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Die Erfindung betrifft eine Dämpfventileinrichtung mit einem Vorstufen- und einem Hauptstufenventil gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus der
DE 10 2014 215 199 A1 ist eine Dämpfventileinrichtung mit einem Vorstufen- und einem Hauptstufenventil bekannt. Das Vorstufenventil wird mittels eines Aktuators angesteuert, wodurch ein Druck in einem Steuerraum einstellbar ist. Dieser Steuerdruck übt eine Schließkraft auf einen Hauptstufenventilkörper aus. Mit dem Vorstufenventil kann mit geringem Energieeinsatz eine sehr große Stellkraft bzw. Schließkraft gesteuert werden.
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Der Hauptstufenventilkörper ist dabei axial beweglich in einem Gehäuseeinsatz geführt, der wiederum mit einem Dämpfventilgehäuseabschnitt fest verbunden ist. Auf seiner äußeren Mantel- und Deckfläche sind Radial- und Axialkanäle ausgeführt, die zusammen mit dem Dämpfventilgehäuseabschnitt eine Strömungsverbindung bilden.
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Die
DE 10 2018 201 092 A1 betrifft ebenfalls eine Dämpfventileinrichtung mit einem Vorstufen- und einem Hauptstufenventil. Für die Ansteuerung des Vorstufenventils bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange dient eine radiale Steueröffnung in einem Ventilgehäusemittelteil. Die Steueröffnung mündet in einem Ringraum, der zusammen mit einem Absatz des Hauptstufenventilkörpers und einer Stufenöffnung des Ventilgehäusemittelteils gebildet wird. Ausgehend von diesem Ringraum erstreckt sich ein Radialkanal zum Vorstufenventil.
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Der Hauptstufenventilkörper gleitet direkt auf einer Führungsfläche der Stufenöffnung, wobei sich der Ringraum bei einer Abhubbewegung axial verkleinert, der Radialkanal jedoch in seinem Querschnitt unverändert bleibt.
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Mit dem Einsatz eines Vorstufen- und eines Hauptstufenventils, sowie ggf. einer Reihenschaltung mit konventionellen Dämpfventilen als Teil der Dämpfventileinrichtung kann die Kennliniencharakteristik sehr weitgehend beeinflusst werden. Das Vorstufenventil und das Hauptstufenventil bilden ein sogenanntes Weg-Folgeventil. Wenn das Vorstufenventil einen Stellweg ausführt, dann folgt der Hauptstufenventilkörper mit einem definierten Abstand. Der Abstand zwischen dem Vorstufenventilkörper und der Ventilsitzfläche am Hauptstufenventilkörper wird von der Querschnittsgröße der Steueröffnung im Ventilgehäusemittelteil bestimmt. Ein großer Querschnitt der Steueröffnung führt zu einem großen funktionalen Abstand zwischen dem Vorstufenventilkörper und seiner Ventilsitzfläche am Hauptstufenventilkörper, da das durch die Steueröffnung fließendes Volumen aufgrund der Reihenschaltung von Steueröffnung und Vorstufenventil das Vorstufenventil passieren muss. Erst wenn der funktionale Abstand zwischen dem Vorstufenventil und dem Hauptstufenventilkörper erreicht ist, öffnet das Hauptstufenventil. Ein großer Abstand zwischen dem Vorstufenventilkörper und dem Hauptstufenventilkörper fördert ein geräuscharmes Öffnungsverhalten des Hauptstufenventils. Der Hubweg des Vorstufenventils ist stets begrenzt. Ein großer funktionaler Abstand zwischen dem Vorstufenventilkörper und dem Hauptstufenventilkörper vermindert den zur Verfügung stehenden Abhubweg des Hauptstufenventilkörpers. Damit verliert die Dämpfventileinrichtung hinsichtlich der Komfortfunktion.
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Wenn die Steueröffnung im Dämpfventilgehäuse sehr klein ist, dann verringert sich der Hubverlustweg des Hauptstufenventils, jedoch öffnet das Hauptstufenventil sehr abrupt und u. U. mit einer Geräuschemission.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Möglichkeiten zur Anpassung der Dämpfventileinrichtung an eine gewünschtes Dämpfcharakteristik zu erweitern.
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Die Aufgabe der vorliegenden wird dadurch gelöst, dass dem Vorstufenventils ein in Abhängigkeit des Hauptstufenventils verstellbares Drosselventil zugeordnet ist.
