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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Gasfeder, insbesondere für eine höhenverstellbare
Objektträgersäule, mit
einem Druckzylinder, der durch einen im Druckzylinder verschiebbaren
Arbeitskolben in eine erste und eine zweite Arbeitskammer unterteilt ist,
die mit einem unter Druck stehenden Druckmedium, insbesondere mit
einem Gas gefüllt
sind, mit einer Kolbenstange des Arbeitskolbens, die durch die zweite
Arbeitskammer hindurchgeführt
ist und mit ihrem freien Ende abgedichtet aus dem Druckzylinder herausgeführt ist,
mit einer Bypassleitung, durch die die erste Arbeitskammer mit der
zweiten Arbeitskammer verbindbar ist und mit einem Absperrventil,
durch das die Verbindung der ersten mit der zweiten Arbeitskammer
durch eine Bypassleitung absperrbar ist, sowie mit einer Federeinheit,
die in Reihe zur Gasfeder geschaltet und durch die die Gasfeder
in Ausfahrrichtung der Kolbenstange beaufschlagbar ist.
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Bei
derartigen Gasfedern ist es bekannt, die in Reihe zur Gasfeder geschaltete
Federeinheit als Schraubendruckfeder auszubilden, die die Kolbenstange
in deren aus dem Druckzylinder herausragenden Bereich umschließt und an
dem Druckzylinder sowie dem freien Kolbenstangenende abgestützt ist. Diese
Ausbildung benötigt
ein großes
Bauvolumen und führt
zu einem hohen Gewicht. Bei der Verwendung als höhenverstellbare Objektträgersäule, bei der
die Gasfeder noch von einem Standrohr umschlossen ist, muß die zylindrische
Innenfläche
des Standrohrs glatt bearbeitet sein, um Schabgeräusche der
Schraubendruckfeder an der Innenfläche des Standrohres zu vermeiden.
Weiterhin ist die Montage der Einzelteile sowie der gesamte Aufbau aufwendig
und teuer.
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Ferner
ist aus der
DE 198
27 657 A1 eine Gasfeder bekannt, in deren einem Arbeitsraum
eine Schraubendruckfeder angeordnet ist, die an ihrem einen Ende
am Kolben befestigt ist und an deren gegenüberliegenden Ende ein Schwimmkolben
angebracht ist. Der Schwimmkolben weist eine Dichteinrichtung auf,
welche bei Erreichen eines bestimmten Einschubweges der Kolbenstange
in den Zylinder, den durch das geöffnete Ventil ermöglichten
Durchfluss des Fluids von einem Arbeitsraum in den anderen wieder
verhindert. Nachteilig dabei ist, daß die gewünschte Tiefenfederung nur eintritt,
wenn die Kolbenstange eine bestimmte Stellung in Einschubrichtung
erreicht hat.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher eine höhenverstellbare Gasfeder der
eingangs genannten Art zu schaffen, bei der bei axialer relativer
Belastung der Kolbenstange in Einfahrrichtung in den Druckzylinder
die Kolbenstange entgegen der Kraft der Federeinheit mit einem weitgehend
gleichmäßigen Einfederungsverhalten
um einen Federweg in den Druckzylinder einfährt, störende Geräusche sowie ein großes Bauvolumen
vermieden und ein einfacher und kostengünstiger Aufbau erreicht werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
Federeinheit in dem Druckzylinder angeordnet ist und der Arbeitskolben
in Ausfahrrichtung der Kolbenstange von der Federeinheit beaufschlagbar
ist.
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Durch
diese Ausbildung ist die Federeinheit geschützt und trägt nicht außerhalb des Druckzylinders
zu einem großen
Bauraum auf.
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Ein
Aufbau geringen Bauvolumens mit wenigen einfachen Bauteilen wird
dadurch erreicht, daß die
erste Arbeitskammer durch einen im Druckzylinder verschiebbaren
Stufenkolben in einen dem Arbeitskolben abgewandten ersten Druckraum
und einen dem Arbeitskolben zugewandten zweiten Druckraum unterteilt
ist, die miteinander verbunden sind, daß die große Stufe des Stufenkolbens
dem zweiten Druckraum und die kleine Stufe des Stufenkolbens dem
ersten Druckraum zugewandt ist, und daß der Stufenkolben entgegen
einer Federkraft in Richtung zum ersten Druckraum verschiebbar ist.
