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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Fluidzylinder und
im besonderen selbstschmierende Fluidquellen, die zwischen Matrizenelementen
von Prägepressen
verwendet werden.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Die
Nutzungsdauer und die Sicherheit eines Stickstoff-Matrizenzylinders
hängen
direkt mit dem Vermögen
der dynamischen Hochdruckdichtung zusammen, eine minimale Undichtheit
aufrechtzuerhalten. Wie festgestellt wurde, wird das Vermögen der dynamischen
Hochdruckdichtung, ihre ordnungsgemäße Funktion und Funktionsweise
aufrechtzuerhalten, stark von der Menge und der Temperatur des Schmierölfilms beeinflußt, über den
hinweg die Dichtung läuft.
Verschleiß durch
Oberflächenkontakt
und eine resultierende Undichtigkeit der Dichtung treten schnell
ein, wenn die Dichtung gegen eine Zylinderwand laufen kann, der
es an einem hinreichendem Schmierölfilm mangelt.
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Die
meisten Stickstoff-Matrizenzylinder nehmen bei der Montage einen
Schmierölfilm
an den Zylinderwänden
auf. Bei nicht selbstschmierenden Zylindern wird dieser Schmierölfilm manchmal
dadurch ergänzt,
daß in
einer Nut nahe an der Dichtung ein mit Öl getränkter Abwischer aus Schaumstoff
angebaut wird. Mit der Zeit wird der Ölfilm oft durch die Schwerkraft
von dem Zylinder abgewischt. Die Dichtung selbst drückt bei
jedem Hub überschüssiges Öl von der
Zylindennrand weg, wodurch der Film nach jedem Hub noch dünner wird.
Der mit Öl
getränkte Abwischer
kann den Ölfilm
nur eine begrenzte Zeitlang aufrechterhalten, bevor das Öl durch
die Schwerkraft und die Wischwirkung der Dichtung in Bereiche in
dem Stickstoff-Matrizenzylinder verdrängt wird, wo das Öl keinen
Nutzen mehr hat.
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Aus
diesem Grunde sind solche Fluidzylinder vorzugsweise selbstschmierend.
In dem USA-Patent Nr. 4,691,902 von Kadis und dem USA-Patent Nr.
4,815,718 von Kadis werden Matrizenzylinder offenbart, die sehr
wirkungsvoll selbstschmierend sind.
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In
den Patenten '902
und '718 von Kadis
bilden der Kolben und die Zylinderwände einen Arbeitsbereich, und
unterhalb des Arbeitsbereichs befindet sich ein Schacht. Außerhalb
des Arbeitsbereichs und des Schachtes und um diese herum ist ein
Expansionsreservoir vorgesehen. Eine gesonderte Endkappe dient zur
Ausbildung eines unteren Bereichs des Zylinderkörpers, so daß die Endkappen
beispielsweise durch Gewin deeingriff an dem Rest des Zylinderkörpers befestigt
und von diesem gelöst
werden kann. In die Endkappe ist ein erster Durchlaß eingearbeitet,
und der erste Durchlaß weist
darin einen Einlaß auf,
der sich zu dem Schacht öffnet.
Mit dem Ende des ersten Durchlasses ist gegenüber dem Einlaß ein Steigrohr
verbunden, das sich dann nach außen in ein oberes Ende des
Expansionsreservoirs erstreckt. Mit Hilfe dieser Konfiguration sind
der Einlaß des
ersten Durchlasses und der Auslaß des Steigrohrs der Verbindungsweg
für das
Schmieröl
zwischen der Arbeitskammer/dem Schacht und dem Expansionsreservoir.
Wenn sich der Matrizenzylinder in aufrechtstehender Ausrichtung
befindet, sammelt sich Schmieröl
entlang dem Unterteil des Schachts und in dem ersten Durchlaß. In der
aufrechtstehenden Ausrichtung ist der Einlaß des ersten Durchlasses unterhalb
des Pegels des Schmieröls
in dem Schacht und des Auslasses des Steigrohrs angeordnet und sorgt
mithin für
den Verbindungsweg für
das Schmieröl.
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Wenn
sich der Matrizenzylinder der Patente '902' und '718' in umgekehrter Ausrichtung
befindet, sammelt sich das Schmieröl entlang einem gegenüberliegenden
Ende des Expansionsreservoirs und einem Ende des Arbeitsbereichs
gegenüber
dem Schacht. Bei dieser umgekehrten Orientierung befindet sich der
Auslaß des
Steigrohrs unterhalb des Pegels des Schmieröls und wirkt mithin als Einlaß für das hindurchzusaugende
Schmieröl.
Deshalb ist der erste Durchlaß der
Verbindungsweg für
das Schmieröl
zwischen der Arbeitskammer/dem Schacht und dem Expansionsreservoir
unabhängig
von der Ausrichtung des Matrizenzylinders.
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Der
Matrizenzylinder der Patente '902' und '718' von Kadis weist
auch einen zweiten Durchlaß zwischen
der Arbeitskammer und dem Expansionsreservoir auf. Sowohl bei der
aufrechtstehenden Ausrichtung als auch bei der umgekehrten Ausrichtung des
Matrizenzylinders befindet sich der zweite Durchlaß oberhalb
des Pegels des Schmieröls.
Deshalb ist der zweite Durchlaß der
Verbindungsweg für das
Arbeitsfluid zwischen der Arbeitskammer/dem Schacht und dem Expansionsreservoir
unabhängig von
der Ausrichtung des Matrizenzylinders.
