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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In Kraftstoffsystemen werden Kraftstoffhochdruckpumpen eingesetzt, um Kraftstoff von einem Vordruck auf ein für die Kraftstoffeinspritzung erforderlichen Einspritzdruck zu verdichten. Derartige Kraftstoffhochdruckpumpen weisen üblicherweise mindestens einen Kolben auf, der mittels eines durch eine Nocke oder eine Exzenterscheibe gebildeten Antriebs axial bewegt werden kann. Eine radial außen an dem Kolben angeordnete Dichtung, die von einem üblicherweise als tiefgezogenes Element ausgeführten Dichtungsträger und einem Befestigungselement gehalten ist, trennt eine Kraftstoffseite von einer Ölseite, wodurch eine Vermischung von Kraftstoff und Öl minimiert wird. Die Dichtung dichtet statisch gegen den Dichtungsträger und dynamisch gegen den Kolben ab.
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Aus dem Stand der Technik sind Dichtungsträger, in die ein Befestigungselement mit einem kraftstoffseitig auf dem Dichtungsträger aufliegenden Kragen eingesetzt ist, bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftstoffhochdruckpumpe bereitzustellen, die kompaktere Abmessungen aufweist und zuverlässig die Kraftstoffseite gegen die Ölseite dichtet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1 gelöst. Hierdurch wird Bauhöhe der Kraftstoffhochdruckpumpe eingespart, während die Zuverlässigkeit der Dichtung der Kraftstoffseite gegen die Ölseite gewährleistet bleibt.
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Vorzugsweise ist der Dichtungsträger topfartig ausgebildet und umschließt das Befestigungselement in umfänglicher Richtung, was eine zuverlässige Befestigung und genaue Positionierung der Dichtung gewährleistet.
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Vorteilhafterweise ist das Befestigungselement topfartig ausgebildet. Hierdurch wird die Dichtung zuverlässig vor einer Einwirkung des Kolbens, welcher im Betrieb der Hochdruckpumpe an dem Befestigungselement anschlägt, geschützt. Damit wird verhindert, dass die Dichtung beschädigt wird, und folglich wird die Betriebssicherheit und Lebensdauer der Hochdruckpumpe erhöht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Befestigungselement eine Verbindung mit dem Dichtungsträger auf. Dabei wird durch die Verbindung gewährleistet, dass das Befestigungselement durch Kräfte, die in einem Betriebszustand der Pumpe auf das Befestigungselement wirken, bezüglich des Dichtungsträgers entlang der Kolbenlängsachse in Richtung der Ölseite unverschieblich ist. Dies gewährleistet, dass die Dichtung im Betrieb der Pumpe zuverlässig durch den Dichtungsträger und das Befestigungselement gehalten wird, ohne dass es durch eine Verschiebung des Befestigungselements zu einer Beschädigung der Dichtung kommen kann.
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Das Befestigungselement kann einen Kragen, der ein kraftstoffseitiges Ende des Befestigungselements bildet, aufweisen, muss dies jedoch nicht. Mit einem Kragen ist dabei ein sich nach radial auswärts erstreckender Materialabschnitt gemeint, kraftstoffseitiges Ende des Befestigungselements bildet, d.h. den Teil des Befestigungselements bildet, der sich am weitesten in Richtung der Kraftstoffseite erstreckt. Umfasst das Befestigungselement einen derartigen Kragen, so ist es bevorzugt, wenn die Verbindung jedenfalls teilweise durch einen Kragen des Befestigungselements gebildet ist, wobei sich der Kragen des Befestigungselements formschlüssig an einem Anschlagsabschnitt des Dichtungsträger abstützt. Dies stellt eine zuverlässige Ausführung der Verbindung dar. Der genannte Kragen kann überdies Kräfte durch Stöße, welche durch den Kolben auf das Befestigungselement ausgeübt werden, in vorteilhafterweise aufnehmen und an den Dichtungsträger weiterleiten.
