DE2638372A1

DE2638372A1 - Vorrichtung zur einstellung des zeitlichen ablaufs der ventilspindel-hubbewegung eines pneumatisch angetriebenen rohrleitungsschalters

Info

Publication number: DE2638372A1
Application number: DE19762638372
Authority: DE
Inventors: Hans-Otto Dipl Ing Mieth
Original assignee: Otto Tuchenhagen GmbH and Co KG
Current assignee: Otto Tuchenhagen GmbH and Co KG
Priority date: 1976-08-26
Filing date: 1976-08-26
Publication date: 1978-03-02
Also published as: DE2638372B2; DE2638372C3

Description

Firma 2059 Buchen, den 18. August 1976

OTTO TUCHENHAGEN Berliner Str.

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PATENTANMELDUNG

Anmelder:

Firma Otto Tuchenhagen, 2059 Buchen, Berliner Str.

Vorrichtung zur Einstellung des zeitlichen Ablaufs der Ventilspindel-Hubbewegung eines pneumatisch angetriebenen Rohrleitungsschalters

Vorrichtungen zur Verzögerung oder Dämpfung translatorischer, rotierender und oszillierender Bewegungsabläufe sind hinreichend bekannt und finden auf vielen Gebieten der Technik Verwendung. Bei ferngesteuerten Rohrleitungsschaltern insbesondere für die Nahrungsmittelindustrie, bei denen die Hubbewegung der Ventilspindel fast ausnahmslos durch Beaufschlagung eines Antriebssystems mit einem gasförmigen Antriebsfluid erzeugt wird, verzögert oder dämpft man beispielsweise den Bewegungsablauf der Ventilspindel dadurch, daß, wo immer dies möglich ist, durch entsprechende Einbaulage des Rohrleitungsschalters die Schließbewegung des Ventiltellers gegen die Strömungsrichtung des Produktstromes erfolgt. Bei Rohrleitungsschaltern mit Wechseltellern oder dort, wo aus verfahrenstechnischen Gründen eine Umkehr der Strömungsrichtung notwendig ist, versagt allerdings diese Einbauregel. Die heute insbesondere in der Nahrungsmittelindustrie zur Anwendung kommenden pneumatischen Antriebe für ferngesteuerte Rohrleitungsschalter haben in der Regel kurze Schaltzeiten und arbeiten demzufolge hart. Eindeutig definierte Antriebsstellungen sind die Ventilspindelendlagen. Definierte Zwischenstellungen, wie sie bei Regel- oder Stellventilen erforderlich sind, sind ohne konstruktiv aufwendige

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Zusatzeinrichtungen nicht realisierbar. Die Variation der Schaltzeiten läßt sich bei bekannten Systemen zwar durch Drosselung des gasförmigen Antriebsfluids am Eintritt in das Antriebssystem erreichen, doch dafür muß man dann bei produktseitigen Druckstößen ein kompressibilitätsbedingtes ungünstiges dynamisches Verhalten des gasförmigen Antriebs fluids innerhalb des durch die Drosselstelle begrenzten Antriebssystems in Kauf nehmen.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einstellbarkeit - (sie beinhaltet u.a. auch die Dämpfung) - des zeitlichen Ablaufs der Ventilspindel-Hubbewegung eines pneumatisch angetriebenen Rohrleitungsschalters zu realisieren.

Der Anwendungsbereich der Erfindung erstreckt sich auf pneumatische Antriebe, bei denen die Rückstellkräfte entweder durch mechanische Bauglieder (Federn/-Bauart A) oder durch andere, die gleiche Wirkung auf den Antriebskolben erzeugende Maßnahmen (Bauart B) realisiert werden. Im ersten Falle unterscheidet man durch Rückstellkräfte schließende (sog. federschließende) und durch Rückstellkräfte öffnende (sog. federöffnende) Rohrleitungsschalter. Der zweite Fall liegt beispielsweise vor, wenn der vom Arbeitsfluid zweiseitig beaufschlagbare Antriebskolben wechselseitig zur Erzeugung der Ventilspindel-Hubbewegung beaufschlagt wird.

