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Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine.
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Aus der
DE 10 2004 021 376 A1 ist bereits eine Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit einer Nockenwelle mit einem Nockenelement, das für eine Ventilhubumschaltung einen Nocken mit zwei Teilnocken aufweist, die zur Betätigung eines Gaswechselventils vorgesehen sind und die unterschiedliche Nockenkurven aufweisen.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Ventiltriebvorrichtung bereitzustellen, die einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem hohen Wirkungsgrad ermöglicht. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Nockenwelle mit zumindest einem Nockenelement, das für eine Ventilhubumschaltung zumindest einen Nocken mit zumindest zwei Teilnocken aufweist, die zur Betätigung eines Gaswechselventils vorgesehen sind und die unterschiedliche Nockenkurven aufweisen.
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Es wird vorgeschlagen, dass die zumindest zwei Teilnocken relativ zueinander in ihrer Phasenlage verstellbar sind. Somit kann während der Ventilhubumschaltung eine Phasenlage der durch die unterschiedlichen Nockenkurven bewirkten unterschiedlichen Ventilhübe zueinander verändert werden. Dadurch kann eine Füllung der Brennkraftmaschine und damit ein abgegebenes Motordrehmoment vor und nach der Ventilhubumschaltung gleich gehalten werden. Eine Verstellung der Phasenlage und eines Zündzeitpunkts vor einer Ventilhubumschaltung, um ein gleiches Motordrehmoment nach der Ventilhubumschaltung zu erreichen, durch die ein Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine vor der Ventilhubumschaltung vermindert wird, kann so vermieden werden. Dadurch kann ein hoher Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine vor und nach einer Ventilhubumschaltung erreicht werden. Ein Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem hohen Wirkungsgrad kann so ermöglicht werden. Unter einer „Nockenkurve” soll dabei insbesondere ein Teil eines Teilnockens verstanden werden, der zur direkten Betätigung eines Gaswechselventils und/oder für einen Abgriff mittels eines Nockenfolgers zur Betätigung des Gaswechselventils vorgesehen ist. Unter einer „Phasenlage der Teilnocken relativ zueinander” soll insbesondere ein Winkel zwischen Mittelpunkten der Nockenkurven der Teilnocken verstanden werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Nockenelement axial verschiebbar ausgeführt ist. Dadurch kann die Ventilhubumschaltung zwischen den Teilnocken durch eine einfache Axialverschiebung des Nockenelements erreicht werden. Unter „axial verschiebbar” soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass das Nockenelement auf der Nockenwelle entlang einer Richtung, die parallel zu einer Rotationsachse der Nockenwelle verläuft, verschiebbar ist.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass einer der Teilnocken drehstarr an dem Nockenelement und der andere Teilnocken gegenüber dem Nockenelement verdrehbar gelagert ist. Dadurch kann eine einfache Durchführung einer Verstellung der Phasenlage der Teilnocken zueinander erreicht werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der drehstarr an dem Nockenelement gelagerte Teilnocken einstückig mit dem Nockenelement ausgeführt ist. Dadurch kann eine hohe Festigkeit des Nockenelements erreicht und eine drehstarre Verbindung einfach hergestellt werden. Unter „einstückig” soll insbesondere zumindest stoffschlüssig verbunden verstanden werden, beispielsweise durch einen Schweißprozess, einen Klebeprozess, einen Anspritzprozess und/oder einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Prozess, und/oder vorteilhaft in einem Stück geformt verstanden werden, wie beispielsweise durch eine Herstellung aus einem Guss und/oder durch eine Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren und vorteilhaft aus einem einzelnen Rohling.