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Die Erfindung betrifft einen Ankerkörper, insbesondere Magnetankerkörper, für ein Ventil, insbesondere für ein elektro-magnetisches Pneumatikventil, mit einer Kavität zur, insbesondere vollständigen, Aufnahme eines Elastomers, wobei das in der Kavität vorgesehene Elastomer in Kontakt mit einem Ventilsitz des Ventils bringbar ist.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Ankerkörpers sowie ein Ventil, insbesondere ein elektro-magnetisches Pneumatikventil.
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Es ist im Stand der Technik bekannt, Ventile, insbesondere Proportionalventile, zur Regelung oder Steuerung eines Fluidstroms einzusetzen. Hierbei werden derartige Ventile, die insbesondere als elektro-magnetische Ventile ausgebildet sind, in der Hydraulik oder Pneumatik eingesetzt. Derartige Ventile weisen einen linear beweglichen Ankerkörper zum Öffnen oder Schließen eines Strömungsweges auf. Hierbei wird der Ankerkörper mittels einer bestrombaren Magnetspule so bewegt, dass der Querschnitt des Strömungsweges für das Fluid veränderbar ist.
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Bei den bekannten elektro-magnetischen Ventilen ist ein Ventilgehäuse und eine elektro-magnetische Betätigungseinrichtung z.B. für einen Magnetanker vorgesehen, wobei der Magnetanker mit einem Ventilsitz des Ventils zusammen wirkt, so dass ein Fluidstrom von einer Zuströmseite zu einer Abströmseite steuerbar oder regelbar ist. Hierbei ist der Magnetanker mit einem Dichtelement, insbesondere aus einem elastomeren Material, ausgebildet, so dass das Dichtelement zur Anlage an den Ventilsitz bringbar ist.
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Darüber hinaus ist im Dokument
DE 101 13 316 A1 ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetankers offenbart, wobei im Bereich der Stirnflächen des Magnetankers ein Elastomer-Dichtelement ohne Verwendung eines Haftvermittlers anvulkanisiert ist.
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In
DE 103 07 060 A1 ist ein Ventil zum Schalten einer Fluidleitung, insbesondere für wasserführende Haushaltmaschinen, wie Kaffeemaschinen oder dergleichen, offenbart. Hierbei ist ein Ventilkörper vorgesehen, in dem ein Dichtelement in eine Ausnehmung des Ventilkörpers eingegossen ist. Der Ventilkörper selbst weist zwei endseitige Verbreiterungen auf, die durch eine Bohrung miteinander verbunden sind.
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Ferner ist in
DE 195 16 885 C1 ein Pneumatikventil offenbart, wobei das Pneumatikventil einen elektromagnetisch betätigbaren Anker aufweist. Der Anker weist Dichtplatten aus elastomerem Material auf, die in entsprechende Ausnehmungen des Ankers eingesetzt sind. Hierbei sind die Dichtplatten zusammen mit einem eine Axialbohrung durchsetzenden Steg in den Anker einvulkanisiert. Ferner ist eine Dichtplatte in einer Ausnehmung des Ankers angeordnet, die sich von innen nach außen konisch verjüngt, wobei eine Stellfläche der Dichtplatte über die Stirnfläche des Ankers hervorsteht.
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Des Weiteren offenbart
DE 26 38 393 A1 ein Sperr- und Ableitelement für ein in Ruhestellung geschlossenes Elektroventil mit drei Öffnungen. Das Sperr- und Ableitelement besteht aus einem im Wesentlichen zylindrischen Körper, wobei im Inneren des Körpers ein frei beweglicher Gummikörper vorgesehen ist. Der Gummikörper besteht hierbei aus zwei Abschnitten mit unterschiedlichen Durchmessern.
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Überdies ist in
DE 20 2005 012 297 U1 eine elektromagnetische Stellvorrichtung offenbart. Hierbei weist die Stellvorrichtung eine Ankereinheit, ein erstes Ankerelement und ein das erste Ankerelement mantelseitig umgebendes zweites Ankerelement aus magnetisch leitendem Metallmaterial auf.
