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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für
ein Endlostreibmittel, insbesondere Steuerkette an einem Verbrennungsmotor,
mit einem Gehäuse, einem im Gehäuse verschiebbar geführten
Spannkolben, einer zwischen dem Gehäuse und dem Spannkolben
angeordneten Druckkammer, einem Druckkammereinlass, einem Druckkammerauslass
und einem den Volumenstrom durch den Druckkammerauslass beeinflussenden
Ventil.
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Eine
solche Spannvorrichtung ist z. B. aus der
DE 202 02 663 U1 bekannt.
Der dort beschriebene Kettenspanner für einen Steuertrieb
bzw. Nockenwellentrieb an einem Verbrennungsmotor weist ein einstellbares
Dämpfungsverhalten auf. In einer aus der Druckkammer herausführenden
Fluidleitung ist ein im Wesentlichen unabhängig vom Spanndruck steuerbares
Ventil angeordnet. Die Steuerung erfolgt in Abhängigkeit
der Viskosität des Druckfluids, die bei steigender Temperatur
abnimmt. Damit insgesamt das Dämpfungsverhalten im gesamten
Betriebsbereich nahezu konstant ist, erfolgt eine temperaturabhängige
Veränderung des Strömungsquerschnitts der aus
der Druckkammer wegführenden Fluidleitung. In einem Ausführungsbeispiel
ist ein federbeaufschlagtes Magnetventil im Füllkörper
des Spannkolbens angeordnet. Eine außen auf dem Kettenspannergehäuse
angeordnete Spule betätigt den magnetischen Ventilkörper
gegen die Kraft der Feder.
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Derartige
Spannvorrichtungen für Endlosdrahtmittel existieren bislang
nur als Konzeptstudien. Aufgrund ihres komplizierten und damit sehr
teueren Aufbaus sind sie bislang nicht zur Serienreife gelangt.
Insbesondere im Automobilbereich sind aufgrund der hohen Stückzahlen
kostenbewusste Lösungen zu favorisieren.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung
der eingangs genannten Art hinsichtlich einer möglichen
Serientauglichkeit weiter zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Spannvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff dadurch gelöst,
dass das Ventil einen selbsttätig, temperaturabhängig
dem Ventilströmungsquerschnitt ändernden Ventilkörper
aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung verzichtet demnach vollständig auf
teuere und komplizierte Steuer- oder Regelungseinrichtungen, weil
ein Ventilkörper eingesetzt wird, der selbsttätig
den Ventilströmungsquerschnitt in Abhängigkeit
von der Temperatur ändert. Zwar ist aus der
DE 44 24 792 A1 bereits
eine hydraulische Spannvorrichtung bekannt, bei der ein Drosseleinsatz
aus einem Material gefertigt ist, das einen Ausdehnungskoeffizienten
aufweist, der einen angepassten höheren Wert besitzt als
die unmittelbar umgebenden Bauteile, so dass sich der Abströmquerschnitt
der Drosselbohrung in Abhängigkeit der Temperatur ändert.
Hierbei handelt es sich aber um einen Autarkkettenspanner mit in
sich geschlossenem Hydrauliksystem und nicht um eine Spannvorrichtung
mit Druckkammerauslass, bei der eine Gehäuseleckage durch
diesen Druckkammerauslass nach außen erfolgt. Darüber
hinaus wird aufgrund des Einsatzes eines Ventilkörpers
auch die Möglichkeit eröffnet, den Ventilströmungsquerschnitt
vollständig zu verschließen. Insgesamt ergibt
sich hierdurch eine größere Anpassung, da ein
viel größerer Bereich an verschiedenen Strömungsquerschnitten bereitgestellt
werden kann. Dieses Prinzip könnte auch parallel zu einem üblichen
Leckagespalt zwischen Gehäuse und Spannkolben verwendet
werden. Ein solcher zusätzlicher Leckagespalt dürfte dann
jedoch von der Dimensionierung im Querschnitt kleiner ausfallen
als bei herkömmlichen Spannvorrichtungen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Ventil
dem Druckkammerauslass vorgeschaltet ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass
das Ventil als integraler Bestandteil auch innerhalb des Gehäuses
angeordnet werden kann und sich keine wesentliche Vergrößerung
der Außenmaße gegenüber handelsüblichen
Spannvorrichtungen ergibt.
