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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Ventilspielausgleichseinrichtung für einen Ventiltrieb einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem topfförmig ausgebildeten ersten Stellelement, das zum Ausgleich eines im Ventiltrieb auftretenden Ventilspiels an einem zweiten Stellelement längsverschiebbar geführt ist, wobei dem ersten Stellelemente eine Leerhubeinrichtung zugeordnet ist, die ein axial um einen maximalen Verstellweg gegen die Kraft von einem Federmittel gegenüber dem ersten Stellelement bewegbares Leerhubelement aufweist.
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Stand der Technik
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Mittels entsprechender Ventilspielausgleichseinrichtungen kann in einem Ventiltrieb einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ein infolge von Verschleiß, thermischer Dehnung und/oder Fertigungstoleranzen auftretendes Spiel selbsttätig ausgeglichen werden. Diese Ventilspielausgleichseinrichtungen werden sowohl in Ventiltrieben mit hebelartigen Nockenfolgern als auch in Ventiltrieben mit Tassenstößeln verwendet und weisen im Wesentlichen zwei in axialer Richtung zueinander verstellbare Stellelemente auf, die auf diese Weise ein während einer Grundkreisphase des entsprechenden des Nockens der Nockenwelle auftretendes Spiel selbsttätig ausgleichen.
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In dieser Grundkreisphase kann es aber zu einer unerwünschten Verstellung der Ventilspielausgleichseinrichtung kommen, für die Grundkreisfehler des Nockens, ein Nockenwellenlagerspiel und/oder Transversalschwingungen der Nockenwelle ursächlich sein können. Das betreffende Gaswechselventil kann auch durch einen entsprechenden Grundkreisschlag des Nockens in der Grundkreisphase geöffnet werden, was unbedingt zu vermeiden ist. Bei hydraulischen Ventilspielausgleichseinrichtungen, bei denen bei auftretendem Spiel während der Grundkreisphase über ein Rückschlagventil Öl aus einem Ölvorratsraum in einen Hochdruckraum nachgesaugt wird, können die vorgenannten Ursachen zum Aufpumpen des aus den beiden Stellelementen gebildeten hydraulischen Ausgleichselements und somit zum Verhärten des Hochdruckraumes führen. Letztendlich kann das eine Öffnung des entsprechenden Gaswechselventils in der Grundkreisphase bewirken. Aus diesem Grund werden insbesondere hydraulische Ventilspielausgleichseinrichtungen mit Leerhubeinrichtungen versehen, die nachgiebige in den Hochdruckraum eingesetzte Leerhubelemente, wie beispielsweise federbelastete Kolben, federnde Membranen, elastische Puffer usw. aufweisen. Darüber hinaus besteht auch bei Ventiltrieben mit einem hydraulischen Ventilspielausgleich das Risiko, dass der zuvor erwähnte Grundkreisschlag unmittelbar zur Öffnung des Gaswechselventils führt.
