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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Ventilgehäuse eines Umschaltventils zum Steuern eines Hydraulikölstromes für eine Vorrichtung zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors, welche insbesondere eine Exzenter-Verstelleinrichtung aufweist, wobei das eine Längsachse aufweisende und mit im Wesentlichen zylindrischer Form ausgebildete Ventilgehäuse mit seinem Inneren zur Aufnahme eines hydraulisch ansteuerbaren Ventilschiebers und eines insbesondere mechanisch ausgebildeten Schaltmechanismus versehen ist und eine Außenkontur zur zumindest teilweisen Leitung des Hydraulikölstromes aufweist, und wobei das Ventilgehäuse mit radial verlaufenden Öffnungen versehen ist, welche die Außenkontur fluiddurchlässig mit dessen Innerem verbinden.
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Stand der Technik
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Bei Verbrennungsmotoren wirkt sich ein hohes Verdichtungsverhältnis positiv auf den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors aus. Unter Verdichtungsverhältnis wird im Allgemeinen das Verhältnis des gesamten Zylinderraumes vor der Verdichtung zum verbliebenen Zylinderraum nach der Verdichtung verstanden. Bei Verbrennungsmotoren mit Fremdzündung, insbesondere Ottomotoren, die ein festes Verdichtungsverhältnis aufweisen, darf das Verdichtungsverhältnis jedoch nur so hoch gewählt werden, dass bei Volllastbetrieb ein sogenanntes Klopfen des Verbrennungsmotors vermieden wird.
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Jedoch könnte für den weitaus häufiger auftretenden Teillastbereich des Verbrennungsmotors, also bei geringerer Zylinderfüllung, das Verdichtungsverhältnis mit höheren Werten gewählt werden, ohne dass ein Klopfen auftreten würde. Der wichtige Teillastbereich eines Verbrennungsmotors kann verbessert werden, wenn das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist. Zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses sind verschiedene Systeme beschrieben.
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Aus der
DE 10 2013 103 685 A1 ist eine Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors über die Änderung der wirksamen Länge einer Pleuelstange des Zylinders bekannt. Diese erfolgt hierbei über eine Exzenter-Verstelleinrichtung, deren Auslenkung hydraulisch über ein Umschaltventil gesteuert wird. Das Umschaltventil weist einen Ventilschieber auf, welcher von einem nach der Art einer Kugelschreibermechanik ausgebildeten Schaltmechanismus in seinen Schaltpositionen arretierbar ist, wobei das Umschaltventil durch Aufbringen eines Betätigungsimpulses wechselseitig in eine erste oder zweite Schaltstellung schaltbar ist. Der Ventilschieber und der Schaltmechanismus sind in einem Ventilgehäuse angeordnet, wobei das Ventilgehäuse innerhalb einer Aufnahmebohrung des in seiner wirksamen Länge veränderbaren Pleuels angeordnet sein soll.
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Das Ventilgehäuse des Umschaltventils dient hierbei neben einer Führung des Ventilschiebers auch der Steuerung der Ölflüsse, wofür das Ventilgehäuse eine aufwendig ausgestaltete äußere Geometrie aufweist. Diese besteht aus einer Vielzahl von Bohrungen, Längsnuten und nur teilweise am Umfang verlaufenden Nuten zur Leitung der Ölflüsse zwischen der im Pleuel vorgesehenen Ölgalerie und dem Inneren des Ventilgehäuses.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventilgehäuse für ein Umschaltventil für einen Verbrennungsmotor mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis zu schaffen, welches eine kostengünstigere Fertigung ermöglicht, eine verbesserte Abdichtung gegen Leckage aufweist und sich in besonderer Weise zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses eignet.
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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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Ein Ventilgehäuse eines Umschaltventils zum Steuern eines Hydraulikölstromes für eine Vorrichtung zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors, welche insbesondere eine Exzenter-Verstelleinrichtung aufweist, wobei das eine Längsachse aufweisende und mit im Wesentlichen zylindrischer Form ausgebildete Ventilgehäuse mit seinem Inneren zur Aufnahme eines hydraulisch ansteuerbaren Ventilschiebers und eines insbesondere mechanisch ausgebildeten Schaltmechanismus versehen ist, weist eine Außenkontur zur zumindest teilweisen Leitung des Hydraulikölstromes auf, wobei das Ventilgehäuse mit radial verlaufenden Öffnungen versehen ist, welche die Außenkontur fluiddurchlässig mit dessen Innerem verbinden. Erfindungsgemäß ist die Außenkontur rotationssymmetrisch zur Längsachse ausgebildet.
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Zur Aufnahme des Ventilschiebers und des Schaltmechanismus weist das Ventilgehäuse eine zylindrische Innenkontur auf, die bei einer Beaufschlagung des Umschaltventils mit einem Steuerdruck am Ventilschieber eine im Wesentlichen leckagefreie Bewegung entlang einer Längsachse des Ventilgehäuses bewirkt. Bei einer Verlagerung des Ventilschiebers innerhalb des Ventilgehäuses werden Öffnungen, welche im hohlzylindrisch ausgebildeten Ventilgehäuse radial verlaufen, geöffnet, geschlossen und/oder beispielsweise fluiddurchlässig miteinander verbunden. Die Öffnungen können dabei als Bohrungen ausgeführt sein. Über die Öffnungen ist die Innenkontur und damit die Innenseite des Ventilgehäuses fluiddurchlässig mit der Außenkontur des Ventilgehäuses verbunden.
