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Die
Erfindung befasst sich mit einer Luftfeder für einen Fahrzeugsitz mit einer
Druckluftleitung, in der ein Sicherheitsventil angeordnet ist, das
in einer ersten Stellung geöffnet
ist und in einer zweiten Stellung geschlossen ist. Außerdem befasst
sich die Erfindung auch noch mit einem Fahrzeugsitz, in den eine
solche Luftfeder eingebaut ist.
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Insbesondere
in Nutzfahrzeugen sind luftgefederte Sitze bekannt. Hierbei handelt
es sich um „offene
Systeme", bei denen
eine Luftfeder aus einer externen Versorgungsleitung Druckluft erhält bzw. diese
abgibt, um vorab definierte Funktionen zu erfüllen. Der Anschluss an die
externe Druckluftversorgung erfolgt aus technischen Gründen, beispielsweise
einer automatischen Gewichtseinstellung oder einer kraftunterstützten Höheneinstellung.
Tritt ein Schaden im Luftleitungssystem zwischen der Luftversorgung
und der Luftfeder auf, senkt sich der Sitz nach unten. Dasselbe
Ergebnis erhält
man, wenn das Nutzfahrzeug einen schweren Unfall hat und es zu einem
unkontrollierten Luftverlust in der Druckluftversorgung kommt. Aus
medizinischer Sicht ist dies sehr ungünstig und kann zu einer Verschlimmerung
einer Verletzung des Insassen führen.
Die konventionellen Auf- und Abblasventile öffnen die Verbindung zwischen
der Luftfeder und den Versorgungsleitungen (Aufblasen) bzw. zwischen
der Luftfeder und der Umgebung (Abblasen). Sinkt der Druck in der
Versorgungsleitung als Folge des Unfalls ab, wird durch eine Verlagerung
des Fahrers oder durch geringe Leckage des pneumatischen Systems
der Sitz nach unten bewegt.
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Um
dies zu verhindern, gibt es Sitze mit eigener Druckversorgung, beispielsweise
einem integrierten Kompressor, sowie Fahrzeugsitze mit manueller
Gewichtseinstellung, bei denen ein manuell betätigtes Auf- und Abblasventil
vorhanden ist. Bei einem solchen System wird die Luftfeder auch
nach einem Crash nicht unkontrolliert be- oder entlüftet. Allerdings
weisen solche Fahrzeugsitze in der Regel keine automatische Gewichtseinstellung
auf, da diese mit erheblichem zusätzlichen Aufwand und dadurch
entstehenden Zusatzkosten verbunden sind. Aus diesem Grund erfolgt
in der Regel die Nutzung der fahrzeugseitigen Druckluftversorgung.
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Es
sind auch Fahrzeugsitze bekannt, die elektronisch geregelte Ventile
aufweisen und auf der einen Seite an eine externe Druckversorgung
angeschlossen sind. Dort werden die Ventile elektrisch angesteuert.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein offenes System, das die bekannten
Vorteile eines luftgefederten Fahrzeugsitzes aufweist, vorzustellen, welches
gleichzeitig aber dafür
sorgt, dass nach einem Unfall die Luftfeder weder unkontrolliert
be- noch entlüftet
wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Luftfeder mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
Der Beschleunigungssensor gewährleistet,
dass das Sicherheitsventil, welches in der Druckluftleitung angeordnet
ist, in der geöffneten
ersten Stellung bleibt, solange kein Crash stattgefunden hat. Erfolgt
ein Crash, wird ein vorgebbarer Schwellenwert der Beschleunigung überschritten.
Der Beschleunigungssensor bewirkt dann, dass das Sicherheitsventil
von der geöffneten
ersten Stellung in die geschlossene zweite Stellung übergeht.