Durch Anordnung eines inkompressiblen Fluids (im folgenden Dämpfungsfluid genannt) und dessen Drosselung zwischen Antriebskolben und gasförmigem Antriebsfluid innerhalb des Antriebssystems werden die Nachteile bekannter Vorrichtungen vermieden. Die Anordnung des Dämpfungsfluids innerhalb des Antriebssystems ist besonders vorteilhaft, da. sie keine Vergrößerung der äußeren Anmessungen des Antriebssystems mit sich bringt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die Ausgestaltung der Vorrichtung nach Anspruch 2 findet dort Anwendung, wo der Rohrleitungsschalter durch Rückstellkräfte schließend (z.B. federschließend)arbeiten soll und die Abmessungen des Antriebssystems nicht verändert werden sollen.

Die nach Anspruch 3 ausgestaltete Vorrichtung verfügt über die gleichen Vorteile der Vorrichtung gemäß Anspruch 2 und wird für durch Rückstellkräfte öffnende (z.B. federöffnende) Rohrleitungsschalter verwendet. Sie

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ist die um 180 Grad gedrehte Vorrichtung gemäß Anspruch 2 unter zusätzlicher Verwendung eines Rohres und Wechsel des die Bohrung der kolbenseitigen Stange verschließenden Stopfens in die Bohrung der behälterseitigen Stange.

Die Vorrichtungen gemäß Anspruch 2 und 3 können bei Verwendung beispielsweise eines den Gasraum absperrenden Magnetventils als Antriebe für Regelventile Verwendung finden. Weiterhin sind sie bei entsprechender Anordnung einer Pumpe, beispielsweise vorteilhaft innerhalb des Antriebssystems, als Antriebe für Stellventile zu verwenden.

Die Ausgestaltung der Vorrichtung, jeweils wahlweise nach einem der Ansprüche 5 bis 7, stellt die Anwendung einer bekannten Dämpfungseinrichtung auf ein pneumatisches Antriebssystem für ferngesteuerte Rohrleitungsschalter dar. Seine Anordnung innerhalb des Antriebssystems ergibt die bereits erwähnten Vorteile. Die Vorrichtung ist sowohl für durch Rückstellkräfte schließende (z.B. federschließende) als auch für durch Rückstellkräfte öffnende (z.B. federöffnende) Betriebsweise geeignet. Die Variante nach Anspruch 7 ermöglicht die Justierung der Drosseleinrichtung von außen ohne Demontage des Antriebssystems.

Sollten produktseitige Druckstöße entweder gar nicht auftreten oder sollte bei deren Vorhandensein eine Beseitigung, aus welchen Gründen auch immer, nicht notwendig oder wünschenswert sein, so kann bei einer nach einem der Ansprüche 5 bis 7 ausgestalteten Vorrichtung das Dämpfungsfluid, im Gegensatz zu den oben beschriebenen Vorrichtungen, auch gasförmig sein.

Um beispielsweise bereits gefertigte oder in Anlagen eingebaute Antriebe nachträglich mit den beschriebenen Vorteilen auszustatten, wird die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 ausgebildet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Fig. 1 bis 4 erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Vorrichtung mit innenliegender Drosselung und Reihenschaltung von Antriebs- und Dämpfungsfluid für federschließende Betriebsweise;

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Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1, jedoch mit den für die federöffnende Betriebsweise notwendigen Änderungen;

Fig. 3 die Vorrichtung mit innenliegender Drosselung und Parallelschaltung vom Antriebs- und Dämpfungsfluid für federschließende oder -öffnende Betriebsweise;

Fig. 4 die extern an einem Standardantrieb angeordnete Vorrichtung.

