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Die Erfindung betrifft eine Stellzylinderanordnung für vier Stellpositionen.
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In der älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen
DE 10 2011 088 240.5 ist eine Stellzylinderanordnung für vier Stellpositionen offenbart, wobei ein Zylinder mit einem Kolben und einem Schwimmkolben vorgesehen ist. Kolben und Schwimmkolben bilden mit dem Zylinder zwei Druckräume, welche über zwei Ventile mit einem Druckmedium beaufschlagbar sind, wodurch die Positionen des Kolbens und des Schwimmkolbens veränderbar sind. Kolben und Schwimmkolben sind über insgesamt drei Druckfedern gegenüber dem Zylinder und gegeneinander abgestützt, wobei sich sämtliche Druckfedern innerhalb des Stellzylinders befinden.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik, bezweckt die Erfindung eine weitere Vereinfachung und Verbesserung der Stellzylinderanordnung.
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Gemäß Patentanspruch 1 unterscheidet sich die Erfindung gegenüber dem Gegenstand der älteren Anmeldung im Wesentlichen dadurch, dass nur ein Kraftspeicher, insbesondere nur eine Druckfeder vorgesehen ist. Dadurch entfallen zwei Druckfedern, d. h. die Zahl der Einzelteile der Stellzylinderanordnung ist geringer, womit auch Kosten und Gewicht reduziert werden. Der einzige, vorzugsweise als Druckfeder ausgebildete Kraftspeicher stützt den Hauptkolben mittelbar gegenüber dem Zylinder oder einem mit dem Zylinder verbunden Widerlager ab. Durch die mittelbare Abstützung kann die Druckfeder an beliebiger Stelle angeordnet werden, insbesondere die Anschläge oder Widerlager der Druckfeder.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Druckfeder zwischen zwei Federtöpfen eingespannt. Dadurch ergibt sich ein Federpaket, welches einerseits radial außen und andererseits radial innen abstützbar ist. Diese Anordnung wird auch als gefesselte Feder bezeichnet.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Federtöpfe über erste und zweite Anschläge, d. h. radial innen angeordnete Anschläge gegenüber der Kolbenstange abstützbar. Damit wird die Bewegung der Kolbenstange und die des Kolbens auf die Druckfeder übertragen, was zu einem Spannen oder Entspannen der Druckfeder führt. Die ersten und zweiten Anschläge können beispielsweise als Sicherungsringe auf der Kolbenstange ausgebildet sein, an denen sich die Federtöpfe abstützen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Federtöpfe über dritte und vierte Anschläge, d. h. radial außen angeordnete Anschläge gegenüber dem Zylinder und/oder einem Widerlager abstützbar. Die dritten und vierten Anschläge sind somit ortsfest.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Druckfeder und die Federtöpfe in einem Federgehäuse angeordnet, welches sich koaxial an den Zylinder anschließt und die radial äußeren Anschläge umfasst.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Federgehäuse einstückig mit dem Zylinder ausgebildet sein. Daraus können sich Fertigungs- und Montagevorteile ergeben. Das Federgehäuse wäre damit Teil des ersten Druckraumes und mit Druckmedium gefüllt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Federgehäuse in einem mit dem Zylinder verbundenen Gehäuse angeordnet, d. h. Zylinder und Federgehäuse sind separate Bauteile, welche durch Montage miteinander verbunden werden. In diesem Falle ist das Federgehäuse vom ersten Druckraum getrennt, da der separat montierbare Zylinder einen Zylinderboden aufweist, durch welchen die Kolbenstange hindurchgeführt und abgedichtet ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Zylinder einen ersten Zylinderabschnitt größeren Durchmessers und einen zweiten Zylinderabschnitt geringeren Durchmessers auf, wobei beide Zylinderabschnitte durch eine Schulter voneinander abgesetzt sind. Der Zylinder ist somit als Stufenzylinder ausgebildet und umfasst den ersten und den zweiten Druckraum. Die Schulter dient dabei als Anschlag für den Schwimmkolben.