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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Verbrennungskraftmaschine ist der
DE 101 02 644 C1 als bekannt zu entnehmen. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ein Kurbelgehäuse, welches wenigstens einen Zylinder, einen ersten Kühlmittelraum und einen zweiten Kühlmittelraum aufweist. Dabei ist der zweite Kühlmittelraum in Hochrichtung des Kurbelgehäuses unterhalb des ersten Kühlmittelraums angeordnet.
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Die Hochrichtung des Kurbelgehäuses fällt dabei mit einer Bewegungsrichtung eines in dem Zylinder anzuordnenden Kolbens zusammen, wobei sich der Kolben während des Betriebs der als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine entlang der Bewegungsrichtung translatorisch auf und ab bewegt. Die Kühlmittelräume sind dabei zumindest teilweise fluidisch voneinander getrennt.
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Es hat sich gezeigt, dass es während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine zur Entstehung von Gasen im Kurbelgehäuse kommen kann, woraus – falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind – unerwünscht hohe Drücke im Kurbelgehäuse entstehen können.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher eine besonders vorteilhafte Entlüftung des Kurbelgehäuses realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei welcher eine besonders vorteilhafte Entlüftung des Kurbelgehäuses realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine einen mit dem Kurbelgehäuse verbundenen Zylinderkopf umfasst, mit welchem der zweite Kühlmittelraum zumindest über zwei in Längsrichtung des Kurbelgehäuses einerseits des Zylinders angeordnete, erste Entlüftungskanäle und über zwei in Längsrichtung des Kurbelgehäuses andererseits des Zylinders angeordnete, zweite Entlüftungskanäle zum Entlüften des zweiten Kühlmittelraums fluidisch verbunden ist. Über die Entlüftungskanäle können während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine im unteren Kühlmittelraum entstehende Gase in den Zylinderkopf abgeführt werden, so dass der untere, zweite Kühlmittelraum entlüftet und die Entstehung unerwünscht hoher Drücke im Kurbelgehäuse, insbesondere im zweiten Kühlmittelraum, vermieden werden kann.
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Ferner ist es möglich, eine Direktverbindung zwischen dem unteren Kühlmittelraum und dem Zylinderkopf, insbesondere einem dritten Kühlmittelraum im Zylinderkopf, zu schaffen. Dies bedeutet, dass die im unteren Kühlmittelraum entstehenden Gase direkt in den Zylinderkopf, insbesondere in dessen Kühlmittelraum, eingeleitet und somit entlüftet werden können, ohne dass die Gase aus dem zweiten Kühlmittelraum zunächst in den ersten Kühlmittelraum geführt werden müssen. Insbesondere lässt sich dadurch eine package-neutrale Entlüftung des unteren, zweiten Kühlmittelraums realisieren, so dass der Bauraumbedarf der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden kann.
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Darüber hinaus ist es durch die Entlüftung bzw. Entlüftbarkeit des unteren, zweiten Kühlmittelraums möglich, die Kühlmittelräume zumindest überwiegend und vorzugsweise vollständig fluidisch voneinander zu trennen. Dadurch ist eine bedarfsgerechte Kühlung von voneinander unterschiedlichen Bereichen der Verbrennungskraftmaschine und insbesondere es Kurbelgehäuses möglich. Insbesondere ist dadurch ein sogenanntes Split-Cooling-System darstellbar, welches zwei voneinander zumindest im Wesentlichen unabhängige Kühlkreisläufe aufweist. Ein erster dieser Kühlkreisläufe umfasst den ersten Kühlmittelraum, während der zweite Kühlkreislauf den zweiten Kühlmittelraum umfasst. Durch das Vorsehen der voneinander unabhängigen Kühlkreisläufe kann die Verbrennungskraftmaschine je nach ihrem Betriebszustand unterschiedlich stark gekühlt werden. Beispielsweise ist es möglich, das Kurbelgehäuse bzw. die Verbrennungskraftmaschine insgesamt während einer Warmlaufphase nach einem Kaltstart nur sehr gering oder gar nicht zu kühlen, so dass sich die Verbrennungskraftmaschine schnell erwärmt und für einen effizienten und emissionsarmen Betrieb vorteilhafte Betriebstemperaturen bereits nach kurzer Zeit nach dem Kaltstart erreicht. Hierzu wird keiner oder nur einer der Kühlkreisläufe und somit einer oder keiner der Kühlmittelräume von dem jeweiligen Kühlmittel durchströmt, so dass eine Kühlung unterbleibt.
