
der im Wesentlichen als lang gestreckter Zylinderkörper ausgeführt ist,
dessen axiale Länge
ein mehrfaches der Kolbenlänge
beträgt.
An dem dem Kolben gegenüberliegenden
Endbereich ist der Führungsbereich
in Form eines radial vorstehenden, umlaufenden Flansches 8a ausgebildet.
Das Innere des Führungskörpers ist
mit einem eingeschnittenen Gewinde 8b versehen, welches
mit dem Gewinde der Gewindespindel 6 korrespondiert. Der
Führungskörper fungiert
somit zugleich als Antrieb für
den Kolben. Die miteinander wechselwirkenden Gewindeabschnitte von
Spindel und Führungskörper können eine
beträchtliche
Länge aufweisen,
die die des Kolbens übersteigt,
wobei ferner durch die axial beabstandeten Anlagebereiche von Kolben
und Führungsfläche an der
Gehäuseinnenwand
ein Verkanten des Kolbens verhindert wird.
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Der
Kolben 3 wird axial durch ein Federelement 10 in
Form einer Wendelfeder kraftbeaufschlagt, die sich einerseits an
dem Führungskörper abstützt, nämlich in
der Einbuchtung 11 desselben, andererseits an einem Widerlager,
wie beispielsweise dem Gehäuseboden 12,
welcher mittels eines Außengewindes
an dem Scharniergehäuse
lösbar
befestigt sein kann. Das Federelement ist somit auf der dem Kolben
gegenüberliegenden
Seite des Führungskörpers angeordnet.
Der Kolben ist mittels des als Mutter ausgeführten Halteelementes 13 an
dem Gewindeabschnitt 14 des Führungskörpers festgelegt. Der Gehäuseabschluss
wird durch das lösbar befestigte
Deckelelement 15 mit Außengewinde gebildet.
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Wie
in 1 gezeigt, ragt die Gewindespindel 6 beidseitig
mit einem nichtrunden Endabschnitt 6b aus dem Gehäuse heraus,
der jeweils von einem nichtrunden Haltebereich des Scharnierelementes 21 verdrehfest
erfasst wird. Das Scharnierelement 22 ist an dem Gehäuse verdrehfest
befestigt. Bei Öffnen der
Tür werden
die Scharnierelemente 21, 22 aufeinander zu geklappt
und hierdurch die Gewindespindel 6 gegenüber dem
Gehäuse 2 verdreht,
so dass der Kolben axial in dem Gehäuse verschoben wird. Die Gewindespindel
ist hierbei gegenüber
dem Gehäuse unver schieblich
angeordnet. Es versteht sich, dass gegebenenfalls jedoch auch die
Gewindespindel mit dem Gewinde an einem Widerlager angreifen kann und
hierdurch der Kolben unter Axialverschiebung der Spindel bewegt
wird.
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Der
Kolben 3 wird ferner an beiden Stirnflächen 25, 26 von
einer ersten und einer zweiten Anordnung von Durchflussöffnungen 27, 28 durchsetzt, die
in Art von zwei konzentrischen Kreisen angeordnet sind und die nach
dem Ausführungsbeispiel
in axialer Richtung nicht miteinander überlappen. Die Durchflussöffnungen 27, 28 sind
wechselweise durch die beiden beidseitig des Kolbens angeordneten Steuerscheiben 30, 31 fluiddicht
abgeschlossen und verdeckt (jeweils bezogen auf entgegengesetzte Strömungsrichtungen)
oder aber gesteuert fluiddurchlässig.
Die Steuerscheiben wirken somit in Art von Flatterventilen, die
in einer Strömungsrichtung einen
Fluiddurchfluss verhindern und in der entgegengesetzten Strömungsrichtung
unter einem gegebenen Strömungswiderstand
einen Fluiddurchfluss gestatten. Bei fehlendem Hydraulikdruck können die ebenen
Steuerscheiben flächig
an den ebenen Kolbenstirnflächen
anliegen.
