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Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffversorgungssystem, insbesondere Common-Rail-System einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Magnetvorrichtung, welche magnetische Partikel innerhalb des Kraftstoffversorgungssystems detektiert und im Bereich der Magnetvorrichtung zurückhält.
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Der Einsatz von Magneten in hydraulischen Systemen, wie Luft oder Gassystemen, oder insbesondere in Versorgungs- oder Kraftstoffsystemen zur Detektion von Materialabtrag und dem Schutz vor Bauteilschädigungen durch Verschleißpartikel ist bekannt. Spezifische Anwendungen betreffen das Kraftstoffsystem von Fahrzeugen vor, innerhalb oder hinter Pumpen, an Ventilen oder Injektoren sowie Schläuchen, Leitungen oder anderen Systemteilen. Zum Stand der Technik gehören die Druckschriften
DE 100 39 425 A1 ,
DE 10 2010 030 165 A1 ,
DE 10 2016 209 413 A1 ,
EP 3 252 299 A1 ,
DE 199 61 258 A1 ;
EP 3 396 163 A1 ,
DE 10 2015 201 411 A1 und
DE 10 2015 102 464 A1 .
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Zudem wird auf die Druckschriften
GB 2563244 A ,
US 2010/0307614 A1 ,
DE 10 2011 004 274 A1 ,
DE 32 31 929 A1 und
GB 2563074 A hingewiesen, die ebenfalls verschiedene Lösungen zum Zurückhalten magnetischer Partikel innerhalb von Kraftstoffversorgungssystemen offenbaren.
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Die Druckschrift
DE 100 39 425 A1 offenbart eine Lösung zum Schutz einer Hochdruckpumpe gegen Beschädigungen. Es ist eine Filtereinrichtung in der Hochdruckpumpe angeordnet. Um insbesondere die Injektoren des Speichereinspritzsystems vor Partikeln zu schützen, ist dabei die Filtereinrichtung in Richtung der Ablaufleitung der Hochdruckpumpe angeordnet. Um eine besonders zuverlässige Filterung im Hochdruckbereich des Speichereinspritzsystems zu erhalten, sind vorzugsweise mehrere Filtereinrichtungen angeordnet.
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Die Druckschrift
GB 2563074 A offenbart ebenfalls eine Hochdruckpumpe mit einem sogenannten Partikelkollektor, der magnetische Partikel innerhalb des Kraftstoffversorgungssystems detektiert und im Bereich der Magnetvorrichtung zurückhält.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der nachfolgenden Erfindung das Problem zugrunde, dass es in einem ersten Fall bei einem etwaigen Triebwerkschaden einer bestimmten Art einer Hochdruckpumpe konstruktionsbedingt über eine längere Laufzeit zur Bildung relativ großer metallischer Partikel kommt. Diese Partikel sammeln sich partikelgrößenabhängig nur teilweise an einem Sieb des Kraftstoffdosierventils. Sie sind somit bei Demontage des Ventils deutlich sichtbar. Bei einer anderen Art einer Hochdruckpumpe entstehen in einem zweiten Fall konstruktionsbedingt bei einem Triebwerkschaden über eine längere Laufzeit Kleinstpartikel < 10 µm, die nicht am Sieb hängen bleiben, wodurch ein Triebwerkschaden durch Demontage des Kraftstoffdosierventils nicht erkannt werden kann. Zur Abhilfe des Problems wurde angedacht, die Maschenweite des Siebs (derzeitige Maschenweite > 100 µm) zu reduzieren. Jedoch lässt sich die derzeitige Maschenweite unter anderem wegen der wichtigen Forderung der Kaltstartfähigkeit bis -24 °C nicht weiter auf die geringeren Maße reduzieren.
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Insbesondere in dem Fall, bei dem bei einem HDP-Triebwerkschaden Kleinstpartikel < 10 µm entstehen, beziehungsweise generell gesagt, in den Fällen, in denen in einer Hochdruckpumpe, insbesondere durch einen Triebwerkschaden oder in anderer Weise, Partikel entstehen oder die der Hochdruckpumpe zugeführt werden, kommt es, wenn die Partikel nicht in der Hochdruckpumpe aufgefangen werden, in der Folge im nachfolgendem/n System/en, insbesondere in einem Hochdruck-Einspritzsystem, durch kleinste Partikel zu einer Schädigung der Injektoren und/oder des Rails und/oder des nachgeschalteten Druckregelventils.