Dies bewirkt, dass, selbst bei einer Beschädigung des Steuerventils, der
Druckluftversorgung oder der Druckluftleitung zwischen der Druckluftversorgung
und dem Sicherheitsventil keine Luft aus der Luftfeder abgeblasen
wird. Lediglich bei einer Beschädigung
der Luftfeder selbst oder der Druckluftleitung zwischen der Luftfeder
und dem Sicherheitsventil würde
der Abschluss des gesamten Volumens verhindert und es würde ein
Absenken des Fahrzeugsitzes erfolgen. Ausgenommen von den gerade
geschilderten Fällen
ist es jedoch so, dass der Fahrzeugsitz in der vor dem Crash vorliegenden
Position verbleibt. Dadurch wird verhindert, dass ein Absenken – unter
Umständen
sogar ein schlagartiges Absenken – des Fahrzeugsitzes erfolgt,
wodurch eventuell schon vorhandene Verletzungen des Insassen noch
verstärkt
würden.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Sicherheitsventil
in ein Steuerventil zum Auf- und Abblasen der Luftfeder integriert
ist oder zwischen dem Steuerventil und der Luftfeder angeordnet
ist. Bei einer Integration des Sicherheitsventils in das Steuerventil
wird ein Bauteil eingespart. Bei der zweiten Variante, wenn das
Sicherheitsventil zwischen Steuerventil und Luftfeder angeordnet
ist, wird die erfindungsgemäße Funktionsweise
der gesamten Luftfeder auch bei einer Beschädigung des Steuerventils nicht
verhindert.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
der Beschleunigungssensor derjenige einer Crash-Sensorik, insbesondere eines Gurtstraffers
oder eines Airbags, ist. Dadurch kann ein schon vorhandener Sensor
verwendet werden, um auch das Sicherheitsventil zu bedienen. Damit werden
Ressourcen und Platz eingespart.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
der Beschleunigungssensor unmittelbar am Sicherheitsventil angeordnet
ist. Eine solche Ausgestaltung arbeitet sehr zuverlässig, da keine
mittelbaren Vorrichtungen verwendet werden müssen, um das Sicherheitsventil
zu betätigen.
Der Mechanismus wirkt hierbei vielmehr direkt auf das Sicherheitsventil.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
der Beschleunigungssensor ein mechanischer Sensor ist. Ein solcher
Sensor ist sehr einfach zu realisieren und kostet wenig. Eine Mechanik
ist darüber
hinaus nur in geringem Umfang fehleranfällig.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
der Beschleunigungssensor eine Kugel enthält, die durch einen federbelasteten Stößel, der
das Sicherheitsventil zwischen der ersten Stellung und der zweiten
Stellung bewegt, gegen ein Widerlager gedrückt wird, wobei die Kugel eine
Bewegungsmöglichkeit
unter einem Winkel, insbesondere von 90°, zur Federkraft aufweist. Ein
solcher mechanischer Sensor ist äußerst robust
und zuverlässig
und darüber
hinaus auch nur sehr geringen Fehleranfälligkeiten unterworfen. Damit
ergibt sich eine sehr zuverlässige
Betätigung
des Sicherheitsventils nur in solchen Fällen, in denen es wirklich
notwendig ist. Fehlbedienungen werden dadurch stark reduziert.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
das Sicherheitsventil eine Stellung aufweist, in der eine kontrollierte
Entlüftung der
Luftfeder erfolgt. Damit kann, nachdem der Crashfall eingetreten
ist und das Sicherheitsventil die Luftzu- und -abfuhr hinsichtlich
der Luftfeder unterbrochen hat, ein langsames Absenken des Fahrzeugsitzes
erfolgen. Dies ist nach Eintreffen des Notarztes unter Umständen angezeigt,
um den Insassen besser aus dem Fahrzeug bergen zu können. Aufgrund der
kontrollierten Entlüftung
kann eine sehr behutsame Absenkung des Fahrzeugsitzes erfolgen,
das den verletzten Insassen schont.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
in die Druckluftleitung ein Bypass um das Sicherheitsventil integriert
ist, der eine geschlossene Stellung und eine Stellung, in der eine
kontrollierte Entlüftung
der Luftfeder erfolgt, aufweist. Durch einen solchen Bypass steht
ein sehr einfach herzustellendes und zu bedienendes und gleichzeitig
dennoch sehr zuverlässiges
Mittel zur Verfügung,
um eine kontrollierte Entlüftung
der Luftfeder durchzuführen.
Es ergeben sich somit dieselben Vorteile, die zum vorangehenden
Absatz schon ausgeführt
wurden.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
das Sicherheitsventil in unmittelbarer Nähe zur Luftfeder in der Druckluftleitung angeordnet
ist, insbesondere weniger als 10 cm von dieser entfernt. Durch die
unmittelbare Nähe
wird der Bereich minimiert, in dem eine Beschädigung der Druckluftleitung
erfolgen kann, was zu einem Abblasen der Luft aus der Luftfeder
führen
würde,
obwohl das Sicherheitsventil ordnungsgemäß die Druckluftleitung geschlossen
hat. Je näher
das Sicherheitsventil dabei an die Luftfeder heranrückt, desto
geringer wird das Restrisiko, dass die Druckluftleitung in diesem
Bereich beschädigt
wird.
