DE3508686A1

DE3508686A1 - Kolben

Info

Publication number: DE3508686A1
Application number: DE19853508686
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7300 Esslingen Hihn; Kurt Dipl.-Ing. Stoll
Original assignee: Festo Kg 7300 Esslingen; Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 1985-03-12
Filing date: 1985-03-12
Publication date: 1986-09-18
Also published as: JPS61211571A; JPH0524383B2; SE463274B; US4762052A; IT8619654A0; DE3508686C2; IT1188572B; IT8619654A1; SE8601113D0; SE8601113L

Description

D 9517-rema 6.3.1985

Firma Festo EG, 7300 Esslingen

Kolben

Die Erfindung betrifft einen aus mehreren Teilen zusammengesetzten Kolben mit Kolbenstange, insbesondere zur Anwendung in doppeltwirkenden Zylindern.

Kolben der hier in Frage stehenden Art, die für Arbeitszylinder, insbesondere pneumatische, evtl. auch hydraulische Arbeitszylinder bestimmt sind, sind in vielfältiger Form bekannt. Sie sind entweder kompliziert im Aufbau oder aber hat ihr Benutzer mit Problemen hinsichtlich der Führung und der Abdichtung zu schaffen.

Demgegenüber hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, einen Kolben der hier in Frage stehenden Art mit einfachem Aufbau zu schaffen, der nicht nur einfach und kostengünstig herzustellen ist, sondern auch Gewähr für eine einwandfreie Führung und gute Abdichtung bietet.

Zu dem oben genannten Zweck ist gemäß der Erfindung bei der neuen Anordnung vorgesehen, daß der Kolben in spiegelsymmetrischer Anordnung auf die Kolbenstange aufziehbare Kolbenhalbteile ent-

hält, die jeweils aus einer metallischen Einlage mit einem radial abstehenden, z.B. flanschartig gestalteten Verankerungsvorsprung und aus einem auf die Einlage aufgespritzten Hüllkörper aus Kunststoff bestehen und die je eine Kolbendichtung tragen, die in eine Umfangsnut auf dem Außenmantel des Hüllkörpers angeordnet ist. Hierbei kann z.B. die Anordnung so getroffen sein, daß die beiden Kolbendichtungen im mittleren Bereich der axialen Länge des Kolbens aneinanderstoßen und in diesem Bereich die Führungsfläche für den Kolben bilden. Zweckmaßigerweise kann jede Kolbendichtung auf der dem anderen Kolbenhalbteil abgewandten Seite eine an der Zylinderinnenwand anliegende äußere Dichtlippe und eine in einer Nut an der Außenseite des zugehörigen Kolbenhalbteils einliegende innere Haiterungslippe aufweisen, während sie an der dem anderen Kolbenhalbteil zugewandten Seite eine sich entgegengesetzt zur Dichtlippe erstreckende Führungslippe besitzt, die mit der Führungslippe des anderen Kolbenhalbteils die Führungsfläche bildet. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die freien Enden der Führungslippen der beiden Kolbenhalbteile jeweils etwa rechtwinklig nach innen abgebogen und zwischen Kolbenhalbteile gehalten sind, wobei z.B. die abgebogenen freien Enden der Führungslippen der beiden Kolbenhalbteile mit ihren einander zugewandten Flächen aneinander anliegen. Kolbenhalbteile können z.B. mit einer sich jeweils im wesentlichen quer zu der Kolben-Längsrichtung erstreckenden Stirnfläche an der dem anderen Kolbenhalbteil zugewandten Seite aneinander anliegen und hierbei eine Berührfläche bilden, wobei zweckmaßigerweise die Berührfläche zwischen den beiden Kolbenhalbteilen und die Anlagefläche zwischen den abgebogenen freien