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Damit steht ein weiterer Parameter zur Verfügung, über den der resultierende hydraulische Druck auf den Hauptstufenventilkörper einstellbar ist. Mit dem zusätzlichen Drosselventil wird die Auslegung des Strömungswegs zum Vorstufenventil vereinfacht.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind das Drosselventil und das Vorstufenventil hydraulisch in Reihe geschaltet. Dadurch wird der Einfluss des Vorstufenventils auf die Funktionsweise des Hauptstufenventils nicht reduziert.
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Dabei ist vorgesehen, dass der Versorgungskanal am axialbeweglichen Hauptstufenventilkörper ausgeführt ist, der zusammen mit einem ortsfesten Teilbereich eines Ventilgehäuses der Dämpfventileinrichtung ein verstellbares Drosselventil bildet. Der große Vorteil besteht darin, dass im Vergleich zum genannten Stand der Technik keine weiteren Ventilteile benötigt werden.
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Um Schließgeräusch zu vermeiden, ist das Drosselventil als ein Schieberventil ausgeführt. Des Weiteren vereinfachen sie dadurch die Strömungswege.
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Grundsätzlich kann man vorsehen, dass sich der Drosselquerschnitt des Drosselventils mit zunehmender Öffnungsbewegung des Hauptstufenventilkörpers verkleinert. Damit wird tendenziell ein geringerer Anströmdruck benötigt, um ein weitgeöffnetes Hauptstufenventil offenzuhalten, da mit zunehmender Öffnungsbewegung des Hauptstufenventils die Drosselwirkung des Drosselquerschnitts ansteigt.
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Es wäre aber auch möglich und sinnvoll, wenn sich der Drosselquerschnitt des Drosselventils mit zunehmender Öffnungsbewegung des Hauptstufenventilkörpers vergrößert. Der bei der Axialbewegung des Hauptstufenventilkörpers sich verstellende Drosselquerschnitt und das Hauptstufenventil sind hydraulisch in Reihe angeordnet.
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Im Hinblick auf einen einfachen Gesamtaufbau der Dämpfventileinrichtung weist das Ventilgehäuse einen Versorgungskanal auf, der in axialer Überdeckung zum Radialkanal verläuft.
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Für eine einfache Herstellbarkeit ist der Versorgungskanal als offene Nut ausgeführt.
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Eine weitere Maßnahme zur Vereinfachung der Herstellbarkeit besteht darin, dass der Hauptstufenventilkörper in einem Gehäuseeinsatz des Ventilgehäuses axial gleitend gelagert ist.
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Bevorzugt besteht der Gehäuseeinsatz aus einem Sinterwerkstoff, der aufgrund seiner hochwertigen Oberfläche keinerlei spanender Nachbearbeitung bedarf.
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Für eine Optimierung der Bauteile auf eine Sinterfertigung weist der Gehäusesatz mindestens zwei den Verlängerungskanal bildende Komponenten auf. Dadurch können durch eine geschickte Kombination von z. B. zwei Bauteilen auch radiale Rücksprünge gebildet werden, ohne dass dafür aufwändige Schieberwerkzeuge bei der Sinterherstellung notwendig wären.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt.
- 1 Schwingungsdämpfer mit Dämpfventileinrichtung
- 2 -4 Detaildarstellungen zur 1
- 5 Alternativausführung zur Dämpfventileinrichtung nach 1
- 6 Dämpfventileinrichtung nach 1 mit alternativem Drosselventil
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Die 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer 1 beliebiger Bauart. Das zu lösende Problem tritt besonders ausgeprägt bei einem Schwingungsdämpfer der Zweirohr-Bauform auf, kann jedoch auch bei einem Schwingungsdämpfer der Einrohr-Bauform auftreten, indem z. B. bei der Montage Luft in einer verstellbaren Dämpfventileinrichtung 3 eingeschlossen wird.
