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Die Erfindung betrifft ein Luftfederbein gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Ein Luftfederbein, wie es beispielsweise aus der
DE 198 34 092 A1 bekannt ist, wird zwischen dem Kraftfahrzeugfahrwerk bzw. einem Radträger und der Kraftfahrzeugkarosserie angeordnet. In der Regel umfasst das Luftfederbein eine Luftfeder und einen Stoßdämpfer. Die Luftfeder erfüllt dabei die Funktion das Rad abzufedern, währenddessen der Stoßdämpfer die Schwingungen des Rades bzw. der Kraftfahrzeugkarosserie dämpft.
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Die Luftfeder besteht im Wesentlichen aus einem Luftfederdeckel, einem Abrollkolben und einem dazwischen luftdicht eingespannten Rollbalg, wodurch ein unter Luftdruck stehender Arbeitsraum begrenzt wird. Der Rollbalg wird von einer hülsenförmigen Außenführung umschlossen und rollt beim Einfedern unter Ausbildung einer Rollfalte am konzentrischen Abrollkolben ab.
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Der innerhalb der Luftfeder angeordnete Stoßdämpfer ist einerseits mit dem Radträger verbunden und andererseits mit seiner in das Dämpferrohr eintauchbaren Kolbenstange über ein Dämpferlager in dem Luftfederdeckel lagernd befestigt. Der Luftfederdeckel wird über entsprechende Befestigungsmittel mit der Fahrzeugkarosserie verbunden, womit die Stoßdämpferkräfte über den Luftfederdeckel auf die Karosserie wirken.
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Daher sind die meist einteilig ausgeführten Luftfederdeckel aus Metall gefertigt, denn diese können die wirkenden Kräfte besser aufnehmen und haben eine hohe Lebensdauer. Allerdings unterliegen aus Metall gefertigte Luftfederdeckel vielen Bearbeitungsschritten und Umformvorgängen. Um den Funktionsanforderungen gerecht zu werden, sind teilweise komplizierte und in hohem Maße zu bearbeitende Teile erforderlich, welche in vielen Fertigungsschritten entstehen und hohe Kosten verursachen.
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Zur Gewichtsreduzierung können Luftfederdeckel auch aus Kunststoff gefertigt werden, welche allerdings bei hohen Temperaturen Fließprozessen unterliegen. Um die auf den Luftfederdeckel wirkenden Kräfte des Stoßdämpfers entsprechend aufnehmen zu können, werden eingebettete Verstärkungsringe verwendet, welche allerdings wiederum den Herstellungsaufwand und die Kosten erhöhen.
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Aus der
DE 10 2013 212 982 A1 ist ein Luftfederdeckel bekannt, der zur Gewichtsreduzierung aus zwei Teilen gefertigt ist, wobei diese aus unterschiedlichen Metallen sind. Weitere Ausführungsvarianten mehrteiliger Luftfederdeckel aus Kunststoff oder in der Kombination aus Metall und Kunststoff sind aus der
DE 10 2015 100 281 A1 bekannt.
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Luftfederdeckel für Luftfederbeine müssen dabei zwei wesentliche Anforderungen erfüllen. Zu einem muss eine wirksame Kraftübertragung von den Stoßdämpferkräften gewährleistet und zum anderen muss für eine ausreichende Dichtheit des eingeschlossenen Druckvolumens gesorgt werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Luftfederdeckel eines Luftfederbeins bereitzustellen, welcher einfach herzustellen ist und dennoch eine vorteilhafte Kraftübertragung ermöglicht und die Dichtigkeitsanforderungen erfüllt.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein Luftfederbein für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, umfassend eine Luftfeder mit einem Stoßdämpfer zur Federung und Dämpfung von Schwingungen eines Kraftfahrzeugfahrwerkes, wobei die Luftfeder einen Luftfederdeckel und einen Abrollkolben umfasst, wobei zwischen dem Luftfederdeckel und dem Abrollkolben ein Rollbalg aus elastomerem Material luftdicht eingespannt ist, wobei der Rollbalg mit dem Luftfederdeckel und dem Abrollkolben einen mit Druckluft befüllten Arbeitsraum begrenzt, wobei der Luftfederdeckel mindestens zweiteilig mit einem ersten Deckelteil zur Aufnahme eines Dämpferlagers und mit einem zweiten Deckelteil zur Befestigung des Rollbalgs ausgeführt ist, wobei das erste Deckelteil aus einem metallischen Werkstoff und das zweite Deckelteil aus einem Kunststoff gefertigt ist, wobei das erste und das zweite Deckelteil mittels eines lösbaren Formschlusses miteinander verbunden sind, wobei der Formschluss durch ein Bajonettverschluss bewirkt wird.
