DE2505553A1

DE2505553A1 - Druckmittelgespeister betaetigungszylinder mit kraftverstaerkung

Info

Publication number: DE2505553A1
Application number: DE19752505553
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: REUTI ANSTALT
Current assignee: REUTI ANSTALT
Priority date: 1974-10-10
Filing date: 1975-02-10
Publication date: 1976-04-22
Also published as: IT1020968B; US4072013A; DE2505553C2

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

DlPU-INO.

H. KlNKEUDEV

_w STOCKMAiR

DR-INÜ. ■ AoEICALTEcm'

K. SCHUMANN

DR RER NAT.· DlPLrPHYS

P. H.JAKOB

DlPL-ING.

G. BEZOLD

DR RERNAT· DIPL-CHEM.

MÜNCHEN

E. K. WEIL

DRREROeclNG

LINDAU

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

. 10. Februar 1975

EEUTI ANSTALT

Bürohaus, Mauren (Liechtenstein),

Druckmittelgespeister Betätigungszylinder
mit Kraftverstärkung

Die Erfindung bezieht sich auf einen druckmittelgespeisten Betätigungszylinder mit einer auf einen Betätigungsstempel "wirkenden Niederdruck-Kolben-Zylinderanordnung.

I¹Ur zahlreiche Verwendungszwecke verdienen pneumatische oder hydraulische Hiederdruck-Betätigungszylinder

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bekanntlich den Vorzug gegenüber hydraulischen Hochdruckzylindern, wobei jedoch die ausübbaren Kräfte durch den Druck des Druckmittels und den Zylinderquerschnitt begrenzt sind, so daß für die Ausübung größerer Kräfte doch auf hydraulische Hochdruckzylinder zurückgegriffen werden muß. Im Bestreben, gewisse Vorteile der beiden Arten von Betätigungszylindern auszunützen, verwendet man in gewissen Fällen druckluftgespeiste hydraulische Zylinder unter Zwischenschaltung eines pneumohydraulischen Druckwandlers. Daraus ergibt sich jedoch insgesamt ein komplizierterer Aufbau, ohne daß damit alle Vorteile eines druckluftgespeisten Zylinders erhalten bleiben. Insbesondere sind zwischen dem Druckwandler und dem eigentlichen Betätigungszylinder freiliegende Hochdruckleitungen erforderlich, woraus sich gewisse Gefahren und sonstige Nachteile ergeben können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für die verschiedensten Zwecke verwendbaren Betätigungszylinder zu schaffen, welcher mittels eines Niederdruck-Strömungsmittels direkt betätigbar ist, dabei jedoch die für . hydraulische Hochdruckzylinder typischen großen Kräfte auszuüben vermag und im wesentlichen Abmessungen in der gleichen Größenordnung aufweist wie ein üblicher pneumatischer Zylinder, ohne daß irgendwelche freiliegenden Hochdruckleitungen Verwendung finden.

Bei einem Betätigungszylinder der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine koaxial mit der Hiederdruck-Kolben-Zylinderanordnung angeordnete und auf deren Betätigungsstempel einwirkende, hydraulische Hochdruck-Kolben-Zylinderanordnung, durch eine Einrichtung zum Übertragen des Betätigungsdrucks auf die im hydraulischen Hochdruckzylinder vorhandene Flüssigkeit, durch eine Kraftverstärkeranordnung zum Ausüben eines den Betätigungsdruck überstei-

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genden Drucks auf die den hydraulischen Hochdruckzylinder speisende !flüssigkeit, und durch eine Einrichtung zum Unterbrechen der Strömungsverbindung zwischen dem hydraulischen Hochdruckzylinder und der den Betätigungsdruck auf diesen übertragenden Einrichtung während der Tätigkeit der Kraftverstärkeranordnung und damit zum Verhindern des Rückflusses der Flüssigkeit aus dem Hochdruckzylinder, wobei die genannten Einrichtungen im wesentlichen koaxial miteinander zu einer den Betätigungszylinder darstellenden Einheit zusammengefaßt sind.

