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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pneumatikzylinder und ein Verfahren zum Herstellen eines Pneumatikzylinders.
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Die Druckschrift
EP 0 837 248 B2 betrifft einen Druckmittelzylinder mit zwei Zylinderendwänden, einem Zylinderrohr und einem Kolben, der in dem Zylinderrohr axial beweglich ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Aufbau und die Herstellung eines Pneumatikzylinders zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird durch Gegenstände nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch einen Pneumatikzylinder gelöst, mit einem Zylinderrohr, in dem eine Zylinderkammer für einen beweglichen Kolben angeordnet ist und einem Lagerdeckel für eine Kolbenstange des beweglichen Kolbens, der aus einem topfförmigen Blechteil gebildet ist. Durch das Blechteil kann der Pneumatikzylinder auf einfache Weise hergestellt und zusammengesetzt werden. Zudem ergibt sich gegenüber einem gespanten Lagerdeckel der Vorteil, dass sich das Gewicht des Pneumatikzylinders verringert.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Pneumatikzylinders umfasst das Blechteil eine umlaufende Nut zum Einlegen einer ringförmigen Dichtung. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Nut auf einfache Weise in den Lagerdeckel eingeprägt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Pneumatikzylinders weist die umlaufende Nut ein v-Profil auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Dichtung beim Einsetzen in das Zylinderrohr großflächig und gleichmäßig komprimiert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Pneumatikzylinders umfasst das topfförmige Blechteil umfangsseitig abstehende Federabschnitte. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Blechteil durch Einsetzen in das Zylinderrohr fixiert werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Pneumatikzylinders sind die Federabschnitte gleichmäßig um den Umfang des topfförmigen Blechteils angeordnet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass Kräfte gleichmäßig von dem Lagerdeckel auf das Zylinderohr übertragen werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Pneumatikzylinders sind die Federabschnitte aus dem Umfang des topfförmigen Blechteils herausgebogen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die federabschnitte auf einfache Weise herstellbar sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Pneumatikzylinders umfasst das Blechteil ein Kunststoffteil zum Führen der Kolbenstange. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Beschädigung des Kolbens beim Zusammensetzen des Pneumatikzylinders verhindert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Pneumatikzylinders umfasst das Kunststoffteil eine Nut zum Einlegen einer ringförmigen Dichtung für die Kolbenstange. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Dichtung auf einfache Weise einsetzbar ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Pneumatikzylinders umfasst das Kunststoffteil einen Kanal zur Bildung einer Drosselstrecke. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Entlagendämpfung des Kolbens durch das Kunststoffteil realisiert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Pneumatikzylinders umfasst das Kunststoffteil einen Hintergreifabschnitt zum Hintergreifen einer Nut, die den Rand des topfförmigen Blechteils nach Innen drückt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Kunststoffteil auf einfache Weise an dem Lagerdeckel befestigt werden kann.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Pneumatikzylinders gelöst, der ein Zylinderrohr umfasst, in dem eine Zylinderkammer für einen beweglichen Kolben angeordnet ist, mit dem Schritt eines Einsetzens eines topfförmigen Blechteils in das Zylinderrohr als Lagerdeckel für eine Kolbenstange des beweglichen Kolbens. Durch das Verfahren werden die gleichen technischen Vorteile wie durch den Pneumatikzylinder nach dem ersten Aspekt erreicht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens rastet das topfförmige Blechteil über herausstehende Federanschnitte in dem Zylinderrohr ein. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine schnelle und werkzeuglose Befestigung des Lagerdeckels erreicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das topfförmige Blechteil durch Taumelnieten oder Rollieren eines Randes des Zylinderrohrs befestigt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine feste Verbindung zwischen Lagerdeckel und Zylinderohr erreicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das topfförmige Blechteil durch Einstanzen einer Kerbe in den Rand des Zylinderrohrs befestigt. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass eine feste Verbindung zwischen Lagerdeckel und Zylinderohr erreicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das topfförmige Blechteil durch Aufweiten einer Kerbe befestigt, die in dem Zylinderrohr vorgesehen ist. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass eine feste Verbindung zwischen Lagerdeckel und Zylinderohr erreicht wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine Querschnittsansicht eines Pneumatikzylinders;
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2 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Pneumatikzylinders;
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3 eine perspektivische Ansicht eines Lagerdeckels;
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4 mehrere Ansichten eines Zylinderrohrs mit dem Lagerdeckel;
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5 Schritte zum Befestigen des Lagerdeckels an dem Zylinderrohr;
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6 mehrere Ansichten eines weiteren Zylinderrohrs mit dem Lagerdeckel;
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7 Schritte zum Befestigen des Lagerdeckels an dem Zylinderrohr;
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8 mehrere Ansichten eines weiteren Zylinderrohrs mit dem Lagerdeckel;
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9 Schritte zum Befestigen des Lagerdeckels an dem Zylinderrohr; und
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10 ein Blockdiagram eines Verfahrens zum Herstellen eines Pneumatikzylinders.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Pneumatikzylinders 100. Ein Pneumatikzylinder 100 ist ein mittels Druckluft betriebener Arbeitszylinder. Pneumatikzylinder 100 werden in vielen pneumatischen Anwendungen verwendet, wie beispielsweise in Spritzgießwerkzeugen, in der Förder-, Antriebs- oder Handhabungstechnik.
