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Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung zur selektiven Anwahl von in einem zylinderförmigen Hohlraum eines Gehäuses in axialer Richtung des Hohlraums angeordneten rotatorischen Stellelementen. Die Erfindung betrifft ferner ein Drehschieberventil mit einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung.
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In heutigen Fahrzeugen wird das Thermomanagement mit Hilfe eines Kühlmittelkreislaufes realisiert, welcher einen Hauptkreislauf und in der Regel mehrere Teilkreisläufe aufweist. Es ist bekannt, für die Verschaltung dieser Kreisläufe Drehschieberventile mit Ventilschiebern als rotatorische Stellelemente einzusetzen, die mit einer Verstelleinrichtung zum Einstellen dieser Stellelemente zur Bereitstellung unterschiedlicher Durchströmungsquerschnitte ausgebildet sind.
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Drehschieberventile mit Verstelleinrichtungen zur selektiven Anwahl von in einem Gehäuse angeordneten rotatorischen Stellelementen sind bspw. aus der
DE 10 2012 012 295 B3 oder der
DE 10 2011 119 237 A1 bekannt.
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Ein solches bekanntes Drehschieberventil besteht aus einem Drehschiebergehäuse mit mehreren axial hintereinander auf einer Drehachse angeordneten Ventilschiebern als rotatorische Stellelemente und einem Drehgetriebe, mit welchem diese Stellelemente unabhängig voneinander angewählt und verdreht werden können.
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Das Drehgetriebe gemäß der
DE 10 2011 119 237 A1 weist eine antreibbare und als Hohlwelle ausgebildete Schnecke auf, auf der ein Läufer angeordnet ist, der zum einen mit dem Schneckengewinde der Hohlwelle und zum anderen mit einer als Nutwelle ausgebildeten Innenwelle der Hohlwelle gekoppelt ist, so dass durch eine vorgegebene Drehung der Schnecke der Läufer axial an die Position einer Nabe eines Ventilschiebers unter Komprimierung eines auf der Hohlwelle angeordneten Federelementes verschoben wird und dort mit einer Innenverzahnung des als Ventilschieber ausgebildeten Stellelementes gekoppelt wird, ohne dass die Innenwelle mitrotiert. Anschließend wird die Drehrichtung der Schnecke umgekehrt, wodurch der Ventilschieber radial um einen bestimmten Winkel verdreht wird. Die Innenwelle der Hohlwelle dient dazu, um den Läufer, wenn dieser bis zum Ende der Hohlwelle axial verschoben ist, die Kopplung mit der Innenwelle zu lösen, so dass mittels des komprimierten Federelementes der Läufer entlang der Gewindelaufbahn der Hohlwelle zum Ausgangspunkt zurückgedreht wird.
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Nachteilig ist hieran, dass bei der Anwahl der einzelnen rotatorischen Stellelemente die Reihenfolge der Anwahl vorgegeben ist und der Läufer erst an das Ende der Hohlwelle axial verschoben werden muss, bevor nach einer Anwahl bspw. des zweiten rotatorischen Stellelementes das erste rotatorische Element wieder angewählt werden kann. Außerdem ist diese Ansteuerung sehr komplex, wodurch auch die Störanfälligkeit hoch ist.
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Diese bekannten Drehschieberventile gemäß der
DE 10 2012 012 295 B3 oder der
DE 10 2011 119 237 A1 umfassen einen axialen Eingang für die Zuführung von flüssigem oder gasförmigen Medium, wie bspw. von Kühlmittel so dass der ganze Ventilraum, in welchem die als Ventilschieber ausgebildeten Stellelemente angeordnet sind, mit dem Medium geflutet wird. Durch die Verstellung der einzelnen Ventilschieber werden dann Ausgänge geöffnet, so dass das Medium in radialer Richtung über entsprechende Abgänge aus dem Drehschiebergehäuse ausströmen kann. Damit wird jedoch die Flexibilität hinsichtlich der Verbindungsmöglichkeiten einzelner Ein- und Ausgänge wesentlich eingeschränkt.
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Die
DE 10 2011 120 259 A1 beschreibt ein Drehschieberventil für einen mehrere Zweige aufweisenden Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine. Dieses Drehschieberventil besteht aus mehreren Querschnittsverstellgliedern und einem einen Drehwinkelunterschied zwischen den Querschnittsverstellgliedern erzeugenden Drehgetriebe, das eine antreibbare Schnecke mit zwei Gewindegängen aufweist, mittels der ein Läufer axial zu einem Querschnittsverstellglied verschiebbar und das in einem mit dem Läufer gekoppelten Zustand verdrehbar ist.
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Aus der
DE 10 2007 009 194 B3 ist ein Mehrwegeventil bekannt, welches einen zylinderförmigen Mantel umfasst, in dem mehrere axial verlaufende Strömungskanäle angeordnet sind, die nach innen schlitzartig geöffnet und an unterschiedliche Systemkomponenten anschließbar sind. Innenseitig liegt an diesem zylinderförmigen Mantel eine Hülse mit einer Vielzahl von randseitigen Langlochöffnungen an, die mit den Strömungskanälen des Mantels fluchten und damit mit denselben in einer Fluidverbindung stehen. Innerhalb dieser Hülse sind mehrere in Form von Zylinderabschnitten ausgebildete Scheiben angeordnet. Diese Scheiben weisen jeweils mindestens zwei Verbindungskanäle auf, die sich von einer Umfangsfläche der Scheibe zu einer beabstandeten Umfangsfläche derselben erstrecken. Diese Scheiben sind drehbar so angeordnet, dass mindestens ein vorwählbarer, radial offener Abschnitt mindestens eines Strömungskanals in vorwählbarer Position gegenüber mindestens einer vorwählbaren Scheibe über mindestens einen Verbindungskanal dieser Scheibe mit mindestens einem anderen Strömungskanal fluidverbindbar ist.
