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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Proportional-Wegeventile, die als Zentralventil insbesondere zu der Steuerung sogenannter Nockenwellenversteller eingesetzt werden können. Nockenwellenversteller dienen der Regelung des Betriebs eines Verbrennungsmotors, indem der Ladungswechsel gezielt beeinflusst wird: Eine Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle ändert deren Position in Relation zur Phasenlage der Kurbelwelle; somit lassen sich die Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile zu einem früheren bzw. späteren Zeitpunkt des durchlaufenen Kreisprozesses verschieben. Zentralventile verfügen über mehrere Schaltpositionen, mittels derer der Verlauf eines Druckmittpfades zwischen einem Zu- und Ablauf eingestellt werden kann – der Druckmittelstrom übt auf den Nockenwellenversteller eine Kraft aus, die von der Schaltposition abhängig ist und eine Verstellung in eine bestimmte Lage bewirkt.
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Die
EP 1 945 917 A1 zeigt ein Steuerventil für einen Nockenwellenversteller mit einer innerhalb eines Ventilgehäuses angeordneten Steuerhülse und einem darin verschiebbar geführten hohlzylindrischen Steuerkolben. Hydraulikmittel kann über einen Hydraulikmittelpfad von einer nockenwellenseitigen Versorgung über einen axialen Kanal, der zwischen Steuerhülse und der Innenmantelfläche des Ventilgehäuses gebildet wird, und über eine Öffnung in der Steuerhülse in eine am Steuerkolben gebildete Steuernut gelangen. Von der Steuernut kann das Hydraulikmittel in Abhängigkeit von der Schaltstellung zu einem Versorgungsanschluss A und oder B gelangen. Die Versorgungsanschlüsse A, B können alternativ auch mit einem Ablaufanschluss T in Verbindung gebracht werden. Das ablaufende Druckmittel wird über den Ablaufanschluss des Steuerventils in den Zylinderkopf oder den Kettenkasten geleitet.
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Ein weiteres Steuerventil für einen Nockenwellenversteller ist Gegenstand der
DE 10 2009 031 701 A1 . Gezeigt ist ein Steuerventil für einen Nockenwellenversteller mit einem Gehäuse und mit einem in einer Aufnahme des Gehäuses gelagerten Steuerkolben. An der Innenmantelfläche der Aufnahme sind Öffnungen angeordnet, die – in der Reihenfolge der Nennung – einen Zulaufanschluss P, einem Ablaufanschluss T, einem Versorgungsanschluss B und einem Versorgungsanschluss A zugeordnet werden können.
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Eine weitere Ausführungsforme eines Steuerventil für einen Nockenwellenversteller ist in der
DE 10 2012 201 567 A1 gezeigt. Das Steuerventil umfasst eine Gehäuse und einen in einer Aufnahme des Gehäuses geführten Steuerkolben. An der Mantelfläche des Gehäuses sind Öffnungen angeordnet, die – in der Reihenfolge der Nennung – einem einem Versorgungsanschluss B, einem Zulaufanschluss P, einem Versorgungsanschluss A und einem Versorgungsanschluss C zugeordnet werden können. Die Aufnahme des Gehäuses umfasst eine Ölleithülse.