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Wird die Verbrennungskraftmaschine mit demgegenüber höheren Lasten und insbesondere unter Volllast betrieben, so kann sie gegenüber der Warmlaufphase stärker gekühlt werden, um sie vor thermischen Schäden zu schützen. Hierzu werden beispielsweise beide Kühlkreisläufe und somit beide Kühlmittelräume von dem jeweiligen Kühlmittel durchströmt.
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Gleichzeitig kann durch die Entlüftung ein übermäßiges Blasensieden im unteren, zweiten Kühlmittelraum zumindest gering gehalten werden. Durch die Anordnung der ersten Entlüftungskanäle einerseits und der zweiten Entlüftungskanäle andererseits kann ferner eine Entlüftung des zweiten Kühlmittelraums auch dann gewährleistet werden, wenn die Verbrennungskraftmaschine und insbesondere das Kurbelgehäuse stark geneigt wird. Mit anderen Worten ist es möglich, den zweiten Kühlmittelraum in zumindest nahezu allen Schwenklagen der Verbrennungskraftmaschine sicher entlüften und somit die Entstehung von unerwünscht hohen Drücken vermeiden zu können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematisch Draufsicht eines Kurbelgehäuses für eine als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine, wobei das Kurbelgehäuse einen ersten Kühlmittelraum und einen in Hochrichtung des Kurbelgehäuses unterhalb des ersten Kühlmittelraums angeordneten, zweiten Kühlmittelraum umfasst, welcher über Entlüftungskanäle zum Entlüften des zweiten Kühlmittelraums fluidisch mit dem Zylinderkopf verbunden ist;
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2 eine weitere schematische Draufsicht des Kurbelgehäuses, in welchem eine zwischen dem Kurbelgehäuse und einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine anzuordnende Zylinderkopfdichtung angeordnet ist;
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3 ausschnittsweise eine schematisch und perspektivische Draufsicht des Kurbelgehäuses mit der Zylinderkopfdichtung;
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4 ausschnittsweise eine weitere schematische und perspektivische Draufsicht des Kurbelgehäuses mit der Zylinderkopfdichtung; und
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5 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Kurbelgehäuses mit dem mit dem Kurbelgehäuse verbundenen Zylinderkopf.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kurbelgehäuse 10 für eine in 5 ausschnittsweise erkennbare und im Ganzen mit 12 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine 12 ist als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und dient zum Antreiben eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens.
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Wie besonders gut aus 1 erkennbar ist, weist das Kurbelgehäuse 10 vier Brennräume in Form von Zylindern 14 der Verbrennungskraftmaschine 12 auf. Die Verbrennungskraftmaschine 12 ist dabei als 4-Zylinder-Reihenmotor ausgebildet, wobei die Zylinder 14 in Längsrichtung der Verbrennungskraftmaschine 12 und somit des Kurbelgehäuses 10 hintereinander oder nacheinander angeordnet sind. Die Längsrichtung ist dabei in 1 durch einen Richtungspfeil 16 veranschaulicht.
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Die Verbrennungskraftmaschine 12 umfasst auch einen in 5 besonders schematisch dargestellten Zylinderkopf 18, welcher mit dem Kurbelgehäuse 10 verbunden ist.
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Zwischen dem Zylinderkopf 18 und dem Kurbelgehäuse 10 ist eine in 2 bis 4 erkennbare Zylinderkopfdichtung 20 angeordnet.
