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Die Erfindung betrifft eine Gas- oder Öldruckfeder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Gas- oder Öldruckfedern kommen in vielen Einsatzgebieten zur Anwendung. So wird das Öffnen und Schließen von Klappen damit unterstützt. In Kraftfahrzeugen werden derartige Federn als Stoßdämpfer eingesetzt. Weiterhin finden sie ihren Einsatz in Bürostühlen, Möbeln und Krankenhausbetten.
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In speziellen Ausführungen besitzen derartige Federn auch einen Mechanismus, der die eingestellte Position der Feder blockieren kann. Dazu sind beispielsweise Gas- oder Öldruckfedern mit einem zylindrischen Gehäuse bekannt, welches eine Wandung, ein Bodenteil und ein eine Öffnung aufweisendes Deckelteil sowie eine Längsachse aufweist, und mit einem in dem Gehäuse entlang der Längsachse verschiebbaren Kolben mit einer Wandung, einer Stirnseite, einer Rückseite und einer an der Rückseite angeordneten und durch die Öffnung geführten Kolbenstange, wobei an der Stirnseite des Kolbens eine erste Kammer und an der Rückseite eine zweite Kammer gebildet ist und wobei in dem Kolben ein von der Stirnseite zur Rückseite verlaufender Durchlasskanal angeordnet ist, welcher mittels eines Verschlusselements verschließbar ist. Das Verschlusselement ist dabei parallel zur Längsachse verschiebbar, um den Durchlasskanal zu öffnen oder zu schließen. Nachteilig bei derartigen blockierbaren Gas- oder Öldruckfedern ist, dass die Kraft, die nötig ist, um das Verschlusselement zu bewegen, abhängig von der Belastung der Gas- oder Öldruckfeder ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine blockierbare Gas- oder Öldruckfeder bereitzustellen, bei welcher der Blockiermechanismus möglichst unabhängig von der Belastung der Gas- oder Öldruckfeder betätigbar ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Gas- oder Öldruckfeder mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Gas- oder Öldruckfeder mit einem zylindrischen Gehäuse, welches eine Wandung, ein Bodenteil und ein eine Öffnung aufweisendes Deckelteil sowie eine Längsachse aufweist, und mit einem in dem Gehäuse entlang der Längsachse verschiebbaren Kolben mit einer Wandung, einer Stirnseite, einer Rückseite und einer an der Rückseite angeordneten und durch die Öffnung geführten Kolbenstange, wobei an der Stirnseite des Kolbens eine erste Kammer und an der Rückseite eine zweite Kammer gebildet ist und wobei in dem Kolben ein die erste Kammer und die zweite Kammer verbindender Durchlasskanal angeordnet ist, welcher mittels eines Verschlusselements verschließbar ist, zeichnet sich dadurch aus, dass das Verschlusselement um die Längsachse verdrehbar angeordnet ist, wobei in einer ersten Position des Verschlusselements der Durchlasskanal verschlossen ist und in einer um einen Winkel verdrehten zweiten Position des Verschlusselements der Durchlasskanal geöffnet ist. Anstelle einer axialen Steuerbewegung des Verschlusselements wird erfindungsgemäß eine rotatorische Steuerbewegung ausgeführt, bei welcher das aufzubringende Drehmoment für die Bewegung unabhängig von der Stellung des Kolbens und somit der in den Kammern der Gas- oder Öldruckfeder herrschenden Drücke, oder anders ausgedrückt, der Belastung der Gas- oder Öldruckfeder ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist in Positionen zwischen der ersten Position und der zweiten Position der Durchlasskanal teilweise geöffnet. Die rotatorische Bewegung des Verschlusselements ermöglicht damit ein feinfühliges Vergrößern oder Verkleinern des Durchlassquerschnitts des Durchlasskanals, was eine Steuerung der Geschwindigkeit des Kolbens in dem Gehäuse erlaubt.