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Wie
bei jedem Herstellungsgegenstand ist es von Vorteil, die Konstruktion
des Matrizenzylinders zu vereinfachen, die Anzahl der beteiligten
Teile zu vermindern und dabei die Funktionsfähigkeit dieses Matrizenzylinders
aufrechtzuerhalten. Ebenso wäre es
von Vorteil, den Zylinder zu entwickeln, der es unnötig macht,
diese Endkappe getrennt herzustellen und sie an dem Zylinderkörper zu
befestigen, und einen Durchlaß durch
die Endkappe hindurch einzuarbeiten und dabei die funktionellen
Vorteile der in den Patenten '902' und '718' von Kadis offenbarten Zylinder
aufrechtzuerhalten.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird ein selbstschmierender Fluidzylinder
oder eine Dämpfungsanordnung
zur Verwendung in einer Presse geschaffen, der in aufrechtstehender
Ausrichtung und in umgekehrter Ausrichtung betätigbar ist, wobei sich der
Zylinder selbst schmiert und dabei mehrere Teile unnötig macht,
die den nach dem Stand der Technik offenbarten Matrizenzylindern
zugeordnet sind.
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Die
Dämpfungsanordnung
enthält
ein unter Druck stehendes Arbeitsfluid, vorzugsweise Stickstoff,
wobei der Stickstoff durch in der Gaszylinderindustrie bekannte
Mittel, beispielsweise durch ein Füllrohr und ein Steigrohr, in
die Zylinderanordnung eingebracht werden kann. Die Zylinderanordnung enthält ferner
Schmieröl,
so daß bei
aufrechtstehender Ausrichtung ein Schmierölpegel an einem ersten Ende
der Dämpfungsanordnung
vorhanden ist und bei umgekehrter Ausrichtung ein Schmierölpegel an einem
zweiten Ende der Dämpfungsanordnung
gegenüber
dem ersten Ende vorhanden ist.
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Die
Zylinderanordnung umfaßt
ein hohles äußeres Gehäuse oder
einen Zylinderkörper.
Der Zylinderkörper
besitzt Seitenwände,
die an dem ersten Ende des Zylinderkörpers an einer Endwand enden, und
die an dem zweiten Ende des Zylinderkörpers in einer Öffnung enden.
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Die
Zylinderanordnung umfaßt
ferner eine Innenwandanordnung. Die Innenwandanordnung weist einen
Bereich auf, der mit dem Zylinderkörper verbindet, vorzugsweise
an der Öffnung
des Zylinderkörpers.
Die Innenwandanordnung weist Wände auf,
die von dem Verbindungsbereich der Wandanordnung innerhalb des Zylinderkörpers zu
der Gehäusendwand
nach außen
ragen. Die Wände
der Wandanordnung sind vorzugsweise aus einer Zylinderbuchse in
Verbindung mit einem Einsatz ausgebildet. Die Zylinderbuchse weist
einen Kolben auf, der zwecks Hin- und Herbewegung dazwischen angebracht
ist. Der Einsatz ist zwischen der Endwand des Zylinderkörpers und
der Zylinder buchse positioniert. Der Einsatz ist vorzugsweise ringförmig, kann
jedoch jede passende Form aufweisen, vorausgesetzt, daß diese
an einem Ende mit der Zylinderbuchse zusammenpaßt. Der ringförmige Einsatz
kann ein einziges einheitliches Stück sein oder kann aus mehreren
Teilen ausgebildet sein.
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Als
Raum zwischen dem Kolben, den Wänden
der Wandanordnung und der Gehäusendwand ist
ein Wandanordnungsraum mit variablem Volumen gebildet. Der Wandanordnungsraum
wird durch die Kombination einer Arbeitskammer und eines Schachts
gebildet. Die Arbeitskammer ist als der zylindrische Bereich zwischen
den Wänden
der Zylinderbuchse zwischen den höchsten und den niedrigsten
Bewegungspunkten des Kolbens gebildet. Der Schacht liegt unterhalb
der Arbeitskammer, oberhalb der Endwand des Zylinderkörpers und
innerhalb der Wände
der Wandanordnung.
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Innerhalb
der Dämpfungsanordnung
ist ein Expansionsreservoir vorgesehen. Das Expansionsreservoir
ist als ein Raum zwischen den Seitenwänden des Zylinderkörpers, den
Wänden
der Wandanordnung und der Endwand des Zylinderkörpers definiert. Da die Flächen der
Seitenwände
des Zylinderkörpers
und der Wände
der Wandanordnung vorzugsweise zylindrisch sind, ist das Expansionsreservoir
vorzugsweise ringförmig.
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Die
Dämpfungsanordnung
umfaßt
einen ersten Durchlaß,
der sich zu dem Wandanordnungsraum und zu dem Expansionsreservoir öffnet. Beide Öffnungen
sind unterhalb des Pegels des Schmieröls positioniert, wenn sich
die Dämpfungsanordnung
in aufrechtstehender Ausrichtung befindet. Beide Öffnungen
des ersten Durchlasses sind oberhalb des Pegels des Schmieröls positioniert,
wenn sich die Dämpfungsanordnung
in umgekehrter Ausrichtung befindet.
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Die
Ausnehmung, die vorzugsweise zylindrisch ist, ist an der Gehäuseendwand
vorgesehen, und die Wände
der Wandanordnung schneiden die Ausnehmung und bilden den ersten
Durchlaß.
Die Ausnehmung ist vorzugsweise dadurch gebildet, daß eine zylindrische
Bohrung durch die Gehäuseendwand
hindurch vorgesehen ist und ein entfernbarer Stopfen teilweise von
außerhalb
des Gehäuses
aus innerhalb der Bohrung angeordnet ist. Alternativ kann der erste
Durchlaß von
einer Öffnung
oder einem Kanal, die/der durch die Wand der Wandanordnung gebildet
wird, und vorzugsweise durch den ringförmigen Einsatz hindurch gebildet
werden.