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In einem äußeren Stirnbereich des ersten Ankerelements ist ein Dichtungselement vorgesehen, so dass dieses mit dem zweiten Element zusammenwirken kann und einen in dem Stirnbereich zu bildenden Fluidauslass zumindest teilweise freilegt.
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Ferner ist in
US 8 186 370 B2 ein Magnetventil mit einem Stößel offenbart. Hierbei weist der Stößel an den Endseiten Ausnehmungen auf, die mittels eines zentralen Durchgangs miteinander verbunden sind. In die Ausnehmungen und dem Durchgang werden Stiftkörper eingebracht, wobei die Stiftkörper einen verbreiterten Kopf aufweisen. Nach Anordnung der Stiftkörper in dem Stößel, wird eine Elastomerdichtung angebracht, so dass die Stiftkörper von der Elastomerdichtung umgeben werden.
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Außerdem offenbart
US 3 171 439 A einen Ankerkörper für ein Ventil, wobei im Inneren ein elastisches Material vorgesehen ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Magnetanker für ein Ventil bereitzustellen, der im Zusammenwirken mit einem Ventilsitz eine hohe Dichtigkeit und eine verringerte Leckage bewirkt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Ankerkörper, insbesondere Magnetankerkörper, für ein Ventil, insbesondere für ein elektro-magnetisches Pneumatikventil, mit einer Kavität zur, insbesondere vollständigen und haftungsmittelfreien, Aufnahme eines Elastomers, wobei das in der oder für die Kavität vorgesehene Elastomer in Kontakt mit einem Ventilsitz des Ventils bringbar ist, der dadurch weitergebildet wird, dass die Kavität für das Elastomer unterteilt ist in eine dem Ventilsitz zugewandte Außenkavität für das Elastomer und in eine Innenkavität für das Elastomer, wobei der Durchmesser der Außenkavität größer als der Durchmesser der Innenkavität ist und wobei die Außenkavität eine von der Innenkavität abgesetzte und abgestufte Ringschulter mit einer Ringebene senkrecht zur Längsachse des Ankerkörpers für das Elastomer aufweist und wobei eine treppenartige Verengung der Kavität ausgebildet ist und die Innenkavität der ersten Kavität mittels eines Verbindungsstegs zur Aufnahme des Elastomers mit einer zweiten Kavität zur Aufnahme des Elastomers ausgebildet ist, wobei die zweite Kavität in eine Außenkavität und in eine Innenkavität unterteilt ist, wobei der Durchmesser der Außenkavität der zweiten Kavität größer als der Durchmesser der Innenkavität der zweiten Kavität ist und wobei die Außenkavität der zweiten Kavität eine von der Innenkavität der zweiten Kavität abgesetzte und abgestufte Ringschulter mit einer Ringebene senkrecht zur Längsachse des Ankerkörpers aufweist und wobei eine treppenartige Verengung der zweiten Kavität ausgebildet ist.
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Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass der Ankerkörper als zylindrische Ankerhülse ausgebildet ist, wobei der Ankerkörper an einer Stirnseite, insbesondere an beiden Stirnseiten, mit einer Kavität zur Aufnahme von einem elastomeren Dichtmaterial ausgebildet ist, wobei die Außenkavität eine ringartige Schulter zur Anlage des Elastomers auf der der dichtenden Stirnseite abgewandten Innenseite aufweist. Dadurch wird erreicht, dass bei Einbringen eines Elastomers in die Außenkavität und in die im Durchmesser kleinere Innenkavität das Elastomer verzugsfrei, insbesondere ohne Überstand, formschlüssig in der Außenkavität, vorzugsweise ohne Verwendung eines Haftmittels für das Elastomer, angeordnet ist.
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Im Rahmen der Erfindung ist das ventilsitzseitige Elastomer unter Ausbildung eines Formschlusses an der Stirnseite in der Außenkavität und der Innenkavität angeordnet, wobei das Elastomer ohne Haft- oder Verbindungsmittel, d.h. verbindungsmittelfrei in den Ankerkörper eingebracht wird oder ist.