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Von
Vorteil ist es insbesondere, wenn gemäß einer
Variante mittels des Ventils sich bei steigender Temperatur der
Strömungsquerschnitt stetig verkleinert. Hierdurch wird
einer bei steigender Temperatur abnehmenden Viskosität
des Hydraulikfluids entgegen gewirkt, so dass das Dämpfungsverhalten
entsprechend angepasst ist. Insbesondere soll dieser Effekt entweder
vollständig kompensiert oder zumindest minimiert werden.
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Aufgrund
der Tatsache, dass sich die Unterschiede insbesondere in der Erwärmungsphase
des Verbrennungsmotors bemerkbar machen, ist gemäß einer
Ausführungsform vorgesehen, dass das Ventil eine Schalttemperatur
bzw. einen Schalttemperaturbereich aufweist, bei der bzw. in dem
das Ventil schließt. Diese Schalttemperatur bzw. dieser
Schalttemperaturbereich liegt üblicherweise über
der Umgebungstemperatur, so dass das Verschließen des Ventils
erst ab Erreichen einer bestimmten Betriebstemperatur erfolgt. Insbesondere
ist ab dieser Temperatur oder in diesem Temperaturbereich eine weitere
Vergrößerung bzw. Kompensation der Dämpfungswirkung
nicht mehr gewünscht. Zum Einsatz kann dieses Konzept auch
in Parallelschaltung mit einem üblichen Dämpfungs-
bzw. Drosselspalt zwischen der Außenmantelfläche
des Spannkolbens und der Innenfläche der Bohrung im Gehäuse
vorgesehen sein.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform kann der Ventilkörper
von einem Ventilstift gebildet sein, dessen freie Stirnseite zusammen
mit einem Ventilsitz einen Zulaufspalt formt, der in eine Ventilöffnung mündet,
wobei der Zulaufspalt aufgrund Wärmeausdehnung des Ventilstifts
in seinem Durchströmquerschnitt, insbesondere in der Breite,
variierbar ist. Für die Veränderung des Zulaufspalts
die freie Stirnseite zu verwenden, hat den Vorteil, dass auf die
Veränderung nahezu die gesamte Länge des Ventilstifts
Einfluss nimmt. Je nach Länge des Ventilstifts lassen sich
hier aufgrund überschaubarer Temperaturveränderung
bereits beträchtliche Längenänderungen
bewirken.
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Dabei
kann der Spannkolben als zumindest einseitig offener Hohlkörper
ausgestaltet sein, an dessen Andrückende der Druckkammerauslass
angeordnet ist, und das Ventil kann im Inneren des Spannkolbens
angeordnet sein. Hierdurch entsteht eine möglichst kompakte
Bauweise, weil das Ventil als integraler Bestandteil innerhalb des
Spannkolbens angeordnet ist. Eine Vergrößerung
des Spannkolbens im Vergleich zu herkömmlichen Spannvorrichtungen
wird eher nicht notwendig sein.
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Eine
weitere Variante sieht vor, dass in dem Spannkolben ein Füllkörper
angeordnet ist, der eine mit der Druckkammer in Strömungsverbindung
stehende Zuströmöffnung und eine Auslassöffnung
aufweist, wobei das Ventil in dem Füllkörper angeordnet ist,
der Ventilkörper zwischen der Strömungsöffnung und
der Auslassöffnung angeordnet ist und die Auslassöffnung
die Ventilöffnung bildet. Ein Füllkörper dient
in aller Regel dazu, das Volumen der Drosselkammer zu verkleinern,
so dass diese bereits durch eine kleine Menge an Druckfluid ausgefüllt
wird. Nunmehr wird der sowieso vorhandene Füllkörper
dazu benutzt, das Ventil zu positionieren. Bezüglich des Spannkolbens
kann daher auf bereits bestehende Bauteile zurückgegriffen
werden, ohne dass dieser verändert werden muss. Die Umkonstruktion
erfolgt einzig und allein am Füllkörper. Der Spannkolben weist
in aller Regel eine Grundlochbohrung auf, die an dem Stirnseitenende
des Spannkolbens bis auf den Druckkammerauslass geschlossen ist.
Im Inneren wird der meist pilzförmige Füllkörper
mittels einer Druckfeder in den hohlen Spannkolben hineingedrückt.
Damit dennoch Hydraulikflüssigkeit zum Druckkammerauslass
gelangen kann, muss der Füllkörper entsprechende
Strömungskanäle aufweisen. Im vorliegenden Fall
ist innerhalb der Strömungskanäle das Ventil angeordnet.
