DE1430486C - Hydropneumatisches Federbein, ins besondere fur Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die .Erfindung betrifft ein hydropneumatisches Federbein, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem senkrechten Zylinder, der einen mit den ungefederten Teilen verbundenen dichten Kolben und einen über diesem schwimmend angeordneten Kolben enthält, wobei der schwimmende Kolben Durchlässe für den Durchtritt der Flüssigkeit in beiden Richtungen aufweist und die beiden Kolben den Zylinder in einen unteren Zylinderraum,, einen mittleren Zylinderraum und einen oberen Zylinderraum unterteilen, einem oberhalb des Zylinders angeordneten Behälter, in dem eine Membran angeordnet ist, die den Behälter in einen oberen, komprimiertes Gas enthaltenden Behälterraum sowie einen unteren Behälterraum unterteilt, der mit dem oberen Zylinderraum kommuniziert, und mit Anschlägen, die den Weg des schwimmenden Kolbens begrenzen.

Bei einem bekannten hydropneumatischen Federbein der genannten Gattung (deutsche Auslegeschrift 1 09.3 145) sind keine Mittel vorgesehen, um die unvermeidlichen Flüssigkeitsverluste zu ersetzen, so daß die Mittellage der abgefederten Teile des Fahrzeugs allmählich sinkt.

. Es ist auch eine Vorrichtung bekannt, bei der jedem Rad ein Stoßdämpfer, ein Flüssigkeits-Vorratsbehälter und eine außerhalb des Stoßdämpfers befindliche Pumpe zugeordnet ist, wobei die Pumpe un- : mittelbar durch die relativen Verlagerungen zwischen dem abgefederten und dem nicht abgefederten Teil des Fahrzeugs betätigt wird. Bei dieser Vorrichtung ist die Pumpe starken" Stoßen ausgesetzt.

Bekannt (französische Patentschrift 1 281 681) ist auch ein Stoßdämpfer, der eine Vorratskammer und eine Pumpkammer enthält und bei dem bei einer genügend starken Zusammendrückung die relativen Verlagerungen zwischen dem abgefederten und dem nicht abgefederten Teil des Fahrzeugs den Übertritt von Flüssigkeit aus der Vorratskammer zur Pumpkammer bewirken.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, ein Federbein der eingangs genannten Gattung so zu verbessern, daß die Flüssigkeitsverluste kompensiert werden, und zwar derart, daß die abgefederten Teile des Fahrzeugs ihre Federbewegungen lastunabhängig um eine vorbestimmte Mittellage ausführen und die unabgefederten Teile keine nachteiligen Stoßwirkungen auf das pumpende Element ausüben.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Speisebehälter, der mit dem unteren Zylinderraum kommuniziert, eine Pumpe mit einem mit dem schwimmenden Kolben gekoppelten Pumpenkolben, die aus dem Speisebehälter Flüssigkeit ansaugt und diese in den unteren Behälterraum oder in den oberen Behälterraum fördert, und einen Durchlaß, der den mittleren Zylinderraum mit dem Speisebehälter oder mit dem unteren Zylinderraum verbindet, wenn der dichte Kolben bis unterhalb einer vorbestimmten Stellung gelangt ist.

Bei einem solchen Federbein werden unzuträgliche Stöße auf den Pumpenkolben vermieden, da der Pumpenkolben mit dem schwimmenden Kolben gekoppelt ist und der schwimmende Kolben die durch Fahrbahnstöße bedingten Verlagerungen zwischen den gefederten und den ungefederten Teilen des Fahrzeugs nur teilweise mitmacht und wegen der Dämpfung der Bewegung durch Drosselung der Über-Iragungsflüssigkeit ruckartigen Bewegungen nicht ausgesetzt ist.

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Der Pumpenkolben und der schwimmende Kolben sind vorteilhafterweise durch eine Stange miteinander verbunden und sind dann koaxial zum Zylinder angeordnet. Hierdurch erhält man eine besonders kompakte Bauweise, da keine sich parallel zum eigentlichen Federbein erstreckenden Teile vorhanden sind.

