DE1914693A1 - Ventilstoessel fuer Motoren mit obenliegender Nockenwelle - Google Patents

Ventilstoessel fuer Motoren mit obenliegender Nockenwelle

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DE1914693A1 DE19691914693 DE1914693A DE1914693A1 DE 1914693 A1 DE1914693 A1 DE 1914693A1 DE 19691914693 DE19691914693 DE 19691914693 DE 1914693 A DE1914693 A DE 1914693A DE 1914693 A1 DE1914693 A1 DE 1914693A1
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    • F01L1/20Adjusting or compensating clearance
    • F01L1/22Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically
    • F01L1/24Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically
    • F01L1/245Hydraulic tappets

Description

Pt-Gu/Bi PG 1342
Ventilstößel für Motoren mit obenliegender Nockenwelle
Die Erfindung betrifft einen Ventilstößel für Motoren mit obenliegender Nockenwelle, der in einer Gleitführung beweglich und unmittelbar zwischen dem Steuernocken und dem Ventilschaft des Motorenventils angeordnet ist und ein sich selbsttätig hydraulisch einstellendes Spielausgleichsjelement enthält, das aus zwei längsverschieblich ineinander geführten Teilen besteht, die zwischen sich einen Druckraum einschließen, der über ein Rückschlagventil mit einem mit öl aus dem Schmiermittelkreislauf der Maschine beaufschlagten Ölvorratsraum verbunden ist, wobei das Spielausgleichselement im Inneren eines in der Gleitführung beweglichen Stößelaußenteiles angeordnet ist und sich in Kraftübertragungsrichtung mit seinem einen Ende am Stößelaußenteil und mit seinem anderen Ende am Ventilschaft des Motorenventils unmittelbar abstützt.
Derartige Ventilstößel mit einem hydraulischen Spielausgleichselement dienen zur Beseitigung von durch Verschleiß oder Wärmedehnung entstehenden Spielen in der Ventilsteuerung von Kolbenbrennkraftmaschinen. Die allgemeine Wirkungsweise hydraulischer Spielausgleichselemente kann als hinreichend bekannt vorausgesetzt werden und wird daher lediglich in der Zeichnungsbeschreibung näher erläutert.
Es sind bereits Ventilstößel mit einem hydraulischen Spielausgleichselement für die Ventilsteuerung von Motoren mit obenliegender Nockenwelle bekannt. Bei einem, bekannten derartigen Ventilstößel ist der ölvorratsraum des Spielaus-
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gleichselementes in einem äußeren Stößelteil in axialer Richtung in bezug auf den Druckraum versetzt. Dadurch ergibt sich eine verhältnismäßig große axiale Bauhöhe des gesamten Ventilstößels und damit eine große bewegte Masse, die bei Ventiltrieben für hochtourige Motoren nicht erwünscht ist.
Der Erfindung liegt $ie Aufgabe zugrunde, die Nachteile bekannter Ventilstößel mit einem hydraulischen Spielausgleichselement zu vermeiden, insbesondere aber die große Bauhöhe. Der erfindungsgemäße Ventilstößel soll besonders funktionssicher und insbesondere auch bei den hohen Drehzahlen ver-; wendbar sein, die von modernen Brennkraftmaschinen gefordert werden.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Ölvorratsraum im Inneren des in der Gleitführung beweglichen Stößelaußenteils und um das hydraulische Spielausgleichselement herum angeordnet ist.
