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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen hydraulischen Nockenwellenverstellers gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Hydraulische Nockenwellenversteller werden bei Verbrennungsmotoren eingesetzt, um die Ventilsteuerzeiten der Einlass- und Auslassventile des Verbrennungsmotors an einen Lastzustand des Verbrennungsmotors anzupassen und somit die Effizienz des Verbrennungsmotors zu steigern. Aus dem Stand der Technik sind hydraulische Nockenwellenversteller bekannt, welche nach dem Flügelzellenprinzip arbeiten. Dabei umfasst der Nockenwellenversteller einen Stator und einen relativ zum Stator verdrehbaren Rotor, wobei zwischen dem Stator und dem Rotor ein Arbeitsraum ausgebildet ist, welcher durch einen Flügel des Rotors in zwei Arbeitskammern unterteilt wird. Durch eine entsprechende hydraulische Druckbeaufschlagung der Arbeitskammern kann die Lage des Rotors relativ zum Stator verändert und somit die Steuerzeiten der Ventile angepasst werden. Dabei ist der Rotor in der Regel zwischen einer Spätposition und einer Frühposition verstellbar, welche durch entsprechende Anschläge am Stator definiert werden. Nachteilig bei einer solchen Lösung ist jedoch, dass ein Verstellwinkel zwischen der Frühposition und der Spätposition motorindividuell ist, sodass für jede Motorvariante ein unterschiedlicher Stator notwendig ist.
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Aus der
DE 10 2004 060 176 B4 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller bekannt, bei dem ein Winkelanschlag zwischen einem Rotorflügel und dem Stator axial außerhalb der Schraubverbindung vorgesehen ist.
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Aus der
DE 10 2006 060 676 A1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller bekannt, bei dem der Stellwinkelbereich, innerhalb welchem die Position des Rotors gegenüber dem Stator veränderbar ist, durch eine Anschlagwandung begrenzt ist. Dabei ist in den Arbeitskammern zwischen dem Stator und dem Rotor ein Anschlagelement eingesetzt, welches formschlüssig mit dem Stator verbunden ist, und die Verdrehung des Rotors in eine Drehrichtung begrenzt.
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Aus der
EP 2 985 429 B1 ist ein Herstellungsverfahren für einen hydraulischen Nockenwellenversteller bekannt, wobei der Stator einen oder mehrere zusammengesetzte Grundkörper aufweist, die in einer Richtung entlang einer Drehachse zu mindestens einer Seite geöffnet sind und eine Abdeckplatte, mit welcher die Öffnung im Stator verschließbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Abdeckplatte Dichtelemente mit unterschiedlichen Härten aufweist.
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Die
DE 10 2013 015 677 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines hochgenauen Sinterteils, beispielsweise eines Stators für einen hydraulischen Nockenwellenversteller, welches mindestens ein erstes und ein zweites Sinterfügeteil umfasst, wobei eine hochgenaue radiale Präzision durch das Verformen von wenigstens einem Radialverformungselement, welches bevorzugt an einer Fügekontaktzone angrenzend positioniert ist, erreicht wird, wobei das Verformen des Radialverformungselements wenigstens mittels eines Kalibrierwerkzeuges bewirkt wird und zumindest im Wesentlichen als plastische Verformung des Radialverformungselements erfolgt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Anzahl der Gleichteile zwischen unterschiedlichen Nockenwellenverstellern zu erhöhen und somit die Fertigungskosten zu reduzieren.