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Ein hydraulischer Nockenwellenversteller ist in der
DE 10 2009 042 202 A1 offenbart. Der Nockenwellenversteller umfasst einen Stator, einen Rotor und einen Volumenspeicher sowie ein Steuerventil.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Steuerventil und einen Nockenwellenversteller mit einem solchen Steuerventil mit optimierter Bauraumbeanspruchung bereitzustellen.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des unabhängigen Ansprüche 1 und 6, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach wird ein Steuerventil für einen hydraulischen Nockenwellenversteller bereitgestellt mit einem Gehäuse und mit einem in einer Aufnahme des Gehäuses gelagerten Steuerkolben, wobei an der Innenmantelfläche der Aufnahme mehrere Öffnungen angeordnet sind, von denen zumindest eine Teilmenge einem Zulaufanschluss P, einem Versorgungsanschluss A, einem Versorgungsanschluss B und einem Versorgungsanschluss C zugeordnet werden kann, und wobei der Steuerkolben eine erste Steuernut, eine zweite Steuernut und eine dritte Steuernut aufweist, die jeweils mit zumindest zwei Öffnungen des Gehäuses in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerkolbens relativ zum Gehäuse verbindbar sind; die erste Steuernut kann mit einer dem Zulaufanschluss P zugeordneten ersten Zulauföffnung in fluidleitende Verbindung gebracht werden sowie mit einer dem Versorgungsanschluss A zugeordneten Öffnung, die zweite Steuernut kann mit einer dem Versorgungsanschluss A zugeordneten Öffnung in fluidleitende Verbindung gebracht werden und/oder mit einer dem Versorgungsanschluss B zugeordneten Öffnung und/oder mit einer dem Versorgungsanschluss C zugeordneten Öffnung und die dritte Steuernut kann mit der ersten Zulauföffnung oder einer dem Zulaufanschluss P zugeordneten zweiten Zulauföffnung in fluidleitende Verbindung gebracht werden sowie mit einer dem Versorgungsanschluss B zugeordneten Öffnung, wobei die erste Steuernut und die dritte Steuernut die zweite Steuernut einschließen. Der Steuerkolben kann relativ zum Gehäuse eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung einnehmen, wobei in der ersten Schaltstellung die dritte Steuernut mit dem Zulaufanschluss P und dem Versorgungsanschluss B in fluidleitender Verbindung steht sowie die zweite Steuernut mit dem Versorgungsanschluss C und dem Versorgungsanschluss A und wobei in der zweiten Schaltstellung die erste Steuernut mit dem Zulaufanschluss P und dem Versorgungsanschluss A in fluidleitender Verbindung steht sowie die zweite Steuernut mit dem Versorgungsanschluss C und dem Versorgungsanschluss B.
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Nach Erkenntnis der Erfindung wird der erforderliche Bauraum eines gattungsgemäßen Steuerventils optimiert durch die Gestaltung mit einer zweiten Steuernut, die mit dem Versorgungsanschluss C und dem Versorgungsanschluss A und/oder dem Versorgungsanschluss B in fluidleitende Verbindung gebracht werden kann: Auf diese Weise kann aus den Arbeitskammern eines Nockenwellenverstellers ablaufendes Hydraulikmittel über den Versorgungsanschluss C geführt werden, ohne dass aufwendige strukturelle Änderungen an gattungsgemäßer Gestaltung vorgenommen werden muss. Es ergeben sich Vorteile mit Blick auf die Optimierung des Bauraums, weil auf diese Weise mit geringem Aufwand eine fluidleitende Verbindung zwischen dem Versorgungsanschluss C und dem Versorgungsanschluss A und/oder B verwirklicht werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Gehäuse mehrteilig gestaltet und beinhaltet ein Außengehäuse sowie eine mit Kunststoff umspritzte Führungshülse, wobei der Kolben verschieblich in der Führungshülse gelagert ist. Somit ergeben sich Vorteile in der Integration und Montierbarkeit weiterer Bauteile. Das kann beispielsweise einen Sitz für eine Feder betreffen, die den Steuerkolben gegen einen Druckstift eines elektromagnetischen Stellgliedes drücken kann. Ferner kann eine Rückschlagventileinheit innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Ausführungsform ist zwischen Führungshülse und Außengehäuse mittels der Kunststoffumspritzung eine Ölleitstruktur gebildet. Somit ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Flexibilität, indem das Steuerventil ohne großen strukturellen Aufwand an bestimmte Anwendungen angepasst werden kann.
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Der Versorgungsanschluss A und der Versorgungsanschluss B schließen vorzugsweise in axialer Richtung den Versorgungsanschluss C ein. Entsprechendes gilt für die dem jeweiligen Anschluss zugeordnete Öffnung am Ventilgehäuse bzw. an der Führungshülse.