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Vorzugsweise ist das Verschlusselement zumindest abschnittsweise durch die Kolbenstange geführt und insbesondere mit einem ersten Ende in dem Kolben und an einem zweiten Ende an dem dem Kolben gegenüberliegenden Ende der Kolbenstange zugänglich. Dies ermöglicht eine Betätigung des Verschlusselements von außerhalb der geschlossenen Kammern der Gas- oder Öldruckfeder. Selbstverständlich kann dazu aber auch das Verschlusselement mit einem ersten Ende in dem Kolben und durch die erste Kammer zum Bodenteil des Gehäuses verlaufend und durch eine Öffnung im Bodenteil nach außen geführt angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise weist das Verschlusselement einen den Durchlasskanal in dem Kolben querenden ersten Abschnitt auf. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht einen kompakten Aufbau.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Durchlasskanal einen in einem ersten Winkel zwischen 0° und 90°, vorzugsweise zwischen 30° und 60°, zur Längsachse verlaufenden Abschnitt auf, welcher von dem ersten Abschnitt des Verschlusselements durchsetzt ist, wobei das Verschlusselement eine Stirnseite aufweist, welche in einem zweiten Winkel zwischen 0° und 90°, vorzugsweise zwischen 30° und 60°, zur Längsachse geneigt angeordnet ist, wobei vorzugsweise der erste Winkel dem zweiten Winkel entspricht. Die Abschrägung der Stirnseite des Verschlusselements ermöglicht ein besonders feinfühliges oder feinteiliges Einstellen beim Öffnen und Schließen des Durchlassquerschnitts des Durchlasskanals.
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Gemäß einer vorteilhaften alternativen Ausgestaltung der Erfindung weist der Durchlasskanal einen radial in dem Kolben verlaufenden Abschnitt auf, welcher von dem ersten Abschnitt des Verschlusselements durchsetzt ist, wobei das Verschlusselement in dem ersten Abschnitt eine radial verlaufende Durchgangsbohrung aufweist, welche vorzugsweise in der zweiten Position mit dem Durchlasskanal fluchtet. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften alternativen Weiterbildung der Erfindung weist der Durchlasskanal zwei radial in dem Kolben verlaufende und axial beabstandete Abschnitte auf, welche durch einen axial verlaufenden Abschnitt verbunden sind, wobei der erste Abschnitt des Verschlusselements durch den axial verlaufenden Abschnitt des Durchlasskanals geführt ist und der erste Abschnitt des Verschlusselements einen runden Querschnitt mit einer seitlichen Abflachung oder einer Nut aufweist. Eine derartige Ausgestaltung kann eine einfache Herstellung ermöglichen.
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Besonders bevorzugt ist die Drehbewegung des Verschlusselements mittels eines Motors, vorzugsweise mittels eines Elektromotors oder eines Hubmagneten, steuerbar. Insbesondere die Verwendung eines Elektromotors oder eines Hubmagneten erlaubt eine kontaktlose Ansteuerung des Verschlusselements im Innern der Gas- oder Öldruckfeder, wenn ein Magnet an dem Verschlusselement angeordnet ist.
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Vorteilhafterweise ist ein Drehwinkelsensor zur Erfassung der Position des Verschlusselements vorgesehen. Dadurch kann eine zuverlässige Aussage getroffen werden, ob der Durchlasskanal geöffnet, geschlossen oder in welchem Maße teilweise geöffnet ist.
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Die Gas- oder Öldruckfeder kann zwei Kammern aufweisen. Dazu kann vorzugsweise die erste Kammer zwischen der Stirnseite des Kolbens und dem Bodenteil und die zweite Kammer zwischen der Rückseite des Kolbens und dem Deckelteil gebildet sein, wobei insbesondere in der ersten Kammer und der zweiten Kammer ein Gas angeordnet ist.
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Die Gas- oder Öldruckfeder kann drei Kammern aufweisen. Dazu kann vorzugsweise die erste Kammer zwischen der Stirnseite des Kolbens und einem zweiten Kolbenelement und die zweite Kammer zwischen der Rückseite des Kolbens und dem Deckelteil gebildet sein, und eine dritte Kammer zwischen dem zweiten Kolbenelement und dem Bodenteil gebildet sein, wobei insbesondere in der ersten Kammer und der zweiten Kammer ein Öl und in der dritten Kammer ein Gas angeordnet sind.
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Besonders bevorzugt kommt eine erfindungsgemäße Gas- oder Öldruckfeder in einem Stoßdämpfer eines Kraftfahrzeugs zur Anwendung. Dies kann eine Federung ermöglichen, welche sich elektrisch beliebig oder adaptiv auf die Fahrsituation im Regelkreis einstellen lassen kann.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren ausführlich erläutert. Es zeigen
- 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gas- oder Öldruckfeder mit einem Verschlusselement in einer ersten Position,
- 2 einen Längsschnitt durch die Gas- oder Öldruckfeder gemäß 1 mit dem Verschlusselement in einer zweiten Position mit zusätzlich dargestelltem Elektromotor,
- 3 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gas- oder Öldruckfeder mit einem Verschlusselement in einer ersten Position,
- 4 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gas- oder Öldruckfeder mit einem Verschlusselement in einer ersten Position,
- 5 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch die Gas- oder Öldruckfeder gemäß 4 entlang der Linie A-A und
- 6 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch die Gas- oder Öldruckfeder gemäß Figur entlang der Linie A-A in einer alternativen Ausführungsform.