Das Auslaßventil der Pumpe kann in an sich bekannter Weise durch eine vom Pumpenkolben getragene. Weiche Lippendichtung gebildet sein, wobei die Lippe der Lippendichtung in Richtung der Stange, die zur Verbindung mit dem Dämpferkolben dient, umgefaltet ist.

Die Anschläge, die die Laufbahn des schwimmenden Kolbens und des mit ihm verbundenen Pumpenkolben begrenzen, können in an sich bekannter Weise elastisch sein und eine progressive Kennlinie besitzen. Diese Ausbildung der Anschläge trägt weiterhin zur Vermeidung von stoßartigen Belastungen der Pumpe bei. .

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der schwimmende Kolben und der Pumpenkolben mit einem anderen Kolben vereinigt, der den Pumpenzylinder koaxial umgibt und in einem-Zylinder geführt ist, der an mindestens einem Ende, mit kalibrierten öffnungen versehen ist und" einen doppeltwirkenden Dämpfungszylinder bildet.

Der Durchlaß, der den mittleren Zylinderraum mit dem Speisebehälter oder mit dem unteren Zylinderraum verbindet, kann die Wand des Zylinders durchdringen.

Die dem dichten Kolben zugeordnete Kolbenstange kann mit einer Axialbohrung versehen sein, die im mittleren Zylinderraum an einem Ventilsitz endet, und ein auf den Ventilsitz angeordnetes Ventil kann an einem Faden befestigt sein, der innerhalb der Axialbohrung liegt und durch eine Feder gespannt ist, während ein weiterer im mittleren Zylinderraum liegender Faden das Ventil mit einer Traverse des Zylinders verbindet und der Durchlaß durch die Axialbohrung sowie eine Querbohrung gebildet ist, die die Axialbohrung mit dem unteren Zylinderraum verbindet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Federbeins,

Fig. 2 einen Längsschnitt einer besonders vorteilhaften Ausführung dieser Federung und

Fig. 3 eine entsprechende Federung, wobei die aus Dämpferkolben und Pumpe gebildete Anordnung abgewandelt ist. · .

Fig. 1 zeigt ein hydropneumatisches Federbein mit automatischer Korrektur der Gleichgewichtslage, die am Beispiel einer Federung für ein einziges Rad stark vereinfacht gezeigt ist. Dieses Federbein besteht im wesentlichen aus einem Behälter 1, der eine Membran 2 enthält, die das Innere des Behälters 1 in einen oberen Behälterraum 43, der komprimiertes Gas enthält, und in einen unteren Behälterraum 44 unterteilt, der mit dem nachfolgend noch erwähnten oberen Raum des Zylinders 3 kommuniziert, in dem ein mit einem Rad 5 verbundener dichter Kolben 4 ver-¹ schiebbar ist. Der Zylinder 3 enthält einen schwimmenden Kolben 16, der den Stoßdämpfer bildet und zu diesem Zweck in bekannter Weise mit kalibrierten Durchlässen und entgegengesetzt wirkenden Ventilen 16 a, 16 b versehen ist. Die Ventile, durch die die Flüssigkeit in beiden Richtungen hindurchtreten

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kann, sind durch einfache Pfeile dargestellt. Die bei- Membran 21 ist an ihrem Umfang durch einen Ring

den Kolben 4 und 16 unterteilen das Innere des Zy- 22 a gehalten, der seinerseits durch einen Sprengring linders 3 in einen unteren Zylinderraum 40, einen 22 b festgehalten ist. Das obere Ende des Zylinders

mittleren Zylinderraum 41 und einen oberen Zylin- ist an einer dicken Platte 23 festgeschraubt.

