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Die
Erfindung bezieht sich auf eine blockierbare Kolben-Zylindereinheit
mit einem an beiden Enden verschlossenen, mit unter Druck stehendem
Fluid gefülltem
Zylinder, in dem ein gegenüber
der Innenwand des Zylinders abgedichteter Kolben verschiebbar geführt ist,
der den Zylinder in einen ersten Arbeitsraum und einen zweiten Arbeitsraum
unterteilt, mit einer an dem Kolben angeordneten rohrartigen Kolbenstange,
die durch den zweiten Arbeitsraum und eine das eine Ende des Zylinders
verschließende
Führungs-
und Dichtungseinheit aus dem Zylinder herausgeführt ist, mit einer in der Kolbenstange
verschiebbar angeordneten Betätigungsstange,
deren eines Ende an dem aus dem Zylinder herausragenden Ende der
Kolbenstange herausragt und durch deren anderes Ende ein Ventilschieber
eines in dem Kolben angeordneten Blockierventils axial verschiebbar
beaufschlagbar ist, durch das der erste Arbeitsraum über eine
Verbindung mit dem zweiten Arbeitsraum verbindbar ist, mit einem
Bereich reduzierten Durchmessers zwischen zwei Bereichen größeren Durchmessers
des Ventilschiebers, der von einer Kammer umschlossen ist, die über eine Verbindungsöffnung mit
dem zweiten Arbeitsraum verbunden ist, wobei der eine Bereich größeren Durchmessers
des Ventilschiebers mit radialem Spiel durch eine Ventilöffnung in
den ersten Arbeitsraum ragt.
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Stand der Technik
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Bei
derartigen, beispielsweise aus dem
deutschen Gebrauchsmuster G 85 00 855 U1 bekannten, Kolben-Zylindereinheiten
ist an dem Kolben ein Dichtring fest angeordnet, durch den der dem
ersten Arbeitsraum zugewandte Bereich größeren Durchmessers bei unbetätigter Betätigungstange
dicht umschlossen ist. Wird die Betätigungsstange in Kolbenrichtung
relativ zur Kolbenstange verschoben, so verschiebt sie den Ventilschieber
so weit, daß sich
der Bereich reduzierten Durchmessers des Ventilschiebers im Bereich
des Dichtrings befindet. Dabei liegt der Dichtring nicht mehr an
dem Ventilschieber an, so daß über den
Spalt zwischen dem Dichtring und dem Ventilschieber eine Verbindung
zwischen den beiden Arbeitsräumen
hergestellt wird.
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Bei
nicht betätigter
Betätigungsstange
wird der Ventilschieber zwangsweise in seine Schließposition
verschoben. Die Einschiebebewegung und die Ausschiebebewegung sind
gleich.
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Aus
der
DE 103 49 157
A1 ist eine Kolben-Zylindereinheit der eingangs genannten
Art bekannt, die mindestens zwei parallele Überströmkanäle
25 und
29 aufweist,
die an dem Ventilschieber vorbeiführen und durch die ein unkontrolliertes
Ausschieben der Kolbenstange verhindert wird.
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Aufgabenstellung
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Aufgabe
der Erfindung ist es eine blockierbare Kolben-Zylindereinheit der
eingangs genannten Art zu schaffen, die eine zumindest weitgehend
ungedämpfte
Einschiebbewegung und eine gedämpfte Ausschiebbewegung
der Kolbenstange ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 gelöst.
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Durch
diese Ausbildung einfachen Aufbaus kann mit einem einzigen Blockierventil
eine leichte und schnelle Einschubbewegung und eine langsame konstante
Ausschubbewegung der Kolbenstange erreicht werden. Dies ist besonders
vorteilhaft bei langhubigen blockierbaren Kolben-Zylindereinheiten für Tischhöhenverstellungen
anwendbar, da sich die Tischplatte bei einer vertretbaren Einschubbewegung
nicht zu schnell bei einer Ausschubbewegung nach oben bewegen darf.
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Eine
besonders vorteilhafte einfache Ausbildung besteht darin, daß die Ventilöffnung eine
Ringkammer mit zwei in einem axialen Abstand voneinander ausgebildeten
Ringschultern aufweist, wobei in der Ringkammer ein Dichtring angeordnet
ist, der mit seiner radial umlaufenden äußeren Mantelfläche dicht
an der zylindrischen Wand der Ringkammer in Anlage und zwischen
den Ringschultern axial verschiebbar ist und durch dessen radial
umlaufende innere Mantelfläche
der durch die Ringkammer ragende Bereich größeren Durchmessers des Ventilschiebers
dicht umschließbar
ist.