Durch den erfindungsgemäßen Ventilstößel mit einem hydraul!- sehen Spielausgleichselement wird ein zuverlässiger Ausgleich des Ventilspieles auch bei hochtourig arbeitenden Motoren mit obenliegender Nockenwelle ermöglicht. Das Spielausgleichselement im Ventilstößel und damit der Ventilstößel selbst weisen eine besonders geringe axiale Bauhöhe auf, wobei trotzdem durch die besondere Gestaltung und Anordnung des Ölvorratsraumes erreicht wird, daß immer eine ausreichend große ölmenge zur Auffüllung des Druckraumes zur Verfügung steht. Die Kraftübertragung auf den Ventilschaft erfolgt ausschließlich über den Druckraum und über sich direkt aneinander abstützende Metallteile. Der Kraftweg liegt in der Achse des Maschinenventils. Folglich können keine Biegebeanspruchungen an Teilen des Ausgleichselementes auftreten. Die einzelnen Teile des / Elementes können daher mit geringen Materialstärken und somit auch leichter ausgeführt werden. Dadurch kann die Forderung nach möglichst kleinen bewegten Massen erfüllt werden, die bei Ventiltrieben für hochtourige Brennkraftmaschinen
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immer wieder .gestellt wird. Dieser Forderung kommt auch die niedrige Bauhöhe des erfiäidungsgemäßen "Ventilstößels entgegen» die erzielt wird, weil das den Druckraum des hydraulischen Spielausgleichselements enthaltende hohlzylindrische Innenteil und der ftlvorratsraum konzentrisch zueinander angeordnet sind und einander umgehen.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Volumen des Ölvorratsraums größer ist als das maximal mögliche Ausgleichsvolumen des Druckraumes. Dadurch wird eine Sicherheitsreserve gegenüber kurzzeitigen Störungen in der Ölversorgung des Elementes geschaffen. Will man erreichen, daß auch beim Anlassen der Maschine genügend öl zur Auffüllung des Druckraums zur Verfügung steht, obwohl die Schmierölkanäle während des Stillstandes der Maschine leergelaufen sind und die Ölpumpe zunächst noch nicht genügend öl fördert, so kann das Spielausgleichselement des erfindungsgemäßen Ventilstößels so ausgestaltet sein, daß der ölvorratsraum mit Ausnahme der ölzuführungsöffnung und der Übertrittsöffnung zum Druckraum allseitig geschlossen ist und die ölzuführungsöffnung zum ölvorratsraum einen das Auslaufen des ölVorratsraumes verhindernden Querschnitt aufweist.
Um das Eindringen der im Schmierölkreislauf vorhandenen Luft in den Druckraum zu verhindern, kann das Spielausgleichselement des erfindungsgemäßen Ventilstößels so gestaltet sein, daß für das öl auf dem Wege von der Zuführungsöffnung des ölvorratsraumes zur Übertrittsöffnung in den Druckraum wenigstens eine Umlenkung vorgesehen ist. Dies kann beispielsweise dadurch gegeben sein, daß die Zuführungsöffnung des ölvorratsraumes gegenüber der Ubertrittsöffnung in den Druckraum axial und/oder am Umfang versetzt ist.
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Eine fertigungstechnisch günstige Ausführungsform der Neuerung besteht darin, daß das in der Gleitführung bewegliche Außenteil becherförmig ausgebildet ist, wobei der Becherboden eine zentrale hohlzylindrische Ausbuchtung aufweist, die das Kolbenteil und den Druckraum enthält und gegen die sich eine die Öffnung des becherförmigen Außenteiles verschließende Platte abstützt. Das becherförmige Außenteil läßt sich bei dieser Ausführungsform .leicht als Tiefziehteil herstellen, während die Platte aus einem Werkstoff bestehen kann, der besonders verschleißfest ist.
Eine weitere günstig herzustellende Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Außenteil becherförmig ausgebildet ist und sein Boden gegen den Boden eines konzentrisch angeordneten, ebenfalls becherförmigen Innenteiles anliegt, in dem sich das Kolbenteil und der Druckraum befinden, wobei der ringförmige Vorratsraum zwischen der Innenwandung des becherförmigen Außenteiles und der Außenwandung des becherförmigen Innenteiles angeordnet und durch den entsprechend gestalteten Rand v/enigstens eines Becherteiles, bzw. durch ein besonderes Verschlußteil geschlossen ist. Diese Ausführungsform kann so gestaltet werden, daß die beiden mit ihren Böden aneinander anliegenden becherförmigen Teile einstückig ausgeführt sind.
