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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Ein gattungsgemäßer Nockenwellenversteller ist beispielsweise aus der
EP 1 979 582 B1 bekannt. Der Nockenwellenversteller weist in seinem Grundaufbau einen von einer Kurbelwelle antreibbaren Stator und einen drehfest mit der Nockenwelle verbindbaren Rotor auf. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist ein Ringraum vorgesehen, welcher durch drehfest mit dem Stator verbundene, radial nach innen ragende Vorsprünge in eine Mehrzahl von Arbeitskammern unterteilt ist, die jeweils durch einen radial von dem Rotor nach außen abragenden Flügel in zwei Druckräume unterteilt sind. Je nach Beaufschlagung der Druckkammern mit einem Druckmittel wird der Rotor gegenüber dem Stator und damit auch die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in Richtung „früh” oder „spät” verstellt. Üblicherweise sind sowohl der Stator als auch der Rotor eines Nockenwellenverstellers einteilig ausgeführt. In der Offenlegungsschrift
DE 10 2009 053 600 A1 wird ein Rotor beschrieben, der aus Gründen der einfacheren Herstellbarkeit aus mehreren Teilen besteht und dessen Teilung entlang einer Teilungsebene erfolgt. In dem Ausführungsbeispiel der Druckschrift
DE 10 2009 053 600 A1 wird eine Teilung entlang einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Nockenwellenverstellers vorgeschlagen.
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Eine zwei- oder mehrteilige Ausführung des Rotors hat zum Nachteil, dass in der Fertigung aufwendige Prozesse zur Verbindung der Rotorhälften notwendig sind, um die im Betrieb auftretenden Kräfte aufnehmen zu können. Zusätzlich hat eine zwei- oder mehrteilige Ausführungsform ein größeres axiales Spiel zwischen Stator und Rotor zur Folge, was wiederum zu einer Leckage des Druckmittels aus den Druckräumen führt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Nockenwellenversteller mit einem mehrteilig ausgeführten Rotor bereitzustellen, bei dem die oben genannten Nachteile überwunden werden.
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Die Aufgabe wird durch einen Nockenwellenversteller mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Gemäß den Grundgedanken der Erfindung wird zur Losung der Aufgabe vorgeschlagen, dass die Teilungsebene des Rotors zumindest eine Druckmittelleitung des Rotors schneidet und die Druckräume einer ersten Wirkrichtung von den Druckräumen einer zweiten Wirkrichtung durch zumindest eine Dichtung zwischen einer ersten und einer zweiten Stirnfläche der beiden Rotorteile voneinander getrennt sind. Die beiden Rotorteile können, ohne vorher miteinander verbunden zu werden, auf eine Nockenwelle geschoben werden, womit der aufwendige Fügeprozess der beiden Rotorteile in der Fertigung entfällt. Zusätzlich kann das Bohren von Druckmittelleitungen in den Rotor, die in der Teilungsebene liegen, entfallen, da diese durch Vertiefungen in den einander zugewandten Stirnflächen der Rotorteile gebildet werden können. Dies kann bereits bei der Herstellung der Rotorteile erfolgen, wodurch ein separater Fertigungsschritt für die Druckmittelleitungen des Rotors entfällt. Im Betrieb werden die Druckmittelleitungen des Rotors mit Druck beaufschlagt, wodurch sich zwischen den einander zugewandten Stirnflächen der beiden Rotorteile ein Spalt ausbildet, in den aus den Druckmittelleitungen des Rotors Druckmittel strömt. Das Druckmittel wirkt so auf die einander zugewandten Stirnflächen der beiden Rotorteile, dass die beiden Rotorteile in axialer Richtung auseinander gedrückt werden. Damit wird das erste Rotorteil gegen einen Deckel gepresst, der drehfest mit dem Stator verbunden ist, während das zweite Rotorteil an einem Absatz der Nockenwelle axial anliegt; das axiale Spiel wird so auf ein Minimum reduziert. Durch diesen Mechanismus können die Bauteiltoleranzen der axial aneinander anliegenden Bauteile erhöht werden, was wiederum zu reduzierten Herstellungskosten führt. Zusätzlich werden die entgegengesetzt wirkenden Druckräume durch die vorgeschlagene Dichtung gegenseitig abgedichtet, wodurch die Leckage von Druckmittel vermieden werden kann. Die Dichtungen an den einander zugewandten Stirnflächen der Rotorteile bewirken, dass das Druckmittel nicht von den Druckräumen der einen Wirkrichtung in die Druckräume der entgegengesetzten Wirkrichtung strömt, sobald sich zwischen den Rotorteilen ein Spalt ausbildet. Das ursprüngliche Funktionsprinzip eines einteiligen Rotors bzw. zweier gefügter Rotorteile kann somit auch bei einer Spaltbildung zwischen den Rotorteilen aufrecht erhalten werden.
