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Die
Erfindung betrifft einen Mechanismus zur Stoßdämpfung, insbesondere einen
pneumatischen Pufferzylinder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst ein herkömmlicher pneumatischer Zylinder 10 ein
Zylindergehäuse 11,
eine Kolbenstange 12 und einen Verschluss 13.
Am distalen Ende des Zylindergehäuses 11 ist eine
Durchgangsbohrung 111 ausgebildet, während das entgegengesetzte
Ende desselben eine freie Öffnung 112 ist.
Die Kolbenstange 12 besteht aus einem Kolben 121 und
einer mit diesem verbundenen Stange 122. Die Kolbenstange 12 wird
mit der Bodenfläche
des Kolbens 121 durch die freie Öffnung 112 des Zylindergehäuses 11 ins
Innere des Zylindergehäuses 11 eingeführt, wobei
die freie Öffnung 112 mit dem
Verschluss 13 verschlossen wird. Die Stange 122 dient
der Verbindung mit einem anderen mechanischen Bauteil. Beim Ausfahren
der Kolbenstange 12 tritt eine Reibung des Kolbens 121 der
Kolbenstange 12 mit der Innenwandung des Zylindergehäuses 11 auf,
wodurch die Bewegung der Stange 122 gegenüber dem
Zylindergehäuse 11 verzögert ist. Damit
ist eine Pufferwirkung erzielbar. Beim Einfahren der Kolbenstange 12 bewegt
sich die Kolbenstange 12 ins Innere des Zylindergehäuses 11,
wobei die Luft im Zylindergehäuse 11 durch
die Durchgangsbohrung 111 des Zylindergehäuses 11 entweicht. Ebenfalls
entsteht eine Reibung des Kolbens 121 der Kolbenstange 12 mit
der Innenwandung des Zylindergehäuses 11,
wodurch die Bewegung der Kolbenstange 12 gegenüber dem
Zylindergehäuse 11 verzögert ist.
Damit ist eine Pufferwirkung erzielbar.
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Wie
in 2 gezeigt, umfasst ein weiterer herkömmlicher
pneumatischer Zylinder 20 ein Zylindergehäuse 21,
eine Kolbenstange 22 und einen Verschluss 23.
An der Innenwandung des Zylindergehäuses 21 sind mehrere
beabstandete Luftleitrillen 211 ausgebildet. Außerdem weist
das Zylindergehäuse 21 eine
freie Öffnung 212 auf.
Die Kolbenstange 22 besteht aus einem Kolben 221 und
einer mit diesem verbundenen Stange 222. Die Kolbenstange 22 wird
mit einem Ende des Kolbens 221 durch die freie Öffnung 212 ins Innere
des Zylindergehäuses 21 eingeführt, wobei
die freie Öffnung 212 mit
dem Verschluss 23 verschlossen wird. Beim Bewegen der Kolbenstange 22 tritt
eine Reibung des Kolbens 221 der Kolbenstange 22 mit
der Innenwandung des Zylindergehäuses 21 auf,
wodurch die Bewegung der Kolbenstange 22 gegenüber dem
Zylindergehäuse 21 verzögert ist.
Damit ist eine Pufferwirkung erzielbar. Im Betrieb sorgen die an
der Innenwandung des Zylindergehäuses 21 ausgebildeten
Luftleitrillen 211 für
die Führung
der Luft im Inneren des Zylindergehäuses 21. Damit wird
vermieden, dass ein Unterdruck im Zylindergehäuse 21 herrscht und
somit ein problematischer Betrieb auftritt.
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Bei
den oben erwähnten
pneumatischen Zylindern 10, 20 ergibt sich die
Verzögerungs-/Pufferwirkung
durch die Reibung des Kolbens der Kolbenstange mit der Innenwandung
des Zylindergehäuses, wobei
die Luft nicht wirksam im Inneren des pneumatischen Pufferzylinders
zur Erzeugung der Pufferkraft beibehalten werden kann, was zum schnellen
Verschleiß am
Kolben der Kolbenstange führt.
Tritt der Verschleiß am
Kolben der Kolbenstange auf, wird die Verzögerungs-/Pufferwirkung in erheblichem
Maße reduziert.
