DE2809055A1

DE2809055A1 - Hydraulische ventilspiel-nachstellvorrichtung

Info

Publication number: DE2809055A1
Application number: DE19782809055
Authority: DE
Inventors: Hisashi Kodama
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1977-03-02
Filing date: 1978-03-02
Publication date: 1978-09-07
Also published as: JPS53107517A; US4191142A; DE2809055C2; JPS5443125B2

Description

Hydraulische Ventilspiel-Nachstellvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Ventilspiel-Nachstellvorrichtung für Ventilantriebe von Brennkraftmaschinen und dergleichen, und insbesondere auf eine hydraulische Ventilspiel-Nachstellvorrichtung, die in sich abgeschlossen ist und in der das Druckfluid eingeschlossen ist, wobei nicht vorgesehen ist, daß während des Betriebes Druckfluid aus irgendeiner äußeren Quelle nachgefüllt wird.

Ventilantriebe von Brennkraftmaschinen weisen in der Regel ein bestimmtes Ventilspiel auf, damit temperaturbedingte Ausdehnungen der verschiedenen Elemente des Ventilantriebs ausgeglichen werden können. Da jedoch aufgrund des Ventilspiels im Ventilantrieb während des Betriebs der Brennkraftmaschine übermäßig großes Spiel auftreten kann, werden hydraulische Ventilspiel-Nachstellvorrichtungen benutzt, die automatisch das Ventilspiel in den Ventilantrieben aufnehmen und dadurch das Auftreten übermäßigen Spiels verhindern und den öffnungs-

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und Schließvorgang eines Einlaßventils oder Auslaßventils einer Brennkraftmaschine stabilisieren. 5

Bei herkömmlichen Ventilspiel-Nachstellvorrichtungen wird durch Leckage ausgetretenes Druckfluid dadurch ersetzt, daß in das Innere der Ventilspiel-Nachstellvorrichtung durch einen Kanal im Zylinderblock Druckfluid eingespeist wird. Dabei bestehen jedoch die Nachteile, daß der Kanal, durch den das Druckfluid nachgeliefert wird, komplizierte Konstruktion aufweist und daß sich instabiler Betrieb ergeben kann aufgrund von Änderungen der Zähigkeit des Druckfluids. Um diesen Nachteilen zu begegnen, sind bereits in sich abgeschlossene hydraulische Ventilspiel-Nachstellvorrichtungen bekannt, die nicht aus einer äußeren Quelle mit Hydraulikfluid gespeist werden, sondern ihre eigene Hydraulikfluidquelle enthalten.

Herkömmliche in sich abgeschlossene hydraulische Ventilspiel-Nachstellvorrichtungen weisen jedoch noch zahlreiche Nachteile auf. Diese bestehen darin, daß der Mechanismus zum Ausgleich von Fluidleckage unzureichend ist, daß sich ungleichmäßiges bzw. instabiles Betriebsverhalten aufgrund von im Hydraulikfluid eingeschlossener Luft ergibt und daß der mechanische Aufbau der Ventilspiel-Nachstellvorrichtung verhältnismäßig kompliziert ist, so daß diese in der Herstellung hohe Kosten verursacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in sich abgeschlossene hydraulische Ventilspiel-Nachstellvorrichtung zu schaffen, die nicht aus einer äußeren Hydraulikfluidquelle gespeist wird und die vorstehend angegebenen Schwierigkeiten herkömmlicher Ventilspiel-Nachstellvorrichtungen vermeidet. Die Ventilspiel-Nachstellvorrichtung soll einfache

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Konstruktion aufweisen und mit geringen Kosten herstellbar sein.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Ventilspiel-Nachstellvorrichtung umfaßt ein in einer Nachfüllkammer angeordnetes elastisches Ausgleichselement, durch das Änderungen des Fluidvolumens in der Nachfüllkammer während des Betriebes zuverlässig ausgeglichen werden. Die Innenseite des elastischen Ausgleichselementes ist normalerweise atmosphärischem Druck ausgesetzt, wogegen die Außenseite des Ausgleichselementes normalerweise in Berührung mit dem Druckfluid in der Nachfüllkammer steht.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:

Figur 1 einen ausschnittsweisen, senkrechten Schnitt

durch eine Brennkraftmaschine mit einem Ventilantrieb, der eine hydraulische Ventil

spiel-Nachstellvorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt;

Figur 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch die Ventilspiel-Nachstellvorrichtung in Figur 1;

Figur 3 eine Schnittdarstellung gemäß III-III in

Figur 2;

Figur 4 einen Längsschnitt durch ein elastisches

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Ausgleichselement im noch nicht in die Ventilspiel-Nachstellvorrichtung eingebauten Zustand; und

Figur 5 eine Figur 4 ähnliche Darstellung einer

abgewandelten Ausführungsform des Ausgleichselementes .

Im folgenden wird zunächst auf Figur 1 eingegangen. Die darin ausschnittsweise dargestellte Brennkraftmaschine umfaßt einen Zylinderblock 10, in dem ein Zylinder 11 ausgebildet ist, in dem ein Kolben 12 verschiebbar sitzt. Auf der Oberseite des Zylinderblocks 10 ist auf geeignete Weise ein Zylinderkopf 14 befestigt, der zusammen mit dem Kolben 12 und dem Zylinder 11 einen Brennraum 13 begrenzt. Im Zylinderkopf 14 ist eine Gaswechselöffnung 15, d.h. ein Einlaß oder ein Auslaß, ausgebildet, der in Verbindung mit dem Brennraum 13 von einem als Tellerventil ausgebildeten Ventil 16 gesteuert wird, das auf einem Ventilsitz 17 aufsitzt, wenn es geschlossen ist. Das Ventil 16 umfaßt einen Schaft 18, der hin- und herverschiebbar in einer Ventilführung 19 sitzt, die in den Zylinderkopf 14 eingesetzt ist. Die Hin- und Herbewegung des Ventils 16 wird auf herkömmliche Weise durch eine sich drehende Nocke 20 hervorgerufen, die auf geeignete Weise zeitlich abgestimmt auf die Bewegung des Kolbens 12 von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. In ständiger Anlage an der Nocke 20 befindet sich eine Ventilspiel-Nachstellvorrichtung 21, die im folgenden lediglich als Nachsteller bezeichnet wird. Der Nachsteller 21 wird hin- und herverschiebbar von einer im Zylinderblock 10 ausgebildeten Bohrung 22 geführt. Die Aufwärtsbewegung des Nachstellers 21 wird von einem Stößel 23 zu einem Kipphebel 24 übertragen, der das Ventil 16 betätigt. Der Kipphebel 24 ist mittels eines ge-

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eigneten Bolzens 25 und einer Mutter 26 schwenkbar am Zylinderkopf 14 gelagert, und ein Ende des Kipphebels 24 liegt am Schaft 18 des Ventils 16 an, während das andere Ende des Kipphebels am Stößel 23 anliegt. Die untere Wand des Kipphebels 24 ist kugelförmig ausgebildet und bildet auf diese Weise eine Lagerfläche, die den Bolzen 25 umgibt und auf einem Lagerelement 28 gleitend schwenken bzw. kippen kann, das unterhalb der Mutter 26 befestigt ist. In der Lagerfläche 27 ist eine Öffnung 27a ausgebildet, durch die der Bolzen 25 verläuft, damit der Kipphebel 24 seine Kippbewegung ausführen kann. Zwischen einem am Schaft 18 befestigten Federsitz 30 und dem Zylinderkopf 14 sitzt eine Rückstellfeder 29, die das Ventil 16 normalerweise in der in Figur 1 dargestellten geschlossenen Stellung hält.