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Der
Ventilschieber kann einen eine Einschubbewegung in den Kolben begrenzenden
Anschlag aufweisen, der an den Kolben oder ein Kolbenteil anschlagbar
ist.
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Ist
bei in den Kolben eingeschobenem Ventilschieber der Dichtring zwischen
einer den Bereich größeren Durchmessers
des Ventilschiebers umschließenden
Position und einer den Bereich geringeren Durchmessers umgebenden
Position axial verschiebbar, so ist das Blockierventil bei den Ventilschieber
umschließenden
Dichtring geschlossen und bei Umgeben des Bereichs geringeren Durchmessers
durch den Dichtring geöffnet.
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Bei
von der Betätigungstange
in den ersten Arbeitsraum ragend verschobenen Ventilschieber kann
ein Ringspalt zwischen dem Bereich reduzierten Durchmessers und
dem Dichtring durchströmbar sein.
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Weist
der Ventilschieber zwischen seinem dem ersten Arbeitsraum zugewandten
Bereich größeren Durchmessers
und seinem Bereich reduzierten Durchmessers einen Übergangsbereich
sich verringernden Querschnitts auf, befindet sich der Dichtring
bei von der Betätigungsstange
in den ersten Arbeitsraum ragend verschobenen Ventilschieber bei Ausfahrbewegung
der Kolbenstange an der dem ersten Arbeitsraum näheren Ringschulter in Anlage
und umgibt den Übergangsbereich.
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Dort
ist zwischen Ventilschieber und Dichring ein Ringspalt geringen
Querschnitts gebildet, der zu einer gedämpften Ausfahrbewegung führt.
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Bei
ebenfalls betätigter
Ventilstange und einer Einfahrbewegung der Kolbenstange liegt der Dichtring
an der dem ersten Arbeitsraum entfernteren Ringschulter an und umgibt
den Bereich reduzierten Durchmessers des Ventilschiebers. Dort ist
zwischen Ventilschieber und Dichtring ein Ringspalt größeren Querschnitts
gebildet, der zu einer weitgehend ungedämpften Einfahrbewegung führt.
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Befindet
sich der Übergangsbereich
in der dem ersten Arbeitsraum entfernteren Endlage des Ventilschiebers
außerhalb
des von der Ringkammer umschlossenen Bereichs, so ist bei nicht
betätigter Betätigungsstange
das Blockierventil geschlossen und kann auch nicht durch erhöhte Kraftbeaufschlagung
der Kolbenstange in Einfahrrichtung geöffnet werden.
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Befindet
sich aber der Übergangsbereich
in der dem ersten Arbeitsraum entfernteren Endlage des Ventilschiebers
zumindest teilweise Innerhalb des von der Ringkammer umschlossenen
Bereichs, so wird bei Überschreiten
einer bestimmten Belastung der Kolbenstange in Einfahrrichtung eine
derartige Beaufschlagung des Dichtrings von dem Druck in dem ersten
Arbeitsraum erreicht, daß der
Dichtring aus seiner dem ersten Arbeitsraum nahen Endstellung, in
der die Ventilöffnung
geschlossen ist, in seine dem ersten Arbeitsraum entfernte Endstellung
verschoben. In dieser Endstellung umgibt der Dichtring den Übergangsbereich,
so daß ein
Ringspalt zwischen dem Ventilschieber und dem Dichtring geöffnet wird,
der eine Einfahrbewegung der Kolbenstange auch bei nicht betätigter Betätigungsstange
ermöglicht.
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Die
Größe des Ringspalts
wird dabei durch die axiale Lage des Übergangsbereichs zum Dichtring
bestimmt.
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Der
Querschnitt des Ventilschiebers kann sich im Übergangsbereich kontinuierlich
verringernd wie z. B. konusförmig
ausgebildet sein. Dabei ist die erreichbare Ausfahrgeschwindigkeit
von dem Verschiebeweg des Ventilschiebers abhängig.
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Um
eine konstante Ausfahrbewegung weitgehend toleranzunabhängig zu
erreichen, kann der Querschnitt des Ventilschiebers sich im Übergangsbereich
in ein oder mehreren Stufen verringernd ausgebildet sein. Dabei
ist im Bereich einer Stufe die Ausfahrgeschwindigkeit konstant.
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Ein
ruckartiges Verändern
der Ausfahrgeschwindigkeit wird vermieden, wenn die Übergänge zwischen
den Stufen konusförmig
ausgebildet sind.
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Vorzugsweise
sind die Stufen zylindrisch ausgebildet.
