DE3410911A1

DE3410911A1 - Kolbenpumpe

Info

Publication number: DE3410911A1
Application number: DE19843410911
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 4600 Dortmund Korthaus
Original assignee: Individual
Current assignee: KORTHAUS, ERNST, DIPL.-ING., 5982 NEUENRADE, DE
Priority date: 1983-04-06
Filing date: 1984-03-24
Publication date: 1984-10-11
Also published as: EP0139709A1; WO1984003914A1; IT8420405A0; IT1175828B; DE3465762D1; US4818192A; EP0139709B1

Description

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K 14 - 2 Beh/MO

g Anmelder: Dipl.-Ing.

Ernst Korthaus
Sonnenstr. 112
46oo Dortmund 1

Kolbenpumpe

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, deren Pumpkolben gegenüber dem Pumpzylinder mit Packungen abgedichtet ist und mit einer Kolbenstange verbunden ist, die in einer dem Deckel des Pumpenzylinders zugeordneten Stopfbüchse geführt ist und hin- und hergehend angetrieben ist.

„,. Ein Problem bei derartigen Kolbenpumpen besteht darin, sie trockenlaufsicher zu machen. Beim Trockenlauf der Pumpe besteht nämlich die Gefahr, daß die Packungen im Bereich des Pumpkolbens und der Stopfbüchse überhitzt werden und verbrennen, insbesondere wenn verhält-

o_n nismäßig große Abdichtdrücke erforderlich sind.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Kolbenpumpe der eingangsgenannten Art dahingehend weiterzubilden, daß sie im Bereich der Packungen der Stopfbüchse und _Q(- des Pumpkolbens über lange Zeiträume trockenlauf sicher ist, ohne daß Kühlflüssigkeit in den Pumpzylinder gelangt .

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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einer Kolbenpumpe der eingangsgenannten Art ver, daß die Kolbenstange und die zylindrischen Wandungen des Pumpzylinders über ihre gesamte Länge mit Durchtrittsöffnur.gen für ein sie durchströmendes Kühlmedium versehen sind.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kühlung der Kolbenstange und der zylindrischen Wandungen des Pumpzylinders hat zur Folge, daß die mit der Kolbenstange bzw. den zylindrischen Wandungen des Pumpzuylinders in Berührung stehenden Dichtflächen der Packungen ständig unmittelbar gekühlt werden, so daß das Packungsmaterial auch bei Trockenlauf der Pumpe nicht verbrennen kann. Da die Kühlflüssigkeit in den Durchtrittsöffnungen gegenüber dem Innenraum des Pumpzylinders abgekapselt ist, kann keine Kühlflüssigkeit in den Innenraum des Pumpzylinders gelangen. Die gut wärmeleitfähigen metallischen Wandungen zwischen den Reibungsflächen und der Kühlflüssigkeit können die beim Trockenlauf der Kolbenpumpe entstehende V/ärme wesentlich schneller abführen, als das schlecht wärmeleitfähige Packungsmaterial.

Zweckmäßig sind die Durchtrittsöffnungen in der Kolbenstange und den zylindrischen Wandungen des Pumpzylinders an einen gemeinsamen Kühlmittelkreislauf angeschlossen. Hierdurch kommt man in vorteilhafter Weise mit nur einem Kühlmittelkreislauf aus.

Besondere Vorteile ergeben sich, v/enn die Kolbenpumpe von einem hydraulischen Antriebszylinder angetrieben ist und das hydraulische Arbeitsmedium für den Antriebszylinder zugleich das Kühlmedium ist. Bei dieser Ausführungsform der Kolbenpumpe gemäß der Erfindung ist ein gesonderter Kühlmittelkreislauf nicht mehr erforderlich. Zur Kühlung wird vielmehr der in diesem Fall ohnehin vorhandene Hydraulikkreislauf verwendet.