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Dadurch, dass im Bereich des Ventilsitzes ein umlaufender Ring als Ringschulter zwischen der Außenkavität und der Innenkavität ausgebildet ist, wird bei Einbringen des Elastomers in den Ankerkörper eine Schiefstellung der dichtseitigen Elastomeroberfläche und der Verzug der durch das Elastomer gebildeten Ankeroberfläche an der Stirnseite deutlich herabgesetzt, so dass die Leckage bei geschlossenem Ventil durch die am Ventilsitz in Anlage gebrachte Ankeroberfläche signifikant herabgesetzt ist.
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Dadurch, dass die Kavität für das im Ankerkörper aufgenommene Elastomer in eine Außenkavität mit einer Ringschulter oder Halteschulter bzw. Stützschulter für das Elastomer und einer im Durchmesser kleineren Innenkavität ausgebildet ist, wird eine stufenartige oder treppenartige Verengung der Kavität des Ankerkörpers erreicht, wobei die Außenkavität und die Innenkavität störkantenfrei, d.h. mit glatten Flächen ausgebildet sind.
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Insgesamt ist der Ankerkörper als Drehteil oder dergleichen, vorzugsweise aus Metall, ausgebildet. Aufgrund der abgestuften Kavität mit Außenkavität und Innenkavität wird nach Einbringen eines Elastomers, beispielsweise mittels eines Transfermoldverfahrens, die Spaltbildung beim Abkühlen des Elastomers in der Kavität zwischen den Begrenzungsflächen der Außenkavität und dem darin eingebrachten Elastomer an der dichtenden Stirnseite herabgesetzt bzw. vermieden, wobei gleichzeitig infolge der abgestuften Ringschulter zwischen der Außenkavität und der Innenkavität die Schwindungstendenz des Elastomers beim Einbringen an der dichtenden Stirnseite deutlich herabgesetzt wird. Dadurch wird ein Schiefstehen oder ein in seiner Gestalt verzogenes Elastomer in der Kavität an der Dichtseite herabgesetzt. Hierdurch wird die Dichtigkeit zwischen dem Ankerkörper und einem dichtsitzenden Ventil signifikant erhöht. Darüber hinaus wird durch die treppenartige Kavität für das Elastomer eine erhöhte Ebenheit der Elastomerfläche erzielt.
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Bei dem Ankerkörper ist vorgesehen, dass die Innenkavität mittels eines Verbindungsstegs zur Aufnahme des Elastomers mit einem von der Innenkavität abgewandten als Hinterschneidung ausgebildeten Hohlraum verbunden ist. Hierbei ist bei der Herstellung des Ankerkörpers nach Einbringen des Elastomers gewährleistet, dass das Elastomer formschlüssig und ohne Verwendung eines Haftvermittlers in dem Ankerkörper eingebracht ist.
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Dadurch, dass die Innenkavität der ersten Kavität an der dem Ventilsitz oder dem Dichtsitz zugeordneten Stirnseite mittels eines Verbindungsstegs zur Aufnahme des Elastomers mit einer zweiten Kavität zur Aufnahme des Elastomers ausgebildet ist, wobei die zweite Kavität an der zweiten Stirnseite oder Stirnfläche des Ankerkörpers vorgesehen ist und die (zweite) Kavität in eine Außenkavität und in eine Innenkavität unterteilt ist, wobei der Durchmesser der Außenkavität der zweiten Kavität größer als der Durchmesser der Innenkavität der zweiten Kavität ist und wobei die Außenkavität der zweiten Kavität eine von der Innenkavität der zweiten Kavität abgesetzte Ringschulter aufweist, ergibt sich eine rotationssymmetrische Ausbildung des Ankerkörpers, wobei der Ankerkörper an beiden Stirnseiten mit jeweils einer Kavität ausgebildet ist.
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Darüber hinaus zeichnet sich eine Ausgestaltung des Ankerkörpers dadurch aus, dass der Ankerkörper zylinderförmig und/oder achsensymmetrisch und/oder rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
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Außerdem zeichnet sich eine bevorzugte Weiterbildung des Ankerkörpers dadurch aus, dass die Kavitäten, insbesondere Außenkavität und Innenkavität, und/oder der Verbindungssteg glatte Kontaktflächen für das Elastomer aufweisen, so dass die Außenkavitäten und die Innenkavitäten und/oder der Verbindungssteg im Wesentlichen jeweils zylinderartig und/oder hinterschneidungsfrei, insbesondere störungskantenfrei, ausgebildet sind. Hierdurch werden gewindefreie bzw. glatte Begrenzungsflächen der Kavitäten gewährleistet.