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Die
Verbindungsöffnung
kann von der Kammer zum zweiten Arbeitsraum einen Drosselquerschnitt
besitzen, der die Ausfahrgeschwindigkeit der Kolbenstange bestimmt.
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Eine
Möglichkeit
besteht darin, daß der
Zylinder mit einem Druckgas gefüllt
ist.
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Es
ist aber auch möglich,
daß der
erste Arbeitsraum durch eine bewegliche Wand in einen dem Kolben
ferneren, mit einem Druckgas gefüllten
Gasraum und einen Hydraulikraum unterteilt ist, wobei der Hydraulikraum
und der zweite Arbeitsraum mit einer hydraulischen Flüssigkeit,
insbesondere mit Öl gefüllt sind.
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Dabei
kann in einfacher Weise die bewegliche Wand ein Trennkolben sein,
der in dem Zylinder axial frei verschiebbar und gegenüber der
Innenwand des Zylinders abgedichtet ist.
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Ausführungsbeispiel
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Um
insbesondere den Übergangsbereich
zur Ringkammer exakt einstellen zu können, kann der Verschiebeweg
der Betätigungsstange
einstellbar sein. Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden
näher beschrieben.
Es zeigen
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1 einen
Querschnitt einer blockierbaren Kolben-Zylindereinheit
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2 einen
Ausschnitt im Kolbenbereich der Kolben-Zylindereinheit nach 1 im
Schnitt in einer Ruheposition
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3 den
Ausschnitt nach 2 im Ausschubzustand bei betätigter Betätigungsstange
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4 den
Ausschnitt nach 2 im Einschubzustand bei betätigter Betätigungsstange
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5 einen
Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels
einer Kolben-Zylindereinheit im Schnitt in einer Ruheposition
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6 den
Ausschnitt nach 5 in belastetem Zustand bei
nicht betätigter
Betätigungsstange
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7 den
Ausschnitt nach 5 bei betätigter Betätigungsstange
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8 einen
Ausschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels
einer Kolben-Zylindereinheit im Schnitt in einer Ruheposition
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9 den
Ausschnitt nach 8 bei betätigter Betätigungsstange im Einschub-
bzw. Ausschubzustand in einem mittleren Toleranzbereich des Verschiebewegs
der Betätigungsstange
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10 den
Ausschnitt nach 9 in einem oberen Toleranzbereich
des Verschiebewegs der Betätigungsstange
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11 den
Ausschnitt nach 9 in einem unteren Toleranzbereich
des Verschiebewegs der Betätigungsstange.
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Die
in den Figuren dargestellten blockierbaren Kolben-Zylindereinheiten
besitzen einen Zylinder 1, der an seinem einen Ende durch
einen Boden 2 verschlossen ist, wobei der Boden 2 ein
Anschlußstück 3 besitzt.
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In
dem Zylinder 1 ist ein Kolben 4 verschiebbar angeordnet,
der an seiner radial umlaufenden Mantelfläche eine Ringnut 5 besitzt,
in der ein Dichtungsring 6 angeordnet ist. Der Dichtungsring 6 liegt mit
seiner äußeren radial
umlaufenden Mantelfläche an
der Innenwand 7 des Zylinders 1 dicht an, so daß der Innenraum
des Zylinders 1 durch den Kolben 4 in einen ersten
Arbeitsraum 8 und einen zweiten Arbeitsraum 9 unterteilt
ist, die mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt sind.
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Durch
den zweiten Arbeitsraum 9 und durch eine das zweite Ende
des Zylinders 1 verschließende Führungs- und Dichtungseinheit 10 ist
eine Kolbenstange 11 des Kolbens 4 abgedichtet
aus dem Zylinder 1 herausgeführt.
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Die
Kolbenstange 11 ist rohrartig ausgebildet. Durch die Kolbenstange 11 ist
eine Betätigungsstange 12 hindurchgeführt, die
mit ihrem einen Ende an dem äußeren Ende
der Kolbenstange 11 herausragt und mit ihrem anderen Ende
im Bereich des Kolbens 4 an einem Ventilschieber 13, 13', 13'' in Anlage ist.
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Der
Ventilschieber 13, 13', 13'' ist
koaxial zur Betätigungsstange 12 abgedichtet
in eine Kammer 14 im Kolben 4 geführt, die über eine
koaxiale Verbindungsöffnung 15 mit
dem ersten Arbeitsraum 8 und über eine radiale Verbindungsöffnung 29 mit
dem zweiten Arbeitsraum 9 verbunden ist.
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Im
Bereich der Verbindungsöffnung 15 ist eine
Ringkammer 16 mit zwei in einem Abstand voneinander angeordneten
Ringschultern 18 und 19 ausgebildet, in der ein
Dichtring 17 angeordnet ist, der mit seiner radial umlaufenden äußeren Mantelfläche dicht
an der zylindrischen Wand der Ringkammer 16 in Anlage ist.