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Ferner ist es besonders vorteilhaft, wenn die von der Teilungsebene geschnittenen Druckmittelleitungen in radialer Richtung verlaufen. Somit wird eine homogene Verteilung des Druckmittels auf die einander zugewandten Stirnflächen der Rotorteile sichergestellt, was zu einer vorteilhafteren Druckverteilung führt.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Dichtung durch eine sich in radialer Richtung erstreckende Labyrinthdichtung gebildet wird. Die Labyrinthdichtung kann ohne die Verwendung von zusätzlichen Elementen durch Anpassung der Oberflächengeometrie erreicht werden. Hierzu ist es besonders vorteilhaft, das Labyrinthprinzip durch ineinandergreifende Geometrien an den Stirnflächen der Rotorteile zu realisieren. Besonders einfach sind dabei W-, V-, rechteck-, oder wellenförmige Geometrien umsetzbar, alternativ sind aber auch weitere Ausprägungen einer Labyrinthgeometrie denkbar.
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Ferner ist es besonders vorteilhaft, die beiden Rotorteile durch die Labyrinthdichtung in Drehrichtung formschlüssig miteinander zu verbinden. Durch die Verwendung der ohnehin vorhandenen Labyrinthdichtung zur formschlüssigen Verbindung der Rotorteile, können die Herstellkosten durch den Wegfall zusätzlicher Formschlusselemente reduziert werden. Durch die Funktionsintegration von Dichtung und Formschluss wird eine Reduktion der Bauteilkomplexität erzielt.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die axiale Erstreckung der formschlüssigen Verbindung der Labyrinthdichtung größer ist als die konstruktionsbedingt maximal mögliche axiale Spaltbreite zwischen den beiden sich zugewandten Stirnflächen. Durch diese Ausführungsform wird sichergestellt, dass unabhängig von der axialen Position der Rotorteile sowohl die Dichtwirkung zwischen den entgegengesetzt wirkenden Druckräumen als auch die Funktion einer formschlüssigen Verbindung in Drehrichtung zwischen dem ersten und zweiten Rotorteil zu jeder Zeit aufrecht erhalten wird.
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Ferner ist es besonders zweckmäßig, zwischen den Rotorteilen und der Nockenwelle einen ringförmigen Adapter vorzusehen. Der Adapter erlaubt es, einen erfindungsgemäßen Rotor aus zwei Teilen mit einer herkömmlichen Nockenwelle mit Zentralventil zu verbinden. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Adapter zumindest zwei radial verlaufende Druckmittelleitungen aufweist und die Druckmittelleitungen über axial verlaufende Nuten an der radial äußeren Fläche des Adapters mit den Druckmittelleitungen des Rotors verbunden sind. Der Adapter verbindet dabei zumindest zwei Druckmittelleitungen der Nockenwelle mit den entsprechenden Druckmittelleitungen des Rotors, ohne dass die aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung der Druckmittelleitungen axial hintereinander und die Steuerung des Druckmittelflusses über ein Zentralventil angepasst werden muss. Zusätzlich ermöglicht die axiale Nut auch dann eine Versorgung der Druckmittelleitungen des Rotors mit Druckmittel, wenn sich das erste Rotorteil axial verschiebt. Darüber hinaus können sich die Nuten in Umfangsrichtung über den Durchmesser der Druckmittelleitung der Nockenwelle hinaus erstrecken. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass durch den Adapter auch bei einem Versatz der Druckmittelleitungen des Rotors gegenüber den Druckmittelleitungen der Nockenwelle in Umfangsrichtung eine Druckmittelversorgung ermöglicht wird. Aufgrund der Funktionsweise der aus dem Stand der Technik bekannten Zentralventile sind die Druckmittelleitungen der Nockenwelle axial hintereinander angeordnet, woraus das Mindestmaß der axialen Dicke des Rotors festgelegt wird. Durch den Adapter können die Druckmittelleitungen des Rotors in eine Ebene geführt werden, wodurch der Rotor in axialer Richtung mit einer geringeren Dicke ausgeführt werden kann.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, den Adapter durch eine axiale Zentralschraube mit der Nockenwelle in axialer Richtung zu verspannen. Die Zentralschraube dient zum Verspannen des Adapters und kann außerdem zur Festlegung des Zentralventils in der Nockenwelle genutzt werden.