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Die
Ausgangsstellung der unbelasteten Gasfeder wird auf einfache Weise
definiert, in dem der Bewegungshub des Stufenkolbens zumindest in Richtung
zum zweiten Druckraum durch einen Anschlag begrenzt ist.
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Ohne
wesentlichen Bau- und Bauraumaufwand sind der erste und zweite Druckraum
in ständiger
Verbindung, wenn der erste Druckraum mit dem zweiten Druckraum durch
eine axial durchgehende Ausnehmung im Stufenkolben gebildet ist.
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Sowohl
zur Führung
des Stufenkolbens als auch zur Trennung der vom Druckmedium der
Gasfeder beaufschlagbaren großen
Stufe von der kleinen Stufe dient es, wenn in der ersten Arbeitskammer
ein Führungskolben
fest angeordnet ist, der eine durchgehende Führungsbohrung besitzt, durch
die die kleine Stufe des Stufenkolbens dicht verschiebbar hindurchgeführt ist.
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Dieser
Führungskolben
kann in einfacher und leicht montierbarer Weise mittels Sicken an
der Innenwand des Druckzylinders fest angeordnet sein.
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Eine
einfache Möglichkeit
zur Erzeugung der den Stufenkolben beaufschlagbaren Federkraft besteht
darin, daß der
Stufenkolben von einer Druckfeder, insbesondere einer Schraubendruckfeder
in Richtung zum zweiten Druckraum beaufschlagbar ist.
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Zwischen
der großen
Stufe des Stufenkolbens und dem Führungskolben kann ein die kleine Stufe
des Stufenkolbens umschließender
Ringraum gebildet sein.
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Ist
die Schraubendruckfeder die kleine Stufe umschließend in
dem Ringraum angeordnet und mit ihrem einen Ende an dem Führungskolben
abgestützt
sowie mit ihrem anderen Ende unter Vorspannung die große Stufe
des Stufenkolbens beaufschlagt, so wird eine bauraumsparende Integration der
Bauteile der Federeinheit erreicht.
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Eine
andere, ebenfalls bauraumsparende Möglichkeit zur Erzeugung der
den Stufenkolben beaufschlagenden Federkraft besteht darin, daß der Ringraum
mit einem kompressiblen Medium, insbesondere mit einem unter Überdruck
stehenden Gas gefüllt
ist.
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Es
versteht sich, daß auch
beide Möglichkeiten
von mechanischer Feder und pneumatischer Feder miteinander kombiniert
werden können,
wobei vorzugsweise beide Federkrafterzeugungen in dem Ringraum angeordnet
sind.
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Zur
Abdichtung weist die große
Stufe des Stufenkolbens vorzugsweise an ihrer radial umlaufenden
zylindrischen Mantelfläche
eine Ringnut auf, in der ein Dichtring angeordnet ist, der mit seinem aus
der Ringnut herausragenden Bereich dichtend an der Innenwand des
Druckzylinders in Anlage ist.
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In
gleicher Weise kann der Führungskolben an
seiner radial umlaufenden zylindrischen Mantelfläche eine Ringnut aufweisen,
in der ein Dichtring angeordnet ist, der mit seinem aus der Ringnut
herausragenden Bereich dichtend an der Innenwand des Druckzylinders
in Anlage ist.
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Zu
einem einfachen Aufbau mit leichter Montierbarkeit führt es,
wenn der Stufenkolben einen die große Stufe bildenden Ringkolben
aufweist, der auf der zylindrischen Mantelfläche eines die kleine Stufe bildenden
Rohres insbesondere durch eine Dichtung abgedichtet angeordnet ist,
wobei die kleine Stufe des Stufenkolbens durch eine Dichtung abgedichtet durch
die Führungsbohrung
des Führungskolbens hindurchgeführt sein
kann.
