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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
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Die hier vorliegende Erfindung betrifft den Bereich sogenannter Großmotoren bzw. Großbrennkraftmaschinen, deren Zylinder Kolbendurchmesser von mehr als 140 mm, insbesondere von mehr als 175 mm, aufweisen. Bei solchen Großbrennkraftmaschinen handelt es sich zum Beispiel um Schiffsdieselbrennkraftmaschinen.
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Bei derartigen Großbrennkraftmaschinen sind die Gaswechselventile von Zylindern der Brennkraftmaschine, nämlich die Einlassventile für Ladeluft und die Auslassventile für Abgas, von einem Ventiltrieb aus ansteuerbar, der mit mindestens einer untenliegenden Nockenwelle zusammenwirkt. Dabei trägt die oder die jeweilige unten liegende Nockenwelle für jeden Zylinder Einlassnocken zur Betätigung der Einlassventile des jeweiligen Zylinders und/oder Auslassnocken zur Betätigung der Auslassventile des jeweiligen Zylinders, wobei der Ventiltrieb für jeweils mindestens ein Einlassventil des jeweiligen Zylinders und für jeweils mindestens ein Auslassventil des jeweiligen Zylinders jeweils einen sogenannten Kipphebel, eine mit dem Kipphebel zusammenwirkende Stoßstange und einen mit der Stoßstange zusammenwirkenden Schwinghebel aufweist. Über den jeweiligen Kipphebel, die jeweilige Stoßstange und den jeweiligen Schwinghebel des Ventiltriebs ist die durch die Einlassnocken und die Auslassnocken vorgegebene Ansteuerung für die Gaswechselventile auf dieselben übertragbar.
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Aus der
DE 10 2004 057 438 A1 ist eine Brennkraftmaschine bzw. ein Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einer untenliegenden Nockenwelle bekannt. So offenbart dieser Stand der Technik, dass das oder jedes Einlassventil eines jeden Zylinders der Brennkraftmaschine ausgehend von einem Einlassnocken der Nockenwelle betätigbar ist, wobei das oder jedes Einlassventil des jeweiligen Zylinders mit dem jeweiligen Einlassnocken der Nockenwelle über einen Kipphebel, eine Stoßstange und einen Schwinghebel gekoppelt ist. Ebenso ist das oder jedes Auslassventil eines jeden Zylinders ausgehend von einem Auslassnocken der untenliegenden Nockenwelle ansteuerbar, wobei das oder jedes Auslassventil des jeweiligen Zylinders mit dem jeweiligen Auslassnocken ebenfalls über einen Kipphebel, eine Stoßstange und einen Schwinghebel gekoppelt ist.
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Der Ventiltrieb gemäß
DE 10 2004 057 438 A1 kann ein stufenloses, drehzahlunabhängiges sowie lastunabhängiges Verstellen von Ventilsteuerzeiten ermöglichen, wozu der jeweilige Schwinghebel an einem Exzenter angelenkt ist. Durch Verlagern des Exzenters um einen Exzenterwinkel kann eine Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten realisiert werden.
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Nach der
DE 10 2004 057 438 A1 wirkt der jeweilige Exzenter, welcher der Einstellung variabler Steuerzeiten des jeweiligen Gaswechselwechselventils dient, demnach mit dem jeweiligen Schwinghebel zusammen.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen neuartigen Ventiltrieb und eine neuartige Brennkraftmaschine zu schaffen, die bei einfachem konstruktivem Aufbau das Einstellen variabler Steuerzeiten des jeweiligen Gaswechselwechselventils ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Ventiltrieb gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist der jeweiligen Stoßstange eine Einrichtung zur Einstellung variabler Steuerzeiten des jeweiligen Gaswechselventils zugeordnet, die mit der jeweiligen Stoßstange unmittelbar zusammenwirkt.
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Beim erfindungsgemäßen Ventiltrieb wirkt die jeweilige Einrichtung zur Einstellung variabler Steuerzeiten des jeweiligen Gaswechselventils mit der jeweiligen Stoßstange des Ventiltriebs unmittelbar zusammen.