Der Dichtring 17 ist zwischen den beiden Ringschultern 18 und 19 axial
verschiebbar.
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Die
erste Ringschulter 18 ist durch eine in den Kolben eingesetzte
Ringscheibe gebildet.
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Der
zylindrische Ventilschieber 13, 13', 13'' besitzt
an seinen beiden Endbereichen Bereiche 20 und 21 größeren Durchmessers,
während
dazwischen ein Bereich 22 reduzierten Durchmessers angeordnet
ist.
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Eine
radiale Erweiterung an dem dem ersten Arbeitsraum 8 zugewandten
Ende des Ventilschiebers 13, 13', 13'' bildet
einen Anschlag 23, der axial an den Kolben 4 anschlagbar
ist und eine Begrenzung der Einschubbewegung des Ventilschiebers 13, 13', 13'' in den Kolben 4 bewirkt.
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Zwischen
dem Bereich 20 größeren Durchmessers
des Ventilschiebers 13, 13', 13'' und
der zylindrischen Bohrungswand der Ringschulter 18 ist
ein Ringspalt vorhanden, der eine Ventilöffnung 24 bildet.
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Der
Ventilschieber 13, 13', 13'' besitzt
einen Übergangsbereich 25, 25', der von dem
Bereich 20 größeren Durchmessers
zum Bereich 22 reduzierten Durchmessers einen sich verringernden
Querschnitt aufweist.
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Bei
den Ausführungsbeispielen
der 2 bis 7 ist dieser Übergangsbereich 25 konusförmig ausgebildet,
während
bei dem Ausführungsbeispiel der 8 bis 11 der Übergangsbereich 25' aus einer zylindrischen
Stufe besteht, deren Durchmesser größer als der des Bereichs 22 reduzierten Durchmessers
und kleiner als der des Bereichs 20 größeren Durchmessers ist.
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Die Übergänge von
dem Bereich 22 reduzierten Durchmessers und dem Bereich 20 größeren Durchmessers
zum Übergangsbereich 25' sind konusförmig ausgebildet.
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Die Übergangsbereiche 25 und 25' sind so angeordnet,
daß sie
bei durch die Betätigungsstange 12 manuell
in den ersten Arbeitsraum 8 ragend verschobenem Ventilschieber 13, 13', 13'' von der Ringkammer 16 aus
ganz oder teilweise in die Ventilöffnung 24 in der ersten
Ringschulter 18 ragen (3, 4, 7, 9 bis 11).
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In
der unbetätigten
Ruheposition (2, 5 und 8)
ist der Ventilschieber 13, 13', 13'' von
dem Druck im Zylinder 1 bis zur Anlage des Anschlags 23 an
dem Kolben 4 verschoben und in dieser Position gehalten.
Dabei ist auch der Dichtring 17 in Anlage an die Ringschulter 18 beaufschlagt.
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Der
Bereich 22 reduzierten Durchmessers befindet sich entweder
vollständig
in der Kammer 14 (2 und 8)
oder ragt darüber
hinaus noch teilweise in die Ringkammer 16 hinein.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
der 2 und 8 befindet sich der Übergangsbereich 25 bzw. 25' in der Ruhelage
der Kolben-Zylindereinheit vollständig in der Kammer 14,
während
bei dem Ausführungsbeispiel
der 5 der Übergangsbereich 25 in der
Ruhelage der Kolben-Zylindereinheit teilweise in die Ringkammer 16 ragt.
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Befindet
sich bei dem Ausführungsbeispiel der 2 bis 4 die
Kolben-Zylindereinheit in der Ruhelage (2), ist
sie in dieser Position blockiert und kann auch durch eine erhöhte Kraft
weder in Einfahr- noch in Ausfahrrichtung der Kolbenstange 11 bewegt
werden.
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Wird
die Betätigungsstange 12 manuell
betätigt
und dadurch der Ventilschieber um den Hub „X” aus seiner Ruheposition (2)
in seine Öffnungsposition
bewegt, kann die Kolbenstange 11 und mit ihr der Kolben 4 in
dem Zylinder 1 verschoben werden.
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Wird
der Kolben 4 durch die Beaufschlagung des Drucks im Arbeitsraum 8 in
Ausfahrrichtung bewegt (3), verbleibt der Dichtring 17 durch
den erhöhten
Druck in dem Arbeitsraum 9 in Anlage an der Ringschulter 18.