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Schließlich ist aus der
DE 17 77 614 U ist eine Verstelleinrichtung mit Verstellhebeln zur Betätigung von mehreren Klappen oder dgl. bekannt. Diese Verstellhebel sind auf einer Hohlwelle mit einem Ziehkeil angeordnet, der mit einer in der Hohlwelle durch eine mit derselben verbundenen Mutter ausschließlich axial verschiebbar verbunden ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Verstelleinrichtung zu schaffen, mit welcher gegenüber dem Stand der Technik eine größere Flexibilität hinsichtlich der Anwahl der einzelnen rotatorischen Stellelemente bei gleichzeitig geringer Komplexität erreicht wird. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Drehschieberventil mit einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung anzugeben.
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Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Verstelleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Eine solche Verstelleinrichtung zur selektiven Anwahl von in einem zylinderförmigen Hohlraum eines Gehäuses in axialer Richtung des Hohlraums angeordneten rotatorischen Stellelementen umfasst eine Doppelwelle mit einer Innenwelle und einer Hohlwelle, wobei
- - die Innenwelle und die Hohlwelle derart gekoppelt sind, dass in Abhängigkeit der Drehwinkelstellung der Innenwelle die Hohlwelle in jeweils eine der Anzahl der Stellelemente entsprechenden Schiebestellungen verschiebbar ist,
- - die Stellelemente eine Innenverzahnung aufweisen und auf der Hohlwelle angeordnet sind,
- - auf der Hohlwelle der Anzahl der Stellelemente entsprechende Verzahnungskörper axial beabstandet angeordnet sind, wobei in jeweils einer Schiebestellung der Hohlwelle ein Verzahnungskörper mit genau einer Innenverzahnung eines Stellelementes verzahnt ist,
- - in jeder Schiebestellung der Hohlwelle eine Drehverbindung zwischen einem Verzahnungskörper und der korrespondierenden Innenverzahnung eines Stellelementes hergestellt ist, und
- - die Innenwelle von einem ersten Antrieb und die Hohlwelle von einem zweiten Antrieb einer Antriebseinheit angetrieben sind.
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Mit einer solchen erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung können die rotatorischen Stellelemente ebenso entsprechend dem Stand der Technik unabhängig voneinander verstellt werden, wobei jedoch in vorteilhafter Weise die Übersetzungsverhältnisse zwischen der Hohlwelle und dem Stellelement für die Stellelemente unterschiedlich gewählt werden können, da jedem Stellelement ein entsprechender Verzahnungskörper zugeordnet ist. Außerdem ist es möglich ausgehend von einer Schiebestellung der Hohlwelle in beliebiger Richtung jedes andere Stellelement anzufahren. Trotz der Verwendung von zwei Antriebseinheiten weist die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung nur eine geringe die Störanfälligkeit reduzierende Komplexität auf.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Innenwelle und die Hohlwelle mittels eines Schneckengetriebes gekoppelt. Vorzugsweise umfasst ein solches Schneckengetriebe ein auf einem Schneckengewinde der Innenwelle angeordnete Gewindehülse sowie eine die Gewindehülse in axialer Richtung der Innenwelle führende Führungsbuchse, wobei die Gewindehülse zur axialen Verschiebung der Hohlwelle mit derselben gekoppelt ist.
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Ferner sind nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung die auf der Hohlwelle angeordneten Verzahnungskörper jeweils als Stirnrad mit einer Außenverzahnung ausgebildet. Jeder dieser Verzahnungskörper korrespondiert mit einer Innenverzahnung des rotatorischen Stellelementes, so dass das Übersetzungsverhältnis für jedes Stellelement individuell bestimmt werden kann.
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Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Drehschieberventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.
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Ein solches Drehschieberventil mit einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass
- - das Gehäuse als Drehschiebergehäuse mit mehreren Fluideingangsöffnungen zum Zuführen eines Fluids und mehreren Fluidausgangsöffnungen zum Abführen des Fluids ausgebildet ist,
- - der Hohlraum als Ventilraum ausgebildet ist,
- - die rotatorischen Stellelemente als Ventilschieber ausgebildet sind,
- - zur Bildung von Ventilschieberkammern Trennelemente auf der Hohlwelle angeordnet sind, wobei eine Ventilschieberkammer von einer zwischen den Trennelementen liegenden Innenwandung des Ventilraums und den Trennelementen gebildet wird, und
- - jeder Ventilschieber jeweils zwischen zwei Trennelementen angeordnet ist.
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Mit einem solchen erfindungsgemäßen Drehschieberventil ist es möglich, Fluid einzelnen ausgewählten als Ventilschieber ausgebildeten Stellelementen zuzuführen, da jeder Ventilschieber in einer eigenen Ventilschieberkammer angeordnet ist. Damit können einzelne Ein- und Ausgänge beliebig über eine solche Ventilschieberkammer fluidverbunden werden.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich das Drehschieberventil dadurch aus, dass das Drehschiebergehäuse ausgebildet ist mit:
- - wenigstens einer in jeweils einer Ventilschieberkammer endenden Zulauföffnung,
- - wenigstens einer in jeweils einer Ventilschieberkammer beginnenden Ablauföffnung, und
- - einem Kanalsystem mit die Fluideingangsöffnungen mit den Zulauföffnungen verbindenden Fluidkanälen und die Fluidausgangsöffnungen mit den Ablauföffnungen verbindenden Fluidkanälen.