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Insbesondere sollte dabei eine Erstreckung des Kragens des Befestigungselements in radialer Richtung höchstens 3 mm, vorzugsweise höchstens 2 mm, insbesondere 1 mm, insbesondere 0,5 mm betragen. Hierdurch kann der Kragen ohne bzw. mittels geringer Ausformungen in dem Dichtungsträger versenkt werden. Weiterhin vorteilhaft ist auch, wenn die Erstreckung des Kragens des Befestigungselements in radialer Richtung höchstens das 2-fache, vorzugsweise 1,5-fache, insbesondere 1-fache der Materialstärke des Kragens beträgt. Bei kompakter Bauweise des Befestigungselements lässt sich ein entsprechend dimensionierter Kragen einfach fertigen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Anschlagsabschnitt des Dichtungsträgers eine Fase am Dichtungsträger. Eine solche Fase kann die von dem Kragen auf den Dichtungsträger ausgeübten Kräfte in vorteilhafterweise aufnehmen, ohne dass es beispielsweise zu Materialabtrag kommt, welcher die Funktionsfähigkeit der Hochdruckpumpe beeinträchtigen könnte.
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Dabei verläuft die Fase am Dichtungsträger vorzugsweise in einem Winkel zwischen 35 und 55, vorzugsweise zwischen 40 und 50, insbesondere in einem Winkel von 45° gegenüber der Kolbenlängsachse. Eine derart verlaufende Fase ermöglicht eine Aufnahme von hohen Kräften, welche durch den Kragen des Befestigungselements auf den Dichtungsträger ausgeübt werden, und sie schafft ausreichend Raum für einen gegebenenfalls am Befestigungselement vorhandenen Kragen. Mithin wird ein besonders hoher Widerstand gegen eine Verschiebung des Befestigungselements und damit eine besonders hohe Betriebssicherheit gewährleistet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Kragen des Befestigungselements an einer Unterseite eine kragenseitige Fase, die in einem Winkel zwischen 35 und 55, vorzugsweise zwischen 40 und 50, insbesondere in einem Winkel von 45° gegenüber der Kolbenlängsachse verläuft. Eine derart verlaufende kragenseitige Fase ermöglicht eine Aufnahme von hohen Kräften, welche durch den Kragen des Befestigungselements auf den Dichtungsträger ausgeübt werden, und sie schafft ausreichend Raum, da der Kragen sich quasi an den Dichtungsträger anlegen kann.
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Besonders bevorzugt ist, wenn sowohl der Dichtungsträger als auch der Kragen des Befestigungselements die jeweils eben beschriebenen Fasen aufweisen. Dadurch können sich der Dichtungsträger und der Kragen des Befestigungselements vorteilhaft aneinander anlegen und Kräfte können besonders effizient und materialschonend übertragen werden.
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In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe ist die Verbindung des Befestigungselements mit dem Dichtungsträger eine ausschließlich kraftschlüssige Verbindung. Dies kann insbesondere durch eine entsprechend stark ausgeführte Presspassung zwischen dem Dichtungsträger und dem Befestigungselement realisiert sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass im Fertigungsprozess von Dichtungsträger und Befestigungselement keine Formschlusselemente vorgesehen werden müssen, was eine kostengünstige Herstellung ermöglicht.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand der Zeichnungen erläutert werden, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird. Es zeigen:
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1 eine vereinfachte schematisierte Darstellung eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine;
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2 einen Ausschnitt eines Teilbereichs einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe;
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3 einen Ausschnitt aus 2;
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4 eine Darstellung entsprechend 2 einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe;
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5 eine Darstellung entsprechend 2 einer weiteren alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe; und
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6 eine Darstellung entsprechend 2 einer weiteren alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe.