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Um die Festigkeits- und Druckdichtigkeitsanforderungen an einen Luftfederdeckel zu erfüllen, besteht dieser aus mindestens zwei Teilen mit unterschiedlichen Werkstoffen. Das erste Deckelteil, welches für die Anbindung an die Fahrzeugkarosserie verantwortlich ist, wird vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Dieses Deckelteil kann zudem einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Ein zweites Deckelteil, welches für die Anbindung des Luftfederrollbalgs verantwortlich ist, wird aus einem thermoplastischen Kunststoff gespritzt. Dies ermöglicht optimale Ausgestaltungsmöglichkeiten, denn dieses Bauteil muss eine ausreichende Formstabilität und Medienbeständigkeit aufweisen, sowie die geforderte Dichtheit erbringen.
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Um beide aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehenden Deckelteile miteinander zu verbinden, ist zunächst ein formschlüssiger und lösbarer Bajonettverschluss vorgesehen. Dieser Verschluss stellt eine erste äußere Verbindung beider Deckelteile dar.
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Bevorzugt umfasst der Bajonettverschluss eine Anzahl von einem äußeren Umfang des zweiten Deckelteils und rechtwinklig zu der Luftfederbeinachse angeordneten Bajonettnocken und eine gleiche Anzahl von an einem äußeren Umfang des ersten Deckelteils angeordneten und entsprechend zu den Bajonettnocken ausgerichteten Bajonettnuten, wobei jeweils eine der Bajonettnocken vollständig in eine der Bajonettnuten verschiebbar ist.
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Dazu werden die beiden Deckelteile aneinander geführt und bspw. das zweite Deckelteil um 20° verdreht, damit die Bajonettnocken in die Bajonettnuten einrasten. Vorzugsweise weisen die Bajonettnuten zur Verdrehsicherung einen Endanschlag auf. Damit wird der Drehwinkel begrenzt und die Bajonettnuten bleiben eingerastet. Der Bajonettverschluss stellt eine im Montageprozess einfach zu montierende Verbindung zweier Deckelteile dar, welche sonst üblicherweise miteinander verschweißt oder vollständig umspritzt werden und somit nicht zerstörungsfrei lösbar sind.
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Besonders bevorzugt ist zwischen dem ersten und dem zweiten Deckelteil ein Dichtelement angeordnet. Vorzugsweise ist das Dichtelement in axialer Richtung angeordnet. Damit die Druckdichtigkeitsanforderungen gewährleistet sind, wird zwischen den zueinander gewandten Kontaktflächen beider Deckelteile ein Dichtring vorgesehen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist das zweite Deckelteil eine innenliegende Rippenstruktur auf, welche sich an einer Dämpferlageraufnahme des ersten Deckelteils abstützt. Um eine weitere Druckstabilität des zweiten Deckelteils zu erreichen, wird innenseitig aus dem Kunststoffmaterial eine Rippenstruktur ausgebildet. Dazu stützt sich die Rippenstruktur an der Außenwandung der Dämpferlageraufnahme ab, welche durch das erste Deckelteil gebildet wird.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das zweite Deckelteil eine innenliegende ringförmige Auflagefläche auf. Bevorzugt weist das erste Deckelteil einen innenliegenden Ringanschlag auf. Besonders bevorzugt ist die Auflagefläche mittels zumindest einem Befestigungsmittel kraftschlüssig mit dem Ringanschlag verbunden. Als Befestigungsmittel kommen vorzugsweise Schrauben zum Einsatz, welche in Gewindebohrungen des ersten Deckelteils verschraubt werden, wodurch ebenfalls eine Verdrehsicherung beider Deckelteile erfolgt. Diese zweite innenliegende Verbindung beider Deckelteile ist lösbar und ermöglicht eine vorteilhafte Kraftübertragung der Stoßdämpfer Zug- und Druckkräfte.