Bei einem erfindungsgemäßen hydraulischen Spielausgleichselement für einen Ventiltrieb mit Steuernocken kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Zuführungsöffnung des ölvorratsraumes beim Durchlaufen des Nockengrundkreises mit dem Schmiermittelkreislauf der Maschine und beim Durchlaufen der Nockenspitze mit der freien Atmosphäre verbunden sein. Dadurch wird ebenfalls das Eindringen von Luft in den Druckraum und insbesondere das Anlaufklappern beim Anlassen der Maschine vermieden. Die in den Ölvorratsraum eingedrungene Luft wird beim Durchlaufen der Nockenspitze durch die Zuführungsöffnung des ölvorratsraumes wieder ent-,
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fernt. Weiterhin vermindert die Herabsetzung des Druckes •im ölvorratsraum vom Schmiermitteldruck auf den Atmosphärendruck beim Durchlaufen der Nockenspitze die Aufpumpneigung des Elements bei hohen Drehzahlen. Diese Verminderung der Aufpumpneigung ist bei Spielausgleichselementen für schnell laufende Motoren von erheblicher Bedeutung. Das sogenannte Aufpumpen eines hydraulischen Spielausgleichselements tritt dann ein, wenn bei sehr hohen Drehzahlen die den Ventilen selbst und den sonstigen Teilen der Ventilsteuerung innewohnenden Massenkräfte und elastischen Kräfte so groß werden, daß sie die Kraft der Ventilfeder überwinden. Dadurch kann sich das Ventil weiter öffnen, als es an sich aufgrund der Nockenform der Fall sein sollte. Dabei tritt zwischen den einzelnen Teilen der Ventilsteuerung vorübergehend ein gewisses Spiel auf. Das Ausgleichselement hat jedoch das Bestreben, jegliches Spiel auszugleichen. Wenn also bei hohen Drehzahlen der oben geschilderte Vorgang eintritt, dann werden sich die beiden Teile des Ausgleichselements so weit auseinanderschieben, bis das aufgetretene Spiel beseitigt ist. Beim folgenden Schließvorgang des Maschinenventiles kann dieses nicht mehr vollständig auf seinen Sitz zurückkehren, da über die gedrosselte Leckage nicht genügend öl aus dem Druckraum austreten kann. Die beiden längsverschieblich ineinander geführten Teile des Spielausgleichselements schieben sich bei jedem Maschinenventilhub weiter auseinander, das Element "pumpt auf". Damit besteht die Gefahr eines plötzlichen Leistungsabfalles und des Verbrennens des Ventilsitzes. Zu den Massenkräften, die bei entsprechend hohen Drehzahlen·die Kraft der Ventilfeder überwinden können, addieren sich noch die Kräfte, die von der im Druckraum untergebrachten Druckfeder und vom Druck im Vorraum hervorgerufen werden. Erreichen die Massenkräfte bei hohen Drehzahlen die Kraft der Maschinenventilfeder oder übersteigen diese zunächst geringfügig, so wird im Druckraum des Ausgleichselements der Öldruck abgebaut, jedoch nur, bis er den Druck im ölvorratsraum erreicht hat. Ein weiteres Absinken des
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Druckes im Drückraum wird durch das sich nunmehr öffnende Rückschlagventil zum Ölvorratsraum verhindert. Wenn daher. im ölvorratsraum der Schmiermitteldruck herrscht, so wird das Rückschlagventil bereits öffnen, wenn der Druck im Druckraum unter den Schmiermitteldruck abgesunken ist. Herrscht hingegen im*Ölvorratsraum der Atmosphärendruck, so wird sich das Rückschlagventil erst später öffnen, nämlich dann, wenn der Druck im Druckraum ebenfalls bis auf den Atmosphärendruck abgesunken ist. Eine ständige Druckentlastung des Ölvorratsraumes kann dieses Problem jedoch nicht lösen, da diese eine unerwünschte Nebenwirkung zeigt. Wenn nämlich das Ausgleichselement beim Durchlaufen des Nockengrundkreises ein Spiel ausgleichen soll, so werden die beiden längsverschiebbar ineinander geführten Teile lediglich durch die Kraft der im Druckraum wirksamen Druckfeder auseinandergedrückt. Diese Feder ist jedoch so schwach als möglich ausgelegt, da sie im Sinne der Massenkräfte entgegen der Ventilfeder wirkt. Das Nachströmen von Öl aus dem nicht unter Schmiermitteldruck stehenden Vorraum in den Druckraum erfolgt daher nur zögernd und es besteht die Gefahr, daß der Druckraum noch nicht vollständig gefüllt ist, wenn der nächste Ventilhub beginnt. Außerdem kann bei höheren Drehzahlen der Ölvorratsraum durch die Verbindungsbohrung mit der freien Atmosphäre leergeschleudert werden und es kann Luft in ihn eindringen. Die einwandfreie Funktion des Ausgleichselements ist dann nicht mehr gewährleistet. Aus diesem Grund ist eine Druckentlastung des Ölvorratsraumes lediglich während des Durchlaufens der Nockenspitze sinnvoll.
