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Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Abstützelement für einen schaltbaren Schlepphebel eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem topfartigen Gehäuse, das in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine einbaubar ist und das mit einem Kolben teleskopartig zusammengesteckt ist, bei dem der Kolben aus einem im Wesentlichen hohlzylindrischen Druckteil und einem sich daran anschließenden topfförmigen Arbeitsteil axial zusammengesetzt ist, bei dem das Arbeitsteil und das Druckteil entlang einer Längsmittenachse in einer Bohrung des Gehäuses verschiebbar aufgenommen sind, bei dem zumindest ein kalottenförmiger Kopf des Druckteils als ein Auflager für den schaltbaren Schlepphebel über einen Gehäuserand herausragt und eine Stirnseite des Kopfes eine Bohrung zum Beaufschlagen des schaltbaren Schlepphebels mit einem Hydraulikmittel aufweist, bei dem das Gehäuse einen ersten und einen zweiten radialen Durchlass für ein unterschiedlich druckbeaufschlagtes Hydraulikmittel aufweist, bei dem der erste Durchlass mit einem Vorratsdruckraum zur Versorgung einer hydraulischen Spielausgleichseinrichtung mit dem Hydraulikmittel in hydraulischer Verbindung steht, und bei dem der zweite Durchlass mit einem Schaltdruckraum zur Ansteuerung des schaltbaren Schlepphebels mittels der Bohrung in hydraulischer Verbindung steht.
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Aus der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung
US 61/992 546 der gleichen Anmelderin ist ein gattungsgemäßes hydraulisches Abstützelement für einen Schlepphebel eines Ventiltriebs eines Verbrennungsmotors bekannt. Das Abstützelement weist ein topfzylindrisches Gehäuse mit einem darin axialbeweglich geführten hohlzylindrischen Kolben auf, dessen axial inneres Ende über eine Feder an der Bodenwand des Gehäuses abgestützt ist, und dessen axial äußeres Ende den Außenrand des Gehäuses überragt. Das axial äußere Ende des Kolbens ist als halbkugelförmiger Lagerkopf ausgebildet. Der Innenraum des Kolbens ist mittels eines Schottelements in einen axial inneren Vorratsdruckraum und einen axial äußeren Schaltdruckraum unterteilt, wobei der Vorratsdruckraum über ein Rückschlagventil mit einem zwischen dem inneren Ende des Kolbens und der Bodenwand des Gehäuses eingeschlossenen Hochdruckraum verbindbar ist. Der Schaltdruckraum ist über eine in einem halbkugelförmigen Lagerkopf angeordnete Zentralbohrung mit einer Schaltdruckleitung des schaltbaren Schlepphebels verbunden. Das als topfförmige Trennhülse ausgebildete Schottelement ist im Innenraum des Kolbens aufgenommen und weist in einer Ausführungsvariante umfangsseitig mehrere, gleichmäßig zueinander beabstandet verlaufende Axialnuten auf, um eine Entlüftung des Hydraulikmittels im Vorratsdruckraum zu ermöglichen.
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Außerdem ist aus der
DE 103 30 510 A1 ist ein hydraulisches Abstützelement bekannt, bei dem das Schottelement als eine topfzylindrische Kappe ausgebildet ist, die mit einer axial nach außen gerichteten Bodenwand bis zum Anliegen an eine innere Einschnürung in einen zwischen den Öffnungen des Kolbens angeordneten zylindrischen Abschnitt eingepresst ist. Zur Entlüftung des Vorratsraums in den Schaltdruckraum ist zumindest eine Entlüftungsöffnung vorgesehen, die durch das Abschottelement oder radial zwischen diesem und der Seitenwand des Kolbens führen soll. Konkrete Angaben über die Ausführung, Anordnung und Dimensionierung der Entlüftungsöffnung sind der
DE 103 30 510 A1 jedoch nicht zu entnehmen.
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Ein weiteres hydraulisches Abstützelement ist in der
DE 10 2008 038 792 A1 beschrieben. Bei diesem bekannten Abstützelement ist das Schottelement als eine Kugel ausgebildet, die zwischen den Öffnungen des Kolbens in dessen Innenraum eingesetzt und formschlüssig von der zylindrischen Seitenwand des Kolbens umschlungen ist. Zur Entlüftung des Vorratsraums in den Schaltdruckraum ist vorgesehen, dass die Kugel in dem Kolben begrenzt beweglich gehalten ist, so dass die Entlüftung über den Ringspalt zwischen der Kugel und der zylindrischen Seitenwand des Kolbens erfolgen kann. Als Alternative hierzu ist ein axialer Entlüftungskanal im Umschlingungsbereich der Kugel genannt, der von dem Vorratsraum in den Schaltdruckraum führen soll. Mit Ausnahme des Ringspalts sind auch der
DE 10 2008 038 792 A1 keine konkreten Angaben über die Ausführung, Anordnung und Dimensionierung der Entlüftungsöffnung zu entnehmen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vergleichsweise einfach herstellbares hydraulisches Abstützelement mit guter Wirkungsweise vorzustellen, bei dem eine Entlüftung des Vorratsdruckraumes ohne großen Druckverlust im Vorratsdruckraum möglich ist. Dabei soll zwar ein Schottelement vorhanden sein, welches den Vorratsdruckraum von dem Schaltdruckraum trennt, jedoch sollen an dessen Mantelfläche keine Axialnuten ausgebildet sein.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird durch ein hydraulisches Abstützelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Varianten dieses Abstützelements sowie vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
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Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Abstützelement für einen schaltbaren Schlepphebel eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem topfartigen Gehäuse, das in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine einbaubar ist und das mit einem Kolben teleskopartig zusammengesteckt ist, bei dem der Kolben aus einem im Wesentlichen hohlzylindrischen Druckteil und einem sich daran anschließenden topfförmigen Arbeitsteil axial zusammengesetzt ist, bei dem das Arbeitsteil und das Druckteil entlang einer Längsmittenachse in einer Bohrung des Gehäuses verschiebbar aufgenommen sind, bei dem zumindest ein kalottenförmiger Kopf des Druckteils als ein Auflager für den schaltbaren Schlepphebel über einen Gehäuserand herausragt und eine Stirnseite des Kopfes eine Bohrung zum Beaufschlagen des schaltbaren Schlepphebels mit einem Hydraulikmittel aufweist, bei dem das Gehäuse einen ersten und einen zweiten radialen Durchlass für ein unterschiedlich druckbeaufschlagtes Hydraulikmittel aufweist, bei dem der erste Durchlass mit einem Vorratsdruckraum zur Versorgung einer hydraulischen Spielausgleichseinrichtung mit dem Hydraulikmittel in hydraulischer Verbindung steht, und bei dem der zweite Durchlass mit einem Schaltdruckraum zur Ansteuerung des schaltbaren Schlepphebels mittels der Bohrung in hydraulischer Verbindung steht.