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Mittels der funktionellen Trennung von Abdichtung und Kraftübertragung, welche durch die erste außenliegende und die zweite innenliegende Verbindung beider Deckelteile erreicht wird, sind für beide Deckelteile weitere gestalterische Freiheiten möglich. Die außenliegende Verbindung weist eine ausreichende Dichtheit, sowie Temperatur-, Medien- und Alterungsbeständigkeit auf und die innenliegende Verbindung sorgt für eine zusätzliche Druckstabilität des Luftfederdeckels.
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Weiterhin ist es wesentlich, dass bei der Trennung der Kraft- und Druckbeständigkeit des Luftfederdeckels unterschiedliche Materialen eingesetzt werden können. Der dadurch entstandene Hybriddeckel überzeugt durch ein reduziertes Gewicht und einer flexibleren Anpassung der einzelnen Elemente an unterschiedliche Bauräume.
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Verwendung findet das Luftfederbein in einem Fahrwerk, vorzugsweise in einem Luftfedersystem, für ein Kraftfahrzeug. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Figuren.
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Es zeigen
- 1 ein Luftfederbein gemäß dem Stand der Technik,
- 2 einen beispielsgemäßen Luftfederdeckel, und
- 3 den beispielsgemäßen Luftfederdeckel in perspektivischer Ansicht.
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Die 1 zeigt ein bekanntes Luftfederbein 1 mit den wesentlichen Bauteilen Luftfeder 2 und Stoßdämpfer 3, wobei Luftfeder 2 einen Luftfederdeckel 4, einen Abrollkolben 5 und einen Rollbalg 6 mit einer diesen hülsenförmig umschließenden Außenführung 7 umfasst. Innerhalb Luftfeder 2 ist Stoßdämpfer 3 vorgesehen, wobei Stoßdämpfer 3 ein Dämpferrohr 14, eine in diesen eintauchbare Kolbenstange 15 und ein Dämpferlager 11 umfasst.
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Luftfederbein 1 erfüllt zwei Funktionsbereiche, zu einem erfüllt Luftfeder 2 die Tragkrafterzeugung, während Stoßdämpfer 3 für die Linearführung zuständig ist. Über Befestigungsmittel am Luftfederdeckel 4 kann Luftfederbein 1 einerseits an einer Kraftfahrzeugkarosserie und andererseits über ein nicht dargestelltes Stoßdämpferauge an einem Radträger des Kraftfahrzeugfahrwerks befestigt werden, wodurch das Kraftfahrzeug gefedert und gedämpft wird.
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Luftfeder 2 umfasst Rollbalg 6 aus elastomerem Material, wobei Rollbalg 6 mit Luftfederdeckel 4 und Abrollkolben 5 einen luftdichten und mit Druckluft befüllbaren volumenelastischen Arbeitsraum 10 begrenzt. Der schlauchförmige Rollbalg 6 ist mit seinem ersten Ende am Luftfederdeckel 4 und mit seinem zweiten Ende am Abrollkolben 5 bspw. über Klemmringe 18 an den Anschlussbereichen dieser Luftfederanbauteile befestigt.
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Bei Relativbewegungen entlang der Längsachse L des Luftfederbeins 1 zwischen Luftfederdeckel 4 und Abrollkolben 5 rollt Rollbalg 6 unter Ausbildung einer Rollfalte 8 auf der konzentrischen Abrollfläche des Abrollkolbens 5 ab. Weiterhin bildet Rollbalg 6 eine Kardanikfalte 9 am Luftfederdeckel 4 aus, welche als kardanisches Lager wirksam ist. Zugleich ist Rollbalg 6 mit eingebetteten Festigkeitsträgern versehen.
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Insbesondere bei den komfortablen Axialbälgen, also mit in axialer Richtung ausgerichteten Festigkeitsträgern, werden Außenführungen 7 verwendet, um die seitliche Ausdehnung des Rollbalgs 6 zu begrenzen. Dabei kann Außenführung 7 durch einen im Arbeitsraum 10 vorgesehenen Innenspannring 12 am Rollbalg 6 verklemmt werden.
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Zum Schutz vor Verschmutzung der Rollfalte 8 kann ein Faltenbalg 19 vorgesehen sein, welcher bspw. an dem radträgerseitigen Endbereich der Außenführung 7 und am Dämpferrohr 14 befestigt wird.