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Mit anderen Worten kann es durch die Kleinstpartikel, welche nachgelagerte Komponenten erreichen, zu Problemen kommen, die fälschlicherweise gegebenenfalls der nachgelagerten Komponente zugeschrieben werden. Insbesondere kommt es, wenn die Kleinstpartikel die Injektoren eines Einspritzsystems erreichen, zunächst zu einem auffälligen Motorlauf, so dass der Kunde die Werkstatt besucht, welche die Injektoren durch Injektorrücklaufmengenmessung gegebenenfalls defekt erkennt und gegebenenfalls austauscht, wobei die Hochdruckpumpe als Primärursache gemäß der vorhergehenden Erläuterungen nicht erkannt wird und das Problem gegebenenfalls nochmals auftritt, so dass teure Wiederholreparaturen durchgeführt werden müssen. Mit anderen Worten ist es wichtig, die Kleinstpartikel bereits in der Hochdruckpumpe als Ursache beziehungsweise verursachende Komponente zu detektieren, wobei ferner sichergestellt werden soll, dass auch ein etwaiger Triebwerkschaden der Hochdruckpumpe nicht unerkannt bleiben soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Komponenten eines Kraftstoffversorgungssystems, insbesondere eine Hochdruckpumpe, zu schützen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnung verdeutlicht.
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Prinzipiell wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine magnetische Vorrichtung, nachfolgend Magnetvorrichtung genannt, zu nutzen, um Komponentenschädigungen oder im allgemeinen Schädigungen des Kraftstoffversorgungssystems durch Feststellung (Detektion) von magnetischen Partikeln, insbesondere hervorgerufen durch Materialabtrag innerhalb des Kraftstoffversorgungssystems, zu vermeiden, indem die magnetischen Partikel mittels der mindestens einen Magnetvorrichtung im Bereich der Magnetvorrichtung zurückgehalten werden. Mit anderen Worten, in dem Fluid (beispielsweise Kraftstoff) enthaltenes magnetisches Material wird durch die Magnetwirkung angezogen und an einer dafür vorgesehenen Stelle, welche die Funktion des jeweiligen Aggregats möglichst nicht beeinträchtigt, gesammelt, so dass es in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung visuell erkannt oder auf andere Weise festgestellt und entfernt werden kann, wie noch näher erläutert wird.
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Vorgesehen ist, dass mindestens eine Magnetvorrichtung derart angeordnet, positioniert und befestigt ist, dass diese sich in idealer Weise mit geringem Aufwand montieren und demontieren lässt, um zum Beispiel zur Kontrolle oder bei der Fehlersuche innerhalb des Kraftstoffversorgungssystems oder zur Reinigung des Kraftstoffversorgungssystems bei einer Wartung einen einfachen Zugang zu gewährleisten.
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Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer ersten Magnetvorrichtung, welche magnetische Partikel innerhalb des Kraftstoffversorgungssystems detektiert und im Bereich der ersten Magnetvorrichtung zurückhält, wobei die mindestens eine erste Magnetvorrichtung innerhalb einer Hochdruckpumpe des Kraftstoffversorgungssystems angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die mindestens eine erste Magnetvorrichtung in einer Bohrung eines Grundgehäuses der Hochdruckpumpe angeordnet ist, wobei die Bohrung gleichzeitig ein Ventilgehäuse einer Zumesseinheit der Hochdruckpumpe aufnimmt.
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Als weitere nicht zur Erfindung gehörende Einsatzorte beziehungsweise Einbauorte wird vorgeschlagen, dass mindestens eine Magnetvorrichtung vor/im/nach dem Kraftstofffilter eines Kraftstoffversorgungssystems und/oder vor/hinter/innerhalb einer Niederdruckpumpe und/oder vor/hinter der Hochdruckpumpe und/oder im Zulauf oder Rücklauf eines Injektors oder Einspritzventils angeordnet ist. Schließlich kann die mindestens eine Magnetvorrichtung in/an, um beliebige Teile/Leitungen/Schläuche des jeweiligen Kraftstoffversorgungssystems angeordnet sein, wobei diese Einsatzorte ebenfalls nicht zur Erfindung gehören.
