DE10259800A1 - Fuel injector - Google Patents

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, weist einen piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Aktor (4) und eine mit dem Aktor (4) in Wirkverbindung stehende Ventilnadel (3) mit einem Ventilschließkörper auf, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Der Aktor (4) ist mittel- oder unmittelbar mit einem ersten Ende (12) beweglich gelagert und wirkt mit dem anderen, zweiten Ende (13) auf die Ventilnadel (3) ein. Das zweite Ende (13) des Aktors (4) ist mittel- oder unmittelbar durch eine elastische und flexible Membran (8) axial geführt.A fuel injection valve (1), in particular for injecting fuel directly into a combustion chamber of an internal combustion engine, has a piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive actuator (4) and a valve needle (3) that is operatively connected to the actuator (4) and has a valve closing body that cooperates with a valve seat surface to form a sealing seat. The actuator (4) is movably mounted directly or indirectly with a first end (12) and acts on the valve needle (3) with the other, second end (13). The second end (13) of the actuator (4) is axially guided directly or indirectly through an elastic and flexible membrane (8).

Description

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on one Fuel injection valve according to the type of the main claim.

Beispielsweise ist aus der DE 197 08 304 A1 ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor bekannt, welcher in Wirkverbindung mit einer Ventilnadel steht. Die Ventilnadel weist an ihrem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper auf, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Der Aktor ist mit einem ersten Ende beweglich in einer sphärischen Ausnehmungen eines oberen Anschlags gelagert und wirkt mit seinem in eine sphärische Ausnehmung beweglich eingreifenden zweiten Ende über ein Übertragungsmodul auf die Ventilnadel ein. Die beiden in den sphärischen Ausnehmungen gelagerten, kugelsegmentförmigen Enden des Aktors gleichen Zentrierfehler und Unebenheiten an den Flächen der Enden des Aktors aus.For example, from the DE 197 08 304 A1 a fuel injector with a piezoelectric or magnetostrictive actuator is known, which is operatively connected to a valve needle. The valve needle has a valve closing body on its spray-side end, which cooperates with a valve seat surface to form a sealing seat. The actuator is movably mounted with a first end in a spherical recesses of an upper stop and, with its second end movably engaging in a spherical recess, acts on the valve needle via a transmission module. The two spherical segment-shaped ends of the actuator mounted in the spherical recesses compensate for centering errors and unevenness on the surfaces of the ends of the actuator.

Nachteilig bei dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere die aufwendige Herstellung des mit zwei kugelsegmentförmigen Enden ausgebildeten Aktors und der Aufnahmevorrichtungen dieser Enden im Brennstoffeinspritzventil. Zur Herstellung der kugelsegmentförmigen Enden muß der Aktor aufwendig und festigkeitsmindernd bearbeitet werden oder der Aktor muß über einen entsprechend ausgebildeten Haltekörper verfügen, in welchem er selbst gelagert ist. Der zusätzliche Haltekörper erhöht den Herstellungs- und Montageaufwand.A disadvantage of that from the above publication known fuel injector is particularly the complex Manufacture of the actuator formed with two spherical segment-shaped ends and the receptacles of these ends in the fuel injector. The actuator must be used to produce the spherical segment-shaped ends elaborate and strength-reducing processed or the actuator must have one have appropriately trained holding body in which it is stored itself is. The additional holding body elevated the manufacturing and assembly costs.

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der konstruktive Aufwand zur Lagerung des Aktors wesentlich vereinfacht und reduziert ist. Das zweite Ende des Aktors kann trocken, ohne Gleitreibungsverluste geführt und gelagert werden. Außerdem wird die Montage des Aktors im Brennstoffeinspritzventil wesentlich vereinfacht.The fuel injector according to the invention in contrast, with the features of the main claim Advantage that the constructive effort for mounting the actuator is significantly simplified and is reduced. The second end of the actuator can dry without Loss of sliding friction and stored. Moreover Installation of the actuator in the fuel injector becomes essential simplified.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.By the measures listed in the subclaims are advantageous developments of the specified in the main claim Fuel injector possible.

In einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils besteht die Membran aus Metall, insbesondere aus Stahl. Insbesondere die Elastizität, die Flexibilität, die Temperaturbeständigkeit und die Fügeeigenschaften können so positiv beeinflußt werden.In a first training of the fuel injector according to the invention the membrane is made of metal, especially steel. In particular the elasticity, the flexibility, the temperature resistance and the joining properties can so positively influenced become.

Vorteilhaft ist es zudem, die Membran lochscheibenförmig auszubilden. Dadurch ist es u. a. möglich, daß die Ventilnadel durch die Membran greifen kann. Greift die Ventilnadel durch die Membran, so ist dadurch eine einfache und kompakte Bauweise des Brennstoffeinspritzventils in einfacher Weise möglich.It is also advantageous to use the membrane perforated disc train. This makes it u. a. possible that the valve needle through the Membrane can grip. Grips the valve needle through the membrane, so is a simple and compact design of the fuel injector easily possible.

Außerdem ist es vorteilhaft die Membran im Querschnitt halbschalenförmig auszubilden. Die Führungseigenschaft, die Flexibilität und Elastizität können dadurch in einfacher Weise eingestellt werden.It is also advantageous Form the membrane in half-shell shape in cross section. Leadership, the flexibility and elasticity can can be set in a simple manner.

Vorteilhaft ist es weiterhin, daß die Membran zumindest eine Öffnung aufweist. Durch die Öffnung kann ebenfalls die Flexibilität und Elastizität der Membran beeinflußt werden. Außerdem ist es dadurch möglich die Membran von Druckbelastungen von anliegendem Brennstoff zu entlasten, da der Brennstoff durch die zumindest eine Öffnung strömen kann.It is also advantageous that the membrane at least an opening having. Through the opening can also the flexibility and elasticity affects the membrane become. Moreover it is possible relieve the membrane of pressure loads of fuel since the fuel can flow through the at least one opening.

Vorteilhaft ist es außerdem, die Membran an ihrem Innenumfang mit der Ventilnadel und an ihrem Außenumfang mit dem Gehäuse stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen bzw. Laserschweißen, hermetisch dicht zu fügen. Die Membran kann dadurch insbesondere auch abdichtend wirken, um beispielsweise Brennstoff vom Aktor fernzuhalten. Außerdem können dadurch besonders feste und gut reproduzierbare Fügeverbindungen hergestellt werden können.It is also advantageous the membrane on its inner circumference with the valve needle and on its outer circumference with the housing cohesively, especially by welding or laser welding, hermetic to fit tightly. As a result, the membrane can in particular also have a sealing effect For example, to keep fuel away from the actuator. It can also particularly strong and reproducible joint connections can be.

Im Weiteren ist es vorteilhaft, die Membran an ihrem Innenumfang mit der Ventilnadel und an ihrem Außenumfang mit dem Gehäuse formschlüssig zu fügen. Die Membran kann dadurch besonders einfach und vorteilhaft montiert werden.Furthermore, it is advantageous that Membrane on its inner circumference with the valve needle and on its outer circumference with the housing form-fitting too put. As a result, the membrane can be mounted particularly simply and advantageously become.

Vorteilhaft ist zudem, die Membran an ihrem Innenumfang mit der Ventilnadel stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen oder Laserschweißen, und an ihrem Außenumfang formschlüssig mit dem Gehäuse zu fügen. Die Membran kann dadurch mit der Ventilnadel besonders fest verbunden werden und gleichzeitig, beispielsweise zusammen mit der Ventilnadel, besonders einfach im Brennstoffeinspritzventil montiert werden.Another advantage is the membrane on its inner circumference cohesively with the valve needle, in particular by welding or laser welding, and on its outer circumference form-fitting with the housing to add. The membrane can thereby be particularly firmly connected to the valve needle and at the same time, for example together with the valve needle, be particularly easily installed in the fuel injector.

In einer letzten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils führt die Membran wenigstens teilweise die Ventilnadel axial und führt somit mittelbar das zweite Ende des Aktors.In a last advantageous development of the Fuel injector according to the invention performs the Membrane at least partially axially guides the valve needle and thus leads indirectly the second end of the actuator.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are shown in simplified form in the drawing and in the following Description closer explained. Show it:

1 eine schematische axiale Schnittdarstellung durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils und 1 is a schematic axial sectional view through a first embodiment of a fuel injector according to the invention and

2 eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich der Membran. 2 a partial schematic representation of a second embodiment of a fuel injector according to the invention in the region of the membrane.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription of the embodiments

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind dabei in den Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.Exemplary embodiments of the Invention described by way of example. Matching components are thereby matching in the figures Provide reference numerals.