Ein hydraulisches Spielausgleichselement nach der Erfindung für einen Ventiltrieb mit Steuernocken kann zur Schmierung der Anlauffläche eines auf das Außenteil einwirkenden weite- j ren Teils der Ventilsteuerung, insbesondere Nockens, eine mit dem Schmiermittelkreislauf versehene und vom Außenteil zeitweise freigegebene Bohrung aufweisen.
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In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Das in Figur 1 dargestellte Spielausgleichselement zeigt dessen Verwendung in einer Kolbenbrennkraftmaschine mit obenliegender Nockenwelle, wobei das Spielausgleichselement unmittelbar zwischen Nocken und Ventilschaft angeordnet ist. Das Element besteht aus dem becherförmigen Außenteil 1, dessen Boden 5 eine zentrale hohlzylindrische Ausbuchtung aufweist. Diese enthält das Kolbenteil 2 und den Druckraum 3. Das Außenteil 1 gleitet in der Führung 4 des Maschinengehäuses. Das dem Ventilschaft abgewandte offene Ende des becherförmigen Außenteiles 1 ist mit einer Platte b dicht verschlossen. Die Platte 6 und der Nocken 7 bestehen aus Werkstoffen, deren Kombination günstige Verschleißeigenschaften ergibt. Das Kolbenteil 2 wirkt direkt auf den Ventilschaft 8 und ist mit einem Sicherungsring 9 gegen Herausgleiten gesichert. Zwischen dem Nocken 7 und dem Ventilschaft 8 befinden sich außer dem Druckraunf nur direkt aneinander anliegende Metallteile, so daß die vom Nocken 7 eingeleitete Kraft auf geradem Wege auf den Ventilschaft 8 übertragen wird.
Die Wirkungsweise des Spielausgleichselements ist folgende: Aus dem Schmiermittelkreislauf 1o der Kolbenbrennkraftmaschine fließt das unter Schmieröldruck stehende Öl über die Bohrung 11 in die Ringnut 12 und durch eine Zuführungsöffnung in. der Wandung des Außenteiles 1 in den ringförmigen Ölvorratsraum 14. Durch die Ubertrittsöffnung 15 gelangt das öl in die Ringnut 16 und durch die Bohrungen 17 und 18 über das Rückschlagventil 19 in den Druckraum 3.
