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Die
Erfindung betrifft einen Drehschieber mit einem Gehäuse mit
mehreren Querschnittsverstellgliedern.
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Aus
dem Stand der Technik sind Drehschieber bekannt, die mit mehreren
Querschnittsverstellgliedern unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte
für unterschiedliche
Durchströmungen
einstellen, wobei die Querschnittsverstellglieder entweder fest
miteinander verbunden sind, sodass sie jeweils dieselbe Drehbewegung
ausführen
und dabei einen oder mehrere Durchströmungsquerschnitte einstellen,
oder unabhängig
von einander von jeweils einem Stellglied angetrieben und gesteuert
werden, und dadurch unabhängig
voneinander unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte einstellen.
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Aufgrund
einer drehfesten Verbindung der Querschnittsverstellglieder können die
unterschiedlichen Durchströmungsquerschnitte
nicht unabhängig von
einander eingestellt werden. Die Verwendung von mehreren unabhängigen „parallelen" Querschnittsverstellgliedern
ist zwar prinzipiell einfach, jedoch bedarf diese Lösung einen
größeren Bauraum und
ist kostenaufwendiger.
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Es
ist somit die Aufgabe der Erfindung einen Drehschieber mit mehreren
Querschnittsverstellgliedern zu schaffen, der es ermöglicht Durchströmungsquerschnitte
individuell einzustellen und dabei die oben genannten Nachteile
umgeht.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
mindestens zwei drehbar ineinander gelagerte Querschnittsverstellglieder vorgesehen
sind, wobei das äußere Querschnittsverstellglied
drehbar in dem Gehäuse
gelagert ist. Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte Form des Drehschiebers,
wobei durch das Ineinanderlagern der Querschnittsverstellglieder
individuell unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte eingestellt werden
können.
Sind zwei Querschnittsverstellglieder vorgesehen, so ist das äußere Querschnittsverstellglied
drehbar in dem Gehäuse
und das zweite, innere Querschnittsverstellglied drehbar in dem
ersten Querschnittsverstellglied gelagert. Vorteilhafterweise werden
die Querschnittsverstellglieder unabhängig von einander betätigt, sodass
sie unabhängig von
einander in dem Gehäuse
gedreht werden, wobei durch entsprechende Durchströmungsöffnungen in
den Querschnittsverstellgliedern Durchströmungsquerschnitte eingestellt
werden.
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Vorteilhafterweise
sind die Querschnittsverstellglieder und/oder das Gehäuse als
koaxiale Kreiszylinderhülsen
ausgebildet. Dadurch ist ein besonders vorteilhaftes Ineinanderlagern
der Querschnittsverstellglieder möglich. Durch die koaxiale Anordnung,
also dadurch, dass die Querschnittsverstellglieder und/oder das
Gehäuse
eine gemeinsame Drehachse aufweisen, und durch die Ausbildung als Kreiszylinderhülsen, wirken
die Querschnittsverstellglieder und das Gehäuse als Gleitlager, wobei ein durch
den Drehschieber strömendes
Medium gleichzeitig als Schmiermittel verwendet wird. Die Kreiszylinderhülsen stellen
eine besonders einfach herzustellende Form für die Querschnittsverstellglieder dar,
sodass diese kostengünstig
und in kurzer Zeit hergestellt werden können.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Zulauf stirnseitig der
Querschnittsverstellglieder und/oder stirnseitig an dem Gehäuse ausgebildet. Durch
den Zulauf kann das Medium in den Drehschieber einströmen, wobei
der Innenraum des Drehschiebers als Sammelstelle verstanden werden kann,
von der aus verschiedene Adressen, wie zum Beispiel unterschiedliche
Kühlkreisläufe eines
Kraftfahrzeugs, "bedient" werden können. Vorteilhafterweise
weisen das Gehäuse
und die Querschnittsverstellglieder an den in die gleiche Richtung
weisenden Stirnseiten jeweils einen Zulauf auf.