derra-jm42, der mit dem unteren Behälterraum 44 5 Der untere Zylinderraum 40 ist durch die Schale

kommuniziert. . 20 hindurch mit dem nicht dargestellten Speisebehäl-

Bei'der Federung gemäß Fig. 1 wird die Dämp- ter9 über eine Leitung20α und mit einer in der fung durch den schwimmenden Kolben 16 bewirkt, Platte 23 untergebrachten Kammer 23 a über eine der sich im Zylinder 3 verschieben kann und der mit zweite Leitung 206 verbunden, wobei diese Anorddem Kolben 15 einer Pumpe verbunden ist, beispiels- io nung mit unter den Umgebungsdruck stehendem Öl weise durch einen in einem elastischen Lagerblock gefüllt ist. . '
14 a schwenkbaren Hebel 14, der sich zwischen zwei im Zylinder 3 kann ein mittels einer Kolbenstange extremen Stellungen verlagern kann, die durch einen 24 am Rad befestigter dichter Kolben 4 gleiten, auf progressiven Widerstand aufweisende Anschläge 12 derrtsich ein Teil des Fahrzeuggewichtes abstützt. Die und 13 definiert sind. Diese Anschläge können auch 15 Kolbenstange 24 ist gegenüber der Membran 21 abBlöcke aus elastischem Material sein, die eine spe- gedichtet und trägt an ihrem unteren Ende ein Gezielle Form haben, lenk, z. B. ein Kugelgelenk; der Kolben 4 ist am obe-

D'er Kolben 15 gleitet in einem Pumpengehäuse 17, ren Ende der Kolbenstange befestigt. Die Kolben-

das mit durch Pfeile schematisch angedeuteten Ein- stange 24 hat eine Axialbohrung 45 und endet, im

laß- und Auslaßventilen versehen ist. Das Pumpen- 20 mittleren Zylinderraum 41 an einem Ventilsitz 24 a.

gehäuse ist einerseits mit dem Speisebehälter 9 ver- Auf dem Ventilsitz 24 a ruht ein Ventil 26, das. an

bunden, in dem die Flüssigkeit unter dem Umge- einem Faden 46 befestigt ist, der sich innerhalb der

bungsdruck gespeichert ist, und andererseits mit dem Axialbohrung 45 befindet und durch eine Feder 45,

unteren Behälterraum 44 des Federbeins. Auf das die das Ende 27 b des Fadens 46 nach unten druckt,

Rad 5 ausgeübte Stöße haben zur Folge, daß aus dem 25 unter Spannung gehalten ist. Ein anderer Faden 27,

Speisebehälter 9 Flüssigkeit angesaugt und in den der im mittleren Zylinderraum 41 liegt, verbindet das

unteren Behälterraum 44 nachgefüllt wird, wodurch Ventil 26 mit einer Traverse 28, die einen Teil des

das Fahrzeug stets dazu neigt, sich zu heben. Zylinders 3 bildet. Eine Querbohrung 24 b verbindet

Diesem Anheben wird durch ein Entleerungsventil die Axialbohrung 45 im Inneren der Kolbenstange 25

entgegengewirkt, das Flüssigkeit in den Speisebehäl- 30 mit dem unteren Zylinderraum 40. Wenn der dichte

ter 9 entweichen läßt, sobald das Federungselement Kolben 4 unter eine vorbestimmte Stellung gelangt,

eine bestimmte Höhe über dem Boden zu überschrei- wird das am Faden 27 befestigte Ventil vom Ventil-

ten versucht. Gemäß Fig. 1 ist dieses Entleerungs- sitz24α abgehoben, wodurch ein Durchgang eröffnet

ventil durch den Kolben 4 selbst gebildet; dieser gibt wird, der aus der Axialbohrung 45 und der Querboh-

einen Querschnitt 18 frei, der über eine Leitung 19 35 rung 24 b besteht und der dazu dient, den mittleren

mit dem Speisebehälter 9 verbunden ist. Zylinderraum 41 mit dem unteren Zylinderraum 40

Beim ständigen Arbeiten der beschriebenen Fede- zu verbinden.

rung ist eine besondere Verzögerungsvorrichtung ent- Die Platte 23 wird an ihrem Umfang mittels eines

behrlich, da ein in der Leitung 19 gelegener kalibrier- Sprengringes 23 b und einer Dichtung 23 c, die infolge

ter Durchgang 19 a genügt, um zu vermeiden, daß ein 40 ihrer Abscherung abdichtet, festgehalten. Die Platte

einzelner Stoß mit großer Amplitude eine unzulässig 23 ist an dem Behälter 1 befestigt, der das der Fede-

große Absenkung der Radaufhängung hervorrufen rung ihre Elastizität verleihende Druckgas enthält,

kann. Die Pumpenergie wird von der sonst verlorenen Eine Membran 2, die am Behälter 1 ebenso' befestigt

