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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte gummigedichtete Kolbenbaugruppe eines elektrischen Kompressor-Bypass-Ventils. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine verbesserte gummigedichtete Kolbenbaugruppe eines elektrischen Kompressor-Bypass-Ventils in Lippendichtungsbauart, um deren Überspritzen zu beseitigen und Leistungsmerkmale wie Leckage und Ansprechzeit zu verbessern.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein Kompressor-Bypass-Ventil ist eine mechanische Vorrichtung, die Unterdruckwirkung nutzt, um Druck aus dem Ansaugsystem verschiedener Motortypen abzubauen. Bypass-Ventile finden sich in den Triebwerken verschiedener Flugzeugtypen und auch bei einigen Eisenbahnmotorbauarten. Das Kompressor-Bypass-Ventil hilft dabei, den in einem Turbo- oder aufgeladenen Motor erzeugten Druck zurück in das drucklose Ende des Ansaugsystems zu leiten.
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Die Hauptfunktion des Kompressor-Bypass-Ventils besteht darin, das Entweichen von Druck in dem Betriebsabschnitt zu ermöglichen, in dem die Drosselklappe geschlossen ist. Ohne das Vorhandensein des Ventils, das die Umleitung des Drucks ermöglicht, würde die Druckluft einfach gegen die Drosselklappe prallen, wodurch sich die Druckluft aufbaut und schließlich wieder in den Turbo zurückgestoßen wird. Diese starke Druckluftwelle würde nicht nur zusätzlichen Verschleiß am Turbo verursachen, sondern auch die Wirkung des Turbos verlangsamen und möglicherweise sogar ganz stoppen.
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US5253713 offenbart ein System, das einen Kolben oder eine „Kaninchen“-Vorrichtung mit einem radial ausdehnbaren Teil und einen elektronischen Sequencer zur Steuerung des gesamten Gas- und Ölbohrlochsystems verwendet. Ein internes Bypass-Ventil ermöglicht den freien Durchfluss der Partikel und Flüssigkeiten durch eine interne Kammer des Werkzeugs während seines Zurückabsinkens in Richtung der produzierenden Formation. Um die Druckkräfte von unter dem Werkzeug eingeschlossenen Gasen effizient zu nutzen, um bei geschlossenem Bypass-Ventil Flüssigkeiten an die Oberfläche hinauf zu befördern, ist eine elastomere und ausdehnbare zylindrische Hülse vorgesehen, die einen zentralen Bereich des Werkzeugs umgibt. Sowohl das Bypass-Ventil als auch die elastomere Hülse werden durch eine verschiebbare mechanische Schubstange betätigt, die in Längsrichtung in dem Werkzeugkörper aufgenommen ist. Die Stange wird an äußersten Enden des Förderrohrs oder der Rohrleitung betätigt, und Arretierungen sorgen für eine sichere Positionierung der Stange während des Auf- und Abstiegs des Werkzeugs während des Bohrlochbetriebs. Ein Steuersystem überwacht den Leitungsdruck und die Ankunft des Werkzeugs, um ein Verkaufsventil und einen Werkzeuglöser zu betätigen. Der Hauptnachteil der Erfindung besteht darin, dass, wenn die Steuerung das Bohrlochventil öffnet, bevor der Kolben den Boden des Bohrlochs erreicht, und der Kolben auftaucht, ohne dass sich Flüssigkeit auf der Oberseite des Kolbens befindet, der Kolben beschädigt werden könnte, der Schmierstoffgeber beschädigt werden könnte und der gesamte Bohrlochkopf abgesprengt werden könnte.
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US5427504 offenbart einen gasbetriebenen Kolben zum Heben von Bohrlochfluiden aus einem unterirdischen Reservoir an die Oberfläche durch eine Bohrlochleitung, der Folgendes aufweist: einen Kolbenkörper, der gleitend in der Leitung montierbar ist und einen oberen Abschnitt, einen unteren Abschnitt und einen zylindrischen Zwischenabschnitt mit reduziertem Durchmesser aufweist; und eine Dichtungsanordnung, die den zylindrischen Zwischenabschnitt des Kolbenkörpers umgibt. Die Dichtungsanordnung kann eine Vielzahl von in Längsrichtung geteilten zylindrischen Segmenten mit relativ glatten zylindrischen Oberflächen für einen gleitenden und abdichtenden Kontakt mit den Wänden der Bohrlochleitung umfassen, um eine Dichtung bereitzustellen, die es dem Kolben ermöglicht, durch die Bohrlochleitung zum Reservoir abzusinken, und die bei einem Anstieg des Gasdrucks darunter eine ausreichende Abdichtung bereitstellt, um den Kolben und darüber befindliche Bohrlochfluide an die Oberfläche zu heben.