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Mittels eines solchen Kanalsystems in dem Drehschiebergehäuse können einzelne Ein- und Ausgänge beliebig verbunden werden und damit kann ein komplexer „Verschaltungsplan“ mit einem solchen Gehäuse realisiert werden. Dies führt zu einem hohen Integrationsgrad mit Schieberventilen, die auch als Mischventile realisiert werden können. Zudem erlaubt dieses erfindungsgemäße Drehschieberventil die einfache Integration neuer Betriebszustände oder Funktionen sowie die Anbindung weiterer Komponenten auf Basis einer modularen Komponente. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Kosten, Fertigungszeiten, Komplexität und die Anzahl der Einzelteile sich reduzieren lassen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
- - die Ventilschieber jeweils eine Hohlnabe und einen mit dieser radial verbundenen Ringkörper aufweisen, wobei zwischen der Hohlnabe und dem Ringkörper ein zur Ventilschieberkammer offener Ringraum gebildet ist, und
- - die zwei benachbarte Ventilschieberkammern trennenden Trennelemente gleichzeitig auf den Hohlnaben benachbarter Ventilschieber fluiddicht angeordnet sind.
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Mit einem solchen Ventilschieber mit zugehörigen Trennelementen wird eine sehr kleine und kompakte Ventilschieberkammer realisiert.
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Vorzugsweise ist bei dem Drehschieberventil der Ringkörper der Ventilschieber mit wenigstens einer Auslassöffnung ausgebildet, um das über die wenigstens eine Zulauföffnung in die Ventilschieberkammer zugeführte Fluid wieder abzuführen.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Ablauföffnung einer Ventilschieberkammer mit einem Dichtungspaket ausgebildet ist, welcher gegenüber der Ventilschieberkammer fluiddicht an dem Ventilschieber anliegt. Bei einer Einlassöffnung der Ventilschieberkammer ist jedoch kein Dichtungspaket vorgesehen, so dass dadurch die Ventilschieberkammer und damit auch der Ringraum des Ventilschiebers mit Fluid geflutet wird. Über die gegenüber der Ventilschieberkammer fluiddichten Dichtungspakete einer Ablauföffnung wird das Fluid weitergeleitet.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drehschieberventils bevorzugt die 2-teilige Herstellung des Drehschiebergehäuses aus halbzylinderförmigen Gehäusehälften. Solche halbzylinderförmigen Gehäusehälften mit jeweils einem Teil des Kanalsystems können kostengünstig mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt werden. Vorzugsweise ist auch möglich, die halbzylinderförmigen Gehäuseteile des Drehschiebergehäuses jeweils zweischalig aus einer inneren Halbschale und einer äußeren Halbschale zu bilden, wobei zur Bildung des Kanalsystems eine innere und eine äußere Halbschale jeweils korrespondierende Kanalhälften aufweisen.
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Die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung ist nicht nur zur Verwendung in Drehschieberventilen geeignet, sondern kann auch auf andere Systeme übertragen werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische und perspektivische Schnittdarstellung einer Verstelleinrichtung gemäß der Erfindung in einem ersten Steuerzustand,
- 2 eine schematische und perspektivische Schnittdarstellung der Verstelleinrichtung gemäß 2 in einem zweiten Steuerzustand,
- 3 eine Explosionsdarstellung eines Drehschieberventils mit der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung gemäß den 1 und 2,
- 4 eine axiale Längsschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Drehschieberventils nach 3,
- 5 eine Radialschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Drehschieberventils nach 3,
- 6 eine Explosionsdarstellung einer zweischaligen ersten Gehäusehälfte des Drehschiebergehäuses des Drehschieberventils nach 3, und
- 7 eine Explosionsdarstellung einer zweischaligen zweiten Gehäusehälfte des Drehschiebergehäuses des Drehschieberventils nach 3.
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Die in 1 dargestellte Verstelleinrichtung 3 umfasst auf einer Doppelwelle 4 angeordnete fünf rotatorische Stellelemente 6, die selektiv angesteuert und um einen vorbestimmten Drehwinkel verstellt werden.
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Diese Verstelleinrichtung 3 stellt ein Ventilkörper für ein in den 3 bis 5 dargestelltes Drehschieberventil 10 dar, bei welchem diese rotatorischen Stellelemente 6 Ventilschieber, die auch Drehschieber genannt werden, darstellen. Die Verstelleinrichtung 3 ist in einem Hohlraum 2 als Ventilraum eines Drehschiebergehäuses 1 eines solchen Drehschieberventils 10 angeordnet, wobei jedes Stellelement 6 in einer von Trennelementen 5 zusammen mit zwischen diesen Trennelementen 5 liegenden Innenwandung des Ventilraums 2 gebildeten Ventilschieberkammer 2.1 bis 2.5 angeordnet und gegenseitig fluiddicht ausgeführt sind. In 1 sind diese Ventilschieberkammern mit Bezugszeichen 2.1 bis 2.5 angedeutet.