Ein in 1 in einer axialen Schnittdarstellung gezeigtes erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1 dient insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine.An in 1 Fuel injection valve according to the invention shown in an axial sectional view 1 is used in particular for the direct injection of fuel into a combustion chamber of a mixture-compressing, spark-ignition internal combustion engine.

In einem zylinderförmigen Gehäuse 2 ist eine Ausgleichseinrichtung 5, ein Aktor 4, eine Ventilnadel 3, ein Federelements 6 und eine Membran 8 angeordnet.In a cylindrical housing 2 is a compensation device 5 , an actuator 4 , a valve pin 3 , a spring element 6 and a membrane 8th arranged.

Der kolbenförmige Aktor 4, der vorzugsweise aus nicht näher dargestellten, scheibenförmigen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elementen aufgebaut ist, ist zwischen der Ventilnadel 3 und der Ausgleichseinrichtung 5 angeordnet. Die Ausgleichseinrichtung 5 dient zum Ausgleich von thermisch bedingten Längenänderungen des Aktors 4.The piston-shaped actuator 4 , which is preferably composed of disc-shaped piezoelectric or magnetostrictive elements, not shown, is between the valve needle 3 and the compensation device 5 arranged. The equalizer 5 is used to compensate for thermally induced changes in length of the actuator 4 ,

Der Aktor 4 weist ein erstes Ende 12 und ein zweites Ende 13 auf, die zueinander parallel verlaufen. Das erste Ende 12 des Aktors 4 liegt auf der ihm zugewandten, planen Seite der Ausgleichseinrichtung 5 auf, wobei die dabei gegenüberliegende, kugelsegmentförmige Seite der Ausgleichseinrichtung 5 in ein am abspritzfernen Ende des Gehäuses 2 angeordnetes Lager 7 eingreift. In dem durch eine sphärische Ausnehmungen gebildeten Lager 7 kann die kugelsegmentförmige Seite der Ausgleichseinrichtung 5 gleiten. Die Ventilnadel 3 liegt mit ihrem abspritzfernen, planen Ende auf dem zweiten Ende 13 auf und wird durch das unter ständiger Vorspannung stehende Federelement 6, welches einerseits an der Ausgleichseinrichtung 5 und andererseits an der Ventilnadel 3 befestigt ist, in ständiger Anlage gehalten. Das Federelement 6 ist spiralförmig ausgebildet und umgibt den Aktor 4 radial.The actuator 4 has a first end 12 and a second end 13 that run parallel to each other. The first end 12 of the actuator 4 lies on the flat side of the compensation device facing him 5 on, the opposite, spherical segment-shaped side of the compensation device 5 into one at the far end of the housing 2 arranged camp 7 intervenes. In the bearing formed by a spherical recess 7 can the spherical segment-shaped side of the compensation device 5 slide. The valve needle 3 lies with its distant, planned end on the second end 13 on and is by the spring element under constant bias 6 , which on the one hand on the compensation device 5 and on the other hand on the valve needle 3 is fixed, kept in constant plant. The spring element 6 has a spiral shape and surrounds the actuator 4 radial.

