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Pumpe zum Heben von Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich auf eine
Pumpe zum Heben von Flüssigkeiten vom Membrantyp. Es ist bekannt, die Membran einer
solchen Hubpumpe durch einen Elektromagneten anzutreiben, indem man einen Anker
vor den Polen des Elektromagneten anordnet und ihn über ein Druckglied mit der Membran
verbindet. Der Anker und damit die Membran wird in Schwingungen versetzt, wenn der
Elektromagnet von einem Wechselstrom durchflossen wird. Durch die Schwingbewegung
kann dann die Membran eine Flüssigkeit in den Pumpenkörper einsaugen und sie daraus
in eine Abflußleitung ausstoßen.
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Die Erfindung beschreibt eine verbesserte Ausführungsform der erwähnten
Pumpenart, die den bekannten Pumpen gegenüber eine erhöhte Leistungsfähigkeit und
einen besseren Wirkungsgrad erzielt. Gemäß der Erfindung ist die neue Pumpe so ausgebildet,
daß die Membranen mit Platten nach Art einer Ventilklappe zusammenarbeiten und durch
die vom Elektromagneten erzeugte schwingende Bewegung des Ankers in Biegeschwingungen
versetzt werden, die die Flüssigkeit in die Flüssigkeitskammern ansaugen und durch
eine Auslaßleitung ausstoßen.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Hubpumpe dargestellt.
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Fig. i zeigt einen Vertikalschnitt durch die ganze Pumpe gemäß einer
ersten Ausführungsform; Fig.2, 3 und q. zeigen verschiedene Varianten der Montage
von einer oder mehreren Ansaug- und
Ausstoßmembranen sowie die Anordnung
der verschiedenen Kammern oder Räume für die Ansaugung und Ausstoßung; Fig. 5 zeigt
im Vertikalschnitt eine andere Ausführungsform der Pumpe; Fig.6, 7 und 8 zeigen
schematisch zwei verschiedene Montagen der Pumpe in einem Brunnen. Die Pumpe besitzt
ein Gehäuse i mit zwei Deckeln 2 und 3, die mittels Schrauben 4. gegeneinander ausgerichtet
sind.
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Am oberen Deckel 2 ist ein Elektromagnet 5 anmontiert. Derselbe ist
am Deckel 2 mittels einer Schraube 6 befestigt, die in einen äußeren Ring 7 eingeschraubt
ist. Ein Anker 8, der am Gehäuse i durch elastische Stützen, im vorliegenden Falle
durch Bleche io, die auf Seitenstücken i i ruhen, abgestützt ist, ist vor den Polen
des Elektromagneten 5 angeordnet, um durch denselben in Vibration versetzt zu werden,
wenn dessen Wicklung von einem Wechselstrom durchflossen 'wird.
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Dieser Anker 8 besitzt eine daran befestigte stangenartige Verlängerung
9, die ihn mit einer Membran i8 verbindet und die Ankerbewegungen auf die Membran
überträgt.
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Um die Vibrationsbewegung der Bleche io zu erleichtern, sind elastische
Lagerstücke 12 an ihren gegen die Seitenstücke i i gerichteten Enden vorgesehen.
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Am unteren Deckel 3 der Pumpe ist die Ansaug-und Ausstoßkammer 13
angebracht, die eine seitliche Öffnung 14 für den Durchgang der ausgestoßenen Flüssigkeit
und einen zentralen unteren Einlaßstutzen 15 für die angesaugte Flüssigkeit besitzt.
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Um den Eintritt von Flüssigkeit in das Innere des Gehäuses i zu vermeiden,
ordnet man zwischen demselben und der Kammer 13 ein elastisches Trennstück 16 an,
durch welches das Membrandruckglied 9 hindurchgeht; dieses Trennstück besteht aus
einer elastischen Membran, gegen die die Teller 17 fest gespannt sind.
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Das Pumpengehäuse, welches die Kammer 13 umschließt, besteht aus zwei
aufeinandergesetzten Teilen, zwischen welchen die Membran 18 angeordnet ist, die
aus einer elastischen Lamelle besteht und mit Öffnungen 1g und 2o versehen ist,
die so angeordnet sind, daß sie den Öffnungen 21 und 22 der Teller 23 und 24 gegenüberstehen,
welche mittels einer Schraube 25 am unteren Ende des Membrandruckgliedes 9 montiert
sind.