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Vorteilhafterweise
ist an einer dem Zulauf gegenüberliegenden
Stirnseite der Querschnittsverstellglieder und/oder des Gehäuses eine
Betätigungseinrichtung
zum Verstellen beziehungsweise Verdrehen der Querschnittsverstellglieder
angeordnet. Somit ist die Betätigungseinrichtung
an nur einer Seite des Drehschiebers vorgesehen und der übrige Drehschieber
kann für
die eigentliche Funktion verwendet werden. Vorteilhafterweise wird
die Betätigungseinrichtung
mittels mindestens eines Stellmotors betätigt.
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Zweckmäßigerweise
weist die Betätigungseinrichtung
koaxial ineinanderliegende Wellen auf, wobei jeweils eine Welle
mit einem Querschnittsverstellglied drehfest verbunden, bevorzugt
einstückig ausgebildet
ist. Die Welle der Betätigungseinrichtung,
die mit dem inneren Querschnittsverstellglied drehfest verbunden
ist, liegt somit in einer Hohlwelle, die das nächst äußere Querschnittsverstellglied
betätigt.
Dies setzt sich für
die weiteren vorgesehenen Querschnittsverstellglieder entsprechend
fort. Außerhalb
des Drehschiebers, also an der entsprechenden Stirnseite des Gehäuses (dem
Zulauf gegenüberliegend)
sind die ineinanderliegenden Wellen derart ausgebildet, dass sie
unabhängig
voneinander betätigt
werden können.
Dazu weisen sie beispielsweise einen Hebelarm auf, der senkrecht
zur Drehachse von der jeweiligen Welle absteht, und an den der Stellmotor
angreifen kann.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Kreiszylinderhülsen der
Querschnittsverstellglieder unterschiedliche Längen auf. Dadurch entstehen
in dem Drehschieber Bereiche beziehungsweise Abschnitte – entlang
der Drehachse – in
denen unterschiedlich viele Querschnittsverstellglieder angeordnet
beziehungsweise drehbar ineinander gelagert sind. Vorteilhafterweise
wird mindestens ein Querschnittsverstellglied so angeordnet, dass
es sowohl zu dem Zulauf des nächstäußeren Querschnittsverstellglieds
oder des Gehäuses
und zu der dem Zulauf gegenüberliegenden
Stirnseite des nächstäußeren Querschnittsverstellglieds
oder des Gehäuses
einen Abstand aufweist. Zweckmäßigerweise
weist in dem Fall das entsprechende Querschnittsverstellglied auch
an seiner zweiten Stirnseite einen Durchbruch auf, der als Auslauf
dient, sodass ein Medium durch das entsprechende Querschnittsverstellglied
hindurch zu dem Abschnitt des Drehschiebers strömen kann, der nicht von jenem
Querschnittsverstellglied beeinflusst wird. Dadurch wird eine individuelle
Einstellung von Durchströmungsquerschnitten
weiter vereinfacht.
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Bevorzugt
weisen die Querschnittsverstellglieder und/oder das Gehäuse in ihren
Mantelflächen Durchbrüche zur
Ausbildung von Durchströmungsquerschnitten
auf. Die Durchbrüche
dienen dabei als Durchströmungsöffnungen
in dem jeweiligen Querschnittsverstellglied beziehungsweise dem
Gehäuse. Durch
ein entsprechendes Verstellen der Querschnittsverstellglieder, bei
dem beispielsweise eine erste Durchströmungsöffnung des inneren Querschnittsverstellglieds,
eine zweite Durchströmungsöffnung des äußeren Querschnittsverstellglieds
und eine dritte Durchströmungsöffnung des
Gehäuses
in eine Überlappungsposition
geraten, wird ein Durchströmungsquerschnitt,
der dem Querschnitt der eingestellten Überlappung entspricht, freigegeben,
sodass durch den Zulauf einströmendes
Medium durch diesen Durchströmungsquerschnitt
aus dem Drehschieber herausströmen
kann, wobei zweckmäßigerweise
die dritte Durchströmungsöffnung des
Gehäuses
des Drehschiebers als ein von dem Drehschieber abstehender Anschlussstutzen
ausgebildet ist. Durch die ineinander drehbar gelagerten Querschnittsverstellglieder
beziehungsweise dem äußeren im
Gehäuse
drehbar gelagerten Querschnittsverstellglied ist der Drehschieber
dicht ausgebildet.