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Kolben einen Kolbenbereich auf, welcher gleitend im zweiten Zylinderabschnitt, d. h. dem Zylinderabschnitt mit dem geringeren Durchmesser angeordnet ist. Kolbenstirnfläche und zweiter Zylinderabschnitt begrenzen den zweiten Druckraum.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Kolben einen Kolbenschaft mit gegenüber dem Kolbenbereich geringerem Durchmesser auf. Der Kolbenschaft weist eine äußere zylindrische Gleitfläche auf und nimmt die Kolbenstange in sich auf.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Schwimmkolben auf dem Kolbenschaft gleitend in axialer Richtung geführt, d. h. zwischen Schwimmkolben und Kolbenschaft finden Relativbewegungen statt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Zylinder einen ersten Zylinderboden auf, welcher den zweiten Druckraum stirnseitig nach außen begrenzt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kolben in einer Ausgangsposition (Stellposition II) allein durch die Wirkung der Druckfeder und der Federtöpfe, d. h. durch die gefesselte Feder fixierbar.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet die Schulter einen Anschlag für den Schwimmkolben und dieser einen Anschlag für den Kolben.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Zylinder einen zweiten Zylinderboden auf, durch welchen die Kolbenstange hindurchgeführt ist. Dabei kann die gefesselte Feder entweder auf der inneren Seite des Zylinderbodens, d. h. innerhalb des Zylinders oder auf der äußeren Seite des Zylinderbodens, d. h. außerhalb des Zylinders angeordnet sein.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Kolbenstange an ihrem äußeren Ende mit einem Hubbegrenzungsglied verbunden, welches mit einem ortsfesten Anschlagglied zusammen wirkt. Dadurch wird erreicht, dass die Endlagen bzw. der Hub des Kolbens durch das außerhalb der Druckräume angeordnete Hubbegrenzungsglied in Verbindung mit dem ortsfesten Anschlagsglied begrenzt und definiert werden. Ein Anschlag des Kolbens am ersten oder zweiten Zylinderboden findet somit nicht statt. Das bewegliche Hubbegrenzungsglied dient gleichzeitig auch als Übertragungsglied der Kolbenbewegung.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Stellzylinderanordnung bevorzugt als Wählzylinder eines automatisierten Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge verwendbar. Durch die vier Stell- oder Wählpositionen einschließlich der Ausgangsposition können vier Schaltgassen eines Schaltgetriebes angewählt werden. Nach Anwahl und Fixierung der Schaltgasse kann der betreffende Gang geschaltet werden, was beim automatisierten Schaltgetriebe durch Schaltzylinder erfolgt. Automatisierte Schaltgetriebe werden bevorzugt bei Nutzfahrzeugen eingesetzt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
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1 eine Stellzylinderanordnung in einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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2 eine Stellzylinderanordnung in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in einer Stellposition I,
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3 die Stellzylinderanordnung gemäß 2 in einer Stellposition II,
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4 die Stellzylinderanordnung in einer Stellposition III,
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5 die Stellzylinderanordnung in einer Stellposition IV,
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6 eine Matrix für die Zuordnung der Stellpositionen I–IV und der Ventilbetätigungen,
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7 die Stellzylinderanordnung mit einem Hubbegrenzungsglied in der Stellposition I (1. Endlage),
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8 die Stellzylinderanordnung mit Hubbegrenzungsglied in einer Ausgangsposition (Stellposition II),
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9 die Stellzylinderanordnung mit Hubbegrenzungsglied in Stellposition III und
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10 die Stellzylinderanordnung mit Hubbegrenzungsglied in Stellposition IV (2. Endlage).
