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Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb, insbesondere
elektromotorischen Stellantrieb für ein Tankklappenschloss
eines Kraftfahrzeuges, mit einem Motor, z. B. Elektromotor,
und mit einer Spindel, welche im Zuge ihrer Stellbewegungen
ein Stellelement, z. B. eine Tankklappe, beaufschlagt. -
Bei den Stellbewegungen handelt es sich zumeist um
Linearbewegungen der Spindel. Grundsätzlich kann der beschriebene
Stellantrieb auch in Kombination mit einem
Kraftfahrzeugtürverschluss oder anderen Kfz-gebundenen Aggregaten
eingesetzt werden.
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Stellantriebe des eingangs beschriebenen Aufbaus sind
vielfältig bekannt, wozu nur beispielhaft auf die EP 0 764 751 A1,
die EP 0 400 209 A2, die DE 36 31 043 C1 und die
DE 86 21 592 U1 verwiesen sei.
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In der Regel werden solche Stellantriebe genutzt, um
beispielsweise einen Zentralverriegelungshebel eines
Kraftfahrzeugtürverschlusses im Sinne einer Zentralverriegelung
zu ent- bzw. verriegeln. Zu diesem Zweck überstreicht die
betreffende Spindel bzw. Schubstange einen nicht
unbeträchtlichen Verstellweg. Deshalb muss auch der zugehörige
Motor entsprechend kräftig ausgelegt sein.
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Daneben kommen Stellantriebe im Kraftfahrzeug ferner zum
Einsatz, wenn es darum geht, Klappen, Türen etc. so weit
auszustellen, dass diese bequem von Hand seitens eines
Bedieners geöffnet werden können. Das ist beispielsweise bei
einer Heckklappe oder einem Kofferraumdeckel der Fall, die
sich vom Fahrzeuginnenraum per Knopfdruck und daran
anschließender Betätigung des Stellantriebes ausstellen
lassen. Ebenso gehören hierzu Stellantriebe für Tankklappen
bzw. Tankklappenschlösser, die dafür sorgen, dass nach
einer Entriegelung (zumeist per Knopfdruck vom Fahrgastraum
aus) der Stellantrieb die Tankklappe freigibt, die dann
beispielsweise federunterstützt aufspringt. Genauso gut
kann der Stellantrieb auch gewährleisten, dass die
Tankklappe ausgestellt wird, damit ein Bediener diese
problemlos weiter öffnen kann.
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Die bekannten Stellantriebe werfen Probleme dadurch auf,
dass hiervon bewegte oder hiermit beaufschlagte Tankklappen
bei Kraftfahrzeugen häufig in Richtung nach außen - bezogen
auf die Kraftfahrzeugkarosserie - federbelastet ausgeführt
sind, um nach dem Entriegeln über beispielsweise die
Zentralverriegelung eine Bereitschaftsstellung zu erreichen.
Diese korrespondiert zu einer Öffnungsposition der
Tankklappe mit Spaltöffnung, so dass sich die betreffende
Klappe problemlos hintergreifen und vollständig öffnen
lässt.
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Solche Tankklappenausgestaltungen schließen nach längerem
Gebrauch oft nicht mehr plan mit der Karosserie ab, weil
Einzelteile der Konstruktion wie Anschläge, Hebel usw.
entweder durch unsachgemäßen Gebrauch oder durch versuchte
Beschädigungen verbogen sind. Das stört in ästhetischer
Hinsicht.
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Darüber hinaus sind die betreffenden Antriebe bzw. Motoren
für solche Tankklappen oft außerhalb der Karosserie,
nämlich innerhalb oder unterhalb von Kotflügeln, angeordnet.
Sie sind damit verstärkten Umwelteinflüssen, insbesondere
Feuchtigkeit, ausgesetzt. Das führt gegebenenfalls zu
Funktionsbeeinträchtigungen.