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Vorgesehen ist, dass die Magnetvorrichtungen einen Magneten, insbesondere einen Ringmagneten, Plattenmagneten, Stabmagneten, eine Magnetschraube oder dergleichen, umfasst, wobei auch spezifische Formen angefertigt werden können.
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Die Magnetvorrichtung ist ferner derart ausgebildet, dass sie am Einbauort des Kraftstoffversorgungssystems ortsfest positioniert werden kann, so dass entsprechende Haltemittel oder andere Vorkehrungen getroffen sind, um den Magneten zu positionieren. Ferner ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass innerhalb der Magnetvorrichtung eine Art Reservoir ausgebildet ist, in dem die magnetischen Partikel zumindest vorübergehend gesammelt werden können.
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Erfindungsgemäß wird unter Bezugnahme auf die 1 vorgeschlagen, dass die mindestens eine erste Magnetvorrichtung I innerhalb der Hochdruckpumpe des Kraftstoffversorgungssystems angeordnet ist, wobei als spezifischer Einbauort eine Bohrung 23, 23' für ein Kraftstoffdosierventil 14 (die auch als Zumesseinheit 14 bezeichnet wird) im Hochdruckpumpengehäuse 1 der Hochdruckpumpe vorgesehen ist.
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Die erste Magnetvorrichtung I ist in der Bohrung 23, 23' für die Zumesseinheit 14 innerhalb des Hochdruckpumpengehäuses 1 angeordnet und einem Hochdruckraum 10 des Pumpenkolbens 4 vorgelagert. Vom Hochdruckraum 10 aus wird Kraftstoff über ein Auslassventil 26 der Hochdruckpumpe zum Rail (nicht dargestellt) - dem Hochdruck-Kraftstoffspeicher - vor den Injektoren beziehungsweise Einspritzdüsen gefördert.
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Ferner wird bevorzugt vorgeschlagen, dass mindestens eine zweite Magnetvorrichtung II vor der Hochdruckpumpe des Kraftstoffversorgungssystems angeordnet ist. Die zweite Magnetvorrichtung II ist somit der Hochdruckpumpe vorgelagert, so dass magnetische Partikel stromauf aus dem vorgelagerten Kraftstoffversorgungssystem, beispielsweise aus einer Niederdruckpumpe (nicht dargestellt), nicht in den Bereich der Hochdruckpumpe gelangen.
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Die 1 verdeutlicht die Ausgestaltungen. Die 1 zeigt die Hochdruckpumpe in einer vereinfachten Schnittdarstellung in einem Schnitt quer zur Längserstreckung einer Antriebswelle 3 der Hochdruckpumpe.
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Die Hochdruckpumpe umfasst ein Grundgehäuse 1, in dem ein Triebwerksraum 2 ausgebildet ist. Im Triebwerksraum 2 ist die Antriebswelle 3, die als Nockenwelle ausgebildet ist, angeordnet, über welche ein Pumpenkolben 4 in einer Hubbewegung antreibbar ist. Der Pumpenkolben 4 ist hierzu über eine in einem Stößelraum 5 hubbeweglich aufgenommene Stößelbaugruppe 6 an der Nockenwelle 3 abgestützt. Ein Federelement 7 spannt die Stößelbaugruppe 6 gegen die Nockenwelle 3 vor.
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Anderenends ist der Pumpenkolben 4 in einer Zylinderbohrung 8 eines Zylinderkopfes 9 aufgenommen, der über einen Flanschabschnitt mit dem Grundgehäuse 1 verbunden ist. Der Pumpenkolben 4 begrenzt innerhalb der Zylinderbohrung 8 einen Hochdruckraum 10, der über ein Saugventil 11 mit Kraftstoff befüllbar ist.
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Das Saugventil 11 umfasst einen in einer Bohrung 12 hubbeweglich aufgenommenen Ventilstößel 13.
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Der Ventilstößel 13 öffnet über seinen Endabschnitt in den Hochdruckraum 10, so dass der Endabschnitt von zulaufendem Kraftstoff umströmt wird, der über die in das Grundgehäuse 1 integrierte Zumesseinheit 14 zugemessen wird. Das Grundgehäuse 1 weist eine Bohrung 23 auf, in der das so genannte Ventilgehäuse 17 der Zumesseinheit 14 befestigt, insbesondere eingeschraubt, ist.