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Eine selbsttätige Ventilspielausgleichseinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung ist aus der
DE 42 01 618 A1 bekannt. Der Ventilspielausgleich erfolgt in diesem Fall ebenfalls hydraulisch, wobei ein Tassenstößel gemäß eines ersten Ausgestaltungsbeispiels in seinem Bodenbereich mit einem radial verlaufenden Leerhubelement versehen ist, das durch den Druck in einem Hochdruckraum gegen die Kraft einer Druckfeder verschoben wird, wobei eine ebenfalls radial verlaufende Bohrung vom Hochdruckraum zum Leerhubelement führt. Somit kann beim Auftreten der vorgenannten Ursachen ein Aufpumpen des Hochdruckraumes durch die Ausgleichsbewegung des als kleiner Kolben ausgebildeten Leerhubelements vermieden werden. Bei einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel ist das Leerhubelement unmittelbar im Hochdruckraum im Bodenbereich des als topfförmiger Hohlkolben ausgebildeten ersten Stellelements angeordnet, wobei das Leerhubelement einen Ventilsitz für ein Rückschlagventil bildet und dessen Bauelemente Ventilkugel, Ventilfeder und Federkappe aufnimmt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Funktion und die Anordnung einer Leerhubeinrichtung an einer selbsttätigen Ventilspielausgleichseinrichtung für einen Ventiltrieb einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, welche jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Danach soll die Leerhubeinrichtung an einem vom zweiten Stellelement abgewandten Ende des ersten Stellelements stirnseitig angeordnet sein. Die Leerhubeinrichtung, die eine mechanische Funktion aufweist, ist folglich außerhalb der hydraulischen oder mechanischen Verstellelemente der Ventilspielausgleichseinrichtung angeordnet. Weiterhin ist das Leerhubelement als Halteelement ausgebildet, welches den maximalen Verstellweg der Leerhubeinrichtung begrenzt. Das Halteelement ist nämlich derart am stirnseitigen Ende des ersten Stellelements angeordnet, dass es gegenüber dem ersten Stellelement axial verlagerbar ist.
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Wenn beispielsweise aufgrund von Grundkreisfehlern des Nockens, eines Nockenwellenlagerspiels und/oder Transversalschwingungen der Nockenwelle in der Grundkreisphase Kräfte auf den Ventiltrieb und somit auf die Elemente des Ventilspielausgleichselements übertragen werden, so werden diese über die zwischen dem ersten Stellelement einerseits und dem Zylinderkopf oder einem Ventilschaftende andererseits angeordnete Leerhubeinrichtung gedämpft oder abgefedert, so dass ein Aufpumpen der Ventilspielausgleichseinrichtung oder ein kurzes unmittelbares Öffnen des Gaswechselventils sicher vermieden werden können. Das Halteelement wirkt zum einen mit dem Federmittel zusammen und dient zum anderen als Kraftwegbegrenzung, indem seine Bewegung zur Stirnfläche des ersten Stellelements begrenzt wird.
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Demgegenüber ist die Leerhubeinrichtung bei der in der
DE 42 01 618 A1 beschriebenen Ventilspielausgleichsvorrichtung direkt innerhalb eines Hochdruckraumes angeordnet, wobei ein kolbenartig ausgebildetes Leerhubelement, das einen Ventilsitz für ein Rückschlagventil bildet, als federnd abgestützter Boden des ersten als Hydraulikkolbens ausgebildeten Stellelements den Hochdruckraum in Kraftrichtung begrenzt. Daher werden einerseits hydraulische Funktionen der Ventilspielausgleichseinrichtung durch die Leerhubeinrichtung beeinflusst, wie z.B. die Funktion des zwischen dem ersten und dem zweiten Stellelement vorgesehenen Leckspalts und somit die Absinkzeit des Spielausgleichselements. Andererseits wird die Leerhubfunktion durch die Temperatur des Hydraulikmediums und die sich dadurch ändernde Viskosität beeinflusst.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll die Leerhubeinrichtung eine Scheibe aufweisen, die vom Halteelement aufgenommen ist und in einer eingefahrenen Stellung der Leerhubeinrichtung am stirnseitigen Ende des ersten Stellelements anliegt. Die Scheibe wirkt dabei, verglichen mit dem Halteelement in der entgegengesetzten Richtung als Kraftwegbegrenzung, wobei aufgrund der Dickenabmessung der Scheibe der Leerhub variiert werden kann. An Stelle der Scheibe kann am stirnseitigen Ende des ersten Stellelements auch ein Zapfen vorgesehen sein. Vorzugsweise spannt das Federelement das Halteelement in eine von der Stirnseite des ersten Stellelements wegweisenden Richtung vor.
