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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Druckbegrenzungsventil zur Begrenzung
eines Primärdrucks auf
einen Sekundärdruck,
das in einem gegebenenfalls weitere Aggregate oder Ventile aufnehmenden Gehäuse untergebracht
ist, beinhaltend wenigstens einen durch eine Druckfeder vorgespannten
Arbeitskolben, welcher einerseits durch den Primärdruck und andererseits durch
den Sekundärdruck
belastet ist und mit einem Ventilsitz derart zusammenwirkt, dass
in einer Durchgangsstellung eine Primärdruckseite mit einer Sekundärdruckseite
in Strömungsverbindung
bringbar und diese Strömungsverbindung
in einer Sperrstellung unterbrochen ist, wobei die Druckfeder an
einem Stützkörper abgestützt ist,
dessen Position mittels einer Stelleinrichtung in einer Stellrichtung
einstellbar ist, um die Vorspannung der Druckfeder zu verändern, gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1.
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Ein
solches ist beispielsweise aus dem Deutschen Gebrauchsmuster
DE 93 14 120.3 bekannt. Solche
Druckbegrenzungsventile dienen bei Schienenfahrzeugen beispielsweise
dazu, einen zuströmenden
Druck (Primärdruck),
beispielsweise einen Steuerdruck C
v auf
eine bestimmte Druckhöhe
(Sekundärdruck)
zu reduzieren oder einzustellen. Durch Veränderung der Position des Stützkörpers in
Stellrichtung kann die Vorspannung der Feder und damit auch die
Höhe des
Sekundärdrucks
eingestellt werden. Diese Position wird bei in Schienenfahrzeugen eingesetzten
Druckbegrenzungsventilen in der Regel dadurch verändert, dass
zwischen den die Druckfeder abstützenden
Stützkörper und
eine Gehäusewand
Scheiben unterschiedlicher Dicke eingelegt werden, so dass eine
Verkürzung bzw.
Längung
der Druckfeder schließlich
eine Änderung
des Sekundärdrucks
bewirkt.
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Bei
Schienenfahrzeugen ist ein solches Druckbegrenzungsventil in der
Regel Teil einer Ventilanordnung und in einem andere Ventile bzw.
Aggregate wie Mindestdruckbegrenzer oder Dreidruckventil enthaltenden
gemeinsamen Gehäuse
verbaut. Im Rahmen einer Vormontage dieser Ventilanordnung wird
der Sekundärdruck
des Druckbegrenzungsventils durch eine Scheibe bestimmter Dicke
voreingestellt und dann der Sekundärdruck im zusammengebauten
Zustand gemessen. Für
eine in der Regel dann fällige
Korrektur des Sekundärdrucks
muss die Ventilanordnung zumindest teilweise demontiert, eine Scheibe
anderer Dicke bzw. weitere Scheiben zwischen den Stützkörper und
die Gehäusewand eingelegt
werden und die Ventileinrichtung schließlich wieder montiert werden,
was mit einem gewissen Arbeits- und Kostenaufwand verbunden ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein
Druckbegrenzungsventil der eingangs erwähnten Art derart weiter zu entwickeln,
dass der Sekundärdruck
einfacher und kostengünstiger
einstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Vorteile der Erfindung
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Die
Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass die Stelleinrichtung ein
in dem Gehäuse
drehbar gelagertes Stellorgan mit einer senkrecht zur Stellrichtung
angeordneten Mittelachse beinhaltet, das von einer Außenseite
des Gehäuses
her drehbetätigbar
ist, wobei eine Einrichtung zur Wandelung der Drehbewegung des Stellorgans
in eine Translationsbewegung des Stützkörpers in Stellrichtung vorgesehen
ist. Hierdurch kann die Vorspannung der Druckfeder von außerhalb
des Gehäuses
auf einfache Weise dadurch erfolgen, dass das Stellorgan verdreht
wird, wobei durch die Drehrichtung festgelegt wird, ob der Sekundärdruck höher oder
niedriger eingestellt wird. Hierzu ist insbesondere keine Demontage
des Gehäuses
mehr notwendig, was gegenüber
dem Stand der Technik in einer signifikanten Kostenerspamis resultiert.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den
unabhängigen Ansprüchen angegebenen
Erfindung möglich.