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In einem montierten Zustand des Ventilgehäuses innerhalb einer Aufnahmebohrung stehen die Öffnungen mit unterschiedlichen Kanälen des Pleuels in Verbindung, welche zur Leitung des Hydrauliköles dienen. Durch die zylindrische Innenkontur und die rotationssymmetrische Außenkontur des Ventilgehäuses weist das Ventilgehäuse eine einfache geometrische Form auf, wodurch eine kostengünstige Fertigung des Ventilgehäuses ermöglicht werden kann. Weiterhin bietet die rotationssymmetrisch um die Längsachse ausgebildete Außenkontur den Vorteil, dass die Montage des Umschaltventils ohne eine präzise Ausrichtung des Ventilgehäuses gegenüber dem Pleuel erfolgen kann, da aufgrund der rotationssymmetrisch ausgebildeten Außenkontur die Leitung des Hydrauliköles unabhängig von der Winkelposition des Ventilgehäuses erfolgt.
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Das Ventilgehäuse kann in einer bevorzugten Ausgestaltung als Drehteil gefertigt werden. Dies bietet den Vorteil, dass beispielsweise durch spanende Bearbeitung eines als nahtloses Rohr ausgebildeten Rohteils in einer Drehbank das Ventilgehäuse aufgrund der rotationssymmetrischen Innen- und Außenkontur in einer kurzen Bearbeitungszeit gefertigt werden kann. Zudem können durch die verringerte Komplexität der Außenkontur und die Fertigung durch Drehen kostengünstig engere Fertigungstoleranzen eingehalten werden, wodurch eine verbesserte Abdichtung des montierten Ventilgehäuses gegen Leckage ermöglicht wird.
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Demgegenüber weist das, in der
DE 10 2013 103 685 A1 offenbarte Ventilgehäuse eine deutlich komplexere Außenkontur auf, welche als Frästeil gefertigt werden muss und somit höhere Kosten in der Fertigung verursacht. Zudem ist durch die komplexere Außenkontur eine Abdichtung der ölführenden Bereiche der Außenkontur aufwendiger und kostspieliger. Weiterhin sind die Öffnungen über an der Außenmantelfläche des Ventilgehäuses vorgesehene Radialnutabschnitte, Ausnehmungen und eine Längsnut miteinander verbunden, wodurch der Fertigungsprozess aufwendiger und kostenintensiver wird, da diese Verbindungen gefräst werden müssen. Problematisch ist aus diesem Grund auch die radiale Abdichtung des Ventilgehäuses gegenüber der Aufnahmebohrung.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in vorteilhafter Weise an einem ersten Ende des Ventilgehäuses ein einstückig mit dem Ventilgehäuse ausgebildeter Gehäuseboden angeordnet und/oder an einem, insbesondere dem ersten, Ende des Ventilgehäuses eine sich nach radial außen erstreckende Auskragung ausgebildet. Das Ventilgehäuse kann also an einem ersten geschlossenen Ende einen einstückig mit dem Ventilgehäuse ausgebildeten Gehäuseboden aufweisen, wodurch ein separater Gehäusedeckel zum Verschließen des ersten Endes des Ventilgehäuses entfällt und somit die Montage vereinfacht wird. Zudem ist der einstückig mit dem Ventilgehäuse ausgebildete Gehäuseboden kostengünstig herzustellen. Beispielsweise kann das Rohteil durch einen spanlosen Umformprozess hergestellt werden, wobei beim anschließenden Drehvorgang die Außenmantelfläche des Ventilgehäuses und der radiale Überstand des Gehäusebodens hergestellt werden.
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Dem ersten geschlossenen Ende gegenüberliegend weist das Ventilgehäuse ein zweites, offenes Ende auf, welches mit einem in dieses einsetzbaren Gehäusedeckel verschließbar ist. Der Gehäusedeckel kann beispielsweise in das Ventilgehäuse eingepresst werden. Die sich nach radial außen erstreckende Auskragung ist an einem Ende des Ventilgehäuses ausgebildet. Die Auskragung kann an dem ersten geschlossenen Ende des Ventilgehäuses einstückig mit dem Ventilgehäuse und dem Gehäuseboden ausgebildet sein. Ebenso kann die Auskragung an dem zweiten offenen Ende ausgebildet sein, und sich dort in radialer Richtung nach außen hin über die Außenkontur hinaus erstrecken.
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Die Auskragung kann an zumindest einem Teil entlang des Umfanges des Ventilgehäuses ausgebildet sein. In einem montierten Zustand des Umschaltventils und somit des Ventilgehäuses kann die Auskragung mit einer kreisringförmigen Fläche flächig an dem Pleuel abgestützt sein, so dass ein Axialanschlag ausgebildet ist und das Ventilgehäuses und damit das Umschaltventil in axialer Richtung fixiert sind. Ein Lösen des Axialanschlages kann beispielsweise durch ein Verstemmen der Auskragung und/oder des Ventilgehäuses mit dem Pleuel vermieden werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Auskragung stirnseitig an ihrer kreisringförmigen Stirnfläche eine umlaufende Nut auf. Diese Nut kann beispielsweise zur Aufnahme eines Dichtelementes in Form eines O-Ringes ausgebildet sein. Durch die Anordnung eines O-Ringes in der Axialnut kann in einem montierten Zustand des Ventilgehäuses zum einen eine Leckage vermindert werden, zum anderen bietet die elastische Verformbarkeit des Dichtelementes, beispielsweise des O-Ringes, die Möglichkeit, eine dynamische Deformation des Pleuels während des Betriebes gegenüber dem Ventilgehäuse auszugleichen.
