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Die Erfindung betrifft eine Dämpfventileinrichtung mit einer progressiven Dämpfkraftcharakteristik gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die
DE 10 2016 210 790 A1 beschreibt einen Schwingungsdämpfer mit einer Dämpfventileinrichtung, die ein Boden- oder Kolbenventil in Kombination mit einem weiteren Dämpfventil umfasst, dessen Drosselquerschnitt ausgehend von einer maximalen Öffnungsposition mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Drosselquerschnitts in eine minimale Durchlassstellung übergeht. Dabei kann das weitere Dämpfventil als Träger für ein im Durchmesser veränderbares Ventilelement ein Bauteil des Boden- oder Kolbenventils darstellen.
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Die
DE 10 2019 212 966 A1 zeigt eine Weiterentwicklung der Dämpfventileinrichtung mit einem Überdruckventil, bei dem der Ventilträger axial beweglich zu einer Kolbenstange gelagert ist. (
8) Die für eine Rückstellbewegung vorgesehenen Rückstellfedern stützen sich direkt an der Kolbenstange ab.
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Bei der Dämpfventileinrichtung entsprechend der
DE 10 2020 209 102 A1 wirkt das das weitere Dämpfventil mit einer Zuganschlagfeder zusammen, die sich an der Kolbenstangenführung des Schwingungsdämpfers abstützt.
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In der älteren
DE 10 2021 201 430 A1 kann sich der Ventilträger der weiteren Dämpfventileinrichtung axial zur Kolbenstange des Schwingungsdämpfers verschieben, um eine Amplitudenabhängigkeit der Dämpfventileinrichtung zu erreichen. Die dafür eingesetzten Federelemente stützen sich ebenfalls an der Kolbenstange ab.
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Die
DE 34 29 473 A1 zeigt ein Kolbenventil, dessen starrer Ventilkörper gegen die Kraft einer Feder von einem Kolben abhebt und dabei einen Durchgangskanal freigibt. Die Feder stützt sich an einem an der Kolbenstange aufgeschraubten Federteller ab.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ausgehend vom aufgezeigten Stand der Technik weitere Möglichkeiten zur Anpassung der Dämpfkraft der Dämpfventileinrichtung bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass sich die Feder des ersten Dämpfventils an dem zweiten Dämpfventil abstützt.
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Aufgrund der mechanischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Dämpfventil besteht eine funktionale Abhängigkeit, die sich auch auf die Dämpfkraftcharakteristik auswirkt.
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So ist vorgesehen bevorzugt vorgesehen, ein eine Stützfläche für die Feder bildendes Bauteil des weiteren Dämpfventils axial beweglich zu einem Dämpfventilgrundkörper des ersten Dämpfventils gelagert ist. Die axiale Beweglichkeit des Bauteils des zweiten Dämpfventils wirkt sich insbesondere dann aus, wenn das erste Dämpfventil für die Bedämpfung einer ersten Arbeitsrichtung und das zweite Dämpfventil für die Bedämpfung einer zweiten Arbeitsrichtung des Schwingungsdämpfers vorgesehen ist. Im Umkehrpunkt zwischen den beiden Arbeitsbewegungen kann z. B. eine kurzfristige Dämpfkrafterhöhung erreicht werden, da die Feder von der Betriebsbewegung eines Bauteils des zweiten Dämpfventils noch vorgespannt ist und sich diese Vorspannung wieder abbaut.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch kann die Stützfläche von dem Ventilträger gebildet werden.
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Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass die Stützfläche von einem Ventilelement eines Überdruckventils des weiteren Dämpfventils gebildet wird.
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Eine besonders große Bandbreite der Anpassungsmöglichkeiten wird dadurch erreicht, dass die Dämpfventileinrichtung mindestens eine erste Feder aufweist, die sich am Ventilträger und mindestens dazu eine parallelgeschaltete zweite Feder aufweist, die sich an dem Ventilelement des Überdruckventils abstützt.
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Wenn man z. B. eine amplitudenabhängige Dämpfkraftcharakteristik des zweiten Dämpfventils erreichen will, dann besteht eine Ausführungsmöglichkeit darin, dass der Ventilträger gegen die Kraft der Feder axial beweglich gelagert ist. Im Vergleich zum aufgezeigten Stand der Technik kann der Bauaufwand für eine Rückstellfeder entfallen.