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Das
Absperrventil ist vorzugsweise in einer Verschlußwand angeordnet, die den Druckzylinder an
dem der Kolbenstange abgewandten Ende verschließt, wobei das Absperrventil
durch einen axial bewegbaren oder mit seiner Längsachse verschwenkbaren Ventilstößel öffenbar
betätigbar
sein kann.
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Zu
einem ebenfalls einfachen Aufbau führt es, wenn der Druckzylinder
von einem Druckrohr umschlossen ist und die Bypassleitung durch
den Ringspalt zwischen Druckzylinder und Druckrohr gebildet ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Gasfeder im Querschnitt
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Gasfeder im Querschnitt
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3 einen vergrößerten Ausschnitt der Gasfeder
nach 1
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4 einen vergrößerten Ausschnitt
der Gasfeder nach 2.
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Die
in den Figuren dargestellten Gasfedern weisen einen Druckzylinder 1 auf,
der an seinem oberen Ende von einer ersten Verschlußwand 2 verschlossen
ist.
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Der
Innenraum des Druckzylinders 1 ist von einem verschiebbar
im Druckzylinder 1 angeordneten Arbeitskolben 4 in
eine erste Arbeitskammer 5 und eine zweite Arbeitskammer 6 unterteilt.
Die erste Arbeitskammer 5 ist wiederum durch einen im Druckzylinder 1 verschiebbar
angeordneten Stufenkolben 7 in einen ersten Druckraum 8 und
einen zweiten Druckraum 9 unterteilt. Die Arbeitskammern 4 und 5 und
Druckräume 8 und 9 des
Druckzylinders 1 sind mit einem unter Überdruck stehenden Gas gefüllt.
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Der
Stufenkolben 7 besitzt eine axial durchgehende Ausnehmung 10,
durch die der erste und zweite Druckraum 8 und 9 miteinander
verbunden sind.
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In
der ersten Arbeitskammer 5 ist ein Führungskolben 11 mittels
Sicken 12 an der Innenwand des Druckzylinders 1 fest
angeordnet. Der Führungskolben 11 besitzt
eine koaxial durchgehende Führungsbohrung 13,
durch die die kleine Stufe 14 des Stufenkolbens 7 verschiebbar
hindurchgeführt
ist und mit ihrer stirnseitigen Wirkfläche 15 in den ersten Druckraum 8 ragt.
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Die
stirnseitige Wirkfläche 16 der
großen Stufe 17 ist
zum zweiten Druckraum 9 gerichtet. Die große Stufe 17 wird
durch einen Ringkolben 18 gebildet, der auf der zylindrischen
Mantelfläche
eines die kleine Stufe 14 bildenden Rohres 19 durch
eine Dichtung 20 abgedichtet angeordnet ist.
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Das
Rohr 19 ist ebenfalls durch eine Dichtung 21 abgedichtet
durch die Führungsbohrung 13 im
Führungskolben 11 geführt.
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Der
Ringkolben 18 ist axial über einen Abstützring 23 an
einem radialen Kragen 12 des Rohres 19 in Anlage,
der an dem zum zweiten Druckraum 9 gerichteten Ende des
Rohres 19 ausgebildet ist. An der axial entgegengesetzten
Seite des Ringkolbens 18 ist ein auf dem Rohr 19 angeordneter
zweiter Abstützring 24 in
Anlage, der mittels Sprengring 25 fest mit dem Rohr 19 verbunden
ist.
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An
seinem dem ersten Druckraum 8 zugewandten Ende ist an dem
Rohr 19 eine radial umlaufende Ringnut 26 ausgebildet,
in der eine ringförmige Anschlagscheibe 27 angeordnet
ist, die einen die axiale Bewegung des Stufenkolbens 7 zum
zweiten Druckraum 9 begrenzenden, an dem Führungskolben 11 zur
Anlage gelangenden Anschlag bildet.
