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Die Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor, insbesondere einen gemischgeschmierten Zweitaktmotor für ein handgeführtes Arbeitsgerät wie eine Motorkettensäge, einen Trennschleifer, ein Blasgerät, ein Freischneidegerät oder dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiger Zweitaktmotor ist aus der
EP 0 933 515 A1 bekannt. Der reine Luft zuführende Bypasskanal mündet über ein Membranventil in den Überströmkanal, der als radial offener Kanal ausgebildet ist. Die radiale Öffnung des Überströmkanals wird durch ein Ventilgehäuse verschlossen, welches das Membranventil trägt und welches an dem Zylinder zu montieren ist. Dies erfordert einen hohen Herstellungs- und Montageaufwand, da die Ventilplatte dicht am Überströmkanal zu montieren ist.
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Die
JP 10-252565 A zeigt einen Zweitaktmotor, bei dem der luftzuführende Bypasskanal ebenfalls über ein Membranventil in den Überströmkanal mündet. Das Membranventil ist an einem separaten Bauteil gehalten, das von außen auf den Zylinder aufgesetzt ist.
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Auch die
FR 2 797 910 A1 zeigt ein bezogen auf die Zylinderlängsachse radial von außen auf den Zylinder aufgesetztes Membranventil. Das Membranventil ist an einem Kanalbauteil gehalten, das den Bypasskanal begrenzt.
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Die
JP 2001-082152 A zeigt einen Zweitaktmotor, bei dem der Gemischkanal über ein Rückschlagventil in einen Überströmkanal mündet. Das Membranventil ist an einem von außen auf den Zylinder aufgesetzten Kanalbauteil festgelegt, in dem sowohl ein Abschnitt des Gemischkanals als auch ein Abschnitt des Luftkanals geführt sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Zweitaktmotor derart weiterzubilden, daß eine sichere Montage eines Membranventils unter Vermeidung zusätzlicher Dichtflächen möglich ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist der Überströmkanal als über seine Länge im Wesentlichen geschlossener Kanal in der Zylinderwand ausgebildet, so daß ohne zusätzliche Abdichtmaßnahmen eine dichte Kanalführung gegeben ist. Das an der Mündung des Bypassventils in den Überströmkanal anzuordnende Membranventil wird axial durch das kurbelgehäuseseitige, offene Ende des Überströmkanals in diesen eingeschoben und im Bereich des kurbelgehäuseseitigen Endes am Zylinder festgelegt. Dabei ragt die die Mündung nach Art eines Rückschlagventils öffnende und schließende Membran bis vor die Mündung des Bypasskanals. Da das offene, kurbelgehäuseseitige Ende die Montageöffnung des Membranventils bildet, entfallen durch die Anordnung des Membranventils ansonsten notwendige zusätzliche Dichtmaßnahmen.
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Ein so ausgebildeter Zweitaktmotor kann als sogenannter Spülvorlagenmotor oder Ladungsschichtungsmotor betrieben werden, je nachdem, wie die im Wesentlichen kraftstofffreies Gas oder Luft zuführenden Bypasskanäle geschaltet und gesteuert werden.
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Erfindungsgemäß ist die Membran des Membranventils von einem im Wesentlichen steifen Membranträger gestützt, der die Membran in Öffnungsstellung hält. Der Membranträger weist eine in Höhe der Mündung angeordnete Durchbrechung auf, so daß die Strömung im Überströmkanal durch den Membranträger nicht behindert wird. Der Membranträger kann durch eine von außen die Zylinderwand durchgreifende Befestigungsschraube im Überströmkanal fixiert werden, wobei die Befestigungsschraube vorteilhaft in den Membranträger eingeschraubt ist.