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Im Boden der Kammer 13 sind Öffnungen 26 angebracht, die durch eine
elastische runde Platte 27 abgedeckt sind, welche in geeigneter Weise auf das Pumpengehäuse
mittels einer Schraube 28 befestigt ist. Gegenüber diesen Öffnungen 26 ist der Ansaugstutzen
15 angeordnet.
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Durch die Membran 18 ist die Kammer 13 in zwei Räume geteilt, einen
unteren Raum, der der Ansaugraum ist, und einen oberen Raum, der der Ausstoßraum
der Flüssigkeit ist.
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In dem in Fig.2 gezeigten Beispiel ist die Ansaug- und Ausstoßkammer
13 in zwei Räume 29 und 30 aufgeteilt; eine gemeinsame Membran 31 ist in
besagter Kammer angeordnet und besitzt Öffnungen 32, die an der Kammer 29 den öffnungen
33 im oberen Teller 34 gegenüberstehen, während an der Kammer 3o die Öffnungen 32
der Membran gegenüber den Öffnungen 33 des unteren Tellers 34. vorgesehen sind.
Die elastische Membran 31 ist in den beiden Räumen 29 und 30 zwischen
Tellern 34 und 35 eingespannt, die an Achsen 36 befestigt sind, welche an einem
Arm 37 angebracht sind, der seinerseits an dem zentralen Membrandruckglied 9 befestigt
ist. Dasselbe ist mit einem Anschlußstück versehen, das aus den Tellern 17 besteht,
welche gegen die nachgiebige Abschlußmembran 16 gedrückt sind.
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Die Kammer 29 besitzt den Ansaugstutzen 38 und die Kammer 3o den Ausstoßstutzen
39.
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Die in Fig. 3 gezeigte Variante stellt eine Vereinfachung der vorstehend
beschriebenen Anordnungen dar. In diesem Falle besitzt die Pumpe eine einzige Kammer
13, welche seitliche Leitkanäle 4o und 41 aufweist, die beide zur Ansaugung dienen.
Die Eintrittsöffnung dieser Kanäle 4o und 41, die mit dem Innern des Raumes 13 in
Verbindung stehen, ist durch eine elastische Rundplatte 42 abgedeckt. Diese Kammer
13 besitzt außerdem einen Auslaßstutzen 43. Das Vibrationselement besteht aus einer
einfachen weichen Membran 44, die durch Teller 45 an dem Druckglied 9 verspannt
ist. Diese Membran 44 ist ähnlich der Abschlußmembran 16 der in den Fig. i und 2
gezeigten Pumpen.
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Fig. 4 zeigt eine Pumpe mit Doppelwirkung, in welcher die Auf- und
die Niederbewegung des Druckgliedes 9 dazu benutzt werden, um bei jeder der beiden
Bewegungen ein gewisses Flüssigkeitsvolumen anzusaugen und gleichzeitig auszustoßen.
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Diese Ausführungsform besitzt nur eine einzige Ausstoßkammer 46, die
mit dem entsprechenden seitlichen Auslaßkanal 47 versehen ist. Die vibrierenden
Ansaugelemente bestehen aus zwei Membranen 48, die Öffnungen 49 aufweisen, welche
den Öffnungen So der Teller 51 gegenüberstehen. Wie bei den vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen ist die elastische Membran 48 zwischen zwei Tellern 5 i und 52
angeordnet. Diese Membranen 48 sind vollkommen in die Flüssigkeit eingetaucht, die
in das Innere der Kammer 46 durch Öffnungen 53 gelangt, welche mittels kleiner elastischer
Kappen 54 verschlossen werden. Dieselben sind .zwischen der oberen und unteren Wand
der Kammer 46 und einem Bundring 55 des Druckgliedes 9 angeordnet. Die Kappen 54
bilden also Ventile, die von dem Druckglied 9 gesteuert werden.
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Bei allen beschriebenen Ausführungsformen ist das Pumpengehäuse in
die Flüssigkeit eingetaucht. Damit der Flüssigkeitsspiegel im Verhältnis zu den
Ansaugstutzen konstant bleibt, ist die Pumpe derartig auf einem geeigneten Schwimmer
montiert, daß nur das Gehäuse eingetaucht ist, während der elektrische Teil der
Pumpe sich oberhalb des Schwimmers und oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befindet.
