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Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Vorsteuergerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Derartige hydraulische Vorsteuergeräte mit Druckregelventilen dienen insbesondere zur Druckbeaufschlagung und somit zur Einstellung von Ventilschiebern von Ventilen bzw. Hauptstufen, auf denen vergleichsweise hohe Druckkräfte lasten. Dazu weisen die Vorsteuergeräte Joysticks bzw. Handgriffe auf, über die jeweilige Regelkolben der Druckregelventile eingestellt werden.
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Die
DE 196 22 948 A1 zeigt ein Druckregelventil eines derartigen hydraulischen Vorsteuergerätes. Dabei wird (gemäß
1) ein am Anschluss P anliegender Steuerdruck ganz oder teilweise an einen Arbeitsanschluss A übertragen, wenn ein Regelkolben über einen Stößel in eine Öffnungsrichtung verschoben wird.
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Nachteilig an derartigen hydraulischen Vorsteuergeräten ist, dass durch unterschiedliche Druckangriffsflächen und durch verschiedene Federn dabei der Regelkolben zu Schwingungen angeregt werden kann. Dies wird dadurch begünstigt, dass der Regelkolben aus Eisen besteht und damit vergleichsweise viel Masse hat. Weiterhin, wird die Schwingungsanregung dadurch begünstigt, dass der Regelkolben einen vergleichsweise langen Hals hat, über den ein Hauptabschnitt des Regelkolbens mit dem Stößel verbunden ist.
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Die
DE 103 24 051 A1 zeigt ein Druckreduzierventil, dessen als Stufenkolben ausgebildeter Regelkolben vergleichsweise stark gedämpft ist. Dazu ist ein Dämpfungskanal mit einem Dämpfungsstift vorgesehen. Dadurch wird die Stabilität des Regelkreises erhöht, gleichzeitig entstehen aber auch Nachteile, wie zum Beispiel geringere Ansprechgeschwindigkeit.
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Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Stabilität besteht darin, die Regelkreisverstärkung gemäß der
FR 2 857 705 B1 zu verringern.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Vorsteuergerät mit zumindest einem Druckregelventil zu schaffen, bei dem die Stabilität des Regelkreises durch einen direkt wirkenden Parameter erhöht wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein hydraulisches Vorsteuergerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Das erfindungsgemäße hydraulische Vorsteuergerät hat zumindest ein über eine Betätigungseinrichtung steuerbares Druckregelventil, das einen über einen Hals mit einem Stößel verbundenen Regelkolben aufweist. Dabei steht der Stößel mit der Betätigungseinrichtung in Wirkverbindung. Erfindungsgemäß ist der Hals am Stößel befestigt. Dadurch wird die Masse des zu Schwingungen neigenden Regelkolbens gegenüber dem Stand der Technik verringert. Somit wird ein direkt wirkender Parameter des Regelkreises des Druckregelventils derart verändert, dass die Schwingungsanregung des Regelkolbens verringert wird. Dadurch wird z. B. auch die Geräuschentwicklung des erfindungsgemäßen hydraulischen Vorsteuergeräts verringert.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung besteht jeder Regelkolben im Wesentlichen aus Aluminium oder Kunststoff. Dadurch sind dessen Masse und damit die Schwingungsanregung gegenüber Stahl weiter verringert.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung sind jeder Stößel und der zugeordnete Regelkolben von der Betätigungseinrichtung in einer Öffnungsrichtung des Regelkolbens verschiebbar. Dabei ist zwischen jedem Hals und dem zugeordneten Regelkolben eine schubelastische Verbindung vorgesehen.
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Die schubelastische Verbindung ist vorzugsweise durch eine Regelfeder und durch einen an einem Endabschnitt des Halses befestigten und in eine an einem ersten Endabschnitt des Regelkolbens angeordnete Ausnehmung eingesetzten Kopf gebildet. Die Regelfeder stützt sich dabei am Stößel ab und spannt den Regelkolben in Öffnungsrichtung vor. Der Kopf ist in der Ausnehmung gegen die Kraft der Regelfeder in Öffnungsrichtung verschiebbar aufgenommen. Dadurch ist ein Drucksprung an einem Arbeitsanschluss des zugeordneten Druckregelventils während eines ersten Teils eines Verstellweges der Bedieneinheit bzw. des Stößels möglich.
