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Die Erfindung betrifft einen Ventildeckel, der zum Verschließen einer den Leistungsteil eines Mehr-Wege-Einbauventils, insbesondere eines 2-Wege-Einbauventils aufnehmenden Aufnahmebohrung eines Steuerblocks vorgesehen ist und der eine Anschlussfläche aufweist, die zur Auflage auf dem Steuerblock vorgesehen ist und in der sich mindestens ein Steueranschluss befindet, der von einer Steueranschlussdichtung umgeben ist
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Ein 2-Wege-Einbauventil mit einem derartigen Ventildeckel ist zum Beispiel aus der
DE 36 19 927 A1 bekannt.
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Der Begriff Zwei-Wege-Einbauventil ist die nach DIN ISO 7368 offizielle Bezeichnung für ein hydraulisches Steuerelement. Dieses ist auch unter dem Namen Logikelement oder Cartridge bekannt. Vom Grundprinzip her handelt es sich um ein 2/2-Wege-Ventil, also um ein Wegeventil mit zwei Arbeitsanschlüssen und den beiden Schaltstellungen offen oder geschlossen. Es ist dafür konzipiert, um mit seinem Leistungsteil in eine Aufnahmebohrung eines Steuerblocks eingebaut zu werden. Durch entsprechende Ansteuerung und Verknüpfung von Zwei-Wege-Einbauventilen können Fließrichtung und Größe eines Flüssigkeitsstromes beeinflusst werden. Das Ventil kann also Wegefunktionen, Stromfunktionen oder Druckfunktionen übernehmen. Die Technik der Zwei-Wege-Einbauventile ist umfassend dargestellt in dem Buch „Der Hydraulik-Trainer“, Band 4, 1. Auflage, herausgegeben von der Mannesmann Rexroth GmbH im Jahre 1989.
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Ein Zwei-Wege-Einbauventil besteht im Wesentlichen aus einem in die Aufnahmebohrung des Steuerblocks einbaubaren Einbausatz und einem die Aufnahmebohrung verschließenden Ventildeckel. Der Einbausatz, der den Leistungsteil des Ventils darstellt, wiederum umfasst eine ortsfest im Steuerblock angeordnete Buchse mit mehreren radialen Durchgängen sind mit einem axialen Durchgang sowie einen in der Buchse axial verschiebbaren Ventilkolben, mit dem eine Verbindung zwischen den radialen Durchgängen und dem axialen Durchgang steuerbar ist und der in Öffnungsrichtung bis gegen einen Anschlag verschiebbar ist. Die Buchse ist beidseits der radialen Durchgänge gegen den Steuerblock und axial gegen den Ventildeckel abgedichtet. Normalerweise gehört zum Einbausatz auch eine den Ventilkolben belastende Schließfeder. Die Buchse kann einstückig ausgebildet sein, wie dies für die in dem erwähnten Buch dargestellten Zwei-Wege-Einbauventile oder bei dem aus der erwähnten
DE 36 19 927 A1 bekannten Zwei-Wege-Einbauventil der Fall ist.
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Bei anderen Ausführungen ist die Buchse zweistückig ausgebildet und besitzt ein Buchsenteil, in dem sich die im Hauptstrom liegenden radialen und axialen Durchgänge befinden, und einen zwischen dem Buchsenteil und dem Ventildeckel angeordneten Ring.
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Der Ventildeckel enthält die Steuerbohrungen, die in den Steueranschlüssen in der Anschlussfläche ausmünden. Wahlweise werden entsprechend der gewünschten Funktion Vorsteuerventile mit Wegefunktion oder Druckfunktion in den Ventildeckel eingebaut oder auf den Ventildeckel aufgebaut.
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Der Ventildeckel kann auch im Zusammenhang mit 3-Wege-Einbauventilen oder 4-Wege-Einbauventilen verwendet werden, bei denen die Einbaubohrung anders als gemäß der ISO 7368 gestaltet ist.
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Es sind Fälle aufgetreten, in denen an der Trennfuge zwischen dem Steuerblock und dem Ventildeckel eine deutlich wahrnehmbare äußere Leckage aufgetreten ist. Als Ursache hat man eine bleibende Verformung einer Steueranschlussdichtung beziehungsweise mehrerer Steueranschlussdichtungen ausgemacht. Aufgrund der Verformung ist eine Steueranschlussdichtung unwirksam und Hydraulikfluid gelangt aus dem Steueranschluss nach außen.