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Die Dämpfventileinrichtung 3 umfasst ein Ventilgehäuse 5, das an einer axial beweglichen Kolbenstange 7 befestigt ist. Das Ventilgehäuse 7 umfasst drei Abschnitte. Ein erster Abschnitt bildet einen Kolben 9 mit einem Kolbenring 11, der einen mit hydraulischen Dämpfmedium gefüllten Zylinder 13 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15; 17 unterteilt. Der Kolben 9 verfügt über ein konventionelle Dämpfventile für zwei Durchströmungsrichtungen. Eine erste Dämpfkanalgruppe 19 bildet mit einer Ventilscheibenbestückung 21 auf einer Oberseite des topfförmigen Kolbens 9 ein erstes konventionelles Dämpfventil 23 und eine zweite Dämpfkanalgruppe 25 bildet mit einer zweiten Ventilscheibenbestückung 27 auf der Unterseite des Kolbens 9 ein zweites konventionelles Dämpfventil 29. Diese Dämpfventile 23; 29 können optional eingesetzt werden, da die Erfindung unabhängig davon funktioniert. Sofern man auf die Funktion der Dämpfventile 23; 29 verzichten will, werden einfach die Ventilbestückungen 21; 27 weggelassen.
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Der topfförmige Kolben 9 ist über einen umlaufenden Steg 31 mit einem Ventilgehäusemittelteil 33 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Verbindung über ein Gewinde 35. Selbstverständlich können auch alternative Ausführungsformen wie Versicken oder Verschweißen angewendet werden.
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Zwischen dem topfförmigen 9 Kolben und dem Ventilgehäusemittelteil 33 liegt ein Sammelraum 37 vor, der von einem Hauptstufenventil 39 abgeschlossen wird. Auf einer Ventilsitzfläche 41 liegt eine Ventilscheibe 43 auf, auf der sich wiederum ein Hauptstufenventilkörper 45 abstützt. Der Hauptstufenventilkörper 45 weist eine gestufte Grundform auf und ist in einer Stufenöffnung 47 des Mittelteils 33 axial verschiebbar geführt. Hinsichtlich der Details des Hauptstufenventils wird auf die
DE10 2012 019 321 A1 verwiesen.
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Die Ventilscheibe 43 verfügt über eine Nebenstromöffnung 49, die in einen Ringraum 51 des Hauptstufenventilkörpers 45 führt. Dieser Ringraum 51 ist über einen Nebenstromkanal 53 mit einem zum Hauptstufenventilkörper 45 rückseitigen Steuerraum 55 verbunden. Der Steuerraum wird von dem Mittelteil 33, der Rückseite des Hauptstufenventilkörpers 45 und einer Polscheibe 57 eines Ventilankers 59 begrenzt.
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Im Mittelteil 33 ist mindestens eine radiale Ventilgehäuseöffnung 61 zwischen dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 15 und dem Hauptstufenventil 39 angeordnet. Ein Absatz des Hauptstufenventilkörper 45 und ein Absatz des Mittelteils 33 bilden einen Ringraum 63. An diesen Ringraum 63 ist ein Radialkanal 65 im Hauptstufenventilkörper 45 angeschlossen, der wiederum in einen Steuerkanal 67 zu einem Vorstufenventil 69 übergeht.
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Das Mittelteil 33 ist wiederum mit einem Kopfteil 71 des Ventilgehäuses 5 verbunden, an dem auch die Kolbenstange 7 befestigt ist. In dem Kopfteil 71 ist als Aktuator eine Magnetspule 73 zur Betätigung des Ventilankers 59 angeordnet, der von entgegengesetzt wirkende Federanordnungen 75; 77 in einer vordefinierten Ausgangsposition gehalten wird.
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Der Ventilanker 59 wirkt auf das Vorstufenventil 69, das einen Vorstufenventilkörper 79 und eine Vorstufenventilsitzfläche 81 aufweist, die von der Rückseite des Hauptstufenventilkörpers 45 gebildet wird. Innerhalb des Ventilankers 59 ist ein Ventilträger 83 fixiert, der die Stellkräfte vom Ventilanker 59 auf einen Vorstufenventilkörper 81 überträgt. Über das Vorstufenventil 69 kann die auf das Hauptstufenventil wirkende Schließkraft im Steuerraum 55 und im Ringraum 63 eingestellt werden.