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Die
Wandelung der Stellbewegung des Stellorgans in eine Translationsbewegung
des Stützkörpers ist
besonders bevorzugt dadurch realisiert, dass das Stellorgan einen
Stellabschnitt mit einer Stellkurve aufweist, gegen welche durch
die Federkraft der Druckfeder eine Stützfläche des Stützkörpers gespannt ist und mit
ihr derart zusammenwirkt, dass abhängig von der Drehstellung des
Stellorgangs unterschiedliche Positionen des Stützkörpers in Stellrichtung realisierbar
sind. Eine solche Stellkurve kann je nach gewünschter Stellcharakteristik
beliebig ausgeführt
sein und beispielsweise durch einen Nocken gebildet werden.
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Bevorzugt
beinhaltet die Stellkurve wenigstens zwei von der Mittelachse des
Stifts mit unterschiedlichem Abstand angeordnete ebene Stellflächen, derart,
dass abhängig
von der Drehlage des Stifts eine jeweils andere Stellfläche an der
Gegenfläche
zur Anlage kommt. Diese ebenen Stellflächen sind auf einfache Weise
herstellbar, was die Kosten weiter senkt.
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Gemäß einer
Fortbildung beinhaltet das Stellorgan einen in einer Bohrung des
Gehäuses drehbar
gelagerten Stift, wobei der Stift in dem Gehäuse derart lösbar gelagert
ist, dass er durch Herausziehen aus der Bohrung gegen einen Stift
mit einer anderen Stellkurve auswechselbar ist. Auf diese Weise
kann auch die Stellcharakteristik in Bezug auf den Sekundärdruck ohne
Demontage des Gehäuses einfach
verändert
werden.
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Falls
dies nicht gewünscht
ist, kann gemäß einer
Alternative das stützflächenseitige
Ende des Stifts einen erweiterten Querschnitt aufweisen, welcher
als Axialsicherung die Stützfläche des
Stützkörpers hintergreift,
so dass dieser aus der Bohrung nicht herausgezogen werden kann.
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Für ein Halten
des Stifts in der Gehäusebohrung
kann es weiterhin dienlich sein, wenn eine im Schwerpunkt angreifende
Gewichtskraft des Stifts eine in Erdbeschleunigungsrichtung weisende
Komponente aufweist. Dann trägt
schon die Gewichtskraft des Stifts dazu bei, dass dieser nicht aus
der Bohrung herausfällt.
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Zur
Drehbetätigung
kann das andere Ende des Stifts eine Angriffsfläche für ein Werkzeug aufweisen. Besonders
bevorzugt soll die Angriffsfläche für ein diesem
Zweck vorbehaltenes Spezialwerkzeug ausgebildet sein, um zu verhindern,
dass der Sekundärdruck
etwa durch Unbefugte verstellt wird.
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Um
ein Eindringen von Schmutz in die Lagerung des Stifts im Gehäuse bzw.
in das Druckbegrenzungsventil zu verhindern, kann der Stift in der
Bohrung derart axial versenkt gelagert sein, dass diese durch eine
Dichtung verschließbar
ist, beispielsweise durch einen herausnehmbaren Gummistopfen.
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Genaueres
geht aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.
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Zeichnung
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Nachstehend
ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigt
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1 eine
Querschnittsdarstellung eines in einem Gehäuse aufgenommenen Druckbegrenzungsventils
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
verwirklicht ist:
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2 eine
Schnittdarstellung entlang der Linie II-II von 1 mit
einem Stellstift;
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3 Ein
Einzeldarstellung des Stellstifts von 2;
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4 eine
Querschnittsdarstellung des Stellstifts entlang der Linie IV-IV
von 3.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
mit der Bezugszahl 1 ein Druckbegrenzungsventil bezeichnet,
wie es beispielsweise bei einer pneumatischen Bremseinrichtung eines Schienenfahrzeugs
dazu verwendet wird, einen zuströmenden
Druck (Primärdruck),
insbesondere einen Steuerdruck Cv auf eine
bestimmte Druckhöhe (Sekundärdruck)
zu reduzieren oder einzustellen. Das Druckbegrenzungsventil 1 ist
beispielsweise zusammen mit weiteren Ventilen einer Ventilanordnung wie
einem Mindestdruckbegrenzungsventil in einem gemeinsamen Gehäuse 2 untergebracht.
