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Die Erfindung betrifft ein Nockenstück für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine und einen Ventiltrieb mit einem solchen Nockenstück. Dieses umfasst einen Kulissenabschnitt, an dessen Außendurchmesser eine Verschiebenut gewindeartig verläuft, die dem Einfassen von Aktuatorstiften eines dem Nockenstück zugeordneten Stellaktuators zur Axialverschiebung des Nockenstücks zu einer Grundwelle dient, und der mit einer Auswurfnut ausgestattet ist, die sich ausgehend von einem Einlaufbereich in den Kulissenabschnitt hinein erstreckt und dort auf den Außendurchmesser ausläuft.
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Aus der
DE 10 2013 210 487 A1 ist ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, der nach Art eines Schiebenockensystems ausgestaltet ist. Dabei sind auf Grundwellen mehrere Nockenstücke drehfest und axial verschiebbar geführt, wobei jedes Nockenstück einen Kulissenabschnitt aufweist, an dessen Außendurchmesser eine gewindeartig verlaufende Verschiebenut ausgestaltet ist. Zudem ist jedem Nockenstück ein ortsfester Stellaktuator zugeordnet, bei dem zwei Aktuatorstifte aus Grundstellungen in entsprechende Eingriffsstellungen ausgefahren werden können, in denen die Aktuatorstifte dann in die Verschiebenut am zugeordneten Nockenstück einfassen und im Zusammenspiel entsprechend dem Verlauf der Verschiebenut eine entsprechende Axialverschiebung des Nockenstücks zur Grundwelle einleiten. Axial beidseitig des jeweiligen Kulissenabschnitts ist jedes Nockenstück zudem mit zwei Nockenabschnitten versehen, die sich jeweils aus mehreren axial nebeneinanderliegenden Einzelnocken mit unterschiedlichen Nockenkonturen zusammensetzen. In jeder Axialstellung des Nockenstücks zur Grundwelle wird dann über einen der Einzelnocken jedes Nockenabschnitts eine entsprechende Betätigung zugehöriger Gaswechselventile vorgenommen. Die Position der Nockenstücke auf den Grundwellen wird über Sensoren erfasst, wobei eingangs der
DE 10 2013 210 487 A1 als hierzu bekannte Alternative auch eine Initialisierungsprozedur beschrieben wird, mittels der bei einer ersten Inbetriebnahme oder auch fehlenden Rückwurfsignalen der Aktuatorstifte eine Überführung des Nockenstücks in eine definierte Position vollzogen wird.
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Ein Ventiltrieb, der ein Nockenstück mit den eingangs genannten Merkmalen aufweist, ist aus der
DE 10 2011 004 912 A1 bekannt.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Nockenstück für einen Ventiltrieb zu schaffen, mittels dem eine Beschädigung eines zugehörigen Stellaktuators zuverlässig ausgeschlossen werden kann.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Ventiltrieb, bei dem ein entsprechend gestaltetes Nockenstück zur Anwendung kommt, geht ferner aus den Ansprüchen 6 und 7 hervor.
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Gemäß der Erfindung umfasst ein derartiger Ventiltrieb eine Grundwelle, auf der ein Nockenstück drehfest und axial verschiebbar geführt ist und einen Kulissenabschnitt aufweist, an dessen Außendurchmesser eine Verschiebenut gewindeartig verläuft, wobei Aktuatorstifte eines ortsfesten Stellaktuators gezielt in die Verschiebenut aus einer Grundstellung ausfahrbar sind, um im Zusammenspiel mit der Verschiebenut eine entsprechende Axialverschiebung des Nockenstücks zur Grundwelle hervorzurufen. Der Kulissenabschnitt ist mit einer Auswurfnut ausgestattet, die sich ausgehend von einem Einlaufbereich in den Kulissenabschnitt hinein erstreckt und dort auf den Außendurchmesser ausläuft, wobei sich die Auswurfnut an einer axialen Stirnseite des Kulissenabschnitts gewindeähnlich verlaufend axial in den Kulissenabschnitt hinein erstreckt. Der Einlaufbereich liegt in Umfangsrichtung an einer Stelle, an der ein axial neben den Kulissenabschnitt fassender Aktuatorstift der Aktuatorstifte im Zuge der Axialverschiebung des Nockenstücks durch einen anderen Aktuatorstift der Aktuatorstifte axial in den Kulissenabschnitt eintaucht.