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Neben dem Vorstufenventil 69 und dem Hauptstufenventil 39 verfügt die Dämpfventileinrichtung 3 über ein verstellbares Drosselventil 85, über den der wirksame Strömungsquerschnitt eines Versorgungskanals 87 zwischen radialen Ventilgehäuseöffnung 61 im Ventilgehäuse 5 und dem Steuerraum 55 außerhalb des Vorstufenventils 69 einstellbar ist. Das Drosselventil 85 und das Vorstufenventil 69 sind hydraulisch in Reihe geschaltet, wobei das Drosselventil 85 keinen separaten Aktuator aufweist, aber mittelbar über das Vorstufenventil 69 angesteuert wird, indem das Vorstufenventil 69 das Hauptstufenventil 39 betätigt.
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Der Versorgungskanal 87 ist innerhalb bzw. am axialbeweglichen Hauptstufenventilkörper 45 ausgeführt und bildet zusammen mit einem ortsfesten Teilbereich 89 des Ventilgehäuses 5 der Dämpfventileinrichtung 3 das verstellbare Drosselventil 85. Das Drosselventil 85 ist als ein Schieberventil ausgeführt, indem der ortsfeste Teilbereich 89 den Versorgungskanal 87 als offene Nut begrenzt, der in axialer Überdeckung zum Radialkanal 65 verläuft. Der Radialkanal 65 und der Versorgungskanal 87 sind funktional in Reihe angeordnet und verbinden damit die Verbindungsöffnung 61 mit dem Steuerkanal 69. Der ortsfeste Bereich in einem Gehäuseeinsatz ausgeführt. Der Gehäuseeinsatz ist in dem Ventilgehäuse eingepresst und damit ortsfest. Aus der Zusammenschau der 2 bis 4 ist ersichtlich, dass der Gehäuseeinsatz 91 im Bereich des Versorgungskanals 87 als ein nicht rotationssymmetrisches Bauteil ausgeführt ist.
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Der Hauptstufenventilkörper 45 ist in diesem Gehäuseeinsatz 91 des Ventilgehäuses 5 axial gleitend gelagert. Optional besteht der Gehäuseeinsatz 91 aus einem Sinterwerkstoff. Der Sinterwerkstoff kann mit Dämpfmedium getränkt werden, um die Gleiteigenschaften des Hauptstufenventilkörpers 45 zu optimieren. Des Weiteren weist eine Sinteroberfläche keine Riefen einer mechanischen Bearbeitung auf.
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Die 1 zeigt eine Ausführung der Erfindung, bei der sich der Drosselquerschnitt des Drosselventils 85 mit zunehmender Öffnungsbewegung des Hauptstufenventilkörpers 45 verkleinert. In der 1 ist der Hauptstufenventilkörper 45 in seiner geschlossenen Ausgangsposition dargestellt. Der Drosselquerschnitt weist nun seine maximale Größe auf. Bei einer Abhubbewegung des Hauptstufenventilkörpers 45 von seiner Hauptstufenventilsitzfläche 41 kommt der Radialkanal 65 zunehmend in Überdeckung mit einer Führungsfläche 93 des Gehäuseeinsatzes 91. Folglich stellt sich bei einer Anströmung des Ringraums 63 über den Versorgungskanal 87 mit zunehmender Abhubbewegung am Drosselventil 85 ein Druckgefälle zum Radialkanal 65 bzw. ein eine Drucksteigerung im Ringraum 63 ein. Diese Drucksteigerung im Ringraum 63 bewirkt bei vergleichbarer Öffnungsposition des Vorstufenventils eine höhere Schließkraft am Hauptstufenventilkörper 45. Gleichzeitig sinkt der Öffnungsdruck am Vorstufenventil.
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Die Ausführung der Dämpfventileinrichtung 3 nach der 5 basiert auf der 1. Abweichend zur 1 vergrößert sich der Drosselquerschnitt des Drosselventils 85 mit zunehmender Öffnungsbewegung des Hauptstufenventilkörpers 45. Dafür weist der Gehäuseeinsatz 91 eine schrägverlaufende Seitenwand 95 des Versorgungskanals 87 auf, der zusammen mit einer Konusfläche 97 des Hauptstufenventilkörper 45 dafür sorgt, dass der Drosselquerschnitt des Drosselventils 85 unmittelbar am Anfang des Versorgungskanal 87 zunimmt, wenn der Hauptstufenventilkörper eine Abhubbewegung von der Hauptstufenventilsitzfläche 41 ausführt. Der Radialkanal 65 und der Versorgungskanal 87 bilden am Übergang keine Drosselstelle. Dieser Übergangsquerschnitt bleibt unabhängig von der Abhubbewegung des Hauptstufenventilkörpers 45 konstant und wird von der Dimensionierung des Versorgungskanals 87 oder des Radialkanals 65 bestimmt.