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Die
Dämpfungsanordnung
umfaßt
ferner einen zweiten Durchlaß,
der sich zu dem Wandanordnungsraum und zu dem Expansionsreservoir öffnet. Beide Öffnungen
des zweiten Durchlasses sind oberhalb des Pegels des Schmieröls positioniert,
wenn sich die Dämpfungsanordnung
in aufrechtstehender Ausrichtung befindet. Der zweite Durchlaß, der sich zu
dem Expansionsreservoir öffnet,
ist unterhalb des Pegels des Schmieröls positioniert, wenn sich
die Dämpfungsanordnung
in umgekehrter Ausrichtung befindet. Der zweite Durchlaß ist vorzugsweise
durch den ringförmigen
Einsatz hindurch angeordnet und umfaßt ein Steigrohr, das sich
in Richtung zu dem zweiten Ende des Gehäuses erstreckt. Mithin öffnet sich
das Steigrohr an einem Ende zu einem oberen Ende des Expansionsreservoirs
und verbindet an einem gegenüberliegenden
Ende mit dem ringförmigen
Einsatz.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird für den Umlauf des Schmieröls gesorgt
und während
jedes vollständigen
Taktes des Kolbens auch eine Ölschicht
auf die Zylinderwände
gesprüht.
Der Umlauf des Schmieröls
erfolgt mit Hilfe eines gemischten Strahls von komprimierbarem Arbeitsfluid
und von Schmieröl,
der mit Hilfe einer gesteuerten Druckfifferenz des komprimierbarem
Arbeitsfluids auf die Zylinderwand gesprüht wird, während sich der Kolben während des
Expansionshubs des Arbeitstaktes bewegt.
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Ein
Teil des Schmieröls
wird während
jedes Hubs des Kolbens zwischen der Arbeitskammer/dem Schacht und
dem Expansionsreservoir übertragen. Die
Verbindung des Schmieröls
zwischen der Arbeitskammer/dem Schacht und dem Expansionsreservoir
erfolgt durch den ersten Durchlaß hindurch, der vorzugsweise
eine Ausnehmung ist, wenn sich die Dämpfungsanordnung in aufrechtstehender
Ausrichtung befindet. Der zweite Durchlaß umfaßt vorzugsweise Fluidströmungsdrosselungsmittel.
Die Verbindung des Schmieröls
zwischen der Arbeitskammer/dem Schacht und dem Expansionsreservoir erfolgt
durch den zweiten Durchlaß hindurch,
wenn sich die Dämpfungsanordnung
in umgekehrter Ausrichtung befindet. Der zweite Durchlaß umfaßt vorzugsweise
Fluidströmungsdrosselungsmittel.
Zwischen der Arbeitskammer und dem Expansionsreservoir wird während der
Bewegung des Kolbens eine Druckdifferenz geschaffen, die zu einem
gemischten Sprühstrahl
von komprimierbarem Arbeitsfluid und Schmieröl zur Schmierung der Zylinderwände führt.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus einer Beschreibung
von bestimmten, gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
derselben erkennbar, die in den Zeichnungen gezeigt sind.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine teilweise im Querschnitt ausgeführte Vorderansicht einer ersten
bevorzugten Ausführungsform
eines selbstschmierenden Stickstoff-Matrizenzylinders gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine Querschnittsansicht eines Matrizenzylinders gemäß der vorliegenden
Erfindung, der in aufrechtstehender Ausrichtung und in der Offenstellung
der Matrize oder der ausgedehnten Stellung gezeigt ist.
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3 ist
eine Ansicht ähnlich
zu 2, in welcher der Matrizenzylinder in der Matrizenschließstellung
oder der komprimierten Stellung gezeigt ist.
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4 ist
eine Ansicht ähnlich
zu 2, in welcher der Matrizenzylinder mit dem Kolben
gezeigt ist, der wieder in die Offenstellung der Matrize oder die
ausgedehnte Matrizenstellung gezogen ist.
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5 ist
eine Querschnittsansicht eines Matrizenzylinders gemäß der vorliegenden
Erfindung, der in umgekehrter Ausrichtung und in der Offenstellung
der Matrize oder der ausgedehnten Stellung gezeigt ist.
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6 ist
eine Ansicht ähnlich
zu 5, in welcher der Matrizenzylinder in der Schließstellung der
Matrize oder der komprimierten Stellung gezeigt ist.
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7 ist
eine Ansicht ähnlich
zu 5, in welcher der Matrizenzylinder mit dem Kolben
gezeigt ist, der wieder in die Offenstellung der Matrize oder die
ausgedehnte Stellung gezogen ist.
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8 ist
eine vordere Querschnittsansicht einer Variation der ersten bevorzugten
Ausführungsform
des Matrizenzylinders, die den aus mehr als einem Teil ausgebildeten
ringförmigen
Einsatz zeigt.
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9 ist
eine teilweise im Querschnitt ausgeführte Vorderansicht einer zweiten
bevorzugten Ausführungsform
eines selbstschmierenden Stickstoffmatrizenzylinders gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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10 ist
eine längs
der Linie X-X gemäß 1 geführte Querschnittsansicht.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 ist
ein in sich geschlossener Stickstoffmatrizenzylinder 10 gezeigt.
Der Bequemlichkeit halber wird das Arbeitsfluid manchmal als „Stickstoff' bezeichnet, obwohl
es offenkundig ist, daß auch
andere Arbeitsfluids bei der vorliegenden Erfindung verwvendet werden
können.
Der Stickstoffmatrizenzylinder 10 umfaßt einen Körper 12 und eine darin
enthaltene Kolben-/Zylinder-Einheit 14. Die Kolben-/Zylinder-Einheit 14,
wie sie bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann jede
geeignete Konstruktion sein, wie sie beispielsweise bisher für Stickstoffmatrizenzylinder
verwendet wurde. Die Kolben-/Zylinder-Einheit 14 umfaßt bei dieser
bevorzugten Konstruktion einen Kolben 16 und eine Kolbenstange 18, die
zwecks Hin- und Herbewegung in einer Zylinderbuchse 20 angebracht
sind. Eine dynamische Hochdruckdichtung, beispielsweise eine U-Schale 22,
ist vorgesehen, um die Kolben 16 mit der Zylinderwand 20 abzudichten.
