DE2047850A1 - Energie absorbierender Stoßdampfer, ins besondere hydraulischer Puffer fur Schienen fahrzeuge - Google Patents
Energie absorbierender Stoßdampfer, ins besondere hydraulischer Puffer fur Schienen fahrzeugeInfo
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Description
Patentanwalt
!Berlin 33,Iltisstia£e7
OLEO INTERNATIONAL HOLDINGS LIMITED Blackdown, Leamington Spa, Warwickshire, England
Energie absorbierender Stossdämpfer, insbesondere hydraulischer Puffer für Schienenfahrzeuge
Die Erfindung betrifft einen Energie absorbierenden Stossdämpfer und insbesondere einen hydraulischen Puffer für
Schienenfahrzeuge, wie er zur Anwendung gelangt, wenn die kinetische Energie eines sich bewegenden Fahrzeugs absorbiert
werden soll, wenn dieses mit einem feststehenden Pufferanschlag oder einem anderen Fahrzeug zusammenstösst,
welches stillsteht oder sich langsamer bewegt und anderer- f seits dazu dient, während der Relativbewegungen aneinander
angekuppelter Fahrzeuge Energie zu absorbieren.
Derartige Puffer und ähnliche Energie absorbierende Vorrichtungen sind im folgenden mit umfasst, wenn allgemein
von Puffern die Rede ist.
Der hydraulische Puffer nach der Erfindung besteht im wesentlichen
aus einer Einheit, die einen Kolben und einen Zylinder
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umfasst, bei welcher der Kolben in den Zylinder hineingedrückt
wird, wenn eine Last auf den Puffer zur Einwirkung kommt. Durch die Kolbenbewegung wird hydraulische Flüssigkeit
aus einer Kompressionskammer in eine Vorratskammer durch stromungsbegrenzende Mittel verdrängt, um der Relativbewegung
zwischen Kolben und Zylinder eine dynamische Rückfederkraft entgegenzustellen,und ausserdem sind nachgiebige
Hilfsmittel, beispielsweise eine mechanische Feder oder eine eingeschlossene Menge komprimierter Luft oder komprimierten
Gases, vorgesehen, die eine Rückfederkraft entwickeln, die sich der Einwärtsbewegung des Kolbens in dem Zylinder entgegensetzt.
Bei den meisten bisher bekanntgewordenen hydraulischen Puffern dieser Art haben die strömungsbegrenzenden Mittel der Flüssigkeitsströmung
keinen wesentlichen Widerstand entgegengesetzt, wenn die Geschwindigkeit der Einwärtsbewegung des Kolbens
relativ zu dem Zylinder sehr klein war, so dass der Widerstand gegen die Kolbenbewegung fast ganz von dem Rücklauffeder-Mechanismus
geliefert wurde; wenn diese Rücklaufkraft,
die auf solche Weise erzeugt wurde, so beschaffen war, dass eine nicht allzu grosse Rückführkraft erzeugt würde, dann
führte die Verwendung solcher Puffer bei Güterzügen, insbesondere solchen, die in erster Linie von der Bremskraft
einer Lokomotive an der Spitze des Zuges abhingen, dazu, dass ein übermässig starkes Auffahren der Wagen aufeinander oder
sehr starke Beschädigungen der Kupplungen auftraten· Man kann diese Gegebenheiten nicht dadurch verbessern, dass man
die Rückführkraft verstärkt, weil man ja gerade eine kleine
Rückführkraft benötigt, um Beschädigungen der Kupplungen durch Reissen zu vermeiden, die dann auftreten, wenn die
einzelnen Wagen ineinanderfahren.
Um das Ineinanderfahren von Schienenfahrzeugen und das nach-
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j folgende Reissen der Kupplungen zu vermeiden oder doch, wesentlich
einzuschränken, ist es erwünscht, die Widerstandskraft gegen eine Einwärtsbewegung des Pufferkolbens selbst
; bei sehr kleinen Geschwindigkeiten der Relativbewegung des
Kolbens zu dem Zylinder über die Stärke der Widerstandskraft hinaus zu erhöhen, die normalerweise von dem Federmittel
abgegeben wird. In der deutschen Patentschrift Nr. .