Dämpfungsenergie geliefert. Die Vorrichtung zur Ab- ist wie die Membran 21 an der Schale 20, trennt den gäbe von Flüssigkeit kann sehr einfach ausgebildetes mit Druckgas gefüllten oberen Behälterraum43 von

sein. Die Höhenkorrektur wirkt beispielsweise dem mit Flüssigkeit gefüllten unteren Behälterraum

dauernd und tritt je nach Bedarf in Tätigkeit. 44. Die Platte 23 ist mit mehreren Durchgängen 23 d

Eine gewisse progressive Wirkung kann man leicht versehen, über die der untere Behälterraum 44 und dadurch erhalten, daß man mehrere Querschnitte 18 der obere Zylinderraum 42 miteinander verbunden mit verschiedenen Größen übereinander anordnet. 50 sind. Eine Maske 29 stützt die Membran 2, wenn der Durch Verbindung dieser Querschnitte mit dem Behälter 1 entleert ist. und verhindert dadurch, daß Speisebehälter 9 über einen Hahn mit mehreren Stel- die Membran 2 durch die öffnungen 23 d hindurchgelungen kann eine von Hand einstellbare Vorrichtung drückt wird. An der Unterseite der Platte ist die Anfür die Bodenfreiheit geschaffen werden, die sehr Ordnung, bestehend aus Stoßdämpfer und Pumpe, anunempfindlich ist, da die Dichtung dieses Hahnes, der 55 geschraubt.

in einer zum niedrigen Druck führenden Leitung liegt,. Diese Anordnung kann verschieden ausgebildet

nicht besonders gut zu sein braucht. Das untere Ende sein; zwei Beispiele davon sind in Fi g. 2 und 3 ge-

des Zylinders 3 kann von einer elastischen, mit unter zeigt. Bei diesen beiden Beispielen hat die Anordnung

dem Umgebungsdruck stehendem öl gefüllten Man- einen Pumpenzylinder 30, der an der Platte 23 unter

schette umgeben sein, was im Bedarfsfall eine Ver- 60 Zwischenlegung einer Dichtung festgeschraubt ist. einfachung der Abdichtung des Kolbens 4 ermög-. wobei der Pumpenzylinder ein Teil 31 festhält, das

licht. ein die Kammer 23 a abschließendes Ventil trägt. Das

F i g. 2 und 3 stellen eine weiterentwickelte Aus- Einlaßventil 32 kann nach bekannter Art ausgebildet

führungsform dar, bei der ein Stoßdämpferkolben mit sein und darf nur einen verhältnismäßig kleinen öff-

dem Pumpenkolben verbunden ist und koaxial zu 65 nungsdruck haben, was einen verhältnismäßig großen

letzterem liegt. Durchlaß und eine schwache Ventilfeder 33 voraus-

Der Zylinder 3 ist unten von einer durch eine setzt. .

Membran 21 abgeschlossenen Schale 20 umfaßt. Die Der im Zylinder 30 gleitende Pumpenkolben 3-1

enthält ein Auslaßventil, das vorzugsweise durch eine Dichtung in Form einer weichen Lippe 34 a gebildet ist, wobei die Lippe entgegengesetzt zum Einlaßventil 32 gerichtet ist. Ein solcher Pumpenkolben kann auch dann noch einwandfrei funktionieren, wenn die Achsen der Zylinder 3 und 30 nicht genau aufeinander ausgrichtet sein sollten.