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•| ^L Eine zweckmäßige Ausführungsform der Kolbenpumpe gemäß

der Erfindung sieht vor, daß die Kolbenstange des Fump- A kolbens hohl ausgebildet ist und zugleich als Zylinder-

I teil des hydraulischen Antriebszylinders dient, der

ψ 5 verschiebbar auf dem feststehenden Antriebskolben und

der mit diesem verbundenen Antriebskolbenstange gela- X gert ist. Neben einer ständigen Kühlung der Kolbenstan

ge des Pumpzylinders ergibt sich hierdurch der Vorteil

■ einer besonders kurzen Baulänge, so daß das gesamte

i 10 Pumpaggregat mit Antrieb besonders kurzbauend ausge-Ί, führt werden kann. Ein weiterer besonderer Vorteil

!* liegt darin, daß bei dieser Ausführungsform die Außen-

§ seite der Kolbenstange des Pumpkolbens nicht mit dem

5 hydraulischen Antriebsmedium ir. Berührung kommt, so daß

.; 15 keinerlei Gefahr besteht, daß hydraulisches Antriebs-

I medium in den Pumpzylinder eingeschleppt wird. Insbe-

■ sondere diese Ausführungsform ist deshalb für die Förde-

rung von Lebensmitteln geeignet.

I 20 Um bei der zuletzt genannten Ausführungsform bewegliche i Druckmittelanschlüsse zu vermeiden, ist weiterhin vor-

¹J^ " gesehen, daß das hydraulische Antriebsmedium dem hy-

jh draulischen Antriebszylinder über die feststehende An-

I triebskolbenstange und den feststehenden Antriebskol-

I 25 ben zugeführt wird, die mit entsprechenden Zuführungstl bohrungen versehen sind»

I V/eil bei der zuletzt genannten Ausführungsform verhält-

f, nismäßig große Massen hin- und herbewegt werden müs-

30 sen, ist zweckmäßig der feststehende Kolben an beiden

Stirnflächen mit Stoßdämpfern für eine Endlagendämpfung versehen. Hierdurch werden ruckartige Schläge bei Erreichen der Endlagen vermieden.

^l- 35 Die Stoßdämpfer bestehen zweckmäßig aus Gummiringen,

I - die innen an der Antriebskolbenstange bzw. an einer

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20

25

dieser entsprechenden zylindrischen Verlängerung an der Vollfüäche des AntriebskOa.bens anliegen und zur Innenwand des Zylinderteiles des Antriebszylinders einen Ringraum mit definiertem Volumen belassen, der sich beim Verformen der Gummiringe beim Anschlag an den Enden des Zylinderteiles mit Gummimasse füllt, die nach vollständiger Füllung des Ringspaltes praktisch unelastisch wird. Derartige Stoßdämpfer sind einfach im Aufbau und unterliegen praktisch keinem Verschleiß. In kinematischer Umkehr können die Gummiringe selbstverständlich auch an den Enden des Zylinderteiles vorgesehen sein und einen entsprechenden Ringspalt mit definiertem Volumen zur Antriebskolbenstange hin freilassen.

Eine andere Ausführungsform der Kolbenpumpe gemäß der Erfindung sieht vor, daß die Kolbenstange des Pumpzylinders zugleich die Antriebskolbenstange des Antriebszylinders ist, dessen Zylinderteil feststehend angeordnet ist und den mit der Antriebskolbenstange verbundenen Antriebskolben längsverschiebbar aufnimmt, wobei die Kolbenstange aus einem Außenrohr und einem darin konzentrisch mit radialem Abstand angeordneten Innenrohr besteht und der Ringraum zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr sowie der Tnnenraum des Innenrohres zumindest während eines Teiles des Hubes vom hydraulischen Antriebsmedium durchströmt werden.

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35

Diese Ausrührungsform der Kolbenpumpe gemäJä der Erfindung hat gegenüber der ersten Ausführungsform der Kolbenpumpe gemäß der Erfindung den Vorteil, daß der Antriebskolben einen beliebig großen Durchmesser erhalten kann, so daß größere Antriebskräfte aufgebracht werden können.