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Vorteilhaft ist der im Überströmkanal ausgebildete Dichtsitz für die Membran des Membranventils an einem Einsatzteil ausgebildet, welches getrennt vom Zylinder gefertigt ist und durch das kurbelgehäuseseitige Ende des Überströmkanals montiert wird. Durch von außen in den Zylinder eingreifende Befestigungsmittel ist das vorteilhaft als Platte ausgebildete Einsatzteil im Zylinder festgelegt, wobei das Einsatzteil etwa dichtend auf der Innenwand des Überströmkanals anliegt. Das plattenförmige Einsatzteil erstreckt sich über die Mündung des Bypasskanals in Längsrichtung des Überströmkanals, wobei auf der Höhe der Mündung des Bypasskanals in den Überströmkanal im Einsatzteil eine Strömungsöffnung vorgesehen ist, die den Bypasskanal mit dem Überströmkanal verbindet. Zweckmäßig greift das plattenförmige Einsatzteil mit einem Ende in einem im Zylinder vorgesehenen Montageschlitz ein und wird in diesem durch radial von außen in den Zylinder eingebrachte Befestigungsmittel fixiert.
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Um auch durch einen ungeübten Monteur oder ohne Sichtkontrolle eine präzise, funktionssichere Montage des Membranventils zu gewährleisten, sind am Membranträger Ansätze vorgesehen, die in zugeordnete Öffnungen der Zylinderwand eingreifen. Ein erster Ansatz kann dabei als Drehsicherung und ein zweiter Ansatz als Montagehilfe ausgebildet sein, wobei die Befestigungsschraube vorteilhaft in den eine Montagehilfe bildenden Ansatz eingreift. Dazu ist der die Montagehilfe bildende Ansatz als Zylinderbuchse ausgebildet, die etwa paßgenau in einer Durchgangsbohrung für die Befestigungsschraube liegt. Die Befestigungsschraube wird somit in den Montageansatz des Membranträgers eingeschraubt und stützt sich mit ihrem Kopf an einer äußeren Ringschulter der Zylinderwand ab. Dadurch können große Befestigungskräfte aufgebracht werden, die eine sichere Fixierung des Membranventils im Überströmkanal gewährleistet.
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Vorteilhaft kann der als Montagehilfe vorgesehene Ansatz auch zum Auffädeln des Einsatzteils genutzt werden. Das Einsatzteil kann zusammen mit dem Membranträger und der zwischen den Teilen vorzugsweise geklemmt gehaltenen Membran eine vormontierbare Baueinheit bilden.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Bypasskanal über einen einteilig mit dem Zylinder ausgebildeten Anschlußstutzen an den Überströmkanal angeschlossen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der nachfolgend im einzelnen beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung einen Verbrennungsmotor in einem Gehäuse eines handgeführten Arbeitsgerätes,
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2 einen Schnitt durch den Zylinder des Verbrennungsmotors nach 1,
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3 in vergrößerter Darstellung die Einzelheit III in 2,
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zylinders für einen Verbrennungsmotor nach 1,
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5 einen Schnitt durch den Zylinder nach 4,
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6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in 5,
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7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII,
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8 eine perspektivische Ansicht des Zylinderkopfes nach 4 von unten.
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9 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zylinders für einen Verbrennungsmotor nach 1,
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10 eine vergrößerte Darstellung eines Überströmkanals mit einem darin angeordneten Membranträger und einer Einsatzplatte,
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In 1 ist ein Verbrennungsmotor 1 in einem angedeuteten Gehäuse 2 eines handgeführten, insbesondere tragbaren Arbeitsgerätes dargestellt. Das Arbeitsgerät kann ein Rasenmäher, eine Motorkettensäge, ein Trennschleifer, ein Blasgerät, ein Freischneidegerät oder dgl. sein.
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Der Verbrennungsmotor 1 besteht aus einem Zylinder 4, der im gezeigten Ausführungsbeispiel einteilig mit einem Zylinderkopf 3 ausgebildet ist. Die Zylinderbohrung 5 ist zu einem Kurbelgehäuse 6 offen, wobei in der Zylinderbohrung 5 ein auf- und abgehender Kolben 7 verschieblich angeordnet ist. Der Kolben 7 begrenzt mit dem Zylinder 4 und dem Zylinderkopf 3 einen Brennraum 8, dem eine Zündkerze 9 zugeordnet ist.
