DE2141161A1

DE2141161A1 - Kolbenantrieb zur Herbeiführung einer Drehbewegung

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Publication number: DE2141161A1
Application number: DE19712141161
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-09-14
Filing date: 1971-08-17
Publication date: 1972-03-16
Also published as: GB1322607A; DE2141161C3; NL162188C; AU456467B2; CA940395A; NL162188B; FR2106517B1; AU3345871A; US3709106A; FR2106517A1; DE2141161B2; NL7112391A; IT945927B; AT320367B

Description

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Shafer Valve Company. Mansfield. Ohio / USA Kolbenantrieb zur Herbeiführung einer Drehbewegung

Gegenstand dieser Erfindung ist ein Kolben-Linearantrieb zur Herbeiführung einer Drehbewegung.

Dieser Kolben-Linearantrieb dadurch gekennzeichnet, daS zu ihm gehören: vorgefertigte Rohre, in denen in einem bestimmten Abstand zueinander zwei Kolben angeordnet sind, desgleichen aber auch ein Kurbelhebel, der mit der Kolben ve rbindungsstange derart wirkungsmäßig verbunden ist, daß er dann, wenn, wenn die Außenflächen der Kolben wechselweise oder in selektiver Weise mit einer Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt wer- ^ den, ein Bauelement in Umdrehung versetzt. Der zwischen den Kolben befindliche Hohlraum, in dem der Kurbelhebel arbeitet, kommuniziert dabei mit dem rotierenden Bauelement und ist darüber hinaus vollkommen geschlossen, so daß er die Hydraulikflüssigkeit oder die Druckflüssigkeit aufnehmen und speichern, kann.

Mit U.S.-Patent Nr. 3.260.^96 wird ein Doppelkolbenantrieb für ein Klappenventil bereits beschrieben und dargestellt. Bei diesem Doppelkolbenantrieb gleitet die Antriebsplatte oder die Betätigungsplatte jedoch in einem zwischen den beiden geschlossenen Gehäusehälften gelegenen Schlitz, so daß ein geschlossener Hohlraum zwischen den Kolben nicht vorhanden ist. Die von den Kolben hervorgerufene oder erzeugte Kraft wird zudem auf eine Rolle übertragen, die auf der einen Seite der Antriebsplatte oder Betätigungsplatte angeordnet ist, wobei sich diese Rolle am Ende eines zur Venti!betätigungsstange oder zur Ventilspindel gehörenden Kurbelhebels angeordnet ist, der in einem Längsschlitz der Antriebsplatte oder der Betätigungsnlatte gleiten kann.

Mit US-Patent Nr. 1.517.728 wird darüber hinaus auch noch ein Kolben-Linearantrieb beschrieben und dargestellt, der

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ein Kegelventil durch die Übertragung einer Drehbewegung Öffnen oder schließen kann. Bei diesem Kolben-Linearentrieb ist ein Kurbelhebel mit dem Ventilstößel oder der Ventilspindel verbunden, während das andere Ehde des Kurbelhebels schwenkbar mit einer Welle oder einer Stange in Verbindung steht, die die beiden zueinander in einem bestimmten Abstand angeordneten Kolben miteinander verbindet. Einer dieser Kolben, der den Widerstand der auf den anderen Kolben einwirkenden Federkraft überwinden miß, arbeitet in einem Hydraulikzylinder. Wird nun der eine Kolben mit Druck beaufschlagt, dann drückt er in die eine Rochtung und hält dadurch das Ventil geöffnet. Wird nun aber von diesem Kolben der Druck wieder weggenommen, dann drückt die Feder den anderen Kolben in die andere Richtung oder in die entgegengesetzte Richtung, so daß das Ventil wieder geschlossen wird. Die die Kolben miteinander verbindende Welle oder Stange , desgleichen aber auch der mit dieser Welle oder Stange verbundene Kurbelhebel, befindet sich nicht in einem geschlossenen Raum, so daß zwischen den Kolben ein Hohlraum zur Aufnahme und Speicherung der Hydraulikflüssigkeit nicht vorhanden ist.