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Daher besteht eine Notwendigkeit, eine einfach gestaltete Kolbenbaugruppe zu entwickeln, die Leckage und die Ansprechzeit beim Öffnen effizient reduziert.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte gummigedichtete Kolbenbaugruppe bereitzustellen, um deren Überspritzen zu beseitigen und Leistungsmerkmale wie Leckage und Ansprechzeit zu verbessern.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte und kostengünstige Kolbenbaugruppe bereitzustellen, bei der Membranhalter, Gummischeibenabdeckung und Kolbenkörper separat geformt werden, um eine Lippendichtungsbauweise zu schaffen und die Gesamtkosten für das Überspritzen zu reduzieren.
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Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Kolbenbaugruppe zu verbessern, indem die Formteile, die nicht auf Membranhalter, Gummischeibenabdeckung und Kolbenkörper beschränkt sind, manuell zusammengebaut und dann durch Laserschweißen verschweißt werden.
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Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung der Kolbenbaugruppe durch eine effiziente Reduzierung der Leckage von 70-72%.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte gummigedichtete Kolbenbaugruppe eines elektrischen Kompressor-Bypass-Ventils bereit. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung eine verbesserte gummigedichtete Kolbenbaugruppe eines elektrischen Kompressor-Bypass-Ventils mit Lippendichtungsbauweise zur Verfügung, um deren Überspritzung zu beseitigen und Leistungsmerkmale wie Leckage und Ansprechzeit zu verbessern.
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In einer Hauptausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine verbesserte gummigedichtete Kolbenbaugruppe bereit, die gebildet ist aus Komponenten einschließend, aber nicht beschränkt auf eine Gummischeibenabdeckung, eine Gummischeibe, einen Kolbenkörper, eine Membran und einen Membranhalter. Die Gummischeibenabdeckung ist über der Gummischeibe befestigt und die Gummischeibe ist oberhalb des Kolbenkörpers befestigt. Der Kolbenkörper ist an der Basis von der Membran umgeben und ist über dem Membranhalter befestigt, wodurch die verbesserte gummigedichtete Kolbenbaugruppe gebildet wird. Die Gummischeibe ist sandwichartig zwischen der Gummischeibenabdeckung und dem Kolbenkörper angeordnet. Die Gummischeibe hat eine nach außen erstreckte Lippendichtung, derart, dass der Außendurchmesser der Gummischeibe größer ist als der Außendurchmesser des Kolbenkörpers. Die Wand des Membranhalters und des Kolbenkörpers hat einen Kanal, der zur Verbesserung der Ansprechzeit beiträgt. Die Komponenten der Kolbenbaugruppe werden separat geformt. Nach dem Formen werden sie manuell zusammengesetzt und dann mittels Laserschweißen verschweißt. Das Laserschweißen erfolgt in den Schweißzonen, wobei sich eine Schweißzone zwischen der Gummischeibenabdeckung und dem Membranhalter und eine andere Schweißzone zwischen dem Kolbenkörper und dem Membranhalter befindet. Die von der Gummischeibe bereitgestellte Lippendichtung wird von der Gummischeibenabdeckung gestützt, wodurch die Leckage um 70-72% reduziert, die Betätigungsspannung verbessert und die Ansprechzeit beim Öffnen verbessert werden.
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In einer alternativen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine verbesserte gummigedichtete Kolbenbaugruppe bereit, die gebildet ist aus Komponenten einschließend, aber nicht beschränkt auf eine Gummischeibenabdeckung, eine Gummischeibe, einen Kolbenkörper, eine Membran und einen Membranhalter. Die Gummischeibe ist sandwichartig zwischen der Gummischeibenabdeckung und dem Kolbenkörper angeordnet. Die Gummischeibe hat mindestens zwei konzentrische Rippen auf der Ober- und Unterseite der Gummischeibe, um Leckage und Ansprechzeit zu verbessern. Die Gummischeibe hat eine Lippendichtung, die dem Spalt zwischen Kolbenkörper und Gummischeibenabdeckung entspricht, derart, dass der Außendurchmesser der Gummischeibe gleich dem Außendurchmesser des Kolbenkörpers ist. Die von der Gummischeibe bereitgestellte Lippendichtung ist von der Gummischeibenabdeckung gestützt, wodurch die Leckage verringert, die Betätigungsspannung verbessert und die Ansprechzeit beim Öffnen durch deren Verringerung um 30 % verbessert wird.