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Das Kurbelgehäuse 10 weist nun einen ersten Kühlmittelraum 22 sowie einen zweiten Kühlmittelraum 24 auf. In Hochrichtung der Verbrennungskraftmaschine 12 und somit des Kurbelgehäuses 10 ist der zweite Kühlmittelraum 24 unterhalb des ersten Kühlmittelraums 22 angeordnet. Die Hochrichtung des Kurbelgehäuses 10 ist dabei in 5 durch einen Richtungspfeil 27 veranschaulicht.
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Die Hochrichtung des Kurbelgehäuses 10 fällt mit einer Bewegungsrichtung von jeweiligen, in den 1 und 5 nicht erkennbaren und in den jeweiligen Zylindern 14 angeordneten bzw. anzuordnenden Kolben zusammen. Mit anderen Worten sind in den Zylindern 14 jeweils ein Kolben anzuordnen bzw. angeordnet. Während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 12 bewegen sich die jeweiligen Kolben in den Zylindern 14 entlang der Bewegungsrichtung translatorisch auf und ab.
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Die Kolben sind über ein jeweiliges Pleuel mit einer Kurbelwelle gelenkig verbunden, wobei die Kurbelwelle an dem Kurbelgehäuse 10 um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse 10 drehbar gelagert ist. Infolge der gelenkigen Kopplung der Kolben mit der Kurbelwelle werden die translatorischen Bewegungen der Kolben in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um ihre Drehachse umgewandelt.
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Die Kühlmittelräume 22, 24, welche auch als Wassermäntel bezeichnet werden, sind mittels einer Zwischenwandung 26 fluidisch vollständig voneinander getrennt. Die Zwischenwandung 26 ist dabei einstückig mit dem Kurbelgehäuse 10 ausgebildet. Das Kurbelgehäuse 10 ist beispielsweise durch Sandgießen unter Einsatz wenigstens eines verlorenen Kerns, insbesondere Sandkerns, hergestellt, wobei der verlorene Sandkern insbesondere zum Herstellen des unteren, zweiten Kühlmittelraums 24 beim Gießen dient.
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Durch die vollständige, fluidische Trennung der Kühlmittelräume 22, 24 kann ein sogenanntes Split-Cooling der Verbrennungskraftmaschine 12 realisiert. Bei einem solchen Split-Cooling sind zwei voneinander unabhängige bzw. voneinander getrennte Kühlkreisläufe vorgesehen. Ein erster dieser Kühlkreisläufe umfasst den oberen, ersten Kühlmittelraum 22, während der zweite Kühlkreislauf den unteren, zweiten Kühlmittelraum 24 umfasst. Die Kühlkreisläufe und somit die Kühlmittelräume 22, 24 sind dabei unabhängig voneinander von einem jeweiligen Kühlmittel, insbesondere einer jeweiligen Kühlflüssigkeit, durchströmbar. So ist es möglich, das Kurbelgehäuse 10 und somit die Verbrennungskraftmaschine 12 insgesamt bedarfsgerecht in voneinander unterschiedlichen Bereichen zu kühlen. Während eine Warmlaufphase nach einem Kaltstart wird das Kurbelgehäuse 10 beispielsweise nicht oder nur sehr gering gekühlt, so dass sich die Verbrennungskraftmaschine 12 besonders schnell erwärmt und für einen effizienten und emissionsarmen Betrieb vorteilhafte Betriebstemperaturen in nur kurzer Zeit erreicht.
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Wird die Verbrennungskraftmaschine 12 demgegenüber bei höheren Lasten, insbesondere unter Volllast betrieben, so wird das Kurbelgehäuse 10 stärker gekühlt, wobei beispielsweise beide Kühlmittelräume 22, 24 von der jeweiligen Kühlflüssigkeit durchströmt werden. Durch die Realisierung eines solchen Split-Cooling-Systems im Kurbelgehäuse 10 kann ein besonders vorteilhaftes Thermomanagement der Verbrennungskraftmaschine 12 geschaffen werden.