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Ziel der Erfindung ist es, einen Ventildeckel für ein Mehr-Wege-Einbauventil derart auszubilden, dass ein Versagen einer Steueranschlussdichtung und damit eine Leckage an der Trennfuge zwischen dem Steuerblock und dem Ventildeckel wirksam verhindert wird.
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Das angestrebte Ziel wird bei einem Ventildeckel, der zum Verschließen einer den Leistungsteil eines Mehr-Wege-Einbauventils aufnehmenden Aufnahmebohrung eines Steuerblocks vorgesehen ist und der eine Anschlussfläche aufweist, die zur Auflage auf dem Steuerblock vorgesehen ist und in der sich mindestens ein Steueranschluss befindet, der von einer Steueranschlussdichtung umgeben ist, erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass in die Anschlussfläche zwischen dem Steueranschluss und einem zentralen Dichtungsbereich der Anschlussfläche, dessen Durchmesser gleich dem Durchmesser der Aufnahmebohrung ist, eine Entlastungsnut eingebracht ist, über die Hydraulikfluid vorzugsweise an den Rand der Anschlussfläche abführbar ist und durch die die Steueranschlussdichtung außen von Druck entlastet ist. Bei bestimmten dynamischen Druckverhältnissen kann durch Mikrobewegungen des Ventildeckels und der Buchse ein Ölfilm entstehen („Schwitzen“), der vom Zentrum des Ventildeckels aus radial nach außen gedrückt wird. Dieses Druckpolster wird vor Erreichen der Steueranschlussdichtung über die Entlastungsnut nach außen abgeleitet und wirkt daher nicht mehr auf die Steueranschlussdichtung ein.
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Bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Ventildeckel eines Mehr-Wege-Einbauventils ist der druckbeaufschlagte Flächenbereich an der Anschlussfläche im Vergleich zu herkömmlichen Ventildeckeln deutlich verringert, so dass die Mikrobewegung des Ventildeckels reduziert ist. Damit wird die Zuverlässigkeit der internen Dichtungen an der Buchse des Leistungsteils erhöht und das Auftreten äußerer Leckage wirksam geringgehalten. Dieser Vorteil bleibt auch dann erhalten, wenn der Ventildeckel ohne einen aktiv benutzten Steueranschluss oder gänzlich ohne Steueranschlüsse und damit auch ohne Steueranschlussdichtungen ausgeführt ist und ein Schutz von Steueranschlussdichtungen nicht erforderlich ist. Gleichwohl besteht auch dann der Umstand der kleinen druckbeaufschlagten Fläche und deren vorteilhafte Auswirkung im Hinblick auf eine Undichtheit von innen aus der Einbaubohrung.
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Ein erfindungsgemäßer Ventildeckel kann in vorteilhafter Weise weiter ausgestaltet werden.
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Es ist denkbar ist, dass die Entlastungsnut in einen Steueranschluss mündet, der zur fluidischen Verbindung mit Niederdruck oder Tank vorgesehen ist. Bevorzugt wird jedoch eine Lösung, bei der die Entlastungsnut bis an den Rand der Anschlussfläche führt. Auf diese Weise ist eine Überwachung der einen Radialdichtung zwischen der Buchse des Leistungsteils und dem Steuerblock sowie der Axialdichtung zwischen der Buchse und dem Ventildeckel auf ordnungsgemäße Funktion möglich. Tritt Leckage an der Mündung der Entlastungsnut nach außen auf, so lässt dies in erster Linie auf eine mangelnde Funktion einer der Dichtungen an der Buchse schließen.
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Die Entlastungsnut kann an beiden Enden bis zum Rand der Anschlussfläche gehen, so dass Öl nach entgegengesetzten Richtungen aus der Entlastungsnut abfließen kann und auch bei einem kleinen Nutquerschnitt ein Druckaufbau an der Steueranschlussdichtung sicher verhindert wird.
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Der Ventildeckel eines 2-Wege-Einbauventils weist üblicherweise Befestigungsbohrungen zum Durchgang von Befestigungsschrauben auf. Die Entlastungsnut kann ohne weiteres eine solche Befestigungsbohrung queren, da der Durchmesser der Befestigungsbohrung geringfügig größer als der Durchmesser des Schaftes einer Befestigungsschraube ist und deshalb über den Ringspalt um die Befestigungsschraube herum eine fluidische Verbindung zwischen zwei Teilstrecken der Entlastungsnut besteht.
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Die Entlastungsnut kann auf ihrer gesamten Länge gerade sein. Ist die Anschlussfläche rechteckig ist, so verläuft die gerade Entlastungsnut vorteilhafterweise parallel zu einer Kante der Anschlussfläche.
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Die Entlastungsnut kann zumindest auf einem Teil Ihrer Länge auch gekrümmt sein. Die Entlastungsnut ist dann vorteilhafterweise wenigstens abschnittsweise als Kreisbogen ausgebildet und weist zwischen dem Steueranschluss und dem zentralen Dichtungsbereich der Anschlussfläche hindurchgehenden Abschnitt auf, mit dem sie den Steueranschluss umgibt. Zumindest von dem einen Ende des Kreisbogens aus kann die Entlastungsnut geradlinig nach außen bis zum Rand der Anschlussfläche führen.
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Befinden sich in der Anschlussfläche mehrere Steueranschlüsse, so ist bevorzugt zwischen jedem der mehreren Steueranschlüsse und dem zentralen Dichtungsbereich eine Entlastungsnut eingebracht, über die Hydraulikfluid bis an den Rand der Anschlussfläche abführbar ist.
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Befindet sich zwischen einer Entlastungsnut und einer Kante der Anschlussfläche kein Steueranschluss, so kann sich dort trotzdem eine Entlastungsnut befinden. Diese ist vorteilhafterweise gleich einer Entlastungsnut zwischen einem Steueranschluss und dem zentralen Dichtbereich ausgebildet. Im Hinblick auf die Entlastungsnuten können dann verschiedene Ventildeckel unabhängig von der Anzahl und der Positionierung der Steueranschlüsse gleich gestaltet werden.
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Es können mehrere gerade Entlastungsnuten vorhanden sein, die fluidisch miteinander verbunden sind, wobei wenigsten eine der geraden Entlastungsnuten bis an den Rand der Anschlussfläche führt. Insbesondere sind insgesamt vier Entlastungsnuten vorhanden, die ein Quadrat einschließen, wobei die vier Entlastungsnuten über die Befestigungsbohrungen fluidisch miteinander verbunden sind und wobei wenigstens eine der vier Entlastungsnuten bis an den Rand der Anschlussfläche reicht.
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Jede der vier Entlastungsnuten kann zwei Befestigungsbohrungen queren und an beiden Enden bis zum Rand der Anschlussfläche gehen.
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Das Vorsehen einer Entlastungsnut im Ventildeckel ist nicht darauf beschränkt, dass der Ventildeckel zusammen mit einem in eine normierte Einbaubohrung eingesetzten Leistungsteil verwendet wird. Eine Entlastungsnut oder Entlastungsnuten können durchaus auch für andere Aufbauventile oder Ventildeckel zur Anwendung kommen.
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Es ist sogar denkbar, auch eine Wegeventilanschlussfläche auf diese Weise auszubilden.
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Ein 2-Wege-Einbauventil mit einem erfindungsgemäßen Ventildeckel und zwei Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventildeckels für ein 2-Wege-Einbauventil sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
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Es zeigen
- 1 einen Längsschnitt durch das 2-Wege-Einbauventil,
- 2 eine Draufsicht auf die Anschlussfläche des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ventildeckels und
- 3 eine perspektivische Draufsicht auf die Anschlussfläche des zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ventildeckels.
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Das in 1 gezeigte 2-Wege-Einbauventil weist einen Einbausatz 10, der in eine Aufnahmebohrung 11 eines Steuerblocks 12 eingebaut ist, und einen Ventildeckel 13 auf, der, die Aufnahmebohrung 11 verschließend, am Steuerblock 12 befestigt ist und den Einbausatz 10 in der Aufnahmebohrung 11 hält. Die Aufnahmebohrung ist eine Stufenbohrung, deren Form und Größe in Abhängigkeit von der Nennweite des 2-Wege-einbauventils durch die ISO 7368 genormt ist. Die erste Bohrungsstufe 14 der Aufnahmebohrung 11 geht von einer ebenen Außenfläche des Steuerblocks 12 aus und ist in ihrer Länge und in ihrem Durchmesser größer als die zweite Bohrungsstufe 15. Die beiden Bohrungsstufen 14 und 15 gehen in einer radialen Schulter 16 ineinander über.
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Ein erster Hauptanschluss 17 für eine Hydraulikflüssigkeit mündet im Steuerblock 12 koaxial in die zweite Bohrungsstufe 15. Ein zweiter Hauptanschluss 18 mündet im Steuerblock 12 radial und knapp oberhalb der Schulter 16 in die erste Bohrungsstufe 14. Der Steuerblock 12 besitzt außerdem einen Steuerkanal 19, der in der Montagefläche mündet, auf die der Ventildeckel 13 mit einer Anschlussfläche 25 aufgesetzt ist.
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Der Ventildeckel 13 hat einen Steueranschluss 26 und kommt mit diesem Steueranschluss 26 bei der Montage über der Mündung des Steuerkanals 19 zu liegen. Der Steueranschluss 26 umfasst eine kreisrunde Vertiefung in der Anschlussfläche 25, in die als Steueranschlussdichtung ein Rechteckring 27 eingelegt ist. Von dem Steueranschluss 26 geht ein Steuerkanal 28 aus, der durch den Ventildeckel 13 führt und im Zentrum der Anschlussfläche 25 und zentrisch zu der Aufnahmebohrung 11 ausmündet und somit zu der Aufnahmebohrung 11 hin offen ist.
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Der Einbausatz 10 umfasst eine Buchse 30, die entsprechend der gestuften Aufnahmebohrung 11 einen kleineren und einen größeren Außendurchmesser hat und, lässt man fertigungsbedingtes axiales Spiel außeracht, fest im Steuerblock 12 angeordnet ist, einen Ventilkolben 31, der sich innerhalb von Buchse 30 axial beweglich ist, und eine Schließfeder 32, die sich einerseits innerhalb einer zum Ventildeckel 13 hin offenen Sackbohrung 33 des Ventilkolbens 31 an diesem und andererseits am Ventildeckel 13 abstützt.
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Durch eine erste Radialdichtung 34 im Bereich des kleineren Durchmessers der Buchse 30 sind die beiden Hauptanschlüsse 17 und 18 gegeneinander abgedichtet. Eine zweite Radialdichtung 35 im Bereich des größeren Durchmessers der Buchse 30 dichtet den Hauptanschluss 18 zur Anschlussfläche 25 hin ab. Schließlich ist an der dem Ventildeckel 13 zugewandten Stirnseite der Buchse 30 ein axial und radial nach außen offene Eindrehung der Buchse 30 ein Axialdichtring 36 eingelegt, die die Buchse 30 axial zu der Anschlussfläche 25 des Ventildeckels 13 abdichtet. Für eine gute Abdichtung der Aufnahmebohrung 11 nach außen, hat ein zentraler Dichtungsbereich 37 (siehe 2 und 3) des Ventildeckels 13 rund um die Mündung des Steuerkanals 28 in die Aufnahmebohrung 11 herum eine besonders geringe Rauheit.
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Aufgrund von Mikrobewegungen des Ventildeckels 13 und der Buchse 30 bildet sich trotz der getroffenen Abdichtungsmaßnahmen zwischen der Anschlussfläche 25 und dem Steuerblock 12 ein Ölfilm, der sich radial nach außen schiebt.
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Damit dieser Ölfilm und der in ihm anstehende Druck nicht den Rechteckring 27 oder allgemeiner den Dichtring eines Steueranschlusses erreicht, ist dieser Dichtring durch eine Entlastungsnut, die in der Anschlussfläche zwischen dem Steueranschluss und einem zentralen Dichtungsbereich der Anschlussfläche, dessen Durchmesser wenigstens annähernd gleich dem Durchmesser der Aufnahmebohrung ist, verläuft, von einem ansonsten außen an dem Dichtring angreifenden Druck entlastet.
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Der Ventildeckel 13 gemäß 2 hat in Schnitten parallel zu der Anschlussfläche 25 eine quadratische Form. Anders als bei dem Ventildeckel aus 1 befinden sich in der Anschlussfläche 25 des Ventildeckels 13 aus 2 zwei Steueranschlüsse 26. Die zwei Steueranschlüsse 26 liegen mit einem kleinen Abstand von dem in 2 durch einen gestrichelten Kreis angedeuteten zentralen Dichtungsbereich 37 in einer senkrecht auf der Anschlussfläche 25 stehenden Mittelebene 41 und bezüglich einer Mittelachse 42 des Ventildeckels 13 einander diametral gegenüber.
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Bei dem Ventildeckel gemäß 2 sind insgesamt vier auf ihrer ganzen Länge gerade Entlastungsnuten 45 vorhanden, von denen eine erste zwischen dem einen Steueranschluss 26 und dem zentralen Dichtungsbereich 37 und eine zweite parallel zur ersten zwischen dem anderen Steueranschluss 26 und dem zentralen Dichtungsbereich 37 verläuft. Zwei weitere Entlastungsnuten 45 verlaufen senkrecht zur ersten Entlastungsnut und zur zweiten Entlastungsnut und liegen bezüglich des zentralen Dichtungsbereichs 37 einander gegenüber. Alle vier Entlastungsnuten 45 verlaufen parallel zu einer Außenkante 46 der quadratischen Anschlussfläche 25, queren jeweils zwei dem Durchgang von Befestigungsschrauben dienenden Befestigungsbohrungen 47 des Ventildeckels 13 und münden an einander gegenüberliegenden Außenkanten 46 der Anschlussfläche 25 aus, so dass in ihnen Hydraulikfluid an den Rand der Anschlussfläche 25 abführbar ist. Durch die erste und die zweite Entlastungsnut 45 wird verhindert, dass sich der in einem Ölfilm zwischen dem Steuerblock 12 und dem Ventildeckel 13 anstehenden Druck bis an die Steueranschlüsse 26 fortpflanzt, ein Dichtring an einem Steueranschluss nach innen gedrückt wird und damit die Abdichtung eines Steueranschlusses versagt.
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Die weiteren Entlastungsnuten sorgen mit dafür, dass die druckbeaufschlagte Fläche am Ventildeckel 13 klein ist. Dadurch ist das Ausmaß der Mikrobewegungen des Ventildeckels 13 im Vergleich zu Ventildeckeln ohne Entlastungsrillen deutlich reduziert.
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Der Ventildeckel 13 gemäß 3 hat wie der Ventildeckel gemäß 2 in Schnitten parallel zu der Anschlussfläche 25 eine quadratische Form. Anders als bei den Ventildeckeln aus den 1 und 2 befinden sich in der Anschlussfläche 25 des Ventildeckels 13 aus 3 insgesamt vier Steueranschlüsse 26. Und zwar liegen jeweils zwei Steueranschlüsse mit einem kleinen Abstand von dem auch in 3 durch einen gestrichelten Kreis angedeuteten zentralen Dichtungsbereich 37 in derselben senkrecht auf der Anschlussfläche 25 stehenden Mittelebene 41 und bezüglich einer Mittelachse 42 des Ventildeckels 13 einander diametral gegenüber.
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Zwischen jedem Steueranschluss 26 und dem zentralen Dichtbereich 37 verläuft wie bei dem Ventildeckel gemäß 2 eine Entlastungsnut 48. Diese ist abschnittsweise als ein sich über 180 Grad erstreckender Kreisbogen 49 ausgebildet, der zwischen dem zentralen Dichtungsbereich 37 und dem Steueranschluss hindurchverläuft und symmetrisch zu einer Mittelebene 41 liegt. An jedes Ende des Kreisbogens schließt sich ein gerader Abschnitt 50 der Entlastungsnut 45 an, der bis an die benachbarte Außenkante 46 der Anschlussfläche 25 geht, so dass die Entlastungsnut nach außen offen ist. Die beiden geraden Abschnitte verlaufen, da sich der Kreisbogen 49 über 180 Grad erstreckt, parallel zueinander. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 sind die Steueranschlüsse ohne die Nutzung der Befestigungsbohrungen 47 entlastet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Einbausatz
- 11
- Aufnahmebohrung
- 12
- Steuerblock
- 13
- Ventildeckel
- 14
- erste Bohrungsstufe von 11
- 15
- zweite Bohrungsstufe von 11
- 16
- radiale Schulter zwischen 14 und 15
- 17
- erster Hauptanschluss
- 18
- zweiter Hauptanschluss
- 19
- Steuerkanal in 12
- 25
- Anschlussfläche von 13
- 26
- Steueranschluss in 25
- 27
- Rechteckring an 26
- 28
- Steuerkanal in 13
- 30
- Buchse
- 31
- Ventilkolben
- 32
- Schließfeder
- 33
- Sackbohrung
- 34
- erste Radialdichtung
- 35
- zweite Radialdichtung
- 36
- Axialdichtung
- 37
- zentraler Dichtungsbereich
- 41
- Mittelebene von 13
- 42
- Mittelachse von 13
- 45
- Entlastungsnut
- 46
- Außenkante von 25
- 47
- Befestigungsbohrung
- 48
- Entlastungsnut
- 49
- kreisbogenförmiger Abschnitt von 48
- 50
- gerader Abschnitt von 48
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3619927 A1 [0002, 0004]