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Die Aufgabe wird durch einen hydraulischen Nockenwellenversteller zur variablen Verstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, mit einem Stator und einem relativ zum Stator verdrehbaren Rotor gelöst, wobei an dem Stator radial nach innen ragende Stege ausgebildet sind, und wobei an dem Rotor radial nach außen ragende Flügel ausgebildet sind. Zwischen dem Stator und dem Rotor sind mehrere hydraulische Arbeitsräume ausgebildet, welche jeweils durch einen Flügel des Rotors in eine erste Arbeitskammer und eine zweite Arbeitskammer unterteilt werden. Dabei umfasst der Stator ein erstes Statorbauteil und ein zweites Statorbauteil. Es ist vorgesehen, dass das erste Statorbauteil und das zweite Statorbauteil konzentrisch um eine gemeinsame Drehachse angeordnet sind, wobei an dem ersten Statorbauteil ein erster Anschlag für einen Flügel des Rotors ausgebildet ist, wobei an dem zweiten Statorbauteil ein zweiter Anschlag für einen Flügel des Rotors ausgebildet ist, und wobei der Verstellbereich des Rotors durch die Positionierung der beiden Statorbauteile zueinander definiert ist. Durch einen geteilten Stator, welcher vorzugsweise aus zwei Statorbauteilen besteht, ist es möglich, die Anzahl an Gleichteilen zwischen hydraulischen Nockenwellenverstellern für verschiedene Verbrennungsmotoren zu erhöhen. Dabei wird der gewünschte Verstellwinkel für den Rotor während der Montage eingestellt, indem die beiden Statorbauteile aufeinander gelegt und zu einander verdreht werden, sodass der Verstellwinkel für den Flügel des Rotors zwischen einem ersten Anschlag an dem ersten Statorbauteil und einem zweiten Anschlag an dem zweiten Statorbauteil begrenzt wird. Somit können durch die Verdrehung der Statorbauteile zueinander verschiedene Verstellwinkel dargestellt werden, ohne dass sich die Anzahl der notwendigen Bauteilvarianten erhöht. Ferner können für verschiedene hydraulische Nockenwellenversteller die gleichen Werkzeuge genutzt werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen hydraulischen Nockenwellenverstellers möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein erster Anschlag für eine maximale Frühverstellung des Rotors an einem der beiden Statorbauteile ausgebildet ist und ein zweiter Anschlag für eine maximale Spätverstellung des Rotors durch das jeweils andere Statorbauteil definiert ist. Dadurch kann der Verstellwinkel auf einfache Art und Weise eingestellt werden. Dabei können Kundenwünsche nach einem neuen oder geänderten Verstellwinkel einfach realisiert werden, sodass zusätzlich zu einer Kostenreduzierung durch Skaleneffekten bei der Produktion die schnelle, kostengünstige und produkt- bzw. projektübergreifende Herstellung von Serienteilen, Versuchsteilen und Prototypen möglich ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des hydraulischen Nockenwellenverstellers ist vorgesehen, dass die beiden Statorbauteile mittels Verbindungselementen miteinander verbunden sind, wobei an zumindest einem der Statorbauteile ein Langloch zur Aufnahme des Verbindungselements ausgebildet ist. Durch Verbindungselemente können die Statorbauteile zueinander fixiert werden, wobei ein Langloch eine Verdrehung des einen Statorbauteils gegenüber dem anderen Statorbauteil ermöglicht, solange die Verbindungselemente noch nicht endgültig fixiert sind. So ist insbesondere eine Schraubverbindung vorteilhaft, bei der die beiden Statorbauteile durch ein loses Eindrehen der Schraube derart zueinander vormontiert werden, dass eine Verdrehung möglich ist, die Bauteile jedoch gegen ein Auseinanderfallen gesichert sind. Sind die Statorbauteile dann in ihre endgültige Position zueinander gebracht, so kann über die Schrauben eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt werden, welche die Positionen der Statorbauteile zueinander fixiert. Ferner ermöglicht eine Schraubverbindung ein Nachjustieren, falls es zu einer fehlerhaften Montage oder zu einer unerwünschten Verschiebung der Statorbauteile zueinander gekommen ist. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn an einem Statorbauteil ein rundes Loch zur Aufnahme und Zentrierung der Schraube ausgebildet ist und an dem anderen Statorbauteil ein Langloch ausgebildet ist, welches eine entsprechende Verdrehung der beiden Rotorbauteile zueinander ermöglicht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Statorbauteil und das zweite Statorbauteil eine identische Innenkontur aufweisen. Durch identische Innenkonturen kann die Fertigung weiter vereinfacht werden. So können die Innenkonturen der beiden Statorbauteile mit den gleichen Werkzeugen hergestellt oder nachbearbeitet werden, wodurch die Herstellungskosten weiter reduziert werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Statorbauteil und das zweite Statorbauteil die gleiche Breite aufweisen. Die Herstellung einer identischen Innenkontur zwischen den beiden Statorbauteilen wird durch zwei gleich breite Statorbauteile begünstigt. Ferner kann durch zwei gleich breite Statorbauteile verhindert werden, dass die mechanische Belastung auf eines der Statorbauteile zu hoch wird. Dadurch können hohe Dichtkräfte zwischen den zwei Statorbauteilen realisiert werden, welche eine Undichtigkeit an der Trennstelle zwischen den zwei Statorbauteilen minimieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass an zumindest einem der Statorbauteile eine Antriebsverzahnung ausgebildet ist. Somit kann eine kundenspezifische Verzahnung an dem Stator ausgebildet werden, sodass die Anzahl der Varianten für hydraulische Nockenwellenversteller reduziert werden kann. Im Idealfall sind dabei nur zwei Varianten, nämlich eine für einen Antrieb mittels einer Steuerkette und eine für einen Antrieb mittels eines Zahnriemens, notwendig. Somit kann ein Baukasten realisiert werden, welcher nur wenige Bauteilvarianten benötigt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des hydraulischen Nockenwellenverstellers ist vorgesehen, dass eine Druckmittelzufuhr zu den ersten Arbeitskammern und zu den zweiten Arbeitskammern ausschließlich durch Zufuhrkanäle im Rotor erfolgt. Um Dichtheitsprobleme an dem mehrteiligen Stator zu vermeiden ist es vorteilhaft, wenn die Druckmittelzufuhr zu den Arbeitskammern ausschließlich durch den Rotor erfolgt. Zudem können weitere Funktionen, insbesondere eine Mittenverriegelungsfunktion durch Druckmittelzufuhrkanäle im Rotor gesteuert werden, ohne dass Änderungen an dem Stator notwendig sind. Somit lässt sich die Gleichteil-Verwendung auf weitere Varianten von hydraulischen Nockenwellenverstellern ausdehnen.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Nockenwellenverstellers vorgeschlagen, wobei das erste Statorbauteil und das zweite Statorbauteil bei der Montage des Stators zusammengesetzt werden, wobei eine Einstellung des maximal möglichen Verstellwinkels des Rotors durch eine relative Verdrehung eines der Statorbauteile zum jeweils anderen Statorbauteil erfolgt. Durch ein solches Verfahren ist eine einfache und kostengünstige Herstellung eines hydraulischen Nockenwellenverstellers möglich, wobei projektübergreifend gleiche Statorbauteile verwendet werden können und somit ein Baukastensystem mit hohen Stückzahlen und entsprechenden Kostenvorteilen umgesetzt werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der hydraulische Nockenwellenversteller eine Mittenverriegelung aufweist, wobei das Verriegelungsspiel der Mittenverriegelung während der Einstellung des maximal möglichen Verstellwinkels des Rotors erfolgt. Durch die Verdrehung der Statorbauteile kann zusätzlich das Verriegelungsspiel eingestellt werden. Dabei kann die Mittenverriegelungsfunktion optimiert werden, um ein sicheres Verriegeln und Entriegeln der Verriegelungselemente zu ermöglichen.
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In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest eines der Statorteile mit einer definierten Breite gefertigt wird, wobei die Breite des Stators dadurch an die Breite des Rotors angepasst wird, dass das jeweils andere Statorbauteil zu dem Statorbauteil mit definierter Breite ausgewählt und gefügt wird, wobei die Breiten der beiden Statorbauteile in Summe der Breite des Rotors entsprechen. Diese Maßnahme erlaubt die Ausdehnung des Baukastenprinzips auf hydraulische Nockenwellenversteller unterschiedlicher Klassen mit unterschiedlicher Breite, wobei zumindest eines der Statorbauteile für alle Klassen genutzt werden kann. Alternativ ist es möglich, ein Zwischenbauteil zwischen das erste Statorbauteil und das zweite Statorbauteil einzusetzen, um durch dieses Zwischenbauteil, insbesondere einen Zwischenring, die Breite des Stators zu verändern. Dieses Zwischenbauteil kann beispielsweise als Stanzteil besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:
- 1 einen erfindungsgemäßen, hydraulischen Nockenwellenversteller nach dem Baukastenprinzip;
- 2 ein erstes Statorbauteil eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers in einer dreidimensionalen Ansicht;
- 3 ein zweites Statorbauteil eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers in einer dreidimensionalen Ansicht;
- 4 einen Stator eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers in einer ersten Ansicht;
- 5 den Stator des erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers in einer weiteren Ansicht; und
- 6 einen erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller in einer Schnittdarstellung.