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der verdrehbar gegenüber dem Nockenelement gelagerte Teilnocken axial fest und in Umfangsrichtung verschiebbar an dem Nockenelement gelagert ist. Es kann eine einfache Verstellung der Phasenlage des verdrehbar an dem Nockenelement gelagerten Teilnockens gegenüber dem drehstarr an dem Nockenelement gelagerten Teilnocken erreicht werden. Unter einer „Umfangsrichtung” soll in diesem Zusammenhang eine Umfangsrichtung eines Querschnitts der Nockenwelle verstanden werden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Nockenwelle eine gegenüber dem Nockenelement verdrehbare Innenwelle mit einem Mitnehmerstift aufweist, auf dem einer der Teilnocken gegenüber dem anderen Teilnocken verdrehbar gelagert ist. Somit kann eine einfache Verstellung der Phasenlage des gegenüber dem Nockenelement verdrehbar gelagerten Teilnockens gegenüber dem Nockenelement und somit gegenüber dem drehstarr an dem Nockenelement gelagerten Teilnocken erreicht werden. Insbesondere kann ein gegenüber dem Nockenelement verdrehbar gelagerter Teilnocken auf dem Mitnehmerstift gelagert sein.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Nockenelement einen tangentialen Schlitz zur Durchführung des Mitnehmerstifts aufweist. Dadurch kann eine einfache Konstruktion für eine axial fest und in Umfangsrichtung verschiebbare Lagerung des verdrehbar mit dem Nockenelement verbundenen Teilnockens an dem Nockenelement erreicht werden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Innenwelle zumindest einen profilierten Schiebesitz aufweist, auf dem das Nockenelement axial verschiebbar gelagert ist. Es kann dadurch eine Übertragung des Antriebsmoments während einer axialen Verschiebung des Nockenelements erreicht werden. Bevorzugt weist die Innenwelle im Bereich des Schiebesitzes einen polygonalen Querschnitt auf. Unter einem „profilierten Schiebesitz” soll in diesem Zusammenhang ein Schiebesitz mit einer speziell ausgeführten, von einer Kreisform verschiedenen, Form verstanden werden, der eine Übertragung des Antriebsmoments gleichzeitig mit einer axialen Verschiebung des Nockenelements sicherstellt.
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Des Weiteren wird ein Aktor vorgeschlagen, der dazu vorgesehen ist, die Innenwelle gegenüber dem Nockenelement zu verdrehen. Dadurch kann eine einfache Verstellung der Teilnocken der Nocken gegeneinander erreicht werden.
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Weiterhin wird eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung vorgeschlagen. Es kann eine Brennkraftmaschine bereitgestellt werden, die einen hohen Wirkungsgrad, insbesondere vor und nach einer Ventilhubumschaltung, aufweist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung entlang einer Nockenwellenlängsachse,
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2 eine schematische Schnittdarstellung durch die Nockenwelle entlang einer Querachse und
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3 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführung einer erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung.
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Die 1 bis 2 zeigen eine Ventiltriebvorrichtung 10a für eine Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle 11a mit zwei Nockenelementen 14a, 35a, die für eine Ventilhubumschaltung jeweils vier Nocken 15a, 20a, 25a, 30a, 36a, 41a, 46a, 51a mit jeweils zwei Teilnocken 16a, 17a, 21a, 22a, 26a, 27a, 31a, 32a, 37a, 38a, 42a, 43a, 47a, 48a, 52a, 53a aufweist, die zur Betätigung eines Gaswechselventils vorgesehen sind und die unterschiedliche Nockenkurven aufweisen. Die jeweils zwei Teilnocken 16a, 17a, 21a, 22a, 26a, 27a, 31a, 32a, 37a, 38a, 42a, 43a, 47a, 48a, 52a, 53a mit unterschiedlichen Nockenkurven der jeweils vier Nocken 15a, 20a, 25a, 30a, 36a, 41a, 46a, 51a sind jeweils einem Gaswechselventil zugeordnet, wobei die Ventilhubumschaltung durch Umschalten, welcher der Teilnocken 16a, 17a, 21a, 22a, 26a, 27a, 31a, 32a, 37a, 38a, 42a, 43a, 47a, 48a, 52a, 53a das jeweilige Gaswechselventil beaufschlagt, realisiert wird.