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Ein
einfacher Aufbau des Füllkörpers ist gemäß einer
weiteren Ausführungsform gegeben, wenn der Füllkörper
einen hülsenförmigen Grundkörper aufweist,
in dem der Ventilstift koaxial angeordnet ist, und der Grundkörper
und der Ventilstift aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
bestehen. Hierdurch verstärkt sich die Rela tivausdehnung
des Ventilstifts und des Grundkörpers zueinander, so dass
der Zulaufspalt sich bereits bei kleinen Temperaturänderungen
ausreichend verändert.
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Damit
eine ausreichende Länge zum Ausdehnen des Ventilstifts
vorhanden ist, kann der Ventilstift an seinem ersten Ende die freie
Stirnseite aufweisen und mit seinem zweiten Ende fest mit dem Füllkörper
verbunden sein.
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Eine
weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Füllkörper
an seinem oberen Ende die Auslassöffnung aufweist, mit
seinem oberen Ende gegen den Spannkolben gedrückt ist,
das untere Ende des Füllkörpers verschlossen ist
und die Zulauföffnung seitlich in dem hülsenförmigen
Grundkörper angeordnet ist, wobei ein koaxialer Strömungsschlitz
zwischen dem Ventilstift und dem Grundkörper vorhanden
ist, der mit dem Zulaufspalt in Strömungsverbindung steht.
Der Fluidstrom fließt also durch den Füllkörper
hindurch.
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Des
Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen Füllkörper
nach Anspruch 1. Dieser kann als Ersatz- oder Umbauteil auch in
bereits existierende Spannvorrichtungen eingebaut werden, so dass
diese erfindungsgemäß umgebaut bzw. ergänzt
sind.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Einschraubkettenspanner im schematischen Vollschnitt,
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2 den
Füllkörper aus 1 im Vollschnitt,
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3 eine
zweite Variante eines Füllkörpers im Vollschnitt,
und
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4 eine
dritte Variante eines Füllkörpers im Vollschnitt.
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Die
in den Figuren dargestellte Spannvorrichtung ist ein Einschraubkettenspanner 1,
der in eine nicht dargestellte Gewindebohrung im Motorblock eines
Verbrennungsmotors eingeschraubt wird. Der Einschraubkettenspanner 1 drückt
mit seinem Spannkolben 2 auf eine schwenkbar angeordnete Spannschiene,
die wiederum gegen die Kette eines Steuerkettentriebs (Nockenwellentrieb)
drückt.
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Der
Einschraubkettenspanner 1 umfasst im Wesentlichen ein Einschraubgehäuse 3,
den im Einschraubgehäuse 3 verschiebbar angeordneten Spannkolben 2,
eine den Spannkolben 2 nach außen drückende
Druckfeder 4, ein Rückschlagventil 5 und einen
im Inneren des Spannkolbens 2 angeordneten und noch näher
zu beschreibenden Füllkörper 6.
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Das
Einschraubgehäuse 3 umfasst einen als Sechskant
ausgebildeten Einschraubkopf 7 und einen Einschraubabschnitt 8 mit
Gewinde auf. Unterhalb des Einschraubkopfes 7 befinden
sich radial erstreckende Zulaufkanäle 9, die in
einen zentralen Druckkammereinlass 10 münden.
Im Druckkammereinlass 10 ist das Rückschlagventil 5 angeordnet,
so dass Hydraulikfluid durch den Druckkammereinlass 10 hineinfließen,
aber nicht hinausfließen kann. Im Einschraubabschnitt 8 des
Einschraubgehäuses 3 befindet sich eine zylindrische
Grundlochbohrung 11, in der der Spannkolben 2 verschiebbar
aufgenommen ist.
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Der
Spannkolben 2 ist als Hülsenkörper ausgestaltet
und weist eine Aufnahmebohrung 12 auf, die in der Nähe
des Kopfes 13 des Spannkolbens 2 endet und in
einen Druckkammerauslass 14 mündet. Zwischen dem
Spannkolben 2 und dem Einschraubgehäuse 3 ist
die mit Hydraulikfluid gefüllte Druckkammer 15 vorhanden.
Damit das Volumen der Druckkammer 15 nicht zu groß ist,
ist im Inneren des Spannkolbens 2 der Füllkörper 6 vorhanden.