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Zwischen
dem Ringkolben 18 der großen Stufe 17 und dem
Führungskolben 11 ist
zwischen kleiner Stufe 14 und Druckzylinder 1 ein
Ringraum 28 gebildet. Dieser Ringraum 28 ist gegenüber dem
ersten Druckraum 8 durch die Dichtung 21 und einem
in einer an der zylindrischen Mantelfläche des Führungskolbens 11 radial
umlaufend ausgebildeten Ringnut 29 angeordneten Dichtring 30 abgedichtet.
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Gegenüber dem
zweiten Druckraum 9 ist der Ringraum 28 durch
die Dichtung 20 und einen in einer an der zylindrischen
Mantelfläche
des Ringkolbens 18 radial umlaufend ausgebildeten Ringnut 31 angeordneten
Dichtring 32 abgedichtet.
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Der
Ringraum 28 ist mit einem unter Überdruck stehenden Gas gefüllt.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
der 2 und 4 ist darüber hinaus eine Schraubendruckfeder 33 die
kleine Stufe 14 umschließend angeordnet, die unter
Vorspannung mit ihrem einen Ende an dem Führungskolben 11 und
mit ihrem anderen Ende an dem Ringkolben 18 abgestützt ist.
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Der
Arbeitskolben ist ebenfalls durch einen seine zylindrische Mantelfläche umschließenden Dichtring 34 gegenüber der
Innenwand des Druckzylinders 1 abgedichtet.
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Weiterhin
weist der Arbeitskolben 4 einseitig eine Kolbenstange 35 auf,
die die zweite Arbeitskammer 6 durchragt und durch eine
Dichtung 36 abgedichtet durch eine zweite Verschlußwand 3 nach
außen
geführt
ist.
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Der
Druckzylinder 1 ist derart von einem Druckrohr 37 umschlossen,
daß zwischen
Druckzylinder 1 und Druckrohr 37 ein Ringspalt 38 gebildet ist.
Dabei ist das untere Ende des Druckrohres 37 durch die
zweite Verschlußwand 3 verschlossen.
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Am
unteren Ende des Druckzylinders 1 mündet der Ringspalt 38 in
die zweite Arbeitskammer 6. Vom oberen Ende des Druckzylinders 1 führt eine Radialbohrung 39 in
der ersten Verschlußwand 2 von dem
Ringspalt 38 zu einem in der Verschlußwand 2 angeordneten
Absperrventil 40, durch das eine Bypassleitung von dem
ersten Druckraum 8, die Radialbohrung 39 und den
Ringspalt 38 zur zweiten Arbeitskammer 6 herstellbar
ist.
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Das
Absperrventil 40 besitzt eine koaxial in einer Bohrung 41 der
ersten Verschlußwand 2 verschiebbaren
Ventilschieber 42, der aus seiner Schließposition
durch einen Betätigungsstößel 43 zum
ersten Druckraum 8 hin in seine Öffnungsposition beaufschlagbar
ist.
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Der
koaxial verschiebbar geführte
Betätigungsstößel 43 ragt
mit seinem dem Ventilschieber 42 entgegengesetzten Ende
nach außen
und ist entgegen der auf den Ventilschieber 42 axial wirkenden Druckkraft
des Gases im ersten Druckraum 8 in Öffnungsrichtung manuell beaufschlagbar.
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Die
Gasfeder kann als Stuhlsäule
für einen höhenverstellbaren
Stuhl verwendet werden. Dazu kann das aus dem Druckrohr 37 herausragende
freie Ende der Kolbenstange 35 mit einem Stuhlfuß und das
gegenüberliegende
Ende des Druckrohres 37 mit einem Sitz des Stuhles verbunden
sein. Weiterhin kann die Gasfeder in einem diese umschließenden Standrohr
derart angeordnet sein, daß das
freie Ende der Kolbenstange 35 in einem Endbereich des
Standrohres befestigt und das Druckrohr 37 am anderen Ende
des Standrohres herausragend in diesem verschiebbar geführt ist.
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In
den in den Figuren dargestellten unbelasteten Stellungen der Gasfeder
ist das Absperrventil 40 geschlossen und der Stufenkolben 7 in
seiner maximalen Entfernung vom Führungskolben 11.
