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Die Erfindung betrifft einen Rotor für einen hydraulischen Nockenwellenversteller, insbesondere des Flügelzellentyps, mit einem Grundkörper, von dem Flügel radial nach außen abstehen, die in einer/einem von einem Stator gebildeten Arbeitskammer/Druckraum verschwenkbar anordnenbar sind, wobei der Rotor durch eine Vielzahl an plattenartigen, fest miteinander verbundenen Rotorblechen ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft auch einen hydraulischer Nockenwellenversteller mit einem Stator und einem relativ zu dem Stator drehbar gelagerten, koaxial zu dem Stator angeordneten Rotor. Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen solchen Rotor.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Rotoren für hydraulische Nockenwellenversteller bekannt. Insbesondere bei Rotoren mit einer komplexeren Geometrie, zum Beispiel mit einer Mittenverriegelung, ist es notwendig, mehrere Öffnungen einzubringen. Beispielsweise werden auch um mehrere Ebenen gekippte Durchgangsöffnungen sowie als Sackloch ausgebildete Öffnungen erforderlich. Um solche Geometrien herstellen zu können, sind solche Rotoren oftmals als Sinterteile hergestellt. Ölkanäle für eine Verstellung sowie für die Mittenverriegelung werden dabei bereits im Grünling gebohrt, was eine nachträgliche Entgratung vermeidet. Jedoch stellt das Grünlingsbohren mit der geforderten Komplexität hohe Anforderungen an den Herstellungsprozess, so dass nur eine geringe Anzahl an Herstellern solche Rotoren bzw. solche Grünlinge herstellen können. Außerdem wird verhältnismäßig viel Sinterpulver für den massiv ausgebildeten Rotor benötigt, was sich nachteilig auf die Herstellungskosten auswirkt.
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Alternativ werden solche Rotoren hergestellt, indem die Öllogik über miteinander radial verpresste und anschließend kalibrierte Sinterteile hergestellt ist. Dadurch entfällt ein spanendes Einbringen von Bohrungen. Auch Rotoren aus miteinander axial verpressten Bauteilen bekannt, die jedoch kostenintensiv in der Anfangsinvestition sind.
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Eine weitere im Stand der Technik zur Anwendung kommende Alternative zur Herstellung solcher Rotoren ist die Verwendung von Strangpressprofilen als Rohling und zum Einbringen aller Öffnungen, was eine kostengünstige Lösung darstellt, da die Materialkosten gesenkt werden können. Jedoch ist bei dieser Herstellungsart der Einsatz von Stahl nicht möglich. Deshalb wird oftmals Aluminium verwendet, das jedoch eine niedrigere Festigkeit als Stahl und aufgrund des zu Stahl verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten Nachteile hinsichtlich der Kombinierbarkeit mit anderen Verstellerbauteilen aufweist.
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Auch ist beispielsweise aus der
DE 100 80 917 C1 eine Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle einer Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Vorrichtung als Drehflügelversteller bzw. Flügelzellenversteller ausgebildet ist, die einen Stator und einen koaxial zu diesem angeordneten Rotor aufweisen, dessen Flügel in von radialen Wänden des Stators gebildeten Druckkammern durch Öldruck schwenkbar sind, wobei der Stator und der Rotor aus je einem Paket von durch Stanzen erzeugten und miteinander fest verbundenen Stator-Platinen bzw. Rotor-Platinen bestehen. Dabei werden als stanzpaketierte Rotoren eingesetzt, bei denen, ähnlich wie bei Spulenkernen für Transformatoren, gestanzte Bleche geschichtet werden und anschließend durch Durchsetzfügen, Laserpunktschweißen und/oder Diffusionsschweißen gefügt werden.
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Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass ein Kompromiss zwischen den Herstellungskosten und der Funktionalität geschlossen werden muss. Ein Problem bei einem stanzpaketierten Rotor ist es, dass die Kanten der einzelnen Bleche durch die Herstellung als ein Stanzteil Einzüge und Ausrisse aufweisen, so dass an den Mantelflächen des Rotors eine Riffelung entsteht. Diese Riffelung führt zu einer unbrauchbaren Lagerfläche zum Stator sowie zu einer hohen Ölleckage. Ein anschließendes Abschleifen der Riffelungen stellt eine nicht-wirtschaftliche Lösung da, bei der sich zusätzlich der erzeugte Schleifstaub nachteilig im Betrieb des Rotors auswirken kann.