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Die
Aufgabe wird auch durch einen Fahrzeugsitz gelöst, in den eine erfindungsgemäße Luftfeder
eingebaut ist. Es ergeben sich hierbei jeweils die schon oben bezüglich der
erfindungsgemäßen Luftfeder
sowie ihrer vorteilhaften Weiterbildungen genannten Vorteile, die
nicht noch einmal ausgeführt werden
müssen.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung des Fahrzeugsitzes sieht vor, dass das
Sicherheitsventil an der Außenseite
einer Seitenfläche
des Fahrzeugsitzes angeordnet ist. Dadurch ist das Sicherheitsventil sehr
gut zugänglich
und kann, nachdem der Notarzt dies veranlasst hat, wieder in eine
Stellung gebracht werden, in der eine Entlüftung der Luftfeder und somit
ein Herunterfahren des Fahrzeugsitzes erfolgt. Der Insasse kann
dann – wie
oben schon ausgeführt – einfacher
aus dem Fahrzeug geborgen werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung des Fahrzeugsitzes sieht vor,
dass die Seitenfläche
zur zugeordneten Tür
weist. Dies erleichtert den Zugriff noch einmal, da direkt von der
Seite der geöffneten Tür aus die
Bedienung des Sicherheitsventils erfolgen kann und nicht von der
Innenseite her an die Seitenfläche
des Fahrzeugsitzes herangegangen werden muss.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung des Fahrzeugsitzes sieht vor,
dass die Druckluftleitung zwischen Luftfeder und Sicherheitsventil
von außen unmittelbar
zugänglich
ist. Dadurch kann auch bei einem irreversiblen Schaden des Sicherheitsventils, nachdem
es nicht mehr in seine offene erste Stellung gebracht werden kann,
trotzdem noch eine Entlüftung
der Luftfeder erreicht werden. Hierzu muss dann die Druckluftleitung
gekappt werden. Dadurch wird sofort der Inhalt der Luftfeder abgeblasen
und der Fahrzeugsitz bewegt sich nach unten.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den
Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Luftfeder
samt Sicherheitsventil,
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2 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors
samt Sicherheitsventil in einer Druckluftleitung und
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3 die
Vorrichtung der 2 in ihrer Stellung nach einem
Crash.
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1 zeigt
schematisch ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Luftfeder 1,
die über
eine Druckluftleitung 2 mit einem Vorratsbehälter und
einem dazwischen liegenden Steuerventil (beides nicht gezeigt) verbunden
ist. Die Luftfeder 1 ist in einen Fahrzeugsitz (nicht dargestellt)
eingebaut. Da es nicht erfindungswesentlich ist, wie die Luftfeder 1 in
den Fahrzeugsitz eingebaut ist und es darüber hinaus eine ganze Reihe
unterschiedlicher Möglichkeiten
gibt, wird darauf im Weiteren nicht näher eingegangen; für einen
Fachmann liegen die möglichen
Einbauweisen auf der Hand.
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In
der Druckluftleitung 2 ist ein Sicherheitsventil 3 eingebaut.
Dieses weist an seinem unteren Ende einen in vertikaler Richtung
beweglichen Stößel 4 auf.
Der nähere
Aufbau des Sicherheitsventils 3 wird anhand der 2 und 3 weiter
unten beschrieben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Stößel 4 durch
eine Federkraft nach unten gedrückt.
Durch eine Druckkraft in entgegengesetzter Richtung zur Federkraft,
die durch einen Pfeil dargestellte Druckrichtung 9, wird
das Sicherheitsventil 3 in einer weiter unten zu den 2 und 3 näher ausgeführten Art
und Weise in einer ersten Stellung 10 gehalten, in der
die Druckluftleitung 2 geöffnet ist.
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Das
Sicherheitsventil 3 ist in unmittelbarer Nähe zur Feder 1 angeordnet,
so dass der zwischen diesen liegende Teil der Druckluftleitung 2 lediglich wenige
Zentimeter beträgt.
