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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Zugmittelspanner für einen Zugmitteltrieb, vorzugsweise einen Ketten- oder Riementrieb, eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, Lkws, Busses oder landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges, mit einem Gehäuse, einem innerhalb dieses Gehäuses axial / in axialer Richtung des Gehäuses verschiebbar gelagerten Spannkolben sowie einer Federeinrichtung, mittels der der Spannkolben in einer Ausfahrrichtung aus dem Gehäuse hinaus elastisch vorgespannt ist.
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Gattungsgemäße Zugmittelspanner sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. In diesem Zusammenhang offenbart beispielsweise die
WO 2010/006821 A1 ein hydraulisches Spannelement, das in Spannsystemen von Zugmitteltrieben, insbesondere Kettentrieben von Brennkraftmaschinen eingesetzt ist, aufweisend einen Zylinder und einen im Zylinder geführten, druckbeaufschlagten Kolben, der mittelbar oder unmittelbar mit einem Zugmittel, vorzugsweise einer Kette zusammenwirkt, wobei der Kolben zumindest einen hohlzylindrischen Abschnitt besitzt, in dem eine Überdruckeinheit integriert ist, die ein Überdruckventil umfasst. Das Überdruckventil ist mittels eines Sicherungselementes kraft- und/oder formschlüssig an der Innenwand des hohlzylindrischen Abschnittes fixiert.
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Bei solchen gattungsgemäßen Zugmittelspannern hat es sich jedoch als nachteilig herausgestellt, dass insbesondere, wenn der Zugmittelspanner über eine längere Dauer hinweg nicht mehr im Betrieb gewesen ist, bspw. bei längeren Stillstandzeiten der Verbrennungskraftmaschine / des Kraftfahrzeuges, dass das Hydraulikmittel aus dem Zugmittelspanner / aus der durch den Spannkolben und dem Gehäuse gebildeten Druckkammer entweichen kann. Wird daraufhin mit einem solch entleerten Zugmittelspanner die Verbrennungskraftmaschine wieder in Betrieb genommen, hat es sich herausgestellt, dass der Spannkolben in der Startphase der Verbrennungskraftmaschine aufgrund der noch nicht ausreichend hohen Dämpfungs- / Vorspannkraft durch das Hydraulikmittel auf Anschlag mit dem Gehäuse, insbesondere einem Gehäuseboden des Gehäuses, geraten kann. Dies führt nicht nur zu einem unerwünschten Anschlagsgeräusch während der Startphase der Verbrennungskraftmaschine, sondern kann sogar bei einer nicht ausreichenden Dimensionierung des Spannkolbens bzw. des Gehäuses zu einer Beschädigung des Spannkolbens bzw. des Gehäuses führen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere einen Zugmittelspanner zur Verfügung zu stellen, der auch bei einer längeren Stillstandzeit eine ausreichend hohe Spannkraft des Spannkolbens bereitstellt.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Federspanneinrichtung mehrere, in Reihe (d.h. in axialer Richtung nebeneinander) angeordnete Druckfedern aufweist, wovon eine Hauptdruckfeder derart in ihrer Federhärte und Federlänge auf zumindest eine Hilfsdruckfeder abgestimmt ist, dass bei Überschreiten einer auf den Spannkolben wirkenden, die Hauptdruckfeder auf Block zusammenstauchenden, ersten Blockspannkraft die zumindest eine Hilfsdruckfeder zusätzlich entgegen der Ausfahrrichtung elastisch komprimierbar ist.
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Dadurch ist gewährleistet, dass der Spannkolben mittels der Hauptdruckfeder hauptsächlich die üblichen Betriebslasten sicher abfedert. Bei zusätzlich auftretenden, außergewöhnlich hohen Kräften, die den Spannkolben in das Gehäuse hinein drücken, wie etwa beim Motorstart, bei dem die Druckkammer auch noch nicht vollständig befüllt ist, wirkt dann nach Erreichen der Blocklänge der Hauptdruckfeder die Hilfsdruckfeder zusätzlich, so dass der Spannkolben weiter elastisch verschiebbar bleibt und stets beabstandet zu dem Gehäuse gehalten ist. Dadurch wird eine Beschädigung des Zugmittelspanners im Betrieb besonders effektiv vermieden.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Hauptdruckfeder weiterhin als Schraubenfeder ausgestaltet ist. Dadurch ist der Spannkolben in einem relativ großen Verschiebebereich mit einer im Wesentlichen linearen Vorspannkraft vorgespannt, was wiederum eine besonders effektive Vorspannung des Spannkolbens ermöglicht.