In dem mit dem Rohrleitungsschalter-Gehäuse form-, reib- oder stoffschlüssig verbundenen Antriebszylinder 1, der durch den Deckel 8 mittels einer Verbindungseinrichtung 9 verschlossen wird, befinden sich ein mit der Kolbennut 2a und der Kolbendichtung 2b versehener Antriebskolben 2 und die zwischen Antriebskolben 2 und Deckel 8 eingespannte Feder 10 (Fig. 1). An der in der dargestellten Lage unteren Seite des Antriebskolbens 2, die mit der Stirnfläche des Antriebszylinders 1 den Hubraum 11 bildet, ist die kolbenseitige Stange 4a starr befestigt. Sie verfügt über die durch den Stopfen 6 verschlossene kolbenseitige Bohrung 5a und wird in axialer Richtung des Antriebszylinders 1 aus diesem nach unten herausgeführt. Die Abdichtung übernimmt die in die Nut la im Antriebszylinder 1 eingelegte Dichtung Ib. An die obere Seite des Antriebskolbens 2 schließt sich der mit flüssigem Dämpfungsfluid 12 gefüllte Behälter 3 an. Dieser verjüngt sich in die mit der behälterseitigen Bohrung 5b, die in den Behälter 3 einmündet, versehene behälterseitige Stange 4b, die dichtend durch den Deckel 8 nach oben aus dem Antriebszylinder 1 herausgeführt wird. Die Abdichtung besorgt eine in die Deckelnut 8a eingelegte Deckeldichtung 8b. Das gasförmige Antriebsfluid 13 bildet zusammen mit dem flüssigen Dämpfungsfluid 12 innerhalb des Behälters 3 die Grenzfläche 14. Im Antriebskolben 2 ist eine Drosseleinrichtung 7 angeordnet, die mit ihrer Durchtrittsöffnung 7a den vom Behälter 3 gebildeten Hohlraum mit dem Hubraum 11 verbindet. Zur Übertragung der Antriebsbewegung auf benachbarte Bauteile des Rohrleitungsschalters sind sowohl die kolbenseitige als auch die behälterseitige Stange mit Kupplungseinrichtungen 4c versehen.

Sobald über die Öffnung Al gasförmiges Antriebsfluid 13 über die behälterseitige Bohrung 5b in den Behälter 3 einströmt und die aus dem jeweiligen Druck und der Fläche des Antriebskolbens resultierende Kolbenkraft die Vorspannkraft der Feder 10 übersteigt, wird das flüssige Dämpfungsfluid 12

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— sr —

aus dem Behälter 3 über die Durchtrittsöffnung 7a der Drosseleinrichtung 7 in den Hubraum 11 verdrängt; die gedämpfte Hubbewegung des Antriebskolbens 2, deren zeitlicher Ablauf über die geeignete Größenwahl der Durchtrittsöffnung 7a einstellbar ist, ist eingeleitet. Das Ende der Hubbewegung ist konstruktiv durch Anschlag der Stirnfläche des Behälters 3 am Deckel 8 vorgegeben. In dieser Endlage befindet sich die Grenzfläche 14 noch innerhalb des Behälters 3. Die Umkehr und der Vollzug der Hubbewegung, bewirkt durch die Rückstellkraft der vorgenannten Feder 10 nach der Entspannung des Antriebs fluids 13, erfolgt sinngemäß, wie bereits beschrieben, in umgekehrter Reihenfolge. Die Vorrichtung arbeitet, bezogen auf die Betriebsweise des Ventiltellers im Rohrleitungsschalter-Gehäuse, federschließend.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung entspricht, mit den nachfolgenden genannten Ausnahmen, der Vorrichtung gemäß Fig. 1. Sie arbeitet, bezogen auf die Betriebsweise des Ventiltellers im Rohrleitungsschalter-Gehäuse, federöffnend. Die Einbaulage ist gegenüber Fig. 1 um 180 Grad gedreht. Das gasförmige Antriebsfluid 13 wird durch die Öffnung A2 der kolbenseitigen Bohrung 5a dem Behälter 3 zugeführt. Die behälterseitige Bohrung 5b ist mittels des Stopfens 6 verschlossen. Das Rohr 15 verlängert die Durchtrittsöffnung 7a bis zu der der Drosseleinrichtung 7 gegenüberliegenden Wand des Behälters 3. Die übrigen näher bezeichneten Bestandteile der Vorrichtung wurden bereits in der Beschreibung zu Fig. erläutert. Die Wirkungsweise der Vorrichtung ergibt sich ebenfalls sinngemäß aus obiger Beschreibung.