Die dynamische Hochdruckdichtung 22 wird durch eine Scheibe 42 und
einen Haltering 44 am Umfang des Kolbens 16 festgehalten.
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Die
Außenseite
der Kolbenstange 18 gleitet entgegen einem Stangenlager 28 und
eine rimgförmige
Schabedichtung 30. Das Stangenlager 28 und die
ringförmige
Schabedichtung 30 sind mit geeigneten Mitteln, beispielsweise
durch Preßpassung
darin, an der Zylinderanordnung 20 befestigt. Die ringförmige Schabedichtung 30 weist
vorzugsweise eine geneigte Innenseite auf, die dem Kolben 16 gegenüberliegt.
Auf diese Weise schabt oder wischt die Schabedichtung 30 bei
jedem Hub des Kolbens 16 an der Außenseite der Kolbenstange 18.
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Die
Kolben-/Zylinder-Einheit 14 ist mit irgendwelchen geeigneten
Mitteln, beispielsweise durch Gewindeeingriff der Zylinderbuchse 20 mit dem
Zylinderkörper 12,
mit Hilfe eines Gewindes 34 und einer Dichtung 35 an
dem Zylinderkörper 12 befestigt.
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Die
Zylinderwand 20 ist auf einem ringförmigen Einsatz 36 positioniert
und bildet eine Dichtung gegen diesen. Der ringförmige Einsatz 36 wiederum ist
auf eine Innenseite des unteren Bereichs 13 des Zylinderkörpers aufgesetzt
und bildet eine Dichtung gegen diesen. Der untere Bereich 13 des
Zylinderkörpers
weist vorzugsweise eine Ringnut auf, die zur Aufnahme des ringförmigen Einsatzes 36 daran
vorgesehen ist.
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Der
ringförmige
Einsatz 36 kann aus jedem geeigneten Material bestehen,
das gegen das Zylinderkörpermilieu
beständig
ist und darin seine Form aufrechterhalten kann, wobei ein Schmieröl mitwirkt und
die Temperaturen nicht weniger als etwa 250 °F erreichen. Geeignete Materialien
sind rostfreier Stahl, Aluminium und formbare Kunststoffe, beispielsweise
Acetal. Zwar ist der Einsatz 36 vorzugsweise ringförmig, es
versteht sich jedoch, daß der Einsatz 36 auch
andere Formen aufweisen kann. Des weiteren ist der ringförmige Einsatz 36 zwar
als einstückig
beschrieben, es versteht sich jedoch, daß der Einsatz 36 aus
mehreren Teilen ausgebildet sein kann.
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Wenn
die Zylinderanordnung 20 auf den ringförmigen Einsatz 36 aufgesetzt
wird, wird zwischen der Außenseiten
der Zylinderwand 20 und des ringförmigen Einsatzes 36 und
der Innenseite des Zylinderkörpers 12 ein
Expansionsreservoir 38 geschaffen. Da der Einsatz 36 und
die Außenseite
der Zylinderwände 20 vorzugsweise
eine zylindrische Form aufweisen, und da die Innenseite des Zylinderkörpers 12 ebenfalls
eine im allgemeinen zylindrische Form aufweist, weist das Expansionsreservoir 38 eine
allgemeinen zylindrische Form auf. Es versteht sich jedoch, daß diese
Seiten und mithin das Expansionsreservoir 38 auch viele
andere Formen aufweisen kann.
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Der
Bequemlichkeit halber werden das Ende der Zylinderanordnung 10 und
des Expansionsreservoirs 38, welches das untere Ende 26 ist,
wenn sich die Zylinderanordnung 10 in der in 1 gezeigten Weise
in aufrechtstehender Ausrichtung befindet, unabhängig von der Ausrichtung der
Zylinderanordnung alternativ als Unterteil, unteres Ende oder erstes
Ende bezeichnet. In gleicher Weise wird das Ende der Zylinderanordnung 10 und
des Expansionsreservoirs 38, welches das obere Ende 24 ist, wenn
sich die Zylinderanordnung 10 in aufrechtstehender Ausrichtung
befindet, unabhängig
von der Ausrichtung der Zylinderanordnung alternativ als Oberteil,
oberes Ende oder zweites Ende bezeichnet.
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Wenn
sich die Zylinderanordnung 10 in der in 1 gezeigten
Weise in aufrecht stehender Ausrichtung befindet und keine Fluiddruckdifferenzen
auf das Schmieröl
einwirken, sammelt sich das Schmieröl generell auf einer bestimmten
Höhe entlang
dem ersten Ende 26 des Expansionsreservoirs 38,
entlang dem Unterteil des Schachts 50 und in der Ausnehmung 56.
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Eine
Arbeitskammer 40 wird als der Bereich zwischen den Wänden der
Zylinderbuchse 20 zwischen dem höchsten Bewegungspunkt des Kolbens 16 und
dem niedrigsten Bewegungspunkt des Kolbens 16 gebildet.
Der Zylinderkörper 12 besitzt
einen unteren Bereich 13. Im zweiten Ende der Zylinderanordnung 10 befindet
sich ein Schacht 50, der unterhalb der Arbeitskammer 40,
oberhalb des unteren Bereichs 13 des Zylinderkörpers und
innerhalb des ringförmigen
Einsatzes 36 liegt.