Die Druckfeder 4 stützt sich auf der einen Seite
an dem Flansch des Rückschlagventils 5ab, so dass
dieses fixiert wird und auf der anderen Seite an der Unterseite
eines pilzförmigen Kopfes 16 des Füllkörpers 6 ab. Nachdem
der Kopf 16 eine konvexe Vorderseite aufweist und das Ende
der Aufnahmebohrung 12 kegelförmig ausgestaltet
ist, dichtet der Kopf 16 im Wesentlichen diesen Bereich
ab. Damit dennoch Hydraulikflüssigkeit von der Druckkammer 15 zum Druckkammerauslass 14 gelangen
kann, ist der Füllkörper 6 mit einem
im Folgenden noch naher zu beschreibenden Kanalsystem versehen.
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Der
Füllkörper 6 umfasst neben dem Kopf 16 einen
daran angeordneten im Inneren der Druckfeder 4 positionierten
zylindrischen Schaft 17. Im vorliegenden Fall wird der
Schaft 17 von einem hülsenförmigen Körper
gebildet, der an seinem einen Ende (in 1 links)
mittels eines eingepressten Verschlussstücks 18 verschlossen
ist. In dem Verschlussstück 18 ist ein als Ventilkörper
wirkender Ventilstift 19 eingebettet, bevorzugt mittels
Spritzgießen verbunden. Der Außendurchmesser des
Ventilstifts 19 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser
des hülsenförmigen Schafts 17, so dass
zwischen dem Ventilstift 19 und dem Schaft 17 ein
koaxialer Strömungsspalt 20 gebildet ist. Unterhalb
des Kopfes 16 weist der Füllkörper 6 sich
radial erstreckende Zulauföffnungen 21 auf, die
zum einen mit der Druckkammer 15 in Strömungsverbindung
und zum anderen mit der Strömungsspalt 20 in Strömungsverbindung
stehen. Zwischen der freien Stirnseite 22 des Ventilstifts 19 und einer
als Ventilsitz 23 ausgebildeten Grundfläche ist ein
Zulaufspalt 24 gebildet. Der radial sich erstreckende Zulaufspalt 24 verbindet
den Strömungsspalt 20 mit einer zentral im Kopf 16 angeordneten
Auslassöffnung 25, die gleichzeitig die Ventilöffnung
darstellt. Die Auslass öffnung 25 steht mit dem
Druckkammerauslass 14 in Fluidverbindung. Der Ventilstift 19 und
die Auslassöffnung 25 bilden gemeinsam ein Ventil.
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Bevorzugt
ist der Ventilstift 19 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt,
während zumindest der Schaft 17 des Füllkörpers 6 aus
einem Stahlwerkstoff besteht. Hierdurch weisen der Ventilstift 19 und der
Schaft 17 unterschiedliche Wärmeausdehnungseigenschaften,
insbesondere aufgrund ihrer unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten,
auf. Durch diese mehrteilige Ausführung des Füllkörpers 6 können
durch Einsatz unterschiedlicher Materialien mit entsprechend unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten temperaturabhängige
Dämpfungsquerschnitte erzeugt werden. Bei entsprechender
Gestaltung und Materialkombination kann erreicht werden, dass sich
die für die Dämpfung des Systems maßgeblichen
Querschnitte bei Temperaturerhöhung minimieren und somit
der Viskositätsreduzierung der Hydraulikflüssigkeit,
insbesondere Motoröl eines Verbrennungsmotors, entgegenwirken.
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Im
Folgenden wird die Wirkungs- und Funktionsweise des oben beschriebenen
Einschraubkettenspanners 1 näher erläutert.
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Bei
dem beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt die Dämpfung
des Spannkolbens 2 über das durch den Druckkammerauslass 14 bei
geschlossenem Rückschlagventil 5 ausströmende
Hydraulikfluid. Wirkt auf den Kopf 13 eine Kraft (in 1 nach links),
so ist der Spannkolben 2 bestrebt, einzufahren. Dies erfolgt
gegen den Hydraulikdruck in der Druckkammer 15. Bei Überwinden
dieses Druckes 15 schließt das Rückschlagventil 5 und
ein weiteres Einfahren des Spannkolbens 2 ist nur noch
möglich, wenn Hydraulikfluid verdrängt wird bzw.
ausfließt durch den Druckkammerauslass 14. Hierzu
strömt das Hydraulikfluid am Schaft 17 des Füllkörpers 6 entlang
und dringt über die Zulauföffnungen 21 in
diesen ein. Anschließend strömt das Hydraulikfluid über den
Strömungsspalt 20 in den Zulaufspalt 24 und
von dort durch die Auslassöffnung 25 in den Druckkammerauslass 14.