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Solche Funktionsbeeinträchtigungen werden noch dadurch
begünstigt, dass die betreffenden Stellantriebe in der
Regel gekapselt ausgeführt sind und folglich eine Einheit
mit der Kapselung bilden. Beim Aus- und Einfahren der
Spindel kommt es nun regelmäßig zu Druck- und Volumenänderungen
innerhalb eines zugehörigen Gehäuses bzw. der Kapsel,
wodurch ein Feuchtigkeitseintritt und/oder Kondensatbildung
begünstigt werden. - Hier will die Erfindung insgesamt
Abhilfe schaffen.
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Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen
Stellantrieb des eingangs genannten Aufbaus so weiter zu
entwickeln, dass Feuchtigkeit und/oder Schmutz die Funktion
nicht beeinträchtigen.
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Zur Lösung dieser Problemstellung schlägt die Erfindung bei
einem gattungsgemäßen Stellantrieb vor, dass zwischen Motor
und Spindel ein doppelt wirksamer Faltenbalg mit zwei
unterschiedlichen Balgabschnitten zwischengeschaltet ist.
Dieser Faltenbalg setzt sich aus einem mit einem Gehäuse
verbundenen Gehäusebalgabschnitt und einem die Spindel
umschließenden Spindelbalgabschnitt zusammen. Der
Faltenbalg und das Gehäuse bilden also zusammengenommen eine
vollständige Kapselung für den Motor inklusive Spindel.
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Die vom Gehäusebalgabschnitt und vom Spindelbalgabschnitt
definierten Volumina sind vergleichbar bemessen, so dass
sich der Gehäusebalgabschnitt bei ausgefahrenem
Spindelbalgabschnitt volumenausgleichend zusammenzieht und bei
eingefahrenem Spindelbalgabschnitt volumenausgleichend
ausdehnt. Durch diesen Volumen- und damit Druckausgleich wird
sichergestellt, dass in der beschriebenen Kapselung aus
Gehäuse und Faltenbalg in praktisch keiner Stellung der
Spindel ein Unterdruck (oder Überdruck) entstehen kann.
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Ein solcher Unterdruck ist im Stand der Technik
insbesondere dafür verantwortlich, dass durch den unvermeidlichen
Schlitz zwischen Faltenbalg und Spindel Feuchtigkeit,
Schmutz etc. in die Kapselung eintreten kann. Hierzu kommt
es durch die beschriebenen erfindungsgemäßen
Ausgleichsmechanismen zwischen Spindelbalgabschnitt und
Gehäusebalgabschnitt nun nicht (mehr).
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Im Einzelnen verfügt der Spindelbalgabschnitt über
konzentrisch um die Spindel angeordnete Ringfalten mit zum
Gehäuse hin gerichtet wachsendem Durchmesser. Diese
Durchmesservergrößerung stellt sicher, dass sich bei
eingefahrener Spindel die einzelnen Ringfalten mehr oder minder in
einer Ebene konzentrisch um die Spindel herumlegen und
zusammengenommen als Ring praktisch vollständig in den
Gehäusebalgabschnitt eintauchen. Der Gehäusebalgabschnitt
seinerseits verfügt über der Form des Gehäuses folgende
Rechteckfalten gleichbleibenden Umfangs.
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Durch diese Maßnahmen wird innerhalb der Kapselung aus
Faltenbalg und Gehäuse für einen ständigen Druck- und
Volumenausgleich gesorgt. Das heißt, die Bewegungen der Spindel
führen innerhalb der Kapselung aus Faltenbalg und Gehäuse
weder zu einem Druckanstieg noch zu einem Druckabfall.
Dadurch wird zuverlässig verhindert, dass Feuchtigkeit,
Schmutz etc. in diese Kapselung gelangen können.
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Schließlich ist nach einem weiteren Erfindungsvorschlag
vorgesehen, dass das Gehäuse eine
feuchtigkeitsundurchlässige Entlüftungsöffnung aufweist. Bisher hat man auf
derartige Entlüftungsöffnungen bewusst verzichtet, weil
nicht sichergestellt werden konnte, dass hierdurch
unkontrolliert Feuchtigkeit eindringt.