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Die zwei Schaltstellungen können durch Aktuierung des Steuerkolbens mittels einer elektromagnetischen Stellvorrichtung angesteuert werden. Das Steuerventil kann in dieser Konfiguration als 4/2-Wegeventil mit 4 Anschlüssen (Versorgungsanschlüsse A, B, C sowie Zulaufanschluss P) ausgelegt sein, wobei eine Verzweigung des Zulaufs innerhalb des Ventilgehäuses erfolgt, vorzugsweise mittels Ölleithülse. Der Ablauf erfolgt entweder unmittelbar über den Versorgungsanschluss C oder mittelbar über eine mit dem Versorgungsanschluss C in fluidleitender Verbindung stehende Komponenten, vorzugsweise einem Volumenspeicher.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform steht in der dritten Schaltstellung die erste Steuernut mit dem Zulaufanschluss P und die dritte Steuernut mit dem Zulaufanschluss P sowie die zweite Steuernut ausschließlich mit dem Versorgungsanschluss C in fluidleitender Verbindung. Das Verhältnis der drei Schaltstellungen zueinander entspricht seiner zahlenmäßigen Reihenfolge in axialer Richtung. Die Weiterbildung erweist sich insofern als vorteilhaft, als eine bauraumoptimale Auslegung erreicht werden kann. Das gilt auch für den Fall, dass die dritte Schaltstellung in einer konkreten Anwendung nicht angesteuert wird. Vorzugsweise kann in der dritten Schaltstellung die erste Steuernut ausschließlich mit dem Zulaufanschluss P und die dritte Steuernut ausschließlich mit dem Zulaufanschluss P in fluidleitender Verbindung stehen. Leckage im Bereich der Steuerkanten bleibt unberücksichtigt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Steuerventil durch einen an einer Stirnseite des Ventilgehäuses gebildeten Zulaufanschluss P (axialer Zulauf) gekennzeichnet. Der axiale Zulauf kann vorzugsweise über einen Hohlraum der Nockenwelle erfolgen. Der Vorteil der Ausführungsform besteht in einer optimalen Anbindung an den allgemeinen Hydraulikmittelkreislauf des Verbrennungsmotors. Vorzugsweise kann der axiale Zulauf in zumindest einen axialen Kanal münden, der vorzugsweise zwischen Steuerhülse und der Innenumfangsfläche des Ventilgehäuses gebildet wird und über eine radiale Bohrung eine Verbindung zwischen axialem Zulauf und einer Steuernut des Steuerkolbens bildet.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einem Stator und mit einem Rotor, die zumindest eine in zwei hydraulisch gegeneinander arbeitende Arbeitskammern A und B unterteilte Druckkammer einschließen, sowie mit einem Volumenspeicher und mit einem Steuerventil nach einer der vorangegangen beschriebenen Ausführungsformen, wobei die Arbeitskammer A mit dem Versorgungsanschluss A in fluidleitender Verbindung steht, die Arbeitskammer B mit dem Versorgungsanschluss B in fluidleitender Verbindung steht und der Volumenspeicher mit dem Versorgungsanschluss C in fluidleitender Verbindung steht. Die Versorgung einer der Arbeitskammern mit Hydraulikmittel erfolgt über einen Versorgungsanschluss in Abhängigkeit von der Schaltposition des Steuerkolbens des Steuerventils. Auf vorteilhafte Weise kann Hydraulikmittel aus einer Arbeitskammer abgeführt werden, indem ein Druckmittelpfad über den Versorgungsanschluss A bzw. den Versorgungsanschluss B, über die zweite Steuernut, über den Versorgungsanschluss C sowie über den zu befüllenden Volumenspeicher zum Ablauf verwirklicht wird.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Volumenspeicher mit der Arbeitskammer A und der Arbeitskammer B in fluidleitende Verbindung gebracht werden. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung unmittelbar über eine Versorgungsleitung, die mittels eines Rückschlagventils abgesichert ist. Der Vorteil der Ausführungsform besteht darin, dass in unkomplizierter Weise ein Ansaugen von Luft bei der Verstellung des Nockenwellenverstellers vermieden wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Volumenspeicher einen Ablauf zur Abgabe von Hydraulikfluid an ein Reservoir auf (Tank). Ein Aufstauen von Hydraulikmittel kann somit auf unkomplizierte Weise vermieden werden.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die Zeichnungen genommen wird:
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1 zeigt einen Längsschnitt eines Steuerventils in einer ersten Schaltstellung;
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2 zeigt einen Längsschnitt des des Steuerventils aus 1 in einer zweiten Schaltstellung;
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3 zeigt einen Längsschnitt eines Nockenwellenverstellers.