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In
dem Gehäuse 2 befindet
sich ein Arbeitskolben 4, welcher mit einer an einem Membranteller 6 anliegenden
Membran 8 im Gehäuse 2 entlang
einer Ventillängsachse 10 verschieblich
gelagert ist. Ein in eine Gehäusebohrung
eingesetzter Deckel 12 sorgt für eine Fixierung der Membran 8 im
Gehäuse 2 und
begrenzt andererseits eine erste Kammer 14, in welcher
der einzustellende Sekundärdruck
ansteht. Die erste Kammer 14 wird weiterhin von der Membran 8 begrenzt.
Die Membran 8 trennt die erste Kammer 14 von einer
zweiten Kammer 16, die über einen
Gehäusekanal 18 mit
der Atmosphäre
in Verbindung steht und weiterhin von einer im Gehäuse 2 gehaltenen
Querwand 20 mit einer Durchgangsöffnung begrenzt wird, durch
welche eine Kolbenstange 22 des Arbeitskolbens 4 dichtend
ragt. An der Kolbenstange 22 ist ein trichterförmiger Federteller 24 gehalten,
gegen welchen sich eine Druckfeder 26 mit ihrem einen Ende
abstützt,
welche mit ihrem anderen Ende gegen einen Stützkörper in Form eines vorzugsweise
ringförmigen
Federtopfes 28 spannt.
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Der
Federtopf 28 ist mit seiner radial äußeren Umfangsfläche in einer
Sacklochbohrung eines Gehäusebodens 30 entlang
der Ventillängsachse 10 um
ein gewisses Maß verschieblich
geführt,
um die auf den Federteller 24 und damit auf den Arbeitskolben 4 ausgeübte Federkraft
einzustellen. Des weiteren umschließt der Federtopf 28 eine
in den Gehäuseboden 30 eingesetzte
Ventilbuchse 32 mit seiner radial inneren Umfangsfläche derart,
dass er gleichzeitig an ihr längsverschieblich
geführt
wird.
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An
einer Stirnfläche
eines beispielsweise im Durchmesser erweiterten Ventilkörperabschnitts 34 der
Kolbenstange 22, an welchem auch ein Ende des trichterförmigen Federtellers 24 gehalten
ist, ist ein Ventilkörper 36 ausgebildet,
welcher mit der Ventilbuchse 32 als Ventilsitz zusammenwirkt.
Im vorliegenden Fall wird der Ventilkörper 36 beispielsweise auch
einen am Ventilkörperabschnitt 34 gehaltenen Ventildichtring
aus Gummi gebildet.
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Nicht
zuletzt ragt die Kolbenstange 22 in die Durchgangsöffnung der
Ventilbuchse 32 hinein, wobei sie mit einer entlang der
Ventillängsachse 10 verlaufenden
Strömungskanal 38 versehen
ist, welcher die erste Kammer 14 mit einer Druckableitung 40 oder
Sekundärseite
verbindet, an welcher der Sekundärdruck
ansteht. Seitlich, d.h. senkrecht zur Ventillängsachse 10 ist eine
Druckzuleitung 42 in Form einer Gehäuseöffnung vorhanden, welche den
auf der Primärseite 40 herrschenden
Primärdruck
in eine dritte Kammer 44 heranführt, in welcher sich der Federteller 24 und
der Ventilkörperabschnitt 34 des
Arbeitskolbens 4 befinden.
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In
das Druckbegrenzungsventil 1 ist weiterhin ein Rückschlagventil 46 integriert,
das beispielsweise aus einem flexiblen Dichtring 48 besteht,
welcher vorspannungsbedingt gegen Mündungen von mehreren aus dem
zentralen Strömungskanal 38 radial
abzweigenden Ringkanälen 50 dichtet.
Bei gleichem Druck in der Druckzuleitung 42 und in der Druckableitung 40,
also bei identischem Primär-
und Sekundärdruck
bleibt das Rückschlagventil 46 infolge
der Vorspannung des Dichtrings 48 geschlossen. Erst wenn
der Sekundärdruck
im Strömungskanal 38 die
Anpresskraft des vorgespannten Dichtrings 48 übersteigt, öffnet sich
das Rückschlagventil 46 und es
kann ein Druckausgleich stattfinden.
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Der
Ventildichtring 36 und der Ventilsitz 32 bilden
die Grenze zwischen Primär- und Sekundärseite 42, 40. Über die
axiale Lage des Federtopfes 28 kann die Spannung der Druckfeder 26 auf
den Arbeitskolben 4 und damit die Höhe des Sekundärdrucks
eingestellt werden.