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Nach Lehre der Erfindung ist nun in diese
Entlüftungsöffnung eine luftdurchlässige aber feuchtigkeitsundurchlässige
Membran eingelegt. Diese Membran weist als wesentliches
Element einen semipermeablen Kunststoffwerkstoff, z. B.
semipermeables und gerecktes Polytetrafluorethylen (PTFE),
auf. Um diesen semipermeablen Kunststoffwerkstoff, bei dem
es sich in der Regel um den thermoplastischen Werkstoff
unter dem Markennamen "Teflon" handelt, einwandfrei in der
Entlüftungsöffnung zu halten, ist ein Trägermaterial,
ebenfalls aus einem Kunststoff, vorgesehen, auf welchen der
semipermeable Kunststoffwerkstoff aufgeklebt sein mag. Bei
diesem Trägermaterial aus Kunststoff handelt es sich
üblicherweise um Polyamid (PA).
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Durch diese Zusatzmaßnahmen der Erfindung wird schließlich
gewährleistet, dass im Gehäuse und/oder der Kapselung aus
Gehäuse und Faltenbalg entstehende Feuchtigkeit durch
Kondensatbildung problemlos entweichen kann. Dabei verhindert
die feuchtigkeitsundurchlässige Entlüftungsbohrung bzw. die
dort vorgesehene Membran zuverlässig ein Eindringen von
Flüssigkeit von Außen her. Dagegen kann die im Innern der
Kapselung entstehende Feuchte problemlos nach außen
entweichen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein
Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher
erläutert; es zeigen:
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Fig. 1 den erfindungsgemäßen Stellantrieb in schematischer
Ansicht mit größtenteils aufgeschnittenem Gehäuse
sowie Faltenbalg,
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Fig. 2a bis 2f verschiedene Stellungen der Spindel mit
Kulisse in Verbindung mit dem als Tankklappe
ausgeführten Stellelement und
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Fig. 3a und 3b den Faltenbalg in geschnittener
Detailansicht bei zurückgezogener Spindel (vgl. Fig. 3a)
und ausgefahrener Spindel (vgl. Fig. 3b).
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In den Figuren ist ein Stellantrieb dargestellt, bei dem es
sich im Rahmen des Ausführungsbeispiels um einen
elektromotorischen Stellantrieb für ein Tankklappenschloss eines
Kraftfahrzeuges handelt. Die zugehörige Tankklappe 1
erkennt man insbesondere in den Fig. 2a bis 2f. Um nun mit
Hilfe dieses Stellantriebes die verschiedenen
Funktionsstellungen der Tankklappe 1, wie z. B. "Tankklappe 1
verriegelt" (vgl. Fig. 2a), "Tankklappe 1 öffnen" (vgl. Fig.
2b), "Bereitschaftsstellung Tankklappe 1" (vgl. Fig. 2c),
"Tanklappe 1 vollständig geöffnet" (vgl. Fig. 2d),
"Tanklappe 1 schließen" (vgl. Fig. 2e) und schließlich
"Tankklappe 1 verriegelt" (vgl. Fig. 2f) darstellen zu können,
verfügt der betreffende Stellantrieb in seinem
grundsätzlichen Aufbau über einen Motor 2 und eine Spindel 3.
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Bei dem Motor 2 handelt es sich um einen Elektromotor 2,
welcher über eine Anschlussbuchse 4 mit elektrischer
Energie versorgt wird und entsprechende Steuerbefehle von einer
nicht dargestellten Steueranlage erhält. Dieser Motor 2
bildet zusammen mit einer Federkassette 5 sowie der Spindel
3 ein kompaktes Aggregat, welches von einem
Komponententräger 6 aufgenommen wird. Dieser Komponententräger 6 wird
inklusive darauf oder daran befestigtem Motor 2 mit Ritzel,
Spindel 3 und Federkassette 5 als komplettes Bauteil in ein
am Kopf offenes topfartiges Gehäuse 7 eingesetzt, welches
dort mit Hilfe eines Faltenbalges 8 verschlossen wird.