In diesem Ausführungsbeispiel durchgreift die Ventilnadel 3 die lochscheibenförmig ausgebildete und dazu koaxial angeordnete Membran B. In diesem Ausführungsbeispiel ist die lochscheibenförmige Membran 8 im Querschnitt halbschalenförmig ausgebildet, d. h., daß der geschlossene Verlauf der Membran 8 durchgängig halbschalenförmig ausgebildet ist und sich so im Querschnitt der Membran 8 zwei halbschalenförmige Ausbildungen zeigen. Die Membran 8 besteht aus Stahl. Durch ihre Flexibilität und Elastizität führt die Membran 8 die Ventilnadel 3 axial, wobei der Aktor 4, welcher mit der Ventilnadel 3 in Kraftschluß und Formschluß steht, dadurch ebenfalls geführt ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Membran 8 stoffschlüssig durch Laserschweißen mittels einer Schweißnaht 10 am Innenumfang der Ventilnadel 3 und am Außenumfang am Gehäuse 2 hermetisch dicht gefügt. Die Membran 8 dichtete so den Aktor 4 von Brennstoff ab, welcher abspritzseitig zufließt.In this embodiment, the valve needle passes through 3 the perforated disk-shaped and coaxially arranged membrane B. In this embodiment, the perforated disk-shaped membrane 8th cross-sectionally half-shell-shaped, ie that the closed course of the membrane 8th is formed continuously in the form of a half-shell and thus in the cross-section of the membrane 8th show two half-shell-shaped designs. The membrane 8th is made of steel. The membrane leads through its flexibility and elasticity 8th the valve needle 3 axially, with the actuator 4 which with the valve needle 3 is in positive and positive engagement, is also performed. In the embodiment shown, the membrane 8th cohesive by laser welding using a weld 10 on the inner circumference of the valve needle 3 and on the outer circumference on the housing 2 hermetically sealed. The membrane 8th thus sealed the actuator 4 from fuel that flows in on the spray side.

In einem nicht dargestellten abspritzseitigen Abschnitt ist an der Ventilnadel 3 ein nicht dargestellter Ventilschließkörper ausgebildet, der mit einer nicht dargestellten Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. In einem nicht dargestellten Ventilsitzkörper ist mindestens eine nicht dargestellte Abspritzöffnung ausgebildet. Der Brennstoff wird über eine seitlich im Gehäuse 2 ausgebildete nicht dargestellte Brennstoffzufuhr zugeleitet und zum Dichtsitz geführt.In a section not shown on the spray side is on the valve needle 3 formed a valve closing body, not shown, which cooperates with a valve seat surface, not shown, to form a sealing seat. At least one spray opening, not shown, is formed in a valve seat body, not shown. The fuel is on a side in the housing 2 trained fuel supply, not shown, fed and led to the sealing seat.

Wird dem piezoelektrischen Aktor 4 über ein nicht dargestelltes, elektronisches Steuergerät und einen Steckkontakt eine elektrische Erregungsspannung zugeführt, dehnen sich die nicht näher dargestellten scheibenförmigen piezoelektrischen Elemente des Aktor 4 entgegen der Vorspannung des Federelements 6 und einer nicht dargestellten Vorspannfeder aus und bewegen die Ventilnadel 3 in Abspritzrichtung, wodurch Brennstoff in bekannter Weise abgespritzt wird.Will the piezoelectric actuator 4 When an electrical excitation voltage is supplied via an electronic control unit (not shown) and a plug contact, the disk-shaped piezoelectric elements of the actuator (not shown in detail) expand 4 against the bias of the spring element 6 and a biasing spring, not shown, and move the valve needle 3 in the spray direction, whereby fuel is sprayed in a known manner.

2 zeigt eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich der Membran 8, ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel aus 1. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel aus 1 weist die Membran 8 mehrere Öffnungen 11 auf und ist am Außenumfang durch Formschluß mit dem Gehäuse 2 verbunden. Der Außenumfang der Membran 8, welcher durch die Halbschalenform zu nicht dargestellten Abspritzöffnungen geneigt ist, stützt sich an einer Schulter 9 ab. Die Schulter 9 ist durch eine Innendurchmesserreduzierung im Gehäuse 2 realisiert. In Ruhelage drückt der Außenumfang der Membran 8 auf die Schulter 9. Der Formschluß des Außenumfangs der Membran 8 kann ebenso durch eine nicht dargestellte Ausnehmungen im Innenumfang des Gehäuses 2 formschlüssig in beide axialen Richtungssinne realisiert werden. 2 shows a partial schematic representation of a second embodiment of a fuel injector according to the invention 1 in the area of the membrane 8th , similar to the first embodiment 1 , In contrast to the first embodiment 1 points the membrane 8th multiple openings 11 on and is on the outer circumference by positive locking with the housing 2 connected. The outer circumference of the membrane 8th , which is inclined by the half-shell shape to spray openings, not shown, is supported on a shoulder 9 from. The shoulder 9 is due to an inner diameter reduction in the housing 2 realized. In the rest position, the outer circumference of the membrane presses 8th On the shoulder 9 , The positive locking of the outer circumference of the membrane 8th can also by a not shown recesses in the inner circumference of the housing 2 can be positively realized in both axial directions.