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Vorzugsweise ist an einem zweiten, dem ersten Ende gegenüberliegenden, Ende des Ventilgehäuses eine Axialsicherung angeordnet. In einem montierten Zustand des Ventilgehäuses kann die Axialsicherung an dem Pleuel abgestützt sein und beispielsweise ein Lösen des Ventilgehäuses in axialer Richtung, beispielsweise in Richtung der Auskragung, vermeiden. Die Axialsicherung kann dabei in Form eines Seegeringes ausgebildet sein, welcher in einer endseitig, benachbart zu dem zweiten Ende, in der Außenkontur des Ventilgehäuses ausgebildeten Nut angeordnet ist. Ebenso ist es denkbar, dass die Axialsicherung in Form eines Sicherungsstiftes ausgebildet ist, welcher in einer radialen Bohrung in dem Ventilgehäuse endseitig angeordnet sein und in einem montierten Zustand an dem Pleuel abgestützt sein kann.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Außenkontur in Umfangsrichtung Nuten unterschiedlicher oder gleicher Tiefe auf, wobei die Nuten mit Hydrauliköl beaufschlagbar oder zur Aufnahme eines Dichtelementes ausgebildet sind. Die Nuten sind dabei in Umfangsrichtung quer zur Längsachse des Ventilgehäuses, rotationssymmetrisch um die Längsachse herum, umlaufend ausgebildet. Die Nuten, welche mit Hydrauliköl beaufschlagbar sind, weisen dabei Öffnungen auf, insbesondere in Form von Bohrungen, welche die jeweils mit Hydrauliköl beaufschlagte Nut der Außenkontur mit der Innenkontur des Ventilgehäuses fluiddurchlässig verbinden.
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Eine Schaltung des Hydraulikölstromes kann dabei durch den mit dem Schaltmechanismus zusammenwirkenden Ventilschieber im Inneren des Ventilgehäuses erfolgen. Zwischen ölführenden Nuten kann jeweils ein Dichtelement, beispielsweise in Form eines O-Ringes, angeordnet sein, wobei das Dichtelement jeweils in einer eigenen Nut aufgenommen sein kann. Die Anordnung von rotationssymmetrisch ausgebildeten, in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten zur Beaufschlagung mit Hydrauliköl bietet den Vorteil, dass bei der Montage des Ventilgehäuses und des Umschaltventils eine aufwendige Ausrichtung des Ventilgehäuses in Drehrichtung nicht erforderlich ist, da aufgrund der umlaufenden Nuten die Leitung des Hydrauliköls in jeder Position erfolgen kann.
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Die Anordnung von Dichtelementen, in Form von O-Ringen, zwischen benachbarten mit Hydrauliköl beaufschlagten Nuten ermöglicht eine verbesserte Abdichtung der Außenkontur gegen Leckageströme, wobei gleichzeitig eine kostengünstige Abdichtung erfolgt, da durch den Einsatz von Dichtelementen die Fertigungstoleranzen gesenkt werden können. Ein weiterer Vorteil der Anordnung von Dichtelementen in der Außenkontur des Ventilgehäuses ist die Möglichkeit, dynamische Deformationen des Pleuels während des Betriebes auszugleichen.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Ventilgehäuse parallel zur Längsachse mindestens eine axiale Bohrung zur fluiddurchlässigen Verbindung mindestens zweier ölführender Nuten vorgesehen. Die mindestens eine Axialbohrung ist dabei in der Wandung des Ventilgehäuses zwischen der Innenkontur und der Außenkontur ausgebildet. Mehrere Axialbohrungen können gleichmäßig entlang des Umfanges des Ventilgehäuses verteilt angeordnet sein. Die durch die Axialbohrung zu verbindenden Nuten der Außenkontur können dabei eine größere Tiefe aufweisen als die nicht zu verbindenden Nuten.
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Die Axialbohrung kann dabei innerhalb der Wandung des Ventilgehäuses unterhalb der nicht zu verbindenden Nuten in der Außenkontur entlanglaufen, ohne fluiddurchlässig mit diesen verbunden zu sein. Gleichzeitig kann die Axialbohrung fluiddurchlässig in Nuten mit einer größeren Tiefe münden, wodurch eine Verbindung zwischen diesen Nuten mit einer ausreichenden Tiefe über die Axialbohrung fluiddurchlässig hergestellt werden kann.
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Zur Vermeidung einer Leckage kann die Axialbohrung bei einer Montage des Umschaltventils beispielsweise durch einen Abdichtungsbolzen leckagefrei verschlossen werden, so dass nur fluiddurchlässige Verbindungen zwischen mindestens zwei, insbesondere ölführenden, Nuten der Außenkontur gewährleistet ist. Alternativ kann die Axialbohrung stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, verschlossen werden. Aufgrund der unterschiedlichen Tiefe der Nuten kann hierbei ein ungewollter hydraulischer Kurzschluss zwischen verschiedenen Nuten vermieden werden.