Im folgenden wird auf Figur 2 eingegangen. Der Nachsteller 21 umfaßt ein im wesentlichen napfförmiges Zylinderelement 31 sowie ein darin verschiebbar sitzendes Kolbenelement 32. Zwischen dem geschlossenen Ende des Zylinderelementes 31 und der (in Figur 2) unteren Stirnwand des Kolbenelementes 32 befindet sich eine Druckkammer 33, die normalerweise mit einer bestimmten Menge eines hydraulischen Druckfluids, beispielsweise Schmieröl, gefüllt ist. Im hohlen Kolbenelement 32 ist eine Nachfüllkammer 34 ausgebildet, die mit der Druckkammer 33 über einen Durchlaß 35 in der unteren Stirnwand des Kolbenelementes 32 verbunden ist. Ein als Kugelventil ausgebildetes Rückschlagventil 36 ist in der Druckkammer 33 angeordnet und kann den Durchlaß 35 verschließen. Zum Rückschlagventil gehört eine in einem napfförmigen Käfig 38 angeordnete Feder 37. Das Rückschlagventil arbeitet in der Weise, daß das Druckfluid zwar mit verhältnismäßig hohem Durchfluß aus der Nachfüllkammer in die Druckkammer 33 strömen kann, jedoch nicht in entgegengesetzterRichtung. In

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der Endwand des Käfigs 38 sind Öffnungen 38a ausgebildet die für ständige Strömungsverbindung zwischen dem Inneren des Käfigs 38 und dessen Äußerem sorgen. In der Druckkammer 33 ist eine als Rückstellfeder dienende Feder 39 angeordnet, die das Kolbenelement 32 im Zylinderelement 31 nach oben zu drücken versucht und ferner den Käfig 38 in Anlage an der unteren Stirnseite des Kolbenelementes 32 hält. Die

10' Feder 39 ist stärker als die Feder 37. In der Seitenwand des Kolbenelementes 32 sind zwei Öffnungen 40 ausgebildet, die mit einer Ringnut 41 auf der Außenseite des Kolbenelementes in Verbindung stehen. Zwischen der äußeren Gleitfläche des Kolbenelementes 32 und der Innenseite des Zylinderelementes 31 besteht ein kleiner Zwischenraum C₁, durch den hydraulisches Druckfluid aus der Druckkammer 33 bei jedem Aufwärtshub der Nocke 20 in verhältnismäßig geringer Menge entweichen kann, während das Rückschlagventil 36 den Durchlaß 35 verschlossen hält. Das aus der Druckkammer 33 entweichende Druckfluid wird in der Ringnut 41 gesammelt und gelangt aus dieser durch die Öffnungen 40 in die Nachfüllkammer 34. Das Kolbenelement 32 weist auf seiner Außenseite eine weitere Ringnut 42 oberhalb der Ringnut 41 auf. In der Ringnut 42 befindet sich eine als O-Ring aus elastomerem Kunststoff ausgebildete Dichtung, die flüssigkeitsdicht abdichtend an der Innenseite des Zylinderelementes 31 anliegt. Das obere, offene Ende des Kolbenelementes 32 ist mittels eines Stößelsitzes 44 verschlossen, der auf seiner Oberseite eine konkave Sitzfläche 45 aufweist, die das konvexe untere Ende des Stößels 23 aufnimmt. Der Schub des Kolbenelementes 32 wird somit zum Stößel 23 über den Stößelsitz 44 übertragen. Die Aufwärtsbewegung des Kolbenelementes 32 wird von einem oberen Anschlag 46 begrenzt, der als Sprengring ausgebildet ist, der in einer Innennut 47 im Zylinderelement 31 oberhalb des Stößelsitzes 44 sitzt. Der obere Anschlag

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46 sichert ferner die Elemente des Nachstellers im zusammengebauten Zustand. Die Abwärtsbewegung des Kolbenelementes 32 wird von einem unteren Anschlag 48 begrenzt_r der als Napf ausgebildet ist und im unteren Bereich der Innenseite des Zylinderelementes 31 befestigt ist. Der napfförmige Anschlag 32 dient ferner als Federsitz für die am Kolbenelement angreifende Feder 39.