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Es wird besonders bevorzugt, wenn jeder Kopf bei Verschiebung des zugeordneten Stößels in Öffnungsrichtung in Anlage mit einer Stirnfläche der Ausnehmung bringbar ist. Dadurch ist ab einer vorbestimmten Differenz aus einer Kraft der Regelfeder und dagegen wirkenden Druckkräften eine direkte bzw. ungefederte Verschiebung des Regelkolbens in Öffnungsrichtung gegeben, wodurch sich ein Drucksprung am Arbeitsanschluss ergibt.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung hat jedes Druckregelventil eine Rückstellfeder, die sich an einem Gehäuse des Vorsteuergerätes oder des zugeordneten Druckregelventils abstützt, und die den Stößel in eine Schließrichtung vorspannt. Damit wird eine Kraft in Schließrichtung des Druckregelventils gegen eine am Bedienelement wirkende Handkraft erzeugt um das Druckregelventil nach einer Betätigung wieder zu schließen.
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Es wird bevorzugt, wenn jede Ausnehmung in Schließrichtung von einer Rückholanlage begrenzt ist, mit der der zugeordnete Kopf in Anlage gebracht werden kann. Damit kann der Regelkolben von der Rückstellfeder über den Stößel, den Hals, den Kopf und die Rückholanlage in Schließrichtung gezogen werden.
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Aus Gründen einer einfachen Montage bzw. Verbindung des Stößels mit dem Regelkolben kann jeder erste Endabschnitt des Regelkolbens eine seitliche Durchgangsöffnung aufweisen, durch die der Kopf in die Ausnehmung einsetzbar ist.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist der Regelkolben ein Stufenkolben, der eine in Öffnungsrichtung wirksame erste Ringfläche und eine in Schließrichtung wirksame zweite Ringfläche hat, die beide vom Druck eines Arbeitanschlusses des Druckregelventils beaufschlagt sind. Dabei ist die erste Ringfläche kleiner als die zweite Ringfläche. Dadurch ist eine in Schließrichtung wirkende Druckkraft am Regelkolben erzeugt.
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Bei einem praxisnahen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vorsteuergerätes sind vier Druckregelventile vorgesehen, wobei jeweils zwei Druckregelventile über ihre zugeordneten Arbeitsanschlüsse mit einem Steuerschieber eines Verbrauchers bzw. einer Hauptstufe verbunden sind.
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Es wird bevorzugt, wenn jedes Druckregelventil einen Steuerdruckraum und einen Tankdruckraum und einen dazwischen angeordneten Arbeitsdruckraum hat, wobei mehrere Steuerdruckräume mit einem gemeinsamen Steuerdruckanschluss des Vorsteuergerätes und mehrere Tankdruckräume mit einem gemeinsamen Tankanschluss des Vorsteuergerätes verbunden sind.
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Zum Druckausgleich wird es bevorzugt, wenn jeder Regelkolben eine Längsbohrung aufweist, wobei ein zwischen dem Gehäuse und einem vom jeweiligen Stößel abgewandten zweiten Endabschnitt des Regelkolbens angeordneter Raum über die Längsbohrung und über die Durchgangsöffnung mit dem Tankdruckraum verbunden ist.
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Bei einem praxisnahen Ausführungsbeispiel hat die Betätigungseinrichtung einen Joystick. Wenn das erfindungsgemäße hydraulische Vorsteuergerät in einem Bagger, Baggerlader, Teleskoplader, Radlader, Kompaktlader oder Kran angeordnet ist, ist die über die Schwingungsreduzierung erreichte Geräuschreduzierung besonders vorteilhaft für einen Fahrer bzw. Bediener.
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Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
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1 einen wesentlichen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen hydraulischen Vorsteuergerätes im seitlichen Schnitt, wobei ein Druckregelventil gemäß dem Stand der Technik und ein erfindungsgemäßes Druckregelventil kombiniert dargestellt sind;
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2a einen vergrößerten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels gemäß 1 in einem weiteren seitlichen Schnitt; und
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2b eine Detailvergrößerung der schubelastischen Verbindung aus 2a.
