DE2839813A1 - Vorrichtung zum bremsen der bewegung eines gegenstandes vor erreichen seiner endlage - Google Patents

Description

Patentanwalt

DIPL.-ING. B. SCHMID 7 Stuttgart 1, Falbenhennenstr. 17

Mikrotechnik AG Grenchen / SO

Vorrichtung zum Bremsen der Bewegung eines Gegenstandes vor Erreichen ssiner Endlage

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bremsen der Bewegung eines Gegenstandes vor Erreichen seiner Endlage, mit einem Zylinder, einem im Zylinder verschiebbar angeordneten Kolben, einer Kolbenstange zum Uebertragen der Bewegung des Gegenstandes auf den Kolben und einem am Kolben befestigten konischen Dorn zum teilweisen Verschliessen einer Oeffnung im Zylinder, um den Durch br i ttsquer schnitt für ein Druckmittel in Abhängigkeit des Bremsweges zu verringern.

Bei Werkzeugmaschinen und insbesondere bei Industrierobotern ist es notwendig, einen Gegenstand wie z.B. ein Schlitten, ein Werkzeughalter oder ein Greifer, möglichst schnell an eine bestimmte Stelle heranzuführen und an einer genau definierten Stelle anzuhalten. Das Anhalten an der genau definierten Stelle erfolgt mit Hilfe eines Anschlages, welcher die Bewegung des Gegenstandes stoppt. Zur Schonung sowohl des Gegenstandes selbst als auch des Anschlages ist es bekannt, mittels einer Bremsvorrichtung die Bewegung des Gegenstandes zu bremsen, so dass der Gegenstand nur noch mit geringer Geschwin-

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Fall 2

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digkcit auf den Anschlag auf trifft, welcher nur dafür verantwortlich ist, dass der Gegenstand an der genau definierten Stelle möglichst ohne Bremswirkung gestoppt wird.

Zum Bremsen bzw.zum Dämpfen von Bewegungen von Gegenständen, z.B. des Rahmens eines Fahrzeuges, werden bekanntlich Stossdärapfer verwendet, die einen in einem Zylinder angeordneten Kolben aufweisen. Der Arbeitsraum des Zylinders ist über eine Drosselstelle mit der Aussenwelt verbunden, wenn das Druckmedium beispielsweise Luft ist. Der Durchtrittsquerschnitt der Drosselstelle ist einstellbar, so dass die Bremswirkung und der Bremsweg den Bedürfnissen angepasst werden kann. Die Bremswirkung derartiger Stossdämpfer ist über den ganzen Bremsweg konstant, was dazu führt, dass entweder der Bremsweg zu lang oder die Bremswirkung zu abrupt ist.

Um diesen Nachteil zu beseitigen wurde schon eine Vorrichtung vorgeschlagen, von dessen Kolben ein konischer Dorn vorsteht, welcher in eine Oeffnung in der dem Kolben gegenüber liegenden Zyliriderwand hineinragt. Beim Verschieben des Kolbens zu dieser genannten Zylinderwand hin, wird der Durchtrittsquerschnitt der OeEfnung verkleinert, was zu einer immer grösseren Bremswirkung führt, je langer der Bremsweg ist.

Solche bekannte Vorrichtungen besitzen den Nachteil, dass es verhältnismässig lange dauert bis der Kolben die Ausgangslage wieder einnimmt, wenn sich der abgebremste Gegenstand wieder von der Vorrichtung entfernt hat. Bei schnell arbeitenden Werkzeugmaschinen oder Industrierobotern kommt es oft vor, dass der Gegenstand wieder zur Vorrichtung zurückkehrt, bevor der Kolben dieser bekannten Vorrichtung seine ursprüngliche Ausgangsstellung eingenommen hat. Dadurch wird natürlich die einwandfreie Bremswirkung in Frage gestellt.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine vom zurückgelegten Bremsv/eg abhängige Bremswirkung aufweist und die nach der Entfernung des Gegenstandes von der Vorrichtung beschleunigt in