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Zur Lösung der Aufgabe ist bei diesem hydraulisches Abstützelement vorgesehen, dass im Druckteil des Kolbens ein im Wesentlichen zylindrisches Schottelement befestigt ist, welches zusammen mit einem zugeordneten Bauteil einen radial geschlossenen sowie schraubenförmigen oder wendelförmigen Strömungsweg bildet, entlang dem Luftblasen und Hydraulikmittel von dem Vorratsdruckraum in den Schaltdruckraum gelangen können.
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Da bei gleicher axialer Erstreckung des Schottelements ein schraubenförmiger oder wendelförmiger Strömungsweg im Vergleich zu den bekannten Axialnuten sehr viel länger ist, findet bei einem nur geringen Fluidaustausch beziehungsweise einer nur geringen Druckausgleichung zwischen dem Vorratsdruckraum und dem Schaltdruckraum eine wirksame Entlüftung des Vorratsdruckraumes statt. Der schraubenförmige oder wendelförmige Strömungsweg kann hinsichtlich seiner Länge durch die Steigung der Windung in Grenzen konstruktiv frei gewählt werden, und auch der Strömungsquerschnitt des Strömungsweges kann in Grenzen abhängig von den jeweiligen Gegebenheiten ausgebildet sein.
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Das erfindungsgemäße hydraulische Abstützelement macht eine zusätzliche, konstruktiv aufwändige Spüldrossel in einer Schaltgalerie beziehungsweise in einem Zuleitungskanal innerhalb des Zylinderblocks der Brennkraftmaschine, der zur Versorgung des schaltbaren Schlepphebels mit dem Hydraulikmittel dient, entbehrlich. Darüber hinaus kann der schaltbare Schlepphebel mit hoher Präzision und mit kurzen Reaktionszeiten angesteuert werden. Dennoch lassen sich der Vorratsdruckraum und der Schaltdruckraum mit unter unterschiedlichem Druck stehenden Hydraulikmittel beaufschlagen, so dass alle Vorteile der zweiflutigen Ausgestaltung des Abstützelements erhalten bleiben.
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Gemäß einer ersten Variante eines erfindungsgemäß ausgebildeten hydraulischen Abstützelements ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Schottelement als eine hohlzylindrische Hülse ausgebildet ist, in der zumindest abschnittweise ein als zweites Bauteil ausgebildeter Drosselkörper angeordnet ist, welcher zusammen mit dem Schottelement den schraubenförmigen oder wendelförmigen Strömungsweg bildet.
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Eine vorteilhafte Bauform sieht vor, dass der Drosselkörper eine in etwa zylindrische Form und mindestens einen leicht konischen Endabschnitt aufweist, und dass der Drosselkörper zumindest abschnittsweise massiv ausgebildet ist und aus einem metallischen Material gebildet ist. Hierdurch wird der Herstellungsprozess des Abstützelements vereinfacht und kostengünstig gestaltet. Wegen der zylindrischen Form des Drosselkörpers ist eine einfache Fertigung desselben aus einem strangförmigen Halbzeug, wie zum Beispiel aus einem Draht möglich. Die bevorzugt beiden, jeweils konisch beziehungsweise angeschrägt ausgeführten Endabschnitte des Drosselkörpers optimieren den Strömungsverlauf des Hydraulikmittels sowie der mittransportierten Luftblasen und erleichtern das Einführen sowie das Einpressen des Drosselkörpers in das hülsenförmige Schottelement.
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Der Drosselkörper kann auch zumindest abschnittweise aus einem Metallschaum oder einem Keramikschaum gebildet sein. Hierdurch ist eine Gewichtsreduktion der schnell oszillierend bewegten Massen möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die radiale Außenfläche des Drosselkörpers eine dreidimensionale Struktur und das Schottelement radial innen eine glatte Innenfläche aufweisen, wodurch diese beiden radial gegenüber angeordneten Flächen zumindest abschnittweise eine Blende bilden, welche die genannte Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsdruckraum und dem Schaltdruckraum mit einem hohem Strömungswiderstand bilden. Hierdurch wird der eigentlich unerwünschte und mittels des Schottelements bei einem zweiflutigen Abstützelement unterbundene Druckausgleich zwischen dem Schaltdruckraum und dem Vorratsdruckraum in einem begrenzten Umfang ermöglicht, nämlich um den Vorratsdruckraum zu entlüften.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass die dreidimensionale Struktur der radialen Außenfläche des Drosselkörpers ein zumindest bereichsweise in der radialen Außenfläche des Drosselkörpers ausgebildetes Gewinde ist, wobei das Gewinde mindestens einen Gewindegang mit mindestens einer Windung aufweist. Hierdurch ist eine fertigungstechnisch einfache Ausbildung des schraubenförmigen oder wendelförmigen Strömungsweges durch Rollen des Gewindes unter Einsatz von Standardwerkzeugen gegeben. Die Nut des Gewindes kann eine halbkreisförmige, viereckige oder trapezförmige Querschnittsgeometrie aufweisen, während Rinnen üblicherweise über eine dreieckförmige beziehungsweise V-förmige Querschnittsgeometrie haben. Durch die Tiefe der Nut oder Rinne des Gewindes und die Anzahl der Windungen kann die Länge des Strömungswegs in weiten Grenzen eingestellt und damit die Drosselwirkung der Blende den jeweiligen Vorgaben angepasst werden. Grundsätzlich können zwei oder mehr, gegebenenfalls sogar gegenläufige Gewindegänge mit jeweils einer Vielzahl von Windungen ausgebildet sein. Von Bedeutung ist jedoch, dass unabhängig von der geometrischen Form des Gewindes zwischen den beiden Endabschnitten des Gewindes eine durchgehende hydraulische Verbindung für das Hydraulikmittel geschaffen ist.