Die vorstehend beschriebene Anordnung ergibt einen kompakten Aufbau von verhältnismäßig kleinen Abmessungen. Für die Ausübung kleinerer Kräfte ist der Betätigungsstempel direkt von der Niederdruck-Kolben-Zylinderanordnung betätigbar, beispielsweise zum Ansetzen oder Zurückziehen des Stempels an eine bzw. von einer zu betätigenden Vorrichtung. Für die eigentliche Betätigung mit einer Kraft, welche beträchtlich größer ist als die über das Niederdrucksystem ausübbare, ist der Stempel dann über die Kraftverstärkeranordnung betätigbar.

Das hydraulische Hochdrucksystem ist gänzlich in dem Betatigungszylinder eingeschlossen, so daß keinerlei die hydraulische Flüssigkeit unter hohem Druck führende Leitungen notwendig sind. Der Einbau des erfindungs— gemäßen Betätigungszylinders ist ebenso einfach wie der eines herkömmlichen pneumatischen Zylinders, unter Beibehaltung aller Vorteile eines solchen, beispielsweise der Möglichkeit, den Betatigungs stempel sehr schnell auszufahren oder einzuziehen.Die für die eigentliche Betätigung ausübbare Kraft unterliegt demgegenüber nicht den für bekannte pneumatische Zylinder bezeichnenden Beschränkungen.

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Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 eine unterteilte Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen BetätigungsZylinders,

Fig. 3 bis 5 verkleinerte Teilansichten des Betätigungszylinders in drei verschiedenen Betriebsstellungen und

Fig. 6 eine Ansicht des Betätigungszylinders im Schnitt entlang einer gestrichelten Linie in Fig. 1.

In der dargestellten Ausführungsform ist der Betätigungs— zylinder für die Speisung mit einem pneumatischen Betätigungsdruck ausgelegt. Bei Einführung einiger unwesentlicher Änderungen kann das Niederdrucksystem des Zylinders jedoch auch für die Speisung mit einem hydraulischen Betätigungsdruck ausgebildet sein.

Die in der Zeichnung dargestellte Betätigungseinrichtung hat insgesamt eine im wesentlichen der eines bekannten pneumatischen Zylinders entsprechende zylindrisch© Form, mit einem aus drei Teilen 1,2 und 3 zusammengesetzten Mantel. Der Innenraum des Zylinders ist durch einen vorderen und einen hinteren Kopf 4 bzw. 7 abgeschlossen und durch zwei Trennwände 5» 6 in drei Kammern unterteilt. Die Teile des Betätigungszylinders sind beispielsweise durch an den Köpfen 4 und 7 angreifende Zugschrauben od. dergl. zusammengehalten.

Die erste, durch das Mantelteil 1, den Kopf 4 und die Trennwand 5 begrenzte Zylinderkammer stellt im wesentlichen einen pneumatischen Zylinder dar und enthält einen gleitend verschieblichen Kolben δ mit einem sowohl den Kopf 4 als auch die Trennwand 5 durchsetzenden Stempel

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Im Kopf 4 und in der Trennwand 5 gebildete Durchlässe 10 bzw. 11 dienen der Zufuhr des Betätigungsdrucks zum Einziehen bzw. Hervorstrecken des Kolbens 8 bzw. des Stempels 9. Das aus dem Kopf 4 hervorstehende Ende des Stempels 9 ist auf irgendeine Weise mit einer mittels des Zylinders zu betätigenden Vorrichtung verbunden. ^:

Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Teils des BetätigungsZylinders ist offensichtlich* Bei Zufuhr" von Druckluft über den Durchlaß 11 verschiebt sich der Kolben 8 mit dem Stempel 9 aus der in Fig. 3 gezeigten Stellung zur in Fig. 4 dargestellten, und bei Zufuhr von Druckluft über den Durchlaß 10 findet eine entgegengesetzte Bewegung statt. Dieser Teil der Vorrichtung wirkt also für sich allein wie ein bekannter pneumatischer Zylinder. Im praktischen Gebrauch tritt dieser Teil der Vorrichtung für die Ausübung langhubiger Bewegungen mit geringem Kraftaufwand in Wirkung, etwa zum Heranführen und Abziehen des Stempels an eine bzw. von einer zu betätigenden Einrichtung. Diese Bewegungen können mit der für pneumatische Zylinder üblichen Geschwindigkeit vor sich gehen. \

An der der Trennwand 5 zugewandten Seite des Kolbens 8 ist der Stempel 9 mit einem Kolben 19 verbunden, welcher in einem zwischen den Trennwänden 5 und 6 koaxial mit dem Mantelteil 2 angeordneten hydraulischen Zylinder 12 geführt ist. In dem ringförmigen Raum zwischen dem Mantelteil 2 und dem Zylinder 12 ist ein frei verschieblicher Ringkolben 13 angeordnet. Der Innenraum des Zylinders 12 steht über eine Anzahl von nahe seinem der Trennwand 6 zugewandten Ende vorhandenen Radialdurchlässen 14 mit dem ihn umgebenden ringförmigen Raum in Verbindung. Der durch den frei verschieblichen Kolben 13, das Mantelteil' 2, die Trennwand 6 und im Inneren des Zylinders 12: durch den Kolben 19 begrenzte Raum ist mit einer Hydaulik-

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flüssigkeit gefüllt. Zum Einbringen der Flüssigkeit hat die Trennwand 6 einen im Gebrauch dauernd geschlossenen Durchlaß I5.. Der zwischen dem Mantelteil 2, der Trennwand 5, dem hydraulischen Zylinder 12 und dem frei verschieblichen Kolben 13 gebildete ringförmige Raum steht in Strömungsverbindung mit dem Durchlaß 11, so daß also der frei bewegliche Kolben 13 den über den Durchlaß 11 zugeführten Betätigungsdruck auf die den Kolben 19 beaufschlagende Flüssigkeit überträgt. Bei dem durch Zufuhr von Druckluft über den Durchlaß 11 bewirkten Vorschubbewegung· des Stempels 9 ist also der Kolben 19 unter Vernachlässigung einer von der Querschnittsgröße der Wandung des Zylinders 12 abhängigen Verringerung von dem in der ersten Zylinderkammer 1 herrschenden Druck beaufschlagt. Bei den Bewegungen des Kolbens 8 zusammen mit dem Stempel 9 und dem hydraulischen Kolben 19 bewegt sich der frei verschiebliche Kolben 13 jeweils in der Gegenrichtung und hat dabei als .einzige Aufgabe, die Flüssigkeit des hydraulischen Zylinders von der Druckluft getrennt zu haltrn.

Zu diesem Zweck hat der frei verschiebliche Zylinder, wie im übrigen auch andere Teile der Vorrichtung, eine Anordnung von Dichtungen, welche jedoch allgemein bekannt und deshalb nicht im einzelnen beschrieben ist. Ferner hat der frei verschiebliche Kolben 13 an der ^l Innenseite eine Ringnut, welche über einen Radialdurchlaß 16 mit einer den Mantel des Kolbens umgebenden Einsenkung 17 verbunden ist. Die durch die Einsenkung 1? gebildete Ringkammer ist über eine das Mantelteil 2 durchsetzende Bohrung 18 mit der freien Umgebung strömungsverbunden. Diese Anordnung verhindert das Eindringen von Druckluft in das hydraulische System. Die Einsenkung 17 ist vorzugsweise abgeschrägt, so daß man bei vollständig eingezogenem Stempel 9 die Stellung des frei verschieblichen Kolbens 13 mittels einer Fühllehre durch die Bohrung 18 hindurch messen kann, dadurch lassen

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sich dann eventuelle Verluste an Hydraulikflüssigkeit feststellen und durch Auffüllen.der Flüssigkeit über den Durchlaß I5 ausgleichen.