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Der Kolben 7 treibt über ein Pleuel 10 eine Kurbelwelle 11 an, über die ein Arbeitswerkzeug angetrieben ist. Die Kurbelwelle 11 ist im Kurbelgehäuse 6 drehbar gelagert.
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Das Kurbelgehäuse 6 ist mit einem Gemischeinlaß 12 (2) verbunden, der in der Zylinderwand 13 ausgebildet ist und vom Kolben 7 gesteuert wird. Wie insbesondere aus 2 zu ersehen, ist der Brennraum 8 über mehrere Überstromkanäle 14, 15 mit dem Kurbelgehäuse 6 verbunden, wobei die Überströmkanäle an ihrem dem Kurbelgehäuse 6 zugewandten Ende 16 offen sind. Das brennraumseitige Ende 17 mündet in der Zylinderwand 13 aus, wobei alle brennraumseitigen Enden 17 vom Kolben 7 gesteuert sind. Zwischen dem brennraumseitigen Ende 17 und dem kurbelgehäuseseitigen Ende 16 der Überströmkanäle 14 und 15 stehen die Überströmkanäle 14, 15 mit jeweils einem im Wesentlichen kraftstofffreies Gas, insbesondere Luft zuführenden Bypasskanal 18, 19 in Verbindung. Wie in 1 durch teilweise geschnittene Darstellung der Überströmkanäle 14 und 15 zu ersehen und sich im Einzelnen aus den 2 und 3 ergibt, mündet der im Wesentlichen kraftstofffreies Gas, insbesondere Luft, zuführende Bypasskanal 18, 19 über ein Membranventil 20 nahe dem brennraumseitigen Ende 17 in den Überströmkanal 14 bzw. 15.
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Jeder Überströmkanal 14, 15 ist als über seine axiale Länge geschlossener Kanal in der Zylinderwand 13 ausgebildet, wobei das Membranventil 20 axial durch das offene kurbelgehäuseseitige Ende 16 in den Überströmkanal 14, 15 eingeschoben wird. Im Bereich des offenen, kurbelgehäuseseitigen Endes 16 wird die Membran 21 in geeigneter Weise am Zylinder 4 bzw. der Zylinderwand 13 festgelegt. Die Membran ragt dabei vom Befestigungsende 22 bis vor die Mündung 23 des Bypasskanals 18 in den Überströmkanal 14 und deckt diese im geschlossenen Zustand vollständig ab.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Membran 21 von einem im Wesentlichen steifen Membranträger 24 gestützt, wobei zweckmäßig die Membran 21, welche aus einem flexiblen Material besteht, zumindest im Bereich des Befestigungsendes 22 auf dem Membranträger 24 gehalten ist. Um die Strömung im Überströmkanal 14, 15 möglichst wenig zu beeinflussen und den Kanalquerschnitt nicht nachteilig zu verengen, liegen der Membranträger 24 und die Membran 21 in einer Ansenkung 25, die in der äußeren Kanalwand des Überströmkanal 14 ausgebildet ist. Der Membranträger ragt wie die Membran 21 selbst bis vor die Mündung 23 des Bypasskanals 18, wobei der Membranträger auf der Höhe der Mündung 23 durchbrochen ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist in dem freien Ende des Membranträgers eine Öffnung 26 vorgesehen, die etwa gleich der Querschnittsfläche der Mündung 23, bevorzugt größer als diese ausgestaltet ist. Im Öffnungszustand liegt die Membran 21 auf dem Membranträger 24 auf, weshalb dessen freies Ende aus der Ansenkung 25 ausgebogen ist und in den Überströmkanal 14 ragt. Im Öffnungszustand strömt gemäß den eingezeichneten Pfeilen im Wesentlichen kraftstofffreies Gas in den Überströmer ein, bis aufgrund des abwärts fahrenden Kolbens im Kurbelgehäuse der Druck ansteigt. Der Druck steht auch in den Überströmkanälen 14, 15 an und bewirkt ein Schließen des Membranventils 21, welches aufgrund der vorgesehenen Öffnung 26 funktionssicher in den Schließzustand übergeht. Die Öffnung 26 gewährleistet darüber hinaus, daß vom Kurbelgehäuse durch den Überströmkanal in den Brennraum strömendes Gas durch den in den Überströmkanal einragenden Membranträger nicht weiter behindert ist.