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ihre Ausgangslage zurückkehrt.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die genannte Oeffnung in einem scheibenförmigen Organ befindet, dass das Organ innerhalb des Zylinders begrenzt axial beweglich angeordnet ist, dass die dem Organ zugewandte Innenfläche der den Zylinder abschliessenden Wand mit der dieser Wand gegenüberliegenden Stirnfläche des Organes ein Ventil bilden, das sich während der Bremswirkung automatisch schliesst, so dass das im Arbeitsraum befindliche Druckmittel nur durch den genannten Durchtrittsquerschnitt über einen Ausgang des Zylinders entweichen kann.

Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung mit zwei erfindungsgemässen Vorrichtungen,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung, teilweise im Schnitt, von welcher Vorrichtung in der Fig. 1 zwei dargestellt sind,

Fig. 3 die Ansicht eines Teiles der Vorrichtungen nach Fig. 2,

Fig. 4 ein Druckgefäss zur Aufnahme des Druckmittels der Einrichtung gemäss der Fig. 1 und

Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel der erf indungsgemässen Vorrichtung teilweise im Schnitt.

Di Fig. 1 zeigt eine einfache Einrichtung, die zwei erfindungsgemässe Vorrichtungen 1 und 2 zum Bremsen der Bewegung eines Maschinenteiles 3 vor Erreichen der möglichen Endlagen

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desselben aufweist. Der Maschinenteil 3 kann längs einer Führung 4 durch einen nicht dargestellten mechanischen, pneumatischen oder hydraulischen Antrieb von der einen Endlage in die andere bewegt werden. Die genaue Fixierung der beiden Endlagen ist durch vorzugsweise verstellbare Anschläge 5 und 6 bestimmt. Damit die Maschine, von der der Maschinenteil ein Bestandteil ist, möglichst rationell arbeitet, ist es notwendig, dass der Maschinenteil 3 möglichst schnell von der einen Endlage in die andere Endlage verbracht wird. Kurz bevor der Maschinenteil 3 eine seiner Endlagen erreicht, wird seine Geschwindigkeit durch die Vorrichtung 1 bzw. 2 so stark gebremst, dass weder der Maschinenteil 3 noch der Anschlag 5 bzw. 6 beschädigt werden. Ein zu wuchtiges Auf treffen des Maschinenteiles 3 auf die Anschläge 5 bzw. 6 würde die Genauigkeit der Einstellung der Anschläge und somit der durch die Anschläge fixierten Endstellungen beeinflussen.

Die Bremswirkung auf den Maschinenteil 3 tritt erst ein, wenn eine Verlängerung 7 des Maschinenteiles 3 auf eine der beiden Vorrichtungen 1 oder 2 auftrifft. Ein in der aktiven bremsenden Vorrichtung auf eine weiter unten beschriebene Weise verdrängtes, flüssiges Druckmittel 8 gelangt über eine Leitung 9 bzw. 10 in ein Druckgefäss 11. Das Druckgefäss 11 ist nicht vollständig mit dem Druckmittel 8 gefüllt. Ueber dem Druckmittel befindet sich ein Polster 12 aus Gas oder einem Gasgemisch, vorzugsweise Luft. Dieses Gas- oder Luftpolster 8 ist dadurch entstanden, dass in das Druckgefäss 11 über ein in der Fig. 1 nur schematisch angedeuteten Rückschlagventil 13 Gas oder Luft eingespresst worden ist. Wenn die oben genannte Maschine mehrere zu bewegende Maschinenteile 3 aufweist, so werden vorzugsweise alle Vorrichtungen zum Bremsen der Bewegungen dieser Maschinenteile an das einzige Druckgefäss 11 angeschlossen, welches zu diesem Zweck eine Vielzah von Anschlüssen für entsprechende Leitungen aufweist.