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1 zeigt einen wesentlichen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen hydraulischen Vorsteuergerätes im seitlichen Schnitt. In einem Gehäuse 1 sind vier als Druckregelventile ausgebildete Vorsteuerventile angeordnet, von denen in 1 nur zwei Druckregelventile 2a, 2b dargestellt sind. Die Druckregelventile 2a, 2b werden über einen kippbaren Betätigungsteller 4 betätigt, der um eine (1) waagerecht verlaufende erste Kippachse 6a und über eine senkrecht zur Zeichenebene angeordnete zweite Kippachse 6b gegenüber dem Gehäuse 1 geneigt werden kann. Dies geschieht über einen oberhalb des Betätigungstellers 4 an diesem befestigten Joystick, von dem in 1 nur ein vergleichsweise kleiner Teil 8 gezeigt ist. An diesem Teil 8 ist ein Handgriff montiert, über den der Betätigungsteller 4 um die beiden Kippachsen 6 geneigt werden kann.
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Die beiden Druckregelventile 2a, 2b sind in ihren jeweiligen Neutralstellungen gezeigt, in denen ein jeweiliger Regelkolben 10a, 10b in einer oberen Schließstellung im Gehäuse 1 angeordnet ist, wodurch ein jeweiliger Arbeitsdruckraum 12a, 12b und damit ein jeweils zugeordneter (nicht gezeigter) Arbeitsanschluss nicht mit Steuerdruck versorgt wird. Dazu ist eine Druckmittelverbindung vom zentralen Steuerdruckanschluss P des erfindungsgemäßen Vorsteuergerätes über die den jeweiligen Druckregelventilen 2a, 2b zugeordneten Steuerdruckräume 14a, 14b zu den jeweiligen Arbeitsdruckräumen 12a, 12b durch den Regelkolben 10a, 10b abgesperrt.
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Der Arbeitsdruckraum 12a, 12b ist in der gezeigten Neutralstellung über (nicht gezeigte) Steuernuten des Regelkolbens 10a, 10b mit einem jeweiligen Tankdruckraum 16a, 16b verbunden und somit druckentlastet. Die Tankdruckräume 16a, 16b sind über einen gemeinsamen (nicht gezeigten) Tankanschluss des Vorsteuergerätes mit einem (nicht gezeigten) Tank verbunden. Weiterhin sind die Tankdruckräume 16a, 16b über eine Verschlussschraube bzw. über einen Stopfen 18 von den Steuerdruckräumen 14a, 14b und damit vom Steuerdruckanschluss P getrennt.
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Jeder Regelkolben 10a, 10b ist über eine schubelastische Verbindung 20a, 20b und über einen Hals 22a, 22b mit einem Stößel 24a, 24b verbunden. Der Stößel 24a, 24b wird über eine Rückstellfeder 26a, 26b und über einen Ring 27a, 27b (in 1) nach oben in die Neutralstellung vorgespannt. Dazu stützt sich die Rückstellfeder 26a, 26b an einem Radialbund des Gehäuses 1 ab. Dadurch wird auch der Regelkolben 10a, 10b gegen eine (in 1) nach unten gerichtete Kraft einer Regelfeder 28a, 28b in seine Neutralstellung gezogen.
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Das Ziehen in Neutralstellung geschieht bei dem in 1 rechts dargestellten erfindungsgemäßen Druckregelventil 2b über den am Stößel 24a befestigten Hals 22a, an dessen dem Regelkolben 10a zugewandten Endabschnitt ein durch eine radiale Erweiterung gebildeter Kopf 30a angebracht ist. Der Kopf 30a hintergreift eine Rückholanlage 32a eines benachbarten ersten Endabschnitts 33a des Regelkolbens 10a.