Bekannt ist weiterhin auch eine frühere Konstruktion, die mit einem doppeltwirkenden Zylinder oder Einzelzylinder arbeitet, wobei dessen Kolbenstange wirkungsmäßig mit einem Kurbelhebel verbunden ist, der zum Ventilstößel oder zur Ventilspindel gehört. Aber auch bei dieser Konstruktion gibt es keinen geschlossenen Raum, der die Hydraulikflüssigkeit aufnehmen und speichern kann, weil die Kammern auf den beiden Seiten des Kolbens abwechselnd als Druckkammer oder als Abflußkammer für die Hydraulikflüssigkeit herangezogen werden.

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Bei allen diesen bisherigen Ausführungen sind die Gehäuseteile entweder als Gußteile oder als Schmiedeteile ausgeführt. Sie sind darüber hinaus auch nicht so konstruiert und ausgelegt, daß sie aus vorgefertigten Rohren hergestellt werden können und in der Lage sind, Flüssigkeiten unter hohen Druck aufzunehmen und zu speichern.

Ziel dieser Erfindung ist deshalb in der Hauptsache die Schaffung eines verbesserten Kolben-Linearantriebes iur Herbeiführung einer Drehbewegung. Dieser verbesserte Kolben-Linearantrieb mit einem Kolbengehäuse und einem VentilspLndelgehäuee« die aus vorgefertigten und handelsüblichen Rohren hergestellt sind, wobei diese Rohre derart miteinander verbunden sind, daß zwischen den Kolben ein Hohlraum zur Aufnahm und zur Speicherung der Hydraulikflüssigkeit vorhanden ist.

Ein anderes Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung von selbstjustierenden Kolben, die geringfügige Abweichungen oder Fehlausrichtungen zwischen den Enden der die lolben-umgebendem Zylinder kompensieren sollen.

Ein wiederum anderes Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Verbindung zwischen dem Kurbelhebel und der Stange, die die Kolben miteinander verbindet. Durch diese Verbesserung soll ein besserer mechanischer Wirkungsgrad erzielt werden.

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Die Erfindung wird nachstehend nun anhand des in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeiepieles (der in Zeichnung dargestellten Ausftihrungsbeispiele) näher erläutert. DLe Zeichnung zeigt in:-

Fig. 1 Einen teilweise in Seitenansicht wiedergegebenen Längsschnitt durch den Terbesserten Kolbenantrieb.

Fig. 2 Eine Stirnansicht, die in die Linie 2-2 von Fig.l gelegt ist.

Fig. 3 Einen Querschnitt, der in die Linie 3-3 von Fig. gelegt ist.

Fig. k Eine zum Teil im Schnitt wiedergegebene Teilansicht, Schnittebene die Linie k-k in Fig. 1.

FLg. 5 Eine schematische Darstellung, die erkennen läßt, wie der verbesserte Kolbenantrieb an den Hydraulikkreis angeschlossen ist oder angeschlossen wird.

Der mit der allgemeinen Hinweiszahl 10 gekennzeichnete Zylinder ist aus handelsüblichen oder standardmäßigen Stahlrohr hergestellt. In der Mitte zwischen den beiden Enden ist in eine Seite des Zylinders eine Nut oder eine Aussparung 11 eingebarbeitet, die sich in Querrichtung erstreckt. Durch diese Nut oder Aussparung 11 ist die Ventilspindel 12 oder die Ventilbetätigungsstange 12 geführt. Der Kurbelhebel 13 ist nit der Muffe 15 durch Schweißen verbunden. Diese Muffe 15 ist dann, wie dies mit der Hinweiszahl 16 gekennzeichnet ist, auf die Ventilspindel oder die Ventilbetätigungsstange 12 aufgekeilt.