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In der Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung teilweise im Schnitt dargestellt. Sie umfasst einen Zylinder 14, an dessen einem Ende ein Rohrstück 15 mit kleinerem Durchmesser als der Zylinder angesetzt ist und in dessen anderem Ende eine Stirnplatte 16 eingesetzt ist. Im Innern des Zylinders 14 ist ein axial verschiebbarer Kolben 17 angeordnet. Auf der einen Seite des Kolbens 17 ist eine Kolbenstange 18 befestigt, die sich durch das Rohrstück 15 erstreckt, und auf der anderen Seite des Kolbens 17 ist ein Dorn 19 befestigt, der zur Stirnplatte 16 hin gerichtet ist.

Die Stirnplatte 16 besitzt ein zentrales Innengewinde 20, in das ein gewickeltes Anschlussstück 21, beispielsweise für die Leitung 9, eingeschraubt ist, und an ihrem äusseren Ende eine radial vorstehende Rippe 22, die einerseits an eine erste Schulter 23 des Zylinders 14 und andererseits an einen Sprengring 24 anliegt, der sich teilweise in einer Wut 25 des Zylinders 24 befindet. Durch die Rippe 22 und den Sprengring 24 wird die Stirnplatte 16 ortsfest im Innern des Zylinders 14 gehalten. Längs des Umfanges der Stirnplatte 16 erstreckt sich eine Nut 26, in der ein Dichtungsring 27 untergebracht ist.

Der Zylinder 14 weist im Innern eine zweite Schulter

28 auf. Zwischen dieser Schulter und der inneren ebenen Seitenfläche der Stirnplatte 16 befindet sich ein scheibenförmiges Organ 29, nachstehend Teller genannt. In der Fig. 3 ist eine Ansicht des Tellers 29 dargestellt. Die Dicke des Tellers

29 und der Abstand zwischen der ebenen Innenfläche der Stirnplatte 16-und,der zweiten Schulter 28 sind so gewählt, dass sich der Teller 29 etwa einen Millimeter in axialer Richtung bezogen auf den Zylinder 14 bewegen kann. Im Zentrum des Tellers 29 ist eine Oeffnung 30 vorgesehen, die mit dem konisch ausgebildeten Dorn 19 zusammen arbeitet. Die der Stirnplatte 16 zugewandte Seitenfläche des Tellers 29 ist so ausgebildet,

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dass die Dicke des Tellers 29 ausgehend von einer Kreislinie 31 radial nach aussen und radial nach aussen abnimmt, wobei die dicksten Stellen des Tellers 29 mit der ebenen Innenfläche der Stirnplatte 16 ein Ventil bilden, das geschlossen ist, wenn der Teller 29 an der genannten Innenfläche anliegt, und offen ist, wenn der Teller 29 an der zweiten Schulter 28 anliegt. Im Randbereich des Tellers 29 sind Aussparungen 32 vorgesehen. Anstelle dieser Aussparungen können auch Löcher vorgesehen sein, wobei diese Löcher zwischen der Kreislinie 31 und dem Rand des Tellers 29 angebracht sein müssen.

Der Kolben 17 besitzt eine Nut 23, in der ein oder mehrere Dichtungsorgane 34 angeordnet ist bzw. sind. Im Innern des Rohrstückes 15 ist ebenfalls eine Nut 35 zur Aufnahme eines Dichtungsringes 36 vorgesehen. Um die Rücklaufbewegung des Kolbens 17 in seine in der Fig. 2 dargestellte Ausgangslage nicht zu behindern ist ein Entlüftungskanal 37 in der den Zylinder 14 und das Rohrstück 15 verbindenden Wand 38 vorgesehen. Die Aussenseite des Rohrstückes 15 ist mit einem Aussengewinde 39 versehen, auf das eine Mutter 40 aufgeschraubt ist. Mit Hilfe dieser Mutter und einer nicht dargestellten Gegenmutter kann die Vorrichtung 1 an einem ebenfalls nicht dargestellten Halter befestigt werden.