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Um die Federkraft der Feder insbesondere im Hinblick auf das Überdruckventil freier dimensionieren zu können, stützt sich das Ventilelement des Überdruckventils auf dem Ventilträger ab, und ein Anschlag der Dämpfventileinrichtung bestimmt einen minimalen Abstand des Ventilträgers zum ersten Dämpfventil.
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Man kann zudem vorsehen, dass das Ventilelement des Überdruckventils an einem Führungsabschnitt des Ventilträgers radial zentriert ist. An der Kolbenstange kann somit eine entsprechende Führungsfläche für das Ventilelement des Überdruckventils entfallen.
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Ein weiterer Einstellparameter ergibt sich dadurch, dass das Ventilelement des Überdruckventils einen Druckraum aufweist, der mit einem Druckraum des weiteren Dämpfventils hydraulisch verbunden ist, wobei der Druck im Druckraum des weiteren Dämpfventils eine radiale Verstellkraft auf das Ventilelement ausübt. Die Querschnittsfläche des Druckraums multipliziert mit dem Druck innerhalb des Druckraums im Überdruckventil bestimmt die Abhubkraft auf das Ventilelement. Entsprechend kann man durch die Dimensionierung der Querschnittsfläche den Einsatzpunkt des Überdruckventils und damit die mögliche Dämpfkraftkennlinie des zweiten Dämpfventils definieren.
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Im Hinblick auf einen einfachen Gesamtaufbau der Dämpfventileinrichtung ist der Ventilträger des zweiten Dämpfventils über eine Distanzhülse am ersten Dämpfventil abgestützt. Die Distanzhülse kann auch eine Führungsfläche für das Ventilelement des Überdruckventils aufweisen.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 Dämpfventileinrichtung mit axial beweglichem Ventilträger
- 2 Dämpfkraftkennlinie zur 1
- 3 u. 4 Alternativvariationen zur 1
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Die 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer 1 beliebiger Bauform im Bereich einer Dämpfventileinrichtung 3, die an einer axial beweglichen Kolbenstange 5 innerhalb eines Zylinders 7 angeordnet ist. Die Dämpfventileinrichtung 3 umfasst ein erstes Dämpfventil 9, dessen Dämpfventilgrundkörper 11 als Kolben ausgeführt ist, der einen kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13 von einem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 innerhalb des Zylinders 7 trennt. Beide Arbeitsräume 13; 15 sind mit einem hydraulischen Dämpfmedium gefüllt.
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Der Kolben 11 verfügt über getrennte Durchlasskanäle 17; 19 für beide Durchströmungsrichtungen. Auslassöffnungen der Durchlasskanäle 17; 19 werden von mindestens einer Ventilscheibe 21; 23 zumindest teilweise abgedeckt. Die Durchlasskanäle 19, die bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange 5 in den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 wirksam sind, werden von mindestens der axial fixierten Ventilscheibe 23 zumindest teilweise abgedeckt. Die Durchlasskanäle 17 für die entgegengesetzte Durchströmungsrichtung verfügen über die axial bewegliche Ventilscheibe 21, die auch vollkommen starr ausgeführt sein kann. Grundsätzlich können auch die Durchlasskanäle 19 mit einer axial beweglichen Ventilscheibe bestückt sein. Eine Voröffnungsscheibe 25 und eine Dichtung 27 zwischen der Voröffnungsscheibe 25 und der Ventilscheibe 21 werden optional eingesetzt.
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Der Kolben 11 wird von einer Schraubhülse 27 gegen einen Absatz 29 der Kolbenstange 5 verspannt. Eine außenseitige Mantelfläche 31 der Schraubhülse 27 dient als Führung für die axial bewegliche Ventilscheibe 21, die von einer Feder 33, insbesondere einer Schraubendruckfeder, gegen eine Ventilsitzfläche 35 des Kolbens 11 vorgespannt wird.