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Enden der beiden Führungsrippen etwa in einer Ebene liegen. Die Kolbendichtungen können z.B. jeweils die Gestalt eines Gebildes mit drei Schenkeln haben, von denen zwei zueinander parallel verlaufen und zur freien Stirnfläche des zugehörigen Kolbenhalbteils gerichtet sind, während der dritte Kolbenschenkel etwa parallel zu den anderen Schenkeln verläuft und zum anderen Kolbenhalbteil gerichtet ist, wobei sein freies Ende etwa rechtwinklig nach innen abgebogen sein kann. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die beiden Kolbendichtungen jeweils in einer Umfangsnut im axialen Mittelbereich des zugehörigen Kolbenhalbteils sitzen, wobei die jeweils dritten Schenkel der Kolbendichtungen nach Art einer Schnappverbindung um die die Umfangsnut an der der Berührfläche zugewandten Stirnseite begrenzende Stirnwandpartie des zugehörigen Kolbenhalbteils herumgreifen und hierbei jeweils einen Teil der Führungsfläche und einen Teil der Berührfläche bilden.

Es ist aus den obigen Ausführungen zu ersehen, daß sich infolge der spiegelsymmetrischen Konstruktion des Erfindungsgegenstandes aus zwei identischen Halbteilen Vereinfachungen bei der Herstellung und bei der Lagerhaltung ergeben. Man kann zwei Halbteile zu einem Kolben für einen doppeltwirkenden Arbeitszylinder kombinieren, man kann aber auch die Halbteile für sich allein als Kolben eines einfach wirkenden Arbeitszylinders verwenden, schließlich ist es möglich, MehrfachkoIben-AnOrdnungen zu schaffen, indem man jeweils einen Kolbenhalbteil als Baumodul verwendet und den Erfordernissen entsprechend viele Modulen zusammenbaut. Der Aufbau des Kolbenhalbteils als Verbundkörper mit einem metalli-

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BAD OFWQiNAL

sehen Kern und einer Ummantelung aus Kunststoff genügt in optimaler Weise den im Betrieb auftretenden Belastungen, da der Kern dem Kolbenkörper ein hohes Maß an Stabilität verleiht und die am Kolben angreifenden Axialkräfte aufnimmt, während das Kunststoffmaterial der Ummantelung eine reibungsarme Führung vermittelt und geeignet ist, die im Betrieb auftretenden Querkräfte und -momente elastisch aufzunehmen. Kunststoff zeichnet sich überdies durch geringe Materialkosten aus und läßt sich mit wenig Aufwand präzise formen. Der durch Aufspritzen erzeugte Verbund ist dauerhaft und hoch belastbar, und die verwendete Kunststoffspritztechnik zeichnet sich durch niedrige Gestehungskosten aus. Die Ausbildung und Anordnung der verschiedenen Dichtungen bringt einerseits den Vorteil mit sich, daß eine besonders gute Führung erreicht wird, die gleichzeitig auch als Abdichtung wirkt, ganz abgesehen davon, daß die Halterung der Dichtungslippen sehr gut und zweckmäßig ist und eine kompakte Verbindung dieser Dichtungen mit dem tragenden Teil des Kolbens ergibt, wie andererseits eine besonders solide Verbindung mit dem metallischen Kern des Kolbens und der Ummantelung aus Kunststoff garantiert ist.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den nachgeordneten Unteransprüchen gekennzeichnet.

In der Bauform gemäß Anspruch 11 ist eine Kunststoff-Ummantelung der Kolbenhalbteile eine Pufferhülse angespritzt, die zur Endlagendämpfung des Kolbens dient. Man erzielt so in konstruktiv unaufwendiger Weise eine kombinierte Führungs- und Dämpfungsfunktion.

Gemäß Anspruch 12 ist es möglich, den erfindungsgemäßen Kolben auf wenig aufwendige, einfache, montagefreundliche Art und Weise mit einem Stellungsgeberring zu versehen, der von einer elektromagnetischen Einheit zur Messung der Kolbenposition detektiert wird. Der Stellungsgeberring wird einfach in eine Ringnut zwischen den Kolbenhalbteilen gesetzt.