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Ein regulärer Pneumatikzylinder 100 lässt sich in fünf Baugruppen/Teile aufteilen, nämlich Zylinderrohr 101, Lagerdeckel 107, Abschlussdeckel 111, Kolben 105 und Kolbenstange 109. Daneben kann der Pneumatikzylinder 100 weitere Bauteile umfassen, wie beispielsweise Dichtungen, ein Lager, ein Führungsband oder Permanentmagnete. Diese Bauteile befinden sich alle in den fünf aufgeführten Baugruppen des Pneumatikzylinders 100.
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Der Kolben 105, der mit der Kolbenstange 109 verbunden ist, führt die Bewegung im Zylinderrohr 101 durch Einleiten von Druckluft in eine Zylinderkammer 103 aus. Zudem bewirkt der Kolben 105 eine Abdichtung zwischen der vorderen und hinteren Zylinderkammer 103.
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Der Lagerdeckel 107 verschließt das Zylinderrohr 101 auf einer Seite und stellt gleichzeitig eine Lager- und Dichtstelle für die Kolbenstange 109 dar. Der Lagerdeckel 107 umfasst eine zentrale Öffnung, durch die die Kolbenstange 109 ragt. Im Regelfall befindet sich einer der Luftanschlüsse im Lagerdeckel 107. Der Lagerdeckel 107 ist aus einem topfförmigen Blechteil gebildet, beispielsweise durch Tiefziehen eines gewalzten Metalls. Das Zylinderrohr 101 ist beispielsweise durch ein Aluminiumgehäuse gebildet.
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Durch Einsetzen des Lagerdeckels 107 in das Zylinderrohr 101 wird eine effiziente und leichtgewichtige Deckel-Gehäuse-Verbindung innerhalb des Pneumatikzylinders 100 gebildet. Zusätzlich umfasst der Lagerdeckel 107 ein Kunststoffteil 119, das einen Kolbenanschlag, eine Luftführung, eine Kolbenstangenlagerung und eine Endlagendämpfung übernimmt.
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Eine kinetische Energie des Kolbens 105 und der verbundenen Teile wird in der Endlage durch die Endlagendämpfung umwandelt, so dass sich der Pneumatikzylinder 100 nicht selbst zerstört. Dies wird durch einen Kanal 125 zur Bildung einer Drosselstrecke erreicht, die innerhalb des Kunststoffteils 119 angeordnet ist.
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Durch den Kanal 125 wird die Geschwindigkeit in der Endlage gering gehalten. Je nach Zylinderdurchmesser wird in den letzten Zentimetern des Hubes die Abluft abgesperrt und nur noch über die Drosselstrecke des Kanals 125 mit einstellbarer Drosselung freigegeben. Dadurch baut sich kurzfristig ein wesentlich höherer Gegendruck auf, der der Bewegung des Kolbens 105 entgegenwirkt. Die Geschwindigkeit des Kolbens 105 wird innerhalb eines kurzen Zeitraumes stark reduziert. Durch die Endlagendämpfung bleibt die kinetische Restenergie unter dem maximal zulässigen Höchstwert.
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Im Inneren des Kunststoffteils 119 ist eine umlaufende Nut 121 mit einem Rechteckprofil gebildet, in die eine ringförmige Dichtung 123 für die Kolbenstange 109 eingelegt ist. Der Abschlussdeckel 111 verschließt das Zylinderrohr 101 des Pneumatikzylinders 100 auf der zweiten Seite. Im Abschlussdeckel 111 ist in der Regel der zweite Luftanschluss zu finden.