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Solange
auf der Sekundärseite 40 der
eingestellte Höchstdruck
noch nicht erreicht ist, drückt
die Druckfeder 26 den Arbeitskolben 4 in 1 nach oben.
In dieser Durchgangsstellung des Druckbegrenzungsventils 1,
in welcher der Ventildichtring 36 vom Ventilsitz an der
Ventilbuchse 32 abgehoben ist, steht die Primärseite 42 mit
der Sekundärseite 40 in Strömungsverbindung,
so dass unter der Annahme, dass der Primärdruck größer als der Sekundärdruck ist,
Letzterer ansteigt. Auf der Sekundärseite 40 baut sich
nach einer Weile in der ersten Kammer 14 ein Druck auf,
der den Arbeitskolben 4 in 1 nach unten
schiebt, nachdem er die Kraft der Druckfeder 26 überwunden
hat. Die Bewegung nach unten hält
solange an, bis der Ventildichtring 36 am Ventilsitz der Ventilbuchse 32 anliegt
und damit die Sekundärseite 40 von
der Primärseite 42 getrennt
ist. Dadurch kann keine Druckluft mehr zur Sekundärseite 40 strömen, so
dass auf der Sekundärseite 40 der
eingestellte Höchstdruck
erreicht ist. In diesem Fall herrscht Gleichgewicht zwischen Kolbenkraft
und Federkraft. Eine Änderung
des Primärdrucks
ist daher ohne Wirkung auf die Höhe
des Sekundärdrucks,
solange der Primärdruck
größer als
der Sekundärdruck
ist. Sinkt der Primärdruck
unter den Sekundärdruck,
dann strömt
die Druckluft von der Sekundärseite über das dann
geöffnete
Rückschlagventil 46 zur
Primärseite.
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Eine
Erhöhung
der Federvorspannung der Druckfeder 26 über eine geänderte axiale Position des
Federtopfes 28 führt
zu einem höheren
Sekundärdruck,
eine Verringerung der Federvorspannung zu einem niedrigeren Sekundärdruck.
Eine Änderung der
Vorspannung der Druckfeder 26 wird im vorliegenden Fall
durch eine Änderung
der axialen Position des Federtopfes 28 bewirkt, an welchem
sich die Druckfeder 26 mit ihrem einen Ende abstützt.
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Vor
diesem Hintergrund ist eine Stelleinrichtung 52 zur Änderung
der Federvorspannung vorgesehen, welche ein in dem Gehäuse 2 drehbar
gelagertes Stellorgan 54 mit einer senkrecht zur Stellrichtung
der Druckfeder 26, d.h. senkrecht zur Druckfeder 26 angeordneten
Mittelachse 56 beinhaltet, das von einer Außenseite
des Gehäuses 2 her
drehbetätigbar
ist. Zusätzlich
ist eine Einrichtung zur Wandelung der Drehbewegung des Stellorgans 54 in
eine Translationsbewegung des Federtopfes 28 in Stellrichtung
vorgesehen ist. Das Stellorgan wird bevorzugt durch einen in einer
sich vom Federtopf 28 bis zu einer Oberfläche des
Gehäuses 2 erstreckenden Gehäusebohrung 58 drehbar
gelagerten Stellstift 54 gebildet, welcher am besten in 2 zu
sehen ist.
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Die
Wandelung der Stellbewegung des Stellstifts 54 in eine
Translationsbewegung des Federtopfes 28 wird besonders
bevorzugt dadurch realisiert, dass der Stellstift 54 einen
Stellabschnitt mit einer Stellkurve 60, 62, 64, 66 aufweist,
gegen welche durch die Federkraft der Druckfeder 26 eine
Stützfläche 68 des
Federtopfes 28 gespannt ist und mit ihr derart zusammenwirkt,
dass abhängig
von der Drehstellung des Stellstifts 54 unterschiedliche
axiale Positionen des Federtopfes 28 realisierbar sind.
Eine solche Stellkurve kann je nach gewünschter Stellcharakteristik
beliebig ausgeführt
sein und beispielsweise durch einen Nocken gebildet werden.