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1 zeigt einen hydraulischen Nockenwellenversteller 1 nach dem Flügelzellenprinzip mit einem Stator 2 und einem relativ zum Stator 2 verdrehbaren Rotor 3. Dabei ist der Rotor 3 drehbar um eine Drehachse 23 im Stator 2 gelagert. Der Stator 2 weist mehrere Stege 4 auf, welche in radialer Richtung von einem zylindrischen Grundkörper in Richtung einer Mittelachse des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 verlaufen. Zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 2 sind Arbeitsräume 6 ausgebildet, welche durch radial aus einem Grundkörper des Rotors 3 vorstehende Flügel 5 in jeweils eine erste Arbeitskammer 7 und eine zweite Arbeitskammer 8 unterteilt werden. An dem Stator 2 ist eine Antriebsverzahnung 11 ausgebildet, mit welcher der Stator 2 über ein Antriebsmittel, insbesondere eine Steuerkette oder einen Zahnriemen, von einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors angetrieben wird. Der Stator 2 umfasst ein in 2 dargestelltes erstes Statorbauteil 9 und ein in 3 dargestelltes zweites Statorbauteil 10, welche mittels Verbindungselementen 13, insbesondere mittels Schrauben 14, miteinander verbunden sind. Der Stator 2 ist wie in 6 an seinen axialen Endflächen jeweils durch einen Deckel 26, 27 verschlossen. Der hydraulische Nockenwellenversteller 1 weist eine Zentralöffnung 21 auf, in welche ein nicht dargestelltes Zentralventil einsetzbar ist, durch welches die Druckmittelversorgung der Arbeitskammern 7, 8 steuerbar ist, sodass der Rotor 3 innerhalb der durch die Stege 4 begrenzten Arbeitsräume 6 verdrehbar ist. Dabei ist an jedem der Statorbauteile 9, 10 jeweils ein Anschlag 24, 25 ausgebildet, wobei der Winkel zwischen dem ersten Anschlag 24 und dem zweiten Anschlag 25 als Anschlagwinkel α bezeichnet wird. Durch die beiden Anschläge 24, 25 ist ein maximal möglicher Verstellwinkel γ für den Rotor 3 gegeben, welcher in 1 dargestellt ist. Das erste Statorbauteil 9 und das zweite Statorbauteil 10 sind dabei leicht um einen Einstellwinkel β zueinander verdreht angeordnet, sodass der Verstellwinkel γ einstellbar ist.
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2 zeigt ein erstes Statorbauteil 9 eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 in einer dreidimensionalen Ansicht. Das erste Statorbauteil 9 weist eine Außenkontur 15 und eine Innenkontur 16 auf. An dem ersten Statorbauteil 9 sind Stege 4 ausgebildet, an welchen ein erster Anschlag 24 für die Flügel 5 des Rotors 3 ausgebildet ist. In den Stegen 4 sind Langlöcher 12 ausgebildet, durch welche das erste Statorbauteil 9 mit einem in 3 dargestellten zweiten Statorbauteil 10 mittels Verbindungselementen 13, insbesondere mittels Schrauben 14, verbindbar ist.
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In 3 ist ein zweites Statorbauteil 10 eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 in einer dreidimensionalen Darstellung gezeigt. Das zweite Statorbauteil 10 weist eine Außenkontur 15 und eine Innenkontur 16 auf. An der Außenkontur 15 ist eine Antriebsverzahnung 11 ausgebildet, mit welcher der Stator 2 mittels einer Steuerkette oder eines Zahnriemens von einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors antreibbar ist. Das zweite Statorbauteil 10 weist Stege 4 auf, an welchen ein zweiter Anschlag 25 für die Flügel 5 des Rotors 3 ausgebildet sind. In den Stegen 4 sind Langlöcher 12 ausgebildet, mit welchen das zweite Statorbauteil 10 und das erste Statorbauteil 9 mittels Verbindungselementen 13 vorzugsweise reversibel lösbar verbunden sind. Das zweite Statorbauteil 10 weist eine Breite 20 auf.