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Eine Verbindung zwischen den ölführenden Nuten, beispielsweise einer Ölzufuhrnut und einer Ölabfuhrnut innerhalb der Außenkontur des Ventilgehäuses, ermöglicht eine interne Rückführung des Hydrauliköls innerhalb des Ventilgehäuses, so dass weniger Hydrauliköl nachgefördert werden muss, und bietet zudem den Vorteil der Verringerung von Druckpulsationen. Durch die Öleinspeisung kann eine schnellere Einstellung des Verdichtungsverhältnisses am Motor ermöglicht werden. Durch die interne Rückführung des Öls innerhalb des Ventilgehäuses kann eine zusätzliche Ölabführbohrung beispielsweise im Pleueloberteil entfallen. Dies hat den Vorteil einer verbesserten Spannungsverteilung und einer höheren Festigkeit in dem betreffenden Bereich des Pleueloberteils.
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In vorteilhafter Weise sind die Öffnungen in dem Ventilgehäuse schlitzförmig, insbesondere in Umfangsrichtung verlaufend, ausgebildet. Schlitzförmige Öffnungen können beispielsweise mittels eines Scheibenfräsers hergestellt werden. Dabei bietet eine schlitzförmige Öffnung gegenüber beispielsweise einer Bohrung den Vorteil, dass der Querschnitt, bezogen auf die Abmessungen der Ringnut vergrößert wird, wodurch eine Drosselwirkung der Öffnung in dem Fluidkreislauf vermieden werden kann.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Umschaltventil zum Steuern eines Hydraulikölflusses mit einem Ventilgehäuse zur Aufnahme eines Schaltmechanismus, welches, wie vorgehend beschrieben, ausgeführt ist. Das Umschaltventil kann dabei einen Gehäusedeckel, beispielsweise zum Verpressen in dem zweiten offenen Ende des Ventilgehäuses, aufweisen. Weiterhin kann das Umschaltventil Dichtelemente in Form von O-Ringen zur Anordnung an dem Ventilgehäuse aufweisen, und eine Axialsicherung, beispielsweise in Form eines Seegeringes, der in einer Nut in der Außenkontur zur axialen Sicherung des Ventilgehäuses in dem Pleuel angeordnet sein kann.
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Weiterhin betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor, welcher ein einstellbares Verdichtungsverhältnis aufweist, mit mindestens einem Umschaltventil mit einem Ventilgehäuse, welches wie vorstehend beschrieben ausgeführt ist. Der Verbrennungsmotor kann dabei eine regelbare Ölpumpe oder einen Druckspeicher oder eine Zusatzölpumpe zum zumindest kurzzeitigen Bereitstellen eines Schaltdruckes zum Schalten des Umschaltventils aufweisen. Dies ermöglicht vorteilhaft eine Integration des Umschaltventils in vorhandene Motorölsysteme, wodurch der Einsatzbereich des Umschaltventils mit dem erfindungsgemäßen Ventilgehäuse erweitert werden kann.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der unabhängigen Ansprüche und der abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Ansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Ansprüche 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 Zeichnungen verwiesen, in der Ausführungsbeispiele vereinfacht, zum Teil in unterschiedlichem Maßstab, dargestellt sind.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer aus einem Arbeitskolben und einem Pleuel bestehenden Einheit mit einem Verstellelement, über welches an einem Kolbenbolzen die Lage des Arbeitskolbens gegenüber dem Pleuel veränderbar ist;
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2 einen Hydraulikplan mit dem in diesem angeordneten Umschaltventil sowie mit in Stützzylindern geführten Stellkolben, die mit dem Verstellelement nach 1 zusammenwirken;
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3a, b eine schematische Ansicht sowie eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Ventilgehäuses;
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4 eine schematische Schnittansicht eines montierten Umschaltventils mit einem Ventilgehäuse gemäß 3a, b mit einem darin angeordneten Schaltmechanismus;
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5a, b eine perspektivische Ansicht eines Ventilgehäuses in einem unmontierten und einem montierten Zustand;
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6a, b eine alternative Ausgestaltung eines Ventilgehäuses mit Öffnungen in Form von Schlitzbohrungen;
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7a, b eine schematische Ansicht und eine Schnittansicht eines Ventilgehäuses mit Axialbohrungen zur Verbindung ölführender Nuten;
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8 eine schematische Schnittansicht des in 7a, b dargestellten Ventilgehäuses in einem montierten Zustand und
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9 eine schematische Schnittansicht des in 8 dargestellten Ventilgehäuses mit einem darin angeordneten Schaltmechanismus.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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In der 1 ist mit 1 ein Pleuel für eine Zylindereinheit eines Verbrennungsmotors bezeichnet, das aus einem Pleueloberteil 2 und einem Pleuelunterteil 3 besteht. Das Pleueloberteil 2 und das Pleuelunterteil 3 bilden gemeinsam ein Pleuellagerauge 4, über welches das Pleuel 1 auf einem nicht näher dargestellten Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert ist. An seinem anderen Ende ist das Pleueloberteil 2 mit einem Pleuelauge 5 versehen, in welchem über ein als Exzenter 6 ausgebildetes Verstellelement 7 und ein nicht näher dargestelltes Kolbenbolzenlager ein Kolbenbolzen 8 angeordnet ist.