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Es ist insbesondere zweckmäßig, dass das zweite Rotorteil zwischen einem Absatz des Adapters und einem Absatz der Nockenwelle axial eingespannt ist und somit drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Es wird damit gewährleistet, dass sich das erste Rotorteil im Rahmen der konstruktiven Möglichkeiten axial bewegen kann, während das zweite Rotorteil axial fixiert und drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Durch eine solche Lagerung der beiden Rotorteile kann sich das erste Rotorteil bei Druckbeaufschlagung am zweiten Rotorteil in axialer Richtung abstützen und wird somit gegen einen Deckel gepresst, was zu einer Reduktion des axialen Spiels führt. Über das drehfest mit der Nockenwelle verbundene zweite Rotorteil und über die formschlüssige Verbindung der Labyrinthdichtungen an den Stirnflächen wird auch zwischen dem ersten Rotorteil und der Nockenwelle ein Drehmoment übertragen. Zusätzlich wirkt sich der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller vorteilhaft bei der Regelung des Systems aus. Wird das Druckmittel durch Druckspitzen impulsartig mit hohem Druck beaufschlagt, so findet, je nach Position des Stators gegenüber dem Rotor, eine Relativbewegung zwischen Stator und dem Rotor statt. Gleichzeitig wird die Außenfläche des ersten Rotorteils durch den hohen Druck im Spalt zwischen den sich zugewandten Stirnflächen der Rotorteile gegen den drehfest mit dem Stator verbundenen Deckel gedrückt, woraus eine erhöhte Reibkraft zwischen diesen Bauteilen resultiert, die der durch die Druckspitze ausgelösten Relativbewegung zwischen Stator und Rotor entgegen wirkt; es wird eine dämpfende Wirkung erzielt.
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Es ist weiterhin besonders zweckmäßig, dass an den Flügeln des drehfest mit der Nockenwelle verbundenen zweiten Rotorteils ein Anschlag für die Statorstege vorgesehen ist. Durch die Anordnung der Anschläge am zweiten Rotorteil wird das Rotationsmoment direkt auf die Nockenwelle übertragen. Eine zusätzliche Beanspruchung der formschlüssigen Verbindung der Labyrinthdichtung kann somit vermieden werden, was zu einer höheren Betriebszuverlässigkeit des Nockenwellenverstellers führt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
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1: Einen zweiteiligen Rotor mit Adapter; und
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2: Eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers; und
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3: Eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers aus einer weiteren Perspektive; und
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4: Eine Explosionsdarstellung eines zweiteiligen Rotors mit Adapter; und
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5: Eine Explosionsdarstellung eines zweiteiligen Rotors mit Adapter aus einer weiteren Perspektive.
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Ein erfindungsgemäßer Nockenwellenversteller 26 besteht aus einem drehfest mit einer Nockenwelle 13 verbundenen Stator 21, der radial nach innen ragende Statorstege 22 aufweist. Ein drehfest mit einer Kurbelwelle verbundener Rotor 1 mit mehreren von einem radial inneren Ring nach außen vorstehenden Flügeln 2 unterteilt durch den Stator 21 gebildete Arbeitskammern in Druckräume 23, 24, die über Druckmittelleitungen 5 des Rotors 1 mit Druckmittel beaufschlagt werden können, wodurch der Relativwinkel zwischen dem Stator 21 und dem Rotor 1 in Richtung „früh” oder „spät” gesteuert werden kann.
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Das Wirkprinzip dieses Nockenwellenverstellers entspricht dem bereits in den Druckschriften
EP 1 979 582 B1 und
DE 100 24 760 A1 beschriebenen Nockenwellenverstellern. Die genannten Druckschriften sind hinsichtlich der Offenbarung des Funktionsprinzips des Nockenwellenverstellers zu dem Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung ausdrücklich hinzuzurechnen.