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Dabei umfasst die jeweilige Einrichtung zur Einstellung variabler Steuerzeiten des jeweiligen Gaswechselventils vorzugsweise ein elektrisch ansteuerbares, hydraulisches Schaltventil, einen Hydraulikspeicher und mindestens zwei Rückschlagventile. Die Ansteuerung und damit Schaltstellung des Schaltventils bestimmt die Steuerzeiten für das jeweilige Gaswechselventil. Hierdurch kann bei einfachem konstruktivem Aufbau das Einstellen variabler Steuerzeiten für das jeweilige Gaswechselventil ermöglicht werden.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die jeweilige Stoßstange mehrteilig ausgebildet und umfasst einen mit dem jeweiligen Kipphebel gekoppelten ersten Stoßstangenabschnitt und einen mit dem jeweiligen Schwinghebel zusammenwirkenden zweiten Stoßstangenabschnitt. Die jeweilige mit der jeweiligen Stoßstange zusammenwirkende Einrichtung zur Einstellung variabler Steuerzeiten des jeweiligen Gaswechselwechselventils weist ein Gehäuse, einen im Gehäuse geführten und mit dem ersten Stoßstangenabschnitt zusammenwirkenden ersten Kolben, einen im Gehäuse geführten und mit dem zweiten Stoßstangenabschnitt zusammenwirkenden zweiten Kolben und einen zwischen den beiden Kolben ausgebildeten und mit beiden Kolben zusammenwirkenden Hydraulikraum auf. Diese Ausführung ist konstruktiv besonders einfach und daher bevorzugt.
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Vorzugsweise umfasst die mit der jeweiligen Stoßstange zusammenwirkende Einrichtung zur Einstellung variabler Steuerzeiten des jeweiligen Gaswechselwechselventils ein erstes Federelement, wobei sich das erste Federelement an einem Abschnitt des zweiten Kolbens und am Gehäuse abstützt. Die beiden Kolben sind abhängig von der Schaltstellung des Schaltventils mit Hydrauliköl beaufschlagt oder nicht mit Hydrauliköl beaufschlagt. Der zwischen den beiden Kolben ausgebildete Hydraulikraum des Gehäuses ist von einem das erste Federelement aufnehmenden Federraum des Gehäuses getrennt, wobei der erste Stoßstangenabschnitt an einer ersten Seite des Gehäuses in dasselbe hineinragt und dort an dem ersten Kolbens angreift, und wobei der zweite Stoßstangenabschnitt von einer zweiten Seite des Gehäuses in dasselbe hineinragt und dort an dem zweiten Kolben angreift. Auch diese vorteilhaften Merkmale dienen dem Einstellen variabler Steuerzeiten bei konstruktiv einfachem Aufbau des Ventiltriebs.
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Vorzugsweise sind sämtliche Baugruppen der mit der jeweiligen Stoßstange zusammenwirkende Einrichtung zur Einstellung variabler Steuerzeiten des jeweiligen Gaswechselwechselventils, insbesondere das Schaltventil, die Rückschlagventile, der Hydraulikspeicher, das erste Federelement und die Kolben, über das Gehäuse als Einheit an einem Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine montierbar. Hierdurch können Schnittstellen zu benachbarten Baugruppen der Brennkraftmaschine unverändert bleiben.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 11 definiert.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1: ein Detail eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine;
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2: ein Detail der 1 in perspektivischer Ansicht im Teilquerschnitt,
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3: das Detail der 2 in einem weiteren Querschnitt, und
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4 ein Ersatzschaltbild des Details der 1.
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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine mit einem derartigen Ventiltrieb.
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Die Erfindung betrifft dabei den Bereich sogenannter Großmotoren bzw. Großbrennkraftmaschinen, deren Zylinder Kolbendurchmesser von mehr als 140 mm, insbesondere von mehr als 175 mm, aufweisen, und die mindestens eine sogenannte unten liegende Nockenwelle aufweisen, also eine Nockenwelle, die nicht im Bereich von Zylinderköpfen sondern vielmehr im Bereich eines Zylinderkurbelgehäuses verläuft. Bei solchen Großbrennkraftmaschinen handelt es sich zum Beispiel um Schiffsdieselbrennkraftmaschinen.