Die Anordnungen gemäß den Ansprüchen 13 und 14 ermöglichen eine einwandfreie Abdichtung der Anordnung auch an der der Kolbenstange zugewandten Seite mit wenig Aufwand.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung in einer Seitenansicht in einem axialen Schnitt und in Teildarstellung gezeigt.

In der Zeichnung ist der erfindungsgemäße Kolben in seiner Anwendung bei einem doppelt wirkenden pneumatischen oder eventuell auch hydraulischen Arbeitszylinder 1 gezeigt. Es handelt sich hier nur um eine Teildarstellung des Arbeitszylinders, in Zusammenhang mit dem der erfindungsgemäße Kolben angewendet wird, im wesentlichen wird nur der Kolben gezeigt und die an diesen angrenzenden Partien der Kolbenstange 2 und des Zylinders, soweit dies für das Verständnis der Anmeldung erforderlich ist. Daß der Kolben 3 auf die Kolbenstange aufgezogen ist, daß der Zylinder an seinen beiden axialen Enden mit Hilfe von entsprechenden Zylinderdeckeln abgeschlossen ist, wobei durch einen oder evtl. auch durch beide Zylinderdeckel die Kolbenstange hindurchgeht all dies sind Merkmale, die an sich bekannt und für den durch-

schnittlichen Fachmann geläufig sind, so daß sie hier nicht weiter dargestellt werden müssen.

Der erfindungsgemäße Kolben 3 ist aus mehreren Teilen zusammengesetzt: er besteht aus zwei Kolbenhalbteilen 4,5, die in spiegelsymmetrischer Anordnung auf die Kolbenstange 2 aufgezogen sind. Die Kolbenhalbteile enthalten jeweils eine metallische Einlage 6,7 mit einem radial abstehenden Verankerungsvorsprung 8,9, der evtl. flanschartig ausgebildet sein kann und zweckmässigerweise rundum läuft und mit einem auf die Einlage 6,7 aufgespritzten Hüllkörper 10,11 aus Kunststoffmaterial, z.B. Polyurethan. Die Verankerungsteile 8,9 sind im axialen Mittelbereich der Einlage angeordnet, sie können mit Durchbrechungen versehen sein, die beim Aufspritzen des Kunststoffs einen Materialdurchtritt ermöglichen, um auf diese Weise eine feste Verankerung des Kunststoffs am Verankerungsteil zu schaffen. Die Kolbenhalbteile 4,5 liegen hierbei mit einer sich im wesentlichen quer zu der Kolben-Längsrichtung erstreckende Stirnfläche 12,13 an der dem anderen Kolbenhalbteil zugewandten Seite aneinander an, diese aneinander anliegenden Stirnflächen 12,13 der beiden Kolbenhalbteile 4,5 bilden hierbei eine sogenannte Kontaktfläche oder Berührfläche. Auch an den die Berührflächen bildenden beiden Stirnflächen können komplementäre Rastmittel ausgebildet sein, z.B. können sie an dem Hüllkörper ausgeformt sein, z.B. in Form eines axial verlaufenden Stiftes und eines diesem diametral gegenüberliegenden komplementären Paßlochs. Mit Hilfe dieser komplementären Rastmittel können die Kolbenhalbteile unverdrehbar aneinander festgelegt werden. Diese Maßnahmen sind in der Zeichnung

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nicht dargestellt.