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In der Federkassette 5 ist eine konzentrisch zur Spindel 3
bzw. einem Schieber 3 angeordnete Spiralfeder angeordnet,
welche dafür sorgt, dass bei eingefahrener Spindel 3 und
unbestromtem Motor 2 die Spindel 3 automatisch wieder in
ihre ausgezogene Stellung überführt wird. Man erkennt, dass
der Faltenbalg 8 mit Hilfe von umlaufenden Gehäuserippen 9
am Gehäuse 7 einerseits gehalten wird und andererseits
mittels einer Dichtung 10 die Spindel 3 bzw. den Schieber 3
umschließt. Die Dichtung 10 und damit der Faltenbalg 8
folgen den Bewegungen der Spindel 3. Auf diese Weise formen
Gehäuse 7 und Faltenbalg 8 eine geschlossene Kapselung für
den Motor 2 inklusive Spindel 3 sowie die Federkassette 5und den Komponententräger 6, wobei lediglich eine
Entlüftungsbohrung 11 verbleibt.
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Diese Entlüftungsbohrung 11 ist feuchtigkeitsundurchlässig
ausgeführt und verfügt zu diesem Zweck über eine
luftdurchlässige aber feuchtigkeitsundurchlässige Membran 13, welche
in die Entlüftungsöffnung 11 in Kombination mit einem
stützenden Ring 12 eingelegt ist.
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Die Membran 13 verfügt über einen Zweischichtaufbau mit
einer zumeist oberseitig angeordneten Schicht 13a aus einem
semipermeablen Kunststoffwerkstoff, nach dem
Ausführungsbeispiel aus semipermeablem und gerecktem PTFE. Diese
semipermeable Schicht 13a aus dem betreffenden
Kunststoffwerkstoff wird von einer tragenden Schicht 13b aus einem
Trägermaterial, ebenfalls aus Kunststoff, gestützt und
gehalten. Hier kommt üblicherweise Polyamid (PA) zum Einsatz,
wobei beide Schichten 13a, 13b durch einen Kleber
miteinander verbunden sein können.
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Die Entlüftungsöffnung 11 stellt in Verbindung mit der
Membran 13 sicher, dass ein Luftaustausch zwischen dem
Inneren der Kapselung aus Faltenbalg 8 und Gehäuse 7 und
der äußeren Umgebungsluft sichergestellt ist, wobei
Feuchtigkeit nicht eindringen kann. Dafür wird Kondensatbildung
im Inneren der Kapselung aus Gehäuse 7 und Faltenbalg 8
verhindert und im Übrigen für einen Druckausgleich bei
Bewegungen der Spindel 3 zwischen innerem Volumen und
äußerer Umgebungsluft gesorgt.
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Anhand der Fig. 2a bis 2f lassen sich nun die verschiedenen
Stufen bei der Bewegung der Tankklappe 1 unterscheiden. Zur
Verriegelung und zum Ausstellen der Tankklappe 1 verfügt
diese im Wesentlichen über eine Nase 14, welche mit einer
Kulisse 15 endseitig der Spindel 3 wechselwirkt.
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Die Nase 14 findet sich an einem Steg 16, welcher mit der
Tankklappe 1 verbunden ist. Die Kulisse 15 weist in ihrem
grundsätzlichen Aufbau eine Ausstellkontur 17, eine
Verriegelungskontur 18, einen Vorsprung 19 sowie eine
Anschlagkontur 20 mit Gegenfläche 21 auf, die für die Funktion des
beschriebenen Stellantriebes wie folgt verantwortlich sind.
In der verriegelten Stellung der Tankklappe 1 (vgl. Fig.
2a) untergreift die Nase 14 an der Tankklappe 1 den
Vorsprung 19 der Verriegelungskontur 18, so dass die
Tankklappe 1 nicht geöffnet werden kann. In dieser Position
befindet sich die Spindel 3 und mit ihr zusammen die
Kulisse 15 in ausgezogener Stellung. Der Motor 2 ist
unbestromt.