Es ist zu bemerken, daß andere Mittel angewandt werden könnten, um das Arbeiten
der Pumpe bei konstantem Niveau zu garantieren.
Die Arbeitsweise
der beschriebenen Pumpe ist bei dem Beispiel der Fig. i folgendermaßen: In dem Augenblick,
in welchem der Elektromagnet 5 über die elektrische Speiseleitung angeschlossen
wird, verursachen die Stromrichtungswechsel eine Unterbrechung in der Bildung des
magnetischen Feldes, die ein schnelles Anziehen des Ankers 8 bewirkt, welcher in
der folgenden Phase unter der Wirkung der Bewegung der Bleche io sich von den Polen
des Elektromagneten entfernt. Diese sehr schnelle Vibration überträgt sich auf die
Membran 18, die beim Anheben einen Unterdruck im Raum 13 hervorruft, den elastischen
Teller 27 anhebt und den Zulauf der Flüssigkeit in die Kammer 13 bewirkt. Beim Herabgehen
der Membran 18 kann diese Flüssigkeit nur durch die Öffnungen i9, 20, 21 und 22
heraustreten, wobei sie zwischen der Membran 18 und den Scheiben 24 und 23 hindurchgeht,
wobei die Scheibe 23 eine Ventilklappe bildet. Während des Hebens der Membran 18
im Laufe der folgenden Phase muß die Flüssigkeit notwendigerweise den oberen Raum
durch die Öffnung 14, an die sich ein Förderrohr anschließt, verlassen. Damit die
Ansaugung stattfinden kann, ist im Hinblick auf den geringen Hub der Membran 18
der Einlaßstutzen 15 in die Flüssigkeit eingetaucht.
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Zufolge der synchronen Vibration der Membran 18, hervorgerufen durch
den auf den beweglichen Anker 8 wirkenden Elektromagneten 5, steigt die Flüssigkeit
kontinuierlich, fließt von der unteren Kammer durch die erwähnten Öffnungen in die
obere Kammer und aus derselben nach außen durch das Ausflußrohr 14.
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In dem in Fig.2 gezeigten Beispiel sind die Antriebselemente die gleichen
wie die vorstehend beschriebenen. Die Ansaug- und Ausstoßkammer ist in diesem Falle
verdoppelt. Die Flüssigkeit tritt durch den Einlaßstutzen 38 ein, fließt durch die
Öffnungen 32 und 33 der Membran 3 i und des Tellers 34 während der Phase des Herabgehens
der Membran 31, und zwar zufolge der Vergrößerung des Volumens der Kammer,
die über den beiden Tellern 34, 35 und der Membran 3 i liegt, und wenn die Membran
wieder nach oben geht, fließt die Flüssigkeit nach außen, indem sie im umgekehrten
Sinne die Öffnungen 32 und 33 der Membran 31
und des Tellers 34 der angrenzenden
Kammer 30 passiert, um dann durch das Rohr 39 auszufließen. Es ist zu bemerken,
daß bei jedem Herabgehen des Druckgliedes 9 ein gewisses Flüssigkeitsquantum aus
dem Raum 3o durch die zugehörige Membran in den Auslaßstutzen 39 gedrückt wird.
Auf diese Weise arbeitet diese Pumpe mit Doppeleffekt.
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Ebenso wie beim ersten Beispiel, so kann auch bei diesem dem zweiten
Beispiel die Flüssigkeit nicht in den Teil gelangen, der die elektrischen Bestandteile
schützt, und zwar weil die Abschlußmembran 16 dies verhindert.
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In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel sind die eingeführten Varianten
die folgenden: Es ist hier nur eine elastische Ringplatte 42 vorhanden, die die
Eintrittskanäle 41 abdeckt. Wenn die Membran 44 aufwärts geht, ist die die Kammer
13 umgebende Flüssigkeit gezwungen, durch die Kanäle 41 einzuströmen, nachdem sie
den Widerstand der Abdeckung 42 überwunden hat; diese Flüssigkeit kann während des
Herabgehens der Membran 44 in der bereits durchlaufenden Richtung nicht wieder zurückströmen,
und zwar weil die Abdeckungen 42 sie daran hindern; die Flüssigkeit ist also gezwungen,
durch den Auslaßstutzen 43 aus dem Pumpengehäuse nach außen abzufließen. Es ist
zu bemerken, daß bei dieser Ausführungsform jedes Ventil an dem Auslaßstutzen 43
wegen der Schnelligkeit der Hinundherbewegungen. der Membran 44 und wegen der Trägheit
des Flüssigkeitsvolumens in der Abflußleitung 43 unnötig ist.