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1 zeigt ein Kraftstoffsystem 10 für eine weiter nicht dargestellte Brennkraftmaschine in einer vereinfachten schematischen Darstellung. Aus einem Kraftstofftank 12 wird Kraftstoff über eine Saugleitung 14, mittels einer Vorförderpumpe 16 und einer Niederdruckleitung 18 über einen Einlass 20 eines von einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 22 betätigbaren Mengensteuerventils 24 einem Förderraum 26 einer Kraftstoffhochdruckpumpe 28 zugeführt. Beispielsweise kann das Mengensteuerventil 24 ein zwangsweise öffenbares Einlassventil der Kraftstoffhochdruckpumpe 28 sein.
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Die Kraftstoffhochdruckpumpe 28 ist als Kolbenpumpe ausgeführt, wobei ein Kolben 30 mittels eines als Nockenscheibe ausgeführten Antriebs 32 entlang einer Kolbenlängsachse 33 auf- und abbewegt werden kann, was durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen 34 schematisch dargestellt ist. Hydraulisch zwischen dem Förderraum 26 und einem Auslass 36 der Kraftstoffhochdruckpumpe 28 ist ein in der 1 als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildetes Auslassventil 40 angeordnet, welches zu dem Auslass 36 hin öffnen kann.
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Der Auslass 36 ist an eine Hochdruckleitung 44 und über diese an einen Hochdruckspeicher 46 ("Common Rail") angeschlossen. Weiterhin ist hydraulisch zwischen dem Auslass 36 und dem Förderraum 26 ein ebenfalls als federbelastetes Rückschlagventil gezeichnetes Druckbegrenzungsventil 42 angeordnet, welches zum Förderraum 26 hin öffnen kann.
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Im Betrieb des Kraftstoffsystems 10 fördert die Vorförderpumpe 16 Kraftstoff vom Kraftstofftank 12 in die Niederdruckleitung 18. Das Mengensteuerventil 24 kann in Abhängigkeit von einem jeweiligen Bedarf an Kraftstoff geschlossen und geöffnet werden. Hierdurch wird die zu dem Hochdruckspeicher 46 geförderte Kraftstoffmenge beeinflusst. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 22 wird durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 48 angesteuert.
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2 zeigt einen unteren Bereich 49 einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 28. Der Kolben 30 erstreckt sich von einer Kraftstoffseite 50 bis in eine Ölseite 52. Die Kraftstoffseite 50 ist durch eine Dichteinrichtung 54 gegenüber der Ölseite 52 abgedichtet. Die Dichteinrichtung 54 umschließt den Kolben 30 in einer umfänglichen Richtung U. Eine radiale Richtung 55 ist durch einen entsprechenden Pfeil dargestellt. Die Dichteinrichtung 54 umfasst eine Dichtung 56, einen Dichtungsträger 58 und ein Befestigungselement 60.
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Der Dichtungsträger 58 liegt in der gezeigten Betriebslage an einem in 2 unteren ölseitigen Ende der Dichtung 56 an dieser an. Das Befestigungselement 60 ist mit einem U-förmigen Bereich 61 in der gezeigten Betriebslage ganz leicht von einem in 2 oberen kraftstoffseitigen Ende der Dichtung 56 beabstandet. Der Dichtungsträger 58 erstreckt sich kraftstoffseitig in Richtung der Kolbenlängsachse 33 gesehen weiter als das Befestigungselements 60. Mit anderen Worten: das Befestigungselement 60 ist in dem Dichtungsträger 58 versenkt.
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Der Dichtungsträger 58 weist eine im Wesentlichen in Richtung der Kolbenlängsachse 33 verlaufende Umfangswand W auf. Ölseitig an die Umfangswand W anschließend und orthogonal zur Kolbenlängsachse 33 verläuft nach radial einwärts ein Boden B mit einer mittigen Öffnung O, durch welche sich der Kolben 30 erstreckt. Kraftstoffseitig geht die Umfangswand W in einen vom Kolben abragend, also nach radial außen verlaufenden und sich orthogonal zur Kolbenlängsachse 33 erstreckenden oberen Abschnitt A über. Vom radial äußeren Rand des oberen Abschnitts A aus erstreckt sich in Richtung der Ölseite 52 und entlang der Richtung der Kolbenlängsachse ein Verbindungsbereich V. Der Dichtungsträger 58 ist also abschnittsweise topfartig ausgebildet mit der Öffnung O im unteren Bereich eines topfartigen Abschnitts TA.