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Durch
den unteren Bereich 13 des Zylinderkörpers hindurch ist ein Füllrohr 46 zum
Füllen
der Zylinderanordnung 10 mit einem komprimierbaren Arbeitsfluid,
beispielsweise mit Stickstoff, angeordnet. Das Füllrohr 46 weist ein
Steigrohr 48 auf, das von dem unteren Bereich 13 des
Zylinderkörpers nach
außen
in den Schacht 50 am Boden der Zylinderanordnung 10 ragt.
Das Steigrohr 48 des Füllrohrs 46 ragt
nach oben in den Schacht 50, so daß sein oberes Ende über dem
Pegel eines Schmieröls
in dem Schacht 50, jedoch unterhalb des niedrigsten Bewegungspunktes
des Kolbens 16 angeordnet ist.
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Der
untere Bereich 13 des Zylinderkörpers umfaßt ferner eine Ausnehmung 56,
um eine Fluidverbindung zwischen der Arbeitskammer 40 und
dem Expansionsreservoir 38 zu ermöglichen. Die Ausnehmung 56 ist
vorzugsweise ausgebildet, indem eine Bohrung 60 gänzlich durch
den unteren Bereich 13 des Zylinderkörpers hindurch vorgesehen ist
und dann ein Dichtungsstopfen 58 teilweise in die Bohrung 60 hinein
vorgesehen ist. Der Bereich der Bohrung 60, in den der
Dichtungsstopfen 58 nicht hineinragt, bildet die Ausnehmung 56.
Auf diese Weise öffnet
sich ein Ende der Ausnehmung 56 in Richtung zu dem Schacht 50,
während
ein anderes Ende der Ausnehmung 56 durch den Stopfen 58 vor
der Verbindung mit der Außenseite
der Zylinderanordnung 10 abdichtbar ist. Der Stopfen 58,
der vorzugsweise mit dem unteren Bereich 13 des Zylin derkörpers in
Gewindeeingriff steht, kann entfernt werden, um Schmieröl einzugeben
oder Schmieröl
aus der Zylinderanordnung 10 zu entfernen.
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Der
ringförmige
Einsatz 36 und die Ausnehmung 56 sind derart bemessen,
konfiguriert und positioniert, daß dann, wenn der Einsatz 36 auf
den unteren Bereich 13 des Zylinderkörpers aufgesetzt wird, ein
unterer Bereich des ringförmigen
Einsatzes 36 die Ausnehmung 56 schneidet. Mithin öffnet sich ein
Bereich 53 der Ausnehmung 56 zu dem Schacht 50 innerhalb
des ringförmige
Einsatzes 36, und ein Bereich 54 der Ausnehmung 56 öffnet sich
zu dem Expansionsreservoir 38, wie am besten in 10 gezeigt
ist. Wie ebenfalls am besten in 10 gezeigt ist,
sind der Einsatz 36 und die Ausnehmung 56 vorzugsweise
in bezug aufeinander positioniert, so daß der Einsatz 36 die
Ausnehmung 56 in zwei Teile schneidet, d.h. die Bereiche 53 und 54 weisen
annähernd
die gleiche Fläche
auf. Auf diese Weise wird ein Weg oder Durchlaß zwischen dem Expansionsreservoir 38 und
dem Schacht 50 (und mithin dem Arbeitsbereich 40)
mit Hilfe der Ausnehmung 56 gebildet. Infolgedessen kann
etwaiges in dem Schacht 50 vorhandenes Schmieröl durch
die Ausnehmung 56 hindurch in das und aus dem Expansionsreservoir 38 heraus
kommunizieren.
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Ein
Durchlaß 64 ist
auch vorgesehen, um eine Fluidverbindung zwischen dem Expansionsreservoir 38 und
der Arbeitskammer 40 zu ermöglichen. Der Durchlaß 64 besitzt
einen Einlaß 66,
der in den Schacht 50 in dem unteren Teil der Arbeitskammer 40 führt, und
einen Auslaß 68,
der in das Expansionsreservoir 38 führt. Vorzugsweise ist der Einlaß 66 des Durchlasses 64 durch
den ringförmigen
Einsatz 36 hindurch angeordnet. Der Durchlaßeinlaß 66 ist
derart bemessen und positioniert, und die Menge des in die Matrizenzylinderanordnung
eingeleiteten Schmieröls
ist derart gewählt,
daß der
Durchlaßeinlaß 66 oberhalb
des Pegels des Schmieröls
positioniert ist.
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Der
Durchlaß 64 enthält vorzugsweise
ein aufrechtstehendes Steigrohr 70, das zu dem ersten Ende
des Expansionsreservoirs 38 führt und dort einen Auslaß 68 schafft.
Der Zweck dieses Steigrohrs 70 wird weiter unten ausführlicher
erläutert.
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Im
folgenden wird die Funktionsweise der Matrizenzylinderanordnung
gemäß 1 in
aufrechtstehender Ausrichtung an Hand der 2 bis 4 beschrieben.
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2 zeigt
die Matrizenzylinderanordnung in der Offenstellung der Matrize oder
ausgedehnten Stellung. In der in 2 gezeigten
ausgedehnten Stellung hat der Kolben 16 seine oberste Position
erreicht und ist bereit, durch die Zylinderbuchse 20 hindurch
nach unten gezogen zu werden. Schmieröl 90 ist als Film
an den Wänden
der Zylinderbuchse 20 und in einem Bad in dem Schacht 50,
in dem Unterteil des Expansionsreservoirs 38 und in der
Ausnehmung 56 gezeigt.
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Die
Arbeitskammer 40 und das Expansionsreservoir 38 sind
mit einem komprimierbaren Arbeitsfluid gefüllt, beispielsweise mit Stickstoff.
Der Stickstoff steht unter hohem Druck, beispielsweise von etwa
200 psi bis etwa 2000 psi. Der Gasdruck in dem Expansionsreservoir 38 und
der Arbeitskammer 40 ist annähernd gleich, da kein Strom
durch die Ausnehmung 56 und den Durchlaß 64 hindurch erfolgt.