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Die 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gas- oder Öldruckfeder 10 mit einem zylindrischen Gehäuse 20 und einem in dem Gehäuse 20 entlang einer Längsachse L verschiebbaren Kolben 30. Das Gehäuse 20 weist eine Wandung 24, ein Bodenteil 25 und ein eine Öffnung 27 aufweisendes Deckelteil 26 auf. Das Bodenteil 25 oder das Deckelteil 26 können einstückig mit der Wandung 24 ausgebildet sein. Der Kolben 30 weist eine Wandung 31, eine Stirnseite 32, eine Rückseite 33 und eine an der Rückseite 33 angeordnete und durch die Öffnung 27 geführte Kolbenstange 34 mit einem ersten Ende 34a und einem zweiten Ende 34b auf, wobei die Kolbenstange mit dem ersten Ende 34a an der Rückseite 33 angeordnet ist. Die Wandung 31 des Kolbens 30 ist gegen die Wandung 24 des Gehäuses abgedichtet, beispielsweise mittels eines Dichtrings 28. Die Durchführung der Kolbenstange 34 durch die Öffnung 27 erfolgt insbesondere ebenfalls abgedichtet.
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Vor der Stirnseite 32 des Kolbens 30 liegt eine erste Kammer 21, welche insbesondere durch die Stirnseite 32 des Kolbens, einen Abschnitt der Wandung 24 des Gehäuses 20 und entweder das Bodenteil 25 des Gehäuses oder, wie anhand von 3 beschrieben, ein zweites Kolbenelement 80 begrenzt wird. Vor der Rückseite 33 des Kolbens liegt eine zweite Kammer 22, welche insbesondere durch die Rückseite 33 des Kolbens, einen Abschnitt der Wandung 24 des Gehäuses 20 und das Deckelteil 27 des Gehäuses 20 begrenzt wird. In der ersten Kammer 21 und der zweiten Kammer 22 kann ein Gas, beispielsweise Stickstoff, oder ein Öl, angeordnet sein.
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In dem Kolben 30 ist ein die erste Kammer 21 und die zweite Kammer 22 verbindender Durchlasskanal 40 angeordnet, welcher mittels eines Verschlusselements 50 verschließbar ist.
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Das Verschlusselement 50 ist um die Längsachse L verdrehbar angeordnet, wobei in einer ersten Position des Verschlusselements 50, welche vorliegend in 1 dargestellt ist, der Durchlasskanal 40 verschlossen ist, und somit insbesondere die erste Kammer 21 von der zweiten Kammer 22 trennt, und in einer um einen Winkel um die Längsachse L verdrehten zweiten Position des Verschlusselements 50, welche vorliegend in 2 dargestellt ist, der Durchlasskanal 40 geöffnet ist und somit insbesondere die erste Kammer 21 mit der zweiten Kammer 22 verbindet. In unterschiedlichen Positionen zwischen der ersten Position und der zweiten Position kann der Durchlasskanal 40 teilweise geöffnet sein, also insbesondere einen kleineren Durchlassquerschnitt als bei vollständiger Öffnung aufweisen.
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Das Verschlusselement 50 kann stangenartig oder stiftartig mit einem ersten Ende 50a und einem zweiten Ende 50b ausgebildet sein. Die Kolbenstange 34 kann als Hohlrohr mit einem Lumen 35 ausgebildet sein, wobei das Verschlusselement 50 in dem Lumen 35 geführt angeordnet sein kann, insbesondere derart, dass das erste Ende 50a des Verschlusselements 50 in dem Kolben 30 angeordnet ist, während das zweite Ende 50b des Verschlusselements an dem zweiten Ende 34b der Kolbenstange 34 zugänglich ist, insbesondere, um die Drehbewegung des Verschlusselements 50 steuern zu können. Zur Steuerung der Drehbewegung des Verschlusselements 50 kann ein Motor 60, beispielsweise ein Elektromotor oder ein Hubmagnet, vorgesehen sein. Im Bereich des zweiten Endes 50b des Verschlusselements 50 kann dazu wenigstens ein Magnet 62 angeordnet sein. Die Winkelposition des Verschlusselements 50 relativ zu dem Kolben 30 oder alternativ relativ zu der Kolbenstange 34 oder dem Gehäuse 20 der Gas- oder Öldruckfeder 10 kann mittels eines Drehwinkelsensors 70 erfasst werden.
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Das Verschlusselement 50 kann einen ersten Abschnitt 51 aufweisen, welcher den Durchlasskanal 40 quert und je nach Positionierung den Durchlasskanal 40 schließt oder ganz oder teilweise öffnet.