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Die jeweils zwei Teilnocken 16a, 17a, 21a, 22a, 26a, 27a, 31a, 32a, 37a, 38a, 42a, 43a, 47a, 48a, 52a, 53a der Nocken 15a, 20a, 25a, 30a, 36a, 41a, 46a, 51a sind relativ zueinander in ihrer Phasenlage verstellbar. Während der Ventilhubumschaltung zwischen den Teilnocken 16a, 17a, 21a, 22a, 26a, 27a, 31a, 32a, 37a, 38a, 42a, 43a, 47a, 48a, 52a, 53a kann durch Veränderung der relativen Phasenlage der jeweils zwei Teilnocken 16a, 17a, 21a, 22a, 26a, 27a, 31a, 32a, 37a, 38a, 42a, 43a, 47a, 48a, 52a, 53a der vier Nocken 15a, 20a, 25a, 30a, 36a, 41a, 46a, 51a zueinander eine Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine konstant gehalten werden.
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Die Nockenelemente 14a, 35a sind axial verschiebbar ausgeführt. Eine Einstellung, welcher der Teilnocken 16a, 17a, 21a, 22a, 26a, 27a, 31a, 32a, 37a, 38a, 42a, 43a, 47a, 48a, 52a, 53a das jeweilige Gaswechselventil beaufschlagt, wird durch eine axiale Verschiebung der Nockenelemente 14a, 35a vorgenommen, mittels der jeweils einer der Teilnocken 16a, 17a, 21a, 22a, 26a, 27a, 31a, 32a, 37a, 38a, 42a, 43a, 47a, 48a, 52a, 53a in eine Kontaktposition mit dem Gaswechselventil geschoben wird und der andere aus dieser Kontaktposition heraus geschoben wird.
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Es ist jeweils einer der Teilnocken 16a, 21a, 26a, 31a, 37a, 42a, 47a, 52a drehstarr an dem Nockenelement 14a, 35a gelagert und der andere Teilnocken 17a, 22a, 27a, 32a, 38a, 43a, 48a, 53a gegenüber dem Nockenelement 14a, 35a verdrehbar gelagert. Durch eine Verdrehung des gegenüber dem Nockenelement 14a, 35a verdrehbar gelagerten Teilnockens 17a, 22a, 27a, 32a, 38a, 43a, 48a, 53a gegenüber dem Nockenelement 14a, 35a wird die Phasenlage der Teilnocken 16a, 17a, 21a, 22a, 26a, 27a, 31a, 32a, 37a, 38a, 42a, 43a, 47a, 48a, 52a, 53a relativ zueinander verstellt. Der drehstarr an dem Nockenelement 14a, 35a gelagerte Teilnocken 16a, 21a, 26a, 31a, 37a, 42a, 47a, 52a weist eine Nockenkurve auf, die kleiner ist als die Nockenkurve des gegenüber dem Nockenelement 14a, 35a verdrehbar gelagerten Teilnocken 17a, 22a, 27a, 32a, 38a, 43a, 48a, 53a.
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Die drehstarr an den Nockenelementen 14a, 35a gelagerten Teilnocken 16a, 21a, 26a, 31a, 37a, 42a, 47a, 52a sind einstückig mit dem jeweiligen Nockenelement 14a, 35a ausgeführt. Die drehstarr an den Nockenelementen 14a, 35a gelagerten Teilnocken 16a, 21a, 26a, 31a, 37a, 42a, 47a, 52a sind dabei als Ausformungen einer Oberfläche der Nockenelemente 14a, 35a ausgeführt. In alternativen Ausgestaltungen konnten die drehstarr an dem Nockenelement 14a, 35a gelagerten Teilnocken 16a, 21a, 26a, 31a, 37a, 42a, 47a, 52a als separate Bauteile hergestellt und anschließend drehstarr an den Nockenelementen 14a, 35a befestigt werden.
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Die gegenüber den Nockenelementen 14a, 35a verdrehbar gelagerten Teilnocken 17a, 22a, 27a, 32a, 38a, 43a, 48a, 53a sind axial fest und in Umfangsrichtung verschiebbar an dem Nockenelement 14a, 35a gelagert. Über eine Verschiebung der gegenüber den Nockenelementen 14a, 35a verdrehbar gelagerten Teilnocken 17a, 22a, 27a, 32a, 38a, 43a, 48a, 53a in Umfangsrichtung wird eine relative Phasenlage zwischen den verdrehbar an den Nockenelementen 14a, 35a gelagerten Teilnocken 17a, 22a, 27a, 32a, 38a, 43a, 48a, 53a und den drehstarr an dem Nockenelement 14a, 35a gelagerten Teilnocken 16a, 21a, 26a, 31a, 37a, 42a, 47a, 52a eingestellt.