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden.
Dazu zeigen im Folgenden:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
des Drehschiebers in einer Schnittdarstellung,
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2 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
des Drehschiebers in einer perspektivischen Darstellung,
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3 den
Drehschieber in einer weiteren perspektivischen Darstellung,
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4 den
Drehschieber in einer weiteren perspektivischen Darstellung mit
einem Anschlussschema für
eine Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs und
-
5 den
Drehschieber in einer weiteren perspektivischen Darstellung.
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Die 1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Drehschiebers 1 in
einer Schnittdarstellung. Der Drehschieber 1 weist ein
Gehäuse 2 auf,
welches als Kreiszylinderhülse 3 ausgebildet
ist und eine Drehachse 4 aufweist. In dem Gehäuse sind
zwei Querschnittsverstellglieder 5 und 6 drehbar
ineinander gelagert, wobei das äußere Querschnittsverstellglied 5 drehbar
in dem Gehäuse 2 gelagert
ist. Die Querschnittsverstellglieder 5 und 6 sind dazu
ebenfalls als Kreiszylinderhülsen 7 und 8 ausgebildet,
wobei die Querschnittsverstellglieder 5 und 6 und
das Gehäuse 2 die
gleiche Drehachse 4 aufweisen.
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Der
Drehschieber 1 weist weiter eine Betätigungseinrichtung 9 auf,
mittels derer die Querschnittsverstellglieder 5 und 6 verstellt
werden können.
Dazu weist die Betätigungseinrichtung 9 zwei Wellen 10 und 11 auf,
wobei die Welle 10 koaxial in der Welle 11 liegt,
wobei die Welle 11 zweckmäßigerweise als Hohlwelle ausgebildet
ist, und wobei die Welle 10 drehfest mit dem Querschnittsverstellglied 6 und
die Welle 11, die als Hohlwelle ausgebildet ist, ist drehfest
mit dem Querschnittsverstellglied 5 verbunden ist. Wobei
beide Wellen 10 und 11 aus dem Gehäuse 2 an
einer Stirnseite 12 des Drehschiebers 1 herausführen. Die
Betätigungseinrichtung 9 weist
ferner an den Wellen 10 und 11 angeordnete Hebel 13 und 14 auf,
an denen vorteilhafterweise jeweils ein Stellmotor angreift, um
die Querschnittsverstellglieder 5 und 6 zu verstellen.
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Das
Gehäuse 2 und
die Querschnittsverstellglieder 5 und 6 weisen
an ihrer der Betätigungseinrichtung
gegenüberliegenden
Seite jeweils einen Zulauf 15, 16 und 17 auf,
durch den ein Medium in Richtung des Pfeils 18 in den Drehschieber 1 einströmen kann.
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Das
Querschnittsverstellglied 6 weist einen als Durchströmungsöffnung 19 ausgebildeten
Durchbruch 20 auf. Das Querschnittsverstellglied 5 weist
in seiner Mantelfläche
ebenfalls einen als Durchströmungsöffnung 21 ausgebildeten
Durchbruch 22 auf. Auch das Gehäuse 2 weist einen
als Durchströmungsöffnung 23 ausgebildeten
Durchbruch 24 auf, wobei die Durchströmungsöffnungen 19, 21 und 23 in Überlappungsposition
stehen, sodass das einströmende
Medium durch die Durchströmungsöffnungen 19, 21 und 23 aus
den Drehschieber 1 entlang des Pfeils 25 strömen kann.
Wird eines der Querschnittsverstellglieder 5 oder 6,
oder beide, entsprechend verstellt beziehungsweise verdreht, so
wird der freigegebene Durchströmungsquerschnitt
verschlossen.