Um zu erreichen, daß das hydraulische Antriebsmedium des hydraulischen Antriebszylinders die gemeinsame KoI-

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benstange zumindest während eines Teiles des Antriebshubes durchströmt, ist vorgesehen, daß die Antriebskolbenstange mit axialem Abstand zum Antriebskolben einen zweiten Antriebskolben aufweist, daß der Innenraum des Innenrohres mit dem Ringraum zwischen den beiden Antriebskolben verbunden ist, daß der Ringraum zwischen Innenrohr und Außenrohr der Antriebskolbenstange unmittelbar neben dem zweiten Antriebskolben mit dem Ringraum zwischen der Antriebskolbenstange und dem Zy linderteil des Antriebszylinders verbunden ist und daß in der Wandung des Zylinderteiles des Antriebszylinders zwei an eine gemeinsame Druckmittelleitung angeschlossene Druckmittelanschlüsse vorgesehen sind, deren Abstand in axialer Richtung der axialen Länge des zweiten Antriebskolbens entspricht, wobei der Abstand zwischen dem Zylinderdeckel des Antriebszylinders und dem ers ten Druckmittelanschluß kleiner oder gleich dem axialen Abstand zwischen den beiden Antriebskolben ist. Der besondere Vorteil dieser Maßnahmen liegt darin, daß der gemeinsamen Kolbenstange von Antriebszylinder und Pumpzylinder eine zur Kühlung ausreichende Menge des hydraulischen Arbeitsmediums zugeführt werden kann, ohne daß ein mit der Kolbenstange beweglicher Druckmittelanschluß vorgesehen werden muß.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig, 1 einen horizontalen Schnitt durch eine Kolbenpumpe gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 einen horizontalen Schnitt durch eine Kolbenpumpe gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform.

Fig. 3 einen horizontalen Schnitt durch eine Kolbenpumpe gemäß der Erfindung in einer dritten Ausführungsform.

In Figur 1 ist das Gehäuse der Kolbenpumpe mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Das Pumpengehäuse 1 v/eist

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zwei Ansaugkammern 2 und 3 sowie eine Druckkammer 4 auf, die über Rückschlagventile 5 und 6 bzw. 7 und 8 mit dem einen bzw. dem anderen Ende eines Pumpzylinders 9 verbunden sind.
5

In dem Pumpzylinder 9 ist ein doppeltwirkender Pumpkolben Io hin- und herverschiebbar. Der Pumpkolben Io ist durch ringförmige Packungen Il gegen die Innenwand des Pumpzylinders 9 abgedichtet. Die Packungen 11 be-

IQ stehen vorzugsweise aus einem selbstschmierenden trockenlauffähigen Mater'al. Die zylindrischen Wandungen des Pumpzylinders 9 sind mit sich über die gesamte axiale Länge erstreckenden Durchtrittsöffnungen 9a für eine sie durchströmende Kühlflüssigkeit versehen.

An dem Pumpkolben Io ist eine Kolbenstange 12 befestigt, die durch eine Stopfbüchse 13 hindurchgeführt ist. Die Kolbenstange 12 des Pumpkolbens Io ist hohl ausgebildet und nimmt einen feststehenden Antriebskolben 14 in sich auf, der mit einer ebenfalls feststehenden Antriebskolbenstange 15 verbunden ist. Die hohle Kolbenstange 12 ist auf dem feststehenden Antriebskolben 14 und dessen ebenfalls feststehender Antriebskolbenstange 15 geführt und bildet mit dieser zusammen den doppeltwirkenden Antriebszylinder 12. 14, 15, dessen Zylinderteil ( Kolbenstange 12 ) axial verschiebbar ist. Zur abwechselnden Beaufschlagung der Druckräume des Antriebszylinders 12, 14, 15 mit dem hydraulischen Antriebsmedium dienen Bohrungen 16 und in der feststehenden Antriebskolbenstange 15 und dem feststehenden Antriebskolben 14.