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Die verwendete Scheibe oder der Zapfen können aber auch selbst elastisch ausgebildet sein oder, wie weiterhin vorgeschlagen wird, kann das Federelement die Scheibe gegenüber einem Halteabschnitt des Halteelements in Richtung der Stirnfläche des ersten Stellelements vorspannen. Das Halteelement weist vorzugsweise einen geschlossenen Boden auf, wobei die Scheibe vorzugsweise mit einem kleineren Durchmesser als der Boden ausgebildet ist. Das Federelement kann als zumindest eine Tellerfeder gestaltet sein, wodurch je nach Auslegung der Tellerfeder oder eines Tellerfederpakets die Kraft der Leerhubeinrichtung individuell eingestellt werden kann.
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Im Prinzip eignen sich aber auch als Schraubenfedern ausgebildete Druckfedern zur Druckbeaufschlagung des Halteelements oder der Scheibe, die dann in entsprechenden Aufnahmen an der Stirnseite des ersten Stellelements oder des Bodens des Halteelements angeordnet sein müssten. Eine entsprechende Schraubenfeder eignet sich insbesondere dann als Federmittel, wenn von dem stirnseitigen Ende des ersten Stellelements ein Zapfen ausgeht. Diese kann dabei innen am Zapfen geführt sein. In diesem Fall kann der Zapfen auch längsverschiebbar in einer zentrischen Längsbohrung des Gehäuses geführt sein und an seinem Ende einen kreisförmigen Teller aufweisen.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Halteelement hohlzylindrisch ausgebildet und mit einem Boden versehen ist, dass der hohlzylindrische Abschnitt an seinem vom Boden abgewandten Rand nach innen umgebördelt ist und dass der umgebördelte Rand in eine Umfangsnut des ersten Stellelements eingreift, wobei deren Breite und die Dicke der Scheibe den maximalen Verstellweg definiert. Das somit als Buchse ausgebildete Haltelement ist mit seiner Innenmantelfläche auf einer Außenmantelfläche eines Teilabschnitts des ersten Stellelements geführt und greift in seinem Randbereich mittels einer Umbördelung in eine den Verstellweg begrenzende Umfangsnut ein. Der hohlzylindrisch ausbildete Abschnitt des Halteelements kann dabei zumindest eine axial verlaufende Ausnehmung aufweisen.
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Der hohlzylindrische Abschnitt des Halteelements kann aber auch geschlossen ausgebildet sein. Das Halteelement kann auch einen federnd ausgebildeten hohlzylindrischen Abschnitt aufweisen, so dass der umgebördelte Rand in die Umfangsnut eingeklippt werden kann. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, den Abschnitt des Halteelements durch einzelne Stege zu bilden, die an einem Ende abgewinkelt und am anderen Ende mit dem Boden verbunden sind. Schließlich kann auch eine Ausgestaltung verwendet werden, bei der eine die Längsbewegung des ersten Stellelement gegenüber dem Halteelement durch eine Schraubverbindung begrenzt wird.
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Wenn der im Ventiltrieb verwendete Nockenfolger als Schlepphebel ausgebildet ist, so wird dieser als einarmiger Hebel an seinem einen Ende über ein Abstützelement am Zylinderkopf abgestützt. Ein Ventilspielausgleich erfolgt in diesem Fall durch eine entsprechende Verstellung dieses Abstützelements. Dabei ist das erste Stellelement als Gehäuse des Abstützelements ausgebildet, wobei sich das Gehäuse über die erfindungsgemäße Leerhubeinrichtung stirnseitig an einem Boden einer in einem Zylinderkopf vorgesehenen Sackbohrung abstützt.
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Wird, wie weiterhin vorgeschlagen, das Abstützelement mit einer selbsttätigen hydraulischen Ventilspielausgleichseinrichtung versehen, so bilden das Gehäuse und ein in diesem verschiebbares Kolbenunterteil gemeinsam einen Hochdruckraum, in den das Hydraulikmedium über ein Rückschlagventil gelangt. Außerdem ist zwischen einer Innenmantelfläche des Gehäuses und einer Außenmantelfläche des Kolbenunterteils ein definierter Leckspalt vorgesehen. Über den Leckspalt wird ein bestimmtes Absinkverhalten des Kolbenunterteils, welches an seinem oberen Ende ein mit einem Kugelkopf versehenes Kolbenoberteil aufnimmt, erzielt.