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1 zeigt eine Stellzylinderanordnung 1, welche einen Zylinder 2, einen Kolben 3 mit einer Kolbenstange 4 sowie einen Schwimmkolben 5 umfasst. Der Zylinder 2 ist stirnseitig durch einen ersten Zylinderboden 6 sowie durch einen zweiten Zylinderboden 7 abgeschlossen. Der zweite Zylinderboden 7 weist eine Durchtrittsöffnung (ohne Bezugszahl) auf, durch welche die Kolbenstange 4 nach außen hindurchgeführt ist. Der Zylinder 2 weist einen ersten Zylinderabschnitt 2a mit einem größeren Durchmesser d1 und einen zweiten Zylinderabschnitt 2b mit einem kleineren Durchmesser d2 auf, wobei beide Zylinderabschnitte 2a, 2b durch eine als Anschlag wirkende Schulter 2c voneinander abgesetzt sind. Der Kolben 3 weist einen Kolbenbereich 3a auf, welcher in dem zweiten Zylinderabschnitt 2b gleitend angeordnet und abgedichtet ist. Ferner weist der Kolben 3 einen Kolbenschaft 3b auf, welcher im Durchmesser gegenüber dem Kolbenbereich 3a durch eine weitere als Anschlag wirkende Schulter 3c abgesetzt ist. Innerhalb des ersten Zylinderabschnittes 2a wird ein im Volumen variabler erster Druckraum D1 gebildet, der sich in axialer Richtung zwischen den Stirnflächen des Kolbenschaftes 3b und des Schwimmkolbens 5 einerseits und des zweiten Zylinderbodens 7 erstreckt. Der erste Druckraum D1 ist durch eine Ein- und Auslassöffnung 8 über ein schematisch dargestelltes Ventil V1 mit einer nicht dargestellten Quelle für ein Druckmedium verbunden. Innerhalb des zweiten Zylinderabschnitts 2b sowie zwischen dem Kolbenbereich 3a und dem ersten Zylinderboden 6 wird ein zweiter im Volumen variabler Druckraum D2 gebildet, der durch eine Ein- und Auslassöffnung 9 über ein zweites Ventil V2 mit der nicht dargestellten Quelle für ein Druckmedium verbunden ist. Die Druckräume D1, D2 können mit einer Hydraulikflüssigkeit oder vorzugsweise mit Druckluft beaufschlagt werden. Zwischen der Stirnfläche des Schwimmkolbens 5 und der Schulter 3c ist innerhalb des zweiten Zylinderabschnittes 2b ein ringförmiger Leckage- oder Entlüftungsraum 10 belassen, der über eine Entlüftungsöffnung 11 mit der Atmosphäre verbunden ist.
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Die Kolbenstange 4 weist einen ersten Bereich 4a, welcher im Kolbenschaft 3b angeordnet und fest mit diesem verbunden ist, einen zweiten mittleren Bereich 4b, welcher sich zwischen der Stirnseite des Kolbenschaftes 3b und dem zweiten Zylinderboden 7 befindet, sowie einen dritten aus dem Zylinder 2 herausragenden Bereich 4c auf. In dem mittleren Bereich 4b der Kolbenstange 4 ist ein als Druckfeder 12 ausgebildeter Kraftspeicher angeordnet, welcher zwischen zwei Federtöpfen 13, 14 eingespannt ist. Der erste in der Zeichnung links angeordnete Federtopf 13 stützt sich mit einem äußeren ringflanschartigen Bereich an der Innenseite des zweiten Zylinderbodens 7 ab, und der zweite in der Zeichnung rechts angeordnete Federtopf 14 stützt sich mit seinem ringflanschartigen äußeren Bereich an einem Sprengring 15 im ersten Zylinderabschnitt 2a ab. Die radial inneren Bereiche der beiden Federtöpfe 13, 14 sind auf dem mittleren Kolbenstangenabschnitt 4b geführt und durch weitere Sprengringe 16, 17 auf der Kolbenstange 4 jeweils in einer axialen Richtung fixiert. In der dargestellten Position können sich die beiden Federtöpfe 13, 14 nicht auseinander, jedoch aufeinander zu bewegen. Man nennt diese Anordnung der Druckfeder 12 innerhalb der Federtöpfe 13, 14 „gefesselte Feder“.
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Die erfindungsgemäße Stellzylinderanordnung
1 wird – wie beim eingangs genannten Stand der Technik (ältere Anmeldung
DE 10 2011 088 240.5 ) – als Wählzylinder eines automatisierten Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge verwendet und erlaubt insgesamt vier Wähl- oder Stellpositionen, welche mit I, II, III, IV bezeichnet und im Folgenden anhand eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung genauer erläutert werden. Bei dem in
1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, sind beide Druckräume D1, D2 innerhalb des Zylinders
2 angeordnet, d. h. auch die gefesselte Feder
12 befindet sich innerhalb des Zylinders
2, wobei der die Druckfeder
12 mit den Federtöpfen
13,
14 aufnehmende Bereich des Zylinders
2 ein Federgehäuse bildet, welches – wie das folgende Ausführungsbeispiel zeigt – auch als separates Bauteil dargestellt werden kann.
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In 1 nimmt der Kolben 3 mit der Kolbenstange 4 eine so genannte Ausgangsposition, die der Stellposition II entspricht, ein. In dieser Ausgangsposition sind beide Druckräume D1, D2 drucklos, d. h. der Kolben 3 wird allein durch die gefesselte Feder 12 fixiert. Bei dieser Position ist also keine Energiezufuhr, z.B. durch Druckluft erforderlich. Die drei weiteren Stellpositionen I, III, IV werden durch unterschiedliche Druckbeaufschlagung der Druckräume D1, D2 erreicht, wobei sich die Teilhübe s1, s2, s3 ergeben. Die Erläuterung der Druckbeaufschlagung erfolgt anhand des zweiten Ausführungsbeispiels im Folgenden. Im Vergleich zu dem eingangs genannten Stand der Technik der Anmelderin ist hervorzuheben, dass die dargestellte und oben beschriebene Stellzylinderanordnung 1 lediglich mit einer Druckfeder, der gefesselten Feder 12, auskommt, um die geforderten vier Stellpositionen zu erreichen.