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In jede dieser Ventilschieberkammern 2.1 bis 2.5 wird über eine Zulauföffnung 2.7 Fluid zugeführt und über eine Ablauföffnung 2.8 das Fluid wieder aus dieser Ventilschieberkammer abgeführt (vgl. 5), wobei in Abhängigkeit einer Drehstellung der Stellelemente 6 ein bestimmter Durchströmungsquerschnitt für das Fluid eingestellt wird. Hierzu wird zunächst mittels der Verstelleinrichtung 3 ein bestimmtes Stellelement 6, im folgenden Ventilschieber genannt, angewählt und anschließend in eine bestimmte Drehstellung verdreht, um den entsprechenden Durchströmungsquerschnitt einzustellen.
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Diese selektive Anwahl eines der fünf Ventilschieber 6 und Steuerung des angewählten Ventilschiebers 6 in eine bestimmte Drehstellung wird zunächst anhand der 1 und 2 erläutert.
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Hierzu ist die Doppelwelle 4 als Doppelwelle mit einer Innenwelle 4.1 und einer als Hohlwelle ausgeführten Hohlwelle 4.2 ausgebildet. Für den Antrieb dieser Doppelwelle 4 ist eine Antriebseinheit 8 mit einem ersten Antrieb 8.1 und einem zweiten Antrieb 8.2 vorgesehen, wobei der erste Antrieb 8.1 die Innenwelle 4.1 und der zweite Antrieb 8.2 die Hohlwelle 4.2 antreibt.
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An dem zum ersten Antrieb 8.1 benachbarten Ende der Innenwelle 4.1 befindet sich ein Abschnitt mit einem Schneckengewinde 4.10, auf dem eine Gewindehülse 4.3 angeordnet ist. Entsprechend der axialen Länge des Schneckengewindes 4.10 ist eine Führungsbuchse 4.4 vorgesehen, die über einen endseitigen Flansch 4.40 in dem Drehschiebergehäuse 1 fixiert ist und in der die Gewindehülse 4.3 in axialer Richtung geführt und verschoben wird, wenn die Innenwelle 4.1 von dem ersten Antrieb 8.1 in Drehung versetzt wird. Hierzu weist die Gewindehülse 4.3 neben ihrem Innengewinde wenigstens drei radial abstehende Nasen 4.30 auf, die jeweils in Längsschlitze 4.41 der Führungsbuchse 4.4 hindurchgreifen. Da diese Führungsbuchse 4.4 drehfest mit dem Drehschiebergehäuse 1 verbunden ist, kann sich diese Gewindehülse 4.3 bei einer Drehbewegung der Innenwelle 4.1 lediglich auf der Länge dieser Längsschlitze 4.41 in axialer Richtung verschieben. Die Innenwelle 4.1 bildet zusammen mit der Gewindehülse 4.3 ein Schneckengetriebe.
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Die von der Gewindehülse 4.3 radial abstehenden Nasen 4.30 ragen radial über die Führungsbuchse 4.4 hinaus in eine auf der Innenwandung der Hohlwelle 4.2 vorgesehene Innennut 4.27. Mittels eines als Sicherungsring 4.6 ausgebildeten Mitnehmerrings wird die Gewindehülse 4.3 in axialer Richtung fixiert. Somit wird bei einer axialen Bewegung der Gewindehülse 4.3 entlang der Innenwelle 4.1 auch die Hohlwelle 4.2 in axialer Richtung mitbewegt. Neben dieser Lagerung mittels der Gewindehülse 4.3 an einem Ende dieser Hohlwelle 4.2 wird diese am anderen Ende mittels einer einseitig hohl ausgeführten Kardanwelle 4.5 gelagert, indem das benachbarte Ende der Hohlwelle 4.2 verschiebbar in der Kardanwelle 4.5 geführt wird. Diese Kardanwelle 4.5 wird von dem zweiten Antrieb 8.2 angetrieben, wobei diese Drehbewegung über eine Verzahnung auf die Hohlwelle 4.2 übertragen wird. Hierzu weist die Kardanwelle 4.5 auf ihrer Umfangsfläche axial verlaufende Stege 4.50 auf, die in eine entsprechende Innenverzahnung 4.26 auf der Innenwandung der Hohlwelle 4.2 eingreifen. Die Drehbewegung der Hohlwelle 4.2 ist unabhängig von der Innenwelle 4.1 möglich, da zwischen der Gewindehülse 4.3 und der Hohlwelle 4.2 nur eine axiale Kopplung mittels der Innennut 4.27, jedoch keine radiale Kopplung besteht.
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Um eine Drehkopplung zwischen der Hohlwelle 4.2 und einem bestimmten Ventilschieber 6 in einer der Ventilschieberkammern 2.1 bis 2.5 herzustellen, sind auf der Hohlwelle 4.2 in äquidistanten Abständen fünf Stirnräder 4.21 bis 4.25 als Verzahnungskörper 4.20 angeordnet, denen jeweils ein bestimmter innerhalb einer Hohlnabe 6.1 angeordneter innenverzahnter Ring 6.11 als Innenverzahnung 6.10 eines Ventilschiebers 6 zugeordnet ist. Wie aus den 1, 2 und 3 zu erkennen ist, ist jeder dieser Ringe 6.11 in axialer Richtung der Hohlnabe 6.1 an einer anderen Position angeordnet. So ist der Ring 6.11 des Ventilschiebers 6 in der ersten Ventilschieberkammer 2.1 an dem zum ersten Antrieb 8.1 benachbarten Seite der Hohlnabe 6.1 angeordnet, während der Ring 6.11 des am gegenüberliegenden Ende angeordneten Ventilschiebers 6 der fünften Ventilschieberkammer 2.5 sich an der zum zweiten Antrieb 8.2 benachbarten Seite der Hohlnabe 6.1 befindet. Die Ringe 6.11 der verbleibenden Ventilschieber 6 in den Ventilschieberkammern 2.2, 2.3 und 2.4 sind jeweils um die axiale Länge eines Ringes 6.11 verschoben. Dies hat zur Folge, dass in fünf in axialer Richtung verschobenen Schiebestellungen der Hohlwelle 4.2 jeweils eines der Stirnräder 4.21 bis 4.25 mit genau einem Ventilschieber 6 über den innenverzahnter Ring 6.11 verzahnt ist.