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Unterhalb des Gehäuses, also außerhalb desselben, wird folglich die erfindungsgemäße Leerhubeinrichtung, die aus einem Halteelement, einer Scheibe bzw. einem Zapfen und zumindest einer Tellerfeder bestehen kann, angeordnet. Da die Leerhubeinrichtung außerhalb des hydraulischen Teils des Abstützelements angeordnet ist, ergeben sich die Vorteile, dass die Leerhubfunktion nicht in das Gehäuse oder das Kolbenunterteil integriert werden muss, dass die Leerhubfunktion nicht durch entsprechende Temperaturen des Hydraulikmediums beeinflusst wird und dass die Funktion der Leerhubeinrichtung sich nicht auf die Absinkzeit auswirkt. Außerdem lassen sich die Öffnungs- und Schließrampen der betreffenden Nocken der Nockenwelle optimaler gestalten. Die erfindungsgemäße Leerhubeinrichtung kann auch an einer Ventilspielausgleichseinrichtung vorgesehen sein, die als Einsteckelement an einem Kipp- oder Schlepphebel oder als Ausgleichselement in einem Tassenstößel vorgesehen ist.
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Schließlich kann alternativ zur Verwendung einer hydraulischen auch eine mechanische Ventilspielausgleichseinrichtung in einem Abstützelement vorgesehen sein, bei der die entsprechende selbsttätige Nachstellung beispielsweise mittels eines Klemmringmechanismus‘ erfolgt. Auch in diesem Fall kann eine erfindungsgemäß ausgebildete Leerhubeinrichtung am Gehäuse angeordnet sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 und der abhängigen Patentansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der ein Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
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1 einen Halbschnitt durch ein Abstützelement mit einer in diesem angeordneten Ventilspielausgleichseinrichtung sowie einer an dessen Ende vorgesehenen erfindungsgemäßen Leerhubeinrichtung und
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2 eine vergrößerte Ansicht eines als Einzelteil dargestellten Gehäuses des Abstützelements ebenfalls im Längsschnitt.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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In der 1 ist mit 1 ein Abstützelement für einen Ventiltrieb einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, das ein in einem nicht näher dargestellten Zylinderkopf abstützbares erstes Stellelement 2 aufweist. Dieses erste Stellelement 2 ist dabei als topfförmiges Gehäuse 3 gestaltet und nimmt in seinem Inneren gleitend ein zweites Stellelement 4 auf, das als aus einem Kolbenunterteil 5 und einem Kolbenoberteil 6 zusammengesetzter Kolben 7 ausgebildet ist. Am Ende des Kolbenoberteils 6 befindet sich ein Kugelkopf 8, auf welchem ein nicht näher dargestellter Schlepphebel mit einem Ende um den Kugelkopf 8 schwenkend abstützbar ist. Dieser Schlepphebel wird im Bereich seiner Mitte, vorzugsweise über eine in ihm gelagerte Nockenrolle, von einem oberhalb des Schlepphebels angeordneten Nocken einer Nockenwelle betätigt. Mit seinem vom Abstützelement 1 abgewandten Ende greift der Schlepphebel an einem Ventilschaftende eines Gaswechselventils an.