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Über diesen drehbar im Kolbenbolzenlager geführten Kolbenbolzen 8 ist ein Arbeitskolben 9 einer Zylindereinheit des Verbrennungsmotors an dem Verstellelement 7 geführt, wobei dessen Verdrehung in einer Richtung zur Einstellung eines verhältnismäßig geringen Verdichtungsverhältnisses und dessen Verdrehung in die entgegengesetzte Richtung zur Einstellung eines höheren Verdichtungsverhältnisses führt.
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Der Exzenter 6 wird durch die in der Zylindereinheit zwischen dem Pleuel 1 einerseits und dem Kolbenbolzen 8 oder dem Kurbelzapfen andererseits auftretenden Triebwerkskräfte, also Massenkräfte und Lastkräfte, verstellt. Im Arbeitstakt der Zylindereinheit ändern sich die wirkenden Kräfte kontinuierlich. Der Zylinder 6 weist diametral verlaufende Laschen 10 und 11 auf, die jeweils über Kolbenstangen 12 und 13 mit einfach wirkenden Stellkolben 14 und 15 verbunden sind. Die Stellkolben 14 und 15 greifen über die vorgenannten Bauelemente an dem Exzenter 6 an, um diesen zu verdrehen sowie abzustützen. Somit kann durch die Stellkolben 14 und 15 die Drehbewegung des Exzenters 6 unterstützt und seine Rückstellung, die aufgrund der mit unterschiedlichen Kraftrichtungen auf den Exzenter 6 übertragenen Kräfte auftreten kann, vermieden werden.
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Die Stellkolben 14 und 15 sind in Stützzylindern 16 und 17 geführt und bilden gemeinsam mit diesen Druckräume 18 und 19, in die als Hydraulikmedium dienendes Schmieröl des Verbrennungsmotors aus einem im Pleuellagerauge 4 angeordneten Pleuellager 20 über Ölzulaufleitungen 21 und 22 einströmen kann. Weiterhin geht von jedem der Druckräume 18 und 19 eine Ölrücklaufleitung 23 bzw. 24 aus, die beide in einer Aufnahmebohrung 25 für ein im Folgenden näher beschriebenes Umschaltventil einmünden. Von dem Pleuellager 20 führt außerdem eine Steuerleitung 26, deren Funktion nachfolgend im Zusammenhang mit der 2 erläutert wird, zu der Aufnahmebohrung 25.
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Aus dem Hydraulikplan der 2 geht die Verbindung des durch ein hydraulisches Schaltsymbol als 4/2-Wegeventil dargestellten Umschaltventils mit den Rücklaufleitungen 23 und 24, einer drucklosen Tankleitung 27, die in eine Ölwanne des Verbrennungsmotors führt, sowie der Steuerleitung 26 hervor. Eine in ihrem Fördervolumen verstellbare Hydraulikpumpe 31 fördert danach das als Hydraulikflüssigkeit dienende Schmieröl über eine Ölgalerie 28 in das Pleuellager 20, das in der schematischen Darstellung als deren Verbindung mit den beiden Ölzulaufleitungen 21 und 22 dargestellt ist.
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In jeder der Ölzulaufleitungen 22 und 23 ist ein Rückschlagventil 29, 30 angeordnet, so dass das Ölvolumen, das sich in den Druckräumen 18 und 19 der beiden Stützzylinder 16 und 17 befindet, aus diesen nur über die jeweilige Ölrücklaufleitung 23 oder 24, die über das Umschaltventil gesteuert werden, austreten kann. Wie weiterhin aus der 2 hervorgeht, ist das Umschaltventil hydraulisch über den Druck der Ölgalerie 28 bzw. der Ölzulaufleitungen 21 und 22 betätigt. Wie bereits dargelegt, soll die Steuerleitung 26, über die die hydraulische Betätigung erfolgt, vorzugsweise im Pleuellager 20 von der Ölgalerie 28 bzw. von den Ölzulaufleitungen 21 und 22 abzweigen. Über eine Rücklaufleitung 32 kann mittels des Umschaltventils Druckmittel drucklos in eine Ölwanne des Verbrennungsmotors abgeführt werden.
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In der 3a ist das Ventilgehäuse 33 eines Umschaltventils 34 zur Anordnung in der Aufnahmebohrung 25 des Pleuels 1 dargestellt. Das Ventilgehäuse 33 ist dabei rotationssymmetrisch zu einer Längsachse 35 ausgebildet. Das Ventilgehäuse 33 weist eine Außenkontur 36 auf, welche ebenfalls rotationssymmetrisch zur Längsachse 35 ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Nuten 37 und 37a aufweist, welche in der Umfangsfläche des Ventilgehäuses 33 parallel und benachbart zueinander in Umfangsrichtung angeordnet und ausgebildet sind. Das Ventilgehäuse 33 weist ein erstes Ende 38 auf, welches geschlossen ist, und ein zweites Ende 39, welches geöffnet ist, so dass von dort aus ein Ventilschieber und der Schaltmechanismus (nicht dargestellt) in das Innere des Ventilgehäuses 33 eingesetzt werden können.
