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Die
Erfindung betrifft einen Antrieb für einen Flügel einer Tür oder eines Fensters mit den
Merkmalen des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 43 23 150 A1 ist
ein Türantrieb bekannt,
mit einer hydraulischen Schließereinrichtung,
mit hydraulischer Kolben-Zylindereinheit und Schließerfeder,
mit einer motorischen Öffnereinrichtung
mit einer Hydraulikpumpe und einem Elektromotor, wobei beim motorischen Öffnungsvorgang
der Druck des Hydraulikmediums angepasst an die momentane Kraft
der Schließerfeder
geregelt wird. Der Kolben ist im Hydraulikzylinder unter Ausbildung
eines Druckraums und eines Drucklosraums verschiebbar geführt, wobei
die mit dem Kolben zusammenwirkende Schließerfeder – oder eine auf diese abgestimmte
Feder – mit
ihrem einen Ende auf dem Kolben und mit ihrem anderen Ende auf einem
hydraulischen Druckpolster abgestützt ist. Im Druckraum und im
hydraulischen Druckpolster wird der gleiche hydraulische Druck geregelt
eingestellt. Zur Bildung des Druckpolsters ist ein Ventilglied angeordnet,
welches über
unterschiedliche Hydraulikkanäle betätigbar ist.
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Der
Türantrieb
ist aufwändig
aufgebaut, da der Hydraulikdruck geregelt an die momentane Kraft der
Schließerfeder
angepasst wird. Nachteilig weist auch das Ventilglied zur Steuerung
mehrere Dichtkanten auf, die mit Hydraulikkanälen zusammenwirken.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen, kostengünstigen
Antrieb für
den Flügel
einer Tür
oder eines Fensters auszubilden sowie ein Verfahren zur einfaches
Steuerung des Antriebs dazu.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 6 gelöst.
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Die
Unteransprüche
bilden vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung.
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Der
erfindungsgemäße Antrieb
für einen
Flügel
einer Tür
oder eines Fensters weist einen als Druckfeder ausgebildeten Energiespeicher
auf, welcher durch manuelles Öffnen
aufgeladen wird und bewirkt, dass der Flügel nach dem Öffnen wieder
in seine Geschlossenlage geführt
wird. Bei Drehtüren werden
dazu Türantriebe
eingesetzt, welche über
ein gelenkig verbundenes Gestänge
oder über
einen in einer Gleitschiene durch einen Gleitstein geführten Hebel
die Krafteinleitung auf die Tür
bewirken. Dabei kann der Türantrieb
am Rahmen oder auch auf dem Türblatt
festgelegt sein. Der Hebel oder das Gestänge als Kraftübertragungselement
stützen
sich dabei, entsprechend der gewählten
Anordnung, entweder am Türblatt
oder am Rahmen ab.
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Der
Antrieb weist ein Gehäuse
auf, mit einem Aufnahmeraum, in dem die Druckfeder und ein verschiebbarer
Schließerkolben
angeordnet sind. Der Schließerkolben
wirkt mit einer Abtriebswelle zusammen, die mit dem Hebel oder dem
Gestänge
zur Betätigung
des Flügels
verbunden ist. Der Aufnahmeraum ist mit einer Hydraulikflüssigkeit
befüllt.
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Der
Schließerkolben
teilt den Aufnahmeraum des Gehäuses
in einen Kolbenraum und einen Federraum auf. Im Federraum ist die
Druckfeder angeordnet, welche sich einerseits auf dem Schließerkolben
und andererseits auf einem weiteren im Aufnahmeraum angeordneten
Federkolben abstützt. Der
Federkolben ist als Stufenkolben ausgebildet, mit einem Ansatz mit
kleinerem Durchmesser, der in einem entsprechend verjüngten Bereich
des Aufnahmeraums geführt
ist. Der Federkolben trennt im Aufnahmeraum einen Speicherraum ab
und bildet mit seinem Ansatz einen Druckraum im verjüngten Bereich
des Aufnahmeraums aus. Vorteilhaft ist dem Federkolben keine Ventilfunktion
zugeordnet, wodurch ein einfacher Aufbau möglich ist.
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Die
verschiedenen Bereiche im Aufnahmeraum sind durch Überströmkanäle miteinander
verbunden, wobei die Überströmkanäle in das
Gehäuse eingeformt
sein können,
beispielsweise gleich bei der Herstellung des Gehäuses durch Strangpressen, oder
sie werden nachträglich
durch eine spanabhebende Bearbeitung durch Bohren oder durch Funkenerosion
hergestellt. In den Überströmkanälen können Ventile
angeordnet sein, die der Beeinflussung des Verhaltens des Antriebs
dienen. Mit den Ventilen kann die Schließgeschwindigkeit des Antriebs
oder eine Öffnungsdämpfung eingestellt
werden.