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Das Kolbenunterteil 5 und das Gehäuse 3 bilden gemeinsam mit einem Rückschlagventil 9 eine selbsttätige hydraulische Ventilspielausgleichseinrichtung 10 und schließen dabei zwischen sich einen durch das Rückschlagventil abgesperrten Hochdruckraum 11 ein. Das Kolbenoberteil 6 und ein Teilbereich des Kolbenunterteils 5 sind hohl ausgebildet, wodurch ein Ölvorratsraum 12 geschaffen wird. Dieser Ölvorratsraum 12 wird über radial im Gehäuse 3 und im Kolbenoberteil 6 verlaufende erste und zweite Ölversorgungsbohrungen 13 und 14 mit Schmieröl der Hubkolbenbrennkraftmaschine aus einer nicht dargestellten Ölgalerie versorgt. Das im Hochdruckraum 11 angeordnete Rückschlagventil 9 weist eine Ventilkugel 15, eine Ventilfeder 16 und eine Ventilkappe 17 auf, wobei die Ventilkugel 15 in ihrer Schließstellung an einem im Kolbenunterteil 5 ausgebildeten Ventilsitz 18 anliegt.
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Außerdem ist im Hochdruckraum 11 eine Druckfeder 19 angeordnet, die eine Rückstellkraft auf das Kolbenunterteil 5 ausübt. Diese vorgenannten Bauelemente der Ventilspielausgleichseinrichtung 10 dienen dazu ein zwischen dem Schlepphebel und dem Ventilschaftende bzw. dem Nocken auftretendes Spiel durch eine hydraulische Nachführung auszugleichen. Beim Auftreten eines derartigen Spiels öffnet das Rückschlagventil 9, so dass eine entsprechende Ölmenge aus dem Ölvorratsraum 12 dem Hochdruckraum 11 zugeführt wird. Zwischen einer Außenmantelfläche 20 des Kolbenunterteils 5 und einer Innenmantelfläche 21 des Gehäuses 3 verläuft ein in der Darstellung nicht erkennbarer Leckspalt, mit dem ein bestimmtes Absinkverhalten des Kolbens 7 herbeigeführt wird.
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An seinem unteren Ende ist der Durchmesser des Gehäuses 3 reduziert, wobei sich an diesen im Durchmesser reduzierten Bereich eine Umfangsnut 22 anschließt. An diesem vom Hochdruckraum 11 abgewandten Ende nimmt das Gehäuse 3 eine Leerhubeinrichtung 23 auf, die aus einer Scheibe 24, einer Tellerfeder 25 und einem Halteelement 26 besteht. Das Halteelement 26 ist topfförmig ausgebildet und weist somit einen kreisförmigen Boden 27 sowie einen hohlzylindrischen Abschnitt 28 auf, dessen oberer Rand 29 nach innen umgebördelt ist und in die Umfangsnut 22 des Gehäuses 3 eingreift. Die Umfangsnut 22 weist eine Breite auf, die einen Verstellweg des Halteelements 26 ermöglicht.
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Außerdem begrenzt die Scheibe 24 eine Bewegung des Bodens 27 des Haltelements 26 in Richtung einer Stirnfläche 30 des Gehäuses, indem sie den Boden 27 an der Stirnfläche abstützt. In die entgegengesetzte Richtung, also von der Stirnfläche weg, ist das Halteelement 26 mittels der Tellerfeder 25 vorgespannt, wobei in einer Endstellung der Kraftwegbegrenzung, die in den 1 und 2 dargestellt ist, der Rand am entsprechenden Ende der Umfangsnut 22 anliegt. Wie weiterhin aus der 1 hervorgeht, ist der hohlzylindrische Abschnitt 28 des Halteelements 26 durch mehrere axial verlaufende Ausnehmungen 31 unterbrochen, um die Montage des Haltelements 26 an dem im Durchmesser reduzierten Bereich des Gehäuses zu vereinfachen.
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Die 2 zeigt, im Maßstab vergrößert, das mit der erfindungsgemäßen Leerhubeinrichtung 23 versehene Gehäuse 3 ohne die weiteren Bauelemente des Abstützelements 1. Dabei ist das Gehäuse 3 mit seinem die Leerhubeinrichtung aufnehmenden Ende in eine abschnittsweise dargestellte Sackbohrung 32 eines Zylinderkopfes eingesetzt, wobei sich der Boden 27 des Halteelements 26 an einem Boden 33 der Sackbohrung 32 abstützt.