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Zur Realisierung einer besonders vorteilhaften Entlüftung des unteren, zweiten Kühlmittelraums 24 sind nun zwei erste Entlüftungskanäle 28 sowie zwei zweite Entlüftungskanäle 30 vorgesehen. Bezogen auf die Längsrichtung des Kurbelgehäuses 10 (Richtungspfeil 16) sind die ersten Entlüftungskanäle 28 auf einer ersten Seite 32 der Zylinder 14 angeordnet, während die zweiten Entlüftungskanäle 30 auf einer der ersten Seite 32 gegenüberliegenden, zweiten Seite 34 der Zylinder 14 angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die ersten Entlüftungskanäle 28 in Längsrichtung des Kurbelgehäuses 10 vor den Zylindern 14 angeordnet, während die zweiten Entlüftungskanäle 30 nach den Zylindern 14 angeordnet sind.
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Die Entlüftungskanäle 28, 30 erstrecken sich dabei teilweise im Kurbelgehäuse 10 und teilweise im Zylinderkopf 18, so dass der zweite Kühlmittelraum 24 über die Entlüftungskanäle 28, 30 fluidisch mit dem Zylinderkopf 18 verbunden ist und über die Entlüftungskanäle 28, 30 entlüftet werden kann.
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So ist es möglich, während des Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 12 entstehende Gasblasen vom unteren, zweiten Kühlmittelraum 24 abzuführen und direkt in den Zylinderkopf 18, insbesondere in einen dritten Kühlmittelraum im Zylinderkopf 18, einzuleiten, so dass der untere, zweite Kühlmittelraum 24 über die Entlüftungskanäle 28, 30 und den dritten Kühlmittelraum entlüftet werden kann. Dies bedeutet, dass im unteren Kühlmittelraum 24 entstehendes Gas direkt in den Zylinderkopf 18 überströmen kann.
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In 1 bis 4 sind jeweilige Übertrittsstellen 36, 38 erkennbar. An den in Längsrichtung des Kurbelgehäuses 10 einerseits der Zylinder 14 angeordneten Übertrittsstellen 36 treten die jeweiligen, sich im Kurbelgehäuse 10 erstreckenden Teile der Entlüftungskanäle 28 in die jeweiligen, sich im Zylinderkopf 18 erstreckenden Teile der Entlüftungskanäle 28 über. An den jeweiligen, in Längsrichtung des Kurbelgehäuses 10 andererseits der Zylinder 14 angeordneten Übertrittsstellen 38 treten die jeweiligen, sich im Kurbelgehäuse 10 erstreckenden Teile der Entlüftungskanäle 30 in die jeweiligen, korrespondierenden und sich im Zylinderkopf 18 erstreckenden Teile der Entlüftungskanäle 30 über.
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Die Entlüftungskanäle 28 sind in Längsrichtung des Kurbelgehäuses 10 auf gemeinsamer Höhe angeordnet, und in Querrichtung des Kurbelgehäuses 10 voneinander beabstandet. Die Querrichtung des Kurbelgehäuses 10 ist dabei in 1 durch einen Richtungspfeil 43 veranschaulicht. Auch die Entlüftungskanäle 30 sind in Längsrichtung des Kurbelgehäuses 10 auf gemeinsamer Höhe angeordnet und in Querrichtung voneinander beabstandet. Dies bedeutet, dass die Entlüftungskanäle 28, 30 entsprechend vorne links und rechts bzw. hinten links und rechts angeordnet sind und somit eine Entlüftung des unteren, zweiten Kühlmittelraums 24 in zumindest nahezu allen Schwenklagen des Kurbelgehäuses 10 gewährleisten.