Die Ventilspindel oder die Ventilbetätigungssetange 12 ist in eines zylindrischen Gehäuse I8₉ das in Querrichtung angeordnet ist, drehbar gelagert. Das vorerwähnte zylindrische Gehäuse 18, dessen Innenwandung weggeschnitten ist, 1st in

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Übereinstimmung mit der allgemeinen Hinweistahl 19 in der Form derart ausgeführt, daß es den der Aussparung oder der Nut benachbarten Wandungen des Zylinders 10 angepaßt ist. Damit aber kann ringsum die Enden der Nut dder der Aussparung sowie längs den Seitenkanten der Nut oder der Aussparung vermittels einer kontinuierlich geführten Schweißnaht 20 derart mit dem Zylinder verbunden werden, daß eine flüssigkeitsdichte Kammer entsteht, die auch die Ventilspindel oder die Ventilbetätigungsstange uYid deren Lager aufnimmt.

Die Ventilspindellager 22 sind in Gehäuse 18 derart angeordnet, daß sie an den der Muffe 15 einander gegenüberliegenden Seiten die Ventilspindel umschließen, wobei eich zwischen den einander anstoßenden Flächen die Lagerringe 21 befinden. In die Bauteile der Lager 22 sind die Lagerbuchsen 23 eingesetzt, in denen sich die Welle oder die Ventilspindel drehen kann. Die äußeren Enden der Lagerteile sind mit den 0-Ringdichtungen 2k versehen. Zu den Lagern 22 gehören die Sttomflanschen 25» die mit den Eiden des Gehäuses 18 bündig abschließen und dort jeweils vermittels der Schrauben 26 und befestigt sind. Die Schrauben 2? können dabei in der Länge so gehalten sein, daß sie auch eine ringförmige Halteplatte 28 mit einem der Flanschen 25 verbinden, wobei die Verlängerung der Halteplatte 28 zum Anschluß an das Ventilgehäuse für die Ventilspindel 12 Verwendung finden kann. An den Biden der Flanschen 25 werden vorzugsweise Sprengringe oder Halteringe 29 auf die Ventilspindel 12 aufgesetzt. Wie gestrichelt wiedergegeben ist, kann es sich bei der Welle 12 auch um eine Verlängerung hendeln, die bei C mit der wirklichen Ventilspindel verbunden wird.

Im Zylinder 10 sind auf beiden Seiten der Nut oder der Aus-

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sparung die beiden Kolben 30 und 31» die durch eine Verbindungsstange 32 in einem bestimmten Abstand zueinander gehalten werden, derart untergebracht, daß sie sich in diese« Zylinder gleitend bewegen können. Wegen der identischen Konstruktion der beiden Kolben 30 und 31 soll nachstehend nur der Kolben 30 ausführlich beschrieben werden. In den Außenmantel eines jeden Kolbens sind vorzugsweise zwei Lagerbänder 3** eingesetzt, wobei sich zwischen den vorerwähnten Lage rbän dem, die aus Teflon hergestellt sein kühnen, eine 0-Ringdichtung 35 befindet. Diese Teflonbänder nehmen als Längslager die Winkelkräfte auf, die durch das Drehmoment des .Kurbelhebels auf die Stange 32 übertragen werden und werden gleichzeitig als Abstreifringe wirksam, die zu verhindern haben, daß Fremdstoffe jeglicher Art zwischen Kolben und Zylinder gelangen können. Wegen der Selbstschnd ereigenschäften der Teflonbänder braucht darüber hinaus auch kein Schmieröl in den Zylinder eingespritzt zu werden, um die Gleiteigenschaften der Kolben über die Innenfläche des Zylinders zu verbessere.

Die Verbindungsstange 32 ist an jeder Seite mit zylindrischen Zapfen 36 versehen, mit denen die Kolben verbunden werden. Dies Zapfen 36 sind derart durch die Kolben geführt, daß ringsum die Bohrung im Kolben eine positive Toleranz oder eine Plustoleranz von 1/32" (0,7938 mm) vorhanden ist. Auf der Außenfläche einer jeden Kolbennabe drückt ein in den Zapfenteil 36 eingeschraubter Bolzen 37 gegen eine Scheibe 38 und zieht dadurch den Ansatz der Stange 32 gegen die Innenfläche der Kolbennabe, wobei eine 0-Ringdichtung 39 in der Nabenflächeden Teil 36 der Stange 32 umschließt. Damit aber kompensiert die Plustoleranz zwischen den abgesetzten Teilen 36 der

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Verbindungestenge JZ und den Kolben 30 und Jl kleinere Fehlausrichtungen in der Innenfläche des Zylinders 10, die beispielsweise durch das Honen des Zylinders von beiden J&iden aus entstanden sein können, wobei dann aber auch eine Fehlausrichtung und ein Festfressen der Kolben selber vermieden wird.