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Das drehfest und axial verschiebbar auf der Grundwelle geführte Nockenstück ist hierzu bevorzugt an einer Durchgangsbohrung mit einem Innenprofil versehen, mit dem es auf einem korrespondierenden Außenprofil der Grundwelle aufgesetzt wird. Diese Profile sind dabei als entsprechende Mitnahmeprofile gestaltet, wie beispielsweise als Keilverzahnung.
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Der Ventiltrieb ist also prinzipiell nach Art eines Schiebenockenventiltriebs gestaltet, bei dem ein Nockenstück drehfest und axial verschiebbar auf einer Grundwelle platziert ist, um in unterschiedlichen Axialstellungen eine Ansteuerung eines zugeordneten Gaswechselventils im Einzelnen mit unterschiedlich gestalteten Einzelnocken vorzunehmen. In jeder Axialstellung wird einer der Einzelnocken axial in Überdeckung mit einem zugehörigen Übertragungselement gebracht, an dem der Einzelnocken dann anläuft und dieses entsprechend seiner Nockenerhebung betätigt. Das Übertragungselement setzt die Nockenkontur des Einzelnockens in entsprechende Öffnungs- und Schließbewegungen des Gaswechselventils um. Prinzipiell kann es sich bei dem Übertragungselement um einen hebelartigen Nockenfolger, wie einen Schlepp- oder Kipphebel, oder auch um einen Tassenstößel handeln.
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Der ortsfeste Stellaktuator ist bevorzugt als elektromechanischer Aktuator ausgeführt, dessen Aktuatorstifte durch eine entsprechende Aktuatorik aus ihrer Grundstellung in die Eingriffsstellung ausgefahren werden können. Besonders bevorzugt wird dabei eine aktuelle Stellung des einzelnen Aktuatorstifts überwacht.
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Die Erfindung umfasst die technische Lehre, dass der Kulissenabschnitt mit einer Auswurfnut ausgestattet ist, die sich ausgehend von einem Einlaufbereich an einer axialen Stirnseite des Kulissenabschnitts gewindeähnlich verlaufend axial in den Kulissenabschnitt hinein erstreckt und dort auf den Außendurchmesser ausläuft. Dabei liegt der Einlaufbereich in Umfangsrichtung an einer Stelle, an der ein axial neben den Kulissenabschnitt fassender Aktuatorstift im Zuge der Axialverschiebung des Nockenstücks durch einen anderen Aktuatorstift axial in den Kulissenabschnitt eintaucht. Mit anderen Worten ist also der Kulissenabschnitt des Nockenstücks neben der Verschiebenut noch mit einer Auswurfnut ausgestattet, die ausgehend von einem Einlaufbereich an einer axialen Stirnseite des Kulissenabschnitts axial nach innen verläuft und dort auf den Außendurchmesser des Kulissenabschnitts ausläuft. Wird dann das Nockenstück durch einen Aktuatorstift axial verschoben und ist ein weiterer Aktuatorstift axial neben dem Kulissenabschnitt liegend ausgefahren, so läuft dieser Aktuatorstift im Zuge der Axialverschiebung in die Auswurfnut ein und wird in seine Grundstellung zurückgedrückt.
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Eine derartige Ausgestaltung des Nockenstücks hat den Vorteil, dass mit Hilfe der Auswurfnut eine Kollision eines noch ausgefahrenen Aktuatorstifts mit dem Kulissenabschnitt im Zuge von dessen Axialverschiebung über einen anderen Aktuatorstift verhindert werden kann. Denn ansonsten würde es bei einem Anlaufen des neben den Kulissenabschnitt fassenden Aktuatorstifts bei der Axialverschiebung zu einem Auseinanderdrücken der Aktuatorstifte kommen, was eine beträchtliche Beschädigung des Stellaktuators nach sich ziehen würde. Mit Hilfe der Auswurfnut wird nun gewährleistet, dass ein, beispielsweise nach einer Initialisierungsprozedur, ungeplant in der Eingriffsstellung verharrender Aktuatorstift zuverlässig in seine Grundstellung zurückgeschoben wird und es nicht zu der mechanischen Belastung des Stellaktuators kommt. Eine ungeplante Stellung des Aktuatorstifts in seiner Eingriffsstellung kann beispielsweise aufgrund von Verschmutzungen oder auch bei niedrigen Temperaturen und dementsprechend längeren Rückhubzeiten vorliegen. Insgesamt lässt sich also die Gefahr einer Beschädigung des Stellaktuators und damit auch generell des Ventiltriebs minimieren.