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In 4 ist ein Stator 2 eines erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt. Der Stator 2 umfasst ein erstes Statorbauteil 9 und ein zweites Statorbauteil 10. Dabei weisen das erste Statorbauteil 9 und das zweite Statorbauteil 10 vorzugsweise eine identische Innenkontur 16 auf. Dabei sind die beiden Statorbauteile 9, 10 um einen Winkel β zueinander verdreht angeordnet, sodass die Flügel des Rotors 3 bei einer Verstellung in die eine Verstellrichtung an dem ersten Anschlag 24 an dem ersten Statorbauteil 9 und bei einer Verstellung in die andere Verstellrichtung an dem zweiten Anschlag 25 an dem zweiten Statorbauteil anschlagen. Somit ist der maximale Verstellwinkel γ des Rotors 3 durch die beiden Anschläge 24, 25 begrenzt und kann durch eine Verdrehung der beiden Statorbauteile 9, 1 zueinander eingestellt werden. Der Stator 2 weist eine Breite 18 auf, welche der Breite 17 des Rotors 3 entspricht und sich aus der Breite 19 des ersten Statorbauteils 9 und der Breite 20 des zweiten Statorbauteils 10 ergibt. In 5 ist der Stator 2 in einer weiteren dreidimensionalen Ansicht gezeigt, welche gegenüber der Darstellung in 4 einer Drehung um 180° entspricht.
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In 6 ist ein erfindungsgemäßer hydraulischer Nockenwellenversteller 1 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Der hydraulische Nockenwellenversteller 1 umfasst einen Stator 2, welcher ein erstes Statorbauteil 9 und ein zweites Statorbauteil 10 umfasst. Der Stator 2 ist an seinen Stirnseiten jeweils durch einen Deckel 26, 27 verschlossen. In dem Stator 2 ist ein gegenüber dem Stator 2 verdrehbarer Rotor 3 angeordnet. Der Rotor 3 weist eine Zentralöffnung 21 auf, in welche ein Zentralventil zur Druckmittelversorgung der Arbeitskammern 7, 8 des hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 eingesetzt werden kann. Die Breite 17 des Rotors entspricht dabei der Summe der Breiten 19, 20 der beiden Statorbauteile 9, 10, sodass der Rotor 3 und der Stator 2 bis auf ein funktionsbedingtes Spiel die gleiche Breite aufweisen. Die beiden Deckel 26, 27 sowie das erste Statorbauteil 9 und das zweite Statorbauteil 10 sind über Schrauben 14 miteinander verbunden.
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Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass sich bei einem erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller 1 aufgrund des geteilten Stators 2 der Verstellwinkel α für den Rotor 3 einstellen lässt und somit ein Baukastenprinzip realisiert werden kann, welches mehr Gleichteile zwischen den einzelnen Varianten ermöglich. Somit können die Fertigungskosten in der Serienfertigung gesenkt werden. Ferner können Versuchsträger und Prototypen von hydraulischen Nockenwellenverstellern 1 mit diesen Serienteilen kurzfristig realisiert werden, insbesondere wenn Versuche mit unterschiedlichen Verstellwinkeln durchgeführt werden sollen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydraulischer Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Steg
- 5
- Flügel
- 6
- Arbeitsraum
- 7
- erste Arbeitskammer
- 8
- zweite Arbeitskammer
- 9
- erstes Statorbauteil
- 10
- zweites Statorbauteil
- 11
- Antriebsverzahnung
- 12
- Langloch
- 13
- Verbindungselement
- 14
- Schraube
- 15
- Außenkontur
- 16
- Innenkontur
- 17
- Breite des Rotors
- 18
- Breite des Stators
- 19
- Breite des ersten Statorbauteils
- 20
- Breite des zweiten Statorbauteils
- 21
- Zentralöffnung
- 23
- Drehachse
- 24
- erster Anschlag
- 25
- zweiter Anschlag
- 26
- erster Deckel
- 27
- zweiter Deckel
- α
- Anschlagwinkel Stator
- β
- Einstellwinkel
- γ
- Verstellwinkel Nockenwellenversteller
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004060176 B4 [0003]
- DE 102006060676 A1 [0004]
- EP 2985429 B1 [0005]
- DE 102013015677 A1 [0006]