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Bevorzugt
beinhaltet die Stellkurve vier von der Mittelachse des Stellstifts 54 mit
unterschiedlichem Abstand angeordnete ebene Stellflächen 60, 62, 64, 66,
derart, dass abhängig
von der Drehlage des Stellstifts 54 eine jeweils andere
Stellfläche 60, 62, 64, 66 an
der Stützfläche 68 zur
Anlage kommt, wie insbesondere 4 veranschaulicht.
Hierdurch wird der Federtopf 28 in eine jeweils andere
axiale Position verschoben und die Druckfeder 26 entsprechend
vorgespannt.
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Dabei
kann der Stellstift 54 in dem Gehäuse 2 derart lösbar gelagert
sein, dass er durch Herausziehen aus der Gehäusebohrung 58 gegen
einen Stellstift 54 mit einer anderen Stellkurve auswechselbar
ist. Auf diese Weise kann auch die Stellcharakteristik in Bezug
auf den Sekundärdruck
ohne Demontage des Gehäuses 2 verändert werden.
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Bevorzugt
weist das stützflächenseitige Ende
des Stellstifts 54 jedoch einen erweiterten Querschnitt
in Form eines Bundes 70 auf, welcher als Axialsicherung
die Stützfläche 68 des
Federtopfes 28 hintergreift, so dass dieser aus der Gehäusebohrung 58 nicht
herausgezogen werden kann.
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Für ein Halten
des Stellstifts 54 in der Gehäusebohrung 58 kann
es weiterhin dienlich sein, wenn eine im Schwerpunkt angreifende
Gewichtskraft des Stell stifts 54 eine in Erdbeschleunigungsrichtung
weisende Komponente aufweist. Dann trägt schon die Gewichtskraft
des Stellstifts 54 dazu bei, dass dieser nicht aus der
Gehäusebohrung 58 herausfällt. Im
vorliegenden Fall weist der Stellstift 54 in Bezug zur
Erdbeschleunigungsrichtung Schräglage auf,
so dass dieses Kriterium erfüllt
ist.
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Zur
Drehbetätigung
weist das andere Ende des Stellstifts 54 eine Angriffsfläche 72 für ein Werkzeug
auf. Diese Angriffsfläche
ist beispielsweise für ein
diesem Zweck vorbehaltenes Spezialwerkzeug ausgebildet, um zu verhindern,
dass der Sekundärdruck
etwa durch Unbefugte verstellt wird.
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Um
ein Eindringen von Schmutz in die Gehäusebohrung 58 bzw.
in das Druckbegrenzungsventil 1 zu verhindern, kann der
Stellstift 54 in der Bohrung 58 derart axial versenkt
gelagert sein, dass diese durch eine Dichtung verschließbar ist,
beispielsweise durch einen herausnehmbaren Gummistopfen. Weiterhin
kann in einer radial äußeren Ringnut
des Stellstifts 54 eine Dichtung vorzugsweise in Form eines
O-Rings 74 gehalten sein, der gegen die radial innere Umfangsfläche der
Gehäusebohrung 58 dichtet.
Dieser O-Ring 74 sorgt dann zum einen dafür, dass
von außen
kein Schmutz in die Gehäusebohrung 58 eindringen
kann. Zum andern dichtet er den unterhalb des Federtopfes 28 wirkenden
Vorratsdruck gegen die Umgebung ab.
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- 1
- Druckbegrenzungsventil
- 2
- Gehäuse
- 4
- Arbeitskolben
- 6
- Membranteller
- 8
- Membran
- 10
- Ventillängsachse
- 12
- Deckel
- 14
- erste
Kammer
- 16
- zweite
Kammer
- 18
- Gehäusekanal
- 20
- Querwand
- 22
- Kolbenstange
- 24
- Federteller
- 26
- Druckfeder
- 28
- Federtopf
- 30
- Gehäuseboden
- 32
- Ventilbuchse
- 34
- Ventilkörperabschnitt
- 36
- Ventilkörper
- 38
- Strömungskanal
- 40
- Druckableitung
- 42
- Druckzuleitung
- 44
- dritte
Kammer
- 46
- Rückschlagventil
- 48
- Dichtring
- 50
- Ringkanäle
- 52
- Stelleinrichtung
- 54
- Stellstift
- 56
- Mittelachse
- 58
- Gehäusebohrung
- 60
- Stellkurve
- 62
- Stellkurve
- 64
- Stellkurve
- 66
- Stellkurve
- 68
- Stützfläche
- 70
- Bund
- 72
- Angriffsfläche
- 74
- O-Ring