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3 zeigt
den Kolben 16 am Ende seiner Abwärtsbewegung und mithin in der
Schließstellung der
Matrize oder komprimierten Stellung. Wenn der Kolben 16 das
Arbeitsfluid in der Arbeitskammer 40 komprimiert, läuft das
Arbeitsfluid durch einen Durchlaß, um zu dem Expansionsreservoir 38 zu
laufen, um den Druck dazwischen auszugleichen zu versuchen. Der
größte Teil
des Arbeitsfluids würde
durch den Durchlaß 64 laufen.
Der Durchlaß 64 ist
jedoch insbesondere derart bemessen und konfiguriert, daß er einen
kleinen Widerstand gegen den Fluidstrom schafft. Auf Grund dieses
Widerstands läuft
ein Teil des Arbeitsfluids durch die Ausnehmung 50 hindurch in
das Expansionsreservoir 38. Wenn der Kolben 16 entlang
den Zylinderwänden 20 läuft, wischt
die U-Hochdruckschalendichtung 22 einen Teil des Films des
Schmieröls 90 von
der Zylinderwand 20 ab und drückt ihn in Richtung zu dem
Unterteil des Zylinderbehälters 12 in
den Schacht 50 und die Ausnehmung 56. Durch den
Gasdruck wird ein Teil des Schmieröls in das Expansionsreservoir 38 gedrückt. Wenn
der Kolben den Endpunkt seines Laufs erreicht hat, hört er auf,
das Arbeitsfluid in der Arbeitskammer 40 zu komprimieren,
und läßt den Gasdruck
zwischen der Arbeitskammer 40 und dem Expansionsreservoir 38 wieder
zum Ausgleich kommen. Etwaiges überschüssiges Schmieröl 90,
das von den Zylinderwänden 20 abgewischt
wurde, wird im Unterteil des Schachts 50, in der Ausnehmung 56 und
im Unterteil des Expansionsreservoirs 38 gehalten.
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Als
nächstes
wird in 4 der Kolben 16 durch
den hohen inneren Fluiddruck derart gedrückt, daß er der Druckbewegung folgt.
Wenn sich der Kolben 16 von der Matrizenschließstellung
weg zu bewegen beginnt, beginnt der Gasdruck in der Arbeitskammer 40 zu
fallen. Der Arbeitsfluiddruck in dem Expansionsreservoir 38,
der sich auf einem höheren Druck
befindet, versucht sich auszugleichen, indem er den Rückstrom
des Arbeitsfluids in die Arbeitskammer 40 zuläßt. Das
Arbeitsfluid strömt
aus dem Expansionsreservoir 38 durch den Durchlaß 64 hindurch
in die Arbeitskammer 40. Wiederum wird ein Teil des Arbeitsfluids,
da der Durchlaß 64 ein
geringes Maß an
Widerstand gegen den Fluidstrom schaffen kann, auch aus dem Expansionsreservoir 38 durch
die Ausnehmung 56 hindurch in Richtung zu der Arbeitskammer 40 laufen.
Bevor das Arbeitsfluid jedoch durch die Ausnehmung 56 hindurch
laufen kann, muß das
Arbeitsfluid zuerst etwaiges Schmieröl 90 auf seinem Weg
in die Ausnehmung 56 und dann durch diese hindurch drücken. Wenn
die Ausnehmung 56 richtig bemessen ist, wird das Schmieröl 90 durch
den Druck des Arbeitsfluids mit hoher Geschwindigkeit durch die
Ausnehmung 56 hindurch gedrückt. Sobald das Schmieröl 90 die
Ausnehmung 56 mit hoher Geschwindigkeit verläßt, läuft das Schmieröl 90 weiter
durch den Schacht 50 und die Arbeitskammer 40 und
wird auf die Wände
der Zylinderbuchse 20 gesprüht. Mithin wird ein gemischter Strahl
des komprimierbaren Arbeitsfluids und des Schmieröls 90 auf
die Innenwände
der Zylinderbuchse 20 gesprüht. Das Schmieröl 90 wird
weiter auf die Zylinderwände 20 gesprüht, bis
der größte Teil
des Schmieröls 90 aus
der Ausnehmung 56 heraus gespült ist, oder bis der Druck
zwischen der Arbeitskammer 40 und dem Expansionsreservoir 38 ausgeglichen
ist. Auf diese Weise bewirkt jeder Takt des Kolbenhubs, daß ein Strahl
Schmieröl 90 zu
den Zylinderwänden 20 geliefert
wird.
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Im
folgenden wird die Funktionsweise der Matrizenzylinderanordnung
gemäß 1 in
umgekehrter Ausrichtung an Hand der 5 bis 7 beschrieben.
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7 zeigt
die Matrizenzylinderanordnung in der Offenstellung der Matrize oder
der ausgedehnten Stellung.
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5 zeigt
die Matrizenzylinderanordnung in der Offenstellung der Matrize oder
der ausgedehnten Stellung. In der in 5 gezeigten
ausgedehnten Stellung hat der Kolben 16 seine unterste
Position erreicht und ist bereit, durch die Zylinderbuchse 20 hindurch
nach unten gezogen zu werden. Bezüglich der aufrechtstehenden
oder nicht umgekehrten Ausrichtung werden jetzt die Funktionen der
Ausnehmung 56 und des Durchlaß 64 gegeneinander
getauscht. Schmieröl 90 ist
an den Wänden
der Zylinderbuchse 20 und in einem Bad an dem zweiten Ende 24 des Behälters 12 und
oben an dem Kolben 16 gezeigt. Die Arbeitskammer 40 und
das Expansionsreservoir 38 sind mit einem komprimierbaren
Arbeitsfluid, beispielsweise mit Stickstoff, unter hohem Druck gefüllt, beispielsweise
von etwa 200 psi bis etwa 2000 psi. Der Druck in dem Expansionsreservoir 38 und
der Arbeitskammer 40 ist gleich, da kein Strom durch die Ausnehmung 56 und
den Durchlaß 64 hindurch
erfolgt.