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Dieser
Fall ist an einer anderen Stelle des Drehschiebers 1 dargestellt:
Das entlang des Pfeils 18 einströmende Medium strömt durch
einen als Durchströmungsöffnung 26 ausgebildeten
Durchbruch in der dem Zulauf 17 gegenüberliegenden Stirnseite entlang
des Pfeils 28 in eine Kammer 29, die durch einen
Zwischenraum zwischen dem Querschnittsverstellglied 5 und
dem Querschnittsverstellglied 6 gebildet wird, da diese
beabstandet zueinander angeordnet sind. Das Querschnittsverstellglied 5 weist
einen weiteren als Durchströmungsöffnung 30 ausgebildeten
Durchbruch 31 auf. Weiterhin weist das Gehäuse 2 einen
zweiten als Durchströmungsöffnung 32 ausgebildeten
Durchbruch 33 auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
muss nun das Querschnittsverstellglied 5 um 180° gedreht
werden, um die Durchströmungsöffnung 30 mit
der Durchströmungsöffnung 32 des
Gehäuses 2 in Überlappungsposition
zu bringen, sodass ein Durchströmungsquerschnitt
freigegeben wird.
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Das
Querschnittsverstellelement 5 weist einen weiteren als
Durchströmungsöffnung 21' ausgebildeten
Durchbruch 22' auf,
der zu der Durchströmungsöffnung 21 um
180° versetzt
angeordnet ist. Wird das Querschnittsverstellglied 5 um
180° verstellt
beziehungsweise um die Drehachse 4 gedreht, kann das Medium
wieder oder noch entlang des Pfeils 25 aus dem Drehschieber 1 ausströmen und zusätzlich durch
einen durch die dann in Überlappung
stehenden Durchströmungsöffnungen 32 und 30 gebildeten
Durchströmungsquerschnitt.
Dadurch kann ein Durchströmungsquerschnitt
weiterer freigegeben werden, ohne einen anderen Durchströmungsquerschnitt
zu beeinflussen.
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Mit
dem Drehschieber 1 ist es also vorteilhaft möglich, unterschiedliche
Durchströmungsquerschnitte
unabhängig
von einander einzustellen.
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Dies
ist insbesondere von Bedeutung für
das Thermomanagement einer Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs,
die zum Beispiel unter Anderem eine Brennkraftmaschine, einen Wasserkühler, einen Ölkühler und
einen Wärmetauscher
einer Heizung umfasst. Ist der Drehschieber 1 vorteilhafterweise
als Thermostat ausgebildet und in den Kühlkreislauf des Kühlwassers
der Brennkraftmaschine eingebunden, so können mittels des Drehschiebers 1 unterschiedliche
Kühlkreisläufe eingestellt
werden, wobei die unterschiedlichen Komponenten der Antriebseinrichtung
individuell "angesteuert" werden können.
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Dazu
zeigen die 3 bis 5 ein Ausführungsbeispiel
für einen
derartigen, als Drehschieberthermostat ausgebildeten, Drehschieber 34,
der im Wesentlichen dem Drehschieber 1 entspricht. Der Drehschieber 34 weist
zwei ineinander drehbar gelagerte, als Kreiszylinderhülsen 35 und 36 ausgebildete
Querschnittsverstellglieder 37 und 38 auf, wobei das äußere Querschnittsverstellglied 37 in
einem hier nicht vollständig
dargestellten Gehäuse 39 drehbar gelagert
ist. Von dem Gehäuse 39 sind
lediglich Anschlüsse 40, 41, 42 und 43 dargestellt.
Die 3 zeigt den Drehschieber 34 in einer
weiteren perspektivischen Darstellung, wobei hier das Gehäuse 39 vollständig dargestellt
ist. Der Anschluss 41 des Gehäuses 39 ist als Zulauf 44 ausgebildet.
Durch ihn strömt
Kühlwasser
in Richtung des Pfeils 45 in den Drehschieber 34 ein.