Tritt beim Durchlaufen des Nockengrundkreises 2o im Ventiltrieb ein Spiel auf, so wird dieses durch die Feder 21 im Druckraum 3 ausgeglichen* Durch den dabei im Druckraum ent-
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stehenden Unterdruck gegenüber dem Schmieröldruck im Ölvorratsraum wird über das Rückschlagventil 19 Öl in den Druckraura gesaugt. Während des Ventilhubes besteht nach dem Schließen des Rückschlagventils 19 praktisch eine starre Verbindung zwischen dem Ventilschaft 8 und der Anlaufstelle des Nockens 7 gegen die Platte 6 über den Druckraum 3» da das Öl im Druckraum als inkompressibel angesehen werden kann. Über den gedrosselten Leckspalt 22 kann aus dem Druckraum eine geringe Ölmenge austreten und wieder in die Ringnut 16 gelangen. Der gedrosselte Leckspalt 22 wird im einfachsten Fall durch das Passungspiel des Kolbenteiles 2 gebildet, er kann jedoch auch durch weitere Maßnahmen bestimmt werden, die nicht Gegenstand der Erfindung sind. Eine Verringerung des Durchsatzes von Schmieröl aus dem Schmiermittelkreislauf der Maschine durch den Druckraum wird dadurch erzielt, daß sich das Lecköl -in der Ringnut 16 sammelt und zumindest teilweise wieder über die Bohrungen 17 und 18 in den Druckraum zurückgelangt. Dadurch wird die Verschmutzung des Druckraumes 3 und des gedrosselten Leckspaltes 22 durch Partikel herabgesetzt, die sich im Öl aus dem Schmiermittelkreislauf der Maschine befinden.
Die Durchbrechung 13 im Mantel des Außenteiles 1 ist so bemessen, daß sie beim Durchlaufen des Nockengrundkreises 2o mit dem Schmiermittelkreislauf der Maschine verbunden ist und beim Durchlaufen der Nockenspitze die Schrägfläche 23 erreicht und dadurch eine Verbindung vom Ölvorratsraum 14 zur freien Atmosphäre herstellt. Durch diese plötzliche Druckentlastung vom Schmiermitteldruck auf den Atmosphärendruck wird etwaige in den Ölvorratsraum 14 eingedrungene Luft entfernt. Die Druckentlastung des ölvorratsraumes beim Durchlaufen der Nockenspitze vermindert außerdem die Aufpumpneigung des Spielausgleichselements.
Die Bohrung 26 ist so bemessen, daß beim Durchlaufen der Nockenspitze Schmieröl aus dem Schmiermittelkreislauf auf
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die Platte 6 spritzt und damit eine gute Schmierung bewirkt.
Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Spielausgleichselement
für einen Ventiltrieb beim Auflaufen der Nockenspitze. Das
Außenteil 27 und das in seinem Inneren konzentrisch angeordnete hohlzylindrische Innenteil 28 sind einstückig ausgeführt. Im Inneren des hohlzylindrischen Innenteiles 28 befinden sich das Kolbenteil 2 und der Druckraum 3 mit der Druckfeder 21 und dem mit der Ventilfeder 24 belasteten Rückschlagventil 19. Der ölvorratsraum 14 ist um das hohlzylindrische
Innenteil 28 herum angeordnet und mit einer Verschlußplatte
29 abgedichtet. Die ölzuführung zum Ölvorratsraum 14 erfolgt aus dem Schmiermittelkanal To über die Bohrung 26 und die
Ringnut 12. Die Zuführungsöffnung 13 zum ölvorratsraum 14
stellt während des Auflaufens auf die Nockenspitze eine Verbindung zur freien Atmosphäre her. Dies bewirkt eine Entlüftung des ölvorratsraumes 14 und vermindert außerdem die Aufpumpneigung des Spielausgleichselements. Aus dem Ölvorratsraum 14 gelangt das Öl über die gegenüber der Zuführungsöffnung 13 um 18o° radial versetzte Ubertrittsöffnung 15 im
hohlzylindrischen Innenteil 28 in die Ringnut 16 des Kolbenteiles 2 und von da über die Bohrungen 17 und 18 vor das
Rückschlagventil 19. Durch die verschiedenen Umlenkungen des ölstromes und die Entlüftung des Ölvorratsraumes 14 wird gewährleistet, daß unmittelbar vor dem Rückschlagventil 19
luftfreies öl zur Auffüllung des Druckraumes 3 zur Verfügung steht. Über den Leckspalt 22 können wiederum kleine ölmengen aus dem Druckraum 3 austreten, die sich mindestens teilweise in der Ringnut 16 sammeln und wieder vor das Rückschlagventil gelangen.