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6 zeigt
die Matrizenzylinderanordnung in der Schließstellung der Matrize oder
der komprimierten Stellung. Wenn der Kolben 16 das Gas
in der Arbeitskammer 40 komprimiert, läuft das Gas durch einen Durchlaß, um zu
dem Expansionsreservoir 38 zu gelangen, um den Druck dazwischen
auszugleichen zu versuchen. Der größte Teil des Arbeitsfluids würde durch
die Ausnehmung 56 laufen. Die Ausnehmung 56 ist
jedoch insbesondere dafür
ausgelegt, einen kleinen Widerstand gegen den Fluidstrom zu schaffen.
Auf Grund dieses Widerstands des Fluidstroms läuft ein Teil des Arbeitsfluids
durch den Durchlaß 64.
Wenn der Kolben 16 an den Zylinderwänden 20 läuft, wischt
die dynamische Hochdruckdichtung einen Teil des Ölfilms von der Zylinderwand ab
und drückt
ihn in Richtung zu dem Oberteil des Behälters 12 und nahe
an den Durchlaß 64.
Wenn der Ölpegel
an dem Durchlaß 64 anlangt,
wird durch den Gasdruck ein Teil des Öls in das Expansionsreservoir 38 gedrückt. Wenn
der Kolben den Endpunkt seines Laufs erreicht hat, hört er auf,
das Arbeitsfluid in der Arbeitskammer zu komprimieren, und läßt den Gasdruck
zwischen der Arbeitskammer 40 und dem Expansionsreservoir 38 wieder
zum Ausgleich kommen. Etwaiges überschüssiges Schmieröl 90,
das von den Zylinderwänden 20 abgewischt
wurde, wird im Oberteil des Schachts 50, dem Öldurchlaß 64 oder
dem Expansionsreservoir 38 gehalten.
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7 zeigt
die Matrizenzylinderanordnung in der Offenstellung der Matrize oder
der ausgedehnten Stellung. Durch den hohen inneren Arbeitsfluiddruck
wird der Kolben 16 derart gedrückt, daß er der Druckbewegung folgt.
Wenn sich der Kolben 16 von der Matrizenschließstellung
weg zu bewegen beginnt, beginnt der Gasdruck in der Arbeitskammer 40 zu
fallen. Der Arbeitsfluiddruck in dem Expansionsreservoir 38,
der sich auf einem höheren
Druck befindet, versucht sich auszugleichen, indem er den Rückstrom
des Arbeitsfluids in die Arbeitskammer 40 zuläßt. Das
Arbeitsfluid strömt
aus dem Expansionsreservoir 38 durch die Ausnehmung 56 hindurch
in die Arbeitskammer 40. Wiederum wird ein Teil des Arbeitsfluids,
da die Ausnehmung 56 ein geringes Maß an Widerstand gegen den Gasstrom
schaffen kann, auch durch den Durchlaß 64 und das Steigrohr 70 hindurch
laufen. Bevor das Arbeitsfluid jedoch durch den Durchlaß 64 hindurch
laufen kann, muß das
Arbeitsfluid zuerst etwaiges Schmieröl 90 auf seinem Weg
in die Ausnehmung 56 und dann hindurch drücken. Wenn
der Durchlaß 64 und
die Ausnehmung richtig bemessen sind, wird das Schmieröl 90 durch den
Druck des Arbeitsfluids mit hoher Geschwindigkeit durch den Durchlaß 64 hindurch
gedrückt.
Sobald das Schmieröl 90 den
Durchlaß 64 mit
hoher Geschwindigkeit verläßt, läuft das
Schmieröl 90 weiter
durch die Arbeitskammer 40 und wird auf die Wände der
Buchse 20 gesprüht.
Es wird ein gemischter Strahl des komprimierbaren Arbeitsfluids und
des Öls 90 auf
die Wände
der Buchse 20 gesprüht.
Das Schmieröl 90 wird
weiter auf die Buchsenwände 20 gesprüht, bis
der größte Teil
des Schmieröls 90 aus
dem Durchlaß 64 heraus
gespült ist
oder der Druck zwischen der Arbeitskammer 40 und dem Expansionsreservoir 38 ausgeglichen
ist.
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Es
ist zu erkennen, daß die
Ausnehmung 56 als Verbindungsweg für das Schmieröl zwischen
der Arbeitskammer/dem Schacht und dem Expansionsreservoir 38 dient,
wenn der Matrizenzylinder in aufrechtstehender Position ausgerichtet
ist, jedoch der Verbindungsweg für
das Arbeitsfluid ist, wenn der Matrizenzylinder in umgekehrter Position
ausgerichtet ist. Des weiteren dient der Durchlaß 64 als Verbindungsweg
für das
Arbeitsfluid zwischen der Arbeitskammer/dem Schacht und dem Expansionsreservoir, wenn
der Matrizenzylinder in aufrechtstehender Position ausgerichtet
ist, jedoch der Verbindungsweg für
das Schmieröl
ist, wenn der Matrizenzylinder in umgekehrter Position ausgerichtet
ist. Deshalb richten sich die Funktionen der Ausnehmung 56 und
des Durchlasses 64 nach der Ausrichtung des Matrizenzylinders.