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Das Befestigungselement 60 ist ebenfalls topfartig ausgebildet. Eine Umfangswand BW des Befestigungselements 60 erstreckt sich in Richtung der Kolbenlängsachse 33 und geht ölseitig, also an ihrem in der Figur unteren Ende, in den bereits oben erwähnten U-förmigen Bereich 61 über. Der U-förmige Bereich 61 bildet einen Boden BB des Befestigungselements 60 mit insgesamt orthogonaler Erstreckung zur Kolbenlängsachse 33. Er weist eine mittige Öffnung BO auf, durch welche sich der Kolben 30 hindurch erstreckt. Das Befestigungselement 60 ist durch den topfartig ausgebildeten Dichtungsträger 58 in radialer Richtung 55 umschlossen. Dabei liegt die Umfangswand W des Dichtungsträgers 58 kraftschlüssig an der Umfangswand BW des Befestigungselements 60 an. Die Dichteinrichtung 54 ist über den Verbindungsbereich V des Dichtungsträgers 58 kraftschlüssig an einem Pumpengehäuse 63 befestigt.
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Das Befestigungselement 60 weist einen sich in radialer Richtung 55 nach außen, also vom Kolben fort erstreckenden und vorliegend sehr kurzen Kragen 64 mit einer Unterseite 83 auf. Ein kraftstoffseitiges Ende 65 des Befestigungselements 60 ist durch den Kragen 64 gebildet. Damit ist gemeint, dass der Kragen 64 denjenigen Teil des Befestigungselements 60 darstellt, der sich am weitesten zur Kraftstoffseite 50 hin erstreckt. Der Kragen 64 des Befestigungselements 60 stützt das Befestigungselement 60 formschlüssig an einem Anschlagsabschnitt 66 des Dichtungsträgers 58 ab. Der Anschlagsabschnitt 66 umfasst eine Fase 68. Die Fase 68 verläuft in einem Winkel 82 von 45° gegenüber der Kolbenlängsachse 33.
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Im Bereich einer Presspassung 70 stehen das Befestigungselement 60 und der Dichtungsträger 58 in einer kraftschlüssigen Verbindung miteinander. In der in 2 gezeigten Ausführungsform weist also das Befestigungselement 60 eine Verbindung mit dem Dichtungsträger 58 auf, die einen kraftschlüssigen Anteil durch die Presspassung 70 sowie einen formschlüssigen Anteil durch das Abstützen des Kragens 64 an dem Anschlagsabschnitt 66 umfasst.
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3 zeigt einen Bereich um den Kragen 64 und den Anschlagsabschnitt 66 in vergrößerter Darstellung. Dabei trägt eine (kurze) Erstreckung des Kragens 64 des Befestigungselements 60 in radialer Richtung 55 in 3 das Bezugszeichen 74. Eine Materialstärke des Kragens trägt das Bezugszeichen 78. Die Fase 68 am Dichtungsträger 58 verläuft in einem Winkel 82 gegenüber der Kolbenlängsachse 33. In der Praxis ist der Winkel 82 der Fase 68 zwischen 35° und 55°, vorzugsweise zwischen 40° und 50°, insbesondere 45°, wie bereits oben erwähnt. Die Erstreckung 74 des Kragens 64 beträgt in der Praxis höchstens 3 mm, vorzugsweise höchstens 2 mm, insbesondere 1 mm, insbesondere 0,5 mm bzw. höchstens das zweifache, vorzugsweise 1,5 fache, insbesondere 1-fache der Materialstärke 78 des Kragens 64.