(deutsche Patentanmeldung P 14 05 653o2) ist ein hydraulisch
abgefederter Puffer für Schienenfahrzeuge beschrieben und
■ dargestellt, bei welchem in dem hydraulisch beaufschlagten
Pufferraum ein Ventil vorgesehen ist, welches -Ate· während
der Eintauchbewegung des Pufferstössels in die Pufferhülse bis zur Erreichung eines bestimmten Pressdrucks geschlossen
; bleibt und dann den Durchfluss der Dämpfungsflüssigkeit bei geregeltem Druck gestattet.
Dieses Ventil umfasst einen Teil mit relativ kleinem Bereich, auf welchen der Druck in der Kompressionskammer in der
üffnungsrichtung des Ventils einwirkt,und einen sehr viel grösseren Bereich, auf welchen der Druck in der Vorratskammer,
der seinerseits von der von dem Federmedium ausg<.
übten Kraft abhängig ist, im Sinne der Schliessung des Ventils einwirkt, so dass das Ventil sich öffnen kann und
Flüssigkeit aus der Kompressionskammer in die Vorratskammer
nur dann durchströmen lässt, wenn der Druck in der erstgenannten Kammer wesentlich grosser ist als der Druck in
der an zweiter Stelle genannten Kammer.
Häufig ist es erwünscht, dass anfänglich eine gewisse Kolbenbewegung
gegen eine relativ kleine Widerstandskraft zugelassen wird, bevor die hohe Widerstandskraft aufgewendet
wird. Für diesen Fall wird in der oben genannten deutschen Patentschrift eine Umgehungsleitung für das Drosselventil
vorgeschlagen, die während des Zurücklegens einer bestimmten . Weglänge des in die Pufferhülse eintauchenden Pufferstössels
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geöffnet ist, und das Drosselventil wird dann erst nach
Zurücklegen dieser Weglänge wirksam. Eine solche Umgehungsleitung führt zu einer Verwicklung der Konstruktion des
Puffers und zu einer Erhöhung seiner Herstellungskosten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Wirksamwerden
des Maximalwertes der Widerstandskraft solange zu verzögern, bis eine gewisse Relativbewegung des Pufferkolbens in das
Innere des Zylinders erfolgt ist.
Der hydraulische Puffer nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Zylinder, einen Kolben, der in dem Zylinder
hin und her bewegbar ist und beim Eindringen in den Zylinder im Sinne einer Verschiebung des hydraulischen Mediums aus
einer Kompressionskammer in de» Zylinder in eine Vorratskammer, in welcher das hydraulische Medium einem Druck ausgesetzt
wird, den ein nachgiebiges Federmittel ausübt, ein Ventil, welches die Strömung des hydraulischen Mediums aus
der Kompressionskammer in die Vorratskammer regelt und einen Ventilteil mit einem verhältnismässig kleinen Bereich aufweist,
welcher dem hydraulischen Medium in der Kompressionskammer ausgesetzt ist und auf welchen der Druck in der
Kompressionskammer im Sinne einer Verschiebung des Ventils in die geöffnete Stellung einwirkt sowie mit einem verhältnismässig
grösseren Bereich, welcher dem hydraulischen Medium in der Vorratskammer ausgesetzt ist und auf welchen
der Druck in der Vorratskammer im Sinne einer Verstellung des Ventils in eine geschlossene Stellung einwirkt, und
ferner gekennzeichnet durch Hilfsmittel, die in allen Zeitpunkten eine praktisch konstante Kraft ausüben, die auf das
Ventil im Sinne seiner öffnung einwirkt, derart, dass das Verhältnis dieser Kraft zu der Kraft für die Schliessung
des Ventils abnimmt, wenn der Druck in der Vorratskammer zunimmt·
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Die Mittel zur Ausübung einer praktisch konstanten Kraft auf das Ventil im Sinne seiner Öffnung kann entweder aus einer
eingeschlossenen Menge Gas oder auch in einer mechanischen Federkraft bestehen, also beispielsweise in einer oder
mehreren Druckfedern, oder auch aus einem Stapel von sogenannten
Belleville-Unterlegscheiben bestehen.