Nachstehend ist die Arbeitsweise der in der Fig. 2 dargestellten Vorrichtung 1 beschrieben. Ueber das Anschlussstück 21 wird dem Arbeitsraum des Zylinders 14 das Druckmittel 8, z.B. ein Hydraulik-Oeljzugeführt. Der Teller 29 liegt daher an der Schulter 28 an.und der Kolben 17 befindet sich in der in der Fig. 2 gezeigten Lage, wobei das freie Ende der Kolbenstange 18 aus dem Rohrstück 15 herausragt. Der abzubremsende Gegenstand, z.B. der Maschinenteil 3, trifft auf das freie Ende der Kolbenstange 18 und bewegt den Kolben 17 nach links. Dies bedeutet, dass der Druck im Raum zwischen dem Teller 29 und dem Kolben 17 ansteigt, so dass der Teller 29 gegen die Innenfläche der Stirnplatte 16 gepresst wird. Dies ist ohne

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weiteres möglich, weil das OeI zwischen, dem Teiler 29 und der genannten Innenfläche durch daa Anschlussstück 21 und die Leitung 9 zum Druckgefass- II gelangen kann.

Sobald der Teller an der Innenfläche der Stirnplatte

S 16 anliegt, kann das OeI in dent Raum zwischen dem Teller 29 und dem Kolben 17 nur noch durch die Oeffnung 30 im Teller 29 entweichen. Schon nach einem kleinen vom Kolben 17 zurück— gelegten Weg taucht der konische Dorn 19 in die Oeffnung 30 ein, so dass nur noch ein relativ kleiner -kireisringförmiger Durchtrittsquerschnitt für das OeI verbleibt. Dies erzeugt eine Bremswirkung auf den Gegenstand. Mit zunehmendem Weg des Kolbens 17 wird der ringförmige Durchtrittsquerschnitt immer kleiner und die Bremswirkung immer grosser. Kurz bevor der Dorn 19 die Oeffnung 30 vollständig verschliesst, wird der in der Fig. 1 dargestellte Anschlag 5 wirksam, d.h. zu einem Zeitpunkt, zu dem der Gegenstand noch nicht ganz zum Stillstand gekommen ist.

Wenn die Masse des zu bremsenden Gegenstandes nicht zu gross ist, kann die Stirnfläche 41 des Rohrstückes 15 als Anschlagfläche dienen, wenn der Gegenstand das freie Ende der Kolbenstange 18 vollständig in das Rohrstück 15 hineingeschoben hat und der Gegenstand an der StirnfJäche 41 anliegt.

Wird nachfolgend der Gegenstand wieder von der Vorrichtung 1 wegbewegt, so sinkt der Druck im Raum zwischen dem Teller 29 und dem Kolben 17 ab und durch den grösseren Druck des OeIs in dem Anschlussstück 21 wird der Teller 29 von der Innenfläche der Stirnplatte 16 abgehoben und das OeI gelangt in den Randbereich des Tellers 29 und strömt fast ungehindert durch die Aussparungen 32 in den Raum zwischen dem Teller 29 und dem Kolben 17 hinein. Der dadurch bedingte schnelle Druckanstieg in diesem Raum wirkt auf die ganze Stirnfläche des Kolbens 17 ein, was bewirkt, dass der Kolben 17 sehr rasch in seine Ausgangslage zurückbewegt wird und für einen neuen Bremsvorgang voll zur Verfügung steht. Dies ist insbesondere

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dann wesentlich, wenn die gesamte Bewegungsstrecke des Gegenstandes relativ klein ist und derselbe rasch wieder zur Vorrichtung 1 zurückkehrt.