Die Einbaulage der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung, die in wesentlichen Bestandteilen nach Aufbau und Wirkungsweise mit denen der Vorrichtung gemäß Fig. 1 identisch ist, entspricht ebenfalls der Vorrichtung gemäß Fig. 1. Am Deckel 8 schließt sich ein Dämpfungsbehälter 16 an, dessen stirnseitige Begrenzungsflächen in axialer Richtung von der behälterseitigen Stange 4b dichtend durchgedrungen werden und der sowohl gasförmiges als auch flüssiges Dämpfungsfluid 12 aufnehmen kann. Die dem Antriebskolben 2 zugewandte Durchdringung des Dämpfungsbehälters 16 wird über die in die Dämpfungsbehälternut 16a eingelegte Dichtung 16b abgedichtet.Der Dämpfungskolben 17 teilt den vom Dämpfungsbehälter 16 in Verbindung mit der behälterseitigen Stange 4b gebildeten

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Hohlraum entsprechend der jeweiligen Lage des Dämpfungskolbens 17 in die Dämpfungsbehälter-Räume 18a und 18b mit wechselnd unterschiedlicher Größe. Der Drosselringspalt 18 verbindet beide miteinander. Die behälterseitige Bohrung 5b ist über den Kanal 5c mit dem Hubraum 11 verbunden.

Das Antriebsfluid 13 strömt durch die Öffnung A3 der behälterseitigen Bohrung 5b und den Kanal 5c in den Hubraum 11 ein und beaufschlagt dort den Antriebskolben 2 in bekannter konventioneller Weise. Die Dämpfung der Hubbewegung erfolgt durch Austausch des Dämpfungsfluids 12 zwischen den Dämpfungsbehälter-Räumen 18a, 18b über den Drosselringspalt 18. Die Einstellung des zeitlichen Ablaufs der Hubbewegung wird durch entsprechende Bemessung des Drosselringspaltes 18 realisiert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Dämpfungskolben 17 dichtend im Dämpfungsbehälter 16 geführt und es wird zusätzlich entweder beispielsweise eine der Drosseleinrichtungen 7 entsprechende Vorrichtung im Dämpfungskolben 17 oder die Dämpfungsbehälter-Räume 18a, 18b miteinander verbindende Bypass-Leitung 21 (s. Fig. 4), in der sich vorteilhaft eine justierbare Drosseleinrichtung 22 befindet, vorgesehen.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 4 besteht aus einem über eine Befestigungseinrichtung 19a am Deckel 8 befestigten externen Dämpfungsbehälter 19, in dem ein Dämpfungskolben 20 mit einer Nut 20c für die Dichtung 2Od verschiebbar angeordnet ist. Am Dämpfungskolben 20 sind eine obere und eine untere Stange 2Oa, 20b starr befestigt, die jeweils dichtend durch die Stirnflächen des externen Dämpfungsbehälters 19 hindurch-geführt sind. Die Abdichtung besorgt jeweils die Dichtung 19e bzw. 19c in der Nut 19d bzw. 19b. Die untere Stange 20b ist jeweils nach Einbaulage des Antriebssystems entweder mit der kolbenseitigen- oder mit der behälterseitigen Stange 4a, 4b des Antriebssystems lösbar verbunden. Die obere und untere Stange 2Oa, 20b ist mit einer durchgehenden Bohrung 2Of versehen, die die Verbindung zur kolben- bzw. behälterseitigen Bohrung 5a, 5b herstellt. Die die Dämpfungsbehälter-Räume 18a, 18b miteinander verbindende Bypass-Leitung 21 ist vorteilhaft mit einer justierbaren Drosseleinrichtung versehen. Die Zufuhr des gasförmigen Antriebsfluids 13 erfolgt über- die Öffnung A4.