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Erfindungsgemäß ist bei
dem vorliegenden Antrieb einem der Überströmkanäle eine Hydraulikpumpe zugeordnet,
welche es ermöglicht,
den Federkolben gegen die Druckfeder hydraulisch zu verschieben,
wodurch die Druckfeder vorgespannt wird. Vorteilhaft erfolgt die
Steuerung der Hydraulikpumpe über
Sensoren, die am Gehäuse
angeordnet sind, und welche die Stellung des Schließerkolbens
und des Federkolbens erfassen. Die Sensoren können berührungslose Sensoren sein, die
als Reedkontakte oder als Hallsensoren ausgebildet sein können, und die
mit an den Kolben angeordneten, als Magnete ausgebildeten Gebern
zusammenwirken. Die Reedkontakte können elektrisch so mit der
Hydraulikpumpe verbunden sein, dass keine weitere Steuereinheit benötigt wird.
Dies ist durch eine elektrische Reihenschaltung der Reedkontakte
und der Hydraulikpumpe möglich.
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In
der Grundstellung des Antriebs, der Geschlossenlage des Türflügels, wird
bei der Inbetriebnahme der Antrieb bestromt. Die Sensoren sind durch
die Geber beaufschlagt, so dass die Hydraulikpumpe Hydraulikflüssigkeit
aus dem Federraum in den Speicherraum des Federkolbens pumpt, wodurch
Druck auf die Federkolbenfläche
ausgeübt wird,
und diese sich gegen die Druckfeder verschiebt, wobei die Druckfeder
vorgespannt wird. In den Druckraum strömt über einen Überströmkanal Hydraulikflüssigkeit
aus dem Kolbenraum ein. Nach einem bestimmten Verschiebeweg, der
durch die Anordnung des Sensors und des zugeordneten Gebers am Federkolben
bestimmt ist, wird die Hydraulikpumpe ausgeschaltet. Durch die Anordnung
eines Ventils in einem der Überströmkanäle wird
gewährleistet, dass
der Hydraulikdruck im Speicherraum, und somit die Federvorspannung
bestehen bleibt.
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Wird
der Türflügel geöffnet, so
wird der Schließerkolben
gegen die Druckfeder verschoben, wobei sich jedoch gleichzeitig
der Federkolben mit verschiebt, da die Hydraulikflüssigkeit
aus dem Druckraum in den sich vergrößernden Kolbenraum zurückströmt. Durch
diese gleichzeitige Bewegung des Schließerkolbens und des Federkolbens
in dieselbe Richtung wird erreicht, dass die Druckfeder durch den
Schließerkolben
weniger komprimiert wird, als es dem Verschiebeweg des Schließerkolbens entspricht,
wodurch ein geringerer Kraftaufwand erforderlich ist. Das Öffnen der
Tür wird
somit entlastet, so dass die die Tür öffnende Person einen geringeren
Widerstand spürt.
Abhängig
von den konstruktiven Gegebenheiten ist diese Entlastung über einen bestimmten
Bereich der Türöffnung möglich, d.h.,
bis sich der Federkolben vollständig
verschoben hat, und alle Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckraum
in den Kolbenraum geströmt
ist. Dieser unterstützte
Bereich der Türöffnung kann
so gewählt
werden, dass dieser einem häufig
genutzten Türöffnungswinkel, beispielsweise
bis ca. 85° entspricht.
Ist ein größerer Türöffnungswinkel
erforderlich, beispielsweise beim Transportieren von Lasten, so
ist das weitere Öffnen der
Tür gegen
die Kraft der Druckfeder ohne Entlastung möglich.
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In
Schließrichtung
wird der Flügel
zunächst alleine
durch die gespannte Druckfeder beaufschlagt. Im Endbereich, bevor
der Flügel
ins Schloss fällt,
wird dieses Schließen
wiederum durch den Antrieb unterstützt, indem die Hydraulikpumpe
erneut eingeschaltet wird. Das Einschalten wird durch die Stellung
des Schließerkolbens
bewirkt, wobei das Einschalten durch die Anordnung des Gebers im Schließerkolben
und des zugeordneten Sensors bestimmt wird. Der Federkolben wird
gegen die Druckfeder verschoben, wodurch diese komprimiert und der
Schließerkolben
dadurch mit einer erhöhten
Kraft in Schließrichtung
beaufschlagt wird. Der Flügel
der Tür
wird in seine Schließlage
geführt,
der Federkolben gelangt erneut in die gegen die Druckfeder verschobene
Stellung, wodurch die Hydraulikpumpe ausgeschaltet wird, und der
Antrieb sich erneut in seiner Grundstellung befindet.