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Ist die zumindest eine Hilfsdruckfeder als Federscheibe / Scheibenfeder ausgebildet, ist die Federeinrichtung besonders kostengünstig herstellbar.
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In diesem Zusammenhang ist es auch zweckmäßig, wenn die Federscheibe konisch und / oder gewellt / wellenförmig ausgeformt ist. Dadurch ist die Federscheibe besonders kompakt in dem Spannkolben integriert.
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Ist der Spannkolben in seiner axialen Erstreckung derart auf die Hauptdruckfeder sowie die zumindest eine Hilfsdruckfeder abgestimmt, dass er mit seiner, einem Gehäuseboden des Gehäuses zugewandten Stirnseite, bei Überschreiten der ersten Blockspannkraft und/oder bei Überschreiten einer, die zumindest eine Hilfsdruckfeder auf Block zusammenstauchenden, zweiten Blockspannkraft beabstandet zum Gehäuseboden angeordnet / abgestützt / gehalten ist, ist der Spannkolben vor einem Kontakt mit dem Gehäuse besonders effektiv geschützt.
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Ist die Federhärte der zumindest einen Hilfsdruckfeder zudem höher (vorzugsweise mehr als doppelt so hoch) wie / als die Federhärte der Hauptdruckfeder, ist der Spannkolben bei einem Zusammenstauchen der Druckfedern über die Blocklänge der Hauptdruckfeder hinaus besonders stabil abgestützt.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn in diesem Zusammenhang zwei Hilfsdruckfedern in Reihe zu der Hauptdruckfeder angeordnet sind. Dadurch ist eine besonders effektive Abstützung des Spannkolbens umgesetzt.
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In diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, wenn die beiden Hilfsdruckfedern jeweils als (vorzugsweise konisch, weiter bevorzugt als gewellt ausgeformte) Federscheiben ausgebildet sind. Dadurch ist der Bauraum, der durch die Hilfsdruckfedern beansprucht wird, ebenfalls besonders kompakt ausgeführt.
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Sind die beiden Hilfsdruckfedern (vorzugsweise unmittelbar) in axialer Richtung des Spannkolbens aneinander abgestützt, ist die Federeinrichtung noch kompakter ausgebildet.
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In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn eine erste Hilfsdruckfeder der beiden Hilfsdruckfedern in axialer Richtung des Spannkolbens (vorzugsweise unmittelbar) an der Hauptdruckfeder abgestützt ist und eine zweite Hilfsdruckfeder der beiden Hilfsdruckfedern in axialer Richtung des Spannkolbens (vorzugsweise unmittelbar) an einem Abstützbereich des Spannkolbens abgestützt ist. Damit ist die Federeinrichtung in ihrem Aufbau weiter vereinfacht.
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In anderen Worten ausgedrückt ist somit ein hydraulischer Spanner / Zugmittelspanner umgesetzt, der besonders für Kettentriebe geeignet ist. Um die Anschlaggeräusche nach einem Motorstart / einem Start der Verbrennungskraftmaschine im Fall, dass ein Hydraulikmittel aus der Druckkammer ausgeschieden ist, zu reduzieren, ist erfindungsgemäß eine Kombination aus einer Hauptspannfeder (Hauptdruckfeder) und einer Nebenspannfeder (umfassend zwei Hilfsdruckfedern), die in Reihe geschaltet sind, umgesetzt. Die Nebendruckfeder besteht dabei vorzugsweise aus zwei konischen Federscheiben, wodurch Motorgeräusche nach dem Motorstart deutlich reduziert werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Figuren näher beschrieben, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsbeispiele erläutert sind.