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1, 2 und 3 zeigen einen gattungsgemäßen Nockenwellenversteller 26 mit einem Rotor 1, der aus zwei Rotorteilen 3, 4 besteht. Die Teilungsebene des Rotors 1 verläuft in diesem Ausführungsbeispiel durch die in die Druckräume 23, 24 mündenden Druckmittelleitungen 5, senkrecht zu einer Drehachse 19 des Nockenwellenverstellers 26. Durch Druckmittelbeaufschlagung der Druckmittelleitungen 5 des Rotors 1 füllt sich ein Spalt 18 zwischen zwei einander zugewandten Stirnflächen 7, 8 der Rotorteile 3, 4 mit Druckmittel. Das zweite Rotorteil 4 ist in axialer Richtung gegenüber der Nockenwelle 13 fixiert und dient dazu, das erste Rotorteil 3 in axialer Richtung abzustützen. Bei einer Druckmittelbeaufschlagung der Druckmittelleitungen 5 des Rotors 1 werden die Rotorteile 3, 4 auseinander gedrückt und das erste Rotorteil 3 gegen einen drehfest mit dem Stator 21 verbundenen Deckel 20 gepresst. Zur Verhinderung eines Druckmittelstroms aus den Druckräumen 23 der einen Wirkrichtung in die Druckräume 24 der anderen Wirkrichtung befinden sich in Umfangsrichtung zwischen den Druckmittelleitungen 5 des Rotors 1 radial verlaufende Dichtungen 25 an den Stirnflächen 7, 8 der Rotorteile 3, 4, die gleichzeitig dazu dienen, das erste Rotorteil 3 drehfest mit dem zweiten Rotorteil 4 zu verbinden. Durch dieses Wirkprinzip befindet sich das erste Rotorteil 3 im Betrieb stets in einem vorgespannten Zustand, wodurch das axiale Spiel ausgeglichen werden kann.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer zweiteiliger Rotor 1 dargstellt. Alternativ sind auch Rotoren 1, die aus mehr als zwei Teilen bestehen, denkbar. Die Teilungsebene des Rotors 1 verläuft in diesem Ausführungsbeispiel senkrecht zur Drehachse 19 des Nockenwellenverstellers 26 und durch die Druckmittelleitungen 5 des Rotors 1. Denkbar ist aber auch eine Teilung des Rotors 1, bei der nur einige der Druckmittelleitungen 5 des Rotors 1 geschnitten werden. An den Flügeln 2 des ersten Rotorteils 3 ist zumindest ein Anschlag 17 für die Statorstege 22 vorgesehen. Durch den Anschlag 17 am zweiten Rotorteil 4 wird eine unnötige Beanspruchung der beiden Rotorteile 3, 4 vermieden, wenn sich der Rotor 1 des Nockenwellenverstellers 26 im Betrieb in maximaler Auslenkposition zu dem Stator 21 befindet.
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Die 2 und 3 zeigen eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 26 aus verschiedenen Perspektiven. Ein Zentralventil 28 wird zusammen mit einer Zentralschraube 27 durch eine zentrale Öffnung des Rotors 1 hindurchgeführt und in der Nockenwelle 13 verschraubt, so dass der Rotor 1 anschließend mit der Nockenwelle 13 zu einem drehfesten Verbund verspannt ist. Mindestens zwei entgegengesetzt mit Druckmittel beaufschlagbare Druckmittelleitungen 14 Port A und Port B) der Nockenwelle 13 sind axial hintereinander angeordnet und werden über einen Adapter 10 mit den in einer Ebene liegenden Druckmittelleitungen 5 des Rotors 1 verbunden. Das zweite Rotorteil 4 wird an einer Seite durch einen Absatz 12 der Nockenwelle 13 und an der anderen Seite durch einen Absatz 11 des Adapters 10 in axialer Richtung verspannt, wobei zum Verspannen des zweiten Rotorteils 4 ein radial innen liegender Absatz 29 des zweiten Rotorteils 4 genutzt wird. Der Adapter 10 wird wiederum durch einen Absatz 9 der Zentralschraube 27 mit der Nockenwelle 13 verspannt. Das erste Rotorteil 3 wird lose über den Adapter 10 geschoben und ist sowohl in axialer Richtung als auch rotatorisch beweglich gelagert. Die Bewegung des ersten Rotorteils 3 wird in einer ersten axialen Richtung durch das zweite Rotorteil 4 und in der zweiten axialen Richtung durch einen Deckel 20 begrenzt. Der Deckel 20 wird über axiale Befestigungsschrauben 30 drehfest mit dem Stator 21 verbunden und dient zusätzlich zur Abdichtung der Druckräume 23, 24 gegenüber der Umgebung.