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Die
Hydraulikpumpe hat erfindungsgemäß lediglich
eine unterstützende
Funktion und wird nur im Endbereich der Schließbewegung des Flügels betrieben.
Dabei steht eine ausreichende Betriebsdauer zur Verfügung, um
den Federkolben zu beaufschlagen. Somit kann eine kleine kostengünstige Hydraulikpumpe
mit geringer Leistung eingesetzt werden.
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Im
Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel
in der Zeichnung anhand der Figuren näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 einen
Antrieb bei geschlossenem Flügel,
mit unbestromter Hydraulikpumpe;
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2 den
Antrieb nach 1 mit bestromter Hydraulikpumpe;
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3 den
Antrieb nach 2, manuell in Öffnungsrichtung
betätigt;
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4 den
Antrieb nach 3 in einer weiter geöffneten
Stellung.
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In
den Figuren ist ein Antrieb 1 gezeigt, mit einem Gehäuse 2,
mit einem gegen eine Druckfeder 3 verschiebbaren Schließerkolben 4,
welcher mit einer Abtriebswelle 5 zur Betätigung eines
Flügels
einer Tür
oder eines Fensters zusammenwirkt, und wobei die Druckfeder 3 und
die Abtriebswelle 5 in einen Aufnahmeraum des Gehäuses 2 angeordnet
sind. Der Schließerkolben 4 teilt
dabei den Aufnahmeraum des Gehäuses 2 in
einen Kolbenraum 6 und einen Federraum 7. Die
Druckfeder 3 stützt
sich einerseits auf dem Schließerkolben 4 und
andererseits auf einem weiteren, im Aufnahmeraum angeordneten Federkolben 8 ab.
Der Federkolben 8 ist als Stufenkolben ausgebildet und
weist einen Ansatz 8' mit
kleinerem Durchmesser auf, der dichtend in einem entsprechenden,
verjüngten
Bereich des Aufnahmeraums im Gehäuse 2 geführt ist.
Der Federkolben 8 trennt im Aufnahmeraum einen Speicherraum 9 ab
und bildet mit seinem Ansatz 8' einen Druckraum 10 im
verjüngten
Bereich des Aufnahmeraums aus.
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Weiterhin
sind im Gehäuse 2 Überströmkanäle 11, 11' und 11'' angeordnet, die in den Figuren zur
Verdeutlichung lediglich skizziert sind. Die Überströmkanäle 11, 11' und 11'' können im Gehäuse 2 eingeformt sein,
beispielsweise durch Strangpressen des Gehäuses 2, oder spanabhebend
durch Bohren eingebracht sein. Der Überströmkanal 11' verbindet dabei
den Druckraum 10 mit dem Kolbenraum 6. Zwischen
dem Federraum 7 und dem Speicherraum 9 ist der Überströmkanal 11 mit
einer Hydraulikpumpe 15 angeordnet.
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Im Überströmkanal 11'', welcher den Kolbenraum 6 mit
dem Federraum 7 verbindet, ist ein Drosselventil 12 und
ein Umschaltventil 13 angeordnet, wobei bei einem Überströmen von
Hydraulikflüssigkeit
vom Kolbenraum 6 in den Federraum 7 ein Druckanstieg
am Drosselventil 12 ein Umschalten des Umschaltventils 13 bewirkt,
da dessen Steuerleitung 14 mit dem Überströmkanal 11'' verbunden ist. Das Drosselventil 12 ermöglicht eine
Schließdämpfung,
d.h. eine Einstellbarkeit der Schließgeschwindigkeit des Antriebs 1.
Der Überströmkanal 11'' endet verzweigt und beabstandet
im Aufnahmeraum, wodurch das Verhalten des Antriebs 1 beeinflusst
wird, indem der Schließerkolben 4 – je nach
Stellung im Aufnahmeraum – die Öffnungen
in den Aufnahmeraum hinein verschließt. Das in einer Verzweigungen angeordnete
Drosselventil 12' ermöglicht die
Einstellung einer Öffnungsdämpfung beim Öffnen des
Türflügels.