Das hydraulische Antriebsmedium wird von einem Hydraulikkreislauf 18 geliefert, der eine Pumpe 18a, ein Umschaltventil 18b und einen Vorratsbehälter 18c aufweist. In diesen Hydraulikkreislauf 18 sind die Durch-

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trittsöffnungen 9a in den zylindrischen Wandungen des Pumpzylinders 9, die Bohrungen 16 und 17 und die Druckräume des Antriebszyinders 12, 14, 15 einbezogen. Auf diese Weise kühlt das hydraulische Antriebsmedium sowohl die zylindrischen Wandungen des Pumpzylinders 9

als auch die Kolbenstange 12 jeweils über deren gesamte Länge _f so daß die an den Reibflächen der Packungen 11 bzw. 13a entstehende Wärme ständig und intensiv abgeführt wird. Durch diese ständige Kühlung wird verhin- ^Q dert, daß c^c Packungen auch bei lang andauerndem Trockenla^f verbrennen. Die Pumpe gemäß der Erfindung ist also absolut trockenlaufsicher.

Für die Endlagendämpfung der verhältnismäßig schweren hin- und hergehenden Kolbenstange 12 sind an beiden Stirnflächen des feststehenden Antriebskolbens 14 Gummiringe 19 und 2o vorgesehen, die am Außenumfang der Antriebskolbenstange 15 bzw. einer dieser entsprechenden zylindrischen Verlängerung 14 a des Kolbens 14 anliegen und zur Innenwand der Kolbenstange 12 ( Zylinderteil des Antriebszylinders 12, 14, 15 ) einen Ringspalt mit genau definiertem Volumen belassen. Beim Anstoß des feststehenden Kolbrns 14 an den inneren Enden des Hohlraumes der axial bewegten Kolbenstange 12 verformen sich diese Gummiringe so lange elastisch, bis sie den Ringspalt vollständig ausfüllen und ein praktisch unelastisches Kissen bilden. Auf diese Weise ergibt sich mit verhältnismäßig geringem Aufwand eine hochwirksame und praktisch verschleißfrei arbeitende Endlagendämpfung.

Das Äusführungsbeispiel gemäß der Figur 2 entspricht, was die zum Pumpengehäuse und Pumpkolben Io gehörenden Teile angeht, voll und ganz dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, so daß für die einander entsprechenden Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet worden sind.

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Hier dient jedoch die Kolbenstange 12 des Pumpkolbens Io zugleich als Antriebskolbenstange des Antriebszylinders und ist deshalb mit einem doppeltwirkenden An-S triebskölben 21 verbunden, der längsverschiebbar in einem feststehenden Zylinderteil 22 gelagert ist. Um zu erreichen, daß auch hier die Kolbenstange 12 über ihre gesamte Länge von dem hydraulischen Antriebsmedium· des Antriebszylinders 22, 21, 12 gekühlt v/ird, besteht die Kolbenstange 12 aus einem Außenrohr 12 a und einem Innenrohr 12 b, die kcnzentrisch mit radialem Abstand ineinander angeordnet sind. Dabei bilden der Innenraum 12c des Innenrohres 12 b und der Ringraum 12d zwischen dem Aufienrohr 12a und dem Innenrohr 12b eine vom Antriebsmedium aufeinanderfolgend durchströmte Durchtrittsb'ffnung, , so daß die Kolbenstange 12 im erforder- ψ liehen Maß gekühlt werden kann.

Zur Zuführung von Antriebsmedium in die Kolbenstange 12 unter Vermeidung von bewegten Druckmittelanschlüssen weist die Kolbenstange 12 in axialem Abstand zum Antriebskolben 21 einen zweiten Antriebskolben 23 auf. Weiterhin ist der Innenraum des Innenrohres 12 b mit dem Ringraum zwischen den beiden Antriebskolben 21 und

23 druckmittelleitend verbunden. Ebenso ist der Ring- t

raum zwischen dem Außenrohr 12 a und dem Innenrohr 12b |

unmittelbar neben dem zweiten Antriebskolben 23 mit I

1 dem Ringraum zwischen der Kolbenstange 12 und dem Zy- §

linderteil 21 des Antriebszylinders 22, 21, 12 verbun- ]| den. Schließlich sind in der Wandung des Zylinderteiles |