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Die Dämpfventileinrichtung 3 umfasst ein zweites Dämpfventil 37 mit einem Ventilträger 39, in dessen Ringnut 41 ein im Durchmesser veränderbares Ventilelement 43 geführt ist. Das Ventilelement 43 kann radial elastisch oder auch mehrgliedrig mit Radialschlitzten ausgeführt sein. Die konkrete Ausgestaltung des Ventilelements 43 ist für die Erfindung untergeordnet.
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Die Ringnut 41 bildet mit ihren Ringnutseitenflächen 45; 47 und einer Ringnutgrundfläche 49 zusammen mit einer innenseitigen Mantelfläche 51 des Ventilelements 43 einen Druckraum 53, der über mindestens eine Zuströmöffnung 55 und mindestens eine Abströmöffnung 57 mit dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 verbunden ist. Bei einer Anströmung des Druckraums 53 bildet sich eine nach radial außen wirkende Aufweitkraft, die das Ventilelement 43 in Richtung einer Strömungsleitfläche 59, die von einer Innenwandung des Zylinders 7 gebildet wird. Dabei wird sichergestellt, dass eine Drosselstelle 61, die von dem Ventilelement 43 und der Strömungsleitfläche 59 gebildet wird, stets einen Mindestquerschnitt aufweist, damit keine hydraulische Blockade am zweiten Dämpfventil 37 auftritt. Dafür kann z. B. ein Anschlag 63 dienen oder auch eine Rückstellfeder 65, die das Ventilelement 43 in Richtung des Druckraums 53 vorspannt.
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In einer maximalen Durchlassposition der Drosselstelle 61 erzeugt das zweite Dämpfventil zumindest keine nennenswerte Dämpfkraft. Bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange 5 in den Zylinder 7 sorgt von der Dämpfventileinrichtung 3 nur die Ventilscheibe 23 zusammen mit den Durchlasskanälen 19 für eine Dämpfkraft. Mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstelle 61 bildet sich innerhalb der Drosselstelle 61 ein Minderdruck und innerhalb des Druckraums 53 ein Überdruck. Die jeweiligen Kräfte bewirken zusammen eine radiale Aufweitung des Ventilelements 43.
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Sowohl das erste wie auch das zweite Dämpfventil 9; 37 könnten unabhängig voneinander in einem Schwingungsdämpfer eine Dämpfkraft erzeugen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stützt sich die Feder 33 an dem zweiten Dämpfventil 37 ab bzw. ist zwischen der Ventilscheibe 21 des ersten Dämpfventils 9 und dem Ventilträger 33 axial verspannt.
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Eine Stützfläche 67 für die Feder 33 bildendes Bauteil des zweiten Dämpfventils 37 ist axial beweglich zu dem Dämpfventilgrundkörper 11 des ersten Dämpfventils 9 gelagert. Dabei wird die Stützfläche 67 von dem Ventilträger 39 gebildet, der gegen die Kraft der Feder 33 axial beweglich gelagert ist. Dafür weist die Kolbenstange 5 einen zum Befestigungsgewinde 69 für die Schraubhülse 27 separaten Führungszapfen 71 auf. Dem Führungszapfen 71 schließt sich ein Befestigungsgewinde 73 für einen Schraubring 75 an, der als axialer Anschlag für den Ventilträger 39 dient.
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Bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange 5 strömt das aus dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 verdrängte Dämpfmedium durch die Drosselstelle 61 des zweiten Dämpfventils 37 und den Durchlasskanälen 19 des ersten Dämpfventils 9 in den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13.
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Steigt die Druckbelastung an dem zweiten Dämpfventil 37, dann kann der Ventilträger 39 zusammen mit dem Ventilelement 43 entgegen der Kraft der Feder 33 eine axiale Relativbewegung zur Kolbenstange 5 ausführen. Dadurch sinkt die Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums innerhalb der Drosselstelle 61 relativ zum Ventilträger 39 aber auch die Einströmgeschwindigkeit des Dämpfmediums in den Druckraum 53. Folglich setzt die Aufweitbewegung des Ventilelements 43 in Richtung der Strömungsleitfläche 59 verzögert bzw. amplitudenselektiv ein. Erst wenn die Kolbenstange 5 und der Ventilträger 39 zueinander ortsfest sind, entwickelt das zweite Dämpfventil 37 seine maximale Dämpfkraft. Die Ortsfestigkeit des Ventilträgers kann durch eine große Federrate der Feder 33 oder durch einen mechanischen Anschlag 77, z. B. an der Kolbenstange 5, erreicht werden.
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Bei einer hochfrequenten Anregung und einer Umkehr der Bewegungsrichtung der Kolbenstange 5 befindet sich die zweite Dämpfventileinrichtung 37 in einer minimalen Distanz zum ersten Dämpfventil 9, d. h., dass die Feder 33 maximal vorgespannt ist. Das dann in die Durchlasskanäle 17 einströmende Dämpfmedium trifft auf die Ventilscheibe 21, die für einen kurzen Moment von der Feder 33 überproportional stark gegen die Ventilsitzfläche 35 des Kolbens 11 gespannt wird. Dadurch baut sich eine kurze Dämpfkraftüberhöhung auf, bis sich die Feder 33 etwas entspannen kann, indem der Ventilträger 39 wieder zurück in die Endposition am Schraubring 75 gleitet.
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In der 2 ist ein Dämpfkraft-Geschwindigkeitsdiagramm dargestellt. In dem zweiten Quadranten sind die Einsatzpunkte 79 des zweiten Dämpfventils 37 erkennbar, wodurch eine deutliche Dämpfkraftprogression erreicht wird.
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Im vierten Quadranten ist die zweite Dämpfventileinrichtung 37 nicht mehr mit ihrem Ventilelement 43 aktiv. Die Dämpfkraftkennlinien steigen jedoch ausgehend von dem Umkehrpunkt 81 der Schwingungsbewegung zunächst steil an, fallen hinsichtlich der Dämpfkraft in der Zugstufe wieder ab, um dann erneut anzusteigen. Der schraffierte Bereich symbolisierte den Dämpfkraftgewinn bei einer Bewegungsrichtungsumkehr des Schwingungsdämpfers 1.
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Die Dämpfventileinrichtung nach 3 verfügt im Vergleich zur Variante nach 1 über ein erstes Dämpfventil 9 gleicher Bauart. Abweichend zur 1 wird die Stützfläche 67 für die Feder 33 von einem Ventilelement 83 eines Überdruckventils 85 des zweiten Dämpfventils 37 gebildet. Das Ventilelement 83 des Überdruckventils 85 weist aufgrund seiner Becherform einen Druckraum 87 auf, der mit dem Druckraum 53 des zweiten Dämpfventils 37 über die Abströmöffnung 57 hydraulisch verbunden ist. In der Ausführung nach 1 ist der Querschnitt der Abströmöffnung 57 deutlich kleiner ausgeführt als der Querschnitt der Zuströmöffnung 55, so dass der Aufbau eines Staudrucks innerhalb des Druckraums 53 gefördert wird. In diesem Ausführungsbeispiel kann eine wirksame Abströmöffnung 89 mit dem im Vergleich zur Zuströmöffnung 55 reduzierten Querschnitt zwischen dem Druckraum des Überdruckventils 87 und dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 zwischen dem Ventilträger 39 und dem Kolben 11 angeordnet. Die Abströmöffnung 89 ist bevorzugt in einem umlaufenden Steg 91 des Ventilelements 83 des Überdruckventils 85 ausgeführt, dessen Ventilsitzfläche 93 von einer Deckseite des Ventilträgers 39 gebildet wird. Bei einem Druckaufbau im Druckraum 53 innerhalb des Ventilträgers 39 baut sich auch ein Druck innerhalb des Druckraums 87 des Überdruckventils 85 auf und spannt die Feder 33 des ersten Dämpfventils 9 stärker vor. Dabei hebt das Ventilelement 83 ab einem definierten Druckniveau von der Ventilsitzfläche 93 ab und legt dabei einen Hubweg zurück. In einem ähnlichen Maß wie im Zusammenhang mit den 1 und 2 erklärt, wirkt sich die Vorspannung der Feder 33 bei einer Bewegungsrichtungsumkehr des Schwingungsdämpfers 1 auch hier auf die erzeugte Dämpfkraft in Zugrichtung aus.