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Im Falle der
DE 10 2013 210 487 A1 ist hingegen keine Maßnahme getroffen, um eine Rücküberführung eines ungewollt in der Schaltstellung verbleibenden Aktuatorstifts im Zuge der Axialverschiebung des Nockenstücks zu vollziehen. Insofern kann es hier zu der Beschädigung des Stellaktuators aufgrund einer Kollision des noch ausgefahrenen Aktuatorstifts mit dem Nockenstück kommen.
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Eine Position des Einlaufbereichs der Auswurfnut ist an dem Kulissenabschnitt so vorzusehen, dass der axial neben den Kulissenabschnitt fassende Aktuatorstift bei der axialen Verschiebung des Nockenstücks über den jeweils anderen Aktuatorstift vor einer Kollision mit dem Kulissenabschnitt in die Auswurfnut einfädelt und dann im Zuge der weiteren Axialverschiebung des Nockenstücks ausgeschoben wird. Mit einem „axial neben den Kulissenabschnitt fassenden Aktuatorstift” ist hierbei gemeint, dass der Aktuatorstift zwar in seine Eingriffsstellung ausgefahren ist, dabei aber axial nicht mit dem Kulissenabschnitt des Nockenstücks überdeckt.
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In Weiterbildung der Erfindung liegt ein Einlaufbereich der Auswurfnut radial auf Höhe von Eingriffsstellungen der Aktuatorstifte. Hierdurch wird gewährleistet, dass der ausgefahrene und axial neben den Kulissenabschnitt fassende Aktuatorstift in die Auswurfnut einlaufen kann. Idealerweise sollte der Einlaufbereich radial etwas tiefer liegen als die Eingriffsstellung des Aktuatorstifts, um ein ausreichendes Spiel für das Einlaufen des Aktuatorstifts zu haben.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Steigung der Auswurfnut, mit der diese auf den Außendurchmesser ausläuft, steiler als eine Steigung einer Auswurframpe der Verschiebenut. Hierdurch kann der ungewollt noch in der Eingriffsstellung stehende Aktuatorstift auch bei niedrigen Drehzahlen ausgeschoben werden.
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Ein axialer Verlauf der Auswurfnut kann im Wesentlichen einem axialen Verlauf eines für die Axialverschiebung durch den anderen Aktuatorstift vorgesehenen Teils der Verschiebenut nachempfunden sein. Hierdurch wird erreicht, dass der noch ausgefahrene und in die Auswurfnut einlaufende Aktuatorstift bis zu seiner Rücküberführung in seine Grundstellung stets ohne Kollision im Kulissenabschnitt laufen kann und es somit nicht zu einem Auseinanderdrücken der Aktuatorstifte des Stellaktuators kommt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Kulissenabschnitt nur an einer axialen Stirnseite mit einer Auswurfnut versehen. Dies ist dann ausreichend, wenn nur zwei Aktuatorstifte des Stellaktuators vorhanden sind und nur einer dieser Aktuatorstifte als sogenannter Initialisierungsstift dient, über den im Rahmen einer Initialisierungsprozedur eine Überführung des Nockenstücks in eine entsprechende Schaltstellung erzwungen wird.
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In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform schließt sich an den Kulissenabschnitt an dieser axialen Stirnseite ein Nockenabschnitt mit mehreren Einzelnocken an, wobei der unmittelbar benachbart zum Kulissenabschnitt liegende Einzelnocken einen Teil- oder einen Nullhub definiert. Hierdurch wird verhindert, dass der ausgefahrene Aktuatorstift mit dem unmittelbar benachbart zum Kulissenabschnitt liegenden Einzelnocken kollidieren kann.
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Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs ist nachfolgend erläutert und in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht des Ventiltriebs;
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2 eine Detailansicht des Ventiltriebs, gezeigt zu einem ersten Zeitpunkt;
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3 eine weitere Detailansicht des Ventiltriebs, gezeigt zu einem zweiten Zeitpunkt; und
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4 eine weitere Detailansicht des Ventiltriebs, gezeigt zu einem dritten Zeitpunkt.