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Der Durchlasskanal 40 des in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels der Gas- oder Öldruckfeder 10 kann einen in einem ersten Winkel α1, welcher zwischen 0° und 90°, vorzugsweise zwischen 30° und 60° beträgt, zur Längsachse L verlaufenden Abschnitt 41 aufweisen, welcher von dem ersten Abschnitt 51 des Verschlusselements 50 durchsetzt ist. Der Abschnitt 41 kann dabei von der Stirnseite 32 des Kolbens 30 zur Rückseite 33 des Kolbens verlaufen. Alternativ kann der Abschnitt 41 auch, wie in den 1 und 2 dargestellt, in der Wandung 31 des Kolbens 30 beginnen und diametral sowie axial versetzt in der Wandung 31 des Kolbens 30 enden. Das Verschlusselement 50 weist an seinem ersten Ende 50a eine Stirnseite 53 auf, welche in einem zweiten Winkel α2, welcher zwischen 0° und 90°, vorzugsweise zwischen 30° und 60° beträgt, gegen die Längsachse L geneigt angeordnet ist. Insbesondere entspricht der erste Winkel α1 dem zweiten Winkel α2. Der erste Abschnitt 51 des Verschlusselements 50 liegt in einer sich in axialer Richtung in dem Kolben 30 erstreckenden und den Abschnitt 41 des Durchlasskanals 40 querenden Ausnehmung 36. Aufgrund der Neigung der Stirnseite 53 gegen die Längsachse L verschließt die Wandung des ersten Abschnitts 51 in der ersten Position die in die Ausnehmung 36 mündenden Öffnungen 41a des Abschnitts 41 (vgl. 1), während in der zweiten Position die in die Ausnehmung 36 mündenden Öffnungen 41a des Abschnitts 41 freigegeben sind (vgl. 2).
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3 zeigt einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gas- oder Öldruckfeder 10', auf welches die vorherigen Ausführungen soweit nicht anders angegeben ebenfalls zutreffen. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen gleiche oder funktionsgleiche Teile, wobei zur besseren Übersicht nicht sämtliche Bezugsziffern angegeben sind. Das zweite Ausführungsbeispiel der Gas- oder Öldruckfeder 10' unterscheidet sich teilweise durch die Ausgestaltung des Durchlasskanals 40 und des ersten Abschnitts 51 des Verschlusselements 50 von dem ersten Ausführungsbeispiel der Gas- oder Öldruckfeder 10. Die Gas- oder Öldruckfeder 10' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist einen Durchlasskanal 40' auf, welcher einen radial verlaufenden Abschnitt 42 aufweist, dessen eines Ende über einen axial verlaufenden Abschnitt 43 mit der Stirnseite 32 des Kolbens und dessen anderes Ende über einen axial verlaufenden Abschnitt 44 mit der Rückseite des Kolbens 30 verbunden ist. Der erste Abschnitt 51' des Verschlusselements 50 liegt in einer sich in axialer Richtung in dem Kolben 30 erstreckenden und den Abschnitt 42 des Durchlasskanals 40' querenden Ausnehmung und weist eine diametral durch das Verschlusselement 50 verlaufende Durchgangsbohrung 52 auf. Die Wandung des ersten Abschnitts 51' verschließt in der ersten Position, welche in 3 nicht dargestellt ist, bei welcher beispielsweise die Durchgangsbohrung 52 mit ihrer Längserstreckung senkrecht zur Zeichnungsebene der 3 verlaufend angeordnet ist, die in die Ausnehmung mündenden Öffnungen 42a des Abschnitts 42, während in der zweiten Position die in die Ausnehmung mündenden Öffnungen 42a durch die Durchgangsbohrung 52, welche insbesondere fluchtend mit dem Abschnitt 42 angeordnet ist, miteinander verbunden sind (vgl. 3).
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Die in 3 dargestellte Gas- und Öldruckfeder 10' weist zudem ein zweites Kolbenelement 80 auf, welches zwischen der Stirnseite 32 des Kolbens 30 und dem Bodenteil 25 des Gehäuses 20 angeordnet ist, so dass zwischen dem zweiten Kolbenelement 80 und dem Bodenteil 25 des Gehäuses 20 eine dritte Kammer 23 gebildet ist. Bei einer derartigen Drei-Kammer-Ausgestaltung kann in der dritten Kammer 23 ein Gas, beispielsweise Stickstoff, angeordnet sein, während in der ersten Kammer 21 und der zweiten Kammer 22 ein Öl angeordnet sein kann. Selbstverständlich können auch das in den 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel der Gas- und Öldruckfeder 10 oder das in 4 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel einer Gas- und Öldruckfeder 10" eine derartige Drei-Kammer-Ausgestaltung aufweisen.