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1 zeigt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Ventiltrieb 10, nämlich im Bereich einer Nockenwelle 11, die einen Nocken 12 trägt, sowie im Bereich eines auf einen Ventilschaft 13 eines Gaswechselventils einwirkenden Kipphebels 14 sowie einer mit dem Kipphebel 14 zusammenwirkenden Stoßstange 18 und einem zwischen die Stoßstange 18 und die Nockenwelle 11 geschalteten Schwinghebel 19. Bei dem in 1 gezeigten Nocken 12 kann es sich um einen Einlassnocken oder auch um einen Auslassnocken handeln.
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Dann, wenn es sich bei dem Nocken 12 der Nockenwelle 11 der 1 um einen Einlassnocken handelt, wird über denselben das Öffnen und Schließen mindestens eines als Einlassventil für Ladeluft ausgebildeten Gaswechselventils eines Zylinders gesteuert, wobei es sich dann bei dem Ventilschaft 13 um den Ventilschaft eines Einlassventils handelt.
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Dann hingegen, wenn es sich bei dem Nocken 12 der Nockenwelle 11 der 1 um einen Auslassnocken handelt, dient derselbe der Ansteuerung mindestens eines Auslassventils für Abgas eines Zylinders, wobei es sich dann beim Ventilschaft 13 um den Ventilschaft eines Auslassventils eines Zylinders der Brennkraftmaschine handelt.
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Je Zylinder umfasst die Brennkraftmaschine jeweils zwei Anordnungen aus Kipphebel 14, Stoßstange 18 und Schwinghebel 19, um über eine erste Anordnung das oder jedes Einlassventil und über eine zweite derartige Anordnung das oder jedes Auslassventil des jeweiligen Zylinders der Brennkraftmaschine anzusteuern. Zur Gewährleistung einer einfachen Darstellung bzw. Beschreibung der Erfindung werden nachfolgend die Baugruppen des Ventiltriebs beispielhaft unter Bezugnahme auf 1 für ein Gaswechselventil beschrieben, von welchem in 1 der Ventilschaft 13 gezeigt ist.
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Wie bereits erwähnt, umfasst der Ventiltrieb 10 der 1 den Kipphebel 14, der um eine Kipphebeldrehachse 15 schwenkbar bzw. drehbar gelagert ist. An einem ersten Ende 16 des Kipphebels 14 ist derselbe mit dem in 1 gezeigten Ventilschaft 13 gelenkig verbunden, wobei eine Ventilfeder 36 den Ventilschaft 13 in eine definierte Richtung drückt. An einem gegenüberliegenden zweiten Ende 17 des Kipphebels 14 greift die Stoßstange 18 an, die ihrerseits mit dem Schwinghebel 19 zusammenwirkt.
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Der Schwinghebel 19 überträgt die Steuerkontur des Nockens 12 der Nockenwelle 11 auf die Stoßstange 18 und über die Stoßstange 18 auf den Kipphebel 14, wobei der Schwinghebel 19 am Ende 20 um eine Schwinghebelschwenkachse 21 schwenkbar bzw. drehbar gelagert ist und an einem gegenüberliegenden Ende 22 eine Rolle 23 trägt, die an diesem Ende 22 des Schwinghebels 19 um eine Rollendrehachse 24 am Schwinghebel 19 drehbar gelagert ist und auf dem entsprechenden Nocken 12 der Nockenwelle 11 abrollt.
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Der in 1 gezeigten Stoßstange 18, die einerseits mit dem Schwinghebel 19 und andererseits mit dem Kipphebel 14 zusammenwirkt, ist eine Einrichtung 25 zur Einstellung variabler Steuerzeiten des jeweiligen Gaswechselventils zugeordnet, wobei diese Einrichtung 25 unmittelbar mit der Stoßstange 18 zusammenwirkt.
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Die Einrichtung 25 zur Einstellung variabler Steuerzeiten des jeweiligen Gaswechselventils verfügt über ein elektrisch ansteuerbares Schaltventil 26, einen Hydraulikspeicher 27 sowie mehrere, gemäß 1 über zwei, Rückschlagventile 28a, 28b. Die Schaltstellung bzw. Ansteuerung des elektrisch ansteuerbaren Schaltventils 26 bestimmt die Steuerzeiten des jeweiligen Gaswechselventils.