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2 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des Pneumatikzylinders 100 und des Lagerdeckels 107. Der innenliegende Lagerdeckel 107 ist aus einem Topf aus Tiefziehblech gebildet, an dem sich biegbare abstehende Federabschnitte 117 als Schnapphaken oder Schnappelemente befinden. Diese Federabschnitte 117 greifen bei der Montage in eine Nut 133, die sich im Zylinderrohr 101 befindet. Nach dem Einsetzen verhindern die Federabschnitte 117 ein Lösen des Lagerdeckels 107, indem sich diese an dem äußeren Rand der Nut 133 abstützen.
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Der Lagerdeckel 107 umfasst eine umlaufende Nut 113 mit V-Profil zum Einlegen einer ringförmigen Dichtung 115, die von außen in den Lagerdeckel eingeprägt wird. In der Nut 113 befindet sich die Dichtung 115, die den Lagerdeckel 107 gegenüber dem Zylinderrohr 101 abdichtet.
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Das Kunststoffteil 119 weist einen Hintergreifabschnitt 127 auf, der die hervorgewölbte Innenseite des Blechteils an der Stelle der Nut 113 federnd hintergreift, die aus dem Rand des topfförmigen Blechteils nach Innen ragt. Auf diese Weise kann das Kunststoffteil 119 auf einfache Weise an dem Lagerdeckel 107 einrasten.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Lagerdeckels 107 mit der Nut 113. Das topfförmige Blechteil des Lagerdeckels 107 weist die umfangsseitig abstehenden Federabschnitte 117 auf. Die rechteckigen Federabschnitte 117 sind gleichmäßig um den Umfang des topfförmigen Blechteils angeordnet und dienen beim Einsetzen des Blechteils als Rastmittel. Zu diesem Zweck stehen die Federabschnitte 117 aus dem Lagerdeckel 107 heraus. Beim Einsetzen des Lagerdeckels 107 in das Zylinderrohr 101 werden diese zunächst nach Innen gedrückt und schnappen dann in der Nut 133 ein. Dadurch rastet der Lagerdeckel 107 in dem Zylinderrohr 101 ein und wird in axialer Richtung fixiert. Die Federabschnitte 117 sind integraler Bestandteil des Lagerdeckels 107 und sind aus dem Rand des topfförmigen Blechteils fensterartig herausgebogen.
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4 zeigt mehrere Ansichten eines weiteren Zylinderrohrs 101 mit dem Lagerdeckel 107. In dieser Ausführungsform weist der Lagerdeckel 107 keine abstehenden Federabschnitte 117, sondern einen geschlossenen Rand auf. In diesem Rand verläuft die Nut 113 mit der eingelegten Dichtung 115. Der Lagerdeckel 107 stößt an einer Kante im Inneren des Zylinderrohrs 101 an.
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Der Rand 131 des Zylinderrohrs 101 wird durch Rollieren derart verformt, dass dieser in radialer Richtung gegenüber dem Lagerdeckel 107 hervorsteht. Durch die Kante innerhalb des Zylinderrohrs 101 und den hervorstehenden Rand 131 wird der Lagerdeckel 107 gegen eine axiale Verschiebung gesichert.
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5 zeigt Schritte zum Befestigen des Lagerdeckels 107 an dem Zylinderrohr 101. Zunächst wird der Lagerdeckel 107 in das Zylinderrohr 101 eingesetzt, bis dieser an der Kante 137 im Inneren des Zylinderrohrs 101 anstößt. Anschließend wird das Kunststoffteil 119 von der anderen Seite eingeschoben, bis dieses hinter der umlaufenden Nut 113 einrastet.
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Anschließend wird der Rand 131 des Zylinderrohrs 101 derart mit einem Werkzeug 135 umgeformt, das dieser über den Lagerdeckel 107 hervorsteht, beispielsweise durch Rollieren oder Taumelnieten.
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6 zeigt mehrere Ansichten eines weiteren Zylinderrohrs 101 mit dem Lagerdeckel 107. Auch in diesem Zylinderrohr 101 ist der Lagerdeckel 107 in das Zylinderrohr 101 eingesetzt, bis dieser an der Kante im Inneren des Zylinderrohrs 101 anstößt.
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Der Lagerdeckel 107 ist allerdings über eine umlaufende, V-förmige Kerbe 129 fixiert, die den Rand des Zylinderrohrs 101 derart verformt, dass dieser radial gegenüber über dem Lagedeckel 107 hervorsteht. Dadurch wird der Lagerdeckel 107 an dem Zylinderrohr 101 fixiert.