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Die
Drosselventile 12, 12', das Umschaltventil 13 und
die Hydraulikpumpe 15 können
an die am Gehäuse 2 endenden Überströmkanäle 11', 11'' anschließbar oder auch im Gehäuse 2 selbst
ausgebildet oder angeordnet sein.
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Im
Gehäuse 2 sind
Sensoren 16, 16' angeordnet,
welche die Stellung des Kolbens 4 und des Federkolbens 8 erfassen,
und der Steuerung der Hydraulikpumpe 15 dienen. Dazu ist
im Schließerkolben 4 und
im Federkolben 8 jeweils ein Geber 17, 17' angeordnet,
der mit Sensoren 16, 16' zusammenwirkt. Die berührungslosen
Sensoren 16, 16' können als Reedkontakt
oder Hallsensor und die Geber 17, 17' als Magnete
ausgebildet sein.
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In
der 1 ist die Grundstellung des Antriebs 1 dargestellt.
Der Flügel
der Tür
ist geschlossen, und der Antrieb 1 ist noch nicht mit dem
Stromnetz verbunden. Der Schließerkolben 4 ist
durch die Druckfeder 3 in der Figur nach links verschoben.
Das Umschaltventil 13 ist nun in seiner Ruhelage, in welcher
der zugeordnete Überströmkanal 11'' durchströmbar ist. Der Federkolben 8 ist
ebenfalls durch die Druckfeder 3 in seine Ruhelage – in der
Figur nach rechts – verschoben.
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Die 2 zeigt
den Antrieb 1, nachdem dieser an das Stromnetz angeschlossen
ist. Die Sensoren 16, 16' sind zunächst durch die Geber 17, 17' beaufschlagt,
wodurch die Hydraulikpumpe 15 eingeschaltet ist. Die Hydraulikpumpe 15 pumpt
daher Hydraulikflüssigkeit
vom Federraum 7 über
den Überströmkanal 11 in
den Speicherraum 9, wodurch ein Druck an der Federkolbenfläche 8a entsteht,
die den Federkolben 8 gegen die Kraft der Druckfeder 3 verschiebt.
Der Ansatz 8' des
Federkolbens 8 saugt dabei Hydraulikflüssigkeit aus dem Kolbenraum 6 über den Überströmkanal 11' in den Druckraum 10 an,
wobei Hydraulikflüssigkeit
aus dem Federraum 7 über den Überströmkanal 11'' mit dem Drosselventil 12 und über das
Umschaltventil 13 in den Kolbenraum 6 nachströmt.
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Gelangt
der im Federkolben 8 mit dem angeordnete Geber 17 aus
dem Einflussbereich des Sensors 16, wird die Hydraulikpumpe 15 abgeschaltet, wie
es in der 2 gezeigt ist. Der federbelastete
Federkolben 8 erzeugt mit seiner Ansatzfläche 8'a am Ansatz 8' im Druckraum 10 einen
Druck, der über
den Überströmkanal 11' im Kolbenraum 6 und
im Überströmkanal 11'' ansteht. Dieser Druck wirkt auf
die Schließerkolbenfläche 4a und
auf die Steuerleitung 14 des Umschaltventils 13 ein.
Dadurch schaltet das Umschaltventil 13 gemäß Pfeil
A in 2 um und sperrt den Überströmkanal 11'', wodurch die Stellung des Federkolbens 8 gemäß 2 erhalten
bleibt.
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In
der 3 ist eine Stellung des Antriebs 1 dargestellt,
wobei der Schließerkolben 4 – in der
Figur nach rechts – durch
ein manuelles Öffnen
des Flügels
der Tür
verschoben ist. Der Sensor 16' ist nicht mehr durch den Geber 17' des Kolbens 4 beaufschlagt
und die Hydraulikpumpe 15 ist ausgeschaltet.
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Die
angestiegene Kraftwirkung auf den Federkolben 8 durch das
Komprimieren der Druckfeder 3 bewirkt einen Druckanstieg
im Druckraum 10, der durch den Überstromkanal 11' auch im Kolbenraum 6 und
weiter auf die Steuerleitung 14 des Umschaltventils 13 wirkt,
wodurch der Überströmkanal 11'' weiterhin gesperrt bleibt.
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Die
Druckfeder 3 wird beim Öffnen
des Flügels
nicht entsprechend dem Verschiebeweg des Kolbens 4 gespannt,
da sich der Federkolben 8, auf dem sich die Druckfeder 3 abstützt, in
der selben Richtung verschiebt, wie der Schließerkolben 4 selbst.