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Bei einer technisch vorteilhaften Weiterbildung des Abstützelements weist der Strömungsweg im Bereich der Blende zur Gewährleistung eines hinreichend hohen Strömungswiderstands einen wirksamen Strömungsquerschnitt von bis zu 0,25 mm2 auf. Hierdurch wird eine zu direkte fluide Kopplung zwischen dem Vorratsdruckraum und dem Schaltdruckraum vermieden. Ein schneller Druckausgleich zwischen dem Vorratsdruckraum und dem Schaltdruckraum ist somit ausgeschlossen.
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Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das hohlzylindrische Schottelement an seinem vorratsraumseitigen Ende einen leicht konischen Befestigungsabschnitt zum Einpressen in das Druckteil des Kolbens sowie einen leicht konischen Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme des Drosselkörpers aufweist, wobei zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Aufnahmeabschnitt ein Versatzabschnitt verläuft. Insbesondere der leicht konische Aufnahmeabschnitt ermöglicht einen festen Sitz des Drosselkörpers radial innen im hohlzylindrischen Schottelement. Aufgrund der geringfügigen Konizität des Aufnahmeabschnitts des hohlzylindrischen Schottelements wird der Befestigungsabschnitt des Schottelements beim Einführen des Drosselkörpers in dasselbe zumindest geringfügig radial aufgeweitet und presst sich selbsttätig an die radiale Innenfläche des Endabschnitts des Druckteils des Kolbens an. Alternativ dazu kann ein Drosselkörper mit leichtem Untermaß in Bezug zum Aufnahmeabschnitt des hohlzylindrischen Schottelements mit diesem auch verklebt, verstemmt, verschweißt oder verlötet werden. Alternativ dazu kann der Drosselkörper mit dem Aufnahmeabschnitt des hohlzylindrischen Schottelements auch durch ein Einrollen zusammengefügt werden.
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Vorzugsweise ist der maximale Außendurchmesser des Befestigungsabschnitts des hohlzylindrische Schottelements größer ist als der maximale Außendurchmesser des Aufnahmeabschnitts des hohlzylindrische Schottelements. Hierdurch entsteht ein ausreichend großer Ringspalt zwischen dem Befestigungsabschnitt und einer zylindrischen Innenfläche des Druckteils des Kolbens zur Versorgung des schaltbaren Schlepphebels mit dem Hydraulikmittel.
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Gemäß einer anderen günstigen Ausgestaltung besteht zwischen dem Befestigungsabschnitt des hohlzylindrische Schottelements und einer Innenfläche des Druckteils des Kolbens eine kraftschlüssige Verbindung. Hierdurch ist eine zuverlässige, vibrationsresistente Lagesicherung der Hülse einschließlich des darin aufgenommenen Drosselkörpers im Druckteil des Kolbens gegeben.
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Eine andere Weiterbildung sieht vor, dass die erste Durchlassöffnung im Gehäuse des hydraulischen Abstützelements über einen radialen Durchtritt im Arbeitsteil des Kolbens mit dem Vorratsdruckraum in Verbindung steht. Hierdurch ist ein erster Strömungsweg zur Versorgung der hydraulischen Spielausgleichseinrichtung mit dem Hydraulikmittel geschaffen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zweite Durchlassöffnung im Gehäuse des hydraulischen Abstützelements über einen radialen Durchtritt im Druckteil des Kolbens mit dem Schaltdruckraum sowie mit der Bohrung in der Stirnseite des Kolbens in Verbindung steht. Hierdurch wird ein vom ersten Strömungsweg hydraulisch getrennter zweiter Strömungsweg für das Hydraulikmittel zur Versorgung des schaltbaren Schlepphebels bereitgestellt, wobei das Hydraulikmittel in beiden Strömungswegen unter jeweils unterschiedlichem Druck steht.
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Gemäß einer zweiten Variante eines erfindungsgemäß ausgebildeten hydraulischen Abstützelements ist vorgesehen, dass im Druckteil des Kolbens ein topfförmiges Schottelement befestigt ist, welches im Bereich des Schaltdruckraumes einen kreisförmigen Boden aufweist, an dem sich radial außen eine zylindrische, an ihrer Oberfläche glatte Wand anschließt, dass die Wand des topfförmigen Schottelements im Bereich ihres schaltdruckraumseitigen freien Endes an der radialen Innenseite des axial inneren Endabschnitts des Druckteils des Kolbens fest anliegt, und dass an der radialen Innenseite des Endabschnitts des Druckteils des Kolbens wenigstens eine schraubenförmige oder wendelförmige Nut ausgebildet ist, welche zusammen mit der zylindrischen Wand des topfförmigen Schottelements den radial geschlossenen sowie schraubenförmigen oder wendelförmigen Strömungsweg bildet, entlang dem Luftblasen und Hydraulikmittel von dem Vorratsdruckraum in den Schaltdruckraum gelangen können.
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Bei dieser zweiten Variante ist die schraubenförmige oder wendelförmige Nut radial außen an einem topfförmigen Schottelement ausgebildet, so dass das Drosselelement gemäß der beschriebenen ersten Variante Kosten sparend nicht benötigt wird. Es sei aber angemerkt, dass die Erzeugung einer solchen Nut an dem topfförmigen Schottelement bei einer sinnvollen Nuttiefe eine Mindestdicke der im Wesentlichen zylindrischen Wand zumindest in deren Nutabschnitt erfordert. Die dadurch zusätzlich im hydraulischen Abstützelement angeordnete bewegte Masse dürfte jedoch geringer sein, als die Masse des Drosselkörpers gemäß der ersten Variante des hydraulischen Abstützelements.