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Die in Fig.4 dargestellte Ausführungsform gestattet ebensogut die
Benutzung des Herauf- wie des Herabgehens der Membran, deren Wirkung somit doppelt
ist. Das ganze Pumpengehäuse ist eingetaucht, die Flüssigkeit strömt kontinuierlich
von außen in das Innere der Kammer 46 durch die Öffnungen 49 und 5o der beiden Membranen
48 und der Teller 51 sowie durch die Durchlässe 53, die sich momentan öffnen,
wenn bei Verschiebung des Druckgliedes 9 die elastischen Kappen 54 durch den zentralen
Bundring 55 zusammengepreßt werden. Wie man sich ohne weiteres vorstellen kann,
ist ebenso beim Heraufgehen wie beim Herabgehen des Druckgliedes 9 die Flüssigkeit
gezwungen, in die Kammer 46 einzuströmen, von wo sie durch die Auslaßöffnung 47
abfließt.
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In der Ausführungsform gemäß Fig.5 ist das Gehäuse i geformt als eine
im wesentlichen kegelstumpfförmige Hülse mit einem Deckel 2, der ihre kleine Basis
bildet, und mit einem Ansatz 3, der so angeordnet ist, daß er die große Basis abdeckt,
wobei diese Teile durch Schrauben oder analoge Organe in der richtigen Stellung
gehalten werden.
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An dem oberen Deckel 2 ist der Elektromagnet 5 angeordnet; er wird
gehalten durch die Schraube 6, die in den äußeren Ring 7 eingeschraubt ist. Vor
den Polen dieses Elektromagneten 5 ist der bewegliche Anker 8 montiert, an welchem
das Druckglied 9 befestigt ist.
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Bei dieser Ausführungsform wird die elastische Stütze des Ankers 8
durch eine runde Scheibe 6o aus elastischem Material gebildet, die in einem am Ansatz
3 angebrachten Stützring 61 sitzt.
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Diese elastische Scheibe 6o hat den Zweck, die Vibrationsbewegung
des Ankers 8 zu ermöglichen, wenn derselbe durch den Elektromagneten 5 angezogen
und abgestoßen wird.
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Am unteren Ende des Ansatzes 3 ist das Pumpengehäuse 62 anmontiert,
das in zwei Kammern 63 und 64 geteilt ist. Die erste Kammer dient für die Ansaugung
der Flüssigkeit und die zweite Kammer für deren Ausstoßen. Die Kammer 63 besitzt
eine ringförmige Eintrittsöffnung 65 für die angesaugte Flüssigkeit, und die Kammer
64 besitzt einen Auslaßstutzen 66 für die nach ihrem Verwendungsort herausgepreßte
Flüssigkeit.
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Um den Eintritt von Flüssigkeit in das Innere des Ansatzes 3 zu vermeiden,
ordnet man zwischen letzterem und der Kammer 64 ein elastisches Trennstück
16
an, ähnlich der vorstehend genannten Scheibe 6o. Das Trennstück 16 wird von dem
Druckglied 9 durchdrungen, und es bildet ein Führungselement für dasselbe bei seiner
axialen Verschiebung.
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Das Pumpengehäuse 62 besteht aus zwei in ihrer Stellung regelbaren
Teilen, die die Kammern 63 und 64 begrenzen. Eine Platine 67, eingespannt zwischen
zwei elastischen Ringen 68, bilde eine Trennung zwischen den beiden Kammern. Diese
Platine, die aus einem zu einem runden Kranz gebogenen Metallblech besteht, besitzt
um ihre zentrale Öffnung herum einen eingebördelten Rand, in welchem verschiedene
Öffnungen 69 angebracht sind; gegen diese Öffnungen liegt, sie verschließend, eine
elastische runde Platte oder Scheibe 70 an, die an dem Druckglied 9 mittels
mehrerer Einspannstücke 71 befestigt ist.
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Die in der Basis der Kammer 63 vorgesehene ringförmige Öffnung 65
ist durch einen elastischen Ring 72 abgedeckt; auf denselben ist, um jede Deformation
zu vermeiden, ein metallisches Verstärkungsstück 74 aufgesetzt, das durch eine Schraube
73 befestigt ist.