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Es zeigen:
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1 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen hydraulischen Zugmittelspanners nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel, in welcher Darstellung erkennbar ist, wie die Hauptdruckfeder sowie die beiden Hilfsdruckfedern der in dem Zugmittelspanner integrierten Federeinrichtung angeordnet sowie aufgebaut sind, wobei die Hauptdruckfeder bereits auf Block zusammengestaucht ist, und
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2 eine Längsschnittdarstellung des Zugmittelspanners nach 1, wobei nun die schematisch dargestellte Hauptdruckfeder entlastet ist und der Spannkolben maximal ausgefahren ist, wobei hierin eine geringere Spannkraft auf den Spannkolben entgegen seiner Ausfahrrichtung wirkt als in 1.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In der 1 ist der erfindungsgemäße Zugmittelspanner 1 dargestellt. Der Zugmittelspanner 1 ist als hydraulischer Zugmittelspanner 1 ausgebildet. Der Zugmittelspanner 1 dient im Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine, etwa eines Otto- oder Dieselmotors eines Kraftfahrzeuges zum Spannen eines Zugmittels / Zugmitteltriebs, nämlich einer Kette / eines Kettentriebs der Verbrennungskraftmaschine. Der hydraulische Zugmittelspanner 1 weist dabei auf übliche Weise ein Gehäuse 2 auf, innerhalb dessen ein Spannkolben 3 angeordnet und in axialer Richtung einer zylindrischen Innenwandung 12 des Gehäuses 2 verschiebbar gelagert ist. Die Innenwandung 12 des Gehäuses 2 ist durch eine radiale Innenseite einer hülsenartigen Seitenwand ausgebildet. Die Innenwandung 12 erstreckt sich entlang einer gedachten Längsachse 13 des Zugmittelspanners / des Gehäuses 2. Entlang dieser Längsachse 13 ist der Spannkolben 3 innerhalb des Gehäuses 2 / der Innenwandung 12 in axialer Richtung verschiebbar aufgenommen.
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Der Spannkolben 3 ragt mit seinem einem Gehäuseboden 9 des Gehäuses 2 abgewandten ersten (axialen) Endbereich 15 aus einer Öffnung des Gehäuses 2 hinaus. Mit diesem ersten Endbereich 15 ist der Spannkolben 3 auf übliche Weise zum mittelbaren, bspw. über einen Spannhebel, oder unmittelbaren Spannen des Zugmittels des Zugmitteltriebes vorbereitet. Mit einem dem ersten Endbereich 15 abgewandten zweiten Endbereich 16 ist der Spannkolben 3 in dem Gehäuse 2 eingeschoben. Axial zwischen dem sich in radialer Richtung von der Innenwandung 12 nach innen weg erstreckenden Gehäuseboden 9 und dem Spannkolben 3 ist dabei auf übliche Weise eine hydraulische Druckkammer 17 ausgebildet, in der im Betrieb Hydraulikmittel, etwa Motoröl eingefüllt ist. In Abhängigkeit des Druckes dieses Hydraulikmittels ist der Spannkolben 3 im Betrieb des Zugmittelspanners 1 / der Verbrennungskraftmaschine in seiner Einfahrrichtung, d.h. in einer Bewegungsrichtung mit dem zweiten Endbereich 16 in das Gehäuse 2 hinein, hydraulisch vorgespannt / gedämpft.
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Zur weiteren, elastischen Vorspannung des Spannkolbens 3 bei einer Bewegung / Verschiebung in seiner Einfahrrichtung ist eine Federeinrichtung 4 vorgesehen, die den Spannkolben 3 weiter vorspannt. Die Federeinrichtung 4 drückt mit einer Vorspannkraft auf den Spannkolben 3 in seiner Ausfahrrichtung, d.h. in seiner Bewegungsrichtung aus dem Gehäuse 2 hinaus. Die Federeinrichtung 4 besteht erfindungsgemäß aus mehreren, nämlich drei Druckfedern 5, 6a und 6b. Diese Druckfedern 5, 6a, 6b sind in Reihe zueinander angeordnet, d.h. in axialer Richtung nebeneinander / aufeinanderfolgend angeordnet / aneinandergereiht. Eine erste Druckfeder ist als Hauptdruckfeder 5 ausgebildet. Die Hauptdruckfeder 5 ist wiederum als Schraubenfeder ausgeformt.