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In einer in 1 dargestellten ersten Schiebestellung der Hohlwelle 4.2 ist das Stirnrad 4.21 mit dem Ring 6.11 des Drehschiebers 6 der ersten Ventilschieberkammer 2.1 verzahnt. Wird die Innenwelle 4.1 von der ersten Antriebseinheit 8.1 um einen bestimmten Drehwinkel verdreht, bewegt sich die Gewindehülse 4.3 in axialer Richtung entsprechend und verschiebt dadurch die Hohlwelle 4.2 in eine zweite Schiebestellung, in der das Stirnrad 4.22 mit dem Ring 6.11 des Drehschiebers 6 der zweiten Ventilschieberkammer 2.2 verzahnt ist. Wird die Innenwelle 4.1 mit einem vorgegebenen Winkel weiter verdreht, erreicht die Hohlwelle 4.2 die dritte, vierte und fünfte Schiebestellung, in der das Stirnrad 4.23 mit dem Ring 6.11 des Drehschiebers 6 der dritten Ventilschieberkammer 2.3, das Stirnrad 4.24 mit dem Ring 6.11 des Drehschiebers 6 der vierten Ventilschieberkammer 2.4 bzw. das Stirnrad 4.25 mit dem Ring 6.11 des Drehschiebers 6 der fünften Ventilschieberkammer 2.5 verzahnt ist. Die fünfte Schiebeposition der Hohlwelle 4.2, in der das Stirnrad 4.25 mit dem Ring 6.11 des Drehschiebers 6 der fünften Ventilschieberkammer 2.5 verzahnt ist, zeigt 2.
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Ist mittels des ersten Antriebs 8.1 ein Ventilschieber 6 einer bestimmten Ventilschieberkammer 2.1 bis 2.5 angewählt, wird mittels des zweiten Antriebs 8.2 der angewählte Ventilschieber 6 in eine bestimmte Drehstellung verdreht, um den Ventilschieber 6 so zu positionieren, dass das der zugehörigen Ventilschieberkammer zugeführte Fluid über eine Ablauföffnung 2.8 der Ventilschieberkammer des angewählten Ventilschiebers 6 abgeführt wird.
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Das Drehschieberventil 10 gemäß 3 umfasst als wesentlichsten Teile das 2-teilige Drehschiebergehäuse 1 aus einer halbzylinderförmigen ersten Gehäusehälfte 1.1 und einer halbzylinderförmigen zweiten Gehäusehälfte 1.2, die in den 1 und 2 dargestellte und als Ventilkörper ausgebildete Verstelleinrichtung 3 mit auf der Doppelwelle 4 abwechselnd angeordneten scheibenförmigen Trennelementen 5 und Ventilschiebern 6 sowie eine aus einem ersten Antrieb 8.1 und einem zweiten Antrieb 8.2 aufgebauten Antriebseinheit zum Antreiben der Doppelwelle 4, wie es bereits oben im Zusammenhang den 1 und 2 beschrieben wurde.
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Sind die beiden Gehäusehälften 1.1 und 1.2 zu einem zylinderförmigen Drehschiebergehäuse 1 verbunden, entsteht der in axialer Richtung verlaufender kreiszylinderförmiger Ventilraum als Hohlraum 2, der die Verstelleinrichtung 3 als Ventilkörper aufnimmt. Dieser Ventilraum 2 wird von jeweils einem Hohl-Halbzylinder 2.01 der ersten Gehäusehälfte 1.1 und einem Hohl-Halbzylinder 2.02 der zweiten Gehäusehälfte 1.2 gebildet.
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In diesem Ventilraum 2 befindet sich der Ventilkörper 3 und ist mittels der Doppelwelle 4 in an den Stirnseiten der beiden Gehäusehälften 1.1 und 1.2 angeformten Lagerhalbschalen 1.10 und 1.20, die zusammen ein vollständiges Lager bilden, drehbar gelagert.
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Der Ventilraum 2 wird in axialer Richtung in die fünf Ventilschieberkammern 2.1 bis 2.5 mittels der Trennelemente 5 aufgeteilt. Hierzu greifen in äquidistanten Abständen auf der Innenwandung des Ventilraums 2 angeordnete und radial umlaufende Nuten 2.6 die scheibenförmigen Trennelemente 5 randseitig ein, wobei diese Trennelemente 5 stirnseitig einen umlaufenden Dichtring 5.1 aufweisen, so dass der zwischen zwei benachbarten Trennelementen 5 und der dazwischen liegenden Innenwandung des Ventilraums 2 jeweils eine der Ventilschieberkammern 2.1 bis 2.5 gebildet wird. In jeder dieser Ventilschieberkammern 2.1 bis 2.5 befindet sich jeweils ein Ventilschieber 6, der gemäß den 1, 2 und 3 zwischen zwei benachbarten Trennelementen 5 angeordnet ist. Damit sind alle Ventilschieberkammern 2.1 bis 2.5 sowohl gegenseitig als auch in Richtung der Lagerhalbschalen 1.10 und 1.20 fluiddicht.