Der schwimmende Kolben 35, der mit dem Pumpenkolben 34 durch eine Stange 36, die zugleich den Zusammenhalt der Elemente sichert, verbunden ist, kann von jeder beliebigen bekannten Art sein. Vorzugsweise ist für seine Verschiebung nach unten eine größere Kraft erforderlich als bei der Verschiebung nach oben. Als Beispiel zeigt F i g. 2 einen mit Durchlässen 35a versehenen Kolben 35, wobei die Durchlässe bei der Abwärtsbewegung des Federbeins von einer oberen Scheibe 35 b freigegeben werden. Die Scheibe 35 £> selbst ist mit öffnungen 35 c versehen, die einen kleineren Querschnitt haben als die Durchlässe 35a und die nur bei der Aufwärtsbewegung des Federbeins zur Wirkung kommen.

Auf der Stange 36 ist ein ringförmiger Kolben 37 befestigt, der zusammen mit einem am Pumpenzylinder 30 festgeschraubten und innerhalb des oberen Raumes 42 liegenden Zylinder 38 einen doppelt und progressiv wirkenden Dämpfungszylinder bildet. Zu diesem Zweck ist der Zylinder 38 mit Bohrungen 38 a und 386 versehen, wobei diese Bohrungen am Ende der Kolbenlaufbahn liegen und vom Kolben 37 fortschreitend abgedeckt werden können. Der Querschnitt und die Verteilung dieser Bohrungen sind zur Erzielung einer gewünschten Charakteristik zweckentsprechend gewählt.

F i g. 3 zeigt eine andere Ausführung der schwimmenden Anordnung, und zwar insbesondere der progressiv wirkenden Anschläge. Der schwimmende Kolben 35, der in Fig. 3 vereinfacht dargestellt ist, hat zwei Gruppen von Durchlässen 35 a", 35 e, die in bekannter Weise mit Scheibenventilen versehen sind, die entgegengesetzte Öffnungsrichtungen haben. Dieser Kolben ist zwischen zwei Federn 39 α, 396 angebracht, die sich zwischen Abstützschultern 28 an dem Querstück 29 bzw. dem Zylinder 30 abstützen.

Die Wirkungsweise der beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele ist ebenso wie bei der schematisch dargestellten Vorrichtung nach Fig. 1. Bei beiden beruht die Wirkung im wesentlichen darauf, daß als Dämpfer eine bewegliche Wand in Form eines schwimmenden Kolbens 35 verwendet wird, der mit dem Kolben 34 einer Pumpe verbunden ist. Der schwimmende Kolben 35 hat demzufolge eine Laufbahn, längs der die Dämpfungskraft eine Pumparbeit liefert. Die Kolbenlaufbahn ist notwendigerweise durch vorzugsweise progressiv wirkende Anschläge begrenzt.

Die Pumparbeit vollzieht sich hauptsächlich im oberen Teil der Abwärtsbewegung des Rades und der Kolben 4, 34 und 35, wobei öl in den Zylinder 30 über das Einlaßventil 32 angesaugt wird. Wenn die Federungsbewegung des Rades und damit des Kolbens 4 zum Stillstand kommt, gleichen sich die Drücke im gesamten Federbein aus, d. h., im Behälter 1, im Zylinder 3, in den beiden Teilen des Kolbens 35 und im Zylinder 30 stellen sich gleiche Drücke ein. Das Wiederanheben des Rades bewirkt den Austritt von öl aus dem Zylinder 30, wodurch das Ansaugen einer heuen ölmenge vorbereitet wird.

Nach Beginn der Wirkung der progressiv wirkenden Anschläge, die die Bewegung der schwimmenden Anordnung 34, 35, 37 begrenzen, arbeitet das Federbein auf die übliche Weise, wenn die Bewegungsamplituden des Rades verhältnismäßig groß werden.

Das Auslaßventil 24 a und 24 b, 25 und 27 in F i g. 2 wirkt ebenso wie der Querschnitt 18 in F i g. 1. Es ist klar, daß die Erfindung nicht auf die ausführlich beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern sich auf solche Ausführungen

ίο erstreckt, die man durch Anwendung technisch äquivalenter Mittel erzielt. Insbesondere kann der Kolben doppeltwirkend sein und einen biegsamen Hebel aufweisen. Die Regelung der Dämpferventile und der Pumpe sowie ihre Verlagerung selbst können eine Kompressionswirkung erzielen, die größer ist als die Wirkung bei der Entspannung. Es ist denkbar, daß die umgepumpte Flüssigkeit ein Gas statt einer Flüssigkeit ist und daß das oben beschriebene Federbein, das für sich allein funktionsfähig ist, zur Befestigung irgendwelcher beweglicher Teile auf einem Gestell verwendet wird.