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Auf das in den 4 und 5 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der Gas- und Öldruckfeder 10" treffen soweit nicht anders angegeben die vorherigen Ausführungen ebenfalls zu. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen gleiche oder funktionsgleiche Teile, wobei zur besseren Übersicht nicht sämtliche Bezugsziffern angegeben sind. Das in den 4 und 5 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der Gas- und Öldruckfeder 10" unterscheidet sich teilweise durch die Ausgestaltung des Durchlasskanals 40 und des ersten Abschnitts 51 des Verschlusselements 50 von dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Gas- oder Öldruckfeder 10, 10'. Die Gas- oder Öldruckfeder 10" gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist einen Durchlasskanal 40" auf, welcher zwei radial in dem Kolben 30 verlaufende und axial beabstandete Abschnitte 45, 46 aufweist, welche durch einen axial verlaufenden Abschnitt 47 verbunden sind. Die radial in dem Kolben 30 verlaufenden Abschnitte 45, 46 können, wie in 4 dargestellt, in der Wandung 31 des Kolbens enden oder alternativ abgewinkelt sein, um der Stirnseite 32 bzw. der Rückseite 33 des Kolbens zu enden. Der erste Abschnitt 51" des Verschlusselements 50 ist durch den axial verlaufenden Abschnitt 47 des Durchlasskanals 40" geführt und weist einen runden Querschnitt mit einer seitlichen Abflachung 54 auf. Die Wandung des ersten Abschnitts 51" verschließt in der ersten Position, welche in den 4 und 5 nicht dargestellt ist, bei welcher beispielsweise die Abflachung um 90° um die Längsachse L in 5 gedreht verlaufend angeordnet ist, die in den axial verlaufenden Abschnitt 47 mündenden Öffnungen 45a, 46a der radialen Abschnitte 45, 46, während in der zweiten Position die in den axial verlaufenden Abschnitt 47 mündenden Öffnungen 45a, 46a durch die Abflachung 54, welche insbesondere einen Teil des axial verlaufenden Abschnitt 47 freigibt, miteinander verbunden sind (vgl. 4 und 5). Anstelle der Abflachung 54 kann auch eine Nut 54' vorgesehen sein, wie in 6 dargestellt.
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Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der gas- und Öldruckfeder 10" ist zudem das Verschlusselement 50 mit dem ersten Ende 50a in dem Kolben 30 angeordnet, während es weiter durch die erste Kammer 21 zum Bodenteil 25 des Gehäuses 20 verlaufend und durch eine Öffnung im Bodenteil 25 statt wie bei den in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen durch die Öffnung 27 im Deckelteil 26 nach außen geführt angeordnet ist. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt es, den Motor 60 an der Bodenseite des Gehäuses 20 anzuordnen. Diese Ausgestaltung kann auch bei den in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen der Gas- und Öldruckfeder 10, 10' vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gas- und Öldruckfeder
- 10'
- Gas- und Öldruckfeder
- 10"
- Gas- und Öldruckfeder
- 20
- Gehäuse
- 21
- erste Kammer
- 22
- zweite Kammer
- 23
- dritte Kammer
- 24
- Wandung
- 25
- Bodenteil
- 26
- Deckelteil
- 27
- Öffnung
- 28
- Dichtring
- 30
- Kolben
- 31
- Wandung
- 32
- Stirnseite
- 33
- Rückseite
- 34
- Kolbenstange
- 34a
- erstes Ende
- 34b
- zweites Ende
- 35
- Lumen
- 36
- Ausnehmung
- 40
- Durchlasskanal
- 40'
- Durchlasskanal
- 40"
- Durchlasskanal
- 41
- Abschnitt
- 41a
- Öffnung
- 42
- Abschnitt
- 42a
- Öffnung
- 43
- Abschnitt
- 44
- Abschnitt
- 45
- Abschnitt
- 45a
- Öffnung
- 46
- Abschnitt
- 46a
- Öffnung
- 47
- Abschnitt
- 50
- Verschlusselement
- 50a
- erstes Ende
- 50b
- zweites Ende
- 51
- erster Abschnitt
- 51'
- erster Abschnitt
- 51"
- erster Abschnitt
- 52
- Durchgangsbohrung
- 53
- Stirnseite
- 54
- Abflachung
- 54'
- Nut
- 60
- Motor
- 62
- Magnet
- 70
- Drehwinkelsensor
- 80
- zweites Kolbenelement
- L
- Längsachse
- α1
- Winkel
- α2
- Winkel