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Insbesondere ist es bei einer Ausbildungsform des Ankerkörpers vorteilhaft, dass die Kavitäten, insbesondere Außenkavitäten und/oder Innenkavitäten, und/oder der Verbindungssteg mit dem Elastomer befüllt sind. Anstelle des Elastomers können auch andere Dichtmaterialien wie z.B. Silikone oder Silikonelastomere hierfür verwendet werden. Im Rahmen der Erfindung werden unter dem Begriff „Elastomer“ auch andere Dichtmaterialien verstanden.
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Insbesondere ist der Ankerkörper aus einem permanent-magnetischen Werkstoff und/oder aus einem ferromagnetischen Werkstoff hergestellt.
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Darüber hinaus wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Ankerkörpers, insbesondere Magnetankerkörpers, eines Ventils, insbesondere eines elektro-magnetischen Pneumatikventils, mit einer Kavität zur Aufnahme eines Elastomers, wobei das in der Kavität vorgesehene Elastomer in Kontakt mit einem Ventilsitz des Ventils bringbar ist, das dadurch weitergebildet wird, dass die Kavität für das Elastomer mit einer dem Ventilsitz zugewandten Außenkavität und mit einer Innenkavität ausgebildet wird, wobei der Durchmesser der Außenkavität größer als der Durchmesser der Innenkavität ist und wobei die Außenkavität eine von der Innenkavität abgesetzte und abgestufte Ringschulter mit einer Ringebene senkrecht zur Längsachse des Ankerkörpers aufweist und wobei eine treppenartige Verengung der Kavität ausgebildet ist und die Innenkavität der ersten Kavität mittels eines Verbindungsstegs zur Aufnahme des Elastomers mit einer zweiten Kavität zur Aufnahme des Elastomers ausgebildet ist, wobei die zweite Kavität in eine Außenkavität und in eine Innenkavität unterteilt ist, wobei der Durchmesser der Außenkavität der zweiten Kavität größer als der Durchmesser der Innenkavität der zweiten Kavität ist und wobei die Außenkavität der zweiten Kavität eine von der Innenkavität der zweiten Kavität abgesetzte und abgestufte Ringschulter mit einer Ringebene senkrecht zur Längsachse des Ankerkörpers aufweist und wobei eine treppenartige Verengung der zweiten Kavität ausgebildet ist. Hierbei ist der Ankerkörper bzw. die Ankerhülse für ein Ventil wie voranstehend beschrieben ausgebildet.
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Insbesondere wird der Ankerkörper wie voranstehend beschrieben hergestellt, wobei ein Elastomer in die Kavität, insbesondere unter Verwendung eines Transfermoldverfahrens, eingebracht wird. Vorzugsweise wird unter Verwendung eines Elastomer verarbeitenden Verfahrens ein Elastomer in der Kavität appliziert.
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Außerdem wird die Aufgabe gelöst durch ein Ventil, insbesondere ein elektro-magnetisches Pneumatikventil, mit einem voranstehend beschriebenen Ankerkörper. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die obigen Ausführungen ausdrücklich verwiesen, die in entsprechender Weise hierfür gelten.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und der beigefügten Zeichnung ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
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Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnung verwiesen wird. Es zeigt:
- 1 schematisch einen Querschnitt durch einen Ankerkörper eines elektro-magnetischen Pneumatikventils.