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Die Hauptdruckfeder 5 liegt mit einem dem Gehäuseboden 9 zugewandten, ersten Ende unmittelbar an einem gehäusebodenfesten Gegenabstützbereich, hier einem kappenartigen, an dem Gehäuseboden 9 befestigten Aufnahmekörper 14 eines Rückschlagventils 18 an. Mit einer diesem ersten Ende abgewandten zweiten Ende liegt die Hauptdruckfeder 5 dann unmittelbar an einer ersten Hilfsdruckfeder 6a an. Die erste Hilfsdruckfeder 6a ist als eine Federscheibe 7 / scheibenförmige Blattfeder ausgebildet. Die erste Hilfsdruckfeder 6a ist im entspannten / unbelasteten Zustand konisch ausgeformt. An einer der Hauptdruckfeder 5 in axialer Richtung abgewandten Seite liegt die erste Hilfsdruckfeder 6a dann wiederum unmittelbar an einer zweiten Hilfsdruckfeder 6b an. Diese zweite Hilfsdruckfeder 6b ist wie die erste Hilfsdruckfeder 6a aufgebaut und wirkend und somit ebenfalls als Federscheibe 7 ausgeformt. Mit einer der ersten Hilfsdruckfeder 6a abgewandten axialen Seite (in Ausfahrrichtung gesehen) liegt die zweite Hilfsdruckfeder 6b unmittelbar an einem Abstützbereich 11 des Spannkolbens 3 an. Der Abstützbereich 11 ist als ein Bohrungsgrund eines die Druckkammer 17 teilweise mit ausbildenden Sacklochs 19 ausgestaltet. Das als Sacklochbohrung umgesetzte Sackloch 19 ist seitens einer dem Gehäuseboden 9 zugewandten Stirnseite 10 des Spannkolbens 3 in den Spannkolben 3 eingebracht.
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Alternativ zu der Ausgestaltung als konisch ausgeformte Federscheiben 7, sind in einer weiteren Ausführungsform die beiden Hilfsdruckfedern 6a, 6b jeweils oder zusammen auch gewellt ausgeformt.
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In 2 ist der Spannkolben dann in einer maximal ausgefahrenen Stellung dargestellt, wobei in dieser Abbildung die Druckfedern 5, 6a und 6b entspannt sind, d.h. keine Spannkraft durch das Zugmittel in der Einfahrrichtung des Spannkolbens 3 auf diesen ausgeübt ist. Mittels eines gleichzeitig als Dichtung dienenden Sicherungsrings 20 ist der Spannkolben 3 vor dem selbsttätigen Hinausfallen aus dem Gehäuse 2 gesichert. Der Sicherungsrings 20 ist in einer Ringnut an der radialen Außenumfangsseite des Spannkolbens formschlüssig gehalten.
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Wird bei einem in Betriebnehmen der Verbrennungskraftmaschine / des Zugmittelspanners 1 gemäß dem in 1 dargestellten Bezugspfeil 21 eine in axialer Richtung des Spannkolbens 3 wirkende Spannkraft in der Einfahrrichtung des Spannkolbens 3 auf den Spannkolben 3 aufgebracht, so komprimieren sich die Druckfedern 5, 6a und 6b in Abhängigkeit ihrer Federhärten unterschiedlich weit. Die Druckfedern 5, 6a und 6b sind dabei derart in Bezug auf ihre Federhärten und Federlängen aufeinander abgestimmt, dass bei Erreichen sowie Überschreiten der in 1 auf den Spannkolben 3 in seiner Einfahrrichtung / entgegen der Ausfahrrichtung wirkenden ersten Blockspannkraft bei einem Start der Verbrennungskraftmaschine sowie noch nicht vollständig befüllter Druckkammer 17 zunächst die Hauptdruckfeder 5 auf Block zusammengestaucht wird, d.h. derart zusammengestaucht wird, dass die einzelnen Windungen der Schraubenfeder 8 in axialer Richtung aneinander anliegen. Die Hauptfeder 5 ist dadurch auf ihre Blocklänge zusammengestaucht, so dass eine weitere elastische Stauchung dieser Hauptfeder 5 in der Einfahrrichtung nicht mehr möglich ist. Gleichzeitig sind bei dieser ersten Blockspannkraft die Hilfsdruckfedern 6a und 6b jeweils noch zusätzlich in axialer Richtung in Einfahrrichtung gemäß dem Bezugspfeil 21 zusammenstauchbar / komprimierbar. Dies liegt insbesondere daran, dass die Hilfsdruckfedern 6a und 6b eine höhere Federhärte als die Hauptdruckfeder 5 aufweisen. Dadurch ist gewährleistet, dass bei Überschreiten der ersten Blockspannkraft die beiden Hilfsdruckfedern 6a oder 6b in einem weiteren Zusatzverschiebebereich des Spannkolbens 3 in seiner Einfahrrichtung weiter elastisch komprimierbar sind.