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4 zeigt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 28, die sich von der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsform durch die Verbindung zwischen dem Dichtungsträger 58 und dem Befestigungselement 60 unterscheidet.
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Das Befestigungselement 60 weist in dieser Ausführungsform keinen Kragen 64 auf. Das kraftstoffseitige Ende 65 des Befestigungselements 60 ist durch eine Stirnseite des Befestigungselements 60 gebildet. Die Verbindung zwischen dem Dichtungsträger 58 und dem Befestigungselement 60 ist insoweit eine ausschließlich kraftschlüssige Verbindung. Um dennoch einen zuverlässigen Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe 28 zu gewährleisten, ist eine Passung der Presspassung 70 stärker ausgeführt als bei der in 2 gezeigten Ausführungsform.
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5 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 28, die sich von der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass der Dichtungsträger 58 die Fase 68 nicht aufweist. Der Dichtungsträger 58 erstreckt sich daher zwar kraftstoffseitig in Richtung der Kolbenlängsachse 33 gesehen weiter wie eine zur Ölseite 52 hin gerichtete Unterseite 83 des Kragens 64, der Dichtungsträger 58 erstreckt sich jedoch kraftstoffseitig in Richtung der Kolbenlängsachse 33 gesehen nicht so weit, wie das Befestigungselement 60 insgesamt. Der Kragen 64 bildet auch in dieser Ausführungsform das kraftstoffseitige Ende 65 des Befestigungselements 60.
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6 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 28, die sich von der in 5 gezeigten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass der Kragen 64 an seiner Unterseite 83 eine Fase 84 aufweist. Die Fase 84 verläuft in einem Winkel 86 von 45° gegenüber der Kolbenlängsachse 33. Der Dichtungsträger 58 erstreckt sich auch in dieser Ausführungsform zwar kraftstoffseitig in Richtung der Kolbenlängsachse 33 gesehen weiter wie die zur Ölseite 52 hin gerichtete Unterseite 83 des Kragens 64, der Dichtungsträger 58 erstreckt sich jedoch kraftstoffseitig in Richtung der Kolbenlängsachse 33 gesehen nicht so weit, wie das Befestigungselement 60 insgesamt. Der Kragen 64 bildet auch in dieser Ausführungsform das kraftstoffseitige Ende 65 des Befestigungselements 60.
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Im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe 28 bewegt sich der Kolben 30 entlang der Kolbenlängsachse 33 auf- und ab, dargestellt durch den Pfeil 34 in 2 und 4. Dabei verhindert der U-förmige Bereich 61 des Befestigungselements 60, dass eine Stufe S des Kolbens 30 auf die Dichtung 56 aufschlägt. Das Befestigungselement 60 bildet mit seinem U-förmigen Bereich 61 überdies einen axialen Anschlag der Dichtung 56 im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe 28 sowie eine Verliersicherung für den Kolben 30 während des Transports oder während der Lagerung der Kraftstoffhochdruckpumpe 28.
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Die Verbindung zwischen Dichtungsträger 58 und Befestigungselement 60 verhindert, dass das Befestigungselement 60 in Richtung der Kolbenlängsachse 33 zur Ölseite 52 hin verrutscht. Dabei ist die Verbindung sowohl in der Ausführungsform nach den 2 und 3 als auch in der Ausführungsform nach 4 stark genug ausgeführt, um ein derartiges Verrutschen in jedem Betriebszustand der Kraftstoffhochdruckpumpe 28, d.h. für alle im Betrieb der Pumpe auftretenden Kräfte, die auf das Befestigungselement 60 wirken, auszuschließen. Die im Betriebszustand der Kraftstoffhochdruckpumpe 28 auf das Befestigungselement 60 wirkenden Kräfte werden dabei überwiegend durch den Kolben 30 über die Dichtung 56 auf das Befestigungselement 60 ausgeübt.