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Es
wurde ein Arbeitsmodell der ersten bevorzugten Ausführungsform
entwickelt. Viele der Abmessungen und Parameter der Vorrichtung
und insbesondere des Durchlasses 64 und der Kombination Ausnehmung 56/Einsatz 36 wurden
empirisch entwikkelt. Das Arbeitsmodell beinhaltet ein Gesamtvolumen
des Gases im Innenraum des Matrizenzylinders 10 (mit darin
vorgesehenem Schmieröl 90)
von annähernd
19,7 Kubikzoll. Als Arbeitsfluid wurde Stickstoff unterhalb einem
Druck von etwa 2000 psi verwendet. Es wurde ein Volumen von annähernd zwei
Unzen Schmieröl 90 verwendet,
was gleich etwa 3,6 Kubikzoll ist. Das Schmieröl 90, das verwendet
wurde, wies eine Viskosität
auf, die bei einer Betriebstemperatur von 100 °F im Bereich von 155 SUS (oder
30 Zentistokes) und bei einer Betriebstemperatur von 212 °F im Bereich
von 43 SUS (oder 5 Zentistokes) lag. Der Kolben 16 besitzt
einen Durchmesser von etwa 1,5 Zoll und einen Hub von etwa 4 Zoll,
was ein Hubvolumen oder „bestrichenes
Volumen" von annähernd 7,1
Kubikzoll ergibt. Das Expansionsreservoir 38 weist ein
Volumen von annähernd
11,6 Kubikzoll auf (wobei der Pegel des Schmieröls 90 in dem Schacht 50 und
dem Expansionsreservoir 38 annähernd gleich ist). Eine ausreichende
Stromdrosselung wurde erhalten, wenn der Durchlaß 64 (mit dem Innendurchmesser
des Steigrohrs 70) einen Durchmesser von etwa 0,22 Zoll
aufwies. Ebenso wurde eine ausreichende Stromdrosselung erhalten, wenn
die zylindrische Ausnehmung 56 einen Durchmesser von etwa
0,375 Zoll und eine Tiefe von annähernd 0,4 Zoll aufwies, und
wenn der Einsatz 36 eine Wanddicke von 0,06 Zoll und einen
Durchmesser von etwa 1,4 Zoll besitzt und derart positioniert ist,
daß die
Ausnehmung 56 in der in 10 gezeigten
Weise im wesentlichen in zwei Hälften
zerschnitten wird.
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8 ist
eine vordere Querschnittsansicht einer Variation der ersten bevorzugten
Ausführungsform
des Matrizenzylinders. Zur leichteren Montage kann es von Vorteil
sein, wenn der ringförmige
Einsatz 36 aus mehr als aus einem Teil ausgebildet ist. Wie
in 8 gezeigt ist, kann der ringförmige Einsatz 36 aus
einem ringförmigen
Sitz 78 in Zusammenwirken mit einem Schnittstück 80 ausgebildet
sein. Wie gezeigt ist, ist der ringförmige Sitz 78 derart
bemessen und konfiguriert, daß er
auf den unteren Bereich 13 des Zylinderkörpers aufgesetzt
wird und die Ausnehmung 56 in der oben beschriebenen Weise schneidet.
Dann kann das Schnittstück 80 auf
den ringförmigen
Sitz 78 aufgesetzt werden. Dann werden die Zylinderwände 20 auf
dem Schnittstück 80 positioniert
und darauf aufgesetzt.
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Wie
gezeigt ist, geht der Durchlaß 64 von dem
Schnittstück 80 aus.
Es ist jedoch ohne weiteres zu erkennen, daß der Durchlaß 64 abhängig von
der Größe und der
Konfiguration des Zylinderkörpers und
der Kolben-/Zylinder-Einheit 14 statt dessen von dem ringförmigen Sitz 78 ausgehen
kann. Es ist weiter zu erkennen, daß der ringförmige Einsatz 36 in 8 zwar
als aus zwei Teilen ausgebildet gezeigt ist, der ringförmige Einsatz 36 jedoch
auch aus mehr als zwei Teilen ausgebildet sein kann.
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Als
nächstes
ist in 9 eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Matrizenzylinders
gezeigt. Bei dieser Ausführungsform
ist anstelle der Verwendung der Ausnehmung 56 als Weg zwischen dem
Expansionsreservoir und dem Schacht 50 (und mithin dem
Arbeitsbereich) eine Öffnung
oder ein Kanal 94 durch den ringförmigen Einsatz 36 hindurch vorgesehen.
Wie bei der Ausführungsform
oben in bezug auf die Ausnehmung 56 beschrieben, ist der Kanal 94 derart
positioniert, daß er
unterhalb dem Pegel des Schmieröls 90 vorgesehen
ist, wenn der Matrizenzylinder in der in 9 gezeigten
Weise in aufrechtstehender Position ausgerichtet ist und derart
positioniert ist, daß er über dem
Pegel des Schmieröls 90 vorgesehen
ist, wenn der Matrizenzylinder in umgekehrter Position ausgerichtet
ist. Die zweite bevorzugte Ausführungsform
funktioniert in der gleichen Weise wie die erste bevorzugte Ausführungsform,
wobei der Kanal 94 die Funktionen erfüllt, welche die Ausnehmung 56 erfüllt. Aus
diesem Grunde ist der Kanal 94 insbesondere dazu ausgelegt,
einen geringen Widerstand gegen den Fluidstrom zu schaffe. Auch
kann der Stopfen 58, da die Ausnehmung 56 bei
dieser Ausführungsform
nicht mehr verwendet wird, derart bemessen und konfiguriert sein, daß er vollständig in
die Bohrung 60 ragt, so daß keine Ausnehmung auf dem
unteren Körperbereich 13 vorgesehen
ist. Weiter kann die Bohrung 60 anderswo vorgesehen sein
oder ganz an dem Zylinderkörper 2 weggelassen
sein.
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Es
wurden zwar gegenwärtig
bevorzugte Ausführungsformen
gezeigt und beschrieben, es versteht sich jedoch eindeutig, daß die Erfindung
nicht auf diese beschränkt
ist und innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche auch
in anderer Weise verkörpert
sein kann.