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Ergänzend soll noch dargestellt werden, dass der Ventilträger 39 nicht zwingend auf die Kolbenstange 5 aufgeschraubt werden muss, sondern sich das zweite Dämpfventil 37 auch über eine Distanzhülse 95 am ersten Dämpfventil 9 abgestützt kann. Die Distanzhülse 95 eröffnet zudem die Möglichkeit, dass das Ventilelement 83 des Überdruckventils 85 an der Distanzhülse 95 radial geführt ist.
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Die 4 zeigt zwei Ausführungsbeispiele. Im linken Halbschnitt der 4 ist eine Dämpfventileinrichtung 3 dargestellt, die funktional der Beschreibung nach 3 folgt. Abweichend wurde auf eine Distanzhülse 95 verzichtet. Der Dämpfventilträger 39 ist mit der Kolbenstange 5 verschraubt und das Ventilelement 83 des Überdruckventils gleitet auf einem Zapfen der Kolbenstange 5.
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Der rechte Halbschnitt stellt funktional eine Kombination der Dämpfventileinrichtungen nach den 1 und 3 dar. Zum einen ist das zweite Dämpfventil 37 gleitend auf der Kolbenstange 5 gelagert und zum anderen ist das Überdruckventil 85 zusammen mit dem Ventilträger 39 als ein Sitzventil ausgeführt ist. Abweichend weist diese Dämpfventileinrichtung mindestens eine erste Feder 33A auf, die sich am Ventilträger 39 und weist mindestens eine dazu parallelgeschaltete zweite Feder 33B auf, die sich an dem Ventilelement 83 des Überdruckventils 85 abstützt.
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Vom Anschlag 77 der Dämpfventileinrichtung 3 bestimmt einen minimalen Abstand des Ventilträgers 39 zum ersten Dämpfventil 9. Dieser Anschlag 77 wird beispielsweise von der Schraubhülse 27 des ersten Dämpfventils 9 gebildet. Das Ventilelement 83 des Überdruckventils 85 zentriert sich radial an einem ringförmigen Führungsabschnitt 97 des Ventilträgers 39. Bei einer Überdrucksituation, die unter Umständen erst dann eintreten kann, wenn der Ventilträger 39 seinen minimalen Abstand zum ersten Dämpfventil 9 eingenommen hat, kann das Ventilelement 83 des Überdruckelements 85 ein Abhubbewegung vom Ventilträger 39 ausführen und sich an dem Führungsabschnitt 97 zentrieren.
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Bezugszeichen
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- 1
- Schwingungsdämpfer
- 3
- Dämpfventileinrichtung
- 5
- Kolbenstange
- 7
- Zylinder
- 9
- erstes Dämpfventil
- 11
- Dämpfventilgrundkörper
- 13
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 15
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 17
- Durchlasskanäle
- 19
- Durchlasskanäle
- 21
- Ventilscheibe
- 23
- Ventilscheibe
- 25
- Voröffnungsscheibe
- 27
- Schraubhülse
- 29
- Absatz
- 31
- Mantelfläche
- 33
- Feder
- 35
- Ventilsitzfläche
- 37
- zweites Dämpfventil
- 39
- Ventilträger
- 41
- Ringnut
- 43
- Ventilelement
- 45
- Ringnutseitenfläche
- 47
- Ringnutseitenfläche
- 49
- Ringnutgrundfläche
- 51
- Mantelfläche
- 53
- Druckraum
- 55
- Zuströmöffnung
- 57
- Abströmöffnung
- 59
- Strömungsleitfläche
- 61
- Drosselstelle
- 63
- Anschlag
- 65
- Rückstellfeder
- 67
- Stützfläche
- 69
- Befestigungsgewinde
- 71
- Führungszapfen
- 73
- Befestigungsgewinde
- 75
- Schraubring
- 77
- Anschlag
- 79
- Einsatzpunkt
- 81
- Umkehrpunkt
- 83
- Ventilelement
- 85
- Überdruckventil
- 87
- Druckraum
- 89
- Abströmöffnung
- 91
- Steg
- 93
- Ventilsitzfläche
- 95
- Distanzhülse
- 97
- Führungsabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016210790 A1 [0002]
- DE 102019212966 A1 [0003]
- DE 102020209102 A1 [0004]
- DE 102021201430 A1 [0005]
- DE 3429473 A1 [0006]