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In jeder Ventilschieberkammer 2.1 bis 2.5 endet mindestens eine Zulauföffnung 2.7 zum Zuführen von Fluid in die jeweilige Ventilschieberkammer. Anschließend wird dieses Fluid aus jeder dieser Ventilschieberkammern 2.1 bis 2.5 mittels des in der jeweiligen Ventilschieberkammer angeordneten Ventilschiebers 6 in wenigstens eine Ablauföffnung 2.8 querschnittsgesteuert abgeführt, die in der gleichen Ventilschieberkammer beginnt.
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Das Drehschiebergehäuse 1 weist ein Kanalsystem 7 mit Fluidkanälen 7.1 auf, die zum einen entsprechend einem vorgegebenen Verschaltungsplan mehrere Fluideingangsöffnungen 1.11, 1.12, 1.21 und 1.22 mit den in den Ventilschieberkammern 2.1 bis 2.5 endenden Zulauföffnungen 2.7 verbinden und zum anderen die in den Ventilschieberkammern 2.1 bis 2.5 beginnenden Ablauföffnungen 2.8 mit mehreren Fluidausgangsöffnungen 1.13 und 1.23 entsprechend diesem vorgegebenen Verschaltungsplan verbinden. Das bedeutet, dass jede Fluideingangsöffnung 1.11, 1.12, 1.21 und 1.22 über Fluidkanäle 7.1 mit definierten Ventilschieberkammern über die jeweilige Zulauföffnung 2.7 verbunden ist und ebenso, dass jede Ablauföffnung 2.8 über Fluidkanäle 7.1 mit definierten Fluidausgangsöffnungen 1.13 und 1.23 verbunden ist.
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Gemäß 3 sind die Fluideingangsöffnungen 1.11, 1.12, 1.21 und 1.22 jeweils am stirnseitigen Ende des Drehschiebergehäuses 1 realisiert. So befindet sich an der ersten Gehäusehälfte 1.1 eine Fluideingangsöffnung 1.11 und 1.12 (vgl. 6), während die zweite Gehäusehälfte 1.2 an einer Stirnseite zwei Fluideingangsöffnungen 1.21 und gegenüberliegend eine weitere Fluideingangsöffnung 1.22 aufweist.
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Die Fluidausgangsöffnungen befinden sich auf der Mantelfläche des Drehschiebergehäuses 1, so sind zwei Fluidausgangsöffnungen 1.13 gemäß 3 an der ersten Gehäusehälfte 1.1 und zwei Fluidausgangsöffnungen 1.23 an der zweiten Gehäusehälfte 1.2 angeordnet.
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Das Kanalsystem 7 besteht zum einen aus Fluidkanälen 7.1, die als Fluidkanäle 7.10 axial in den beiden Gehäusehälften 1.1 und 1.2 verlaufen, und andererseits aus Fluidkanälen 7.1, die ausgehend von den axial verlaufenden Fluidkanälen 7.10 als Fluidkanäle 7.11 radialverlaufend in einer der Ventilschieberkammern 2.1 bis 2.5 enden, wie dies aus der Schnittdarstellung gemäß 5 ersichtlich ist.
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Werden die beiden Gehäusehälften 1.1 und 1.2 jeweils zweischalig, also jeweils aus einer inneren und äußeren Gehäuseschale entsprechend den 6 und 7 hergestellt, ist dieses Kanalsystem 7 anhand dieser Explosionsdarstellungen detaillierter zu erkennen.
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So zeigt die 6 die erste Gehäusehälfte 1.1, die aus einer inneren Gehäuseschale 1.101 und einer äußeren Gehäuseschale 1.102 hergestellt ist. In 7 ist die zweite Gehäusehälfte 1.2 dargestellt, die aus einer inneren Gehäuseschale 1.201 und einer äußeren Gehäuseschale 1.202 besteht.
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Auf den aneinander liegenden Oberflächen der jeweils zusammengehörenden Gehäuseschalen 1.101 und 1.102 bzw. 1.201 und 1.202 werden die axial verlaufenden Fluidkanäle 7.10 realisiert, wobei auf aneinander liegenden Oberflächen der Gehäuseschalen 1.101 und 1.102 bzw. 1.201 und 1.202 jeweils eine Nut hergestellt ist, so dass bei flächenschlüssigen Aneinanderliegen der beiden Gehäuseschalen 1.101 und 1.102 bzw. 1.102 und 1.202 die axial verlaufenden Fluidkanäle 7.10 entstehen. In der inneren Gehäuseschale 1.101 bzw. 1.201 sind die jeweils von einer Zulauf- oder Ablauföffnung 2.7 und 2.8 einer Ventilschieberkammer 2.1 bis 2.5 ausgehenden und radial verlaufenden Fluidkanäle 7.11 realisiert, die in einen axial verlaufenden Fluidkanal 7.10 übergehen.