In den oberen Bereich der NachfüTlkammer 34 ist ein elastisches Ausgleichselement 49 aus synthetischem Gummi eingesetzt _r das im in Figur 4 dargestellten ausgebauten Zustand im wesentlichen die Form eines unten geschlossenen Schlauches hat und beim dargestellten Ausführungsbeispiel auch als Sackelement bezeichnet werden kann. Das Ausgleichselement 49 umfaßt einen dicken Dichtflansch 50, der an der Innenseite des Kolbenelementes 32 so befestigt ist, daß zwischen dem Ausgleichselement 49 und dem Kolbenelement 32 eine fluiddichte Dichtung besteht. Oberhalb des offenen oberen Endes des Ausgleichselememzes 49 befindet sich der Stößelsitz 44, in dem ein durchgehendes, zentrales Loch 51 ausgebildet ist, das in Verbindung mit Schlitzen 52 in der Sitzfläche 45 steht und auf diese Weise eine Verbindung zur umgebenden Atmosphäre herstellt. Das Innere 53 bzw. die Innenseite 54 des Ausgleichselementes 49 steht somit über das zentrale Loch 51 und die Schlitze 52 normalerweise unter atmosphärischem Druck. Die Außenseite 55 des Ausgleichselementes 49 steht normalerweise in Berührung mit dem Druckfluid in der Nachfüllkammer 34. Da das Ausgleichselement 49 elastisch ist, kann sich das Volumen des Inneren 53 des Ausgleichselementes 49 in Abhängigkeit von Änderungen des Fluidvolumens in der Nachfüllkammer 34 ändern. In Figur 5 ist eine abgewandelte Ausführungsform des elastischen Ausgleichselementes 49 dargestellt. Das elastische Ausgleichselement 56 gemäß Figur 5

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umfaßt einen Flansch 57, in dem ein Metallring 58 befestigt ist, damit ausreichende Dichtwirkung sichergestellt ist. 5

Im folgenden wird die Funktionsweise des Nachstellers erläutert. Jede bei einer Drehung der Nocke erfolgende Hubbewegung des Zylinderelementes 31 wird über das hydraulische Druckfluid, das in der Druckkammer 33 eingeschlossen ist, zum Kolbenelement 32 übertragen. Die Aufwärtsbewegung des Kolbenelementes 32 wiederum wird über den Stößelsitz 44 zum Stößel 23 übertragen. Dies hat zur Folge, daß der Kipphebel 24 auf dem Lagerelement 28 geschwenkt bzw. gekippt wird und dadurch das Ventil 16 entgegen der Rückstellfederkraft 29 öffnet.

Die Rückstellfeder 29 dient dazu, sowohl das Ventil T6 normalerweise geschlossen zu halten, als auch den Nachsteller 21 nach jedem Aufwärtshub der Nocke 20 in seine Ausgangsstellung zurückzubringen. Da beim Aufwärtshub der Nocke die Kraft der Rückstellfeder 29 zunimmt und der Fluiddruck in der Druckkammer 33 ebenfalls zunimmt, schließt das Rückschlagventil 36 das untere Ende des Durchlasses 35. Während dieser Zeit erfolgt eine geringfügige Leckage von Druckfluid aus der Druckkammer 33 in die Nachfüllkammer 34 durch den Zwischenraum C, die Ringnut 41 und die öffnungen 40, wobei sich das Kolbenelement 32 im Zylinderelement 31 nach unten (in Figur 2) bewegt, so daß der axiale Abstand L zwischen dem Stößelsitz 45 und der unteren Stirnfläche des Zylinderelementes 31 abnimmt.