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An dem ersten Ende 38 (3b) weist das Ventilgehäuse 33 einen einstückig mit dem Ventilgehäuse 33 ausgebildeten Gehäuseboden 40 auf. Ebenfalls an dem ersten Ende 38 weist das Ventilgehäuse 33 eine einstückig mit dem Ventilgehäuse 33 und dem Gehäuseboden 40 ausgebildete Auskragung 41 auf, wobei die Auskragung 41 sich in radialer Richtung über die Außenkontur 36 hinaus erstreckt. Die Auskragung 41 ist ebenfalls rotationssymmetrisch zur Längsachse 35 ausgebildet. An einer dem zweiten Ende 39 zugewandten Seite der Auskragung ist eine Nut 42 ausgebildet. Die Nut 42 der Auskragung 41 dient der Aufnahme eines nicht dargestellten Dichtelements, beispielsweise in Form eines O-Ringes. Durch das Dichtelement kann in einem montierten Zustand des Ventilgehäuses 33 in dem Pleuel 1 eine verbesserte Abdichtung zwischen dem Pleuel 1 und der Auskragung 41 erreicht werden.
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In der Wandung des Ventilgehäuses 33 sind eine Mehrzahl von Öffnungen 43 angeordnet, welche radial verlaufen, also die Wandung des Ventilgehäuses 33 durchdringen. Die Öffnungen 43 sind dabei in Form von Bohrungen ausgebildet, welche somit die Außenkontur 36 mit einer im Inneren des Ventilgehäuses ausgebildeten Innenkontur 44 und somit mit dem Inneren des Ventilgehäuses 33 fluiddurchlässig verbinden. Die Öffnungen 43 sind in den Nuten 37a der Außenkontur 36 ausgebildet, welche mit Hydrauliköl beaufschlagt werden.
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Eine Schaltung der Hydraulikölströme, welche durch die Außenkontur 36 geleitet werden können, erfolgt über den in 4 dargestellten hydraulisch ansteuerbaren Ventilschieber 46, der mit einem mechanischen Schaltmechanismus 45 zusammenwirkt und gemeinsam mit diesem innerhalb des Ventilgehäuses 33 angeordnet ist. Der Schaltmechanismus 45 ist nach der Art einer Kugelschreibermechanik ausgebildet und greift an dem Steuerschieber 46 an, welcher in axialer Richtung entlang eines Halteteils 47 und des Ventilgehäuses 33 zur Schaltung von Hydraulikölströmen verlagerbar ist.
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Zur Schaltung der Hydraulikölströme weist der Ventilschieber 46 radial außen eine Ausnehmung 48 auf, über welche eine fluiddurchlässige Verbindung zwischen unterschiedlichen mit Hydrauliköl beaufschlagten Nuten 37a über Öffnungen 43 hergestellt werden kann. Der Ventilschieber 46 trennt einen ersten Druckraum 49 von einem zweiten Druckraum 50 und ist durch eine in Richtung des ersten Druckraumes 49 wirkende Rückstellfeder 51 mit einer Rückstellkraft beaufschlagt. Über einen als Kugelschreibermechanik ausgebildeten Mechanismus mit einem Förderkranz 52, einem Drehkranz 53 sowie einer Verdrehfeder 54 ist der Steuerschieber 46 in zwei Schaltstellungen zur Steuerung des Hydraulikölstromes zur Einstellung des Exzenters des Pleuels 1 verrastbar. Diese Kugelschreibermechanik ist als SecuritTM-Mechanik bekannt. Alternativ dazu kann der Mechanismus auch als Herzkurvenmechanik ausgebildet sein.
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In der dargestellten Stellung des Steuerschiebers 46 wird über die Ausnehmung 48 eine Ablaufnut 55 über die Öffnungen 43 mit der Ölablaufnut 56 fluiddurchlässig verbunden. Zur näheren Erläuterung sei darauf hingewiesen, dass in Übereinstimmung mit 2 die Ablaufnut 55 mit der Ölrücklaufleitung 23 und die Ölablaufnut 56 mit der Rücklaufleitung 32 verbunden sein können. Bei einer Erhöhung des Hydrauliköldruckes, welcher über eine Ölzulaufnut 57 zugeführt wird und über eine Öffnung 43 in den ersten Druckraum 49 gelangt, kann der Steuerschieber 46 in axialer Richtung derart verlagert werden, dass die Ablaufnut 55 verschlossen wird und stattdessen eine Ablaufnut 58, die an die Ölrücklaufleitung 24 der 2 angeschlossen ist, mit der Ölablaufnut 56 fluiddurchlässig verbunden wird. Durch die Verlagerung des Steuerschiebers 46 erfolgt eine Schaltung des Hydraulikölstromes, wodurch die Druckräume 18, 19 drucklos geschaltet oder gegenüber dem Ölrücklauf abgesperrt werden können, wodurch eine Verstellung des Exzenters 6 des Pleuels 1 und damit des Verdichtungsverhältnisses vorgenommen werden kann.
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Zur Trennung der mit Hydrauliköl beaufschlagten Nuten 37, 57, 55, 56, 58 sind in der Außenkontur 36 innerhalb von Nuten 37 Dichtelemente 59 in Form von sogenannten O-Ringen angeordnet, wodurch die Leckage des Hydraulikölstromes deutlich reduziert werden kann. An dem zweiten Ende 39 des Ventilgehäuses 33 ist eine Axialsicherung 60 in Form eines Seegeringes 61 angeordnet, wobei der Seegering 61 innerhalb einer endseitig benachbart zu dem zweiten Ende 39 des Ventilgehäuses 33 ausgebildeten Nut 37 angeordnet ist.
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In 5a ist eine perspektivische Ansicht des Ventilgehäuses 33 mit der rotationssymmetrisch ausgebildeten Außenkontur 36 dargestellt. Der Gehäuseboden 40 ist dabei einstückig mit der Auskragung 41 ausgebildet, wobei innerhalb der Auskragung 41 die umlaufende axial gerichtete Nut 42 ausgebildet ist, welche ebenfalls rotationssymmetrisch ausgeformt ist und dem zweiten Ende 39 des Ventilgehäuses 33 zugewandt ist. Das Ventilgehäuse 33 weist Öffnungen 43 auf, welche die Außenkontur 36 mit der zylindrischen Innenkontur 44 fluiddurchlässig verbinden. Das Ventilgehäuse 33 (5b) weist in einem montierten Zustand an seiner Außenmantelfläche in Nuten 37 angeordnete Dichtelemente 59 in Form von O-Ringen auf, wodurch eine Leckage zwischen den Hydrauliköl beaufschlagten Nuten 57, 55, 56, 58, verringert werden kann. In der Nut 42 der Auskragung 41 ist ebenfalls ein Dichtelement 59 angeordnet.
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Das offene zweite Ende 39 des Ventilgehäuses 33 ist mit einem in das Ventilgehäuse 33 eingepressten Gehäusedeckel 62 verschlossen. Die Axialsicherung 60 in Form des Seegeringes 61 ist ebenfalls benachbart zu dem zweiten Ende 39 des Ventilgehäuses 33 montiert, damit die Axialsicherung 60 in montiertem Zustand des Umschaltventils 34 und des Ventilgehäuses 33 an dem Pleuel 1 in axialer Richtung abstützbar ist. Die Axialsicherung 60 dient in dem montierten Zustand des Umschaltventils 34 in der Aufnahmebohrung 25 des Pleuels 1 zur Sicherung des Umschaltventils 34 bzw. des Ventilgehäuses 33 gegen eine axiale Bewegung des Ventilgehäuses 33, wobei die Axialsicherung 60 beispielsweise mit der ebenfalls an dem Pleuel 1 abstützbaren Auskragung 41 zusammenwirken kann, um eine in beide Richtungen wirkende axiale Sicherung des Ventilgehäuses 33 zu ermöglichen.
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In 6a ist eine alternative Ausgestaltung des Ventilgehäuses 33 dargestellt, wobei nur mit Hydrauliköl beaufschlagte Nuten 37a vorgesehen sind. Nuten 37 zur Aufnahme von Dichtelementen 59 sind nicht dargestellt, könnten aber zwischen den ölführenden Nuten 37a angeordnet werden. Die Nuten 37a in Form der Ölzulaufnut 57, der Ablaufnut 55, der Ölablaufnut 56 sowie der Ablaufnut 58 weisen Öffnungen 43 zur fluiddurchlässigen Verbindung mit der Innenkontur des Ventilgehäuses 33 auf, welche schlitzförmig ausgebildet sind. Die schlitzförmigen Öffnungen 43 (6b) sind innerhalb der Nuten 37 der Außenkontur 36 entlang des Umfanges des Ventilgehäuses 33 angeordnet. Das dargestellte Ventilgehäuse 33 ist ohne Gehäuseboden 40 oder Gehäusedeckel 62 dargestellt, kann jedoch mit einem einstückig mit dem Ventilgehäuse 33 ausgebildeten Gehäuseboden und/oder einer Auskragung 41 ausgebildet sein.
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In 7a ist ein Ventilgehäuse 33 dargestellt, dessen Außenkontur 36 eine Mehrzahl an Nuten 37 und 37a aufweist, wobei die Nuten 37a in radialer Richtung unterschiedliche Tiefen aufweisen. Die unterschiedlichen Tiefen der Nuten 37a sind in 7b deutlich zu erkennen. Die Ölzulaufnut 57 und die Ölablaufnut 56 weisen dabei eine größere Tiefe auf als die anderen ölführenden Nuten 55 und 58 sowie die Nuten 37 für die Dichtelemente 59 oder den Seegering 61. Dies hat den Vorteil, dass die Ölablaufnut 56 und die Ölzulaufnut 57 durch eine in axialer Richtung parallel zur Längsachse 35 des Ventilgehäuses 33 innerhalb der Wandung des Ventilgehäuses 33 angeordneten Axialbohrung 63 fluiddurchlässig miteinander verbunden werden können, ohne einen hydraulischen Kurzschluss mit den anderen Nuten 37, 55, 58 zu bewirken. Die in axialer Richtung zwischen der Ölzulaufnut 57 und der Ölablaufnut 56 angeordneten Nuten 37a weisen eine geringere Tiefe auf, so dass die Axialbohrung 63 diese Nuten 37a passieren kann, ohne dass es zu einer fluiddurchlässigen Verbindung kommt.