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An der Unterseite des Luftfederdeckels 4 anliegend ist zum Stoßdämpfer gewandt eine Zusatzfeder 16 angeordnet. Zusatzfeder 16 weist eine Durchgangsbohrung für Kolbenstange 15 auf und umschließt diese daher. Beim Ein federn bewegt sich die Stirnseite des Dämpferrohres 14 auf Luftfederdeckel 4 zu, weshalb Zusatzfeder 16 als Wegbegrenzung dient und mögliche auf Luftfederdeckel 4 einwirkende Kräfte abdämpft.
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Dämpferrohr 14 des Stoßdämpfers 3 ist innerhalb des Abrollkolbens 5 vorgesehen bzw. ist vom hohlzylinderförmigen Abrollkolben 5 zumindest bereichsweise umgeben, wobei Abrollkolben 5 über ein Stützring 17 stehend auf dem Dämpferrohr oder über ein Lagerelement 13 auf der Stirnseite des Dämpferrohrs 14 hängend befestigt sein kann. Eine Kombination aus stehendem und hängendem Abrollkolben 5 ist wie in der Figur gezeigt ebenfalls möglich. Es ist zudem bekannt Abrollkolben 5 aus einem Leichtmetall wie Aluminium oder einem faserverstärktem Kunststoff herzustellen.
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Bei einem stehenden Abrollkolben 5 ist zwischen seinem dem Radträger zugewandten Endbereich und der gegenüberliegenden Außenwandung des Dämpferrohres 14 ein Dichtsystem 20 vorgesehen, bspw. aus elastomeren Dichtringen. Dies dient dazu den innerhalb des Abrollkolbens erweiterbaren Arbeitsraum der Luftfeder 2 abzudichten.
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2 zeigt einen beispielsgemäßen topfförmigen Luftfederdeckel 54 eines Luftfederbeins, welcher mehrteilig ausgebildet ist und ein erstes Deckelteil 55 und ein zweites Deckelteil 56 umfasst. Erstes Deckelteil 55 ist aus einem metallischen Werkstoff vorgesehen, wobei zweites Deckelteil 56 aus einem Kunststoff gespritzt ist.
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Um eine vorteilhafte Montage sowie auch eine zerstörungsfreie Demontage des Luftfederdeckels 54 zu ermöglichen, wird ein beispielsgemäßer Formschluss durch einen lösbaren Bajonettverschluss 60 realisiert. Dazu ist an dem äußeren Umfang des ersten Deckelteils 55 eine Vielzahl von Bajonettnuten 62 vorgesehen. Bajonettnuten 62 werden vorzugsweise am axial unteren Ende der Außenwandung des ersten Deckelteils 55 durch das Material des ersten Deckelteils 55 ausgebildet und sind nach außen abgestellt. D.h. Bajonettnuten 62 sind in einem rechten Winkel zu der Luftfederbeinachse L ausgerichtet. Am äußeren Umfang bzw. an der Außenwandung des zweiten Deckelteils 56 ist ebenfalls eine Vielzahl von Bajonettnocken 61 vorgesehen. Bajonettnocken 61 werden vorzugweise am axial oberen Ende des zweiten Deckelteils 56 durch das Material des zweiten Deckelteils 56 ausgebildet. Dabei sind diese ebenfalls nach außen, also in einem rechten Winkel zur Luftfederbeinachse L, ausgerichtet. Die Orientierung oben/unten bestimmt sich aus der regulären Einbaulage eines Luftfederbeins, bei welcher der Luftfederdeckel mit der Karosserie und der Stoßdämpfer mit dem Radträger verbunden sind.
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Bei der Montage des Luftfederdeckels 54 wird das zweite Deckelteil 56 axial an das erste Deckelteil 55 herangeführt und beispielsgemäß um 20 Grad um die Luftfederbeinachse L verdreht. Dabei werden die jeweiligen Bajonettnocken 61 in die entsprechenden Bajonettnuten 62 verschoben, wodurch eine außenliegende formschlüssige Verbindung beider Deckelteile 55, 56 bewirkt wird. Vorzugsweise weisen die Bajonettnuten 62 einen Endanschlag auf, um eine weitere Verdrehung zu unterbinden.
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Zwischen den äußeren Umfängen der beiden Deckelteile 55, 56 ist in axialer Richtung ein Dichtelement 63 vorgesehen, wodurch die Dichtigkeitsanforderung an den Luftfederdeckel 54 gewährleistet wird. Folglich kann keine Druckluft aus dem Deckelvolumen 57 des topfförmigen Luftfederdeckels 54 entweichen.