Dies braucht jedoch nur in längeren Zeitabständen zu geschehen, da der frei verschiebliche Kolben 13 durch Veränderung seiner Endstellungen eventuell auftretende Verluste der Flüssigkeit auszugleichen vermag. Falls notwendig können an anderen Teilen der Vorrichtung noch weitere Entlüftungs- bzw. Entlastungseinrichtungen entsprechend der Anordnung 16 bis 18 vorgesehen sein.

In dem Mantelteil 5 ist zwischen dem Kopf 7 und der Trennwand 6 ein pneumatischer Kolben 20 verschieblich geführt. Ein damit verbundener Stempel 21 ist abdichtend durch die Trennwand 6 hindurchgeführt und von der dem Kolben 19 gegenüberliegenden Seite her in den hydraulischen Zylinder 12 einführbar. Der Stempel 21 ist so ausgebildet, daß er bei seiner Einwärtsbewegung in den Zylinder 12 dessen Radialdurchlässe 14 verschließt. Zum Verschieben des Kolbens 20 mit dem Stempel 21 wird Druckluft über einen Durchlaß 22 im Kopf 22 zugeführt.

Wird der pneumatische Kolben 20 in einer beliebigen Stellung des Stempels 9 von über den Durchlaß 22 zugeführter Druckluft beaufschlagt, so bewegt er sich zusammen mit dem ihm zugeordneten Stempel 21 vorwärts, so daß auf die Hydraulikflüssigkeit ein Druck ausgeübt und dadurch der frei verschiebliche Kolben 13 zunächst etwas zurückgedrängt wird. Sobald dann der Stempel 21 die Radialdurchlässe 14 vollständig geschlossen hat, kann die Flüssigkeit nicht mehr über diese abfließen. Unter der Einwirkung des Stempels 21 steigt nun der Druck der im Zylinder 12 eingeschlossenen Flüssigkeit an und beaufschlagt den darin geführten Kolben 19, so daß der damit verbundene Betätigungsstempel 9 mit erhöhter Kraft vorgeschoben wird. Die auf diese Weise

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ausgeübte Kraft kann beträchtlich größer sein als die durch Druckluftspeisung über den Durchlaß 11 erzielbare, und entspricht dein Produkt aus dem über den Durchlaß 22 zugeführten Druck mal. der Querschnittsgröße des Mantelteils 3 und dem Querschnittsverhältnis zwischen dem . Hydraulikkolben 19 und dem Hydraulikstempel 21. Dieses Verhältnis kann Jeweils in Abhängigkeit von der auszuübenden Kraft gewählt sein.

Im Betrieb hat also der erfindungsgemäße Betätigungszylinder die folgende Wirkungsweise: In der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausgangsstellung des Kolbens. 8 und des Betätigungsstempels 9 wird über den Durchlaß 11 Druckluft zugeführt, so daß der Stempel 9 einen schnellen Ausfahrhub vollführt. Die dabei ausübbare Kraft ist höchstens gleich dem Produkt aus dem dem ersten Zylinderteil 1 zugeführten Druck und dem Querschnitt des betreffenden Zylinderteils, vermindert um die Querschnittsfläche der ringförmigen Wandung des hydraulischen Zylinders 12. Dank dem relativ großen gemeinsamen Durchlaßquerschnitt der Radialdurchlässe 14· verursacht die Druckübertragung zwischen dem frei verschieblichen Ringkolben 13 und dem hydraulischen Kolben 19 dabei keine Verlangsamung und keine Druckverluste.