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2 zeigt eine Stellzylinderanordnung 20 als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der Zylinder, welcher die beiden Druckräume bildet, und das Federgehäuse, welches die Druckfeder aufnimmt, als separate Bauteile bzw. Baugruppen ausgebildet, welche durch Montage miteinander verbunden werden. Die Stellzylinderanordnung 20 umfasst als separate Baueinheit einen Zylinder 21, in welchem ein Kolben 22 mit Kolbenstange 23 aufgenommen und welcher durch einen Zylinderboden 24 nach außen abgeschlossen ist. Auf dem äußeren Bereich 23a der Kolbenstange 23 ist eine gefesselte Druckfeder 25 mit Federtöpfen 26, 27 angeordnet und – wie oben beschrieben – fixiert. Der Zylinder 21, welcher einen Befestigungsflansch 21a aufweist, ist mit einem Getriebe- oder Schaltgehäuse 28 fest verbunden. Das Schaltgehäuse 28 weist eine zylindrische Öffnung 28a auf, welche die gefesselte Feder 25 mit den Federtöpfen 26, 27 aufnimmt und somit das Federgehäuse 28a bildet.
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Die Darstellung in 2 zeigt den Kolben 22 in seiner Stellposition I, d. h. in seiner ersten Endlage (in der Zeichnung rechts). Wie durch die Pfeile P1, P2 angedeutet, ist der Druckraum D1 druckbeaufschlagt, der Druckraum D2 ist dagegen drucklos. Mit Ausnahme der oben erwähnten Unterschiede – Zylinder 21 als separate Baueinheit ohne Federgehäuse – ist die Stellzylinderanordnung 20 analog wie beim ersten Ausführungsbeispiel gem. 1 aufgebaut und weist die gleichen Funktionen auf.
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3 zeigt die Stellzylinderanordnung 20 in der Stellposition II, d. h. in der so genannten Ausgangsstellung des Kolbens 22. Diese Position entspricht der Position des Kolbens 3 in 1 und ist gegenüber den anderen Stellpositionen I, III IV hervorgehoben, weil der Kolben 22 und die Kolbenstange 23 allein durch die gefesselte Feder 25 gehalten werden. Wie durch die Pfeile P1, P2 angedeutet, sind beide Druckräume D1, D2 drucklos, d. h. es wirken keine hydraulischen oder pneumatischen Kräfte auf den Kolben 22 oder den Schwimmkolben 29. Die gefesselte Feder 25 ist durch die beiden Federtöpfe 26, 27 im Federgehäuse 28a axial fixiert, und damit wird auch die Kolbenstange 23 in ihrer Position gehalten. Eine Zufuhr von Fremdenergie ist für diese Ausgangsposition nicht erforderlich.
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4 zeigt die Stellzylinderanordnung 20 in der Stellposition III, wobei sich der Kolben 23 im Vergleich zur Stellposition II in 3 um den Teilhub s2 (vgl. 1) in der Zeichnung nach links bewegt hat. Dies wird durch die Druckbeaufschlagung beider Druckräume D1, D2 bewirkt, wie durch die Pfeile P1, P2 angedeutet ist. Die gefesselte Feder 25 wurde dabei durch den Federtopf 27 zusammengedrückt, und zwar um den Teilhub bzw. Federweg s2 (vgl. 1).
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5 zeigt die Stellzylinderanordnung 20 in der Stellposition IV, d. h. in der zweiten Endlage des Kolbens 22 (in der Zeichnung links). Wie durch die Pfeile P1, P2 angedeutet, ist in dieser Stellposition nur der Druckraum D2 vom Druckmedium beaufschlagt, während der Druckraum D1 drucklos ist. Die gefesselte Feder 25 wurde weiter komprimiert, und zwar – gegenüber der Stellposition III in 4 – um den Teilhub bzw. Federweg s3 (vgl. 1).