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Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu verringern. Insbesondere sollen ein einfach und kostengünstig herstellbarer Rotor, der die Funktionen eines Rotors zufriedenstellend erfüllt, sowie ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einem solchen Rotor bereitgestellt werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass wenigstens auf einer radialen und/oder axialen Außenseite des Rotors eine die Rotorbleche umgebende Hülle angeordnet ist.
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Dies hat den Vorteil, dass auf der Außenseite des Rotors eine Lagerfläche sowie eine Dichtfläche zu dem Stator geschaffen werden, so dass eine ausreichende Funktionalität des Rotors sichergestellt ist. Damit kann der Rotor kostengünstig und durch den Aufbau aus geschichteten Blechen auch mit einer komplexen Geometrie hergestellt werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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Zudem ist es zweckmäßig, wenn die Hülle als eine Metallhülle ausgebildet ist. Dadurch kann eine formstabile Hülle mit einer glatten Oberfläche bereitgestellt werden, die optimal als Lagerungsfläche und als Dichtfläche geeignet ist. Zusätzlich ist eine Metallhülle im Gegensatz zu einer Kunststoffhülle verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Alterungsprozessen und Verzug z. B. durch Wasser- oder Ölaufnahme. Auch lässt sich die Hülle somit verhältnismäßig kostengünstig herstellen. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Hülle als ein Stahlbauteil ausgebildet ist.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Hülle als ein Sinterbauteil oder ein Tiefziehbauteil ausgebildet ist. Durch die Ausbildung der Hülle als ein Sinterbauteil können die Vorteile eines Sinterbauteils genutzt werden bei gleichzeitig geringem Gesamtmaterialeinsatz, da lediglich eine hüllende Schicht auf der Außenseite des Rotors aus dem Sinterpulver hergestellt ist. Beim Sintern lassen sich auch komplexe Geometrien herstellen, beispielsweise mit Durchgangsöffnungen auf der Außenseite, so dass eine Verbindung zu Ölkanälen des Rotors hergestellt werden kann. Außerdem ist keine oder kaum Nachbearbeitung des Sinterbauteils notwendig. Bei einer Ausbildung der Hülle als ein Tiefziehbauteil können zwar nur bestimmte Geometrien für den Rotor realisiert werden, jedoch lässt sich damit eine kostengünstigere Alternative zu dem Sinterbauteil darstellen.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn das Tiefziehbauteil geringe Radien zwischen einer an einer axialen Stirnseite des Rotors anliegenden Grundfläche und einer an einer radiale Außenseite des Rotors anliegenden Mantelfläche ausgebildet sind, vorzugsweise mit einem Radius, der geringer als die Dicke der Hülle ist, weiter bevorzugt, der geringer als die Hälfte der Dicke der Hülle ist. Somit lassen sich die Rotorbleche auch in den Radien zwischen der Grundfläche und der Mantelfläche des Tiefziehbauteils möglichst dicht an der Hülle anlegen. Alternativ wird die Stirnfläche, vorzugsweise in einem Tiefziehprozess, komplett/vollständig entfernt, so dass nur die Mantelfläche übrig bleibt.
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Außerdem ist es von Vorteil, wenn in dem Tiefziehbauteil Ausgänge für als Ölkanäle oder Verriegelungsloch fungierende Radialöffnungen ausgebildet sind, die beispielsweise als Durchgangsöffnungen ausgebildet sind. Dadurch lässt sich eine hydraulische Versorgung für die Ölkanäle zur Verstellung der Position des Rotors in Umfangsrichtung relativ zu dem Stator sowie für eine Mittenverriegelung realisieren. Vorteilhafterweise müssen die Durchgangsöffnungen in dem Tiefziehbauteil lediglich grobe Toleranzen erfüllen, so dass die Ausgänge in dem Tiefziehbauteil fertigungsoptimiert und kostengünstig hergestellt werden können.