Daher muss die Kolbenstange häufig
ausgewechselt werden, was zur Steigerung von Kosten führen kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen pneumatischen Pufferzylinder
zu schaffen, bei dem die Pufferwirkung durch die Reibung des Kolbens
sowie die Gegenkraft der Luft erzielt wird, wodurch der Verschleiß am Kolben
verringert und die Lebensdauer des pneumatischen Pufferzylinders
erhöht
wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen pneumatischen Pufferzylinder, der die im Anspruch 1 angegebenen
Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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Gemäß der Erfindung
wird ein pneumatischer Pufferzylinder bereitgestellt, der Folgendes aufweist:
ein
Zylindergehäuse,
das als Hohlzylinder ausgebildet ist und einen Betätigungsraum
aufweist;
ein Kolben, der zapfenförmig ausgebildet ist und eine Durchgangsbohrung
besitzt, wobei der Kolben eine Nachgiebigkeit aufweist, und wobei
sich der Kolben im Inneren des Betätigungsraums des Zylindergehäuses befindet;
und
eine Betätigungsstange,
die an ihrem einen Ende mit einem Kolbenverbindungselement und an
ihrem anderen Ende mit einem Stangenabschnitt versehen ist, wobei
das Kolbenverbindungselement einerseits als Stöpsel und andererseits als Anlageabschnitt ausgeführt ist,
und wobei der Anlageabschnitt mit dem Stangenabschnitt verbunden
ist, und wobei die Betätigungsstange
mit ihrem Stöpsel
durch den an einem Ende des Kolbens angeordneten, dritten Ausdehnungsbereich
in die Durchgangsbohrung einführbar
ist, während
der Anlageabschnitt außen
am Kolben anliegt, und wobei am Anlageabschnitt wenigstens eine
offene erste Luftdurchtrittseinheit ausgebildet ist, während der
Stöpsel
mit einer offenen zweiten Luftdurchtrittseinheit versehen ist, und
wobei der Stangenabschnitt der Betätigungsstange aus einer freien Öffnung des
Zylindergehäuses
herausragt.
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Dadurch,
dass das Zylindergehäuse
unten verschlossen ist und eine Durchgangsbohrung des Kolbens vorliegt,
kann der Kolben durch die Gegenkraft der Luft verformt werden, wenn
sich die Betätigungsstange
gemeinsam mit dem Kolben bewegt. Durch die Reibung zwischen dem
Kolben und dem Zylindergehäuse
sowie die Gegenkraft der Luft wird eine Pufferkraft für den erfindungsgemäßen pneumatischen
Pufferzylinder bereitgestellt. Außerdem kann der Verschleiß am Kolben
verringert werden. Ferner wird die Lebensdauer des erfindungsgemäßen pneumatischen
Pufferzylinders erhöht.
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Im
Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der
Zeichnung näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
perspektivische Zusammenbaudarstellung eines pneumatischen Pufferzylinders nach
dem Stand der Technik;
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2 eine
perspektivische Darstellung eines weiteren pneumatischen Pufferzylinders
nach dem Stand der Technik;
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3 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen pneumatischen
Pufferzylinders;
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4 eine
Schnittansicht des Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen pneumatischen Pufferzylinders
in zusammengebautem Zustand;
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5 die
Vorgehensweise zum Betätigen des
erfindungsgemäßen pneumatischen
Pufferzylinders in einer Schnittansicht;
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6 einen
Schnitt durch den erfindungsgemäßen pneumatischen
Pufferzylinder mit der in Pfeilrichtung dargestellten Luftströmung, wobei
der vom Kolben auf die Luft aufgebrachte Druck kleiner ist, sodass
sich die Betätigungsstange
und der Kolben in lockerem Zusammenwirken befinden;
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7 einen
Schnitt durch den erfindungsgemäßen pneumatischen
Pufferzylinder mit der in Pfeilrichtung dargestellten Luftströmung, wobei
der vom Kolben auf die Luft aufgebrachte Druck größer ist,
sodass sich die Betätigungsstange
und der Kolben in engem Zusammenwirken befinden;
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8 eine
Schnittansicht des Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen pneumatischen Pufferzylinders
mit einem geringfügig
abgewandelten Kolben;
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9 eine
Schnittansicht des Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen pneumatischen Pufferzylinders
mit einer geringfügig
abgewandelten Betätigungsstange;
und
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10 eine
Schnittansicht des Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen pneumatischen
Pufferzylinders mit einer weiteren abgewandelten Betätigungsstange.
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Wie
aus den 3 bis 7 ersichtlich, weist
ein erfindungsgemäßer pneumatischer
Pufferzylinder ein Zylindergehäuse 30,
einen Kolben 40, eine Betätigungsstange 50 und
einen Verschluss 60 auf.