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2a zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Druckregelventils 2a in einem weiteren seitlichen Schnitt, des gegenüber dem Schnitt der 1 um 90 Grad angestellt ist. Dabei ist der Stößel 24a mit dem Hals 22a und mit dem Kopf 30a wiederum in seiner Neutralstellung gezeigt. Zur Führung einer (in 2a) nach unten gerichteten Bewegung des Stößels 24a ist eine gehäusefeste buchsenförmige Stößelführung 34a vorgesehen.
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Weiterhin ist der Ring 27a gezeigt, über den der Stößel 24a von der (in 2a nicht gezeigten) Rückstellfeder 26a (in 2a) nach oben in Schließrichtung vorgespannt ist.
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Im Inneren des Rings 27a ist eine Ringscheibe 36a konzentrisch angeordnet, an der sich die Regelfeder 28a gegen den Stößel 24a abstützt und dabei den Regelkolben 10a in Öffnungsrichtung vorspannt. Am ersten Endabschnitt 33a des Regelkolbens 10a ist eine stirnseitige konzentrische Ausnehmung 38a eingebracht, deren Durchmesser etwa demjenigen des Kopfes 30a entspricht. An einer Stirnseite des ersten Endabschnitts 33a ist die Ausnehmung 38a radial enger gestuft, wodurch eine Rückholanlage 32a gebildet ist. In der gezeigten Neutralstellung liegt der Kopf 30a an der Rückholanlage 32a an.
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Die Ausnehmung 38a hat an ihrer der Rückholanlage 32a gegenüberliegende Seite eine Stirnfläche 40a, wobei ein vorbestimmter Abstand zwischen Kopf 30a und Stirnfläche 40a vorgesehen ist. Durch diesen Abstand ist eine Wegstrecke des Stößels 24a in Öffnungsrichtung des Druckregelventils 2a definiert, entlang dem – abgesehen von Druckkräften – lediglich eine Kraft der Regelfeder 28 wirksam ist. Bei weiter gehender Öffnungsbewegung des Stößels 24a gerät der Kopf 30a in Anlage mit der Stirnfläche 40a und unterstützt dann die (in den Figuren) nach unten gerichtete Öffnungsbewegung des Regelkolbens 10a. Damit ist am Ende eines Regelbereiches des erfindungsgemäßen hydraulischen Vorsteuergerätes ein Drucksprung am jeweiligen Arbeitsdruckraum 12a bzw. am zugeordneten Arbeitsdruckanschluss möglich.
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Bei einem Zurückschwenken des (nicht gezeigten) Joysticks um die zweite Kippachse 6b (vgl. 1) von einer nach rechts angenommenen Neigung bewegt sich aus vorbeschriebenen Gründen der Stößel 24a (in den Figuren) nach oben, wobei der Kopf 30a in Anlage mit der Rückholanlage 32a gelangt und dabei den Regelkolben 10a über die Rückholanlage 32a mitnimmt.
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Der Regelkolben 10a ist ein Stufenkolben mit zwei vom Druck des Arbeitsdruckraums 12a beaufschlagten Ringflächen 42a, 44a (vgl. 2), wobei die in Schließrichtung des Regelkolbens 10a wirkende zweite Ringfläche 44a größer ist als die in Öffnungsrichtung wirkende erste Ringfläche 42a.
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Die der ersten Ringfläche 42a zugeordnete erste Steuerkante steuert die Druckmittelverbindung vom Steuerdruckraum 14a zum Arbeitsdruckraum 12a während die der zweiten Ringfläche 44a zugeordnete zweite Steuerkante die Druckmittelverbindung vom Arbeitsdruckraum 12a zum Tankdruckraum 16a steuert. Dabei ist auch in der Neutralstellung ein (vergleichsweise geringer) Querschnitt zwischen dem Arbeitsdruckraum 12a und dem Tankdruckraum 16a geöffnet.
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1 zeigt einen Abschlussstopfen 46a, der im Gehäuse 1 eingeschraubt ist und der zusammen mit einem zweiten Endabschnitt 48a des Regelkolbens 10a einen Raum 50a begrenzt.
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2a zeigt, dass der Raum 50a über eine Längsbohrung 52a mit der Ausnehmung 38a verbunden ist.