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Beim Öffnen der
Tür wird
die Gewindespindel 6 gegenüber dem Gehäuse 2 verdreht, wodurch zugleich
der Kolben 3 axial verschoben und das Federelement 10 vorgespannt
wird. Das Fluid strömt dann
von der Teilkammer 4 durch die radial innen liegenden Durchflussöffnungen 28 in
die Teilkammer 5, wobei die Steuerscheibe 31 als
den Durchfluss steuerndes Flatterventil wirkt. Bei Freigabe der
Tür wird dann
durch Entspannung des Federelementes 10 der Kolben zurück in seine „Schließstellung" überführt, wobei dann die Steuerscheibe 31 die
Durchflussöffnungen 28 verschließt und das
Fluid durch die Durchflussöffnungen 27 in
die Teilkammer 5 zurückströmt. Hier
wirkt dann die Steuerscheibe 30 als Flatterventil. Die Öffnungs-
und Schließbewegungen
der Tür
können
so unabhängig
voneinander durch geeignete Steuerscheiben unter Beibehaltung des
Kolbens 3 eingestellt werden. Die den inneren konzentrischen
Ring von Durchfluss öffnungen 28 verschließende Steuerscheibe 31 kann
lediglich als Ringscheibe ausgebildet sein, während die andere Steuerscheibe 30 als
Lochscheibe mit einer oder mehreren Durchströmungsöffnungen 30a ausgebildet
sein kann, um die ersten, hier radial innen liegenden, Durchflussöffnungen 28 bei
gegebener Kolbenbewegungsrichtung vorzugsweise vollständig freizugeben und
den Fluss durch die zweiten, hier radial außen liegenden, Öffnungen 27 zu
steuern. Auch dann, wenn die Durchflussöffnungen 27, 28 den
gleichen Gesamtquerschnitt aufweisen, kann durch Wahl geeigneter
Steuerscheiben die Strömungsgeschwindigkeit
der Hydraulikflüssigkeit
in beiden Durchströmungsrichtungen
durch den Kolben unterschiedlich eingestellt werden. Um exakt eine
exakte Kolbenführung
zu erhalten, liegt der Kolben 3 abdichtend an der Gehäuseinnenwandung
an, wozu er an seinem Außenumfang
mit einem abdichtenden Gleitring 33 versehen ist. Ferner
ist der Kolben zumindest im wesentlichen fluiddicht auf dem Steilgewinde 6a der
Gewindespindel 6 geführt
wird, was einen exakten und verschleißarmen Kolbenantrieb ergibt
und durch die zwei in dem Kolben angeordneten und/oder an diesem
vorbeiführenden
Anordnungen der Durchtrittsöffnungen 27, 28 ermöglicht wird.
-
Die
beiden Steuerscheiben 30, 31 können unterschiedliche Federkonstanten
aufweisen, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Materialstärke und/oder
Materialeigenschaften. Ferner kann zumindest eine der Steuerscheiben,
z.B. die die Durchflussöffnungen 28 steuernde
Steuerscheibe 31, in mindestens einem die Strömungscharakteristik
des Fluids beeinflussenden Parameter veränderbar einstellbar sein. So
können
z.B. der maximale Öffnungswinkel
der Steuerscheibe, die Andruckkraft derselben an dem Kolben und/oder
die Vorspannung der Steuerscheibe gegen eine Freigabe der Durchflussöffnung des
Kolbens veränderbar
einstellbar sein. Hierzu kann die als Halteelement 13 fungierende Mutter
mit unterschiedlicher Presskraft an der Steuerscheibe 31 anliegen
oder ein Spiel zu dieser aufweisen. Es kann ferner der Winkel der
Anfasung 32 geeignet gewählt sein, welcher den maximalen Öffnungswinkel
der Steuerscheibe bestimmen kann. Gegebenenfalls kann das Halteelement 13 auch
aus zwei gegeneinander verdrehbaren Elemente bestehen, so dass die
Anpresskraft und/oder der maximale Öffnungswinkel der Steuerscheibe
gegebenenfalls unabhängig
voneinander geeignet einstellbar sind. Die Steuerscheiben deformieren
sich hierbei regenschirmartig über
deren Umfang.
-
Der
Kolben 3 ist mit dem Führungskörper 8 kraftübertragend
angekoppelt und hierzu auf dem schaftartigen Abschnitt 36 unter
Abstützung
an dem Stufenabsatz 37 verdrehfest aufgesetzt. Das mit
dem Gewinde 6a der Spindel 6 korrespondierende
Gewinde 8b ist somit nach dem Ausführungsbeispiel ausschließlich an
dem Führungskörper 8 angeordnet. Durch
die an der Gehäuseinnenwandung
angeordneten leistenartigen Führungselemente 38,
die in Nuten 39 des Führungskörpers eingreifen,
wird der Führungskörper und
zusammen mit diesem der Kolben 3 verdrehfest an dem Scharniergehäuse angeordnet und
in Längsrichtung
geführt.
Der Kolben 3 weist hierbei eine zylinderförmige Umfangsfläche auf. Gleichzeitig
wird durch den axialen Abstand von Kolben 3 und Flansch 8a,
der mit Durchströmungsöffnung 40 für Fluid
versehen ist, so dass Fluid in den Zwischenraum zwischen Kolben 3 und
Flansch 8a einströmen
kann, eine sehr stabile axiale Führung
für den
Kolben bereitgestellt. Der Führungskörper gegebenenfalls
auch einen anders gestalteten unrunden Querschnitt aufweisen kann.
-
Um
ab einer bestimmten Öffnungsstellung der
Tür eine
beschleunigte Schließbewegung
und damit ein Zufallen der Tür
in eine Rastung zu ermöglichen,
ist ein Druckentlastungskanal 41 vorgesehen. In einer bestimmten
Schließstellung
des Kolbens wird die Mündung
des Druckentlastungskanals 41 freigegeben, so dass das
Fluid in Art eines Bypasses um den Kolben herum geführt werden
kann. Hierdurch entsteht eine schlagartige Druckentlastung der in
der Teilkammer 4 angeordneten druckbeaufschlagten Hydraulikflüssigkeit.