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Wie in 1 auch besonders gut zu erkennen ist, ist der Spannkolben 3 derart in seiner axialen Erstreckung auf die Hauptdruckfeder 5 sowie die beiden Hilfsdruckfedern 6a und 6b abgestimmt, dass er mit seiner dem Gehäuseboden 9 zugewandten Stirnseite 10 sowohl bei Erreichen der ersten Blockspannkraft als auch bei Erreichen einer zweiten, höher als die erste Blockspannkraft ausgebildete Blockspannkraft, bei der die Hilfsdruckfedern 6a und 6b auf Block zusammengestaucht sind und aneinander anliegen, stets beabstandet zu dem Gehäuseboden 9 angeordnet ist.
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In anderen Worten ausgedrückt, ist somit ein Zugmittelspanner 1 umgesetzt, der eine Hauptspannfeder (Hauptdruckfeder 5) sowie in Reihe daran angeordnete Hilfsspannfedern (Hilfsdruckfedern 6a, 6b) aufweist. Die Kraft, die die Hauptspannfeder 5 auf Block zusammenstaucht, liegt innerhalb des Federweges / des Betriebsbereiches der Hilfsdruckfedern 6a, 6b. Der Kolben (Spannkolben 3) des hydraulischen Zugmittelspanners 1 kann über die Blocklänge der Hauptdruckfeder 5 durch Zusammenstauchen der Hilfsdruckfedern 6a, 6b in das Gehäuse 2 eingeschoben werden. Die Hilfsdruckfedern 6a, 6b sind dabei vorzugsweise als Federscheiben 7, nämlich weiter bevorzugt als wellenförmige oder konische / kegelförmige Federscheiben 7 ausgebildet. Vorzugsweise sind die beiden Hilfsdruckfedern 6a, 6b jedoch als konische Federscheiben 7 ausgebildet. Wenn der Kolben 3 in das Gehäuse 2 durch Aufbringen einer Spannkraft eingeschoben wird und die Hauptspannfeder 5 die Blocklänge erreicht, sind die Hilfsdruckfedern 6a, 6b noch nicht vollständig komprimiert. Wenn die Spannkraft weiter zunimmt (über erste Blockspannkraft hinaus), werden die Hilfsdruckfedern 6a, 6b zusätzlich in einem weiteren Verschiebebereich / Zusatzverschiebebereich komprimiert und der Kolben 3 noch weiter in das Gehäuse 2 eingeschoben. Dabei kollidiert der Kolben 3 nicht mit dem Boden 9 des Zylinders / Zylindergehäuses 2. Auch dann nicht, wenn beide Hilfsdruckfedern 6a, 6b wiederum vollständig komprimiert und auf Block aneinander anliegend sind. Die Federrate / Federhärte / Federkonstante der Hilfsdruckfedern 6a, 6b ist dabei höher als die der Hauptdruckfeder 5 ausgestaltet. Auch wenn nicht genug Hydraulikmittel in der Druckkammer 17 befindlich ist und der Kolben 3 durch eine dynamische Bewegung in das Gehäuse 2 hineingedrückt wird (durch das Beaufschlagen mittels einer dynamischen Spannkraft) kollidiert der Spannkolben 3 dadurch nicht mit dem Boden 9 des Zylinders 2, wodurch keine Kollisionsgeräusche erzeugt werden. Im üblichen Betriebsbereich ist jedoch die Hauptdruckfeder 5 derart gespannt, dass sie nicht im Block betrieben ist, sondern länger als die Blocklänge angeordnet ist, da üblicherweise kleinere Kräfte / Spannkräfte als die erste Blockspannkraft auf den Spannkolben 3 im Betrieb einwirken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zugmittelspanner
- 2
- Gehäuse
- 3
- Spannkolben
- 4
- Federeinrichtung
- 5
- Hauptdruckfeder
- 6a
- erste Hilfsdruckfeder
- 6b
- zweite Hilfsdruckfeder
- 7
- Federscheibe
- 8
- Schraubenfeder
- 9
- Gehäuseboden
- 10
- Stirnseite
- 11
- Abstützbereich
- 12
- Innenwandung
- 13
- Längsachse
- 14
- Aufnahmekörper
- 15
- erster Endbereich
- 16
- zweiter Endbereich
- 17
- Druckkammer
- 18
- Rückschlagventil
- 19
- Sackloch
- 20
- Sicherungsring
- 21
- Bezugspfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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