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Auch ist es bevorzugt, wenn zumindest eine axiale Stirnfläche des Rotors hüllenfrei ausgebildet ist. Das heißt, dass die Hülle vorzugsweise lediglich auf einer radialen Außenseite des Rotors angeordnet ist, oder auf der radialen Außenseite des Rotors und auf einer axialen Stirnseite des Rotors. Das heißt auch, dass eine oder beide axiale Stirnseiten des Rotors vorzugsweise durch ein Rotorblech gebildet werden. Somit lässt sich Material einsparen, da lediglich an den Flächen, an denen eine glatte Lagerungsfläche erforderlich ist, die Hülle angeordnet wird. Zudem ist es dadurch nicht notwendig, auf der/den axialen Stirnseite/n des Rotors, die durch eines der Rotorbleche gebildet wird/werden, Ausgänge für Ölkanäle oder ähnliches in die Hülle einzubringen.
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Zusätzlich ist es günstig, wenn Ölkanäle zum Führen von Hydraulikmittel in dem Rotor ausgebildet sind, die freiliegend sind, das heißt materialfrei, insbesondere nicht mit dem Material der Hülle ausgefüllt sind. Somit wird sichergestellt, dass Öl von einem Zentralventil radial innerhalb des Rotors nach radial außen beispielsweise zu einer Verzögerungskammer und/oder einer Beschleunigungskammer, die zwischen dem Stator und dem Rotor ausgebildet sind, geführt werden kann.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn die Rotorbleche als Stanzbauteile und/oder als Feinschneidbauteile ausgebildet sind. Dadurch können in vorteilhafter Weise die Aussparungen für die Ölkanäle in einzelnen Rotorblechen eingebracht werden, so dass sich in dem Paket aus Rotorblechen durchgängige Öffnungen für das Hydraulikmittel bilden. Auch ist es beispielsweise ohne zusätzlichen Aufwand möglich, um mehrere Achsen geneigte Öffnungen sowie Sacklöcher auszubilden. Vorteilhaft bei der Ausbildung als Stanzbauteil ist die verhältnismäßig kostengünstige Herstellbarkeit der Bleche. Beim Feinschneidbauteil ist vorteilhafterweise ein Glattschnittanteil höher, so dass eine Leckage an einem Zentralventilport verringert werden kann und eine Gängigkeit eines Verriegelungspins für eine Mittenverriegelung auch ohne eine zusätzliche Laufbuchse ermöglicht ist.
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Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Hülle spaltfrei ist bzw. mit einem verhältnismäßig geringen Spalt, der beispielsweise kleiner als ein Zehntel der Dicke der Hülle ist, an den Rotorblechen anliegt. So kann die Funktionsfähigkeit des Rotors sichergestellt werden, da dadurch kaum oder kein Öl in den Zwischenraum zwischen dem Rotor und der Hülle eindringen kann.
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Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Rotorbleche stoffschlüssig, vorzugsweise durchsetzgefügt, weiter bevorzugt diffusionsgeschweißt, miteinander verbunden sind. Somit wird ein mechanisch stabiler Rotor aus den einzelnen Rotorblechen gebildet.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch einen hydraulischer Nockenwellenversteller des Flügelzellentyps für eine Verbrennungskraftmaschine gelöst, mit einem Stator sowie einem relativ zu dem Stator in einem bestimmten Winkelbereich verdrehbaren Rotor, wobei der Rotor ein zentrales Durchgangsloch sowie mehrere entlang seines radialen Außenumfangs verteilt angeordnete, radial nach außen abstehende Flügel aufweist, welche Flügel jeweils in eine durch den Stator ausgebildete Arbeitskammer, unter Unterteilung der Arbeitskammer in zwei Teilkammern, hineinragen, und wobei je Flügel ein den Rotor radial durchdringender erster Hydraulikkanal in eine erste Teilkammer einmündet und ein den Rotor radial durchdringender zweiter Hydraulikkanal in eine zweite Teilkammer einmündet. Bevorzugterweise ist der Rotor durch Aufbringen eines Öldrucks/Hydraulikdrucks relativ zu dem Stator in der Arbeitskammer verschwenkbar angeordnet.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch ein Herstellungsverfahren für einen Rotor gelöst, wobei eine Vielzahl an plattenartigen Rotorblechen in Axialrichtung aufeinander gestapelt werden, wobei die Rotorbleche mit einer Hülle wenigstens auf einer radial und/oder axialen Außenseite umgeben werden und wobei die Rotorbleche stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Dadurch lässt sich ein kostengünstiger Rotor aus einzelnen Rotorblechen mit flexibler Geometrie, auch Innengeometrie für die Ölkanäle und die Mittenverriegelung, herstellen.