Vorzugsweise wirkt das Ventil mit einem Sitz in einem Durchlass zusammen, der sich durch die Abschlusswand des Kolbens
hindurch erstreckt und die Kompressionskammer mit der Vorratskammer verbindet, wobei ein ringförmiger Kolben, der
auf dem Ventil angeordnet ist, in einer ringförmigen Ausnehmung gleiten kann, welche diesen Durchgang umgibt, und
die Mittel, welche die praktisch konstante Kraft auf das Ventil ausüben, sich in dieser Ausnehmung befinden.
In dem nun folgenden Beschreibungsteil sollen einige Ausführungsformen
des hydraulischen Puffers nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise im einzelnen
näher erläutert werden.
In der Zeichnung ist:
Fig. 1 die Ansicht eines Längsschnitts durch eine Ausführungsform des hydraulischen Puffers nach
der Erfindung und
Fig. 2 und 3 jeweils die Ansicht eines Teilschnitts
durch abgeänderte Ausführungsformen von Einzelheiten des neuen hydraulischen Puffers.
Vorausgeschickt sei, dass der hydraulische Puffer nach der Erfindung an dem einen Ende eines Pufferstössels eines
Schienenfahrzeugs befestigt sein kann und einen Pufferkopf aufweisen kann, der an seinem anderen Ende befestigt
ist, er kann aber auch in den Kupplungen untergebracht sein,
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mit deren Hilfe die einzelnen Fahrzeuge aneinander angekuppelt sind.
Wie Fig. 1 der Zeichnung erkennen lässt, besteht der hydraulische Puffer nach der Erfindung im wesentlichen aus einem
Zylinder 10, der an seinem einen Ende durch die Abschlusswand 11 verschlossen ist. In diesem Zylinder ist ein Hohlkolben
12 hin und her beweglich angeordnet, der an dem einen Ende 13 abgeschlossen ist und mit diesem Ende aus dem Zylinder
10 herausragt. An seinem entgegengesetzten Ende besitzt der Hohlkolben innerhalb des Zylinders eine Endplatte
14, die in der Mitte eine öffnung 15 aufweist, um eine
Ausnehmung entstehen zu lassen,, die mit einem profilierten Stift 16 zusammenwirken kann, der dadurch an der Zylinderabschlusswand
11 befestigt ist, dass er in eine Gewindebohrung 17 in dieser Abschlusswand hineingeschraubt ist.
Auf dem Solben 12 sind an sich bekannte Dichtungsringe 18 und 19 angeordnet, die dazu dienen, eine flüssigkeitsdichte
Gleitverbindung mit der Zylinderwand herzustellen; ausserdem sind Lagerbuchsen 21 und 22 auf dem Kolben angeordnet,
die an der Zylinderwand gleiten. Die Auswärtsbewegung des Kolbens 12 relativ zu dem Zylinder 10 ist durch einen Anschlagring
23 begrenzt, der in dem offenen Ende des Zylinders durch einen Sprengring 24 festgehalten ist, der in
einer Nut in der Zylinderwand liegt; der Anschlagring 23 wirkt mit einer Schrägschulter 25 an dem Kolben 12 zusammen.
Ein frei beweglicher Kolben 26 teilt das Innere des Kolbens 12 in eine Luftkammer 27 und in eine Vorratskammer 28 für
das hydraulische Medium. Eine Kompressionskammer 29 für
das hydraulische Medium ist begrenzt von der Abschlusswand 11. des Zylinders 10 und der Endplatte 14 des Kolbens 12·
Ein Ventil ist als Ganzes mit 31 bezeichnet· Es wird von
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der Endplatte 14 gehalten und liegt in Reihe mit der Ausnehmung 15 zwischen der Kompressionskammer 29 und der Vorratskammer
28; es soll im folgenden noch näher beschrieben werden.