Die Anschlüsse 40, 42 und 43 weisen
Durchströmungsöffnungen 46, 47 und 48 auf. Das
Querschnittsverstellglied 37 weist Durchströmungsöffnungen 49, 50, 51 und 52 auf,
wobei die Durchströmungsöffnungen 50 und 51 im
Wesentlichen rechteckförmig
und die Durchströmungsöffnungen 42 und 49 sowie
die Durchströmungsöffnungen 46 bis 48 des
Gehäuses 39 kreiszylinderförmig und kleiner
ausgebildet sind. Das Querschnittsverstellglied 38 weist
ebenfalls Durchströmungsöffnungen 53, 54 und 55 auf.
Durch Verstellen der Querschnittsverstellglieder 37 und 38,
sodass zwei oder mehr der Durchströmungsöffnungen 46 bis 55 in Überlappungsposition
stehen, kann ein Durchströmungsquerschnitt,
wie zur der 1 beschrieben, freigegeben werden.
Die Querschnittsverstellglieder 37 und 38 können dabei
unabhängig
voneinander verstellt beziehungsweise verdreht werden. Durch die
entsprechende Anordnung und Ausbildung der Durchströmungsöffnungen 46 bis 55 ist
es möglich,
gewünschte
Durchströmungsquerschnitte
unabhängig von
einander einzustellen.
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Die 4 zeigt
den Drehschieber 34 in einer weiteren perspektivischen
Darstellung, mit einem Anschlussschema für die Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs.
Wie bereits beschrieben, strömt
das von einer Brennkraftmaschine 60 kommende Kühlwasser
durch den Anschluss 41 beziehungsweise den Zulauf 44 in
den Drehschieber 34 ein und wird im Inneren "gesammelt". Durch entsprechendes
Freigeben beziehungsweise Einstellen von Durchströmungsquerschnitten
können
unterschiedliche Kühlkreisläufe angesteuert werden.
Während
der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine 60 sollte der Brennkraftmaschinenkühlkreislauf
völlig
von einem Kühlerkreislauf
getrennt sein, um eine Vermischung des warmen mit dem noch kalten
Kühlwasser
zu verhindern. Dazu wird der Drehschieber 34 beziehungsweise
die Querschnittsverstellelemente 37 und 38 so eingestellt,
dass lediglich ein Durchströmungsquerschnitt
an einem Anschluss 56 freigegeben wird, sodass das von
der Brennkraftmaschine 60 durch den Anschluss 41 beziehungsweise
den Zulauf 44 in den Drehschieber 34 einströmende Kühlwasser über eine hier
schematisch dargestellte Leitung 57 direkt in die Brennkraftmaschine 60 zurückgeleitet
wird. Dies wird auch als der kleine Kühlwasserkreislauf bezeichnet. Dadurch
kann das durch die Brennkraftmaschine 60 strömende Kühlwasser
und damit die Brennkraftmaschine 60 selbst schnell auf
Betriebstemperatur gebracht werden. Durch ein entsprechendes Verstellen der
Querschnittsverstellglieder 37 und 38 kann bei Bedarf
ebenfalls ein Durchströmungsquerschnitt
der Anschlüsse 42 und/oder 43 freigegeben
werden, sodass eine Heizung 58 und/oder ein Ölkühler 59 mit aufgewärmten Kühlwasser
versorgt werden können. Vorteilhafterweise
wird mittels des Ölkühlers das
Motoröl
bis auf circa 90°Celsius
durch das Kühlwasser erwärmt. Bei Überschreiten
dieses Wertes wird der sogenannte große Kühlkreislauf aktiviert. Dazu
wird ein Durchströmungsquerschnitt
des Anschlusses 40 durch entsprechendes Einstellen der
Querschnittsverstellglieder 37 und 38 freigegeben
und somit das Kühlwasser
zu einem Wasserkühler 61 geleitet,
von dem es wieder in die Brennkraftmaschine 60 fließt. Dies
ist durch einen Pfeil 61' angedeutet.