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Die Stoßstange 18 ist mehrteilig ausgebildet und verfügt über einen mit dem Kipphebel 14 gekoppelten ersten Stoßstangenabschnitt 18a und über einen mit dem Schwinghebel 19 zusammenwirkenden zweiten Stoßstangenabschnitt 18b. Die mit der Stoßstange 18 zusammenwirkende Einrichtung 25 zur Einstellung variabler Steuerzeiten des Gaswechselventils verfügt über ein Gehäuse 29, einen im Gehäuse 29 geführten und mit dem ersten Stoßstangenabschnitt 18a zusammenwirkenden ersten Kolben 30a sowie über einen ebenfalls im Gehäuse 29 geführten und mit dem zweiten Stoßstangenabschnitt 18b zusammenwirkenden zweiten Kolben 30b.
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Ferner weist die Einrichtung 25 zur Einstellung variabler Steuerzeiten einen Hydraulikraum 31 auf, der zwischen den beiden Kolben 30a, 30b ausgebildet ist und abhängig von der Schaltstellung des Schaltventils 26 mit Hydrauliköl befüllbar ist und dessen Hydraulikdruck auf die beiden Kolben 30a, 30b einwirkt.
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Das Gehäuse 29 stellt einen Hydraulikzuleitungsanschluss 38 für eine Hydraulikölzuleitung 37 bereit, wobei das Rückschlagventil 28b zwischen den Hydraulikzuleitungsanschluss 38 und den Hydraulikspeicher 27 geschaltet ist. Das Rückschlagventil 28a ist zwischen den Hydraulikspeicher 27 und den zwischen den beiden Kolben 30a, 30b ausgebildeten Hydraulikraum 31 geschaltet. Parallel zu diesem Rückschlagventil 28a ist das Schaltventil 26 zwischen den Hydraulikspeicher 27 und den Hydraulikraum 31 geschaltet.
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Die Einrichtung 25 zur Einstellung variabler Steuerzeiten des jeweiligen Gaswechselventils verfügt weiterhin über ein im Gehäuse 29 aufgenommenes erstes Federelement 33, wobei sich dieses Federelement 33 einerseits am Gehäuse 29 und andererseits am zweiten Kolben 30b abstützt, der mit dem zwischen den zweiten Kolben 30b und den Schwinghebel 19 geschalteten zweiten Stoßstangenabschnitt 18b zusammenwirkt. Bei diesem Federelement 33 handelt es sich um eine sogenannte Lost-Motion-Feder, die sicherstellt, dass stets ein Kontakt bzw. eine Wirkverbindung zwischen dem zweiten Stoßstangenabschnitt 18b und dem zweiten Kolben 30b besteht. Dieses Federelement 33 ist in einem Federraum 32 des Gehäuses 29 der Einrichtung 25 zur Einstellung variabler Steuerzeiten des jeweiligen Gaswechselventils aufgenommen, wobei der Federraum 32 vom Hydraulikraum 31 getrennt ist. Der erste Stoßstangenabschnitt 18a ragt an einer ersten Seite des Gehäuses 29 in dasselbe hinein und greift dort an dem ersten Kolben 30 an. Der zweite Stoßstangenabschnitt 18b greift von einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Gehäuses 29 aus in dasselbe ein und greift dort an dem zweiten Kolben 30b an.
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Das Gehäuse 29 nimmt also beide Kolben 30a, 30b, die Feder 33, den Hydraulikraum 31, das Schaltventil 26, die beiden Rückschlagventile 28a, 28b sowie den Hydraulikspeicher 27 auf. Sämtliche Baugruppen der Einrichtung 25 zur Einstellung variabler Steuerzeiten des Gaswechselventils, nämlich die oben erwähnten Baugruppen, die vom Gehäuse 29 aufgenommen sind, sind über das Gehäuse 29 als Einheit an einem nicht gezeigten Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine montierbar. Schnittstellen zu benachbarten Baugruppen der Brennkraftmaschine können unverändert bleiben. Insbesondere ist keine Veränderung am Schwinghebel 19, am Kipphebel 14 oder auch an Zylinderköpfen der Brennkraftmaschine erforderlich.
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Der Hydraulikspeicher 27 verfügt über ein zweites Federelement 34, welches gegen ein den Hydraulikspeicher 27 abschnittsweise begrenzendes Element 35 drückt. Die Federkraft jedes Federelements 34 versucht das Hydrauliköl aus dem Hydraulikspeicher 27 herauszudrücken.