Dies ist keinesfalls zwingend, so dass das Sicherheitsventil 3 prinzipiell
an jeder Stelle der Druckluftleitung 2 zwischen der Luftfeder 1 und
dem Steuerventil angeordnet sein kann – sogar in das Steuerventil
integriert sein kann. Der Vorteil an dieser sehr engen Anbindung
an die Luftfeder 1 liegt darin, dass in einem Crashfall
eine Beschädigung
der Druckluftleitung 2 zwischen Luftfeder 1 und
Sicherheitsventil 3 um so geringer ist, je kleiner die
Länge dieses
Abschnitts der Druckluftleitung 2 ist. Eine intakte Druckluftleitung 2 in
diesem Bereich ist unabdingbar, damit das Sicherheitsventil 3 den
Effekt erzielt, der gewünscht
ist, nämlich
in einem Crashfall die Luftfeder 1 in ihrer zu diesem Zeitpunkt
eingestellten Lage zu halten.
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Die
Arbeitsweise des Sicherheitsventils 3 kann am Besten anhand
der 2 und 3 beschrieben werden, die eine
schematisch Darstellung des Sicherheitsventils 3 in Zusammenhang
mit einem Beschleunigungssensor 12 zu zwei unterschiedlichen
Zeitpunkten wiedergeben. In 2 ist die
Anordnung in einem Normalfall vor einem Crash dargestellt und in 3 ist
die gleiche Anordnung nach einem Crash dargestellt.
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Das
Sicherheitsventil 3 weist zwei verschiedene Stellungen
auf: In einer ersten Stellung 10 (in 2 dargestellt)
ist die Druckluftleitung 2 geöffnet, so dass sowohl Luft
von der Luftfeder 1 abgeblasen werden kann als auch der
Luftfeder 1 Luft zugeführt werden
kann. In einer zweiten Stellung 11 (in 3 dargestellt)
unterbricht das Sicherheitsventil 3 die Druckluftleitung 2.
In diesem Zustand kann weder ein Aufnoch ein Abblasen der Luftfeder 1 erfolgen.
Die Luftfeder verbleibt somit in ihrer zum Zeitpunkt des Crashfalls
vorgegebenen Stellung und der Fahrzeugsitz ändert seine Höhe nicht
mehr. Dies ist dann vorteilhaft, wenn der Insasse des Fahrzeugsitzes
sich Verletzungen zugezogen hat, die durch eine Bewegung des Fahrzeugsitzes
verschlimmert würden. Nachdem
der Notarzt am Unfallort eingetroffen ist, kann er den Insassen
untersuchen und dann entscheiden, ob er in der festgelegten Position
des Fahrzeugsitzes aus diesem geborgen werden muss oder ob ein Ablassen
der Luft aus der Luftfeder 1 vorteilhaft ist, da dann der
Sitz vollständig
nach unten fährt und
mehr Platz zum Bergen des Insassen gegeben ist.
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Ein
solches Ablassen der Luft kann beispielsweise dadurch geschehen,
dass der Stößel 4 entlang
der Druckrichtung 9 mit einer Kraft nach oben gedrückt wird
und das Sicherheitsventil 3 aus seiner geschlossenen zweiten
Stellung 11 (die in 3 dargestellt
ist) gegen die Kraft der Feder 5 in seine geöffnete erste
Stellung 10 (die in 2 dargestellt
ist) überführt wird.
Dann ist die Druckluftleitung 2 wieder soweit hergestellt
dass – falls
sie noch intakt sein sollte – über das
Steuerventil die Luft in der Luftfeder 1 langsam abgeblasen
werden kann. Sollte die Steuerleitung 2 zwischen dem Sicherheitsventil 3 und
dem Steuerventil defekt sein, erfolgt eine schlagartige Absenkung
des Fahrzeugsitzes, da die Druckluft durch das Leck in der Druckluftleitung 2 quasi
ungedrosselt entweicht.
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Falls
das Sicherheitsventil 3 nicht mehr in seine erste Stellung 10 überführt werden
kann, ist es auch möglich,
die Druckluftleitung 2 zwischen Luftfeder 1 und
Sicherheitsventil 3 zu kappen. Dann entweicht die Luft
ungedrosselt aus der Luftfeder 1 und der Fahrzeugsitz fährt sehr
schnell in seine unterste Position.