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Figurenliste
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Ein vollständiges Verständnis der Vorrichtung und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann durch Bezugnahme auf die folgende Zeichnung erhalten werden:
- 1(a) und 1(b) ist eine Explosionsansicht und eine perspektivische Ansicht einer verbesserten gummigedichteten Kolbenbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt die Schnittdarstellung einer verbesserten gummigedichteten Kolbenbaugruppe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 3(a) und 3(b) zeigen das Vergleichsdiagramm, das die Leckage bzw. die Ansprechzeit bei einer verbesserten gummigedichteten Kolbenbaugruppe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 4(a) zeigt die Schnittdarstellung einer verbesserten gummigedichteten Kolbenbaugruppe gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 4(b) zeigt die perspektivische Ansicht der Gummischeibe mit konzentrischen Rippen gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 5 zeigt das Vergleichsdiagramm, das jeweils die Ansprechzeit bei einer verbesserten gummigedichteten Kolbenbaugruppe gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wird nun im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist, ausführlicher beschrieben. Diese Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden und sollte nicht als auf das hier dargelegte Ausführungsbeispiel beschränkt ausgelegt werden. Vielmehr wird das Ausführungsbeispiel bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und dem Fachmann den Umfang der Erfindung vollständig vermittelt. Gleiche Nummern beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte gummigedichtete Kolbenbaugruppe eines elektrischen Kompressor-Bypass-Ventils bereit. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung die verbesserte abgedichtete, gummigedichtete Kolbenbaugruppe eines elektrischen Kompressor-Bypass-Ventils in Lippendichtungsbauart bereit, um deren Überspritzung zu beseitigen und Leistungseigenschaften wie Leckage und Ansprechzeit zu verbessern.
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In einem Hauptausführungsbeispiel stellt die vorliegende Erfindung eine verbesserte gummigedichtete Kolbenbaugruppe bereit, die gebildet ist aus Komponenten einschließlich, aber nicht beschränkt auf Gummischeibenabdeckung, Gummischeibe, Kolbenkörper, Membran und Membranhalter. Die Gummischeibenabdeckung ist in der Gummischeibe befestigt und die Gummischeibe ist oberhalb des Kolbenkörpers befestigt. Der Kolbenkörper ist von der Membran umgeben und ist im Membranhalter befestigt, derart, dass eine Kolbenbaugruppe gebildet ist. Die Gummischeibe ist sandwichartig zwischen der Gummischeibenabdeckung und dem Kolbenkörper angeordnet. Die Gummischeibe hat eine sich nach außen erstreckende Lippendichtung, derart, dass der Außendurchmesser der Gummischeibe größer ist als der Außendurchmesser des Kolbenkörpers. Die Wand des Membranhalters und Kolbenkörpers hat einen Kanal, der zur Verbesserung der Ansprechzeit beiträgt. Die verwendeten Komponenten werden separat geformt. Nach dem Formen werden sie von Hand zusammengesetzt und dann mittels Laserschweißen verschweißt. Das Laserschweißen erfolgt an den Schweißzonen, wobei sich eine Schweißzone zwischen Gummischeibenabdeckung und Membranhalter und eine andere Schweißzone zwischen dem Kolbenkörper und dem Membranhalter befindet. Die Lippendichtungsbauweise wird durch die von der Gummischeibenabdeckung gestützte Gummischeibe geschaffen, wodurch die Leckage um 60-72% reduziert, die Betätigungsspannung verbessert und die Ansprechzeit beim Öffnen verbessert werden.
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Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel stellt die vorliegende Erfindung eine verbesserte gummigedichtete Kolbenbaugruppe bereit, die gebildet ist aus Komponenten einschließlich, aber nicht beschränkt auf eine Gummischeibenabdeckung, eine Gummischeibe, einen Kolbenkörper, eine Membran und einen Membranhalter. Die Gummischeibe ist sandwichartig zwischen der Gummischeibenabdeckung und dem Kolbenkörper angeordnet. Die Gummischeibe hat mindestens zwei konzentrische Rippen auf der Ober- und Unterseite der Gummischeibe, um die Leckage und die Ansprechzeit zu verbessern. Die Gummischeibe hat eine Lippendichtung, die dem Spalt zwischen Kolbenkörper und Gummischeibenabdeckung entspricht, derart, dass der Außendurchmesser der Gummischeibe gleich dem Außendurchmesser des Kolbenkörpers ist. Die von der Gummischeibe bereitgestellte Lippendichtung wird von der Gummischeibenabdeckung gestützt, wodurch die Leckage verringert wird, die Betätigungsspannung verbessert wird und die Ansprechzeit beim Öffnen durch deren Verminderung um 30 % verbessert wird.