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Wird
nun die Kolbenstange 35 relativ zum Druckzylinder 1 axial
in Einfahrrichtung belastet, kommt es durch den Arbeitskolben 4 zu
einer Druckerhöhung
in der ersten Arbeitskammer 5. Da die von dem Druck in
der ersten Arbeitskammer 5 beaufschlagbare Wirkfläche 16 der
großen
Stufe 17 größer ist,
als die von diesem Druck beaufschlagbare Wirkfläche 15 der kleinen
Stufe 14, wird der Stufenkolben 7 nun unter Kompression
des Gases im Ringraum 28 und ggf. der Schraubendruckfeder 33 (2 und 4) die Länge des Ringraums 28 verringernd
zum Führungskolben 11 hin
verschoben, bis ein Kraftausgleich am Stufenkolben 7 eintritt.
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Dadurch
kommt es im eingeschobenen Zustand der Gasfeder zu einem weitgehend
gleichmäßigen Einfederungsverhalten
des Endes des Hubes.
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Bei
Verwendung als Stuhlhöhenverstellung empfindet
der Benutzer des Stuhles ein weiches und nicht hart anschlagendes
Erreichen der endgültigen Sitzposition
beim Aufsetzen auf den Stuhl.
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Die
Position des Arbeitskolbens 4 bestimmt die voreingestellte
Einfahrposition, die eine bestimmte voreingestellte Sitzhöhe sein
kann.
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Soll
diese Voreinstellung verändert
werden, wird manuell das Absperrventil 40 durch Betätigung des
Betätigungsstößels 43 geöffnet. Nun
wirkt die der ersten Arbeitskammer 5 zugewandte Wirkfläche des Arbeitskolbens 4 der
entgegengesetzten, um die Querschnittsfläche der Kolbenstange 35 geringeren Wirkfläche druckbeaufschlagt
entgegen. Erfolgt dabei keine relative axiale Beaufschlagung der
Kolbenstange 35, so wird dadurch der Arbeitskolben 4 und die
Kolbenstange 35 solange in Ausfahrrichtung bewegt, bis
das Absperrventil 40 geschlossen wird. In dieser neuen
Position verbleibt nun der Arbeitskolben 4 und definiert
die neue voreingestellte Einfahrposition.
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Erfolgt
bei geöffnetem
Absperrventil 40 eine relative Axialbewegung der Kolbenstange 35,
so erfolgt eine Bewegung des Arbeitskolbens 4 und der Kolbenstange 35 so
lange in Einfahrrichtung, bis das Absperrventil 40 wieder
geschlossen wird und der Arbeitskolben 4 nun die neue voreingestellte
Einfahrposition definiert.
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- 1
- Druckzylinder
- 2
- Verschlußwand
- 3
- Verschlußwand
- 4
- Arbeitskolben
- 5
- erste
Arbeitskammer
- 6
- zweite
Arbeitskammer
- 7
- Stufenkolben
- 8
- erster
Druckraum
- 9
- zweiter
Druckraum
- 10
- Ausnehmung
- 11
- Führungskolben
- 12
- Sicken
- 13
- Führungsbohrung
- 14
- kleine
Stufe
- 15
- Wirkfläche kleine
Stufe
- 16
- Wirkfläche große Stufe
- 17
- große Stufe
- 18
- Ringkolben
- 19
- Rohr
- 20
- Dichtung
- 21
- Dichtung
- 22
- Kragen
- 23
- Abstützring
- 24
- zweiter
Abstützring
- 25
- Sprengring
- 26
- Ringnut
- 27
- Anschlagscheibe
- 28
- Ringraum
- 29
- Ringnut
- 30
- Dichtring
- 31
- Ringnut
- 32
- Dichtring
- 33
- Schraubendruckfeder
- 34
- Dichtring
- 35
- Kolbenstange
- 36
- Dichtung
- 37
- Druckrohr
- 38
- Ringspalt
- 39
- Radialbohrung
- 40
- Absperrventil
- 41
- Bohrung
- 42
- Ventilschieber
- 43
- Betätigungsstößel