Die Endplatte 14 besteht mit der Zylinderwandung 32 aus
einem Stück und ragt in die Vorratskammer 28 hinein. Die Wandung 32 begrenzt mit einer Flanschhülse 33» deren Flansch
beispielsweise mit Hilfe von Schraubenbolzen 34 an der
Endplatte 14 befestigt ist, einen Ringraum 351 wobei die
Bohrung der Hülse 33 einen Durchlass bildet, in welchen hinein die Ausnehmung 15 sich öffnet. Ein Ventilteil 36 ,
umfasst einen ringförmigen Kolbenteil 37» der in dem Ringraum
35 kitt und her beweglich ist und Dichtungsringe 38, 39
trägt, die an der Wandung des Ringraums anliegen; ein innenliegender Flansch 41 an dem ringförmigen Kolbenteil 37 und
ein röhrenförmiger Teil 42, der durch die von dem Plansch
begrenzte Öffnung hindurchgeht und an demjenigen Ende verschlossen ist, welches von dem Kolbenteil 37 abgewendet
ist, hat an seinem anderen Ende eine äussere konische Sitzfläche 43, die mit einem Sitz 44 an der Hülse 33 zusamme,
wirkt. Durchlässe 45 in dem Flansch 41 stellen die Verbindung
eines Ringraums 46 zwischen dem Kolbenteil 37 und der Sitzfläche 43 mit der Vorratskammer 28 her. Die Auswärtsbewegung
des Ventilteils 36 in der Ausnehmung 35 ist durch %
einen Anschlagring 47 begrenzt.
Wie man ohne weiteres sieht, ist bei geschlossenem Ventil nur ein relativ kleiner Bereich des Ventilteils 36 bei
kreislinienförmigem Eingriff der Sitzfläche 43 mit dem Sitz 44 einem Flüssigkeitsdruck in der Kompressionskammer
ausgesetzt, während ein erheblich grösserer Bereich des Ventilteils dem Flüssigkeitsdruck in der Vorratskammer 28
ausgesetzt ist.
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Ein Einlassventil 48, welches beispielsweise in der dargestellten Art in der Endplatte 14 angeordnet ist, ermöglicht
den Zutritt von Luft oder Gas in den Ringraum 35, während ein Rückschlagventil 49, welches ebenfalls in dieser Endplatte
untergebracht ist, den Zustrom von Flüssigkeit aus der Vorratskammer 28 in die Kompressionskammer 29 hinein
ermöglicht. Ein weiteres Einlassventil 51 dient der Zufuhr
von Luft oder Gas in die Luftkammer 27·
Beim Zusammenbau des hydraulischen Puffers nach der Erfindung wird vor dem Einsetzen des Kolbens 12 in den Zylinder
Luft oder Gas in den Ringraum 35 eingefüllt, um einen vorher festgelegten Druck in diesem Raum einzustellen. Hierauf wird
der Kolben in den Zylinder eingesetzt und die erforderliche Ölmenge in die Kompressionskammer 29 und durch die Bohrung
in die Ölvorratsbehälter 28 eingeleitet. Der profilierte Stift 16, der als Meßstift dient, wird dann in der vorgesehenen
Stellung eingeschraubt und hierauf wird Luft oder Gas in die Kammer 27 eingeleitet, um in dieser Kammer den gewünschten
Überdruck herzustellen. Bevor der Puffer mit Luft gefüllt wird, muss sich der frei bewegliche Kolben 26 in der
richtigen Stellung befinden und es muss sichergestellt sein, dass die gesamte Luft aus der Vorratskammer 28 und der
Kompressionskammer 29 herausgespült ist.
Unter der Voraussetzung, dass der Druck in dem Ringraum 35
gleich dem Anfangsdruck in der Kammer 27 ist, stellt das Ventil 31 während des Betriebs des Puffers dem Übergang
von Flüssigkeit aus der Kompressionskammer 29 in die Vorratskammer 28 während der Anfangsbewegung des Kolbens 12 in den
Zylinder 10 hinein keinen merklichen Widerstand entgegen und bei zu langsamer Bewegung einer Strömung durch die Ausnehmung
15 hindurch wird eine Widerstandskraft nur durch die Kompression von Luft oder Gas in der Kammer 27 erzeugt, die
in diesem Falle das Rückfedermedium darstellt. Bewegt sich
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der Kolben andererseits nach innen, dann nimmt der Luftoder
Gasdruck in der Kammer 27 und damit der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 28 zu, während der Druck der Luft oder
des Gases in dem Ringraum 35 praktisch konstant bleibt.