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Die Öffnungen 43 sind entlang des Umfanges des Ventilgehäuses 33 derart verteilt angeordnet, dass zwischen den Öffnungen 43 die mindestens eine Axialbohrung 63 in das Gehäuse eingebracht werden kann. Die Axialbohrungen 63 sind ausgehend von dem offenen zweiten Ende 39 des Ventilgehäuses 33 in axialer Richtung in die Wandung des Ventilgehäuses 33 gebohrt. Bei der Montage des Ventilgehäuses 33 und des Umschaltventils 34 werden die Axialbohrungen 63 mittels Abdichtungsbolzen 64 benachbart zu dem zweiten Ende 39 des Ventilgehäuses 33 verschlossen (siehe 8), so dass lediglich eine fluiddurchlässige Verbindung zwischen den vertieften Nuten 37a, nämlich der Ölzulaufnut 57 und der Ölablaufnut 56, besteht. Eine fluiddurchlässige Verbindung jeweils zwischen der Ablaufnut 55 sowie der Ablaufnut 58 und der vertieften Ölabfuhrnut 56 wird, wie zuvor erläutert, über den (nicht dargestellten) Ventilschieber hergestellt.
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In der 9 ist ein Umschaltventil 34 in einem montierten Zustand dargestellt, wobei innerhalb des Ventilgehäuses 33 ein Schaltmechanismus 45 mit einem Ventilschieber 46 dargestellt ist. Der Ventilschieber 46 ist in einer Zwischenposition dargestellt, wobei die radiale Ausnehmung 48 des Ventilschiebers 46 mittig zu der Öffnung 43 der Ölablaufnut 56 angeordnet ist, so dass weder die Ablaufnut 55 noch die Ablaufnut 58 fluiddurchlässig mit der Ölablaufnut 56 verbunden sind. Stattdessen wird das über die Ölzulaufnut 57 zugeführte Öl über die Axialbohrung 63 zur Ölablaufnut 56 geleitet. Zudem ist über die benachbart zu dem ersten Ende 38 angeordnete Öffnung 43 der erste Druckraum 49 ebenfalls fluiddurchlässig mit der Ölzulaufnut 57 verbunden, wodurch die dargestellte Auslenkung des Steuerschiebers 46 in axialer Richtung entgegen der Rückstellfeder 51 bewirkt wird. Die Nuten 37, insbesondere zur Aufnahme der Dichtelemente 59, die Ablaufnut 55 sowie die Ablaufnut 58 weisen im Wesentlichen dieselbe Tiefe in radialer Richtung auf, welche geringer ist als die Tiefe der Ölzulaufnut 57 und der Ölablaufnut 56 in radialer Richtung.
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Dadurch können die Ölablaufnut 56 und die Ölzulaufnut 57 innerhalb der Wandung des Ventilgehäuses 33 durch Axialbohrungen 63 fluiddurchlässig miteinander verbunden werden. Dies bietet den Vorteil, dass das aus den Druckräumen 18 oder 19 abgeleitete Druckmittel in die Steuerleitung 26 eingespeist wird (siehe 2). In diesem Fall würde die in der 2 dargestellte Rücklaufleitung 32 mit der Steuerleitung 26 verbunden sein. Das führt in vorteilhafter Weise zu geringeren Druckverlusten in der Ölgalerie des Verbrennungsmotors. Des Weiteren können durch die Axialbohrungen 63 Druckpulsationen in dem Hydrauliköl verringert werden, welche beispielsweise durch die Ölpumpe oder die Förderung des Hydrauliköls durch die Kurbelwelle verursacht werden können, da das durch die Axialbohrungen 63 umgeleitete Hydrauliköl als Druckspeicher dient.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pleuel
- 2
- Pleueloberteil
- 3
- Pleuelunterteil
- 4
- Pleuellagerauge
- 5
- Pleuelauge
- 6
- Exzenter
- 7
- Verstellelement
- 8
- Kolbenbolzen
- 9
- Arbeitskolben
- 10
- Lasche
- 11
- Lasche
- 12
- Kolbenstange
- 13
- Kolbenstange
- 14
- Stellkolben
- 15
- Stellkolben
- 16
- Stützzylinder
- 17
- Stützzylinder
- 18
- Druckraum
- 19
- Druckraum
- 20
- Pleuellager
- 21
- Ölzulaufleitung
- 22
- Ölzulaufleitung
- 23
- Ölrücklaufleitung
- 24
- Ölrücklaufleitung
- 25
- Aufnahmebohrung
- 26
- Steuerleitung
- 27
- Tankleitung
- 28
- Ölgalerie
- 29
- Rückschlagventil
- 30
- Rückschlagventil
- 31
- Hydraulikpumpe
- 32
- Rücklaufleitung
- 33
- Ventilgehäuse
- 34
- Umschaltventil
- 35
- Längsachse
- 36
- Außenkontur
- 37
- Nut zur Aufnahme von 59
- 37a
- Nut zur Ölführung
- 38
- erstes Ende
- 39
- zweites Ende
- 40
- Gehäuseboden
- 41
- Auskragung
- 42
- Nut
- 43
- Öffnung
- 44
- Innenkontur
- 45
- Schaltmechanismus
- 46
- Ventilschieber
- 47
- Halteteil
- 48
- Ausnehmung
- 49
- erster Druckraum
- 50
- zweiter Druckraum
- 51
- Rückstellfeder
- 52
- Förderkranz
- 53
- Druckkranz
- 54
- Verdrehfeder
- 55
- Ablaufnut
- 56
- Ölablaufnut
- 57
- Ölzulaufnut
- 58
- Ablaufnut
- 59
- Dichtelement
- 60
- Axialsicherung
- 61
- Seeger-Ring
- 62
- Gehäusedeckel
- 63
- Axialbohrung
- 64
- Abdichtungsbolzen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013103685 A1 [0004, 0012]