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Claims (9)

19M693 MOTOMAK Motorenbau, Maschinen- und Werkzeugfabrik, Konstruktionen GmbH Ingolstadt Pt-Gu/Bi PG 1342 Patentansprüche
1. !Ventilstößel für Motoren mit obenliegender Nockenwelle, <^Xder in einer Gleitführung beweglich.und unmittelbar zwischen dem Steuernocken und dem Ventilschaft angeordnet ist und ein sich selbsttätig hydraulisch einstellendes Spielausgleichselement enthält, das aus zwei längsverschieblich ineinander geführten Teilen besteht, die zwischen sich einen Druckraum einschließen, der über ein Rückschlagventil mit einem mit öl aus dem Sehmiermittelkreislauf der Maschine beaufschlagten ölvorratsraum verbunden ist, wobei das Spielausgleichselement im Inneren eines in der Gleitführung beweglichen Stößelaußenteils angeordnet ist und sich in Kraftübertragungsrichtung mit seinem einen Ende "am Stößelaußenteil und mit seinem anderen Ende am Ventilschaft des Motorenventils unmittelbar abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß der ölvorratsraum im Inneren des in der Gleitführung~beweglichen Stößelaußenteils und um das hydraulische Spielausgleichselement herum angeordnet ist.
2. Ventilstößel mit einem hydraulischen Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des ölvorratsraums größer ist als das maximal mögliche Ausgleichsvolumen des Druckraumes. /
0 0 9 8 Λ 1 / 0 6 3 8
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3. Ventilstößel mit einem hydraulischen Spielausgleichselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ölvorratsraum mit Ausnahme der
y ölzuführungsöffnung und der Ubertrittsöffnung zum Druckraum allseitig geschlossen ist und die ölzuführungsöffnung zum ölvorratsraum einen das Auslaufen des ölvorratsraums verhindernden Querschnitt aufweist.
4. Ventilstößel mit einem hydraulischen Spielausgleichselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das Öl auf dem Wege von der Zuführungsöffnung des ölvorratsraums zur Ubertrittsöffnung in den Druckraum wenigstens eine Umlenkung vorgesehen ist.
5. Ventilstößel mit einem hydraulischen Spielausgleichselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ZufUhrungsöffnung des ölvorratsraums gegenüber der Ubertrittsöffnung in den Druckraum axial und/oder am Umfang versetzt ist.
6. Ventilstößel mit einem hydraulischen Spielausgleichselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Gleitführung bewegliche Stößelaußenteil becherförmig ausgebildet ist, wobei der Becherboden eine zentrale hohlzylindrische Ausbuchtung
v aufweist, die sich gegen eine die Öffnung des becherförmigen Stößelaußenteils verschließende Platte abstützt, wobei die Innenwandung der zentralen hohlzylindrischen Ausbuchtung zusammen mit einem darin längsverschieblichen Kolbenteil den Druckraum des hydraulischen Spielausgleichselements begrenzt.
7. Ventilstößel mit einem hydraulischen Spielausgleichselement nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stößelaußenteil becherförmig ausgebildet ist und sein Boden gegen den Boden eines konzentrisch angeordneten,
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ebenfalls becherförmigen Innenteils anliegt, welches das Kolbenteil und den Druckraum des hydraulischen Spielausgleichselementes enthält, wobei der ringförmige ölvor-ratsraum zwischen der Innenwandung des becherförmigen
Stößelaußenteils und der Außenwandung des becherförmigen Innenteils angeordnet und durch den entsprechend gestalteten Rand wenigstens eines Becherteils, bzw. durch ein
besonderes Verschlußteil abgeschlossen ist.
8. Ventilstößel mit einem hydraulischen Spielausgleichselement nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die
beiden mit ihren Böden aneinander anliegenden becherförmigen Teile einstückig ausgeführt sind.
9. Ventilstößel mit einem hydraulischen Spielausgleichselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsöffnung des Ölvorratsraums beim Durchlaufen des Nockengrundkreises mit dem Schmiermittelkreislauf der Maschine und beim Durchlaufen der Nokkenspitze mit der freien Atmosphäre verbunden ist.
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OWGWA INSPECTED
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