Die beiden Hüllkörper 10,11 aus Kunststoffmaterial der beiden Kolbenhalbteile 4,5 tragen je eine Kolbendichtung 14,15, die in einer Umfangsnut 16,17 auf dem AuJJenmantel des Hüllkörpers angeordnet ist. Diese beiden Kolbendichtungen 14,15 sind im mittleren Bereich der axialen Länge des Kolbens angeordnet und stoßen in diesem Bereich aneinander an, wobei sie dann im Bereich 18 die Führungsfläche für den Kolben 3 bilden. Jede Kolbendichtung 14,15 weißt auf der dem anderen Kolbenhalbteil 4,5 abgewandten Seite eine an der Zylinderinnenwand 19 anliegende äußere Dichtlippe 20,21 und eine in einer Nut 16,17 an der Auf.enseite des zugehörigen Kolbenhalbteils einliegende innere Halterungslippe 22,23 auf, während sie an der dem anderen Kolbenhalbteil zugewandten Seite eine sich entgegengesetzt zur Dichtlippe erstrekkende Führungslippe 24,25 besitzt, die mit der Führungslippe des anderen Kolbenhalbteils die Führungsfläche 18 bildet, wobei die Dichtungslippe 20,21 und die Führungslippe 24,25 jedes Kolbenhalbteiles jeweils einen Winkel von 180 miteinander bilden. Es ergibt sich dann, daß die Kolbendichtungen 14,15 jeweils die Gestalt eines Gebildes mit drei Schenkeln 20,22,24 bzw. 21,23,25 haben, von denen zwei - die Schenkel 20 und 22 bzw. 21 und 23 parallel zueinander verlaufen und zur freien Stirnfläche des Kolbenhalbteils gerichtet sind, während der dritte Kolbenschenkel 24 bzw. 25 etwa parallel zu den anderen Schenkeln verläuft und zum anderen Kolbenhalbteil gerichtet ist.

Die freien Enden der Führungslippen 24 bzw. 25 der beiden Kolben-

halbteile sind jeweils etwa rechtwinklig nach innen abgebogen, wie bei 26,27 dargestellt ist, wobei sie zwischen Partien 28,29 der beiden Kolbenhalbteile gehalten sind. Diese abgebogenen freien Enden 26,27 der Führungslippen 24,25 der beiden Kolbenhalbteile 4,5 liegen mit ihrem einander zugewandten Flächen aneinander an, wobei dann die Anordnung so getroffen ist, daß die Berührfläche 12,15 zwischen den beiden Kolbenhalbteilen 4,5 und die Anlagefläche zwischen den abgebogenen freien Enden 26,27 der beiden Führungslippen 24,25 etwa in einer Ebene liegen.

Es ergibt sich also bei Betrachtung der Zeichnung das Bild, dal: die beiden Kolbendichtungen 14,15 jeweils in einer Umfangsnut 16,17 im axialen Mittelbereich des zugehörigen Kolbenhalbteils 4,5 sitzen, wobei die jeweils dritten Schenkel 24,25 der Kolbendichtungen nach Art einer Schnappverbindung um die die Umfangsnut an der der Berührfläche 12,13 zugewandten Stirnseite begrenzenden Stirnwandpartie des zugehörigen Kolbenhalbteils herumgreifen und hierbei jeweils einen Teil der Führungsfläche 18 und einen Teil der Berührfläche oder Kontaktfläche bilden. Diese Berührfläche, die durch das stirnseitige Aneinanderstoßen der beiden identisch ausgebildeten Kolbenhalbteile gebildet wird, erstreckt sich quer zu der Kolben-Längsrichtung, d.h. radial, die Kolbenhalbteile sind bezüglich dieser Berührfläche spiegelsymmetrisch ausgebildet und angeordnet und stellen modulare Bauelemente dar, die zusammen auf ein und dieselbe Kolbenstange aufgezogen sind, um den Kolben eines doppeltwirkenden Arbeitszylinders aufzubauen.