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Im Bereich des Befestigungsendes 22 hat der flächige Membranträger 24 zwei Ansätze 27 und 28, die in entsprechende Ausnehmungen 30 und 31 in der Kanalwand des Überströmkanals eingreifen.
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Ein erster Ansatz 27 ist nach Art einer Zylinderbuchse ausgebildet, die etwa paßgenau in einer Durchgangsbohrung 31 für eine Befestigungsschraube 29 liegt. Die Befestigungsschraube 29 greift mit einem Gewindeabschnitt in die Zylinderbuchse des Ansatzes 27 ein, wobei sich der Kopf der Befestigungsschraube 29 auf einer äußeren Stufe 32 des Zylinders 4 abstützt. Dies hat zur Folge, daß beim Eindrehen der Befestigungsschraube 29 in den Ansatz 27 dieser als Montagehilfe in der Durchgangsbohrung 31 festgelegt wird, wodurch der Membranträger 24 im Bereich des offenen, kurbelgehäuseseitigen Endes 16 fixiert ist. Über die äußere Befestigungsschraube 29 wird der Membranträger 24 sicher in der Ansenkung 21 gehalten.
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Zur Drehsicherung wird der Ansatz 28 genutzt, der in einer zum Kurbelgehäuse 6 offenen Ansenkung 30 der Zylinderwand 13 liegt. Der eine Drehsicherung bildende Ansatz 28 ist durch eine Lasche gebildet, die an dem dem Kurbelgehäuse zugewandten Ende des Membranträgers 24 vorgesehen ist.
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Wie aus 3 zu ersehen, ist die in Richtung der Schraubenlängsachse 33 gemessene Höhe des eine Montagehilfe bildenden Ansatzes 27 größer als die in gleicher Richtung gemessene Höhe der abgebogenen Lasche 28. Beim Einfädeln des Membranträgers 24 mit der darauf gehaltenen Membran 21 in den Überströmkanal 14 wird zunächst die Zylinderbuchse in die Durchgangsbohrung 31 eingeschoben, wobei aufgrund des Überstandes des Ansatzes 27 der Membranträger 24 auch um die Schraubenlängsachse 33 gedreht werden kann. Greift der Ansatz 27 in die Durchgangsbohrung 31 ein, wird der gesamte Membranträger in die Ansenkung gedrängt, wobei der Ansatz 28 der Drehsicherung in die Ansenkung 30 einzufädeln ist. Die Drehsicherung 28 bestimmt die Lage des Membranträgers 24 um die Schraubenlängsachse 33, so daß eine genaue Positionierung der Membran 21 vor der Mündung 23 des Bypasskanals 18 gewährleistet ist. Die Befestigungsschraube 33 kann von außen leicht in den eine Montagehilfe bildenden Zylinderansatz 27 eingeschraubt werden, so daß bei der Fertigung auch durch ungeübte Monteure in jedem Fall eine präzise Lage des Membranventils 20 im Überströmkanal gewährleistet ist. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn das Membranventil 20 ohne Sichtkontrolle eingebaut wird.