As finde des Hubes schlagen die Kolben 30 und 31 jeweils abwechselnd an den Stirnflächen des Zylinders 10 an, alge en den Stirnflächen kZ und kj des Zylinders 10. Venaittels der Stellschrauben hh kann der Hub anders eingestellt werden« Zu den Stellschrauben kk gehören die Kappen 45 nit d©a Dichtung^» ringen 46 und 47, die jeweils ringsum die Stellschraube und zwischen den Kappen und Zylinderstirnflächen angeor&iet sind. Durch die einander gegenüberliegenden Ansätze 49 der Stirnflächen 42 und 43 sind Verbindungsbolzen 48 geführte ua diese im Stoß mit den Biden des Zylinders 10 zu befestigen. In den Stirnflächen 42 und 43 sind jeweils die Eintrittsöffnungen eingearbeitet, durch die dann die Druckflüssigkeit in den Zylinder 10 hineingeführt und herausgeführt wird, ura auf die» se weise die Kolben im Zylinder reziprokierend zu bewegen.

Zur VerbindungBstange 32 gehört ein Zentralechlitz 5I9 der das freie Ende des Kurbelhebels oder Kurbelaraes I3 aufhiaet.

Der vorerwähnte Schlitz wird von den Seitenteilen $2 gebil- |

det, die unter den Kurbelhebel greifen,, Vorzugsweise sind quer zum Schlitz Ewei Rollen angebracht, und swar jeweils eine auf jeder Seite des Kurbelhebels odsr Eupbelartaes I3.

Diese Rollen, die auf den Stiften 55 drehbar gelagert sind, können außen mit Mänteln aus gehärtetem Stahl versehen sein» also nit den Mänteln 53 s während ihre InRenbeehsen Teflon bestehen. Das äußere Side der Stifte 55 ist ait den Seitenteilen 52 verbunden«,

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Bei der ait Pig. 1 wiedergegeben en Position des Kurbelhebele oder des Kurbelannes befindet sich der rechte Kolben Jl an der Stirnwand kj. In dieser Position des Kurbelhebels oder des Kurbelarmes berührt weiterhin die rechte Rolle das äußerste Bnde oder die Spitze des Kurbelhebels oder des Kurbelarmes 13t in dieser Position kann zudem sich auch die Ventilspindel 12 in einer Position befinden, während der das Ventil entweder ganz geöffnet oder ganz geschlossen ist.

Wird nun durch die Eintrittsöffnung 50 in der Stirnwand kj Druckflüssigkeit oder Hydraulikflüssigkeit zugeführt, wird dabei der Kolben nach links gedrückt, dann wird von der rechten Rolle der Kurbelhebel oder der Kurbelara über einen Winkel von 90 solange in einer dem Uhrzeigersinne entgegengesetzten Richtung, d.h. nach links, gedreht, und zwar solange, bis daß der Kolben links gegen die Stirnwand 4-2 anschlägt; während dieser Hubbewegungwird die Öffnung in der Stirnwand kZ geöffnet, damit die Hydraulikflüssigkeit austreten kann. Beim Rücklauf des Kolbens wird die Druckzufuhr reversiert, so daß sich nun der Kolben 30 nach rechts bewegt» so daß die linke Rolle 53 den Kurbelarm oder den Kurbelhebel 13 solange nach rechts oder im Uhrzeigersinne dreht, bis dieser wieder in der mit Fig. 1 wiedergegebenen Position eingetroffen ist.