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Soll nun die Tankklappe 1 entriegelt werden, so erhält der
Motor 2 von der Steueranlage ein entsprechendes
Bestromungssignal, was dazu führt, dass die Spindel 3 und mit ihr
die Kulisse 15 zurückgezogen werden, wie beim Vergleich der
Fig. 2a und 2b deutlich wird. Bei diesem Vorgang gleitet
die Nase 14 zunächst noch innerhalb der Verriegelungskontur
18 um dann auf eine Schrägfläche 22 der Ausstellkontur 17
zu treffen. Entlang dieser Schrägfläche 22 bzw. der
Ausstellkontur 17 erstreckt sich ein Kraftarm 23a einer Feder
23, die mit ihrem Haltearm 23b in eine Schlitzaufnahme 24
der Kulisse 15 eingesetzt ist.
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Diese Feder bzw. Zweiarmfeder 23 mit dem Haltearm 23b und
dem Kraftarm 23a sorgt nun dafür, dass auf das Stellelement
bzw. die Tankklappe I eine zur Karosserie hin gerichtete
Kraft F ausgeübt wird, wie dies in der Folgedarstellung in
Fig. 2c gezeigt ist.
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Zuvor läuft jedoch die Nase 14 am Kraftarm 23a der Feder 23
bzw. der Schrägfläche 22 entlang, und zwar bis die Nase 14
einen Anschlag 25 der Kulisse 15 erreicht hat, welcher den
zurückziehenden Hub der Spindel 3 bei bestromtem Motor 2
begrenzt. Durch diesen Anschlagvorgang wird die Bestromung
des Motors 2 auf bekannte Art und Weise (z. B.
Stromabschaltung bei Drehmomentanstieg) gestoppt. Infolgedessen
beaufschlagt die Feder in der Federkassette 5 die Kulisse
15 in Richtung auf die ausgezogene Position gemäß Fig. 2a.
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Da beim Entlanggleiten der Nase 14 am Kraftarm 23a der
Feder 23 dieser Kraftarm 23a verbogen worden ist (weil
insofern ein Spiel zwischen dem Kraftarm 23a und der
Schrägfläche 22 vorhanden ist), kann nun der Kraftarm 23a
gleichzeitig eine Rückstellkraft auf die Nase 14 ausüben
(vgl. Fig. 2c). Das führt dazu, dass - ausgehend von der
Anschlagposition nach Fig. 2b und bei abgeschalteter
Bestromung des Motors 2 - die Nase 14 um einen bestimmten
Betrag vom Anschlag 25 durch die Kraft der Feder in der
Federkassette 5 und die Kraft der Feder 23 weggedrückt wird
und zwar solange, bis die Nase 14 gegen die Anschlagkontur
20 bzw. die dortige Gegenfläche 21 zur Anlage kommt.
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Durch diesen Vorgang und das Anschlagen der Nase 14 an der
Anschlagkontur 20 bzw. der Gegenfläche 21 wird zunächst
einmal die Nase 14 zwischen dem Kraftarm 23a (bzw. der
Feder 23 im Ganzen und/oder der Schrägfläche 22 bzw. der
Ausstellkontur 17 im Ganzen) und der Anschlagkontur 20
eingeklemmt. Gleichzeitig sorgt die von der Feder 23 ausgeübte
Kraft dafür, dass eine resultierende Kraftkomponente F in
Richtung auf die Karosserie hin entsteht.
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Aus dieser Bereitschaftsstellung nach Fig. 2c heraus kann
die Tankklappe 1 problemlos manuell geöffnet werden. Das
ist in Fig. 2d dargestellt, wobei die Kulisse 15 durch die
Kraft der in der Federkassette 5 befindlichen Spiralfeder
zusammen mit der Spindel 3 in ihre ausgezogene Position
verfahren wird, sobald die Nase 14 aus der beschriebenen
eingeklemmten Position zwischen Anschlagkontur 20 und
Ausstellkontur 17 entfernt worden ist.
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Zum Schließen der Tankklappe 1 fährt die Nase 14 in die
Verriegelungskontur 18 ein (vgl. Fig. 2e), wobei die
Spindel 3 beim Herunterdrücken der Tankklappe 1 einen
Ausweichhub vollführt, damit die Nase 14 den Vorsprung 119 in der
Verriegelungskontur 18 zur Einnahme der
Verriegelungsstellung untergreifen kann. Nach Beendigung dieses
Ausweichhubes gegen die Kraft der Feder in der Federkassette 5 kehren
die Spindel 3 und damit die Kulisse 15 wieder in ihre
Endposition gemäß Fig. 2f, entsprechend der Stellung nach Fig.
2a, zurück.
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Der Faltenbalg 8 vollführt nun während dieser Bewegungen
der Spindel 3 seinerseits die in den Fig. 3a und 3b
gezeigten Bewegungen. Dies deshalb, weil die Dichtung 10 mit der
Spindel 3 verbunden ist und folglich das kopfseitige Ende
des Faltenbalges 8 mitnimmt, welches den Bewegungen der
Spindel 3 eins zu eins folgt.
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Man erkennt anhand der Fig. 3a und 3b, dass der Faltenbalg
als doppelt wirksamer Faltenbalg 8 ausgeführt ist und über
zwei verschiedene Balgabschnitte 8a und 8b verfügt. Dabei
sorgt ein Gehäusebalgabschnitt 8b für eine Verbindung des
Faltenbalges 8 mit dem Gehäuse 7, während ein
Spindelbalgabschnitt 8a die Spindel 3 (unter Zwischenschaltung der
Dichtung 10) dichtend umschließt.
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Die jeweils vom Gehäusebalgabschnitt 8b und vom
Spindelbalgabschnitt 8a definierten Volumina sind vergleichbar
bemessen wie die unterschiedliche Schraffur in den Fig. 3a,
3b andeutet. Auf diese Weise zieht sich der
Gehäusebalgabschnitt 8b bei ausgefahrenem Spindelbalgabschnitt 8a
volumenausgleichend zusammen (vgl. Fig. 3b), während sich der
Gehäusebalgabschnitt 8b bei eingefahrenem
Spindelbalgabschnitt 8a volumenausgleichend ausdehnt (vgl. Fig. 3a).
Diese Volumenänderungen können am besten nachvollzogen
werden, wenn man die jeweiligen Längen der Balgabschnitte 8a,
8b, also die Länge des Gehäusebalgabschnittes LG und die
Länge des Spindelbalgabschnittes LS gegenüberstellt, wie
dies in den Fig. 3a und 3b dargestellt worden ist.
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Anhand dieser Gegenüberstellung erkennt man, dass für den
Fall, dass die Länge des Spindelbalgabschnittes 8a LS ein
Maximum einnimmt, demgegenüber die Länge des
Gehäusebalgabschnittes 8b LG minimal ist. Dagegen korrespondiert eine
minimale Länge des Spindelbalgabschnittes 8a LS zu einem
Maximum der Länge des Gehäusebalgabschnittes 8b LG.
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Unterstützend wirkt an dieser Stelle die Tatsache, dass der
Spindelbalgabschnitt 8a konzentrisch um die Spindel 3
angeordnete Ringfalten 26 aufweist, welche zum Gehäuse 7 hin
gerichtet einen wachsenden Durchmesser besitzen. Dadurch
formen diese Ringfalten 26 in zurückgezogenem Zustand der
Spindel 3 bzw. bei minimaler Länge LS des
Spindelbalgabschnittes 8a einen Ring aus im Wesentlichen in einer Ebene
angeordneten konzentrischen Ringfalten 26 (vgl. Fig. 3a).
Dieser Ring aus den einzelnen Ringfalten 26 taucht bei
zurückgezogener Spindel 3 vollständig in den
Gehäusebalgabschnitt 8b ein. Das heißt, die kopfseitige Kante des
Spindelbalgabschnittes 8a bzw. die dortige Dichtung 10 und eine
kopfseitige Abdeckfläche 28 des Gehäusebalgabschnittes 8b
liegen in etwa koplanar zueinander.
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Im Vergleich zu den Ringfalten 26 verfügt der
Gehäusebalgabschnitt 8b über Rechteckfalten 27, welche der Form des
Gehäuses 7 folgen und jeweils gleichen Umfang aufweisen.
Dies deshalb, weil an dieser Stelle nur wenig Falten 27
ausreichen, um für einen Volumenausgleich sorgen zu können.
Denn diese Rechteckfalten 27 schließen im Vergleich zu den
Ringfalten 26 eine viel größere Fläche ein.