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Der
Einschraubkettenspanner 1 wird in einer Umgebung betrieben,
die ausgehend vom Kaltstart des Verbrennungsmotors sich bis zu einer
Betriebstemperatur erwärmt. Dies hat Einfluss auf die Viskosität
des Hydraulikfluids. Zum Erzielen gleichartiger Dämpfungswirkungen
muss daher der für die Dämpfung zur Verfügung
stehende Strömungsquerschnitt im Kaltbereich größer
sein als anschließend beim Warmbetrieb.
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Aufgrund
der Materialkombination von dem Ventilstift 19 und dem
Schaft 17 des Füllkörpers 6 dehnt
sich der Ventilstift 19 bei steigender Temperatur schneller
aus als der Rest des Füllkörpers 6. Hierdurch
verringert sich die Breite des Zulaufspalts 24 mit steigender Temperatur.
Gleichzeitig verringert sich hierdurch der für die Dämpfung
zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt. Aufgrund
der Tatsache, dass der Ventilstift 19 nur einseitig fest
angeordnet ist, können bereits überschaubare Temperaturänderungen
eine wirksame Längenänderung bewirken. Bei einigen
Ausführungsformen kann vorgesehen werden, dass ab Erreichen
einer bestimmten Betriebstemperatur die freie Stirnseite 22 des
Ventilstifts 19 mit dem Ventilsitz 23 zur Anlage
kommt und das Ventil schließt. Alternativ kann auch ein
bestimmter Schalttemperaturbereich für diesen Vorgang vorgesehen
werden. Günstigerweise wird dies bei Erreichen der Betriebstemperatur
der Fall sein, z. B. 90°C. Hierdurch verfügt der
Einschraubkettenspanner 1 nur noch über eine sehr
geringe Dämpfungswirkung. Dieser Dämpfungsströmungsquerschnitt
kann aber auch parallel zur Leckspaltdämpfung betrieben
werden, die noch zwischen dem Spannkolben 2 und dem Einschraubgehäuse 3 vorhanden
ist. Diese ist von ihrer Größe her auf das gesamte
System abgestimmt, so dass sich in Bereichen der Betriebstemperatur eine
geeignete Dämpfung eingestellt hat, auch wenn das Ventil
im Füllkörper 6 verschlossen ist.
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Im
Folgenden wird anhand der 3 und 4 alternative
Ausführungsformen vom Füllkörper 6 beschrieben,
die so wie sie in den Figuren dargestellt sind, in einen Einschraubkettenspanner
eingesetzt werden können, der ansonsten baugleich zu dem
Einschraubkettenspanner 1 aus 1 ist. Für baugleiche
und wirkungsgleiche Bauelemente werden identische Bezugsziffern
verwendet und diesbezüglich auf die obige Beschreibung
verwiesen. Im Folgenden wird nur auf die entscheidenden Unterschiede
eingegangen.
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Der
Füllkörper 6 aus 3 weist
einen einteilig ausgestalteten Kopf 16 mit Schaft 17 aus
einem Stahlwerkstoff auf. In das untere Ende des Schaftes 17 ist
ein Passstift 26 eingepresst, auf den die hintere Stirnseite
des Ventilstifts 19 fixiert, insbesondere aufgeklebt, ist.
Der Ventilstift 19 besteht aus einem Kunststoffmaterial.
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Bei
der Ausführungsform gemäß 4 ist der
Schaft 17 getrennt vom Kopf 16 hergestellt. Der Schaft 17 wird
als einseitig verschlossene Hülse ausgestaltet und besteht
aus einem Stahlmaterial. In den Schaft 17 wird der Ventilstift 19 fixiert,
insbesondere eingeklebt, und anschließend der separate
Kopf 16 aufgepresst.
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Die
verschiedenen Teile des Füllkörpers 6 können
vormontiert (geklebt, gepresst, geschraubt, verstemmt geschweißt
oder ähnlich etc.) werden und fest miteinander verbunden.
Es können bei sämtlichen Ausführungsbeispielen
die unterschiedlichsten Materialkombinationen eingesetzt werden,
um unterschiedliche Wärmeausdehnungen vom Schaft und Ventilstift
zu erhalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 20202663
U1 [0002]
- - DE 4424792 A1 [0006]