Weil zu Beginn des Hubes in jeder Richtung wegen der Position der Rollen der Hebelarm, mit dem die Ventilspindel in Umdrehung versetzt wird am gräßten ist, ist bei Beginn des Kolbenhubes auch das erforderliche Drehmoment am größten. Steht nun beispielsweise das Ventil unter hohem Druck, der ein großes Anlaufdrehmoment für das Öffnen des Ventiles erforderlich macht, dann wird von der Plazierung und Anordnung der Rollen 53 her, das größte Drehmoment dann erzeugt, wenn die Öffnung s-

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bewegung beginnt oder einsetzt. Ist ein hohes Anlaufdrehmoment nicht erforderlich, dann kann der Kurbelhebel oder der Kurbelharm eine Jochkonstruktion aufweisen, die mit einer einzelnen Rolle auf der Verbindungsstange zusammenarbeitet.

Weil nun der zwischen den beiden Kolben 30 und 31 gelegene Hohlraum im Zylinder 10 vermittels einer kontinuierlich geführten Schweißnaht 20 flüssigkeitedieht geschlossen ist, kann eine Hydraulikflüssigkeit, die im Übermaß zugeführt worden ist, darin gespeichert werden. Diese Hydraulikflüssigkeit kann dann, wenn dies erforderlich sein sollte, abgezogen werden durch die Zylinderwandung oder durch Verbindung mit dem Teil 57 in der Wandung des Gehäuses 18. Wegen der Festigkeit dee vorgefertigten Rohres 10, kann Flüssigkeit unter extremen Drücken oder unter extrem hohen Druck aufgenommen und gespeichert werden.

üäne Art, wie die übermäßige Hydraulikflüssigkeit, die gespeichert worden ist, genutzt werden kann, ist mit Fig. 5 wiedergegeben. In diesem Fall wird die Normalposition der Ven± tilspindel 12 so wiedergegeben, daß sich die Kolben an dem .einen JSnde des Hubweges befinden, wobei der Druck oder die Hydraulikflüssigkeit durch das Sperrventil 60 und die Zufuhrleitung zufließen. Die Leitung 62 verbindet die Zuführleitung ä 6l mit dem Hohlraum zwischen den Kolben und hält dort den Leitungsdruck aufrecht. Der Druck oder die Hydraulikflüssigkeit wird auch über ein Vierwegeventil 63 und über die Leitung 64 zur Druckzuführungsseite des Zylinders 10 geleitet. Die Rücklaufleitung 65 vom Zylinder wird durch das Ventil so angeschlossen, daß der Druck oder die Hydraulikflüssigkeit zurücklaufen kann.

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Sollte nun die Leitung 61 keinen Druck oder keine Hydraulikflüssigkeit führen, dann wird das Ventil 6j so eingestellt, daß es die Leitung 64 mit der Leitung 62 verbindet und auf diese Weise den im Hohlraua gespeicherten Druck oder die in Hohlraum gespeicherte Hydraulikflüssigkeit auf die andere Seite des Zylinders 10 zu führen, wobei die Leitung 64 auf Rücklauf konet und das Ventil wieder umschaltet.

Der bisherige Verlauf der Patentanmeldung hat gezeigt, dafl ein einfacher und kompakter Kolben-Linearantrieb zur Herbeiführung einer Drehbewegung geschaffen worden ist. Dieser Kolben-Linearentrieb ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß seine Haupteile aus vorgefertigten Rohren bestehen, dafl die Kolben kleinere Fehlausrichtungen ie Zylinder oder in der Zylinderbohrung selbst ausgleichen können, daß der Hohlraum zwischen den Kolben so ausgelegt ist, daß er Hydraulikflüssigkeit aufnehmen und speichern kann, daß schließlich durch eine verbesserte Verbindung zwischen der Kolbenkonstruktion und der Ventilspindel ein maximales Anlaufdrehmoment erzielt werden kann.