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Zwischen Zumesseinheit 14 und Saugventil 11 ist eine Zulaufbohrung 15 ausgebildet.
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Dem Steuerraum 25 der Zumesseinheit 14 wird über mindestens eine Zulaufbohrung 16 im Ventilgehäuse 17 der Zumesseinheit 14 Kraftstoff über eine Zulaufbohrung 18 zugeführt, die mit dem Triebwerksraum 2 in Verbindung steht.
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Der Triebwerksraum 2 erhält den Kraftstoff über eine Zulaufleitung 19, insbesondere Kraftstoffzulaufleitung, wobei Kraftstoff, der nicht über die Zumesseinheit 14 zugemessen wird, über ein Überlaufventil 20 in eine Kraftstoffrücklaufleitung 21 zu dem nicht dargestellten Tank zurückgeführt wird.
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In der Zulaufbohrung 18 (wie dargestellt) oder direkt am Ventilgehäuse 17 der Zumesseinheit (nicht dargestellt) ist ein Feinfilter 22 angeordnet, der ein Sieb umfasst, dessen Maschenweite > 100 µm beträgt, die aus den oben genannten Gründen nicht weiter reduziert werden kann. Ein weiterer Feinfilter 24 ist vor dem Überlaufventil 20 angeordnet, dessen Maschenweite beispielsweise ebenfalls > 100 µm beträgt.
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Mit anderen Worten, alle Partikel </= 100 µm passieren die Feinfilter 22, 24, wobei solche geringe Partikelgrößen, die sogar < 10 µm klein sein können, bei bestimmten HDP-Triebwerkschaden entstehen, wie oben bereits erläutert worden ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Hochdruckpumpe des Kraftstoffversorgungssystems insgesamt zu schützen, indem gemäß 1 die mindestens eine zweite Magnetvorrichtung II vor der Hochdruckpumpe des Kraftstoffversorgungssystems an der Zulaufleitung 19 zur Hochdruckpumpe noch außerhalb der Hochdruckpumpe angeordnet ist.
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Bevorzugt ist die zweite Magnetvorrichtung II als Ringmagnet ausgebildet, der die zylindrische Zulaufleitung 19 umfangsseitig umspannt. Die Zulaufleitung 19 umfasst ein in 1 angedeutetes Reservoir II-1, in dem sich die von der zweiten Magnetvorrichtung II magnetisch angezogenen magnetischen Partikeln sammeln können.
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Die Hochdruckpumpe des Kraftstoffversorgungssystems umfasst gemäß 1 ferner die mindestens eine weitere erste Magnetvorrichtung I, die in dieser Ausgestaltung in der Bohrung 23 des Grundgehäuses 1 der Hochdruckpumpe angeordnet ist, wobei die Bohrung 23 gleichzeitig das Ventilgehäuse 17 der Zumesseinheit 14 der Hochdruckpumpe aufnimmt.
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Die bisherige Bohrung 23 im Grundgehäuse 1 der Hochdruckpumpe wird somit dahingehend zu einer spezifischen Bohrung 23' verändert, so dass entlang des zylindrischen Ventilgehäuses 17 der Zumesseinheit 14 zumindest abschnittsweise nahe der Zulaufbohrung 18 und im umfangsseitigen Bereich des Steuerraumes 25 der Zumesseinheit 14 die Magnetvorrichtung I angeordnet ist, so dass Kleinstpartikel, die über die Zulaufbohrung 18 in den Steuerraum 25 gelangen könnten, durch die erste Magnetvorrichtung I abgefangen werden, bevor sie in den Steuerraum 25 eintreten.
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Der Kraftstoff wird über die Zulaufbohrung 18 in das Ventilgehäuse 17 geführt, indem mindestens eine, zumeist mehrere, Zulaufbohrungen 16 in den Steuerraum 25 führen. Insofern bildet das Ventilgehäuse 17 einen dem Steuerraum vorgelagerten Raum, der als Reservoir I-1 für die magnetischen Partikel dienen kann. Es ist aber auch möglich, dass die Magnetvorrichtung I eine Art Reservoir I-1 bildet, die an die umfangsseitige Mantelfläche des Ventilgehäuses 17 angrenzt. Bevorzugt ist die Magnetvorrichtung I als Ringmagnet ausgebildet, der das zylindrische Ventilgehäuse 17 umfangsseitig umspannt. Das Ventilgehäuse 17 und/oder die Magnetvorrichtung I selbst umfasst ein in 1 angedeutetes Reservoir I-1, in dem sich die von der Magnetvorrichtung I magnetisch angezogenen magnetischen Partikeln sammeln können.