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Im Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 sind den Membranventilen 20 in den Überströmkanälen 14 und 15 getrennte Bypasskanäle 18, 19 zugeführt, die – wie 3 zeigt – als Steckkanäle in die äußere Zylinderwand eingesteckt werden. Dabei wird über einen Verteiler 34 im Wesentlichen kraftstofffreies Gas bzw. Luft auf jeweils zwei Bypasskanäle 18, 19 aufgeteilt, die jeweils einem Überströmkanal 14 und 15 auf jeder Seite des Zylinders 4 zugeordnet sind. Der Verteiler 34 kann mit einem Luftdrosselpfad 35 oder auch mit einem Vergaser verbunden sein, der über ein Gestänge 36 mit der Steuerung eines Kraftstoff-/Luft-Gemisch bereitstellenden Vergasers 37 verbunden ist. Luftdrosselpfad 35 und Vergaser 37 sind gemeinsam am Boden 38 eines Luftfilters 39 angeschlossen.
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Fährt der Kolben 7 nach unten, wird das über den Gemischeinlaß 12 in das Kurbelgehäuse 6 angesaugte Gemisch verdichtet, womit eine Druckerhöhung einhergeht. Sobald der Kolben die brennraumseitigen Enden 17 der Überströmkanäle 14 und 15 öffnet, strömt daher das Gemisch über die Überströmkanäle in den Brennraum 8 ein. Nach Durchfahren des unteren Totpunktes fährt der Kolben 7 wieder in Richtung Zylinderkopf 3, was im Kurbelgehäuse 6 zu Unterdruck führt. Da die brennraumseitigen Enden 17 der Überströmkanäle zwischenzeitlich wieder geschlossen sind, wird aufgrund des Unterdrucks über den Gemischeinlaß 12 Frischgemisch angesaugt und gleichzeitig über die Bypasskanäle 18, 19 im Wesentlichen kraftstofffreies Gas bzw. Luft. Die Membranventile 20 öffnen bei Unterdruck im Kurbelgehäuse, so daß über die Mündung 23 Luft direkt in den Überströmkanal eintreten kann. Nach einer Zündung im Bereich des oberen Totpunktes fährt der Kolben wieder abwärts, wobei die heißen Bennraumgase vor Öffnen der Überströmkanäle über den Auslaß 4' abgeleitet werden.
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Durch die erfindungsgemäße Befestigung des Membranventils durch das offene kurbelgehäuseseitige Ende des Überströmkanals ist die Möglichkeit gegeben, den Zylinder mit über ihre gesamte Länge geschlossenen Überstromkanälen zu fertigen. Im Ausführungsbeispiel nach den 4 bis 8 sind auch die Mündungen 23 der Bypasskanäle in den Überströmkanal einteilig mit dem Zylinderkopf ausgeführt; anschließend an die Mündung ist jeweils ein einteilig mit dem Zylinder ausgebildeter Anschlußstutzen 40 gefertigt, wodurch sich der Anschluß der luftführenden Bypasskanäle vereinfacht.
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Wie aus der Schnittdarstellung nach 5 zu ersehen, sind auf jeder Seite einer den Gemischeinlaß 12 und einen Abgasauslaß 4' teilenden Symmetrieebene 41 zwei Überströmkanäle 14, 15 ausgebildet. Die Anschlußstutzen beider Überströmkanäle einer Seite sind zusammengefaßt und münden in einen gemeinsamen Anschlußstutzen 40, der eine innen in Kanallängsrichtung verlaufende Innenwand 42 aufweist, der im Anschlußstutzen 2 zwei zuführende Strömungspfade 43, 44 abteilt. Die innere Ausführung des Anschlußstutzens 40 ist den 6 und 7 deutlich zu entnehmen.
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Die Montage der Membranventile 20 erfolgt im Ausführungsbeispiel nach den 4 bis 8 in gleicher Weise wie im Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 beschrieben. Jedes Membranventil 20 wird – wie in 8 zu ersehen – axial durch das kurbelgehäuseseitige, offene Ende 16 montiert. In 8 ist die zum Kurbelgehäuse offene, schlitzartige Ausnehmung 30 mit der darin liegenden, eine Drehsicherung bildenden Lasche 28 dargestellt.