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Das
Zylindergehäuse 30 ist
als Hohlzylinder ausgebildet und weist einen Betätigungsraum 31 auf. An
einem Ende des Zylindergehäuses 30 ist
eine freie Öffnung 32 angeordnet.
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Der
Kolben 40 ist zapfenförmig
ausgebildet und weist eine Nachgiebigkeit auf. Außerdem besitzt dieser
eine Durchgangsbohrung 41. Der Kolben 40 kann
aus Gummi, Polyurethan oder Silikon hergestellt sein. Im Ausführungsbeispiel
ist der Kolben 40 aus Gummi hergestellt, wobei die Durchgangsbohrung 41 aufeinanderfolgend
einen ersten Ausdehnungsbereich 411, einen zweiten Ausdehnungsbereich 412 und
einen dritten Ausdehnungsbereich 413 umfasst. Der erste
und der dritte Ausdehnungsbereich 411, 413 verjüngen sich
zum zweiten Ausdehnungsbereich 412 und sind somit trichterförmig ausgebildet.
Der Querschnitt des zweiten Ausdehnungsbereichs 412 ist
kleiner als derjenige des ersten und des dritten Ausdehnungsbereichs 411, 413.
Der Kolben 40 befindet sich im Inneren des Betätigungsraums 31 des
Zylindergehäuses 30.
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Die
Betätigungsstange 50 ist
an ihrem einen Ende mit einem Kolbenverbindungselement 51 und an
ihrem anderen Ende mit einem Stangenabschnitt 52 versehen.
Das Kolbenverbindungselement 51 ist einerseits als Stöpsel 511 und
andererseits als Anlageabschnitt 512 ausgeführt. Der
Außendurchmesser des
Stöpsels 511 entspricht
dem Innendurchmesser des Kolbens 40, während der Außendurchmesser des
Anlageabschnitts 512 größer ist
als derjenige des Stöpsels 511.
Zwischen dem Stöpsel 511 und dem
Anlageabschnitt 512 ist ein vertieft ausgebildeter Zwischenabschnitt 513 vorgesehen,
dessen Außendurchmesser
kleiner ist als der Innendurchmesser des Kolbens 40. Die
Betätigungsstange 50 wird mit
ihrem Stöpsel 511 durch
den an einem Ende des Kolbens 40 angeordneten, dritten
Ausdehnungsbereich 413 in die Durchgangsbohrung 41 eingeführt, während der
Anlageabschnitt 512 außen
am Kolben 40 anliegt. Am Anlageabschnitt 512 ist
wenigstens eine offene erste Luftdurchtrittseinheit 514 ausgebildet.
Die erste Luftdurchtrittseinheit 514 ist mit einer Mehrzahl
von an der Umfangsfläche
des Anlageabschnitts 512 beabstandeten Einkerbungen 514a versehen.
Anstelle der Einkerbungen 514a kann aber auch ein Durchgangsloch 514b ausgebildet
sein. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
können
sowohl die Einkerbungen 514a als auch das Durchgangsloch 514b vorgesehen
sein. Der Stöpsel 511 ist
ebenfalls mit einer offenen zweiten Luftdurchtrittseinheit 515 versehen.
Die zweite Luftdurchtrittseinheit 515 des Stöpsels 511 ist
mit einer Mehrzahl von an der Umfangsfläche des Stöpsels 511 beabstandeten
Einkerbungen 515a versehen. Anstelle der Einkerbungen 515a kann
aber auch ein Durchgangsloch 515b ausgebildet sein. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
können
sowohl die Einkerbungen 515a als auch das Durchgangsloch 515b vorgesehen
sein. Außerdem
verfügt
der Anlageabschnitt 512 in der Nähe der dem Stöpsel 511 benachbarten
Seite über eine
mit der als Einkerbung 514a ausgeführten, ersten Luftdurchtrittseinheit 514 kommunizierende
Strömungsnut 516.
Auf diese Weise ist die Betätigungsstange 50 mit
dem Kolben 40 verbunden, wobei der Stangenabschnitt 52 der
Betätigungsstange 50 aus der
freien Öffnung 32 des
Zylindergehäuses 30 herausragt.
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Der
Verschluss 60 ist mittig mit einem Durchgangsloch 61 versehen,
mit dem der Verschluss 60 auf den Stangenabschnitt 52 der
Betätigungsstange 50 so
aufsetzbar ist, dass die freie Öffnung 32 des Zylindergehäuses 30 mit
dem Verschluss 60 verschlossen ist.