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Es wird durch die mindestens eine erste Magnetvorrichtung I sichergestellt, dass insbesondere bei einem Triebwerkschaden entstehende Kleinstpartikel < 100 µm, die von dem Feinfilter 22 nicht abgeschieden werden können, in der ersten Magnetvorrichtung I, insbesondere in dessen Reservoir I-1, erkannt und gesammelt werden, so dass die nachfolgenden Komponenten der Hochdruckpumpe und die stromab des Kraftstoffversorgungssystems angeordneten Injektoren vor den Kleinstpartikeln < 100 µm geschützt sind.
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In vorteilhafter Weise ist beim Ausbau der Zumesseinheit 14 in einfacher Weise erkennbar, ob sich Partikel im Bereich der ersten Magnetvorrichtung I befinden, so dass bei einem Vorhandensein von triebwerkschadentypischen Kleinstpartikeln auf einen Triebwerksschaden geschlossen werden kann. Insbesondere, wenn die zweite Magnetvorrichtung II angeordnet ist, kann sicher davon ausgegangen werden, dass ein Schaden in der Hochdruckpumpe vorliegt. Jedoch auch ohne die zweite Magnetvorrichtung II kann sichergestellt werden, dass der Schaden nicht im Bereich der Injektoren vorliegt, so dass ein ungerechtfertigter Austausch der Injektoren durch Inspektion der Bohrung 23, 23' der Zumesseinheit 14 im Grundgehäuse 1 beziehungsweise der ersten Magnetvorrichtung I vermieden werden kann, da beim Vorliegen von Kleinstpartikeln ein Schaden stromauf der Zumesseinheit 14 vorliegt.
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In vorteilhafter Weise kann zusammengefasst werden, dass der Eintritt von Kleinstpartikeln in den Hochdruckbereich durch die erste Magnetvorrichtung I in der Hochdruckpumpe und der nachfolgenden Komponenten des Kraftstoffversorgungssystems durch Abfangen der Kleinstpartikel verhindert werden. Durch die zweite Magnetvorrichtung II vor der Hochdruckpumpe kann in vorteilhafter Weise auch der Eintritt von Kleinstpartikeln in die Hochdruckpumpe selbst und der nachfolgenden Komponenten des Kraftstoffversorgungssystems durch Abfangen der Kleinstpartikel verhindert werden.
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Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass die in 1 gezeigte Hochdruckpumpe beispielhaft eine Einstempel-Pumpe nach dem Nocken-/Rollenprinzip zeigt. Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Lösung bei Einstempel- und Mehrstempel-Pumpen mit Nocken-Rollenantrieb oder Exzenterantrieb und auch jeglichen weiteren Antriebskonzepten eingesetzt/verwendet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Grundgehäuse
- 2
- Triebwerksraum
- 3
- Antriebswelle / Nockenwelle
- 4
- Pumpenkolben
- 5
- Stößelraum
- 6
- Stößelbaugruppe
- 7
- Federelement
- 8
- Zylinderbohrung
- 9
- Zylinderkopf
- 10
- Hochdruckraum
- 11
- Saugventil
- 12
- Bohrung
- 13
- Ventilstößel
- 14
- Zumesseinheit / Kraftstoffdosierventil
- 15
- Zulaufbohrung
- 16
- Zulaufbohrung
- 17
- Ventilgehäuse
- 18
- Zulaufbohrung
- 19
- Zulaufleitung
- 20
- Überlaufventil
- 21
- Rücklaufventil/-leitung
- 22
- Feinfilter
- 23
- Bohrung
- 23'
- Bohrung mit integrierter erster Magnetvorrichtung I
- 24
- Feinfilter
- 25
- Steuerraum
- 26
- Auslassventil
- I
- erste Magnetvorrichtung
- I-1
- Reservoir
- II
- zweite Magnetvorrichtung
- II-1
- Reservoir