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Die beiden Gehäusehälften 1.1 und 1.2 können jeweils kostengünstig einteilig als Spritzgussteil aus einem Kunststoffmaterial hergestellt werden. Es ist auch möglich, entsprechend den 6 und 7 die beiden Gehäusehälften 1.1 und 1.2 jeweils zweiteilig aus einer inneren und äußeren Gehäuseschale 1.101 und 1.102 bzw. 1.201 und 1.202 herzustellen.
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Mit einem solchen Kanalsystem 7 wird Fluid einzelnen ausgewählten Ventilschieberkammern 2.1 bis 2.5 zugeführt und gleichzeitig werden einzelne Zulauf- und Ablauföffnungen 2.7 und 2.8 der Ventilschieberkammern 2.1 bis 2.5. beliebig fluidverbunden, so dass mittels eines solchen Kanalsystems 7 ein komplexer „Verschaltungsplan“ realisiert wird.
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Die Verteilung des über die Zulauföffnungen 2.7 in den Ventilschieberkammern 2.1 bis 2.5 ankommenden Fluids erfolgt mittels der Ventilschieber 6 querschnittsgesteuert, wobei zunächst ein Ventilschieber 6 selektiv ausgewählt und der ausgewählte Ventilschieber 6 so gedreht wird, dass eine Ablauföffnung 2.8 oder auch benachbarte Ablauföffnungen gleichzeitig mit einem bestimmten Öffnungsquerschnitts geöffnet wird bzw. werden, wie dies bereits im Zusammenhang mit den 1 und 2 erläutert wurde.
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Der Ventilschieber 6 umfasst eine Hohlnabe 6.1 und einen diese Hohlnabe 6.1 umschließenden kugelsegmentförmigen Ringkörper 6.2, so dass zwischen dieser Hohlnabe 6.1 und dem Ringkörper 6.2 ein Ringraum 6.3 entsteht, wobei der Ringkörper 6.2 über Stege mit der Hohlnabe 6.1 verbunden ist und dieser Ringraum 6.3 in axialer Richtung keine stirnseitige Begrenzung aufweist. Der Ringkörper 6.2 weist wenigstens eine langschlitzartige Auslassöffnung 6.4 auf, wobei die Längsrichtung eines solchen Langschlitzes in Umfangsrichtung gerichtet ist und in Umfangsrichtung mittig mittels eines Steges geteilt ist.
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Die Hohlnabe 6.1 eines Ventilschiebers 6 überragt den Ringkörper 6.2 beidseitig derart, dass die ringförmig mit einer Ringöffnung 5.2 ausgebildeten Trennelemente 5 zwischen benachbarten Ventilschiebern 6 gleichzeitig auf den Hohlnaben 6.1 beider Ventilschieber zusammen mit einem Dichtring 5.3 angeordnet ist, wobei auf der Innenwandung der Ringöffnung 5.2 eines Trennelementes 5 ein umlaufender Steg angeordnet ist, an den beidseitig die Stirnseiten der Hohlnaben 6.1 benachbarter Ventilschieber 6 anstoßen und dadurch ein definierter Abstand zwischen benachbarten Hohlnaben 6.1 sichergestellt ist.
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Wie aus der 4 zu erkennen ist, sind die jeweils am Ende der Reihe aus den Ventilschiebern 6 und den dazwischen liegenden Trennelementen 5 angeordneten Trennelemente 5.0 konstruktiv anders gestaltet, weisen ebenso einen Dichtring 5.1 auf und sind in gleicher Weise auf der Hohlnabe 6.1 der randseitigen Ventilschieber 6 angeordnet, werden jedoch gleichzeitig von dem ersten und zweiten Gehäuseteil 1.1 und 1.2 stirnseitig umschlossen.
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Die 5 zeigt einen Querschnitt einer der Ventilschieberkammern 2.1 bis 2.5 mit einem auf der Hohlwelle 4.2 angeordneten Ventilschieber 6. In dieser Ventilschieberkammer endet eine Zulauföffnung 2.7, über die Fluid in diese Ventilschieberkammer geleitet wird, wobei aufgrund des offenen Ringraums 6.3 des Ventilschiebers 6 auch dieser Ringraum 6.3 mit Fluid geflutet ist. Ferner sind in dieser Ventilschieberkammer fünf Ablauföffnungen 2.8 vorgesehen, über die in Abhängigkeit der Drehstellung des Ventilschiebers 6 Fluid abgeleitet werden kann. Hierzu weisen diese Ablauföffnungen 2.8 jeweils ein Dichtungspaket 2.80 auf, welches fluiddicht auf der Umfangsfläche des Ringkörpers 6.2 anliegt, wenn keine Auslassöffnungen 6.4 des Ventilschiebers 6 einem solchen Dichtungspaket 2.80 gegenübersteht, wie dies bei dem in 5 bezeichneten Dichtungspaket 2.81 der Fall ist. Steht dagegen eine Auslassöffnung 6.4 des Ventilschiebers 6 direkt einem solchen Dichtungspaket 2.82 (vgl. 5) gegenüber, kann das Fluid aus dem Ringraum 6.3 des Ventilschiebers 6 über dieses Dichtungspaket 2.82 und die Ablauföffnung 2.8 in den Fluidkanal 7.11 abfließen.
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Die als Langschlitz ausgebildete Auslassöffnung 6.4 des Ventilschiebers 6 kann auch eine über den Durchmesser des Dichtungspaketes 2.80 hinausgehende in Umfangsrichtung sich erstreckende Länge aufweisen, so dass der Ventilschieber 6 eine solche Drehstellung einnehmen kann, dass gleichzeitig zwei benachbarte Dichtungspakete 2.80 und somit auch die zugehörigen Ablauföffnungen 2.8 geöffnet werden.