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Die Nockenwelle 11a weist eine gegenüber den Nockenelementen 14a, 35a verdrehbare Innenwelle 12a mit Mitnehmerstiften 18a, 23a, 28a, 33a, 39a, 44a, 49a, 54a auf, auf denen jeweils einer der Teilnocken 17a, 22a, 27a, 32a, 38a, 43a, 48a, 53a gegenüber dem anderen Teilnocken 16a, 21a, 26a, 31a, 37a, 42a, 47a, 52a verdrehbar gelagert ist. Auf den Mitnehmerstiften 18a, 23a, 28a, 33a, 39a, 44a, 49a, 54a ist jeweils der gegenüber den Nockenelementen 14a, 35a verdrehbar gelagerte Teilnocken 17a, 22a, 27a, 32a, 38a, 43a, 48a, 53a gelagert. Die Mitnehmerstifte 18a, 23a, 28a, 33a, 39a, 44a, 49a, 54a sind in Ausnehmungen mit axialem Spiel aufgenommen, sodass die Mitnehmerstifte 18a, 23a, 28a, 33a, 39a, 44a, 49a, 54a von den Nockenelementen 14a, 35a bei einer axialen Verschiebung mitgenommen werden. Eine Außenwelle 13a umgibt die Innenwelle 12a in einem Endbereich und leitet ein Drehmoment zum Antreiben der Nockenelemente 14a, 35a ein.
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Die Nockenelemente 14a, 35a weisen tangentiale Schlitze 19a, 24a, 29a, 34a, 40a, 45a, 50a, 55a zur Durchführung der Mitnehmerstifte 18a, 23a, 28a, 33a, 39a, 44a, 49a, 54a auf. Die tangentialen Schlitze 19a, 24a, 29a, 34a, 40a, 45a, 50a, 55a weisen eine Erstreckung in Axialrichtung der Nockenwellenelemente 14a, 35a auf, die einem Durchmesser der Mitnehmerstifte 18a, 23a, 28a, 33a, 39a, 44a, 49a, 54a entspricht. Die Mitnehmerstifte 18a, 23a, 28a, 33a, 39a, 44a, 49a, 54a und die an den Nockenelementen 14a, 35a verdrehbar gelagerten Teilnocken 17a, 22a, 27a, 32a, 38a, 43a, 48a, 53a sind somit axial fest an den Nockenelementen 14a, 35a gelagert.
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Die Innenwelle 12a weist zwei profilierte Schiebesitze 56a, 57a auf, auf denen jeweils ein Nockenelement 14a, 35a axial verschiebbar gelagert ist. Ein Profil der profilierten Schiebesitze 56a, 57a erlaubt eine axiale Verschiebung der Nockenelemente 14a, 35a bei einer gleichzeitigen Übertragung eines Antriebsmoments, das über die Außenwelle 13a zur Drehung der Nockenwelle 11a eingeleitet wird.
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Die profilierten Schiebesitze 56a, 57a weisen einen polygonalen Querschnitt auf. Der polygonale Querschnitt ist als dreieckige Form mit drei abgerundeten Ecken 58a, 59a, 60a ausgeführt. Die abgerundeten Ecken 58a, 59a, 60a sind mit einem Winkel von 120 Grad zueinander angeordnet. Die Innenwelle 12a weist im Bereich der profilierten Schiebesitze 56a, 57a eine dreizählige Rotationssymmetrie auf. In alternativen Ausgestaltungen könnten die profilierten Schiebesitze 56a, 57a beispielsweise als eine Form mit einer Vielzahl von einzelnen Zähnen oder durch Mitnehmer einer Keilwelle ausgeführt sein.
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Die Ventiltriebvorrichtung 10a weist einen Aktor 64a auf, der dazu vorgesehen ist, die Innenwelle 12a gegenüber den Nockenelementen 14a, 35a zu verdrehen. Der Aktor 64a verdreht die Innenwelle 12a auch gegenüber der Außenwelle 13a.