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Unter Bezugnahme nun auf 1(a) und 1(b) stellt die vorliegende Erfindung eine Explosionsdarstellung und eine perspektivische Ansicht einer verbesserten, abgedichteten Gummikolbenbaugruppe 9, die gebildet ist aus Komponenten einschließend, aber nicht beschränkt auf, eine Gummischeibenabdeckung 5, eine Gummischeibe 4, einen Kolbenkörper 3, eine Membran 2 und einen Membranhalter 1, bereit. Die Gummischeibenabdeckung 5 ist in der Gummischeibe 4 befestigt, und die Gummischeibe 4 ist sandwichartig zwischen der Gummischeibenabdeckung 5 und dem Kolbenkörper 3 eingebettet. Der Kolbenkörper 3 ist an der Basis von der Membran 2 umgeben und ist im Membranhalter 1 befestigt, so dass eine Kolbenbaugruppe entsteht. Die Komponenten werden separat geformt, zusammengesetzt und mit Laserschweißung verschweißt. Die Gummischeibenabdeckung 5 stellt die Unterstützung für die Gummischeibe 4 bereit und wird zu der Dichtfläche, welche die Lippendichtungsbauweise bereitstellt. Die Baugruppe reduziert die Leckage effizient um 70-72%.
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Der Membranhalter 1, der Kolbenkörper 3 und die Gummischeibenabdeckung 5 sind aus einem Material hergestellt, das nicht auf Polyphthalamid (PPA) beschränkt ist. Die Membran 2 ist aus einem Material hergestellt, das nicht auf Fluorkohlenstoff- (FKM) -material beschränkt ist. Die Gummischeibe 4 ist aus einem Material hergestellt, das Fluorsilikon einschließt, aber nicht darauf beschränkt ist.
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Nun bezugnehmend auf 2 stellt die vorliegende Erfindung die Schnittdarstellung der verbesserten gummigedichteten Kolbenbaugruppe 9 bereit. Die Schnittdarstellung zeigt Komponenten wie die Gummischeibenabdeckung 5, die Gummischeibe 4, den Kolbenkörper 3 und die auf dem Membranhalter 1 ruhende Membran 2. Die Gummischeibe 4 ist sandwichartig zwischen der Gummischeibenabdeckung 5 und dem Kolbenkörper 3 angeordnet. Der Kolbenkörper 3 ist auf die Membran 2 aufgesetzt und von dieser umgeben. Alle Komponenten ruhen auf dem Membranhalter 1 und bilden die Kolbenbaugruppe. Die Seitenwände des Membranhalters 1 und des Kolbenkörpers 3 weisen einen Kanal 20 auf, der sich optional deckt und hilft, die Ansprechzeit zu verbessern. Die Gummischeibe 4 hat einen nach außen gerichteten Vorsprung, d.h. eine Lippendichtung 10, die sich nach außen erstreckt, und mit Hilfe der Gummischeibenabdeckung 5 werden die Betriebsleistungsparameter der Kolbenbaugruppe verbessert, wie z.B. die effiziente Verbesserung der Leckage, die Verbesserung in der Ansprechzeit beim Öffnen und der Betätigungsspannung. Es gibt Laserschweißzonen einer verbesserten gummigedichteten Kolbenbaugruppe 9. Das Laserschweißen erfolgt nach dem manuellen Zusammenbau aller Komponenten. Das Laserschweißen erfolgt an der Laserschweißzone und nicht an den Gummiteilen. Die erste Laserschweißzone befindet sich zwischen der Gummischeibenabdeckung 5 und dem Membranhalter 1 und die zweite Laserschweißzone befindet sich zwischen dem Kolbenkörper 3 und dem Membranhalter 1. Das Schweißen erfolgt nur an den Kunststoffteilen einschließlich Membranhalter 1, Kolbenkörper 3 und Gummischeibenabdeckung 5.