Die Vorrichtung 2 gemäss der Fig. 1 ist identisch mit der oben beschriebenen Vorrichtung 1 und das Druckge— fass 11 ist mit beiden Vorrichtungen verbunden. Das Druckgefäss 11 ist in der Fig. 4 im Schnitt dargestellt. Das Druckgefäss 11 besitzt eine rechteckige Bodenplatte 42 und eine zylindrische Haube 43, die zum Kontrollieren des Druckmittel-Standes aus einem durchsichtigen Material hergestellt sein kann. Mittels einer Deckplatte 44 und in den Ecken derselben angeordneten, nicht gezeichneten Schrauben, die in die nicht sichtbarer. Ecken der Bodenplatte 42 eingeschraubt sind, wird die Haube 43 auf die Bodenplatte 42 gepresst. Ein Dichtungs— ring 44 sorgt für einen dichten Abschluss zwischen der Haube 43 und der Bodenplatte 42. Die Deckplatte 24 ist mittels Schrauben 46 an der Haube 43 befesbigt. In der Bodenplatte sind zwei Längskanäle 47 vorgesehen, deren nicht dargestellte Enden mit den Leitungen 9 und 10 oder weiteren derartigen Leitungen verbunden sind. Ueber Querkanäle 48 sind die Längskanäle 47 mit dem Innern des Druckgefässes verbunden. Ueber den Stellen, an denen die Querkanäle 48 in das Innere des Druckgefässes münden, ist eine Scheibe 49 zum Verhindern der Schaumbildung im Druckmittel angeordnet.

Im Dom der Haube 43 befindet sich ein Rückschlagventil 50, über welches, z.B. Luft zum Bilden des in der Fig. 1 angedeuteten Luftpolsters 12, in das Innere des Druckgefässes 11 eingepumpt werden kann. Das Rückschlagventil 50 kann in gleicher Weise, wie ein Ventil für Fahrradreifen aufgebaut sein.

Es besitzt eine hohle Verlängerung 51 mit einem seitlich angeordneten Loch 52. Ueber die Verlängerung 51 ist ein elastisches Schlauchstück 53 gestülpt.

Wenn der Innenraum des Druckgefässes 11 gegenüber dem Arbeitsraum des Zylinders 14 gross ist, können bedenkenlos

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mehrere Zylinder an dasselbe Druckgefäss angeschlossen werden. Wenn die oben angeführte Bedingung erfüllt ist, so ist der durch die Bremswirkung der Vorrichtung bedingte Druckanstieg im Druckgefäss 11 relativ klein und die Zurückführung des Kolbens 17 auftretende Kraft fast über die ganze Rückführstrecke konstant, was ebenfalls zur schnelleren Rückführung des Kolbens 17 beiträgt*

In der Fig. 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt. Dieses einfache Ausführungsbeispiel besitzt einen topfförmigen Zylinder 54, dessen offenes Ende mit einem Innengewinde 55 versehen ist und dessen anderes Ende einen Gewindestut2en 56 aufweist. In die Innenwand des Zylinders 54 sind eine ernte und eine zweite Nut 57 bzw. 58 eingelassen. In diesen Nuten befinden sich Sprengringe 59 bzw. 60. Zwischen der ebenen Innenwand des Zylinders 54 und dem ersten Sprengring 57 ist ein flacher Teller 61 begrenzt axial verschiebbar gelagert. Der Teller weist, ähnlich wie der Teller 29 gemäss der Fig. 3, eine zentrale Oeffnung 62 und Ausschnitte 63 in seinem Randgebiet auf. Zwischen den beiden Sprengringen 57 und 58 ist ein Kolben 64 mit einer Kolbenstange 65 und einem konischen Dorn verschiebbar angeordnet. Die Kolbenstange 65 erstreckt sich durch ein Führungsglied 67, das in das Innengewinde 55 des Zylinders 54 eingeschraubt ist. Im Flanschteil des Führungs-Stückes 67 ist eine Bohrung 68 zur Entlüftung des Raumes zwischen dem Kolben 64 und dem Führungsstück 67 vorhanden. Auf den Gewindestutzen 56 des Zylinders 54 ist eine Hohlkugel aufgeschraubt, welche eine ähnliche Funktion erfüllt, wie das in der Fig. 1 dargestellte Druckgefäss 11. Der Rauminhalt der Hohlkugel ist mindestens dreimal grosser als der mit Hydraulik-Oel gefüllte Arbeitsraum des Zylinders 54.