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Die jeweiligen Entlüftungskanäle 28, 30 erstrecken sich durch die zwischen dem Zylinderkopf 18 und dem Kurbelgehäuse 10 angeordnete Zylinderkopfdichtung 20 hindurch. Hierzu weist die Zylinderkopfdichtung 20 – wie besonders gut aus 2 erkennbar ist – jeweilige Durchgangsöffnungen 40 an den Übertrittsstellen 36 sowie jeweilige Durchgangsöffnungen 42 an den Übertrittsstellen 38 auf, so dass während des Betriebs im unteren Kühlmittelraum 24 entstehendes Gas durch die jeweiligen Durchgangsöffnungen 40, 42 hindurch- und in den Zylinderkopf 18 einströmen kann. Durch diese Durchgangsöffnungen 40, 42 kann eine direkte Entlüftung des zweiten, unteren Kühlmittelraums 24 in den Zylinderkopf 18 erfolgen, wobei die Übertrittsstellen 36, 38 jeweilige Entnahmestellen darstellen, an denen das Gas bzw. die Gasblasen aus dem zweiten Kühlmittelraum 24 abgeführt werden können.
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Mittels der Zylinderkopfdichtung 20 ist es ferner möglich, einen Volumen- und/oder Massenstrom vom zweiten Kühlmittelraum 24 in den Zylinderkopf 18 abzuführenden Gases einzustellen. Mit anderen Worten erfolgt die Entlüftung des unteren, zweiten Kühlmittelraums 24 in den Zylinderkopf 18 in Abhängigkeit von einem jeweiligen, von dem im zweiten Kühlmittelraum 24 entstehenden Gas durchströmbaren Strömungsquerschnitt der jeweiligen Durchgangsöffnungen 40, 42 der Zylinderkopfdichtung 20.
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Hierbei ist es vorgesehen, dass jeweilige, die Durchgangsöffnungen 40, 42 begrenzende Wandungen der Zylinderkopfdichtung 20 einen jeweiligen, von dem im zweiten Kühlmittelraum 24 entstehenden Gas durchströmbaren, engsten Strömungsquerschnitt der Entlüftungskanäle 28, 30 begrenzen. Somit kann durch entsprechende Wahl eines Innenumfangs bzw. eines Innendurchmessers der jeweiligen Durchgangsöffnungen 40, 42 der vom zweiten Kühlmittelraum in den Zylinderkopf überströmende Volumen- und/oder Massenstrom des Gases eingestellt werden. Hierdurch ist eine Durchflussregelung mittels der Zylinderkopfdichtung 20 auf einfache Weise realisierbar. Zusätzliche Bauteile zur Entlüftung des unteren, zweiten Kühlmittelraums 24 sind nicht vorgesehen und nicht erforderlich.
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Darüber hinaus können die jeweiligen, sich im Kurbelgehäuse 10 erstreckenden Teile der Entlüftungskanäle 28, 30 insbesondere an den Übertrittsstellen 36, 38 als Kernlager genutzt werden, an denen der wenigstens eine verlorene Kern während des Gießens des Kurbelgehäuses 10 gelagert wird. So ist es möglich, den wenigstens einen verlorenen Kern nach dem Gießen des Kurbelgehäuses 10 über die Übertrittsstellen 36, 38 aus dem unteren, zweiten Kühlmittelraum 24 zu entfernen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kurbelgehäuse
- 12
- Verbrennungskraftmaschine
- 14
- Zylinder
- 16
- Richtungspfeil
- 18
- Zylinderkopf
- 20
- Zylinderkopfdichtung
- 22
- erster Kühlmittelraum
- 24
- zweiter Kühlmittelraum
- 26
- Zwischenwandung
- 27
- Richtungspfeil
- 28
- erster Entlüftungskanal
- 30
- zweiter Entlüftungskanal
- 32
- erste Seite
- 34
- zweite Seite
- 36
- Übertrittsstelle
- 38
- Übertrittsstelle
- 40
- Durchgangsöffnung
- 42
- Durchgangsöffnung
- 43
- Richtungspfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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