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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ergibt sich sinngemäß aus der Beschreibung zu Fig. 3. Der gedrosselte Austausch des flüssigen oder gasförmigen Dämpfungsfluids zwischen den Dämpfungsbehälter-Räumen 18a und 18b kann auch, beispielsweise wie bereits in der Beschreibung zu Fig. 3 erläutert, über eine dem Drosselringspalt 18 entsprechende Einrichtung oder über eine im Dämpfungskolben 20 angeordnete, der Drosseleinrichtung 7 entsprechende Vorrichtung realisiert werden.

Bei den Vorrichtungen entsprechend der Ansprüche 2 bzw. 3 kann der Behälter 3 wahlweise über die im Betriebszustand dem Transport des gasförmigen Antriebs fluids dienende hohlgebohrte behälter- bzw. kolbenseitige Stange 4b bzw. 4a mit flüssigem Dämpfungsfluid befüllt werden, ohne daß dazu eine Demontage des Antriebs notwendig wird. Das Entleeren des Behälters 3 erfolgt über eine eine Verbindung zum Hohlraum 11 herstellende Abflußöffnung in der Wand des Antriebszylinders 1, die im Betriebszustand über einen Verschlußstopfen verschlossen ist, beispielsweise unter Aufschaltung von gasförmigem Antriebsfluid.

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Claims

Pü TENTANSPRÜCHE

1.)/Vorrichtung zur Einstellung des zeitlichen Ablaufs der Ventilspindel-' Hubbewegung eines pneumatisch angetriebenen Rohrleitungsschalters, bestehend aus einem mit dem Rohrleitungsschalter-Gehäuse form-, reib- oder sto ff schlüssig verbindbaren, geschlossenen Antriebszylinder (1), der zum einen wahlweise so anordenbar ist, daß die durch die bzw. nach der Auslenkung des Antriebskolbens als Folge seiner Beaufschlagung mit Arbeitsfluid erzeugten Rückstellkräfte den Rohrleitungsschalter entweder schließen oder öffnen und aus dem zum anderen mit dem Antriebskolben (2) beidseitig verbundene, der Zuführung von gasförmigem Arbeitsfluid (13) dienende, mit jeweils einer Bohrung versehene Stangen (4a, 4b) in axialer Richtung herausgeführt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb oder außerhalb des Antriebszylinders (1) ein vorzugsweise flüssiges Dämpfungsfluid (12) zwangsweise mit der Hubbewegung des Antriebskolbens (2) mittels einer Drosseleinrichtung (z.B. 7, 7a; 16, 17, 18; 19, 20, 21, 22) gedrosselt wird.

2.) Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer die Rückstellung des Kolbens (2) in seine Ruhelage bewirkende Feder (1O),

dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Antriebszylinders (1) zwischen Antriebskolben (2) und in der Einbaulage des Rohrleitungsschalters vertikal nach oben weisender behälterseitiger Stange (4b) mit der behälterseitigen Bohrung (5b) ein flüssiges Dämpfungsfluid (12) aufnehmender, mit der behälterseitigen Bohrung (5b) in Verbindung stehender Behälter (3) angeordnet ist, der an seinem kolbenseitigen Ende über eine Drosseleinrichtung (7) mit einer Durchtrittsöffnung (7a) zum Hubraum (11) und über eine Verbindung zur mit dem Verschlußstopfen (6) geschlossenen kolbenseitigen Bohrung (5a) der kolbenseitigen Stange (4a) verfügt.

3.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die behalterseitige Stange (4b) in der Einbaulage des Rohrleitungsschalters vertikal nach unten weist, deren be- hälterseitige Bohrung (5b) mit dem Verschlußstopfen (6) geschlossen ist,

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ein Rohr (15) die Durchtrittsöffnung (7a) bis zu der der Drosseleinrichtung (7) gegenüberliegenden Wand des Behälters (3) verlängert und der Behälter (3) mit der kolbenseitigen Bohrung (5a) der kolbenseitigen Stange (4a) verbunden ist.