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Der in
1 dargestellte Ventiltrieb kommt bei einer Brennkraftmaschine zur Betätigung von Gaswechselventilen
1 und
2 zur Anwendung und umfasst eine Grundwelle
3, auf der ein Nockenstück
4 drehfest und axial verschiebbar geführt ist. Die Grundwelle
3 ist in dem entsprechenden Bereich an ihrem Außenumfang mit einem Außenprofil ausgestattet, auf dem das Nockenstück
4 mit einem korrespondierenden Innenprofil aufgesetzt ist. Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Profilen um entsprechende Mitnahmeverzahnungen. Insofern handelt es sich bei dem in
1 dargestellten Ventiltrieb um einen dem Fachmann prinzipiell bekannten Schiebenockenventiltrieb, wie er beispielsweise in der
DE 10 2013 210 487 A1 beschrieben ist.
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Das Nockenstück 4 setzt sich aus zwei Nockenabschnitten 5 und 6 sowie einem zwischenliegenden Kulissenabschnitt 7 zusammen, wobei die Nockenabschnitte 5 und 6 durch mehrere axial nebeneinanderliegende Einzelnocken 8, 9 und 10 bzw. 11, 12 und 13 gebildet sind. Die Einzelnocken 8, 9, 10 bzw. 11, 12, 13 sind mit voneinander abweichenden Nockenkonturen ausgeführt, wobei der Einzelnocken 8 bzw. 11 einen Nullhub des zugehörigen Gaswechselventils 1 bzw. 2 definiert, während über die Nockenkontur des Einzelnockens 9 bzw. 12 ein Teilhub und über die Nockenkontur des Einzelnockens 10 bzw. 13 ein Vollhub des Gaswechselventils 1 bzw. 2 darstellbar sind.
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Auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise kann das Nockenstück 4 über einen Stellaktuator 14 in unterschiedlichen Axialstellungen auf der Grundwelle 3 positioniert werden, um je einen der Einzelnocken 8, 9, 10 bzw. 11, 12, 13 in Überdeckung mit einem zugehörigen Übertragungselement 15 bzw. 16 des Gaswechselventils 1 bzw. 2 zu bringen. Axialverschiebungen zwischen diesen unterschiedlichen Axialstellungen werden über Aktuatorstifte 17 und 18 des Stellaktuators 14 im Zusammenspiel mit einer Schaltkulisse 19 vollzogen, die an einem Außendurchmesser des Kulissenabschnitts 7 ausgestaltet ist und sich aus zwei gewindeartig verlaufenden Verschiebenuten 20 und 21 zusammensetzt, die sich in einem Bereich kreuzen. Von den Aktuatorstiften 17 und 18 ist in 1 nur der zu diesem Moment ausgefahrene Aktuatorstift 17 zu sehen, während der weitere Aktuatorstift 18 dann in den weiteren Detailansichten der 2 bis 4 zu erkennen ist.
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In der in 1 dargestellten Schaltstellung des Nockenstücks 4 laufen die Einzelnocken 10 und 13 mit ihren Nockenkonturen an den Übertragungselementen 15 und 16 an, die im vorliegenden Fall als Schlepphebel ausgestaltet sind und die Nockenerhebung des Einzelnockens 10 bzw. 13 in entsprechende Öffnungs- und Schließbewegungen des zugehörigen Gaswechselventils 1 bzw. 2 umsetzen. Vorliegend werden Vollhübe der Gaswechselventile 1 und 2 realisiert.
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Als Besonderheit ist das Nockenstück 4 an seinem Kulissenabschnitt 7 im Bereich einer axialen Stirnseite 22 mit einer Auswurfnut 23 ausgestattet, die sich ausgehend von der axialen Stirnseite 22 gewindeähnlich verlaufend axial in den Kulissenabschnitt 7 hineinerstreckt und dort auf dessen Außendurchmesser ausläuft. Die Auswurfnut 23 dient einer Rücküberführung des Aktuatorstifts 17 in eine Grundstellung im Anschluss an eine Initialisierungsprozedur, die zu Beginn eines Startens der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
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Mit Hilfe der Initialisierungsprozedur wird zu Beginn des Startens der Brennkraftmaschine detektiert, ob sich das Nockenstück in der richtigen, vorliegend in 1 dargestellten Schaltstellung befindet. In diese Schaltstellung sollte das Nockenstück 4 zum Ende des vorhergehenden Betriebes der Brennkraftmaschine gebracht worden sein. Beim erneuten Starten der Brennkraftmaschine wird dann, wie in 1 gezeigt, der Aktuatorstift 17 aus seiner Grundstellung in eine Eingriffsstellung ausgefahren und im Folgenden überprüft, ob dieser über eine – vorliegend nicht zu sehende – Auswurframpe der Verschiebenuten 20 und 21 zurückgeschoben wird. Befindet sich das Nockenstück 4 allerdings schon in der richtigen Stellung, so erfolgt keine Rücküberführung des Aktuatorstifts 17, was aufgrund des dann fehlenden Rückhubsignals als korrekte Stellung des Nockenstücks 4 erfasst wird. Im Folgenden wird dann zum Ende der Initialisierungsprozedur eine Rücküberführung des Aktuatorstifts 17 in seine Grundstellung durch den Stellaktuator 14 eingeleitet.