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Nach
der Verbindung der Betätigungsstange 50 mit
dem Kolben 40 kann der Kolben 40 im Zylindergehäuse 30 linear
bewegt werden. Wird der Kolben 40 mit der Betätigungsstange 50 in
Bewegung nach außen
versetzt, entsteht eine Reibung zwischen dem Kolben 40 und
der Innenwandung des Zylindergehäuses 30.
Gleichzeitig wird die Luft ins Zylindergehäuse 30 eingesaugt.
Damit ist die Verzögerungs-/Pufferwirkung
erzielbar. Wird der Kolben 40 mit der Betätigungsstange 50 ins
Innere des Zylindergehäuses 30 eingedrückt, ist
das Zylindergehäuse 30 nun
mit der Luft gefüllt.
Beim Verschieben des Kolbens 40 nach innen wird die Luft
durch den Kolben 40 verdichtet, wobei die Luft nur durch
die Durchgangsbohrung 41 des Kolbens 40 in den
Kolben 40 eintritt. Die Betätigungsstange 50 weist
einen Zwischenabschnitt 513 auf. Beim Einführen der
Betätigungsstange 50 in
den Kolben 40 entsteht ein Spalt zwischen dem Zwischenabschnitt 513 der
Betätigungsstange 50 und
der Innenwandung des Kolbens 40, wodurch die Betätigungsstange 50 innerhalb
des Kolbens 40 frei drehbar ist. Damit wird eine lockere
Verbindung zwischen den beiden erreicht. Ist die Kraft zum Einschieben
des Kolbens 40 gering, d. h. der vom Kolben 40 auf
die Luft aufgebrachte Druck klein, strömt die Luft aus der Durchgangsbohrung 41 des
Kolbens 40 sowie aus dem zwischen dem Kolben 40 und
dem Kolbenverbindungselement 51 befindlichen, durch den
Durchtritt der Luft verformten Spalt heraus. Auf diese Weise kann
die Verzögerungs-/Pufferwirkung durch
die Reibung des Kolbens 40 mit der Innenwandung des Zylindergehäuses 30 sowie
durch die Gegenkraft der Luftströmung
erreicht werden.
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Ist
die Kraft zum Einschieben des Kolbens 40 ins Zylindergehäuse 30 groß, d. h.
der vom Kolben 40 auf die Luft aufgebrachte Druck groß, ist die
Gegenkraft der Luft relativ größer. Der
Kolben 40 weist eine Durchgangsbohrung 41 auf.
Beim Durchtritt der Luft durch die Durchgangsbohrung 41 des
Kolbens 40 dehnt sich der erste Ausdehnungsbereich 411 der Durchgangsbohrung 41 des
Kolbens 40 durch die Gegenkraft der Luft aus. Dehnt sich
der erste Ausdehnungsbereich 411 aus, entsteht dann eine
Reibung des Kolbens 40 mit dem Zylindergehäuse 30, die
eine erste Reibungs-/Pufferkraft bereitstellt. Danach strömt die Luft
weiter zur Durchgangsbohrung 41. Das heißt, dass
die Luft entlang dem ersten Ausdehnungsbereich 411 durch
den zweiten Ausdehnungsbereich 412 in den dritten Ausdehnungsbereich 413 gelangt.
Da der Durchmesser des zweiten Ausdehnungsbereichs 412 der
kleinste ist, tritt die Luft erst nach der Verdichtung in den dritten
Ausdehnungsbereich 413 ein. Beim Eintritt der Luft in den dritten
Ausdehnungsbereich 413 dehnt sich der dritte Ausdehnungsbereich 413 aus,
wodurch der Kolben 40 eine zweite Reibungs-/Pufferkraft
bereitstellt. Das heißt,
dass die zweite Reibungs-/Pufferkraft zwischen dem verformten Kolben 40 und
der Innenseite des Zylindergehäuses 30 entsteht.