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In 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Steuerventils 1 im Längsschnitt gezeigt. Das Steuerventil 1 besteht aus einem Ventilgehäuse 2 und einem Steuerkolben 3, der einen offenen Boden, einen Hohlraum 35 und am Kolbenkopf 36 vier Öffnungen 37 zur Entlüftung aufweist. Der Steuerkolben 3 ist axialbeweglich in einem entsprechenden Hohlraum 4 des Ventilgehäuses 2 geführt ist. Der Verstellbereich des Steuerkolbens 3 ist axial begrenzt, durch einen Sicherungsring 5 am ersten Ende 6 und durch ein Abschlusselement 7 am zweiten Ende 8. Das Ventilgehäuse 3 kann von einem Hohlraum einer Nockenwelle aufgenommen werden (nicht gezeigt) und der Steuerung eines Nockenwellenverstellers dienen (siehe 3). Ein Flansch 9 dient gemeinsam mit einem Außengewinde 10 der Verbindung des Steuerventils 1 mit der Nockenwelle. Das Ventilgehäuse 3 weist an seinem Außenumfang drei Anschlüsse auf: Die Anschlüsse bilden einen ersten Versorgungsanschluss A, einen zweiten Versorgunganschluss B und einen dritten Versorgungsanschluss C, wobei die Versorgungsanschlüsse A und B den Versorgungsanschluss C einschließen. Das Ventilgehäuse 2 ist mehrteilig gestaltet und enthält ein Außengehäuse 11 sowie eine mit Kunststoff umspritzte Führungshülse 12, wobei der Kolben 3 verschieblich in der Führungshülse 12 gelagert ist. Zwischen Führungshülse und Außengehäuse 11 ist mittels der Kunststoffumspritzung 13 eine Ölleitstruktur 14 gebildet. Der Zulaufanschluss P ist an der Stirnseite des Ventilgehäuses 2 gebildet (axialer Zulauf) und steht, abgesichert mittels eines Rückschlagventils 34, über einen länglichen Kanal 15 mit der ersten und der zweiten Zulauföffnung 16, 17 in fluidleitender Verbindung. An der Innenmantelfläche der Führungshülse 12 sind mehrere Öffnungen 18, 19, 20 angeordnet, die wahlweise dem Versorgungsanschluss A, dem Versorgungsanschluss B oder dem Versorgungsanschluss C zugeordnet werden können.
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Der Steuerkolben 3 zeigt an seiner Außenmantelfläche vier Abschnitte mit erweitertem Durchmesser, die drei Abschnitte mit verringertem Durchmesser einschließen, nämlich die erste, zweite und dritte Steuernut 21, 22, 23. Diese bilden gemeinsam mit der Innenmantelfläche des Ventilgehäuses einen ersten, einen zweiten und einen dritten umlaufenden Ringkanal. Die erste, zweite und dritte Steuernut 21, 22, 23 sind jeweils mit zumindest zwei Öffnungen des Gehäuses in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerkolbens relativ zum Gehäuse verbindbar: Die erste Steuernut kann mit einer dem Zulaufanschluss P zugeordneten ersten Zulauföffnung in fluidleitende Verbindung gebracht werden sowie mit einer dem Versorgungsanschluss A zugeordneten Öffnung. Die zweite Steuernut kann mit einer dem Versorgungsanschluss A zugeordneten Öffnung in fluidleitende Verbindung gebracht werden und/oder mit einer dem Versorgungsanschluss B zugeordneten Öffnung und/oder mit einer dem Versorgungsanschluss C zugeordneten Öffnung. Die dritte Steuernut kann mit 17 einer dem Zulaufanschluss P zugeordneten zweiten Zulauföffnung in fluidleitende Verbindung gebracht werden sowie mit einer dem Versorgungsanschluss B zugeordneten Öffnung.
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Zu der Steuerung eines Nockenwellenverstellers kann der Steuerkolben 3 unterschiedliche Schaltpositionen einnehmen, die durch den tatsächlichen Verlauf möglicher Druckmittelpfade gekennzeichnet sind. Die Verwirklichung einer Schaltposition erfolgt mithilfe einer (nicht gezeigten) Stellvorrichtung, bei der es sich in der Regel um einen elektromagnetisch betätigten Aktuator handelt.