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4 und 5 zeigen verschiedene Ansichten einer Explosionsdarstellung eines zweiteiligen Rotors 1 mit einem Adapter 10. Die Druckmittelleitungen 5 des Rotors 1 verlaufen in diesem Ausführungsbeispiel in einer Ebene senkrecht zur Drehachse 19 der Nockenwelle 26 und werden in einer Teilungsebene mittig geteilt. Zwischen jeweils zwei Druckmittelleitungen 5 des Rotors 1 verläuft in radialer Richtung zumindest eine Dichtung 25 zwischen den Stirnflächen 7, 8 der Rotorteile 3, 4, die in dieser Ausführungsform als Labyrinthdichtung 6 ausgeführt ist. Sie dient dazu, bei einer Spaltbildung die entgegengesetzt wirkenden Druckräume 23, 24 gegeneinander abzudichten. Die Labyrinthdichtungen 6 werden an dem ersten Rotorteil 3 durch eine aus der Schnittebene axial herausragende, trapezförmige Geometrie gebildet. Das zweite Rotorteil 4 weist an der der trapezförmigen Geometrie gegenüberliegenden Stelle der Stirnfläche 8 eine trapezförmige Nut auf, sodass durch die ineinandergreifenden, trapezförmigen Geometrien im montierten Zustand die Labyrinthdichtung 6 gebildet wird. Neben einer trapezförmigen Geometrie für die Labyrinthdichtung 6 sind auch V-, W-, rechteck- oder wellenförmige Geometrien denkbar. Die axiale Erstreckung der Labyrinthdichtung 6 muss dabei stets größer sein als die konstruktiv maximal mögliche Breite des Spalts 18, damit durch die Labyrinthdichtung 6 eine formschlüssige Verbindung in Drehrichtung zu jeder Zeit gewährleistet werden kann. Zusätzlich muss die maximal mögliche Breite des Spalts 8 konstruktiv so festgelegt werden, dass mit der Labyrinthdichtung 6 noch eine ausreichende Dichtwirkung erzielt werden kann.
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Im Adapter 10 befinden sich zumindest zwei Druckmittelleitungen 16, die die Druckmittelleitungen 14 der Nockenwelle 13 mit den Druckmittelleitungen 5 des Rotors 1 verbinden. Der Adapter 10 weist in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel an seiner Außenfläche im Bereich um die Druckmittelleitungen 16 des Adapters 10 axial verlaufende Nuten 15 auf. Die Erstreckung der Nuten 15 in Umfangsrichtung ist größer als der Durchmesser der Druckmittelleitungen 16 des Adapters 10, um einen Versatz der Druckmittelleitung 16 des Adapters 10 gegenüber den Druckmittelleitungen 5 des Rotors 1 in Umfangsrichtung ausgleichen zu können. Zur Vermeidung von Leckagen reicht die Nut 15 in Richtung der Zentralschraube 27 nicht bis zur Flanke des Adapters 10; auf der der Zentralschraube 27 abgewandten Seite reicht die Nut 15 bis zur Flanke des Adapters 16. Eine Dichtwirkung wird an diesen Stellen durch einen anliegenden Absatz 29 des zweiten Rotorteils 4 erreicht. Aufgrund der Erstreckung der Nut 15 bis zu der Flanke des Adapters 10 kann das Druckmittel trotz der axial versetzten Zuströmung von den Druckmittelleitungen 14 der Nockenwelle 13 in einer Ebene, nämlich der Teilungsebene, durch die Druckmittelleitungen 5 des Rotors 1 in die Druckräume 23, 24 zuströmen. Aufgrund der in der Teilungsebene angeordneten Druckmittelleitungen 5 des Rotors 1 können diese allein durch Vertiefungen in den Stirnflächen 7, 8 der Rotorteile 3, 4 hergestellt werden, welche sich bei aneinander anliegenden Stirnflächen 7, 8 der Rotorteile 3, 4 zu in Umfangsrichtung geschlossenen Druckmittelleitungen 5 des Rotors 1 ergänzen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotor
- 2
- Flügel
- 3
- erstes Rotorteil
- 4
- zweites Rotorteil
- 5
- Druckmittelleitung (Rotor)
- 6
- Labyrinthdichtung
- 7
- erste Stirnfläche
- 8
- zweite Stirnfläche
- 9
- Absatz (Zentralschraube)
- 10
- Adapter
- 11
- Absatz (Adapter)
- 12
- Absatz (Nockenwelle)
- 13
- Nockenwelle
- 14
- Druckmittelleitung (Nockenwelle
- 15
- Nut
- 16
- Druckmittelleitung (Adapter)
- 17
- Anschlag
- 18
- Spalt
- 19
- Drehachse
- 20
- Deckel
- 21
- Stator
- 22
- Statorsteg
- 23
- Druckraum
- 24
- Druckraum
- 25
- Dichtung
- 26
- Nockenwellenversteller
- 27
- Zentralschraube
- 28
- Zentralventil
- 29
- Absatz (zweites Rotorteil)
- 30
- Befestigungsschraube
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1979582 B1 [0002, 0022]
- DE 102009053600 A1 [0002, 0002]
- DE 10024760 A1 [0022]