Wenn ein abzubremsender Gegenstand auf das freie Ende der Kolbenstange 65 auftrifft, wird der Teller 61 gegen die ebene Innenfläche des Zylinders 54 gepresst und das zwischen

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dem Teller 61 und dem Kolben 64 befindliche OeI kann praktische nur durch- die Oef fnung 62 in die Halbkugel 69 entweichen. Anschliessend dringt, wie beim ersten Äusführungsbeispiel der Dorn 66 in die Oeffnung 62 ein, so dass nur noch ein kreisringförmiger Durch trittsquer schnitt verbleibt, wodurch die gewünschte Bremswirkung entsteht. Weil der Dorn 66 konisch ausgebildet ist, verringert sich der Durchtrittsquerschnitt desto tiefer die Kolbenstange 65 in das Führungsstück 67 hineingepresst wird, wodurch automatisch die Breras- wirkung vergrössert wird.

Wenn sich der Gegenstand von der Vorrichtung entfernt, so wird der Kolben 64 sehr rasch in seine Ausgangslage zurückverbracht, weil das in der Hohlkugel 69 unter Druck stehende OeI den Teller 61 in die in der Fig. 5 dargestellte Lage verschiebt und das OeI durch die Ausschnitte 63 in den Raum zwischen dem Teller 61 und dem Kolben 64 einströmt.

Die in der Fig. 5 dargestellte Vorrichtung kann beispielsweise mittels einer nichtgezeichneten Bride an einer Maschine befestigt sein. Falls die Stirnseite 70 des Führungs-Stückes als Anschlagfläche dient, kann die gewünschte Endlage des Gegenstandes durch Drehen des Führungsstückes 67 eingestellt werden.

Die oben beschriebenen Vorrichtungen zeichnen sich durch eine mit zunehmendem Weg steigende Bremskraft und durch ein sehr schnelles Zurückkehren in die Ausgangslage aus, wenn der Gegenstand von der Vorrichtung entfernt wird.

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Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE

   j Vorrichtung zum Bremsen der Bewegung eines Gegenstandes vor Erreichen seiner Endlage, mit einem Zylinder (14), einem im Zylinder verschiebbar angeordneten Kolben (17), einer Kolbenstange zum Uebertragen der Bewegung des Gegenstandes auf den Kolben und einen am Kolben befestigten konischen Dorn (19) zum teilweisen Verschliessen einer Oeffnung im Zylinder, um den Durchtrittsquerschnitt für ein Druckmittel in Abhängigkeit des Bremsweges zu verringern, dadurch gekennzeichnet, dass sich die genannte Oeffnung (30) in einem scheibenförmige gen Organ (29) befindet, dass das Organ innerhalb des Zylinders begrenzt axial beweglich angeordnet ist, dass die dem Organ zugewandte Innenfläche der den Zylinder abschliessenden Wand (16) mit der dieser Wand gegenüberliegenden Stirnfläche des Organes ein Ventil bilden, das sich während der Bremswir- ^5 kung automcvtisch schliesst, so dass das im Arbeitsraum befindliche Druckmittel nur durch den genannten Durchtrittsquerschnitt über einen Ausgang (20) des Zylinders entweichen kann.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Randbereich des genannten Organes (29) Aussparungen

   (32) oder Löcher für den Durchtritt des Druckmittels vorgesehen sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des genannten Organes (29), ausgehend von einer Kreislinie (31), die sich zwischen der Oeffnung (30) und den Aussparungen (32) befindet, radial nach aussen und radial nach innen abnimmt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang (56) des Zylinders (54) ein Druckgefäss (69) angeschlossen ist, welches das während der Bremswirkung aus dem Arbeitsraum des Zylinders verdrängte Druckmittel aufnimmt.

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