Ferner ist in der Spindel 6 ein Strömungskanal 42 mit
Einlass 43 und Auslass 44 vorgesehen, wobei der
Strömungs querschnitt des
Kanals durch ein Nadelventil 45, das hier als Madenschraube
ausgebildet ist, veränderbar
ist. Das Nadelventil ist von außerhalb
des Gehäuses
betätigbar,
wozu der Endabschnitt 6b durch eine Öffnung 46 in der Scharnieraufnahme
zugänglich
ist. Hierdurch ist eine Feineinstellung des Strömungswiderstandes beim Fluidaustausch
zwischen den Teilkammern 4, 5 bei gegebener Wahl
der Steuerscheiben durch den veränderbaren
Bypasses möglich.
-
Ferner
sind der Kolben und/oder die diesen antreibende Gewindespindel 6 in
einer Offenstellung der Tür
blockiert. In dieser Stellung ist zugleich das Gewinde von Kolben 3 und/oder
Führungskörper 8 von
der Gewindespindel 6 entkoppelt. Hierzu kommt das Gewinde 6a der
Spindel in einer bestimmten Öffnungsstellung
der Tür
von dem Innengewinde 8b des Führungskörpers 8 (und/oder
ggf. auch des Kolbens 3) außer Eingriff. Nach dem Ausführungsbeispiel
ist hierbei das Gewinde 6a an der Durchtrittsöffnung 47 aus
dem korrespondierenden Gewindebereich von Kolben und/oder Führungskörper nach
dessen Durchdringung ausgefahren. Das Federelement 10 ist
dann zumindest nahezu maximal vorgespannt. Der stirnseitige Endbereich 6c des
Spindelgewindes sitzt dann an einem dem Gewindeeinlauf des korrespondierenden
Gewindes benachbarten Anlagebereich 48 (5)
auf, so dass die Tür
bei fehlender äußerer Krafteinwirkung
in ihrer Offenstellung blockiert ist. Diese Blockierungsstellung
wird durch die einwirkende Federkraft des gespannten Federelementes 10 bewirkt
oder unterstützt,
die den Anlagebereich des Führungsköpers an
die Gewindestirnseite der Spindel drückt. Das Gewinde 6a,
das sich an den Spindelschaft anschließt, hat hierzu eine geeignete
Länge.
Durch geringfügige
Bewegung der Tür
in eine weiter geöffnete
Offenstellung hat die Tür
eine ausreichende Geschwindigkeit, damit bei Aufsetzen des Endbereichs 6c der
Spindel an dem Gewindeeinlauf der Übergangswiderstand überwunden
wird und das Spindelgewinde 6a in das korrespondierende Gewinde 8b einläuft. Gegebenenfalls
kann hierzu der stirnseitige Endbereich des Spindelgewindes und/oder
der korrespondierende Anla gebereich derart ausgebildet sein, dass
ein Einlaufen des Spindelgewindes in das Gegengewinde erschwert
wird, beispielsweise besonders passgenau gearbeitet und/oder mit
zusätzlichen
Haltemittel wie Graten versehen sein. Das blockierende Aufsetzen
kann dann aufgrund einer geringfügigen
Fortsetzung der Drehbewegung der Spindel relativ zum Gegengewinde beim
Auslaufen des Spindelgewindes erfolgen.
-
Das
Gewinde 6a der Spindel und die korrespondierenden Gewinde
können
mehrgängig
ausgeführt
sein, um eine günstigere
Kraftübertragung
zu bewirken. Beispielsweise durch Austausch der Spindel 6 oder
ggf. durch Längsverschiebung
des Gewindes 6a mit einem Spindelabschnitt in Spindellängsrichtung
oder der Spindel 6 insgesamt kann die kraftlose Offenstellung
der Tür
und/oder die Stellung, in welcher Kolben und/oder Führungskörper von
der Spindel entkoppelt sind, nach Bedarf eingestellt werden.
-
- 1
- Scharnier
- 2
- Scharniergehäuse
- 3
- Kolben
- 4,
5
- Hydraulikteilkammer
- 6
- Gewindespindel
- 6a
- Gewinde
- 6b
- Endbereich
- 6c
- Endbereich
- 7
- Dichtfläche
- 7a
- Dichtring
- 8
- Führungskörper
- 8a
- Flansch
- 8b
- Gewinde
- 10
- Federelement
- 11
- Einbuchtung
- 12
- Boden
- 13
- Halteelement
- 14
- Gewindeabschnitt
- 15
- Deckel
- 16
- Abschnitt
- 21,
22
- Scharnierelement
- 25,
26
- Stirnflächen
- 27,
28
- Durchflussöffnungen
- 30,
31
- Steuerscheiben
- 30a
- Durchtrittsöffnungen
- 32
- Anfasung
- 36
- Abschnitt
- 37
- Stufenabsatz
- 38
- Führungselement
- 39
- Nuten
- 40
- Durchtrittsöffnungen
- 41
- Druckausgleichkanal
- 42
- Kanal
- 43
- Einlass
- 44
- Auslass
- 45
- Nadelventil
- 46
- Zugangsöffnung
- 47
- Durchtrittsöffnung
- 48
- Anlagebereich