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Der Zylinder nach dem Ausführungsbeispiel der 9 und 10 entspricht im Grundaufbau dem nach den 2 und 4, weshalb für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind.
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Um eine einfach bearbeitete Dichtfläche als Dichtsitz 46 für die Membran 21 auszubilden, ist ein Einsatzteil 45 vorgesehen, welches vorteilhaft als Einsatzplatte 50 ausgebildet ist. Das Einsatzteil 45 ist länger als der in Hochrichtung des Zylinders 4 verlaufende Überströmkanal 14 ausgebildet und liegt in der entsprechend tief ausgeführten Ausnehmung 30, die in der äußeren Kanalinnenwand 48 ausgebildet ist. An die Ansenkung 30 schließt in Hochrichtung des Zylinders 4 ein Montageschlitz 51 an, der ausschließlich zum Inneren des Überströmkanals 14 offen ist und sich in der Ebene der Ansenkung 30 erstreckt.
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Das getrennt vom Zylinder 4 ausgebildete Einsatzteil 45 ist in einfacher Weise außerhalb des Zylinders zu bearbeiten, so daß eine den Anforderungen des Membranventils 20 genügende Gestaltung des Dichtsitzes 46 vorgenommen werden kann. Das plattenförmige Einsatzteil 45 weist auf der Höhe der Mündung 23 eine Strömungsöffnung 47 auf, die etwa deckungsgleich mit der Mündung 23 liegt und eine Verbindung zwischen dem Luft zuführenden Bypasskanal 18 und dem Überströmkanal 14 herstellt. Die Strömungsöffnung 47 wird durch die Membran 21 geöffnet und geschlossen, wobei in der Öffnungsstellung der Membran 21 diese von dem Membranträger 24 abgestützt ist.
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Bevorzugt ist das plattenförmige Einsatzteil 45 mit dem Dichtsitz 46 außerhalb des Zylinders zusammen mit dem Membranträger 24 und der Membran 21 als vormontierte Baueinheit zusammengefügt, wozu das plattenförmige Einsatzteil 45 an seinem einen Ende 52 eine Bohrung aufweist, in welche der Ansatz 27 des Membranträgers 24 eingreift. Die Membran 21 ist dabei zweckmäßig zwischen dem Befestigungsende des Membranträgers 24 und dem Ende 52 des Einsatzteils 45 geklemmt gehalten.
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Beim Einschieben des plattenförmigen Einsatzteils 45 wird das in Einschubrichtung vorn liegende Ende 49 in den Montageschlitz 51 eingefädelt, wobei der Montageschlitz 51 derart ausgeführt ist, daß das Ende 49 des plattenförmigen Einsatzteils 45 mit geringem Spiel aufgenommen ist. Nachdem der Ansatz 27 in die Durchgangsbohrung 31 des Zylinders 4 eingefädelt ist, werden radial von außen Befestigungsmittel eingebracht, die durch Befestigungsschrauben 29 und 53 gebildet sind. Dabei wird das im Montageschlitz 51 liegende Ende 49 des plattenförmigen Einsatzteils 45 von dem Befestigungsmittel 53 durchdrungen; zweckmäßig greift die Befestigungsschraube mit einem Gewinde in das Material des Zylinderkopfes 4 ein.
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In der montierten Lage wird das plattenförmige Einsatzteil 45 etwa dichtend auf der Innenwand 48 des Überströmkanals 14 gehalten, wobei der Dichtsitz 46 auf der der Membran 21 zugewandten Seite liegt. Das aus dem Dichtsitz 46 des plattenförmigen Einsatzteils 45, der Membran 21 und dem Membranträger 24 gebildete Membranventil 20 ist so außerhalb des Zylinders vormontierbar, überprüfbar und dann durch das kurbelgehäuseseitige offene Ende 16 des Überströmkanals 14 in diesen einschiebbar und auf der Innenwand 48 des Überströmkanals 14 fest montierbar.