Am Ende des Ausfahrhubs, beispielsweise wenn der Betätigungsstempel 9 an einer zu betätigenden Einrichtung in Anlage kommt, wird weitere Druckluft über den Durchlaß 22 zugeführt. Darauf übt dann die durch den Kolben mit seinem Stempel 21 gebildete Kraftverstärkereinrichtung über den hydraulischen Kolben 19 eine beträchtlich verstärkte Kraft auf den Betätigungsstempel 9 aus, um beispielsweise einen Stanz- oder Prägevorgahg durchzuführen.

Anschließend wird dann die Druckluftspeisung über die Durchlässe 11 und 22 unterbrochen und Druckluft über den

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Durchlaß 10 zugeführt, um den Kolben 8 pneumatisch zur Trennwand 5 zurückzuschieben und dabei den Betätigungsstempel 9 einzuziehen. Der hydraulische Kolben 19 schiebt dabei über die im.hydraulischen Zylinder 12 enthaltene Flüssigkeit den Stempel 21 mit seinem Kolben 20 zurück in seine Ausgangsstellung. Dadurch werden dann die Radialdurchlässe 14 wieder freigegeben, so daß die zurückströmende Flüssigkeit nun auch den frei ver- " schieblichen Ringkolben 13 in seine Ausgangsstellung zurückschiebt. Damit befinden sich dann alle Teile des Betätigungszylinders wieder in ihrer Ausgangsstellung.

Wie man aus vorstehender Beschreibung erkennt, ist das für die Kraftverstärkung verwendete hydraulische System beim erfindungsgemäßen Betätigungszylinder vollständig eingeschlossen und hat keinerlei äußere Verbindungen. Dies ermöglicht die Vermeidung im wesentlichen sämtlicher Nachteile bekannter hydraulischer Hochdruck-Betätigungseinrichtungen mit ihren freiliegenden Hochdruckleitungen, welche eine wesentliche StÖrungs- und Gefahrenquelle darstellen. Dabei weist die beschriebene Vorrichtung gleichwohl die wesentlichen Vorteile eines hochdruckgespeisten hydraulischen Zylinders auf, insbesondere die Fähigkeit, über einen begrenzten Hub sehr große Kräfte auszuüben.

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich, als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

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Claims

Patentansprüche:

Druckmittelgespeister Betätigungszylinder mit ilner auf einen Betätigungsstempel wirkenden Niederdruck-Kolben- Zylinderanordnung, gekennzeichnet durch eine koaxial mit der Niederdruck-Kolben-Zylinderanordnung (1, 8) angeordnete und auf deren Betätigungsstempel (9) einwirkende, hydraulische Hochdruck-Kolben-Zylinderanordnung (12, 19), durch eine Einrichtung (13) zum Übertragen des Betätigungsdrucks auf eine Flüssigkeit für die Speisung des hydraulischen Hochdruckzylinders (12), durch eine Kraftverstärkeranordnung (3, 20, 21) zum Ausüben eines den Betätigungsdruck übersteigenden Drucks auf die im hydraulischen Zylinder vorhandene Flüssigkeit, und durch eine Einrichtung (14, 21) zum Unterbrechen der Strömungsverbindung zwischen dem hydraulischen Hochdruckzylinder und der, den Betätigungsdruck auf diesen übertragenden Einrichtung während der "Tätigkeit der Kraftverstärkeranordnung und damit zum Verhindern des Rückflusses der Flüssigkeit aus dem Hochdruckzylinder, wobei die genannten Einrichtungen im . wesentlichen koaxial miteinander zu einer den Betätigungszylinder (1 bis 7) darstellenden Einheit zusammengefaßt sind.
2. .Betätigungszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (1 bis 3) des Zylinders aus drei hintereinanderliegenden Mantelteilen zusammengesetzt ist, von denen das erste (1) von dem Ende (4) des Zylinders ausgeht, aus welchem -der Betätigungsstempel (9) hervorstreckbar ist, und die Niederdruck-Kolben-Zylinderanordnung (8, 9) enthält, das zweite (2) die hydraulische Hochdruck-Kolben-Zylinderanordnung· (12, 19), die druckübertragende Einrichtung (13) und die Einrichtung (14) zum Unterbrechen der Strömungsverbindung und das dritte (3) die Kraftverstärkeranordnung (20, 21) enthält..