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In 1 ist im Querschnitt ein erfindungsgemäßer Ankerkörper 10 eines schematisch bezeichneten Pneumatikventils P dargestellt. Der Ankerkörper 10 ist dabei als eine Art Ankerhülse, vorzugsweise aus Metall, hergestellt. Der zylinderförmige Ankerkörper 10 weist an der oberseitigen und unterseitigen Stirnfläche eine Außenkavität 12 und eine an die zylindrische Außenkavität 12 angrenzende zylindrische Innenkavität 14 auf. Die Außenkavität 12 weist dabei einen Durchmesser dA auf, der größer als der Durchmesser dI der Innenkavität 14 ist. Die beiden Innenkavitäten 14 an den beiden Stirnseiten sind ferner mittels eines Verbindungsstegs 16 verbunden, wobei der Verbindungssteg 16 einen entsprechenden Durchmesser dV aufweist.
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Durch die stirnseitigen Außenkavitäten 12 und die angrenzenden Innenkavitäten 14 wird eine entsprechende Kavität zur Aufnahme eines Elastomers ausgebildet, wobei das Elastomer z.B. mittels eines Transfermoldverfahrens oder mittels eines Spritzgußverfahrens in den Ankerkörper 10 eingebracht wird. Die Kavität, bestehend aus der Außenkavität 12 und der dazugehörigen Innenkavität 14, weist eine Höhe h auf. Ferner weist die Außenkavität 12 eine entsprechende Höhe hA auf. Zwischen der stirnseitigen Außenkavität 12 und der inneren Innenkavität 14 ist eine ringförmige Schulter 18 ausgebildet, wobei sich die Breite der Ringschulter 18 gemäß der Formel (dA - dI)/2 ergibt.
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Typischerweise weisen die Außenkavitäten 12 eine Höhe hA zwischen 10% bis 70% der Höhe der gesamten Kavität h auf. Insbesondere beträgt die Höhe hA zwischen 15% bis 50%, weiter vorzugsweise zwischen 25% bis 45%, der Höhe h. Ferner ist der Durchmesser dA der Außenkavität 12 zwischen 10% bis 60%, vorzugsweise zwischen 10% bis 45%, größer als der (Innen-)Durchmesser dI der Innenkavität 14. Darüber hinaus hat der Verbindungssteg 16 zwischen den beiden Innenkavitäten einen Durchmesser dV zwischen 15% bis 80% bezogen auf den Durchmesser dI der Innenkavität 14. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser dV zwischen 25% und 75% des Durchmesser dI der Innenkavität 14.
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Aufgrund der Halteschulter 18 zwischen der Außenkavität 12 und der Innenkavität 14 wird bei der Herstellung und bei der Injektion der Elastomermasse, z.B. EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer) oder ein anderes Elastomer, bei der Anwendung des Transfermoldverfahrens erreicht, dass die Elastomermasse ohne Haftvermittler und ohne Hinterschnitt an den glatten Begrenzungsflächen der Außenkavitäten 12 und der Innenkavitäten 14 sowie des Verbindungsstegs anliegt, wobei beim Abkühlen der Dichtungsmasse bzw. des Elastomers die ungewollten negativen Auswirkungen des Schwindungsprozesses infolge der Ringschulter 18 der Außenkavität abnimmt und eine undefinierte Schiefstellung der Elastomerfläche an den Stirnflächen herabgesetzt wird.
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Infolge der ausgebildeten Ringschulter 18 wird der durch das Elastomer auftretende Schwindungseffekt verringert oder kompensiert. Hierbei kann die Ringschulter 18 in einer Ausgestaltung kreisförmig oder kreisrund ausgebildet sein. Ferner ist es auch denkbar, dass die Ringschulter oval oder rechteckförmig bzw. polygonal ausgebildet ist.
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Darüber hinaus ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass die projizierte Fläche der äußeren Kavität bzw. Außenkavität 12 größer als die projizierte Fläche der inneren Kavität bzw. Innenkavität 14 ist. Auch ist es möglich, dass die durch das Elastomer bereitgestellte (äußere) Dichtfläche oval oder rechteckförmig bzw. polygonal ausgebildet ist.
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Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ankerkörper
- 12
- Außenkavität
- 14
- Innenkavität
- 16
- Verbindungssteg
- 18
- Ringschulter
- dA
- Durchmesser Außenkavität
- dI
- Durchmesser Innenkavität
- dV
- Durchmesser Verbindungssteg
- h
- Höhe (Gesamtkavität)
- hA
- Höhe Außenkavität
- P
- Pneumatikventil