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Nun bezugnehmend auf 3(a) zeigt das Vergleichsdiagramm die Leckage bei der verbesserten gummigedichteten Kolbenbaugruppe. Die verbesserte gummigedichtete Kolbenbaugruppe reduziert die Leckage im Vergleich zu einer herkömmlichen überspritzten Bauweise einer Kolbenbaugruppe im Bereich von 70-72 %, am meisten bevorzugt um 71,42 % bei dem Wert von 180 kPa. 3(b) zeigt ein Vergleichsdiagramm für die Ansprechzeit einer verbesserten gummigedichteten Kolbenbaugruppe. Die Ansprechzeit bei der verbesserten gummigedichteten Kolbenbaugruppe ist im Vergleich zur überspritzten Kolbenbaugruppe um 14-16 %, am meisten bevorzugt 15,78 %, reduziert. Die Ansprechzeit liegt im Bereich von 62-66 ms, am meisten bevorzugt 64 ms.
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Siehe 4(a), eine Schnittansicht einer verbesserten gummigedichteten Kolbenbaugruppe gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die verbesserte abgedichtete Gummikolbenbaugruppe 9 ist aus Komponenten einschließend, aber nicht beschränkt auf eine Gummischeibenabdeckung 5, eine Gummischeibe 4, einen Kolbenkörper 3, eine Membran 2 und einen Membranhalter 1 gebildet. Die Gummischeibenabdeckung 5 ist in der Gummischeibe 4 befestigt, und die Gummischeibe 4 ist sandwichartig zwischen der Gummischeibenabdeckung 5 und dem Kolbenkörper 3 angeordnet. Der Kolbenkörper 3 ist an der Basis von der Membran 2 umgeben und ist im Membranhalter 1 befestigt, wodurch eine Kolbenbaugruppe gebildet ist. Die Komponenten werden separat geformt, zusammengesetzt und mit Laserschweißung verschweißt. Die Gummischeibenabdeckung 5 stellt die Unterstützung für die Gummischeibe 4 bereit und wird zu der Dichtfläche, die die Lippendichtungsbauweise bereitstellt. Die Gummischeibe 4 hat mindestens zwei konzentrische Rippen 11, 12 auf der Ober- und Unterseite der Gummischeibe 4 zur Verbesserung der Leckage und der Ansprechzeit. Die Gummischeibe 4 hat eine Lippendichtung 10, die dem Spalt zwischen Kolbenkörper 3 und Gummischeibenabdeckung 5 entspricht, so dass der Außendurchmesser der Gummischeibe 4 gleich dem Außendurchmesser des Kolbenkörpers 3 ist. Die Lippendichtung 10 der Gummischeibe 4 ist von der Gummischeibenabdeckung 5 gestützt, wodurch die Leckage verringert, die Betätigungsspannung verbessert und die Ansprechzeit beim Öffnen durch Reduzieren derselben um 30 % verbessert wird.
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Siehe in 4(b) die perspektivische Ansicht der Gummischeibe 4 mit konzentrischen Rippen 11, 12 gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die konzentrischen Rippen 11, 12 sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite der Gummischeibe 4 tragen zur Verbesserung der Leckage bei und verringern die Ansprechzeit. Die konzentrische(n) Rippe(n) 11 auf der Ober- und Unterseite der Gummischeibe 4 überlappen sich jeweils. Ebenso überlappen die konzentrische(n) Rippe(n) 12 sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite der Gummischeibe 4 ebenfalls miteinander.
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5 zeigt das Vergleichsdiagramm, das die jeweilige Ansprechzeit bei einer verbesserten gummigedichteten Kolbenbaugruppe gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Ansprechzeit ist bei einer verbesserten gummigedichteten Kolbenbaugruppe mit konzentrischen Rippen im Vergleich mit einer verbesserten Gummikolbenbaugruppe ohne Rippen um 30 % reduziert. Die Ansprechzeit liegt im Bereich von 42-48 ms, am meisten bevorzugt 45 ms.
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Daher ist die verbesserte gummigedichtete Kolbenbaugruppe bei der vorliegenden Erfindung kostengünstig und hilfreich bei der Bereitstellung der Abdichtung mit reduzierter Leckage um 71,42% sowie der Verbesserung der Ansprechzeit um 30%.
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Die vorstehende Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung dient der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist nicht dafür gedacht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die genaue offenbarte Form zu beschränken, und Modifikationen und Variationen sind im Lichte der obigen Lehren möglich oder können aus der Praxis der Erfindung erworben werden. Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um dem Fachmann die Möglichkeit zu geben, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen, die für die jeweils in Erwägung gezogene Verwendung geeignet sind, zu nutzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5253713 [0004]
- US 5427504 [0005]