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Mit dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb 10 können bei konstruktiv einfachem Aufbau und bei unveränderten Schnittstellen zu benachbarten Baugruppen der Brennkraftmaschine an Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine variable Steuerzeiten eingestellt werden. Dazu wird das Schaltventil 26 entsprechend elektrisch angesteuert, um in einer Schaltstellung den Hydraulikraum 31 und den Hydraulikspeicher 27 in beiden Strömungsrichtungen zu koppeln und um in einer anderen Schaltstellung diese Kopplung in beiden Strömungsrichtungen aufzuheben, wobei dann in dieser anderen Schaltstellung der Hydraulikraum 31 und der Hydraulikspeicher 27 lediglich über das parallel zum Schaltventil 26 geschaltete Rückschlagventil 28a in einer Strömungsrichtung gekoppelt sind, wobei das Rückschlagventil 28a eine Ölströmung vom Hydraulikspeicher 27 in den Hydraulikraum 31 zulässt, jedoch eine entgegengesetzte Strömung vom Hydraulikraum 31 in den Hydraulikspeicher 27 unterbindet. Das Rückschlagventil 28b ist derart zwischen den Hydraulikzuleitungsanschluss 38 und den Hydraulikspeicher 27 geschaltet, dass zwar ausgehend vom Hydraulikzuleitungsanschluss 38 Hydrauliköl in den Hydraulikspeicher 27 fließen kann, jedoch nicht umgekehrt ausgehend vom Hydraulikspeicher 27 in den Hydraulikzuleitungsanschluss 28.
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Durch entsprechende Ansteuerung des Schaltventils 26 können gegenüber dem vom Nocken 12 bereitgestellten Öffnungsverhalten und Schließverhalten des jeweiligen Gaswechselventils variable Steuerzeiten eingestellt werden.
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Wie bereits ausgeführt, können durch entsprechende elektrische Ansteuerung des Schaltventils 26 die Steuerzeiten bestimmt werden. Das Schaltventil 26 ist dabei ein 2/2-Wegeventil. Im unbestromten Zustand nimmt das Schaltventil 26 die in 1 gezeigte Schaltstellung ein, in welcher der Hydraulikspeicher 27 und der Hydraulikraum 31 lediglich über das Rückschlagventil 28a in einer Strömungsrichtung koppelt sind. Im bestromten Zustand nimmt das Schaltventil 26 die andere Schaltstellung ein, in welcher dann der Hydraulikspeicher 27 und der Hydraulikraum 31 in beiden Strömungsrichtungen gekoppelt sind. Hydrauliköl kann im Hydraulikspeicher 27 gespeichert und ausgehend vom Hydraulikspeicher 27 dem Hydraulikraum 31 zugeführt werden. Ein Federelement 39 drückt das Schaltventil 26 im unbestromten Zustand in die in 1 gezeigte Schaltstellung. 4 zeigt weiterhin einen Aktuator 40 zur Bestromung des Schaltventils 26 und eine Entlüftung 41 für den Hydraulikspeicher 27.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ventiltrieb
- 11
- Nockenwelle
- 12
- Nocke
- 13
- Ventilschaft
- 14
- Kipphebel
- 15
- Kipphebeldrehachse
- 16
- Ende
- 17
- Ende
- 18
- Stoßstange
- 18a, 18b
- Stoßstangenabschnitt
- 19
- Schwinghebel
- 20
- Ende
- 21
- Schwinghebelschwenkachse
- 22
- Ende
- 23
- Rolle
- 24
- Rollendrehachse
- 25
- Einrichtung
- 26
- Schaltventil
- 27
- Hydraulikspeicher
- 28a, 28b
- Rückschlagventil
- 29
- Gehäuse
- 29a, 29b
- Gehäuseteil
- 30a, 30b
- Kolben
- 31
- Hydraulikraum
- 32
- Federraum
- 33
- Federelement
- 34
- Federelement
- 35
- Element
- 36
- Ventilfeder
- 37
- Hydraulikölzuleitung
- 38
- Hydraulikzuleitungsanschluss
- 39
- Federelement
- 40
- Aktuator
- 41
- Entlüftung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004057438 A1 [0004, 0005, 0006]