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Allerdings kann es aufgrund niedriger Temperaturen oder auch Verschmutzungen im Bereich des Stellaktuators 14 dazu kommen, dass eine Einfahrzeit des Aktuatorstifts 17 erheblich verlängert ist. Würde dann über den anderen Aktuatorstift 18 eine entsprechende Axialverschiebung des Nockenstücks 4 auf der Grundwelle 3 bei noch ausgefahrenem Aktuatorstift 17 vollzogen werden, so würde dies zu einem Auseinanderdrücken der Aktuatorstifte 17 und 18 führen, da der ausgefahrene Aktuatorstift 17 mit der axialen Stirnseite 22 des Kulissenabschnitts 7 kollidiert, wenn der andere Aktuatorstift 18 im Zusammenspiel mit der Verschiebenut 21 ein Verschieben des Nockenstücks 4 in Richtung des Aktuatorstifts 17 erzwingt. Um nun eine entsprechende Beschädigung des Stellaktuators 14 bei noch ungewollt ausgefahrenem Aktuatorstift 17 zu verhindern, ist eben die Auswurfnut 23 am Kulissenabschnitt 7 ausgestaltet. In den 2 bis 4 ist in den Detailansichten genau dieser Fall dargestellt, bei dem der Aktuatorstift 18 ausgefahren ist, um eine entsprechende Axialverschiebung des Nockenstückes 4 hervorzurufen, sich aber der Aktuatorstift 17 immer noch in seiner Eingriffsstellung befindet.
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Wie in 2 zu erkennen ist, läuft der Aktuatorstift 18 zunächst in die Verschiebenut 21 ein, so dass zu dem in 3 dargestellten Zeitpunkt die gewünschte Axialverschiebung des Nockenstücks 4 auf der Grundwelle 3 vollzogen wird. Dies wird dazu ausgeführt, um die Übertragungselemente 15 und 16 in Überdeckung mit den Einzelnocken 9 bzw. 12 zu bringen. Aufgrund der Auswurfnut 23 kann der noch ausgefahrene Aktuatorstift 17 nun axial in den Kulissenabschnitt 7 eintauchen und wird aufgrund des Auslaufens der Auswurfnut 23 letztendlich in seine Grundstellung zurückgedrückt, wie final in 4 dargestellt ist. Um dies zu ermöglichen, muss die Auswurfnut 23 an einem Einlaufbereich 24 radial auf Höhe der Eingriffsstellung des Aktuatorstifts 17 liegen, so dass dieser im Zuge der Axialverschiebung hier einlaufen kann. Zudem ist ein axialer Verlauf der Auswurfnut 23 im Wesentlichen dem die entsprechende Axialverschiebung hervorrufenden Teil der Verschiebenut 21 nachempfunden, um eben stets ein kollisionsfreies Laufen des Aktuatorstifts 17 in der Auswurfnut 23 zu ermöglichen. Zudem ist eine Steigung der Auswurfnut 23 steiler ausgeführt als die der Auswurframpen der Verschiebenuten 20 und 21, um auch bei niedrigen Drehzahlen ein Zurückschieben des Aktuatorstifts 17 zu gewährleisten.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Ventiltriebs kann einer Beschädigung eines Stellaktuators entgegengewirkt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gaswechselventil
- 2
- Gaswechselventil
- 3
- Grundwelle
- 4
- Nockenstück
- 5
- Nockenabschnitt
- 6
- Nockenabschnitt
- 7
- Kulissenabschnitt
- 8
- Einzelnocken
- 9
- Einzelnocken
- 10
- Einzelnocken
- 11
- Einzelnocken
- 12
- Einzelnocken
- 13
- Einzelnocken
- 14
- Stellaktuator
- 15
- Übertragungselement
- 16
- Übertragungselement
- 17
- Aktuatorstift
- 18
- Aktuatorstift
- 19
- Schaltkulisse
- 20
- Verschiebenut
- 21
- Verschiebenut
- 22
- axiale Stirnseite
- 23
- Auswurfnut
- 24
- Einlaufbereich