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3. Betätigungszylinder nach Anspruch 1 oder 2, ■dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Übertragen des Betätigungsdrucks auf die !Flüssigkeit für die Speisung des hydraulischen Hochdruckzylinders (12) einen Ringkolben (13) aufweist, welcher frei verschieblich in einem ringförmigen Raum zwischen dem zweiten Mantelteil (2) und dem koaxial darin angeordneten hydraulischen Hochdruckzylinder (12) geführt ist.
4. Betätigungszylinder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennz ei ohne t daß die Kraftverstarkeranordnung einen Hiederdruckkolben (20) aufweist, sowie einen mit diesem starr verbundenen Stempel (21), welcher in den Zylinder (12) der hydraulischen Hochdruck-Kolben-Zylinderanordnung (12, 19) einführbar ist.
5. Betätigungszylinder nach wenigstens einem der ' Ansprüche 1 bis 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Unterbrechen der Strömungsver— bindung eine Anzahl von nahe einem Ende des hydraulischen Hochdruckzylinders (12) dessen Wandung durchsetzenden Radialdurchlässen (14) aufweist, welche den Innenraum des Hochdruckzylinders mit dem ihn umgebenden ringförmigen Raum verbinden und mit dem Stempel (21) der Kraftverstarkeranordnung (20, 21) derart zusammenwirken, daß sie nach einem gewissen Anfangshub desselben von diesem verschließbar sind.
6. Betatigungszylinder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (19) der hydraulischen Hochdruck-Kolben-Zylinderanordnung (12, 19) ein starr mit dem Kolben (8) der Niederdruck-Kolben-Zylinderanordnung verbundener und an der dem Betätigungsstempel (9) gegenüberliegenden

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Seite desselben hervorstehender Tauchkolben ist.
7. Betätigungszylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der frei verschiebliche: Ringkolben (13) entlang seinem Umfang von einer ringförmigen Einsenkung (I7) umgeben ist, deren Boden so abgeschrägt ist, daß ihre·jeweilige Tiefe in der Ruhestellung des Zylinders mittels einer Fühllehre* durch eine Bohrung (18) im zweiten Mantelteil (2) hindurch meßbar ist, so daß auf diese Weise die Axial— stellung des Ringkolbens und damit die Menge der jeweils in dem hydraulischen System (2, 13, 14, 12, 19) vorhandenen Flüssigkeit feststellbar ist.
8. Betatigungszylinder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch;.; g-ekennzeichnet, daß die Niederdruck-Kolben-Zylinderanordnung (1, 8) pneumatisch gespeist ist und daß die Kraftverstärkeranordnung (20, 21) ein pneumohydraulischer Druckwandler ist. ·
9. Betatigungszylinder nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ring— kolben (13) umgebende Einsenkung (17) über wenigstens einen Radialdurchlaß (16) mit einer Ringnut an der Innenseite des Ringkolbens verbunden ist, so daß die das zweite Mantelteil (2) durchsetzende_Bohrung (18) eine Entlüftungsöffnung für den Austritt von aus dem pneumatischen System (5, 2, 1-3) der Übertragungseinrichtung entweichendem Strömungsmittel bildet.
10. Betätigungszylinder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein ihn umgebender Mantel (1 bis 7) an. den beiden Enden ein Paar Köpfe (4·, 7)» zwischen diesen drei rohrförmige und durch Trennwände (5, 6) voneinander getrennte

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Wantelteile (1, 2, 3) und an den beiden Köpfen angreifende Verbindungsteile aufweist und daß die Köpfe sowie die Trennwände von Zufuhrdurchlässen (10, 11, 22) durchsetzt sind.

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