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7 zeigt Schritte zum Befestigen des Lagerdeckels 107 an dem Zylinderrohr 101. Zunächst wird der Lagerdeckel 107 in das Zylinderrohr 101 eingesetzt, bis dieser an der Kante 137 im Inneren des Zylinderrohrs 101 anstößt. Anschließend wird das Kunststoffteil 119 von der anderen Seite eingeschoben, bis dieses hinter der umlaufenden Nut 113 einrastet.
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Anschließend wird der Rand durch ein Werkzeug 135 mit der umlaufenden, V-förmigen Kerbe 129 versehen, die den Rand derart umformt, dass dieser über den Lagerdeckel 107 hervorsteht.
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8 zeigt mehrere Ansichten eines weiteren Zylinderrohrs 101 mit dem Lagerdeckel 107. Auch in diesem Zylinderrohr 101 ist der Lagerdeckel 107 in das Zylinderrohr 101 eingesetzt, bis dieser an der Kante im Inneren des Zylinderrohrs 101 anstößt. Der Lagerdeckel 107 ist ebenfalls über eine umlaufende, v-förmige Kerbe 129 fixiert, die den Rand des Zylinderrohrs 101 derart verformt, dass dieser radial gegenüber über dem Lagedeckel 107 hervorsteht. Dadurch wird der Lagerdeckel 107 an dem Zylinderrohr 101 fixiert.
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9 zeigt Schritte zum Befestigen des Lagerdeckels 107 an dem Zylinderrohr 101. Zunächst wird der Lagerdeckel 107 in das Zylinderrohr 101 eingesetzt, bis dieser an der Kante 137 im Inneren des Zylinderrohrs 101 anstößt. Das Zylinderrohr 101 umfasst eine vorgefertigte Kerbe 129. Anschließend wird das Kunststoffteil 119 von der anderen Seite eingeschoben, bis dieses hinter der umlaufenden Nut 113 einrastet.
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Anschließend wird die vorgefertigte Kerbe 129 durch ein Werkzeug 135 aufgeweitet und der Rand des Zylinderrohrs 101 derart umgeformt, dass dieser über den Lagerdeckel 107 hervorsteht. Dadurch wird der Lagerdeckel 107 an dem Zylinderrohr 101 fixiert.
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10 zeigt ein Blockdiagram eines Verfahrens zum Herstellen des Pneumatikzylinders 100. In einem ersten Schritt S101 wird das topfförmige Blechteil in das Zylinderrohr 101 als Lagerdeckel 107 für eine Kolbenstange 109 des beweglichen Kolbens 105 eingesetzt. In einem zweiten optionalen Schritt S102 rastet das topfförmige Blechteil über herausstehende Federanschnitte 117 in dem Zylinderrohr 101 ein.
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In einem weiteren optionalen Schritt S103 wird das topfförmige Blechteil durch Taumelnieten oder Rollieren des Randes 131 des Zylinderrohrs 101 fixiert. In einem weiteren optionalen Schritt S104 wird das topfförmige Blechteil durch Einstanzen einer Kerbe 129 in den Rand des Zylinderrohrs 101 fixiert. In einem weiteren optionalen Schritt S105 wird das topfförmige Blechteil durch Aufweiten einer Kerbe 129 fixiert, die in dem Zylinderrohr 101 vorgesehen ist. Die Schritte S102 bis S105 können gegebenenfalls auch miteinander kombiniert werden, um die Festigkeit der Verbindung noch weiter zu steigern.
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Durch den Pneumatikzylinder 100 und das Verfahren wird ein effizienter und materialsparender Aufbau und eine einfache Montage erreicht. Durch das topfförmige Blechteil als Lagerdeckel 107 wird der Materialeinsatz verringert. Trotzdem weist der Lagerdeckel 107 eine ausreichende Festigkeit auf.
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Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.
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Alle Verfahrensschritte können durch Vorrichtungen implementiert werden, die zum Ausführen des jeweiligen Verfahrensschrittes geeignet sind. Alle Funktionen, die von gegenständlichen Merkmalen ausgeführt werden, können ein Verfahrensschritt eines Verfahrens sein.
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Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Pneumatikzylinder
- 101
- Zylinderrohr
- 103
- Zylinderkammer
- 105
- Kolben
- 107
- Lagerdeckel
- 109
- Kolbenstange
- 111
- Abschlussdeckel
- 113
- Nut
- 115
- Dichtung
- 117
- Federabschnitt
- 119
- Kunststoffteil
- 121
- Nut
- 123
- Dichtung
- 125
- Kanal
- 127
- Hintergreifabschnitt
- 129
- Kerbe
- 131
- Rand
- 133
- Nut
- 135
- Werkzeug
- 137
- Kante
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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