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Die Funktion der in den 1 und 2 dargestellten Leerhubeinrichtung ist folgende: Wenn in der Grundkreisphase des Nockens aufgrund eines Grundkreisfehlers des Nockens, eines Lagerspiels in der Nockenwellenlagerung und/oder von Transversalschwingungen der Nockenwelle Axialkräfte am Abstützelement 1 hervorgerufen werden, die zu einer unerwünschten Verstellung der Ventilspielausgleichseinrichtung 10 oder unmittelbar zu einem Öffnen des Gaswechselventils führen würden, werden diese in die am äußeren Ende des Gehäuses 3 angeordnete Leerhubeinrichtung 23 eingeleitet, so dass keine Verstellung an der Ventilspielausgleichseinrichtung oder am Gaswechselventil erfolgt, bis der Leerhub überwunden ist.
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Eine kurzzeitige vertikal nach unten gerichtete Kraft am Gehäuse 3 führt stattdessen dazu, dass das Gehäuse 3 entgegen der Kraft der Tellerfeder 25 gegen die sich am Halteelement 26 anliegende Scheibe 24 am Boden der Sackbohrung 32 abstützt. Bei einer anschließenden gegenläufigen Axialkraft am Abstützelements 1 führt das Gehäuse 3 im Halteelement 26 eine entsprechend gerichtete Axialbewegung aus, bis der umgebördelte Rand 29 am Ende der Umfangsnut 22 anliegt. Somit kann verhindert werden, dass unerwünschte Axialbewegungen des Kolbens 7 zum Aufpumpen des hydraulischen Ventilspielausgleichselements 10 11 und somit zum Verhärten des Hochdruckraumes führen.
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In vorteilhafter Weise ist gemäß der Erfindung die gesamte Leerhubeinrichtung 23 außerhalb des Abstützelements 1, und zwar an dessen dem Zylinderkopf zugewandten Ende angeordnet. Die die Funktion der Leerhubeinrichtung ausführenden Teile befinden sich also nicht innerhalb des hydraulischen Teils des Abstützelements 1. Daraus ergeben sich erhebliche Vorteile bei der konstruktiven Gestaltung des Abstützelements 1. Außerdem tritt keine gegenseitige Beeinflussung der Funktionen der hydraulischen Ventilspielausgleichseinrichtung 10 und der Leerhubeinrichtung 23 auf, da diese räumlich voneinander getrennt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abstützelement
- 2
- erstes Stellelement
- 3
- Gehäuse
- 4
- zweites Stellelement
- 5
- Kolbenunterteil
- 6
- Kolbenoberteil
- 7
- Kolben
- 8
- Kugelkopf
- 9
- Rückschlagventil
- 10
- Ventilspielausgleichseinrichtung
- 11
- Hochdruckraum
- 12
- Ölvorratsraum
- 13
- erste Ölversorgungsbohrung
- 14
- zweite Ölversorgungsbohrung
- 15
- Ventilkugel
- 16
- Ventilfeder
- 17
- Ventilkappe
- 18
- Ventilsitz
- 19
- Druckfeder
- 20
- Außenmantelfläche von 5
- 21
- Innenmantelfläche von 3
- 22
- Umfangsnut
- 23
- Leerhubeinrichtung
- 24
- Scheibe
- 25
- Tellerfeder
- 26
- Halteelement
- 27
- Boden von 26
- 28
- hohlzylindrischer Abschnitt von 26
- 29
- oberer Rand
- 30
- Stirnfläche von 3
- 31
- Ausnehmungen
- 32
- Sackbohrung
- 33
- Boden von 32
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4201618 A1 [0004, 0009]