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Wie bereits ausgeführt, sind die metallischen Einlagen 6,7 der Kolbenhalbteile in einem Hüllkörper 10,11 gekapselt, der aus Kunststoffmaterial besteht, wobei er die Einlagen an ihrer radialen Außenseite formschlüssig umgibt und zweckmäßigerweise auf die Einlagen aufgespritzt ist, wobei durch das Verankerungsteil, das radial absteht, eine unverlierbare Verbindung zwischen dem Metallteil und dem Kunststoffteil hergestellt wird. Hierbei ist an das der Berührfläche 12,13 abgewandte Ende des Hüllkörpers 10,11 eine axial über die Einlage hinausstehende Pufferhülse 30 angeformt. Diese Pufferhülse steht auf der der Berührfläche 12,13 abgewandten Seite der Kolbenhalbteile 4,5 jeweils axial über die Einlage hinaus, sie haben die Aufgabe, in Axialbohrungen entsprechender Form und Größe an den Zylinderdeckeln einzutauchen, wobei in an sich bekannter Weise durch das Zusammenwirken der Pufferhülse mit den etwas größeren Axialbohrungon und entsprechenden Pufferdichtungen die Pufferung bzw. Dämpfung der Kolbenbewegung erfolgt. Auch dies ist bekannt, diese Maßnahme soll deshalb hier nur am Rande erwähnt bzw. beschrieben sein.

Der Kolben 1 ist mit einem Geberring 35 versehen, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Hüllkörper 10,11 an der Berührfläche 12,13 der beiden Kolbenhalbteile 4,5 Ringnuten aufweisen, die geeignet sind, ,je eine Halbseite des Geberrings aufzunehmen. Dieser Geberring dient zu elektrornagnetischen i'ositions- und/oder Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigunpjsm^ßsung, wobei zweckmäoigerweise die entsprechenden Daten der Kolbenbewegung z.B. magnetisch oder induktiv erfaßt werden können.

Die entsprechenden Maßnahmen sind an sich ebenfalls bekannt, neu

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und vorteilhaft ist hier in erster Linie die Anordnung des Geberringes innerhalb des Kolbens zwischen den beiden Kolbenhalbteilen.

Die Kolbenhalbteile sind schließlich an ihrer Berührfläche 12, 13 gegeneinander abgedichtet, vorzugsweise im Bereich der metallischen Einlage, zu welchem Zweck die Einlagen mit einer axialen Durchgangsbohrung 40 versehen sind, die sich an der Berührfläche 12,13 in Form einer Halbnut zur Aufnahme eines Dichtrings 41 erweitert. Dieser Dichtring kann z.B. aus Gummi bestehen und als O-King ausgebildet sein. Auch die Dichtlippen, die bei der Erfindung besonders stabil gehalten sind und eine gute Führung unter gleichzeitiger Abdichtung gewährleisten, können aus Gummi oder Kunststoff, z.B. Polyurethan bestehen.

Im übrigen ist die Erfindung nicht auf einen aus zwei Kolbenhalbteilen aufgebauten Kolben beschränkt, wie bereits ausgeführt worden ist, man kann auch nur ein einziges Kolbenhalbteil für sich allein als Kolben verwenden, insbesondere in einem einfachwirkenden Arbeitszylinder, die man andererseits auch mehr Kolbenhalbteile modulartig, baukastenmäßig zusammenbauen kann, um entsprechend größere Kolben zu erhalten.

Claims

Firma Festo KG, 7300 Esslingen Kolben Patentansprüche

1. Aus mehreren Teilen zusammengesetzter Kolben mit Kolbenstange, insbesondere zur Anwendung in doppelt wirkenden Zylindern, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei in spiegelsymmetrischer Anordnung auf die Kolbenstange (2) aufziehbare Kolbenhalbteile (4,5) enthält, die jeweils aus einer metallischen Einlage (6,7) mit einem radial abstehenden, z.B. flanschartig gestalteten Verankerungsvorsprung (8,9) und aus einem auf die Einlage (6,7) aufgespritzten Hüllkörper (10,11) aus Kunststoff bestehen und die je eine Kolbendichtung (14,15) tragen, die in einer Umfangsnut (16,17) auf dem Außenmantel des Hüllkörpers angeordnet ist.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kolbendichtungen (14,15) im mittleren Bereich der axialen Länge des Kolbens aneinanderstoßen und in diesem Bereich (18) die Führungsfläche für den Kolben (3) bilden.

3- Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

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daß jede Kolbendichtung (14,15) auf der dem anderen Kolbenhalbteil (4,5) abgewandten Seite eine an der Zylinderinnenwand anliegende äußere Dichtlippe (20,21) und eine in einer Nut (16,17) an der Außenseite des zugehörigen Kolbenhalbteiles einliegende innere Halterungslippe (22,25) aufweist, während sie an der dem anderen Kolbenhalbteil zugewandten Seite eine sich entgegengesetzt zur Dichtlippe erstreckende Führungslippe (24,25) besitzt, die mit der Führungslippe des anderen KoIbenhalbteils die Führungsfläche (18) bildet.

4. Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungslippe (20,21) und die Führungslippe (24,25) jedes Kolbenhalbteils (4,5) jeweils einen Winkel von etwa 180° miteinander bilden.

5- Kolben nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden (26,27) der Führungslippen (24,25) der beiden KoIbenhalbteile (4,5) jeweils etwa rechtwinklig nach innen abgebogen und zwischen Partien (28,29) der beiden Kolbenhalbteile gehalten sind.

6. Kolben nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, daß die abgebogenen freien Enden (26,27) der Führungslippen (24,25) der beiden KoIbenhalbteile (4,5) mit ihren einander zugewandten Flächen aneinander anliegen.

7· Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die KoIbenhalbteile (4,5) mit einer sich jeweils

im wesentlichen quer zu der Kolben-Längsrichtung erstreckenden Stirnfläche (12,13) bxi der dem anderen Kolbenhalb teil zugewandten Seite aneinander anliegen und hierbei eine Berührfläche bilden.

8. Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,daß die Berührfläche (12,13) zwischen den beiden Kolbenhalbteilen (4,5) und die Anlagefläche zwischen den abgebogenen freien Enden (25, 27) der beiden Führungslippen (24,25) etwa in einer Ebene liegen.

9· Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbendichtungen (14,15) jeweils die Ge- t stalt eines Gebildes mit drei Schenkeln (20,22,24 bzw. 21,23,25) ν haben, von denen zwei zueinander parallel verlaufen und zur freien Stirnfläche des zugehörigen Kolbenhalbteils (4,5) gerichtet sind, während der dritte Kolbenschenkel (24,25) etwa paral-

jeweils

IeI zu den anderen Schenkeln verläuft und zum/anderen Kolbenhalbteil gerichtet ist, wobei sein freies Ende etwa rechtwinklig nach innen abgebogen ist.

10. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kolbendichtungen (14,15) jeweils

(16,17)
in einer Umfangsnut/im axialen Mittelbereich des zugehörigen Kolbenhalbteils (4,5) sitzen, wobei die jeweils dritten Schenkel (24,25) der Kolbendichtungen nach Art einer Schnappverbindung um die die Umfangsnut an der der Berührfläche (12,13) zugewandten Stirnseite begrenzende Stirnwandpartie des zugehörigen Kolbenhalb teil s herumgreifen und hierbei jeweils einen ~>

Teil der Führungsfläche (18) und einen Teil der Berührfläche bilden.

11. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an das der Berührfläche (12,13) abgewandte Ende des Hüllkörpers (10,11) eine axial über die Einlage hinausstehende Pufferhülse (30) angeformt ist.

12. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkörper (10,11) an der Berührfläche (12,13) der Kolbenhalbteile (4,5) Ringnuten aufweisen, die geeignet sind, je eine Halbseite eines Geberrings (25) aufzunehmen.

13. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenhalbteile (4,5) an ihrer Berührfläche (12,13) gegeneinander abgedichtet sind, und zwar vorzugsweise im Bereich der metallischen Einlage (6,7)·

14. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlagen (6,7) mit einer axialen Durchgangsbohrung (40) versehen sind, die sich an der Berührfläche (12,13) in Form einer Halbnut zur Aufnahme eines Dichtrings (41) erweitert.