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Da
dabei der Dichtring 17 den Übergangsbereich 25 umgibt,
ist zwischen dem Ventilschieber 13 im Übergangsbereich 25 und
dem Dichtring 17 ein Ringspalt 26 geringen Querschnitts
offen, durch den Gas des Arbeitsraums 9 von der Kammer 14 und
der Ringkammer 16 über
die Ventilöffnung 24 in
den ersten Arbeitsraum 8 strömen kann.
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Durch
den geringeren Querschnitt des Ringspalts 26 erfolgt diese
Ausfahrbewegung gedämpft.
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Wird
die Kolbenstange 11 in Einfahrrichtung belastet und dadurch
der Kolben 4 in Einfahrrichtung verschoben (4)
erhöht
sich der Druck in dem ersten Arbeitsraum 8 und verschiebt
den Dichtring 17 zur Anlage an die Ringschulter 19.
Dabei umgibt der Dichtring 17 den Bereich 22 reduzierten
Durchmessers, so daß der
Querschnitt des zwischen dem Ventilschieber 13 und dem
Dichtring 17 gebildeten Ringspalts 27 größer ist
als der Querschnitt des Ringspalts 26.
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Der
Gasstrom von dem Arbeitsraum 8 zum Arbeitsraum 9 erfolgt
durch den Ringspalt 27 weniger restriktiv als durch den
Ringspalt 26, wodurch die Einfahrbewegung ungedämpft erfolgt.
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Bei
Beendigung der Beaufschlagung der Betätigungsstange 12 wird
durch den Druck im Arbeitsraum 8 der Ventilschieber 13 bis
zur Anlage des Anschlags 23 an dem Kolben 4 und
der Dichtring 17 von dem Druck im Arbeitsraum 9 zur
Anlage an der Ringschulter 18 bewegt. Damit ist der Ventildurchgang
geschlossen und die Kolben-Zylindereinheiten in dieser Position
blockiert.
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Die
Funktion bei betätigter
Betätigungsstange 12 und
in den Arbeitsraum 8 ragend verschobenem Ventilschieber 13' des Ausführungsbeispiels
der 5 bis 7 entspricht der Funktion des
Ausführungsbeispiels
der 2 bis 4.
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Befindet
sich der unbetätigte
Ventilschieber 13' in
Ruheposition und wirkt auf die Kolbenstange 11 eine Belastung
in Einfahrrichtung, so wird nach Überschreiten einer bestimmten
Belastungskraft der Dichtring 17 von dem Druck im Arbeitsraum
von der Ringschulter 18 zur Ringschulter 19 verschoben
(6).
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Damit
kann durch einen Ringspalt 28 zwischen dem konusförmigen Übergangsbereich 25 und dem
Dichtring 17 Gas von dem Arbeitsraum 8 zum Arbeitsraum 9 strömen und
Kolbenstange 11 und Kolben 4 trotz nicht betätigter Betätigungsstange 12 in
Einfahrrichtung verschoben werden.
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Die
Funktion des Ausführungsbeispiels
der 8 bis 14 entspricht
wieder der Funktion des Ausführungsbeispiels
der 2 bis 4.
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Die 9 bis 11,
bei denen die obere Hälfte
jeweils bei Einfahrbewegung und die untere Hälfte bei Ausfahrbewegung dargestellt
ist, zeigen, daß bei
toleranzbedingt unterschiedlichen Ventilschiebern 13' aufgrund der
zylindrischen Stufe des Übergangsbereichs 25' keine Beeinträchtigung
der Funktion erfolgt.
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- 1
- Zylinder
- 2
- Boden
- 3
- Anschlußstück
- 4
- Kolben
- 5
- Ringnut
- 6
- Dichtungsring
- 7
- Innenwand
- 8
- erster
Arbeitsraum
- 9
- zweiter
Arbeitsraum
- 10
- Führungs-
und Dichteinheit
- 11
- Kolbenstange
- 12
- Betätigungsstange
- 13
- Ventilschieber
- 13'
- Ventilschieber
- 13''
- Ventilschieber
- 14
- Kammer
- 15
- Verbindungsöffnung
- 16
- Ringkammer
- 17
- Dichtring
- 18
- erste
Ringschulter
- 19
- zweite
Ringschulter
- 20
- Bereich
größeren Durchmessers
- 21
- Bereich
größeren Durchmessers
- 22
- Bereich
reduzierten Durchmessers
- 23
- Anschlag
- 24
- Ventilöffnung
- 25
- Übergangsbereich
- 25'
- Übergangsbereich
- 26
- Ringspalt
- 27
- Ringspalt
- 28
- Ringspalt
- 29
- Verbindungsöffnung