22 des Antriebszylinders 22, 21, 12 zwei zwei 1

parallele, an den Druckmittelkreislauf 18 angeschlos- \

i sene Druckmittelanschlüsse 24 und 25 vorgesehen, deren \

Abstand in axialer Richtung der axialen Länge des %

zweiten Antriebskolbens 23 entspricht. Dabei ist der I

Abstand b zwischen dem Zylinderdeckel des Antriebszylin- %

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ders 22, 21, 12 und dem ersten Druckmittelanschluß 24 „

kleiner oder höchstens ebenso groß, wie der axiale ®

Abstand a zwischen den beiden Antriebskolben 21 und 23.

Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, Wird bei einer Verschiebung der Kolbenstange 12 nach rechts das vor dem zweiten Antriebskolben 23 befindliche Antriebsmedium in den Ringraum zwischen dem Außenrohr 12 a und dem Innenrohr 12 b gedrückt und gelangt anschließend durch das Innenrohr 12 b in den Ringraum zwischen beiden Antriebskolben 21 und 23 und von dort durch den Druckmittelanschluß 25 in den Druckmittelkreislauf 18. Ebenso durchströmt bei umgekehrter Beaufschlagung das Antriebsmedium zunächst die Kolbenstange 12 und kühlt diese.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 entspricht im Hinblick auf die Ausbildung des Pumpzylinders 9, des Pumpkolbens Io und der Kolbenstange 12 dem Ausführungsbeispiel der Figur 2, so daß für die einander entsprechenden Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet worden sind.

IJ Die Kolbenstange 12 besteht auch hier aus einem Außenrohr 12a und einem Innenrohr 12b, die konzentrisch mit radialem Abstand ineinander angeordnet sind. Der Innenraum 12c des Innenrohres 12 und der Ringraum 12d zwischen dem Außenrohr 12a und dem Innenrohr 12b bilden Durchtrittsöffnungen für ein Kühlmedium, welches von einem gesonderten Kühlmittelkreislauf 26 her in die Kolbenstange 12 eingespeist wird. In diesem gesonderten Kühlmittelkreislauf 26 sind außerdem die Durchtrittsöffnungen 9a in den zylindrischen Wandungen des Pumpzylinders 9 einbezogen. Fernere enthält der gesonderte Kühlmittelkreislauf 26 eine Kühlmittelpumpe 26a und einen Vorratsbehälter 26b.

Io

Der Antrieb des Pumpkolbens Io erfolgt beim AusfUhrungsbeispiel gemäß Figur 3 durch einen gesonderten hydraulischen Antriebszylinder 27, dessen Kolbenstange 28 am äußersten Ende der Kolbenstange 12 befestigt ist. Der gesonderte hydraulische Arbeitszylinder 27 wird von einem gesonderten Hydraulikkreislauf 29 mit Druckmittel versorgt, der eine Hydraulikpumpe 29a, einen Vorratsbehälter 29b und ein Umschaltventil 29c aufweist. An die Stelle des Antriebszylinders 27 kann gegebenenfalls auch ein anderes Antriebsaggregat treten, welches die Kolbenstange 12 der Kolbenpumpe hin- und hergehend antreibt.

Ansprüche

Claims

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Patentansprüche

I Ii Kolbenpumpe, deren Pumpkolben gegnüber dem Pumpzylintfer durch Packungen abgedichtet ist und mit eir;2r Kolbenstange verbunden ist, die in einer dem Deckel des Pumnzylinders zugeordneten Stopfbuchse geführt ist und hin- und hergehend angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (12) und die zylindrischen Wandungen des Pumpzylinders (9) über ihre gesamte länge mit Durch— trittsöffnungen (9a; 12c, 12d) für ein sie durchströmendes Kühlmedium versehen sind.
25
2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (9a; 12c, 12d) in der Kolbenstange (12) und den zylindrischen Wandungen des Pumpzylinders (9) an einen geineinsamen Kühlmittelkreislauf (18; 26) angeschlossen sind.
3. Kolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie von einem hydraulischen Antriebszylinder angetrieben ist und das hydraulische Antriebsmedium für den Antriebszylinder zugleich das Kühlmedium ist.