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Der Auslaufstutzen 66 der Flüssigkeit weist die geeigneten Mittel
auf, um das Ende einer Gebrauchsleitung aufnehmen zu können.
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Diese Pumpe kann so gebraucht werden, daß das Pumpengehäuse 62 eingetaucht
oder nicht eingetaucht ist; in dem ersten Falle tritt die untere Öffnung 65 direkt
in Berührung mit der Flüssigkeit.
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In den Fig. 6 und 7 sieht man die beiden äußersten Stellungen, die
die beschriebene Pumpe einnehmen kann, wenn sie in einem Brunnen arbeitet. In dem
ersten Falle ist die Pumpe auf einem Schwimmer 75 (Fig. 6 und 7) montiert, damit
sie mit einer gleichen Distanz von dem Niveau arbeiten kann, das die zu pumpende
Flüssigkeit in dem Brunnen einnimmt. Im Falle der Fig.8 ist die Pumpe in einer Höhe
angeordnet, die über dem Niveau der zu pumpenden Flüssigkeit liegt, wobei die Ansaugung
der Flüssigkeit mittels einer geeigneten Leitung 76 erfolgt.
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Bei der Ausführungsform der Fig. 6 und 7 ist das Auslaßrohr 77 biegsam
ebenso wie das Schutzrohr 78 für die elektrischen Leitungsdrähte. Im Beispiel der
Fig. 8 sind die Ansaugleitung 76 und die Auslaßleitung 77 fest angebracht ebenso
wie das Schutzrohr 78 für die elektrischen Leitungsdrähte.
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Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Pumpe ist im allgemeinen
ähnlich wie bei der in Fig. i dargestellten Pumpe.
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Wenn der Elektromagnet 5 an die elektrische Speiseleitung angeschlossen
ist, verursachen die Perioden des Stromes bei . ihm eine Unterbrechung in der Erzeugung
des magnetischen Feldes; diese Unterbrechung überträgt sich auf die schnelle Anziehung
des beweglichen Ankers 8, der sich in der folgenden Phase zufolge der von der elastischen
Rundplatte 6o ausgeübten Zugkraft von den Polen des Elektromagneten entfernt. Diese
sehr schnelle Vibration überträgt sich mittels des Druckgliedes 9 auf die elastische
Rundplatte 7o, die die Rolle der Membran ausübt, indem sie beim Hinaufgehen einen
Unterdruck in der Kammer 3o hervorruft, wodurch der Deckring 72 gezwungen wird,
sich von seinem Sitz anzuheben. Die Flüssigkeit tritt in die Kammer 63 ein, und
sie kann daraus nicht wieder nach unten entweichen, denn sie ist daran gehindert
durch den Deckring 62 selbst, der sich während der zweiten Phase des Elektromagneten
5 zufolge der Vergrößerung des Druckes, der in der Kammer 63 durch das Herabgehen
der Rundplatte 7o erzeugt wird, schließt. Während dieses Herabgehens läuft die Flüssigkeit
durch die Öffnungen 69 und tritt in die obere Kammer 64 ein, indem sie den von den
Rändern der Scheibe 70 ausgeübten Widerstand überwindet. Die Flüssigkeit
wird aus der Kammer 64 herausgedrückt, während das Druckglied 9 wieder nach oben
geht, und dieser Zyklus wiederholt sich unendlich oft.
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Es muß hier bemerkt werden, daß, wenn das Druckglied 9 und mit ihm
die Platte 70 gehoben wird, diese sich nicht vollständig von der Platine
67 trennt, weil ihre Ränder, die viel dünner als das übrige Stück sind, daran haften
und die Öffnungen 69 abdecken, und zwar durch den Druck der Flüssigkeit und durch
den atmosphärischen Druck, der auf diese Platine 67 wirkt.
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Wohlverstanden können gewisse Modifikationen an den vorstehend beschriebenen
Pumpen vorgenommen werden. So kann die Form ihres Gehäuses anders als die dargestellte
Form gewählt werden. Als solche Variante kann die elastische Abstützung des Ankers
8, d. h. die elastischen Stücke 16 oder die Rundscheibe 6o, ersetzt werden durch
beispielsweise eine oder mehrere zylindrische Schraubenfedern.