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6 zeigt eine Tabelle, in welcher den Stellpositionen I–IV (erste Zeile) die Ventilstellungen für die Ventile V1, V2 zugeordnet sind. Dabei bedeutet ein Kreuz, dass das betreffende Ventil geöffnet und der betreffende Druckraum mit Druckmedium beaufschlagt ist. In der Stellposition III des Kolbens sind also beide Ventile V1, V2 geöffnet. Bei der Stellposition II sind beide Ventile V1, V2 geschlossen, d. h. beide Druckräume sind drucklos, der Kolben wird allein durch Federkraft gehalten.
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7 zeigt eine Stellzylinderanordnung 30, welche der Stellzylinderanordnung 20 entspricht, jedoch um ein Hubbegrenzungsglied 31 und einen ortsfesten Anschlag 32 ergänzt ist. Das Hubbegrenzungsglied 31 ist mit der Kolbenstange 33 verbunden und führt daher dieselbe Axialbewegung wie die Kolbenstange 33 aus. Das Hubbegrenzungsglied 31 weist eine Längsnut oder ein Langloch 31a auf, in welches der als Stift 32 ausgebildete ortsfeste Anschlag eingreift. In der dargestellten Stellposition I befindet sich der Kolben 34 in seiner ersten Endlage (in der Zeichnung rechts), wobei zwischen der Stirnfläche des Kolbens 34 und dem Boden des Zylinders 35 ein Spalt 36 belassen ist. Die Pfeile P1, P2 entsprechen 2.
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8 zeigt die Ausgangsposition bzw. die Stellposition II der Stellzylinderanordnung 30 und entspricht 3, das Hubbegrenzungsglied 31 hat sich gegenüber 7 in der Zeichnung nach links bewegt.
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9 zeigt die Stellposition III für die Stellzylinderanordnung 30 und entspricht 4. Das Hubbegrenzungsglied 31 hat sich gegenüber der Stellposition II in 8 in der Zeichnung weiter nach links bewegt.
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10 zeigt die Stellzylinderanordnung 30 in der Stellposition IV, d. h. der zweiten Endlage: der Kolben 34 befindet sich in der Zeichnung links, wobei zwischen Kolbenschaft und Zylinderboden ein Spalt 37 verbleibt. In dieser Endlagenposition wird das Hubbegrenzungsglied 31 durch den Anschlag 32 blockiert, wodurch die Kolbenposition definiert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stellzylinderanordnung
- 2
- Zylinder
- 2a
- erster Zylinderabschnitt
- 2b
- zweiter Zylinderabschnitt
- 2c
- Schulter
- 3
- Kolben
- 3a
- Kolbenbereich
- 3b
- Kolbenschaft
- 3c
- Schulter
- 4
- Kolbenstange
- 4a
- erster Bereich Kolbenstange
- 4b
- zweiter Bereich Kolbenstange
- 4c
- dritter Bereich Kolbenstange
- 5
- Schwimmkolben
- 6
- erster Zylinderboden
- 7
- zweiter Zylinderboden
- 8
- erste Ein- und Auslassöffnung
- 9
- zweite Ein- und Auslassöffnung
- 10
- Entlüftungsraum
- 11
- Entlüftungsöffnung
- 12
- Druckfeder
- 13
- Federtopf
- 14
- Federtopf
- 15
- Sprengring
- 16
- Sprengring
- 17
- Sprengring
- 20
- Stellzylinderanordnung
- 21
- Zylinder
- 21a
- Befestigungsflansch
- 22
- Kolben
- 23
- Kolbenstange
- 23a
- äußerer Bereich
- 24
- Zylinderboden
- 25
- Druckfeder
- 26
- Federtopf
- 27
- Federtopf
- 28
- Schaltgehäuse
- 28a
- Federgehäuse
- 29
- Schwimmkolben
- 30
- Stellzylinderanordnung
- 31
- Hubbegrenzungsglied
- 31a
- Langloch
- 32
- Anschlag
- 33
- Kolbenstange
- 34
- Kolben
- 35
- Zylinder
- 36
- Spalt
- 37
- Spalt
- D1
- erster Druckraum
- D2
- zweiter Druckraum
- d1
- erster Durchmesser
- d2
- zweiter Durchmesser
- P1
- Strömungsrichtung
- P2
- Strömungsrichtung
- s1
- erster Teilhub
- s2
- zweiter Teilhub
- s3
- dritter Teilhub
- V1
- erstes Ventil
- V2
- zweites Ventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011088240 [0002, 0034]