Claims (7)

Patentansprüche: *-" »5 ·

1. Hydropneumatisches Federbein, insbeson-' dere für Kraftfahrzeuge, mit einem senkrechten Zylinder, der einen mit den ungefederten Teilen verbundenen dichten Kolben und einen über diesem schwimmend angeordneten Kolben enthält, wobei der schwimmende Kolben Durchlässe für den Durchtritt der Flüssigkeit in beiden Richtungen aufweist und die beiden Kolben den Zylinder in einen unteren Zylinderraum, einen mittleren Zylinderraum und einen oberen Zylinderraum unterteilen, einem oberhalb des Zylinders angeordneten Behälter, in dem eine Membran angeordnet ist, die den Behälter in einen oberen, komprimiertes Gas enthaltenden Behälterraum sowie einen unteren Behälterraum unterteilt, der mit dem oberen Zylinderraum kommuniziert, und mit Anschlägen, die den Weg des schwimmenden Kolbens begrenzen, gekennzeichnet durch einen Speisebehälter (9), der mit dem unteren Zylinderraum (40) kommuniziert, eine Pumpe (17; 30) mit einem mit dem schwimmenden Kolben (16; 35) gekoppelten Pumpenkolben (15; 34), die aus dem Speisebehälter (9) Flüssigkeit ansaugt und diese in den unteren Behälterraum (44) oder

in den oberen Zylinderraum (42) fördert, und einen Durchlaß (18, 19; 45, 246), der den mittleren Zylinderraum (41) mit dem Speisebehälter (9) oder mit dem unteren Zylinderraum (40) verbindet, wenn der dichte Kolben (4) bis unterhalb einer vorbestimmten Stellung gelangt ist.

2. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (34) und der schwimmende Kolben (35) durch eine Stange (36) verbunden und koaxial zum Zylinder (3) angeordnet sind.

3. Federbein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil der Pumpe in an sich bekannter Weise durch eine vom Pumpenkolben (34) getragene weiche Lippendichtung (34 a) gebildet ist, wobei die Lippe der Lippendichtung in Richtung der Stange (36), die zur Verbindung mit dem Dämpferkolben (35) dient, umgefaltet ist.

4. Federbein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (12, 13; 39 a, 39 b), die die Laufbahn des schwimmenden Kolbens (16, 35) und des mit ihm verbundenen Pumpenkolbens begrenzen, in an sich bekannter Weise elastisch sind und eine progressive Kennlinie besitzen.

5. Federbein nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der schwimmende Kolben (35) und der Pumpenkolben (34) mit einem anderen Kolben (37) vereinigt sind, der den Pumpenzylinder (30) koaxial umgibt und in einem Zylinder (38) geführt ist, der an mindestens einem Ende mit kalibrierten Öffnungen (38 a, 38 b) versehen ist und einen doppeltwirkenden Dämpfungszylinder bildet.

6. Federbein nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn-

zeichnet, daß der Durchlaß (18,19) die Wand des Zylinders (3) durchdringt.

7. Federbein nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem dichten Kolben (4) zugeordnete Kolbenstange (24) mit einer Axialbohrung (45) versehen ist, die im mittleren Zylinderraum (41) an einem Ventilsitz (24 a) endet, und daß ein auf dem Ventilsitz (24a) angeordnetes Ventil (26) an einem Faden (46) befestigt ist, der innerhalb der Axialbohrung (45) liegt und durch eine Feder (25) gespannt ist, während ein weiterer, im mittleren Zylinderraum (41) liegender Faden (27) das Ventil (26) mit einer Traverse (28) des Zylinders (3) verbindet und der Durchlaß (45; 24 b) durch die Axialbohrung (45) sowie eine Querbohrung (24 b) gebildet ist, die die Axialbohrung (45) mit dem unteren Zylinderraum (40) verbindet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 109 629/54