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Claims

■ 22 030 -- bh -10.8.1971 -Al- Shafer Valve Company. Mansfield. Ohio / USA Patentansprüche;

1. ) Kolben-Linearantrieb für ein Drehspindelventil, Dieser Kolbenantrieb
dadurch gekennzeichnet, daß

zu ihm gehören: ein rohrförmiges Gehäuse oder ein rohrfönniger Zylinder; zwei Kolben, die in einem bestimmten Abstand zuneinander in diesem rohrförmigen Gehäuse oder rohrförmigen Zylinder untergebracht sind; eine Ventilspindel, die sich in Querrichtung durch das vorerwähnte

Gehäuse erstreckt; ein rohrförmiges Gehäuse, das die "

Ventilspindel umgibt; ein Hohlraum zwischen den beiden Kolben;sowie Vorrichtungen, die wirkungsmäßig mit einer Stange, die die Kolben in einem bestimmten Abstand hält, verbunden sind, desgleichen aber auch mit der Ventilspindel, um diese Ventilspindel in Umdrehung versetzen zu können, wenn die Kolben im vorerwähnten Kolbengehäuse oder im vorerwähnten Kolbenzylinder ,in Linearrichtung bewegt werden.

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2. Kolben-Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

es sich bei der Vorrichtung, die wirkungsmäßig der Verbindungsstange zwischen den Kolben und der Ventilspindel verbunden ist, um einen Kurbelhebel oder um einen Kurbelarm handelt, und zwar in Verbindung mit der Ventilspindel, der wirkungsmäßig sich mit der Verbindungsstange im Eingriff befindet.

3. Eolben-Linearantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

zu' der vorerwähnten Verbindungsstange zwei in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnete Rollen ge, hören, die die einander entgegengesetzten Seiten des Kurbelhebels oder Kurbelarmes dann berühren, wenn sich die Kolben jeweils in einander entgegengesetzte Richtungen bewegen.

k, Kolben-Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das Kolbengehäuse und das Ventilspindelgehäuse jeweils aus vorgefertigten oder handelsüblichen Rohren hergestellt sind.

5. Kolben-Linearantrieb nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß

die Vorrichtung, welche die Verbindungsstange und die Ventilspindel wirkungsmäßig miteinander verbindet, als ein Kurbelhebel oder Kurbelarm der Ventilspindel ausgeführt ist, die wirkungsmäßig in die Verbindungstange eingreift.

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6. Kolben-Ünearantrieb nach Anspruch k_t dadurch gekennzeichnet, daß

auf der Verbindungsstange zwei Rollen in einem bestimmten Abstand zueinander montiert sind, und zwar derart, daß sie in selektiver Weise oder wechselweise dann die einander gegenüberliegenden Seiten des Kurbelhebeies oder des Kurbelarmes berühren und auf diese einwirken, wenn sich die Kolben jeweils in die eine oder die andere Richtung bewegen.

7. Kolben-Linearantrieb nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß ä

die Peripherie des VentilSpindelgehäuses und des Kolbengehäuses oder Kolbenzylinders durch eine kontinuierlich geführte Schweißnaht miteinander verbunden sind, daß sich zwischen den Kolben ein flüssigkeitsdichter oder druckdichter Hohlraum ergibt.

8. Kolben-Linearantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

das Ventilspindelgehäuse mit dem Kolbengehäuse oder dem Kolbenzylinder an der Peripherie mit einer kontinuierlichen Schweißnaht derart verbunden sind, daß zwischen den Kolben ein flüssigkeitsdichter oder druckdichter Hohlraum .entsteht. f

9. Kolben-Linearantrieb nach Ansprucfe 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Mantel eines jeden Kolbens mit Teflonbändem versehen ist, daß weiterhin zwischen den Bändern eine 0-Ringdichtung angeordnet ist, daß die Bänder schließlich mit dem Zylinder in gleitendem Kontakt stehen.

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10. Kolben-Linearantrieb nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß

die Kolben verstellbar montiert sind, euf der vorerwähnten Verbindungsstange, und somit Fehlausrichtungen zwischen den Kolben und dem Zylinder kompensieren und ausgleichen können.

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