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Eine mit einem Anker des Elektromagneten verbundene Stößelstange wird mit einer Betätigungsfläche an der Stirnseite des Steuerkolbens in Kontakt gebracht – die auf den Anker wirkende Kraft wird somit über die Stößelstange auf den Steuerkolben übertragen und bewirkt somit dessen axiales Verschieben entgegen der Kraft einer Feder 24: Der Steuerkolben kann somit relativ zum Gehäuse eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung einnehmen, wobei in der ersten Schaltstellung die dritte Steuernut 23 mit dem Zulaufanschluss P und dem Versorgungsanschluss B in fluidleitender Verbindung steht sowie die zweite Steuernut 22 mit dem Versorgungsanschluss C und dem Versorgungsanschluss A.
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In der in 2 gezeigten zweiten Schaltstellung steht die erste Steuernut 21 mit dem Zulaufanschluss P und dem Versorgungsanschluss A in fluidleitender Verbindung sowie die zweite Steuernut 22 mit dem Versorgungsanschluss C und dem Versorgungsanschluss B. Theoretisch kann auch eine dritte Schaltposition eingestellt werden, in der die erste Steuernut 21 mit dem Zulaufanschluss P und die dritte Steuernut 23 mit dem Zulaufanschluss P sowie die zweite Steuernut 22 ausschließlich mit dem Versorgungsanschluss C in fluidleitender Verbindung steht.
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In 3 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller 25 mit einem Stator 26 und einem Rotor 27 dargestellt. Abgebildet sind zwei von Stator und Rotor eingeschlossene, durch Kammerwände 32 voneinander getrennte Druckkammern 38, die jeweils mittels eines Flügels 39 in zwei hydraulisch gegeneinander arbeitende Arbeitskammern A und B, respektive 28, 29 unterteilt sind. Der hydraulische Nockenwellenversteller zeigt darüber hinaus einen Volumenspeicher 30.
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Mittig ist eine Aufnahme 31 für ein Steuerventil der zuvor beschriebenen Ausführungsform angeordnet. Die Arbeitskammern A, beziehungsweise 28 können jeweils mit dem Versorgungsanschluss A in fluidleitende Verbindung gebracht werden und die Arbeitskammern B können jeweils mit dem Versorgungsanschluss B, beziehungsweise 29 in fluidleitende Verbindung gebracht werden. Der Volumenspeicher 30 kann mit dem Versorgungsanschluss C in fluidleitende Verbindung gebracht werden.
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Darüber hinaus kann der Volumenspeicher 30 mit der Arbeitskammer A, beziehungsweise 28 und der Arbeitskammer B, beziehungsweise 29 in fluidleitende Verbindung gebracht werden. Zu diesem Zweck befinden sich in den Kammerwänden 32 des Stators Hydraulikkanäle. Ein Abfließen von Hydraulikmittel von einer der Arbeitskammern 28, 29 zu dem Volumenspeicher 30 wird durch den Einsatz von Rückschlagventilen 33 verhindert. Der Volumenspeicher 30 weist ferner einen Ablauf auf, der der Abgabe von Hydraulikmittel an ein Reservoir (Tank) dient.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steuerventil
- 2
- Ventilgehäuse, Gehäuse
- 3
- Steuerkolben
- 4
- Hohlraum
- 5
- Sicherungsring
- 6
- erstes Ende
- 7
- Abschlusselement
- 8
- zweites Ende
- 9
- Flansch
- 10
- Außengewinde
- 11
- Außengehäuse
- 12
- Führungshülse
- 13
- Kunststoffumspritzung
- 14
- Ölleitstruktur
- 15
- länglicher Kanal
- 16
- erste Zulauföffnung
- 17
- zweite Zulauföffnung
- 18
- Öffnung
- 19
- Öffnung
- 20
- Öffnung
- 21
- erste Steuernut
- 22
- zweite Steuernut
- 23
- dritte Steuernut
- 24
- Feder
- 25
- Nockenwellenversteller
- 26
- Stator
- 27
- Rotor
- 28
- Arbeitskammer A
- 29
- Arbeitskammer B
- 30
- Volumenspeicher
- 31
- Aufnahme
- 32
- Kammerwand
- 33
- Rückschlagventil
- 34
- Rückschlagventil
- 35
- Hohlraum
- 36
- Kolbenkopf
- 37
- Öffnungen
- 38
- Druckkammer
- 39
- Flügel
- P
- Zulaufanschluss P
- A
- Versorgungsanschluss A
- B
- Versorgungsanschluss B
- C
- Versorgungsanschluss C
- T
- Ablaufanschluss (Tank, Reservoir)