! Die Gesamtöffnungskraft, die auf den Ventilteil 36 einwirkt
und sich aus dem Druck in der Kompressionskammer 29 ergibt, der auf den dem Druck ausgesetzten Bereich des Ventilteils
einwirkt, welcher seinerseits durch den Sitz 44- und den Druck in der Kammer 35 festgehalten wird, der seinerseits
auf den ringförmigen Kolbenteil 37 einwirkt, steigt mit einer kleineren Geschwindigkeit an als die Schliesskraft ι
infolge der Zunahme des Druckes des Rückfedermediums ansteigt ο Die Gegenkraft, die einer Einwärtsbewegung des
Kolbens entgegenwirkt, ist also nicht dem Druck des Rückfedermediums in irgendeinem Augenblick direkt proportional,
wie dies der Fall wäre, wenn die Öffnungskraft, die auf das Ventil einwirkt, nur durch den Überdruck in der Kompressionskammer
29 hervorgerufen würde, sondern steigt kontinuierlich in Abhängigkeit von dem Druck des Rückfedermediums
bei einer solchen Einwärtsbewegung an.
Bei der anschliessenden Auswärtsbewegung des Kolbens fliesst strömendes Medium durch das Rückschlagventil 4-9.
Ist der Druck in dem Ringraum 35 kleiner als der Anfangsdruck des Hückfedermediums, dann sind die Arbeitsvorgänge
die gleichen, wie soeben beschrieben, aber es wirkt eine anfängliche resultierende Schliesskraft auf den Ventilteil
36 ein, die sicherstellt, dass selbst während der anfänglichen Arbeitsstufen der langsamen Einwärtsbewegung die
Gegenkraft grosser ist als diejenige, die sich aus der direkten Wirkung des Rückfedermediums ergeben würde.
Der profilierte Stift 16 bewirkt in der üblichen Weise eine
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eine zunehmende Einengung der öffnung 15 bei einer Einwärtsbewegung
des Kolbens.
Der praktisch konstante Öffnungsdruck auf den Ventilteil
des Ventils 31 kann ganz oder teilweise durch mechanische
Federn, beispielsweise eine Wendeldruckfeder oder einen Stapel von Belleville-Unterlegscheiben,erzeugt werden,
Beispiele für mechanische Federn zur Schaffung des praktisch konstanten Öffnungsdruckes sind in den Figuren 2 und 3 der
Zeichnung dargestellt.
In Fig. 2 weist der ringförmige Kolbenteil 37 des Ventilteils 36, der zwischen der ringförmigen Wandung 32 und der
Hülse 33 vorhanden ist, eine Anzahl zylindrischer Ausnehmungen auf, von denen eine bei 53 dargestellt ist. Wendeiförmige Druckfedern 54- greifen in diese Ausnehmungen zwischen
dem ringförmigen Kolbenteil 37 und der Endwand des
Ringraums 35 hinein, der seinerseits durch den Flansch der Hülse 33 begrenzt ist, um auf diese Weise einen praktisch
konstanten öffnungsdruck auf diesen Kolbenteil auszuüben. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 weist dieser ringförmige
Kolbenteil 37 eine ebene Endfläche 55 auf, und ein Stapel von Belleville-Unterlegscheiben 56 ist zwischen die
Endfläche 55 und die Endwand der Ausnehmung eingelegt, um
einen praktisch konstanten Öffnungsdruck zu erzeugen. Bei den beiden Ausführungsformen nach den Fig„ 2 und 3 ist der
Ringraum 35 fest abgedichtet und so angeordnet, dass er nach dem Zusammenbau des Puffers praktisch unter Atmosphärendruck
steht.