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Die einzige Zulauföffnung 2.7 und die fünf Ablauföffnungen 2.8 gemäß 5 sind gleichmäßig in Umfangsrichtung auf der Innenwandung der Ventilschieberkammern 2.1 bis 2.5 angeordnet, d.h. jeweils mit einem Winkelabstand von 60°.
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Es können auch mehrere Zulauföffnungen 2.7 in einer Ventilschieberkammer 2.1 bis 2.5 realisiert werden, indem diese Zulauföffnungen ohne Dichtungspaket ausgebildet werden. Ebenso ist es natürlich auch möglich, weniger als fünf Ablauföffnungen 2.8 zu realisieren.
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Die selektive Anwahl eines der fünf Ventilschieber 6 und der Steuerung des angewählten Ventilschiebers 6 in eine bestimmte Drehstellung wurde bereits im Zusammenhang mit den 1 und 2 erläutert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse, Drehschiebergehäuse
- 1.1
- erste Gehäusehälfte
- 1.101
- innere Gehäuseschale der ersten Gehäusehälfte 1.1
- 1.102
- äußere Gehäuseschale der ersten Gehäusehälfte 1.1
- 1.10
- Lagerhalbschale der ersten Gehäusehälfte 1.1
- 1.11
- Fluideingangsöffnung der ersten Gehäusehälfte 1.1
- 1.12
- Fluideingangsöffnungen der ersten Gehäusehälfte 1.1
- 1.13
- Fluidausgangsöffnungen der ersten Gehäusehälfte 1.1
- 1.2
- zweite Gehäusehälfte
- 1.201
- innere Gehäuseschale der zweiten Gehäusehälfte 1.2
- 1.202
- äußere Gehäuseschale der zweiten Gehäusehälfte 1.2
- 1.20
- Lagerhalbschale der zweiten Gehäusehälfte 1.2
- 1.21
- Fluideingangsöffnungen der zweiten Gehäusehälfte 1.2
- 1.22
- Fluideingangsöffnungen der zweiten Gehäusehälfte 1.2
- 1.23
- Fluidausgangsöffnungen der zweiten Gehäusehälfte 1.2
- 2
- Hohlraum, Ventilraum des Drehschiebergehäuse des 1
- 2.01
- Hohl-Halbzylinder der ersten Gehäusehälfte 1.1
- 2.02
- Hohl-Halbzylinder der zweiten Gehäuse Hälfte 2.1
- 2.1
- Ventilschieberkammer
- 2.2
- Ventilschieberkammer
- 2.3
- Ventilschieberkammer
- 2.4
- Ventilschieberkammer
- 2.5
- Ventilschieberkammer
- 2.6
- umlaufende Nuten des Ventilraums 2
- 2.7
- Zulauföffnung einer Ventilschieberkammer 2.1 bis 2.5
- 2.8
- Ablauföffnung einer Ventilschieberkammer 2.1 bis 2.5
- 2.80
- Dichtungspaket der Ablauföffnung 2.8
- 2.81
- Dichtungspaket der Ablauföffnung 2.8
- 2.82
- Dichtungspaket der Ablauföffnung 2.8
- 3
- Verstelleinrichtung, Ventilkörper
- 4
- Doppelwelle
- 4.1
- Innenwelle
- 4.10
- Schneckengewinde der Innenwelle 4.1
- 4.2
- Außenwelle
- 4.20
- Verzahnungskörper
- 4.21
- Stirnrad der Hohlwelle 4.2
- 4.22
- Stirnrad der Hohlwelle 4.2
- 4.23
- Stirnrad der Hohlwelle 4.2
- 4.24
- Stirnrad der Hohlwelle 4.2
- 4.25
- Stirnrad der Hohlwelle 4.2
- 4.26
- Innenverzahnung der Hohlwelle 4.2
- 4.27
- Innennut der Hohlwelle 4.2
- 4.3
- Gewindebuchse
- 4.30
- radial abstehende Nasen der Gewindehülse 4.3
- 4.4
- Führungsbuchse
- 4.40
- Flansch der Führungsbuchse 4.4
- 4.41
- Längsschlitz der Führungsbuchse 4.4
- 4.5
- Kardanwelle
- 4.50
- Stege der Kardanwelle 4.5
- 4.6
- Sicherungsring
- 5
- Trennelement
- 5.0
- Trennelement
- 5.1
- Dichtring des Trennelementes 5
- 5.2
- Ringöffnung des Trennelementes 5
- 5.3
- Dichtring
- 6
- Stellelement, Ventilschieber
- 6.1
- Hohlnabe des Ventilschiebers 6
- 6.10
- Innenverzahnung
- 6.11
- innenverzahnter Ring der Hohlnabe 6.1
- 6.2
- Ringkörper des Ventilschiebers 6
- 6.3
- Ringraum des Ventilschiebers 6
- 6.4
- Auslassöffnung des Ventilschiebers 6
- 7
- Kanalsystem des Drehschiebergehäuses 1
- 7.1
- Fluidkanäle des Kanalsystem 7
- 7.10
- axial verlaufende Fluidkanäle des Kanalsystems 7
- 7.11
- radial verlaufende Fluidkanäle des Kanalsystems 7
- 8
- Antriebseinheit
- 8.1
- erster Antrieb
- 8.2
- zweiter Antrieb
- 10
- Drehschieberventil
- ...
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