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4. Kolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange ( 12 ) des Pumpkolbens ( Io ) hohl ausgebildet ist und zugleich als Zylinderteil des hydraulischen Antriebszylinders dient, der verschiebbar auf dem feststehenden Antriebskolben ( 14 ) und dem mit diesem verbundenen Antriebskolben ( 15 ) gelav-ft ist.
δ. kolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ^«kennzeichnet, daß das hydraulische Antriebsmedium dem hydraulischen Antriebszylinder über di^ feststehende Antriebsko.l benstange ( 15 ) und den feststehenden Antriebskolben ( 14 ) zugeführt wird, die mit entsprechenden Zuführungsbohrungen ⁽ 16, 17 ) versehen sind.
6. Kolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Antriebskolben ( 14 ) an beiden Stirnflächen mit Stoßdämpfern ( 18, 19 ) für eine Endlagendämpfung versehen ist.
7. Kolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßdämpfer ( 18, 19 ) aus Gummiringen bestehen, die innen an der Antriebskolber.stange

sehen Verlängerung ( 14 a ) an der Vollfläche des Antriebskolbens ( 14 ) anliegen und zur Innenwand des Zylinderteiles des Antriebszylinders ( 12, 14, 15 ) einen Ringspalt mit definiertem Volumen belassen, der sich beim Verformen der Gummiringe beim Anschlag an den Enden des Zylinderteiles mit Gummimasse füllt, die nach vollständiger Füllung des Ringspaltes praktisch unelastisch wird.
8. Kolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange ( 12 ) des

Pumpzylinders ( 9 ) zugleich die Antriebskolbenstange
des Antriebszylinders ist, dessen Zylinderteil ( 21 )
feststehend angeordnet ist und den mit der Antriebskolbenstange verbundenen Antriebskolben ( 2o ) längsverschiebbar aufnimmt, wobei die Kolbenstange ( 12 ) aus
einem Außenrohr { 12 a ) und einem darin konzentrisch
mit radialem Abstand angeordneten Innenrohr ( 12 b ) besteht und der Ringraum ( 12d ) zwischen Außenrohr ( 12
a ) und Innenrohr ( 12 b ) sowie der Innenraum ( 12c )
des Innenrohres ( 12 b ) zumindest während eines Teiles

des Hubes vom hydraulischen Antriebsmedium durchströmt |

v/erden. f
9. Kolbenpumpe nach Anspruch 8, dadurch ge- '

kennzeichnet, daß die Antriebskolb^nstange mit axialem |

Abstand zum ersten Antriebskolben ( 2o ) einen zweiten |"

Antriebskolben { 22 ) aufweist, daß der Innenraum des |

Innenrohres ( 12 b ) mit dem Ringraum zwischen den bei- I

den Antriebskolben ( 2o, 22 ) verbunden ist, daß der |

Ringraum zwischen Innenrohr ( 12 b ) und Außenrohr "f

( 12 a ) der Antriebskolbenstange unmittelbar neben \ dem zweiten Antriebskolben ( 22 ) mit dem Ringraum zwischen der Antriebskolbenstange und dem Zylinderteil j ( 21 ) des Antriebszylinders verbunden ist und daß in I

der Wandung des Zylinderteiles ( 21) des Antriebs- | ·

Zylinders zwei an eine gemeinsame Druckmittelleitung i

( 23 ) angeschlossene Druckmittelanschlüsse ( 24, 25 } J

vorgesehen sind, deren Abstand in axialerRichtung der jj

axialen Länge des zweiten Abtriebskolbens ( 22 ) ent- M

spricht, wobei der Abstand zwischen dem Zylinderdeckel £·

des Antriebszylinders und dem ersten Druckmittelan- U

schluß ( 24 ) kleiner oder gleich dem axialen Abstand |

zwischen den beiden Antriebskolben ( 22, 22 ) ist. g

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