Das Einlassventil 48 kann beispielsweise auch durch einen
einfachen Absahlußstöpsel ersetzt sein, so dass Luft aus
dem Ringraum 35 herauskommen kann, wenn der ringförmige Kolbenteil 37 in den Ringraum eingesetzt worden ist; der
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Ringraum kann im Anschluss daran verschlossen werden. Wahlweise kann auch keinerlei Einrichtung für das Entweichen
von Luft aus dem Ringraum 35 vorgesehen sein, wobei dann eingeschlossene und während der Montage
komprimierte Luft nicht ausreicht, den Öffnungsdruck auf den Ventilteil merklich zu beeinträchtigen.
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Claims (6)
- 20A7850PatentansprücheEnergie absorbierender Stossdämpfer, insbesondere hydraulischer Puffer für Schienenfahrzeuge, gekennzeichnet durch einen Zylinder (10), einen Kolben (12), der in dem Zylinder (10) hin und her bewegbar ist und beim Eindringen in den Zylinder im Sinne einer Verschiebung des hydraulischen Mediums aus einer Kompressionskammer (29) in, dem Zylinder in eine Vorratskammer (28), in welcher das hydraulische Medium einem Druck ausgesetzt wird, den ein nachgiebiges Federmittel ausübt, ein Ventil (31), welches die Strömung des hydraulischen Mediums aus der Kompressionskammer in die Vorratskammer (28) regelt und einen Ventilteil (36) mit einem verhältnismässig kleinen Bereich aufweist, welcher dem hydraulischen Medium in der Kompressionskammer ausgesetzt ist und auf welchen der Druck in der Kompressionskammer im Sinne einer Verschiebung des Ventils in die geöffnete Stellung einwirkt, sowie mit einem verhältnismässig grösseren Bereich, welcher dem hydraulischen Medium in der Vorratskammer (28) ausgesetzt ist und auf welchen der Druck in der Vorratskammer im Sinne einer Verstellung des Ventils in die geschlossene Stellung einwirkt, und ferner gekennzeichnet durch Hilfsmittel, die in allen Zeitpunkten eine praktisch konstante Kraft ausüben, die auf das Ventil im Sinne seiner Öffnung einwirkt, derart, dass das Verhältnis dieser Kraft zu der Kraft für die Schliessung des Ventils (31) abnimmt, wenn der Druck in der Vorratskammer (28) zunimmt.
- 2. Stossdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsmittel zur Ausübung einer praktisch konstanten Kraft auf den Ventilteil (36) im Sinne seiner Öffnung aus einer eingeschlossenen Menge eines komprimierten Gases besteht.10981 5/U512Ü4785Q
- 3. Stossdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsmittel zur Ausübung einer praktisch konstanten Kraft auf den Ventilteil (36) im Sinne seiner Öffnung aus einer mechanischen Federkraft "besteht.
- 4, Stossdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (31) mit einem Sitz in einem Durchlass (15) zusammenwirkt, der sich durch die Endplatte (14) des Kolbens (12) hindurch erstreckt und die Kompressionskammer (29) mit der Vorratskammer (28) verbindet, wobei ein ringförmiger Kolben (37)» der auf dem Ventilteil (33) angeordnet ist, in einem Ringraum (35) gleiten kann, welcher diesen Durchlass umgibt, und die Mittel, welche die praktisch konstante Kraft auf das Ventil ausüben, sich in diesem Ringraum befinden.
- 5· Stossdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein frei beweglicher Kolben (26) das Innere des Kolbens (12) in eine Luftkammer (27) und in die Vorratskammer (28) für das hydraulische Medium teilt und die Kompressionskammer (29) für das hydraulische Medium von der Abschlusswand (11) des Zylinders (10) und der Endplatte (14) des Kolbens (12) begrenzt ist.
- 6. Stossdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ringförmigen Kolbenteil (37) und der Endwand des Ringraums (35) wendeiförmige Druckfedern (5^) angeordnet sind, die in Ausnehmungen (53) in dem ringförmigen Kolbenteil (37) eingreifen.1 0 9 H 1 1W 1 A b 1Stossdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Kolbenteil (37) eine ebene Endfläche (55) aufweist und jeweils ein Stapel von Belleville-Unterlegscheiben (56) zwischen Je eine Endfläche (55) und die Endwand je einer Ausnehmung (53) eingelegt ist.1 Ο 9 H I S / 1 4 b 1Leerseite
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Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |