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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
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Ventiltriebe für Verbrennungskraftmaschinen, die zur Variation eines Hubs eines mit einem Nocken des Ventiltriebs wirkverbundenen Ventils ausgebildet sind, sind bekannt. Der Nocken ist mit einer Nockenwelle des Ventiltriebs verbunden, wobei die vorliegende Erfindung einen Ventiltrieb umfassend einen axial verschiebbaren Nockenträger betrifft. Zum Wechseln der Hübe wird der auf der Nockenwelle bewegbare Nockenträger, welcher den Nocken mit seinen unterschiedlichen Hubformen bzw. Konturen aufweist, bis zu einem Endanschlag axial verschoben. Eine Betätigung des Nockenträgers, welcher auch als Schiebenocken bezeichnet wird, erfolgt mit Hilfe zweier Stifte, welche relativ zur Nockenwelle in radialer Richtung eine, bezogen auf ihre Längsachse axiale Bewegung ausüben und in eine im Nockenträger ausgebildete Kulisse eingreifen. Sobald sich der Nockenträger ausgehend von seinem ersten Endanschlag an seinem zweiten Endanschlag befindet, wird der sich in der Kulisse befindende Stift mit Hilfe einer so genannten Auswurframpe des Nockenträgers mechanisch in einen die Stifte aufweisenden Aktuator hineingeschoben. Hierbei kann es zur Verklemmung des Stiftes kommen, wodurch eine Beschädigung oder ein Ausfall des Ventiltriebs möglich ist.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2018 002 841 A1 ist ein Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem axial verschiebbaren Nockenträger und einer Stellwelle bekannt, welche zur Vermeidung eines Verklemmens eine Schaltnut mit einer Auswurframpe aufweist, welche auch als Auswurfschräge bezeichnet wird. Wird die Stellwelle gedreht, während der Stift in die Schaltnut eingreift, so gleitet der Stift an der Auswurframpe ab, wodurch der Stift in radialer Richtung der Stellwelle nach außen von dieser weg bewegt wird. Hierdurch wird der Stift in radialer Richtung der Stellwelle aus der Schaltnut, in die der Stift zuvor eingegriffen hat, heraus bewegt.
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Die Patentschrift
DE 10 2012 207 476 B4 offenbart einen Ventiltrieb mit einem eine Aktoreinheit aufweisenden Schiebenockensystem, wobei eine Auswurframpe vorgesehen ist und eine Feder der Schaltkulisse als Rückhubfeder ausgebildet ist. Sie stützt sich am Gehäuse ab und belastet die Schaltkulisse in Einfahrrichtung der Aktorstifte, wobei die Kraft der Rückhubfeder größer ist als die Kraft der Betätigungsfeder.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2013 201 308 A1 offenbart einen Ventiltrieb mit Aktorstiften, wobei einer der Aktorstifte durch die Auswurframpe angehoben wird, so dass ein zugeordneter Steuerstift aufgrund seiner geringen Masse schnell den Aktorstift in der angehobenen Position entgegen der Kraft der Druckfeder arretieren kann. Jeder Aktorstift kann einzeln angehoben und arretiert werden.
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Der Patentschrift
EP 2 582 928 B1 kann ein Ventiltrieb mit einer Aktorvorrichtung entnommen werden, welcher eine Auswurframpe aufweist, und wobei ein Eingriffsstift innerhalb des Gehäuses einen Permanenthaltemagneten aufweist und daran anschließend von einem feststehenden durch eine elektrische Spule magnetisierbaren Spulenkern beherrscht ist. Der Eingriffsstift ist in Richtung zum Schiebenocken federbelastet, wobei an dem dem Schiebenocken zugewandten Endbereich des Eingriffsstiftes eine Betätigungseinrichtung eingebaut ist, die im Bereich des Auslaufs der Auswurfsrampe zum Hochkreis wirksam ist und eine neben die durch die Auswurframpe hervorgerufene Kraft tretende Zusatzkraft auf den Eingriffsstift in Richtung zum Gehäuse erzeugt, durch die der Eingriffsstift eine innere Endlage sicher erreicht.
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Die Patentschrift
DE 196 11 641 C1 offenbart einen Ventiltrieb mit einem Schiebenocken, wobei nach Erreichen einer bestimmten Schaltstellung ein Betätigungselement drucklos geschaltet wird, so dass der Betätigungsstift durch die Wirkung der Druckfeder in seine Ausgangslage zurückbewegt wird.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2017 115 462 A1 ist ein Ventiltrieb bekannt, mit einer Nockenwelle und einem Nockenträger, und mit einem Aktuator, aufweisend einen in radialer Richtung der Nockenwelle bewegbar ausgebildeten Stift zur axialen Verschiebung des Nockenträgers. Eine Positionierung des Nockenträgers erfolgt mit Hilfe einer im Nockenträger ausgebildeten Aufnahmenut, in welche der Stift eingreifbar anordenbar ist. Für einen Auswurf des Stiftes aus der Aufnahmenut ist ein Stellelement vorgesehen.
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Der Druckschrift
DE 10 2008 054 254 A1 kann ein Ventiltrieb entnommen werden, welcher eine Nockenwelle umfasst und einen mit der Nockenwelle drehfest und auf der Nockenwelle axial verschiebbar gelagerten Nockenträger. Zur Positionssicherung des Nockenträgers weist der Ventiltrieb eine Rasteinrichtung auf. Ein Aktuator besitzt einen in radialer Richtung der Nockenwelle bewegbar ausgebildeten Stift zur axialen Verschiebung des Nockenträgers. Zum Austreiben des Stiftes gegen Ende eines Verschiebevorgangs des Nockenträgers ist ein elastisch ausgebildetes Stellelement in Form einer Radialerhebung ausgebildet.
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Die Patentschrift
DE 10 2014 215 424 B4 offenbart ebenfalls einen Ventiltrieb mit einem federnd ausgebildeten Stellelement.
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Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist es einen kostengünstigen und betriebssicheren Ventiltrieb anzugeben. Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung einer betriebssicheren Verbrennungskraftmaschine.
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Die eine Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weitere Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 realisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend eine Nockenwelle und einen mit der Nockenwelle drehfest und axial verschiebbar gelagerten Nockenträger. Die Nockenwelle ist in einem Gehäuse des Ventiltriebs radial gelagert, und weist eine Rasteinrichtung zur Positionssicherung des Nockenträgers auf. Es ist ein Aktuator, aufweisend einen in radialer Richtung der Nockenwelle bewegbar ausgebildeten ersten Stift und einen in radialer Richtung der Nockenwelle bewegbar ausgebildeten zweiten Stift, vorgesehen, mittels dessen Hilfe eine axiale Verschiebung des Nockenträgers herbeiführbar ist. Das Gehäuse ist zur Begrenzung einer axialen Bewegung des Nockenträgers ausgebildet. Zur Positionierung des Nockenträgers ist eine Aufnahmenut im Nockenträger ausgebildet, in welche die Stifte eingreifbar anordenbar sind, und wobei für einen Auswurf der Stifte aus der Aufnahmenut ein Stellelement vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist zur Verhinderung eines Verklemmens der Stifte das Stellelement zumindest teilweise elastisch ausgebildet, wobei das Stellelement einen elastisch bewegbaren Bewegungsarm und einen starren Abschnitt aufweist, wobei zur federnden Bewegung das Stellelement den Bewegungsarm aufweist, welcher mit Hilfe eines ihn zumindest teilweise umfassenden Bewegungsspaltes in radialer Richtung zur Nockenwelle und in axialer Richtung entlang der Längsachse bewegbar ist. Aufgrund der zumindest teilweise elastischen, insbesondere federnden Ausbildung des Stellelementes können beim Verklemmen auftretende Kräfte durch eine Verformung des Stellelementes aufgenommen werden, so dass eine Beschädigung von Komponenten des Ventiltriebs verhindert wird und somit ein teilweiser oder möglicherweise vollständiger Ausfall des Ventiltriebs reduziert, insbesondere eliminiert ist.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass selbstredend nicht beide Stifte gleichzeitig in der Aufnahmenut angeordnet sind, sondern in Abhängigkeit der Positionierung des Nockenträgers entweder der erste Stift oder der zweite Stift.
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Das Stellelement weist einen sich in Umfangsrichtung der Nockenwelle erstreckenden elastisch bewegbaren Bewegungsarm auf. Das heißt mit anderen Worten, dass nur ein Teil des Stellelementes in Form des Bewegungsarmes ausgebildet ist. Ein Vorteil der Ausbildung des Bewegungsarmes als Teil des Stellelementes ist darin zu sehen, dass auf einfache Weise, bspw. durch Einbringung einer Nut der Bewegungsarm realisiert werden kann.
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Der Bewegungsarm ist radial und axial bewegbar ausgebildet, so dass bei einer Verklemmung des auszuwerfenden Stiftes der Bewegungsarm in Richtung der Nockenwelle, welche vom Nockenträger umfasst ist, einfedern kann und in axialer Richtung federnd ausweichen kann, wodurch eine Beschädigung der Komponenten verhindert werden kann.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, aufweisend ein Kurbelgehäuse und einen Zylinderkopf, wobei der Zylinderkopf zur Herbeiführung eines Ladungswechsels zumindest ein Einlassventil und ein Auslassventil aufweist, wobei das Einlassventil und das Auslassventil mit Hilfe eines Ventiltriebs betätigbar sind. Erfindungsgemäß ist der Ventiltrieb gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet. Dadurch lässt sich insbesondere eine Betriebssicherheit der Verbrennungskraftmaschine steigern, wobei ein möglicher Ausfall des Ventiltriebs aufgrund eines Verklemmens einer der Stifte wesentlich reduziert, insbesondere eliminiert ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es zeigen:
- 1 in einem Längsschnitt einen Ventiltrieb gemäß dem Stand der Technik in einer ersten Position,
- 2 in einer perspektivischen Ansicht einen axial verschiebbaren Nockenträger eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs,
- 3 in einer weiteren perspektivischen Ansicht den Nockenträger gem. 2, und
- 4 in einem Schnitt den Nockenträger gem. 2.
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Ein Ventiltrieb 1 für eine Verbrennungskraftmaschine 2 gemäß dem Stand der Technik ist wie in 1 abgebildet aufgebaut. Der Ventiltrieb 1 umfasst eine Nockenwelle 3, welche einen Nockenträger 4 in Form eines Schiebenockens die Nockenwelle 3 über seine axiale Länge umfassend, aufnehmend ausgebildet ist. Der Nockenträger 4 ist drehfest mittels einer formschlüssigen Verbindung 5, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Form einer Keilverzahnung ausgestaltet ist, mit der Nockenwelle 3 ausgeführt, jedoch entlang einer Längsachse 6 der Nockenwelle 3 relativ zur Nockenwelle 3 axial verschiebbar.
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Der Nockenträger 4 weist einen ersten Nocken 7 und einen zweiten Nocken 8 auf, wobei der erste Nocken 7 einem nicht näher dargestellten ersten Einlassventil und der zweiten Nocken 8 einem nicht näher dargestellten zweiten Einlassventil eines nicht näher dargestellten Zylinderkopfes der Verbrennungskraftmaschine 2 zugeordnet ist.
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Der Ventiltrieb 1 ist als variabler Ventiltrieb ausgebildet. Das heißt, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel Einlasssteuerzeiten der Verbrennungskraftmaschine 2 veränderbar ausgebildet sind. Selbstredend könnten auch Auslasssteuerzeiten oder Einlass- und Auslasssteuerzeiten mit dem Ventiltrieb 1 veränderbar ausgebildet werden. Das heißt mit anderen Worten, dass der Ventiltrieb 1 nicht ausschließlich für Einlassventile vorgesehen ist. Auch eine Variation der Steuerzeiten von Auslassventilen ist mit dem Ventiltrieb 1 möglich.
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Zur Fixierung einer axialen Position des Nockenträgers 4 auf der Nockenwelle 3 ist eine Rasteinrichtung 9 vorgesehen. Die Rasteinrichtung 9 umfasst einen hohlzylinderförmigen Raststift 10, welcher in seinem Hohlraum 11 ein Rückstellelement 12 aufnehmend ausgeführt ist, wobei das Rückstellelement 12 in Form einer Schraubenfeder ausgestaltet ist. Der Raststift 10 weist an seinem dem Nockenträger 4 zugewandt ausgebildeten Ende ein Rastelement 13 zur Herbeiführung einer zumindest formschlüssigen Verbindung mit dem Nockenträger 4 auf. Das Rastelement 13 ist als Kugel ausgeführt, welche in einen im Nockenträger 4 nutartig ausgebildeten ersten Aufnahmeraum 14 oder einen nutartig ausgebildeten zweiten Aufnahmeraum 15 eingreifen kann. Die Aufnahmeräume 14, 15 sind in axialer Richtung nebeneinander liegend angeordnet.
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Der Nockenträger 4 ist zumindest teilweise von einem Gehäuse 16 des Ventiltriebs 1 umfasst, wobei dieses Gehäuse 16 zumindest teilweise ein Lager 17 zur Lagerung der Nockenwelle 3 aufweist. Das Lager 17 ist als Radiallager ausgebildet. Eine das Lager 17 in axialer Richtung begrenzende Wandung 18 des Gehäuses 16, welche dem Nockenträger 4 zugewandt ausgebildet ist, dient einem Anschlagen des Nockenträgers 4 an dieser Wandung 18. Das heißt mit anderen Worten, dass zwischen dem Gehäuse 16 und dem Nockenträger 4 ein Kontakt ausbildbar ist, wobei der Kontakt eine erste Kontaktfläche 19 und eine der ersten Kontaktfläche 19 gegenüberliegende zweite Kontaktfläche 20 besitzt. Die erste Kontaktfläche 19 ist der Wandung 18 und die zweite Kontaktfläche 20 dem Nockenträger 4 zugeordnet. Selbstredend können die Kontaktflächen 19, 20 auch anderen Bauteilen zugeordnet sein, derart, dass der Kontakt nicht mehr unmittelbar zwischen dem Gehäuse 16 und dem Nockenträger 4 ausgebildet ist, sondern mittelbar.
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Sofern der Nockenträger 4, wie in der 1 illustriert, in seiner ersten Position verrastet ist, ist das Rastelement 13 im ersten Aufnahmeraum 14 positioniert. Der erste Aufnahmeraum 14 ist von dem aktuellen, für die erste Position relevanten Kontakt, in axialer Richtung entfernter ausgeführt, als der zweite Aufnahmeraum 15. Sofern der Nockenträger 4 in seiner zweiten Position angeordnet ist, ist das Rastelement 13 in dem zweiten Aufnahmeraum 15 gelagert, wobei der für die zweite Position relevante Kontakt in axialer Richtung entfernter ausgeführt, als der erste Aufnahmeraum 14. So kann auf einfache Weise eine Verschiebung und anschließende Arretierung des Nockenträgers 4 herbeigeführt werden.
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Die Nocken 7, 8 sind jeweils zwei unterschiedlichen Konturen 21, 22 aufweisend ausgebildet. Die erste Kontur 21 weist einen ersten Abstand A1 zur Längsachse 6 auf, welcher kleiner ist als ein zweiter Abstand A2 der zweiten Kontur 22 zur Längsachse 6. In Abhängigkeit der Position des Nockenträgers 4 werden die Ventile von den Nocken 7, 8 mit der ersten Kontur 21 oder mit der zweiten Kontur 22 bewegt und weisen damit einen ersten Hub bzw. einen vom ersten Hub abweichenden zweiten Hub auf. Somit können auf einfache Weise durch axiale Verschiebung des Nockenträgers 4 der Hub und demgemäß die Öffnungszeit der entsprechend beaufschlagten Ventile variiert werden.
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Eine Betätigung des Nockenträgers 4 erfolgt über einen ersten Stift 23 bzw. über einen zweiten Stift 24. Welcher der Stifte 23, 24 betätigt wird, ist abhängig von der gewünschten Position des Nockenträgers 4. Die Stifte 23, 24 sind nicht um die Längsachse 6 drehbar, jedoch in radialer Richtung der Nockenwelle 3 gemäß dem ersten Bewegungspfeil 31 verschiebbar.
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In einer ersten Position des Nockenträgers 4 ist der erste Stift 23 in einer am Umfang des Nockenträgers 4 ausgebildeten Aufnahmenut 25, welche in Form einer Kulisse ausgeführt ist, eingreifend angeordnet. Eine Verschiebung des Nockenträgers 4 in seine zweite Position erfolgt durch Ausfahren des ersten Stiftes 23 aus der Aufnahmenut 25 und Einfahren des zweiten Stiftes 24 in die Aufnahmenut 25. Bei einem Wechsel der Positionen schlägt der Nockenträger 4 gegen die ihm gegenüberliegende Wandung 18. Sobald der Nockenträger 4 in einer der beiden Positionen angeordnet ist, wird der entsprechende, sich in der Aufnahmenut 25 befindende Stift 23; 24 mechanisch mit Hilfe eines Stellelementes 26, welches rampenartig ausgebildet ist und auch als Auswurframpe bezeichnet wird, in einen Aktuator 34 des Ventiltriebs 1 geschoben.
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In den 2 bis 4 ist der axial verschiebbare Nockenträger 4 eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs 1 abgebildet. Das Stellelement 26 ist nicht, wie im Stand der Technik starr ausgebildet, sondern es ist zumindest teilweise elastisch, insbesondere im vorliegenden Ausführungsbeispiel federnd ausgeführt. Zur federnden Bewegung weist das Stellelement 26 einen Bewegungsarm 27 auf, welcher mit Hilfe eines ihn zumindest teilweise umfassenden Bewegungsspaltes 28 in radialer Richtung zur Nockenwelle 3 und in axialer Richtung entlang der Längsachse 6 bewegbar ist.
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Der Bewegungsarm 27 ist an seinem in Umfangsrichtung ausgebildeten ersten Ende 29 am Nockenträger 4 fixiert, wodurch eine schwenkende Bewegung um das erste Ende 29 in axialer und radialer Richtung, gemäß einem zweiten Bewegungspfeil 32 bzw. einem dritten Bewegungspfeil 33, möglich ist, so dass ein Verklemmen der Stifte 23, 24 bei ihrer Bewegung aus der Aufnahmenut 25 verhindert werden kann. Das heißt, dass ein zweites Ende 30, des Bewegungsarmes 27, welches vom ersten Ende 29 abgewandt ausgebildet ist, in die Richtungen gemäß der Bewegungspfeile 32, 33 bewegbar ist.
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Der Bewegungsarm 27 weist eine dem Aktuator 34 zugewandt ausgebildete Armkontur 35 auf, welche einer dem Aktuator 34 zugewandt ausgebildeten, nicht näher dargestellten Elementkontur des starr ausgeführten Stellelementes 26 entspricht.
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Der Bewegungsarm 27 des Stellelementes 26 könnte beispielsweise bei üblichen Nockenträgern 4, welche ein starres rampenartiges Stellelement 26 aufweisen, dadurch herbeigeführt werden, dass eine U-formartige Nut in Form des Bewegungsspaltes 28 um das Stellelement 26 herum in den Nockenträger 4 eingebracht wird. Auf diese Weise könnten bereits hergestellte Nockenträger 4 auf einfache Weise mit dem zumindest teilweise elastischen Stellelement 26 bestückt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventiltrieb
- 2
- Verbrennungskraftmaschine
- 3
- Nockenwelle
- 4
- Nockenträger
- 5
- Formschlüssige Verbindung
- 6
- Längsachse
- 7
- Erster Nocken
- 8
- Zweiter Nocken
- 9
- Rasteinrichtung
- 10
- Raststift
- 11
- Hohlraum
- 12
- Rückstellelement
- 13
- Rastelement
- 14
- Erster Aufnahmeraum
- 15
- Zweiter Aufnahmeraum
- 16
- Gehäuse
- 17
- Lager
- 18
- Wandung
- 19
- Erste Kontaktfläche
- 20
- Zweite Kontaktfläche
- 21
- Erste Kontur
- 22
- Zweite Kontur
- 23
- Erster Stift
- 24
- Zweiter Stift
- 25
- Aufnahmenut
- 26
- Stellelement
- 27
- Bewegungsarm
- 28
- Bewegungsspalt
- 29
- Erstes Ende
- 30
- Zweites Ende
- 31
- Erster Bewegungspfeil
- 32
- Zweiter Bewegungspfeil
- 33
- Dritter Bewegungspfeil
- 34
- Aktuator
- 35
- Armkontur
- A1
- Erster Abstand
- A2
- Zweiter Abstand