4.) Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Antriebszylinders (1) ein mit dem Deckel (8) verbundener, hermetisch abgeschlossener Dämpfungsbehälter (16) angeordnet ist, in dem sich ein Dämpfungskolben (17) befindet, der mit der durch den Dämpfungsbehälter (16) auf beiden Seiten dichtend hindurchgeführten behälterseitigen Stange (4b) starr verbunden ist.

5.) Vorrichtung nach Anspruch 4 mit einem im Dämpfungsbehälter (16) angeordneten Dämpfungskolben (17),

dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskolben (17) in und mit dem Dämpfungsbehälter (16) einen die Dämpfungsbehälter-Räume (18a, 18b) miteinander verbindenden Drosselringspalt (18) bildet.

6.) Vorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß ein dichtend im Dämpfungsbehälter (16) geführter Dämpfungskolben (17) eine die Dämpfungsbehälter-Räume (18a, 18b) miteinander verbindende Drosseleinrichtung (z.B. 7, 7a) aufnimmt.

7.) Vorrichtung nach Anspruch 6 mit einem dichtend im Dämpfungsbehälter (16) geführten Dämpfungskolben (17),

dadurch gekennzeichnet, daß eine die Dämpfungsbehälter-Räume (18a, 18b) miteinander verbindende Bypass-Leitung (21) außerhalb des Antriebszylinders (1) mit einer justierbaren Drosseleinrichtung (22) versehen ist.

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8.) Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Antriebszylinders (1) ein auf die Einbaulage des Rohrleitungsschalters bezogen oberhalb des Deckels (8) angeordneter, mit diesem verbundener, hermetisch abgeschlossener externer Dämpfungsbehälter (19) mit einem dichtend geführten Dämpfungskolben (20) ausgerüstet ist, der an der durch den externen Dämpfungsbehälter (19) auf beiden Seiten dichtend hindurchgeführten oberen bzw. unteren Stange (20a, 2Ob), wobei letztere mit der kolben- bzw. behälterseitigen Stange (4a, 4b) lösbar verbunden ist, starr befestigt ist.

9.) Vorrichtung nach Anspruch (8) mit einem im externen Dämpfungsbehälter (19) angeordneten Dämpfungskolben (20)

dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskolben (20) in und mit dem externen Dämpfungsbehälter (19) einen die Dämpfungsbehälter-Räume (18a, 18b) miteinander verbindenden Drosselringspalt (18) bildet.

10.) Vorrichtung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß ein dichtend im externen Dämpfungsbehälter (19) geführter Dämpfungskolben (20) eine die Dämpfungsbehälter-Räume (18a, 18b) miteinander verbindende Drosseleinrichtung (z.B. 7-s, 7a) aufnimmt.

11.) Vorrichtung nach Jinspruch 10 mit einem dichtend im externen Dämpfungsbehälter (19) geführten Dämpfungskolben (20),

dadurch gekennzeichnet, daß eine die Dämpfungsbehälter-Räume (18a, 18b) miteinander verbindende Bgpass-Leitung (21) außerhalb des Dämpfungsbehälters (19) mit einer justierbaren Drosseleinrichtung (22) versehen ist.

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12.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß das Befüllen des Behälters (3) mit flüssigem Dämpfungsfluid (12) ohne vollständige oder teilweise Demontage des Antriebs über die kolbenseitige Bohrung (5a) der kolbenseitigen Stange (4a) oder die behälterseitige Bohrung (5b) der behälterseitigen Stange (4b) erfolgt.

13.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß das Entleeren des Behälters (3) von flüssigem Dämpfungs fluid (12) über eine eine Verbindung zum Hohlraum (11) herstellende Abflußöffnung in der Wand des Antriebszylinders (1) beispielsweise unter Aufschaltung von gasförmigem Antriebsfluid erfolgt.

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