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Beispielhaft weist der Gehäusesatz 91 mindestens zwei den Verlängerungskanal 87 bildende Komponenten 91A; 91B auf, um eine spanende Bearbeitung des Gehäuseeinsatzes zu vermeiden. Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf diese Bauform des Ventilgehäuses 5 oder des Gehäuseeinsatzes 91A; 91B beschränkt.
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Im Gegensatz zur Dämpfventileinrichtung nach 1 steigt in der Ausführung nach 5 mit zunehmender Abhubbewegung des Hauptstufenventilkörpers der Öffnungsdruck auf das Vorstufenventil. Insgesamt verändert sich damit die Charakteristik der Dämpfventileinrichtung hin zu einer weicheren Dämpfkraft bezogen auf die Offenhaltkraft des Vorstufenventils.
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Bei beiden Ausführungen der Dämpfventileinrichtung sind das Vorstufenventil 69 und das Drosselventil 85 in Reihe angeordnet.
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Die 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Drosselventil 85 funktionsgleich wie bei der Ausführung der Dämpfventileinrichtung 3 nach 1 mit zunehmender Abhubbewegung des Hauptstufenventilkörpers 45 eine Schließbewegung des Drosselventils 85 erreicht wird, da auch hier der Hauptstufenventilkörper und der Versorgungskanal 87 für das Vorstufenventil 69 ein Drosselventil 85 in Schieberventilbauweise bilden. Der Versorgungskanal 87 verläuft radial vom kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 15 durch die Wandung des Ventilgehäusemittelteils 33 in den Ringraum 63. Dabei wird der Hauptstufenventilkörper 45 in der geschlossenen Betriebsstellung des Hauptstufenventils 39 mit seinem Absatz 99 zumindest unmittelbar an der Unterkante des Versorgungskanals 87 anliegen, um mit dem Einsatz der Abhubbewegung des Hauptstufenventilkörpers 45 das Drosselventil 85 tendenziell in seinem wirksamen Querschnitt zu verengen. Ansonsten ist die Funktionsweise mit der Ausführung nach 1 identisch.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwingungsdämpfer
- 3
- Dämpfventileinrichtung
- 5
- Ventilgehäuse
- 7
- Kolbenstange
- 9
- Kolben
- 11
- Kolbenring
- 13
- Zylinder
- 15
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 17
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 19
- erste Dämpfkanalgruppe
- 21
- Ventilscheibenbestückung
- 23
- erstes konventionelles Dämpfventil
- 25
- zweite Dämpfkanalgruppe
- 27
- zweite Ventilscheibenbestückung
- 29
- zweites konventionelles Dämpfventil
- 31
- Steg
- 33
- Ventilgehäusemittelteil
- 35
- Gewinde
- 37
- Sammelraum
- 39
- Hauptstufenventil
- 41
- Ventilsitzfläche
- 43
- Ventilscheibe
- 45
- Hauptstufenventilkörper
- 47
- Stufenöffnung
- 49
- Nebenstromöffnung
- 51
- Ringraum
- 53
- Nebenstromöffnung
- 55
- Steuerraum
- 57
- Polscheibe
- 59
- Ventilanker
- 61
- Ventilgehäuseöffnung
- 63
- Ringraum
- 65
- Radialkanal
- 67
- Steuerkanal
- 69
- Vorstufenventil
- 71
- Kopfteil
- 73
- Magnetspule
- 75
- Federanordnung
- 77
- Federanordnung
- 79
- Vorstufenventilkörper
- 81
- Vorstufenventilsitzfläche
- 83
- Ventilträger
- 85
- Drosselventil
- 87
- Versorgungskanal
- 89
- ortsfester Teilbereich
- 91
- Gehäuseeinsatz
- 91A
- Komponente des Gehäuseeinsatzes
- 91B
- Komponente des Gehäuseeinsatzes
- 93
- Führungsfläche
- 95
- Seitenwand
- 97
- Konusfläche des Hauptstufenventilkörpers
- 99
- Absatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014215199 A1 [0002]
- DE 102018201092 A1 [0004]
- DE 102012019321 A1 [0026]