Dadurch wird die Temperatur des Kühlwasser auf einem bestimmten
Niveau gehalten. Vorteilhafterweise wird der Anschluss 43 zu
dem Ölkühler 59 verschlossen, sodass
das Öl
nicht gekühlt
wird und sich bis auf circa 120°Celsius
erwärmen
kann, sodass das Öl
eine optimale Betriebstemperatur aufweist. Dabei wird auch verhindert,
dass das Öl
das Kühlwasser
unnötig erwärmt.
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Damit
das Öl
nicht zu heiß wird,
wird mittels der Querschnittsverstellglieder der entsprechende Durchströmungsquerschnitt
nur so weit freigegeben, dass die Temperatur des Öls auf einem
konstanten Niveau gehalten wird. Das Kühlwasser wird dabei vorteilhafterweise
mittels einer Wasserpumpe, die sich üblicherweise direkt an der
Brennkraftmaschine befindet, gefördert.
Die Einbindung eines Getriebeölkühlers ist
ebenfalls denkbar und möglich.
Vorteilhafterweise werden die Querschnittsverstellglieder 37 und 38 mittels
eines Stellmotors verstellt beziehungsweise angetrieben. Dazu weist
der Drehschieber 34, wie in 5 dargestellt,
eine Betätigungseinrichtung 62 auf,
die zwei koaxial ineinanderliegende Wellen 63 und 64 aufweist,
wobei die Welle 63 drehfest mit dem Querschnittsverstellglied 38 und
die Welle 64 drehfest mit dem Querschnittsverstellglied 37 verbunden
ist. Wie bereits zu der 1 beschrieben weisen die Wellen 63 und 64 je weils
einen Hebelarm auf, an dem jeweils ein Stellmotor angreifen kann,
um die Querschnittsverstellglieder zu verstellen beziehungsweise
zu verdrehen. Mittels eines Temperatursensors ist die Einstellung
der Querschnittsverstellglieder 37 und 38 unter
zu Hilfenahme eines Kennfelds einfach realisierbar.
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- 1
- Drehschieber
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kreiszylinderhülse
- 4
- Drehachse
- 5
- Querschnittsverstellglied
- 6
- Querschnittsverstellglied
- 7
- Kreiszylinderhülse
- 8
- Kreiszylinderhülse
- 9
- Betätigungseinrichtung
- 10
- Welle
- 11
- Welle
- 12
- Stirnseite
- 13
- Hebel
- 14
- Hebel
- 15
- Zulauf
- 16
- Zulauf
- 17
- Zulauf
- 18
- Pfeil
- 19
- Durchströmungsöffnung
- 20
- Durchbruch
- 21
- Durchströmungsöffnung
- 22
- Durchbruch
- 23
- Durchströmungsöffnung
- 24
- Durchbruch
- 25
- Pfeil
- 26
- Durchströmungsöffnung
- 27
- Durchbruch
- 28
- Pfeil
- 29
- Kammer
- 30
- Durchströmungsöffnung
- 31
- Durchbruch
- 32
- Durchströmungsöffnung
- 33
- Durchbruch
- 34
- Drehschieber
- 35
- Kreiszylinderhülse
- 36
- Kreiszylinderhülse
- 37
- Querschnittsverstellglied
- 38
- Querschnittsverstellglied
- 39
- Gehäuse
- 40
- Anschluss
- 41
- Anschluss
- 42
- Anschluss
- 43
- Anschluss
- 44
- Zulauf
- 45
- Pfeil
- 46
- Durchströmungsöffnung
- 47
- Durchströmungsöffnung
- 48
- Durchströmungsöffnung
- 49
- Durchströmungsöffnung
- 50
- Durchströmungsöffnung
- 51
- Durchströmungsöffnung
- 52
- Durchströmungsöffnung
- 53
- Durchströmungsöffnung
- 54
- Durchströmungsöffnung
- 55
- Durchströmungsöffnung
- 56
- Anschluss
- 57
- Leitung
- 58
- Heizung
- 59
- Ölkühler
- 60
- Brennkraftmaschine
- 61
- Kühler
- 61'
- Pfeil
- 62
- Betätigungseinrichtung
- 63
- Welle
- 64
- Welle