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Gemäß einer dritten Variante eines erfindungsgemäß ausgebildeten hydraulischen Abstützelements ist vorgesehen, dass im Druckteil des Kolbens ein topfförmiges Schottelement befestigt ist, welches im Bereich des Schaltdruckraumes einen kreisförmigen Boden aufweist, an dem sich radial außen eine zylindrische Wand anschließt, dass die zylindrische Wand des topfförmigen Schottelements im Bereich ihres schaltdruckraumseitigen freien Endes an ihrer radialen Außenfläche wenigstens eine schraubenförmige oder wendelförmige Nut aufweist, und dass die zylindrische Wand des topfförmigen Schottelements im Bereich der Nut an der radialen, an ihrer Oberfläche glattflächigen Innenseite des axial inneren Endabschnitts des Druckteils des Kolbens fest anliegt, welche zusammen den radial geschlossenen sowie schraubenförmigen oder wendelförmigen Strömungsweg bilden, entlang dem Luftblasen und Hydraulikmittel von dem Vorratsdruckraum in den Schaltdruckraum gelangen können.
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Bei dieser dritten Variante ist die schraubenförmige oder wendelförmige Nut an der radialen Innenseite des Druckteils des Kolbens ausgebildet. An dieser Stelle ist die Herstellung der schraubenförmigen oder wendelförmigen Nut mit einer aufgabengerechten Tiefe besonders einfach, denn das Druckteil des Kolbens weist eine vergleichsweise große Wandstärke auf. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Drosselkörper gemäß der beschriebenen ersten Variante bei dieser dritten Variante ebenfalls nicht benötigt wird.
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Schließlich wird es für die zweite und dritte Variante von erfindungsgemäß ausgebildeten hydraulischen Abstützelementen als vorteilhaft beurteilt, wenn vorgesehen ist, dass das topfförmige Schottelement an seinem schaltdruckraumseitigen freien Ende eine radial nach innen gerichtete Führungsphase aufweist. Diese Führungsphase erleichtert das Eindringen von Luftblasen in die zumindest eine schraubenförmige oder wendelförmige Nut.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung von mehreren Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
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1 einen teilweisen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Abstützelement gemäß einer ersten Variante,
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2 eine vergrößerte Ansicht des Druckteils des Kolbens von 1,
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3 einen Längsschnitt durch ein Schottelement, welches im Abstützelement gemäß den 1 und 2 angeordnet ist,
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4 eine Draufsicht auf einen Drosselkörper, welcher in dem Schottelement gemäß den 1 und 2 angeordnet ist,
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5 einen teilweisen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Abstützelement gemäß einer zweiten Variante,
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6 einen Längsschnitt durch ein Arbeitsteil eines Kolbens, der in dem Abstützelement gemäß 5 eingebaut ist,
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7 einen teilweisen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Abstützelement gemäß einer dritten Variante,
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8 einen Längsschnitt durch ein topfförmiges Schottelement, welches in dem Abstützelement gemäß 7 eingebaut ist,
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Demnach zeigt 1 ein teilweise axial aufgeschnittenes Abstützelement, welches als eine erste Bauformvariante alle Merkmale der Erfindung aufweist. Das Abstützelement 10 weist unter anderem ein im Wesentlichen topfförmiges Gehäuse 12 mit einem ebenen Gehäuseboden 14 und einen daran anschließenden hohlzylindrischen Außenmantel 16 auf. Dieses Gehäuses 12 ist in eine Aufnahme eines nicht dargestellten Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine einbaubar. In einer axialen, etwa zylindrischen Bohrung 18 des Gehäuses 12 ist ein zweiteiliger Kolben 24 eingesetzt, welcher entlang einer Längsmittenachse 26 verschiebbar ist und aus einem Arbeitsteil 20 sowie einem Druckteil 22 besteht. Das Arbeitsteil 20 und das Druckteil 22 des Kolbens 24 sind spaltfrei auf Stoß aneinander angeordnet.
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Ein kalottenförmiger Kopf 28 des Druckteils 22 des Kolbens 24 dient als ein Auflager für einen nicht dargestellten Schlepphebel eines gleichfalls nicht eingezeichneten Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine. Im Bereich der Stirnseite 30 des kalottenförmigen Kopfes 28 des Druckteils 22 des Kolbens 24 ist eine zylindrische Bohrung 32 ausgebildet. Durch diese Bohrung 32 gelangt ein Hydraulikmittel über einen Schaltdruckkanal im Schlepphebel bis zu einer diesem zugeordneten, hydraulisch betätigbaren Koppeleinrichtung. Um einen ausreichenden axialen Betätigungsweg im Zuge des Ventilspielausgleichs zu gewährleisten, ragt zumindest der kalottenförmige Kopf 28 über den offenen Gehäuserand 34 des Abstützelements 10 axial hinaus.
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Um den gewünschten selbsttätigen Ventilspielausgleich des Ventiltriebs der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, ist in dem Abstützelement 10 eine selbsttätig hydraulisch wirkende Spielausgleichseinrichtung 36 integriert, die im Bereich eines Bodens 38 des Arbeitsteils 20 des Kolbens 24 ausgebildet ist. Die Spielausgleichseinrichtung 36 weist ein der besseren zeichnerischen Übersicht halber nicht bezeichnetes Rückschlagventil mit einer topfförmigen Haltekappe zur Aufnahme einer zylindrischen Ventilfeder und einer Kugel sowie eine ebenfalls nicht bezeichnete, sich zwischen einem radial auswärts gerichteten Flansch der Kappe beziehungsweise dem Boden des Arbeitsteils 20 und dem Gehäuseboden 14 abstützende zylindrische Druckfeder. Das Rückschlagventil weist eine im Wesentlichen zylindrische Bohrung im Boden des Arbeitsteils 20 auf, die im gezeigten Betätigungszustand von der mittels der Ventilfeder vorgespannten Kugel verschlossen ist. In das Gehäuse 12 sind ferner axial zueinander beabstandet ein erster und ein zweiter radialer Durchlass 40, 42 für das Hydraulikmittel eingebracht.
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Axial oberhalb eines arbeitsteilseitigen Endabschnitts 44 des Druckteils 22 des Kolbens 24 ist an diesem erfindungsgemäß ein Schottelement 46 in Form einer beidseitig offenen und näherungsweise hohlzylindrische Hülse befestigt. Zur Befestigung ist das Schottelement 46 in das Druckteil 22 axial eingepresst. In dem Schottelement 46 ist ein im Wesentlichen zylindrischer Drosselkörper 48 koaxial zu diesem angeordnet. Die Befestigung des Drosselkörpers 48 erfolgt bevorzugt durch axiales Einpressen in das Schottelement 46.
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Durch das Schottelement 46 und den Drosselkörper 48 sind ein Vorratsdruckraum 50 und ein Schaltdruckraum 52 des hydraulischen Abstützelements 10 voneinander separiert, wobei der Vorratsdruckraum 50 radial innerhalb des Arbeitsteils 20 und radial innerhalb des arbeitsteilseitigen Endabschnitts 44 des Druckteils 22, sowie der Schaltdruckraum 52 im Bereich des Kopfes 28 des Kolbens 24 ausgebildet sind. Das Schottelement 46 und den Drosselkörper 48 bilden zusammen eine Blende 94, über die Hydraulikmittel sowie Luftblasen aus dem Vorratsdruckraum 50 in den Schaltdruckraum 52 gelangen können.
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Über die beiden erwähnten radialen Durchlässe 40, 42 in dem Gehäuse 12 sowie einen radialen Durchtritt 54 im Arbeitsteil 20 des Kolbens 24 und einen radialen Durchtritt 56 im Druckteil 22 des Kolbens 24 können der Vorratsdruckraum 50 sowie der Schaltdruckraum 52 mit jeweils unterschiedlich druckbeaufschlagtem Hydraulikmittel versorgt werden, so dass der Ansteuerdruck des Schlepphebels unabhängig von dem im Vorratsdruckraum 50 herrschenden Druck einstellbar.
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Das Hydraulikmittel, bei dem es sich bevorzugt um ein zum Betrieb der Brennkraftmaschine notwendiges Motoröl handelt, gelangt entlang eines ersten Strömungspfades 58 vom ersten radialen Durchlass 40 im Gehäuse 12 über einen nicht bezeichneten Ringspalt bis in den Vorratsdruckraum 50, sowie ausgehend vom zweiten radialen Durchlass 42 im Gehäuse 12 entlang eines zweiten Strömungspfades 60 über einen weiteren nicht bezeichneten Ringspalt in den Schaltdruckraum 52, und von dort über die Bohrung 32 im Kopf 28 des Kolbens 24 bis in den erwähnten, nicht dargestellten Schaltdruckkanal zur Ansteuerung des hydraulisch schaltbaren Koppelelements des Schlepphebels.
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Über den Vorratsdruckraum 50 erfolgt somit die Versorgung der selbsttätigen Spielausgleichseinrichtung 36 mit dem Hydraulikmittel, während der Schaltdruckraum 52 zur hiervon unabhängigen Ansteuerung des schaltbaren Schlepphebels des Ventiltriebs der Brennkraftmaschine dient.
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Zwischen dem Boden 14 des Gehäuses 12 und einem Boden 38 des Arbeitsteils 20 des Kolbens 24 befindet sich ein Hochdruckraum 62. Das Hydraulikmittel kann das Rückschlagventil nur in einer Richtung, nämlich vom Vorratsdruckraum 50 in Richtung zum Hochdruckraum 62 zwischen dem Boden 38 des Arbeitsteils 20 und dem Boden 14 des Gehäuses 12 ungehindert durchströmen. Im Hochdruckraum 62 steht das Hydraulikmittel ständig unter hohem Druck, so dass jeder Axialabwärtsbewegung des Arbeitsteils 20 des Kolbens in Richtung zum Boden 12 ein sehr hoher mechanischer Widerstand entgegenwirkt, da das Hydraulikmittel im Hochdruckraum 62 aufgrund seiner Inkompressibilität praktisch einem starren Körper gleicht. Daher ist bei geschlossenem Rückschlagventil eine schlupffreie und zeitlich präzise Ansteuerung des Schlepphebels möglich, während bei geöffnetem Rückschlagventil ein leichtgängiger, selbsttätiger axialer Spielausgleich durch das axiale Ausfahren des Kolbens 24 möglich ist. Ein Sicherungsring 64 dient im Zusammenwirken mit einer radialen Schulter am Druckteil 22 zur axialen Lagesicherung innerhalb des Gehäuses 12, beziehungsweise als eine Ausfahrwegbegrenzung des axial aus dem Arbeitsteil 20 und dem Druckteil 22 zusammengesetzten Kolbens 24 innerhalb des Gehäuses 12.
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2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Druckteils 22 des Kolbens 24 gemäß 1. Der kalottenförmige Kopf 28 des Druckteils 22 weist erkennbar die zentrisch zur Längsmittenachse 26 ausgebildete stirnseitige Bohrung 32 zur Versorgung des nicht dargestellten schaltbaren Schlepphebels mit dem Hydraulikmittel auf. Das als Hülse ausgebildete und in dem Druckteil 22 des Kolbens 24 angeordnete Schottelement 46 mit dem darin koaxial befestigten Drosselköper 48 weist einen leicht konischen Befestigungsabschnitt 70 sowie einen ebenfalls leicht konischen Aufnahmeabschnitt 72 auf, zwischen denen ein Versatzabschnitt 74 ausgebildet ist. Die axiale Lagesicherung des Schottelements 46 erfolgt vorzugsweise durch das Einpressen des Befestigungsabschnitts 70 axial unterhalb des Sicherungsrings 64 beziehungsweise axial unterhalb des radialen Durchtritts 56 in das etwa topfförmige Druckteil 22 des Kobens 24, wobei der Befestigungsabschnitt 70 des Schottelements 46 pressschlüssig an einer hohlzylindrischen Innenfläche 76 des Endabschnitts 44 des Druckteils 22 zur Anlage kommt.
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Der näherungsweise zylindrische Drosselkörper 48 weist einen ersten konischen Endabschnitt 78 und einen zweiten konischen Endabschnitt 80 auf, deren Durchmesser sich jeweils nach radial innen verjüngt. Die beiden konischen Endabschnitte 78, 80 erleichtern unter anderem die Montage des walzenförmigen Drosselkörpers 48 in dem Schottelement 46. Darüber hinaus gewährleistet der erste konische Endabschnitt 78 einen ausreichenden Strömungsquerschnitt für den Durchtritt des Hydraulikmittels zwischen einem radialen Rand 82 des Aufnahmeabschnitts 72 des Schottelements 46 und dem Drosselkörper 48, während mittels des zweiten Endabschnitt 80 des Drosselkörpers 48 ein ausreichender Strömungsquerschnitt zwischen einer umlaufenden Kante 84 des Schottelements 46 und dem Drosselkörper 48 geschaffen ist. Eine weitere umlaufende Kante 86 des Schottelements 46, die zwischen dem Versatzabschnitt 74 und dem Befestigungsabschnitt 70 des Schottelements 46 ausgeformt ist, liegt darüber hinaus an einer axial unterhalb des Durchtritts 56 ausgebildeten Schulter 88 der Innenfläche 76 des Endabschnitts 44 des Druckteils 22 des Kolbens 24 an, wodurch zumindest ein einseitiger axialer Endanschlag für das Schottelements 46 in Richtung zu dem Kopf 28 des Kolbens 24 realisiert ist.
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Die im Wesentlichen zylindrische radial Außenfläche 90 des Drosselkörpers 48 und die Innenfläche 92 des Aufnahmeabschnitts 72 des Schottelements 46 bilden aufgrund ihrer nachfolgend beschriebenen Ausbildung eine Blende 94 für das Hydraulikmittel, die ungeachtet der zweiflutigen Ausgestaltung des hydraulischen Abstützelements 10 eine fluidische Verbindung zwischen dem Vorratsdruckraum 50 und dem Schaltdruckraum 52 mit einem so hohen Strömungswiderstand für das Hydraulikmittel schafft, dass ein unverzüglicher Druckausgleich zwischen dem Vorratsdruckraum 50 und dem Schaltdruckraum 52 ausgeschlossen ist. Zu diesem Zweck weist die radiale Außenfläche 90 des Drosselkörpers 48 eine dreidimensionale Oberflächenstruktur 130 auf, die im Zusammenwirken mit der glatten Innenfläche 92 des Aufnahmeabschnitts 72 des Schottelements 46 einen wirksamen Strömungsquerschnitt der Blende 94 von beispielsweise 0,25 mm2 ergibt.
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2 verdeutlicht außerdem, dass die beschriebene Konstruktion zwischen dem Aufnahmeabschnitt 72 des Schottelements 46 und einer radialen Aussparung 96 im Druckteil 22 des Kolbens 24 Platz für einen ausreichend großen Ringraum 98 lässt, durch den Hydraulikmittel ungehindert von dem radialen Durchtritt 56 im Druckteil 22 des Kolbens 24 in den Schaltdruckraum 52 strömen kann.
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Der größte Außendurchmesser 100 des Drosselkörpers 48 kann so bemessen sein, dass beim Einführen des Drosselkörpers 48 in das bereits axial korrekt im Druckteil 22 des Kolbens 24 positionierte Schottelement 46 dessen Befestigungsabschnitt 70 aufgrund der leichten Konizität des Aufnahmeabschnitts 72 radial aufgespreizt wird. Hierdurch wird die erwünschte, zumindest bereichsweise Pressverbindung zwischen dem Befestigungsabschnitt 70 und der Innenfläche 76 des Endabschnitts 44 des Druckteils 22 des Kolbens 24 automatisch geschaffen.
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Alternativ dazu kann der Drosselkörper 48 zuerst in das Schottelement 46 eingesetzt werden, wonach diese vormontierte Baugruppe unter leichtem Pressschluss in das Druckteil 22 des Kolbens 24 eingebaut wird. Außerdem ist es möglich, den Drosselkörper 48 und das Schottelement 46 durch Verstemmen, Verkleben, Verschweißen oder Verlöten zusammenzufügen. Das Schottelement 46 ist bevorzugt als einstückiges Blechformteil aus einem metallischen Werkstoff hergestellt.
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3 zeigt einen Längsschnitt durch das Schottelement 46 gemäß 2 ohne den Drosselkörper 48. Das Schottelement 46 ist rotationssymmetrisch zur Längsmittenachse 26 ausgebildet und verfügt wie erwähnt über den leicht konischen Befestigungsabschnitt 70, den geringfügig konischen Aufnahmeabschnitt 72 sowie den Versatzabschnitt 74, der den Durchmesser reduzierend zwischen dem Befestigungsabschnitt 70 und dem Aufnahmeabschnitt 72 angeordnet ist. Der Versatzabschnitt 74 ist axial beidseits durch die zwei umlaufenden Kanten 84, 86 begrenzt. Der maximale Durchmesser 110 des Befestigungsabschnitts 70 der Hülse 46 ist deutlich größer als der maximale Durchmesser 112 des Aufnahmeabschnitts 72 des Schottelements 46. An einem ersten axialen Ende 114 des Schottelements 46 befindet sich eine hier beispielhaft kreisförmige erste Öffnung 116 und an einem zweiten, durchmessergrößeren axialen Ende 118 des Schottelements 46 befindet sich eine zweite, hier exemplarisch kreisförmige Öffnung 120. Die partielle hydraulische Trennung zwischen dem Vorratsraum 50 und dem Schaltdruckraum 52 mit einem derart hohen Strömungswiderstand, dass ein schneller Druckausgleich zwischen dem Vorratsdruckraum 50 und dem Schaltdruckraum 52 unmöglich ist, erfolgt erst durch das bevorzugt pressschlüssige Einsetzen des Drosselkörpers 48 in das Schottelement 46.
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4 zeigt eine Draufsicht auf den Drosselkörper 48 gemäß den 1 und 2. Der zur Längsmittenachse 26 rotationssymmetrisch ausgebildete Drosselkörper 48 weist zwei angeschrägte axiale Endabschnitte 78, 80 auf. Die zylindrische Außenfläche 90 des Drosselkörpers 48 weist hier beispielhaft nahezu vollflächig, also außerhalb der beiden konischen Endabschnitte 78, 80, eine dreidimensionale Struktur 130 auf, die hier lediglich exemplarisch als ein Gewinde 132 mit einem durchgehenden Gewindegang mit einer Vielzahl von sich um den Drosselkörper 48 wendelförmig herum schlingenden Windungen ausgeführt ist. Hierdurch ist im Zusammenwirken mit der glatten Innenfläche 92 des Aufnahmeabschnitts 72 des hier lediglich mit gestrichelter Linie angedeuteten des Schottelements 46 eine Blende 94 mit einem wendelförmigen Strömungsweg 134 für das Hydraulikmittel geschaffen. Die Blende 94 setzt dem durchströmenden Hydraulikmittel aufgrund ihrer wirksamen Länge und ihrer Querschnittsgeometrie einen so hohen Strömungswiderstand entgegen, dass ein unverzüglicher Druckausgleich zwischen dem Vorratsdruckraum 50 und dem Schaltdruckraum 52 ausgeschlossen ist. Dadurch kann das Hydraulikmittel sowohl im Vorratsdruckraum 50 als auch im Schaltdruckraum 52 zumindest kurzzeitig unter einem jeweils anderen Druck stehen. Dennoch können Luftblasen, die sich gegebenenfalls im Vorratsdruckraum 50 ansammeln, über diesen Strömungsweg 134 in den Schaltdruckraum 52 und von dort über eine Entlüftungsöffnung in die Umgebung abgelassen werden. Ein wirksamer Gesamtströmungsquerschnitt des Strömungswegs 134 beträgt bei den üblichen als Hydraulikmittel dienenden Motorenölen maximal 0,25 mm2.
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Darüber hinaus kann die dreidimensionale Struktur der Außenfläche 90 des Drosselkörpers 48 außerhalb der beiden konischen Endabschnitte 78, 80 des Drosselkörpers 48 auch durch mindestens eine zumindest abschnittsweise wendelförmig verlaufende Vertiefung, insbesondere einer Nut oder einer Rille gebildet sein. Die als Vertiefung dienenden Nuten können zum Beispiel eine halbkreisförmige, eine halbovale oder eine viereckige Querschnittsgeometrie aufweisen, während die Rillen bevorzugt eine V-förmige beziehungsweise eine dreieckförmige Querschnittsgeometrie aufweisen.
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Abweichend von den hier erläuterten Ausführungsbeispielen zur Gestaltung der Oberflächengeometrie des Drosselkörpers 48 kann grundsätzlich jede dreidimensionale kanalartige Struktur beziehungsweise Textur dienen, die mindestens einen zwischen den beiden konischen Endabschnitten 78, 80 des Drosselkörpers 48 für ein Fluid durchgängigen Strömungsweg für das Hydraulikmittel und Luft bereitstellt. Von Bedeutung hierbei ist, dass sich selbst eine komplexe dreidimensionale Struktur im Bereich der Außenfläche 90 des Drosselkörpers 48 zur Schaffung der Blende 94 im Vergleich zu einer innenseitigen Anordnung, wie zum Beispiel im Fall eines Innengewindes oder dergleichen, fertigungstechnisch auf einfache Weise kostengünstig, großserientauglich, prozesssicher und mit hoher Maßhaltigkeit ausbilden lässt.
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Die in den 5 bis 8 dargestellten hydraulischen Abstützelemente 200, 300 gemäß einer zweiten und einer dritten Ausführungsvariante sowie deren Bauteile weichen lediglich in der Anordnung und Ausbildung der Blende beziehungsweise des schraubenförmigen oder wendelförmigen Strömungsweges von der ersten Ausführungsvariante gemäß den 1 bis 4 ab. Daher werden lediglich die jeweils anderen Bauteile nachfolgend eingehend erläutert.
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Demnach ist bei dem hydraulischen Abstützelement 200 gemäß 5, welches eine zweite Variante eines gemäß den Merkmalen der Erfindung ausgebildeten hydraulischen Abstützelements darstellt, die Blende 294 zwischen dem Vorratsdruckraum 50 und dem Steuerdruckraum 52 zunächst dadurch gebildet, dass im Druckteil 222 des Kolbens 24 ein topfförmiges Schottelement 246 befestigt ist, welches im Bereich des Schaltdruckraumes 52 einen kreisförmigen Boden 247 aufweist, an dem sich radial außen eine weitgehend zylindrische Wand anschließt. Die zylindrische Wand des topfförmigen Schottelements 246 liegt im Bereich ihres schaltdruckraumseitigen Befestigungsabschnitts 70 erkennbar plan an der radialen Innenseite 76 des axial inneren Endabschnitts 44 des Druckteils 222 des Kolbens 24 fest an. Weiter ist vorgesehen, dass an der radialen Innenseite 76 des Endabschnitts 44 des Druckteils 222 des Kolbens 24 wenigstens eine schraubenförmige oder wendelförmige Nut 232 ausgebildet ist, welche zusammen mit der zylindrischen, radial außen glattflächigen Wand des Befestigungsabschnitts 70 des topfförmigen Schottelements 246 einen radial geschlossenen sowie schraubenförmigen oder wendelförmigen Strömungsweg 134 bildet, entlang dem Hydraulikmittel und Luftblasen von dem Vorratsdruckraum 50 in den Schaltdruckraum 52 gelangen können.
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In dem in 6 dargestellten axialen Längsschnitt durch das Druckteil 222 des Kolbens 24 ist deutlich erkennbar, dass an dessen vorratsraumnahen radialen Innenseite 76 die schraubenförmige oder wendelförmige Nut 232 ausgebildet ist, die sich ohne Unterbrechung von dessen vorratsraumseitigen unteren Ende bis axial dicht unter den radialen Durchtritt 56 des Druckteils 222 des Kolbens 24 erstreckt. Im Zusammenwirken mit der im zusammengebauten Zustand eng daran anliegenden radialen, glatten Außenseite des Befestigungsabschnitts 70 des topfförmigen Schottelements 246 bilden diese Bauteile zusammen den erläuterten schraubenförmigen sowie insbesondere radial geschlossenen Strömungsweg 134.
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Bei dem hydraulischen Abstützelement 300 gemäß 7, welches eine dritte Variante eines gemäß den Merkmalen der Erfindung ausgebildeten hydraulischen Abstützelements darstellt, ist bei ansonsten gleichem Aufbau wie bei dem hydraulischen Abstützelement 200 gemäß 5 folgendes vorgesehen: Die radiale Innenseite 76 des Druckteils 22 des Kolbens 24 ist glattflächig ausgebildet, und an der radialen Außenseite 302 des Befestigungsabschnitts 70 des topfförmigen Schottelements 346 ist eine schraubenförmige Nut 332 ausgebildet. Diese schraubenförmige Nut 332 ist deutlich in dem Längsschnitt durch das topfförmige Schottelement 346 gemäß 8 erkennbar. Im zusammengebauten Zustand wird die schraubenförmige Nut 332 des topfförmigen Schottelements 346 durch die glattflächige Innenseite 76 des Druckteils 22 des Kolbens 24 radial abgedeckt, so dass eine Blende 394 mit einem radial geschlossenen sowie schraubenförmigen Strömungsweg 134 gebildet ist. Entlang dieses Strömungsweges 134 können Luftblasen und Hydraulikmittel von dem Vorratsdruckraum 50 in den Schaltdruckraum 52 gelangen.
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Schließlich ist bei dem in 8 gezeigten topfförmigen Schottelement 346 deutlich erkennbar, dass an seinem vorratsdruckraumseitigen freien Ende eine radial nach innen gerichtete Führungsphase 310 ausgebildet ist, welche das Einströmen insbesondere von Luftblasen in den radial geschlossenen sowie schraubenförmigen Strömungsweg 134 beziehungsweise in die schraubenförmige Nut 332 begünstigt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hydraulisches Abstützelement (1. Variante)
- 12
- Topfartiges Gehäuse
- 14
- Gehäuseboden
- 16
- Außenmantel des Gehäuses
- 18
- Bohrung im Gehäuse
- 20
- Arbeitsteil des Kolbens
- 22
- Druckteil des Kolbens, weiteres Bauteil
- 24
- Kolben
- 26
- Längsmittenachse
- 28
- Kopf des Kolbens
- 30
- Stirnseite des Kolbens
- 32
- Bohrung im Kopf des Kolbens
- 34
- Oberer Gehäuserand
- 36
- Spielausgleichseinrichtung
- 38
- Boden des Arbeitsteils des Kolbens
- 40
- Erster radialer Durchlass im Gehäuse
- 42
- Zweiter radialer Durchlass im Gehäuse
- 44
- Endabschnitt des Druckteils des Kolbens
- 46
- Hülsenförmiges Schottelement
- 48
- Drosselkörper
- 50
- Vorratsdruckraum
- 52
- Schaltdruckraum
- 54
- Radialer Durchtritt im Arbeitsteil des Kolbens
- 56
- Radialer Durchtritt im Druckteil des Kolbens
- 58
- Erster Strömungspfad
- 60
- Zweiter Strömungspfad
- 62
- Hochdruckraum
- 64
- Sicherungsring
- 70
- Befestigungsabschnitt des Schottelements
- 72
- Aufnahmeabschnitt des Schottelements
- 74
- Versatzabschnitt des Schottelements
- 76
- Zylindrische Innenfläche am Endabschnitt des Druckteils
- 78
- Erster konischer Endabschnitt des Drosselkörpers
- 80
- Zweiter konischer Endabschnitt des Drosselkörpers
- 82
- Oberer Rand am Aufnahmeabschnitt des Schottelements
- 84
- Erste Umlaufende Kante am Schottelement
- 86
- Zweite Umlaufende Kante am Schottelement
- 88
- Schulter an der Innenfläche des Druckteils
- 90
- Zylindrische Außenfläche des Drosselkörpers
- 92
- Glatte Innenfläche am Aufnahmeabschnitt des Schottelements
- 94
- Blende
- 96
- Aussparung am Druckteil des Kolbens
- 98
- Ringraum
- 100
- Außendurchmesser des Drosselkörpers
- 110
- Maximaler Durchmesser des Befestigungsabschnitts
- 112
- Maximaler Durchmesser des Führungsabschnitts
- 114
- Erstes Ende des Schottelements
- 116
- Erste Öffnung im Schottelement
- 118
- Zweites Ende des Schottelements
- 120
- Zweite Öffnung im Schottelement
- 130
- Dreidimensionale Struktur am Drosselkörper
- 132
- Gewinde, Nut, Rinne
- 134
- Radial geschlossener Strömungsweg
- 200
- Hydraulisches Abstützelement (2. Variante)
- 222
- Druckteil des Kolbens
- 232
- Gewinde, Nut, Rinne im Druckteil 222
- 246
- Topfförmiges Schottelement
- 247
- Boden des topfförmigen Schottelements 246
- 294
- Blende
- 300
- Hydraulisches Abstützelement (3. Variante)
- 302
- Radiale Außenseite des topfförmigen Schottelements 346
- 310
- Fase am topfförmigen Schottelement
- 332
- Gewinde, Nut, Rinne
- 346
- Topfförmiges Schottelement
- 394
- Blende
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 61/992546 [0002]
- DE 10330510 A1 [0003, 0003]
- DE 102008038792 A1 [0004, 0004]