Die noch nicht ins Innere des Kolbens 40 gelangende Luft übt wiederum eine
Gegenkraft auf den Kolben 40 aus. Schließlich strömt die Luft
ausgehend vom dritten Ausdehnungsbereich 413 durch die
entweder als Einkerbungen 515a oder als Durchgangsloch 515b ausgeführten, zweite
Luftdurchtrittseinheit 515 des Stöpsels 511 des Kolbenverbindungselements 51 in
den Spalt zwischen dem Zwischenabschnitt 513 des Kolbenverbindungselements 51 und
des Kolbens 40 ein. Daraufhin strömt die Luft zum Anlageabschnitt 512 weiter
und dann aus der als Einkerbung 514a oder Durchgangsloch 514b ausgeführten, ersten
Luftdurchtrittseinheit 514 heraus. Der oben erwähnte pneumatische
Pufferzylinder weist nicht nur die zwischen dem Kolben 40 und
der Innenwandung des Zylindergehäuses 30 entstehende
Reibung auf. Die Gegenkraft der Luft liefert auch die Pufferwirkung.
Das heißt,
dass die Pufferkraft des erfindungsgemäßen pneumatischen Pufferzylinders
gemeinsam von der Gegenkraft der Luft sowie der Reibungskraft bereitgestellt
wird. Auf diese Weise kann der Verschleiß am Kolben 40 verringert
werden. Außerdem
ist die Pufferwirkung des erfindungsgemäßen pneumatischen Pufferzylinders
erzielbar. Gleichzeitig wird die Lebensdauer des erfindungsgemäßen pneumatischen
Pufferzylinders erhöht.
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Wie
in 8 gezeigt, kann der Kolben 40 rohrförmig ausgeführt sein,
wobei der Kolben 40 ebenfalls die Durchgangsbohrung 41 aufweist,
wodurch die gleiche Funktion wie bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel
erzielbar ist.
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In 9 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen pneumatischen
Pufferzylinders dargestellt. Der Kolben 40' ist einstückig mit der Betätigungsstange 50' ausgebildet,
wobei der Kolben 40' ebenfalls
mit der Durchgangsbohrung 41 versehen ist, jedoch ohne
Luftdurchtrittseinheiten 514, 515. Der Stangenabschnitt 52'der Betätigungsstange 50' ist ebenfalls
mit einer Durchgangsbohrung 521' versehen, die mit der Durchgangsbohrung 41 des
Kolbens 40' kommuniziert.
Auf diese Weise kann die gleiche Wirkung wie beim obigen Ausführungsbeispiel
erzielt werden.
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In 10 ist
ein wiederum weiteres Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen pneumatischen
Pufferzylinders dargestellt. Die Betätigungsstange 50'' ist einstückig mit dem Kolben 40'' ausgebildet, wobei der Kolben 40'' ebenfalls mit der Durchgangsbohrung 41 versehen
ist, jedoch ohne Luftdurchtrittseinheiten 514, 515.
Der Stangenabschnitt 52'' der Betätigungsstange 50'' ist an seiner Umfangsfläche mit
Einkerbungen 521'' versehen, die
mit der Durchgangsbohrung 41 des Kolbens 40'' kommunizieren. Auf diese Weise
kann die gleiche Wirkung wie beim obigen Ausführungsbeispiel erzielt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- pneumatischer
Zylinder
- 11
- Zylindergehäuse
- 111
- Durchgangsbohrung
- 112
- freie Öffnung
- 12
- Kolbenstange
- 121
- Kolben
- 122
- Stange
- 13
- Verschluss
- 20
- pneumatischer
Zylinder
- 21
- Zylindergehäuse
- 211
- Luftleitrille
- 212
- freie Öffnung
- 22
- Kolbenstange
- 221
- Kolben
- 222
- Stange
- 23
- Verschluss
- 30
- Zylindergehäuse
- 31
- Betätigungsraum
- 32
- freie Öffnung
- 40
- Kolben
- 41
- Durchgangsbohrung
- 50
- Betätigungsstange
- 51
- Kolbenverbindungselement
- 511
- Stöpsel
- 512
- Anlageabschnitt
- 513
- Zwischenabschnitt
- 514
- erste
Luftdurchtrittseinheit
- 514a
- Einkerbung
- 514b
- Durchgangsloch
- 515
- erste
Luftdurchtrittseinheit
- 515a
- Einkerbung
- 515b
- Durchgangsloch
- 516
- Strömungsnut
- 60
- Verschluss
- 61
- Durchgangsloch
- 40'
- Kolben
- 50'
- Betätigungsstange
- 52'
- Stangenabschnitt
- 521'
- Durchgangsbohrung
- 40''
- Kolben
- 50''
- Betätigungsstange
- 52''
- Stangenabschnitt
- 521''
- Einkerbung