Somit kommt es zu einer Entlastung der am Flügel der Tür aufzuwendenden Kraft durch
die unterschiedliche Flächengröße der Schließerkolbenfläche 4a und
der Ansatzfläche 8'a, wobei deren
Verhältnis
die Kraftübersetzung
bestimmt. Dies kann konstruktiv bis zu einem bestimmten Türöffnungswinkel
vorgesehen sein, welcher üblicherweise
bei normaler Begehung vorgenommen wird, beispielsweise bis 85° Türöffnungswinkel.
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In
der 4 ist der vorgesehene Türöffnungswinkel erreicht und
der Federkolben 8 vollständig nach rechts verschoben.
Die Tür
kann weiter gegen die Kraft der Druckfeder 3 geöffnet werden,
wobei in diesem Bereich keine Entlastung der Federkraft mehr stattfindet.
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Da
durch die Verschiebung des Kolbens 4 der Sensor 16' nicht mehr
durch den am Kolben angeordneten Geber 17' beaufschlagt ist, bleibt die Hydraulikpumpe 15 ausgeschaltet,
obwohl der Sensor 16 durch den am Federkolben 8 angeordneten
Geber 17 wieder beaufschlagt ist.
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Beim
Schließen
der Tür
bewegt sich der durch die Druckfeder 3 beaufschlagte Schließerkolben 4 in
die Ausgangsstellung – in
den Figuren nach links – zurück. Abhängig von
der gewählten
Anordnung des Sensors 16' und
des Gebers 17' wird
die Hydraulikpumpe 15 bei einem Türöffnungswinkel in der Nähe der Schließlage des
Türflügels wieder
eingeschaltet. Der Federkolben 8 wird durch den Pumpendruck
auf die Federkolbenfläche 8a gegen
die Druckfeder 3 verschoben, wodurch auf den Schließerkolben 4 die
Federkraft und die Kraft durch die Verschiebebewegung des Federkolbens 8 einwirkt. Diese
erhöhte
Kraftwirkung unterstützt
das vollständige
Schließen
des Türflügels und
gewährleistet
ein sicheres Schließen
der Tür.
Dies ist erforderlich, da die Schlossfalle zum vollständigen Schließen in das Schloss
zurückgedrückt werden
muss, bevor diese in das Schließblech
an der Türumrahmung
einrasten kann.
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Der
Antrieb befindet sich nun erneut in der Ausgangsposition gemäß 2,
wobei der Federkolben 8 durch den Druck im Druckraum 10 beaufschlagt
und die Hydraulikpumpe 15 ausgeschaltet ist; das Umschaltventil 13 sperrt
den Überströmka nal 11''. Durch die lediglich unterstützende Funktion
der Hydraulikpumpe 15 und deren Betätigung im Endbereich der Schließbewegung
des Flügels
steht ausreichend Zeit zur Verfügung,
um das Überströmen zu bewirken.
Es kann daher eine kostengünstige,
kleine Hydraulikpumpe 15 mit geringer Leistung verwendet werden.
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Zur
einfachen Steuerung des Antriebs 1 sind am Gehäuse 2 die
Sensoren 16 bzw. 16' angeordnet, die
durch am Schließerkolben 4 und
am Federkolben 8 angeordnete Geber 17 bzw. 17' abhängig von
der Stellung von Schließerkolben 4 und
Federkolben 8 betätigt
werden, um die Hydraulikpumpe 15 zu steuern. Durch eine
elektrische Reihenschaltung der Sensoren 16, 16' wird erreicht,
dass die Hydraulikpumpe lediglich im Endbereich der Schließbewegung des
Flügels
eingeschaltet ist, wodurch das vollständige Schließen des
Flügels
unterstützt
wird und die Federvorspannung zu Öffnungsunterstützung bewirkt wird.
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- 1
- Antrieb
- 2
- Gehäuse
- 3
- Druckfeder
- 4
- Schließerkolben
- 4a
- Schließerkolbenfläche
- 5
- Abtriebswelle
- 6
- Kolbenraum
- 7
- Federraum
- 8
- Federkolben
- 8a
- Federkolbenfläche
- 8'
- Ansatz
- 8'a
- Ansatzfläche
- 9
- Speicherraum
- 10
- Druckraum
- 11,
11', 11''
- Überströmkanal
- 12
- Drosselventil
Schließgeschwindigkeit
- 12'
- Drosselventil Öffnungsdämpfung
- 13
- Umschaltventil
- 14
- Steuerleitung
- 15
- Hydraulikpumpe
- 16,
16'
- Sensor
- 17,
17'
- Geber