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Bevorzugterweise werden die miteinander verbundenen Rotorbleche in die Hülle eingelegt, vorzugsweise eingepresst.
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Auch ist es von Vorteil, wenn die Rotorbleche werden durch Diffusionsschweißen oder Durchsetzfügen miteinander verbunden werden. So wird eine Einheit des Rotors geschaffen.
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Auch ist es möglich, dass die Stirnflächen der Bleche geschliffen werden. Somit kann eine Riffelung an den Rotorblechen beseitigt werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Hülle durch Tiefziehen oder durch Sintern hergestellt.
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Optional kann ein beim Tiefziehen entstehender Radius zwischen einer Grundfläche und einer Mantelfläche der Hülle entfernt werden, so dass die Rotorbleche einfach in die Hülle eingelegt werden können.
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Optional kann eine Laufbuchse für einen Verriegelungspin in die Rotorbleche eingesetzt, vorzugsweise eingepresst werden, was vorteilhafterweise die Gängigkeit des Verriegelungspins verbessert.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Rotors aus mit einer Hülle umgebenen Rotorblechen,
- 2 eine perspektivische Längsschnittdarstellung des Rotors in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 3 eine perspektivische Darstellung eines Nockenwellenverstellers mit dem Rotor,
- 4 eine Draufsicht des Nockenwellenverstellers, und
- 5 eine perspektivische Längsschnittdarstellung eines Verriegelungsmechanismus des Nockenwellenverstellers.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Rotor 1. Der Rotor 1 besitzt einen ringförmigen Grundkörper 2, von dem eine Vielzahl an Flügeln 3 radial nach außen abstehen. Die Flügel 3 sind über den Umfang des Rotors 1 gleichverteilt angeordnet. Der Rotor 1 ist durch eine Vielzahl an in Axialrichtung aufeinander gestapelten, plattenartigen Rotorblechen 4 gebildet, die von einer Hülle 5 umgeben sind. Die Hülle 5 ist als eine Metallhülle ausgebildet. Die Rotorbleche 4 sind fest miteinander verbunden.
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Der Rotor 1 weist ein zentrales Durchgangsloch 6 sowie die mehreren entlang seines radialen Außenumfangs verteilt angeordnete, radial nach außen abstehenden Flügel 3 auf. Je Flügel 3 ist ein den Rotor 1 radial durchdringender erster Hydraulikkanal 7 und ein den Rotor 1 radial durchdringender zweiter Hydraulikkanal 8 ausgebildet. Die Hydraulikkanäle 7, 8 werden durch Aussparungen in einzelnen Rotorblechen 4 gebildet. Durch die in Axialrichtung benachbarten Rotorbleche 4 werden die Aussparungen von Rotorblechmaterial umgeben, so dass die Hydraulikkanäle 7, 8 ausgebildet werden.
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Die ersten Hydraulikkanäle 7 sind über eine durchgehend umlaufende erste Ringnut/Radialnut 9 an einem Innendurchmesser des Rotors 2 fluidleitend miteinander verbunden. Die zweiten Hydraulikkanäle 8 sind über eine durchgehend umlaufende zweite Ringnut/Radialnut 10 an einem Innendurchmesser des Rotors 2 fluidleitend miteinander verbunden.
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Die Hülle 5 bildet die Flügel 3 aus, die in Radialrichtung von den Rotorblechen 4 abstehen. Die Rotorbleche 4 sind in Axialrichtung aufeinander geschichtet. In Axialrichtung benachbarte Rotorbleche 4 schließen an einer radialen Außenseite bündig miteinander ab. Die Rotorbleche 4 weisen jeweils die gleiche Dicke auf und sind über ihren Querschnitt konstant dick. An der radialen Außenseite der Rotorbleche 4 liegt die Hülle 5 an den Rotorblechen 4 an, so dass kein Spalt zwischen den Rotorblechen 4 und der Hülle 5 ausgebildet wird.