Die Öffnungen 11 dienen insbesondere zur Druckentlastung der Membran 8, so daß sich durch den abspritzseitig vorhandenen druckbehafteten Brennstoff die Membran 8 beispielsweise nicht aus dem Formschluß löst.The openings 11 serve in particular to relieve the pressure on the membrane 8th , so that the diaphragm is present due to the pressurized fuel on the spray side 8th for example, does not release from the positive connection.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und kann z. B. auch für nach innen öffnende Brennstoffeinspritzventile verwendet werden.The invention is not based on the illustrated embodiments limited and can e.g. B. also for inward opening Fuel injectors are used.

Claims (10)

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostrikiven Aktor (4), und einer mit dem Aktor (4) in Wirkverbindung stehenden Ventilnadel (3), welche einen Ventilschließkörper aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei der Aktor (4) mittel- oder unmittelbar mit einem ersten Ende (12) beweglich gelagert ist und das andere zweite Ende (13) auf die Ventilnadel (3) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende (13) des Aktors (4) mittel- oder unmittelbar durch eine elastische und flexible Membran (8) axial geführt ist.Fuel injector ( 1 ), in particular for injecting fuel directly into a combustion chamber of an internal combustion engine, using a piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive actuator ( 4 ), and one with the actuator ( 4 ) valve needle in operative connection ( 3 ), which has a valve closing body which cooperates with a valve seat surface to form a sealing seat, the Actuator ( 4 ) directly or indirectly with a first end ( 12 ) is movably supported and the other second end ( 13 ) on the valve needle ( 3 ) acts, characterized in that the second end ( 13 ) of the actuator ( 4 ) directly or indirectly through an elastic and flexible membrane ( 8th ) is guided axially. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) aus Metall, insbesondere aus Stahl, besteht.Fuel injection valve according to Claim 1, characterized in that the membrane ( 8th ) made of metal, especially steel. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) lochscheibenförmig ausgebildet ist.Fuel injection valve according to Claim 1 or 2, characterized in that the membrane ( 8th ) is perforated. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (3) durch die Membran (8) greift.Fuel injection valve according to Claim 3, characterized in that the valve needle ( 3 ) through the membrane ( 8th ) takes effect. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) im Querschnitt halbschalenförmig ausgebildet ist.Fuel injection valve according to Claim 3 or 4, characterized in that the membrane ( 8th ) is half-shell-shaped in cross section. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) zumindest eine Öffnung (11) aufweist.Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane ( 8th ) at least one opening ( 11 ) having. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) an ihrem Innenumfang mit der Ventilnadel (3) und an ihrem Außenumfang mit einem Gehäuse (2) stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen bzw. Laserschweißen, hermetisch dicht gefügt ist.Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane ( 8th ) on its inner circumference with the valve needle ( 3 ) and on its outer circumference with a housing ( 2 ) is hermetically sealed, especially by welding or laser welding. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) an ihrem Innenumfang mit der Ventilnadel (3) und an ihrem Außenumfang mit einem Gehäuse (2) formschlüssig gefügt ist.Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane ( 8th ) on its inner circumference with the valve needle ( 3 ) and on its outer circumference with a housing ( 2 ) is form-fitting. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) an ihrem Innenumfang mit der Ventilnadel (3) hermetisch dicht und stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen oder Laserschweißen, und an ihrem Außenumfang formschlüssig mit einem Gehäuse (2) gefügt ist.Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane ( 8th ) on its inner circumference with the valve needle ( 3 ) hermetically sealed and cohesive, in particular by welding or laser welding, and on its outer circumference with a housing ( 2 ) is added. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) die Ventilnadel (20) wenigstens teilweise axial führt und somit mittelbar das zweite Ende (13) des Aktors (4) axial führt.Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane ( 8th ) the valve needle ( 20 ) leads at least partially axially and thus indirectly the second end ( 13 ) of the actuator ( 4 ) leads axially.
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