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In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung und die Zeichnung beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 2 verwiesen wird. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 2 nachgestellt. In dem Ausführungsbeispiel der 3 ist der Buchstabe a durch den Buchstaben b ersetzt.
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3 zeigt eine Ventiltriebvorrichtung 10b für eine Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle 11b mit einem Nockenelement 14b, dass für eine Ventilhubumschaltung einen Nocken 15b mit drei Teilnocken 16b, 17b, 21b aufweist, die zur Betätigung eines Gaswechselventils vorgesehen sind und die unterschiedliche Nockenkurven aufweisen. Das Nockenelement 14b ist axial fest auf einer Innenwelle 12b der Nockenwelle 11b gelagert.
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Einer der Teilnocken 17a beaufschlagt einen Innenhebel 62b, die zwei anderen Teilnocken 16b, 21b einen Außenhebel 63b, über die ein von einem Gaswechselventil gebildetes Ventil 61b betätigt wird. Durch eine nicht näher dargestellte Kopplungseinrichtung kann der Innenhebel 62b mit dem Außenhebel 63b gekoppelt werden, sodass durch Beaufschlagung des Außenhebels 63b durch den einen Teilnocken 16b, 21b der Innenhebel 62b beaufschlagt und das Ventil 61b durch den Innenhebel 62b betätigt wird. Durch die Kopplungseinrichtung kann der Innenhebel 62b auch von dem Außenhebel 63b gekoppelt werden, sodass durch Beaufschlagung des Außenhebels 63b dieser eine Leerlaufbewegung ausführt und der Innenhebel 62b durch den Außenhebel 63b unbeaufschlagt bleibt. Bei Entkopplung des Innenhebels 62b wird das Ventil 61b durch den Innenhebel 62b beaufschlagt und damit durch den Teilnocken 17b betätigt.
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Einer der Teilnocken 17b ist relativ zu den zwei anderen Teilnocken 16b, 21b in seiner Phasenlage verstellbar. Dieser Teilnocken 17b ist axial fest, aber in Umfangsrichtung verdrehbar an dem Nockenelement 14b gelagert. Die zwei anderen Teilnocken 16b, 21b sind einstückig mit dem Nockenelement 14b ausgeführt. Durch eine radiale Verdrehung des einen Teilnockens 17b gegenüber den anderen Teilnocken 16b wird eine relative Phasenlage zwischen den Teilnocken 16b, 17b, 21b eingestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ventiltriebvorrichtung
- 11
- Nockenwelle
- 12
- Innenwelle
- 13
- Außenwelle
- 14
- Nockenelement
- 15
- Nocken
- 16
- Teilnocken
- 17
- Teilnocken
- 18
- Mitnehmerstift
- 19
- Schlitz
- 20
- Nocken
- 21
- Teilnocken
- 22
- Teilnocken
- 23
- Mitnehmerstift
- 24
- Schlitz
- 25
- Nocken
- 26
- Teilnocken
- 27
- Teilnocken
- 28
- Mitnehmerstift
- 29
- Schlitz
- 30
- Nocken
- 31
- Teilnocken
- 32
- Teilnocken
- 33
- Mitnehmerstift
- 34
- Schlitz
- 35
- Nockenelement
- 36
- Nocken
- 37
- Teilnocken
- 38
- Teilnocken
- 39
- Mitnehmerstift
- 40
- Schlitz
- 41
- Nocken
- 42
- Teilnocken
- 43
- Teilnocken
- 44
- Mitnehmerstift
- 45
- Schlitz
- 46
- Nocken
- 47
- Teilnocken
- 48
- Teilnocken
- 49
- Mitnehmerstift
- 50
- Schlitz
- 51
- Nocken
- 52
- Teilnocken
- 53
- Teilnocken
- 54
- Mitnehmerstift
- 55
- Schlitz
- 56
- Schiebesitz
- 57
- Schiebesitz
- 58
- Ecke
- 59
- Ecke
- 60
- Ecke
- 61
- Ventil
- 62
- Innenhebel
- 63
- Außenhebel
- 64
- Aktor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004021376 A1 [0002]