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2b zeigt eine Detailvergrößerung der schubelastischen Verbindung 20a in einer Schnittansicht gemäß 2a. Dabei ist seitlich am ersten Endabschnitt 33a des Regelkolbens 10a eine radiale Durchgangsöffnung 54a vorgesehen. Damit ist der Raum 50a über die Längsbohrung 52a, die Ausnehmung 38a und die seitliche Durchgangsöffnung 54a mit dem Tankdruckraum 16a (vgl. 1) verbunden und somit entlastet.
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2a zeigt die Durchgangsöffnung 54a, die teilweise in der Rückholanlage 32a und teilweise im Bereich der Ausnehmung 38a ausgebildet ist. Die Durchgangsöffnung 54a ermöglicht bei der Montage bzw. beim Zusammensetzen des Stößels 24a mit dem Regelkolben 10a ein radiales Einschieben des Kopfs 30a in die Ausnehmung 38a.
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1 verdeutlicht durch einen Vergleich des (in der Figur) rechts dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels des Druckregelventils 2a mit einem (in der Figur) links dargestellten Beispiel eines Druckregelventils 2b gemäß dem Stand der Technik. Der Hals 22b und der Kopf 30b, die gemäß dem Stand der Technik am Regelkolben 10b befestigt sind, sind erfindungsgemäß von diesem abgetrennt und dem Stößel 24a zugeordnet. Dadurch sind das Volumen und damit die Masse des erfindungsgemäßen Stößels 10a gegenüber dem Stößel 10b deutlich verringert. In Versuchen hat sich bestätigt, dass diese Verringerung der Masse zu einer deutlich geringeren Schwingungsanregung des Regelkolbens 10a und damit des erfindungsgemäßen hydraulischen Vorsteuergerätes führt.
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Durch Versuche hat sich weiterhin herausgestellt, dass ein hydraulisches Vorsteuergerät, bei dessen Druckregelventilen die Hälse nicht erfindungsgemäß am Stößel befestigt sind, sondern bei denen gemäß dem Stand der Technik die Hälse am jeweiligen Regelkolben befestigt sind, ebenfalls einen gute Schwingungsdämpfung zeigt, wenn die Regelkolben aus einem leichterem Material gefertigt sind. Dazu zählen insbesondere Aluminium und Kunststoff.
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Offenbart ist ein hydraulisches Vorsteuergerät, das zumindest ein über eine Betätigungseinrichtung steuerbares Druckregelventil aufweist, das wiederum einen über einen Hals mit einem Stößel verbunden Regelkolben aufweist. Dabei steht der Stößel mit der Betätigungseinrichtung in gefederter Wirkverbindung. Erfindungsgemäß ist der Hals am Stößel befestigt. Dadurch wird die Masse des zu Schwingungen neigenden Regelkolbens gegenüber dem Stand der Technik verringert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2a, 2b
- Druckregelventil
- 4
- Betätigungsteller
- 6a
- erste Kippachse
- 6b
- zweite Kippachse
- 8
- Teil eines Joysticks
- 10a, 10b
- Regelkolben
- 12a, 12b
- Arbeitsdruckraum
- 14a, 14b
- Steuerdruckraum
- 16a, 16b
- Tankdruckraum
- 18
- Stopfen
- 20a, 20b
- schubelastische Verbindung
- 22a, 22b
- Hals
- 24a, 24b
- Stößel
- 26a, 26b
- Rückstellfeder
- 27a, 27b
- Ring
- 28a, 28b
- Regelfeder
- 30a, 30b
- Kopf
- 32a
- Rückholanlage
- 33a
- erster Endabschnitt
- 34a
- Stößelführung
- 36a
- Ringscheibe
- 38a
- Ausnehmung
- 40a
- Stirnfläche
- 42a
- erste Ringfläche
- 44a
- zweite Ringfläche
- 46a
- Abschlussstopfen
- 48a
- zweiter Endabschnitt
- 50a
- Raum
- 52a
- Längsbohrung
- 54a
- Durchgangsöffnung
- P
- Steuerdruckanschluss
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19622948 A1 [0003]
- DE 10324051 A1 [0005]
- FR 2857705 B1 [0006]