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In der Hülle 5 sind zu den Hydraulikkanälen 7, 8 korrespondierende Durchgangsöffnungen 11 ausgebildet. Die Hülle 5 umgibt die einzelnen Rotorbleche 4 vollständig auf einer radialen Außenseite/Mantelfläche des Rotors 1 sowie auf einer ersten axialen Stirnseite/Stirnfläche 12 des Rotors 1. Eine zweite axiale Stirnseite/Stirnfläche 13 des Rotors 1 wird durch eines der Rotorbleche 4 ausgebildet und ist somit nicht von der Hülle 5 umgeben.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Rotors 1. Die Rotorbleche 4 entsprechen den Rotorblechen 4 des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels. Die Hülle 5 ist lediglich auf der radialen Außenseite/Mantelfläche des Rotors 1 angeordnet. Sowohl die erste axiale Stirnseite 12 als auch die zweite axiale Stirnseite 13 des Rotors 1 werden durch jeweils eines der Rotorbleche 4 ausgebildet und sind somit nicht von der Hülle 5 umgeben.
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Der erfindungsgemäße Rotor 1 wird in einem in 3 bis 5 dargestellten Nockenwellenversteller 14 des Flügelzellentyps für eine Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Der Nockenwellversteller 14 weist einen Stator 15 sowie den relativ zu dem Stator 15 in einem bestimmten Winkelbereich verdrehbaren Rotor 1 auf. Die Flügel 3 ragen jeweils in eine durch den Stator 15 ausgebildete Arbeitskammer 16, unter Unterteilung der Arbeitskammer 16 in zwei Teilkammern 17, 18, hinein. Je Flügel 3 mündet der den Rotor 1 radial durchdringende erste Hydraulikkanal 7 in eine erste Teilkammer 17 ein und der den Rotor 1 radial durchdringende zweite Hydraulikkanal 8 in eine zweite Teilkammer 18 ein.
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In dem Rotor 1 ist eine sich in Axialrichtung erstreckende Aussparung 19 für einen Verriegelungspin 20 ausgebildet. Der Verriegelungspin 20 (vergleiche 5) ist durch eine Feder 21 vorgespannt, so dass er in eine Vertiefung in einem statorfesten Deckel eingreift und somit den Stator 15 drehfest mit dem Rotor 1 koppelt. Wenn Hydraulikmittel in die axiale Aussparung 19 eingeleitet wird, verschiebt sich der Verriegelungspin 20 entgegen der Federkraft in Axialrichtung, so dass er entriegelt wird und der Rotor 1 relativ zu dem Stator 15 verdrehbar ist. In der axialen Aussparung 19 kann eine nicht dargestellte Laufbuchse angeordnet werden. Die Aussparung 19 ist zur Hydraulikmitteleinleitung über einen dritten Hydraulikkanal 22 mit einer dritten Ringnut/Radialnut 23 verbunden.
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In der Hülle 5 sind zu der Aussparung 19 sowie zu weiteren in der ersten und/oder zweiten Stirnfläche 12, 13 des Rotors 1 ausgebildeten Öffnungen korrespondierende Durchgangsöffnungen 24 ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotor
- 2
- Grundkörper
- 3
- Flügel
- 4
- Rotorblech
- 5
- Hülle
- 6
- Durchgangsloch
- 7
- erster Hydraulikkanal
- 8
- zweiter Hydraulikkanal
- 9
- erste Radialnut
- 10
- zweite Radialnut
- 11
- Durchgangsöffnung
- 12
- erste Stirnfläche
- 13
- zweite Stirnfläche
- 14
- Nockenwellenversteller
- 15
- Stator
- 16
- Arbeitskammer
- 17
- erste Teilkammer
- 18
- zweite Teilkammer
- 19
- Aussparung
- 20
- Verriegelungspin
- 21
- Feder
- 22
- dritter Hydraulikkanal
- 23
- dritte Radialnut
- 24
- Durchgangsöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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