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Eine
Alternative (nicht dargestellt) ist es, um das Sicherheitsventil
herum einen Bypass anzubringen, durch den eine gedrosselte Abgabe
der Luft aus der Luftfeder 1 nach Betätigung erfolgen kann. Andere
Möglichkeiten
wären auch,
ein Drosselventil zwischen Luftfeder 1 und Sicherheitsventil 3 in
die Druckluftleitung 2 einzubauen.
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Um
möglichst
ohne großen
Aufwand sowohl an das Sicherheitsventil 3 als auch an die
Druckluftleitung 2 zwischen diesem und der Luftfeder 1 gelangen
zu können,
ist es sinnvoll, diese beiden Elemente gut zugänglich von der dem Fahrzeugsitz
zugeordneten Türe
anzuordnen. Es sollte hierbei möglichst
an der Außenseite
der Seitenfläche
des Fahrzeugsitzes angeordnet sein.
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Der
Auslösemechanismus
für den
Beschleunigungssensor 2 wird im Folgenden beschrieben.
Im Normalfall, also bevor ein Crash sich ereignet, wird der Stößel 4 durch
die Feder 5 nach unten gedrückt und von einer Kugel 6,
die auf einer als Widerlager 7 ausgebildeten Ebene liegt,
gestoppt. Das Sicherheitsventil 3 ist dabei so ausgelegt,
dass in dieser in 2 dargestellten Position die
Druckluftleitung 2 durch das Sicherheitsventil 3 nicht
unterbrochen wird. Wenn sich das Fahrzeug entlang der Bewegungsrichtung 8 bewegt – also das
Widerlager 7 in horizontaler Richtung ausgebildet ist –, wird
durch den Anpressdruck des Stößels 4 die
Kugel 6 in ihrer Position gehalten. Der Beschleunigungssensor 12, der
im dargestellten Fall das Widerlager 7, die Kugel 6,
den Stößel 4 und
die Feder 5 umfasst, wird ausgelöst, wenn eine hohe negative
Beschleunigung auf ihn wirkt. Der Effekt dabei ist, dass sich die
Kugel 6 weiterhin in Bewegungsrichtung bewegen möchte, jedoch
der Stößel 4 und
das Widerlager 7 durch den Crash stark abgebremst werden.
Die Teile des Beschleunigungssensors 12 sind so eingestellt,
dass sie ab einer vorgegebenen Negativbeschleunigung eine Auslösung bewirken.
Der Wert der Beschleunigung, ab dem die Auslösung stattfindet, wird in erster Linie
durch die Druckkraft der Feder 5 bestimmt. Es kann jedoch
auch durch die Reibung zwischen Kugel 6 und Widerlager 7 oder
auch die Reibung zwischen Kugel 6 und Stößel 4 eingestellt
werden. Ebenfalls sind auch unterschiedliche Oberflächenausgestaltungen
der einzelnen zusammenwirkenden Teile möglich. Die genauen Ausgestaltungen
und die damit zusammenhängenden
Auslösungsbeschleunigungen
sind für
den Fachmann herleitbar und werden deshalb im Einzelnen nicht näher ausgeführt.
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Neben
dem dargestellten Beschleunigungssensor 12 mit Kugel 6 sind
auch andere mechanische Beschleunigungssensoren 12 verwendbar.
Ebenso können
elektrische Sensoren verwendet werden oder eine Schaltung des Sicherheitsventils 3 zwischen
erster Stellung 10 und zweiter Stellung 11 über Steuerimpulse
von entfernten Sensoren erfolgen. Hier ist beispielsweise eine Verbindung
mit einer Crash-Sensorik möglich,
wie sie auch einen Gurtstraffer oder einen Airbag auslöst. Für den Fachmann ist
dies nach Kenntnis des vorliegenden Ausführungsbeispiels herleitbar
und wird nicht im Einzelnen beschrieben.
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- 1
- Luftfeder
- 2
- Druckluftleitung
- 3
- Sicherheitsventil
- 4
- Stößel
- 5
- Feder
- 6
- Kugel
- 7
- Widerlager
- 8
- Bewegungsrichtung
- 9
- Druckrichtung
- 10
- erste
Stellung
- 11
- zweite
Stellung
- 12
- Beschleunigungssensor