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Das kunststoffgespritzte zweite Deckelteil 56 weist eine innenliegende Rippenstruktur 57 auf, welche sich zur besseren Steifigkeit des zweiten Deckelteils 56 an einer Dämpferlageraufnahme 66 des ersten Deckelteils 55 abstützt.
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Zweckes vorteilhafter Kraftübertragung ist im zweiten Deckelteil 56 innenliegend eine ringförmige Auflagefläche 59 vorgesehen bzw. aus dem Kunststoffmaterial des zweiten Deckelteils ausgespritzt. Auflagefläche 59 steht ebenfalls mit Rippenstruktur 57 in Verbindung. Als Gegenpart zu der Auflagefläche 59 ist im ersten Deckelteil 55 innenliegend ein Ringanschlag 67 vorgesehen. Ringanschlag 67 wird aus dem metallischen Material des ersten Deckelteils 55 ausgeformt. Ringanschlag 67 wird vorzugweise an der äußeren Wandung der Dämpferlageraufnahme 66 in ausgebildet. Zur innenliegenden Befestigung beider Deckelteile 55, 56 werden diese nach dem Verdrehen des Bajonettverschlusses 60 mittels entsprechender Befestigungselemente 64, z.B. Schrauben, kraftschlüssig und lösbar verbunden. Dazu weist Ringanschlag 67 entsprechende Gewindebohrungen im ersten Deckelteil 55 auf. Dank dieser innenliegenden Verbindung werden die Stoßdämpferkräfte über das erste Deckelteil 55 aufgenommen und in die Kraftfahrzeugkarosserie geleitet, wobei das erste Deckelteil 55 über weitere Befestigungsmittel 65 mit der Kraftfahrzeugkarosserie verbunden ist.
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Der Vorteil des bespielgemäßen Luftfederdeckels 54 liegt in der außenliegenden und innenliegenden Verbindung beider Deckelteile 55, 56. Die Funktionsanforderungen hinsichtlich der Kraftübertragung und Dichtigkeit werden somit konstruktiv voneinander getrennt erfüllt. Die vom Stoßdämpfer ausgehenden Zug- und Druckkräfte werden über das erste Deckelteil 55 aufgenommen. Dadurch können beide Deckelteile 55, 56 im äußeren Bereich derart miteinander verbunden, dass lediglich die Druckkräfte des Deckelvolumens 57 auf diese Verbindung einwirken. Somit muss in diesem Bereich die Verbindung beider Deckelteile 55, 56 nicht auf eine ausreichende Kraftübertragung hin ausgelegt werden und kann folglich ausschließlich hinsichtlich ausreichender Dichtheit konstruiert werden. Durch diese Funktionstrennung ist ein mehrteiliger und zerstörungsfrei lösbarer Deckelverbund geschaffen worden.
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3 zeigt Luftfederdeckel 54 in perspektivischer Ansicht, wobei die beiden Deckelteile 55, 56 im getrennten Zustand dargestellt werden, um den Drehmechanismus des Bajonettverschlusses zu verdeutlichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luftfederbein
- 2
- Luftfeder
- 3
- Stoßdämpfer
- 4
- Luftfederdeckel
- 5
- Abrollkolben
- 6
- Rollbalg
- 7
- Außenführung
- 8
- Rollfalte
- 9
- Kardanikfalte
- 10
- Arbeitsraum
- 11
- Dämpferlager
- 12
- Innenspannring
- 13
- Lagerelement
- 14
- Dämpferrohr
- 15
- Kolbenstange
- 16
- Zusatzfeder
- 17
- Stützring
- 18
- Klemmring
- 19
- Faltenbalg
- 20
- Dichtsystem
- 54
- Luftfederdeckel
- 55
- erstes Deckelteil
- 56
- zweites Deckelteil
- 57
- Deckelvolumen
- 58
- Rippenstruktur
- 59
- Auflagefläche
- 60
- Bajonettverschluss
- 61
- Bajonettnocken
- 62
- Bajonettnut
- 63
- Dichtelement
- 64
- Befestigungselemente
- 65
- weitere Befestigungselemente
- 66
- Dämpferlageraufnahme
- 67
- Ringanschlag
- L
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19834092 A1 [0002]
- DE 102013212982 A1 [0007]
- DE 102015100281 A1 [0007]