Wenn die Nocke 20 nach Beendigung ihres Aufwärtshubes weitergedreht wird, bewegt sich das Zylinderelement 31 nach unten. Dies hat zur Folge, daß die von der Rückstellfeder 29 hervorgerufene Kraft auf den Stößelsitz 44 abnimmt, während die Rückstellfeder 29 das Ventil 16 schließt. Da die Feder 39 in der Druckkammer 33 deren Volumen zu vergrößern ver-

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sucht, sinkt der Fluiddruck in der Druckkammer 33. Diese Abnahme des Fluiddrucks ermöglicht, daß das Rückschlagventil 36 öffnet. Danach strömt dann ausreichendes Druckfluid durch den Durchlaß 35 in die Druckkammer 33 zum Ausgleich der Leckage durch den Zwischenraum C, so daß der ursprüngliche Abstand L wieder hergestellt wird. Zu Beginn des folgenden Aufwärtshubes steigt der Fluiddruck in der Druckkammer 33 erneut an, so daß das Rückschlagventil 36 wiederum schließt und sich der beschriebene Zyklus wiederholt.

Der axiale Abstand L bzw. die Länge des Nachstellers 21 kann sich auch unbeabsichtigt aufgrund von Änderungen der Zähigkeit und der inneren Reibung des hydraulischen Fluids ändern, die von der Temperatur abhängt. Bei dem hydraulischen Fluid, das für den Nachsteller 21 verwendet wird, handelt es sich jedoch normalerweise um ein Silikonöl bzw. Silikonfluid, dessen Zähigkeit und innere Reibung von niedrigen Temperaturen bis zu hohen Temperaturen fast konstant ist.

Wenn aufgrund von Reibung oder thermischer Kontraktion der verschiedenen Elemente des Ventilantriebs Spiel zwischen dem oberen Ende des Schaftes 18 und der Nocke 20 auftritt, drückt die Feder 39 das Kolbenelement 32 entgegen der Antriebskraft der Nocke 20 weiter aus dem Zylinderelement 31 heraus, wodurch der axiale Abstand L am Nachsteller vergrößert und der Verschleiß oder die thermische Kontraktion der Elemente des Ventilantriebs kompensiert wird. Wenn beispielsweise aufgrund einer Erwärmung der Brennkraftmaschine thermische Ausdehnungen im Ventilantrieb auftreten, tritt eine gewisse Druckfluidmenge aus der Druckkammer 33 durch den kleinen Zwischenraum C in die Nachfüllkammer 34 über, wodurch der axiale Abstand L verringert wird.

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Der Nachsteller 21 wird dadurch gefüllt, daß dessen Elemente zusammengebaut werden, während sie in das Druckfluid eingetaucht sind, so daß keine Luft in das Zylinderelement 31 gelangen kann. Nach dem Zusammenbau ist es während der gesamten Lebensdauer des Nachstellers 21 nicht notwendig, weiteres Druckfluid nachzufüllen. Auf diese Weise wird ein abgeschlossener, unabhängiger hydraulischer Nachsteller erreicht, der im Betrieb von keiner äußeren Druckquelle abhängt.

Wie bereits angegeben wurde, ist das elastische Ausgleichselement 49 im oberen Bereich der Nachfüllkammer 34 so angeordnet, daß das Innere 53 bzw. die Innenseite 54 des Ausgleichselementes normalerweise atmosphärischem Druck ausgesetzt ist und daß die Außenseite 55 des Ausgleichselementes normalerweise in Kontakt mit dem Druckfluid in der Nachfüllkammer 34 steht. Dies hat zur Folge, daß im Betrieb auftretende Änderungen des Fluidvolumens in der Nachfüllkammer 34 aufgrund der Elastizität des Ausgleichselementes 49 kompensiert werden. Wenn an der Dichtung 43 des Nachstellers Druckfluid austreten sollte, kann das Ausgleichselement: 49 aufgrund seiner Elastizität auch diese Fluidleckage ausgleichen; der auf die Dichtung 43 wirkende Druck wird gering bzw. niedrig gehalten, wodurch der Verschiebungswiderstand des Kolbenelementes 32 gering ist. Auch Änderungen des Fluidvolumens im Nachsteller 21 aufgrund von Temperaturänderungen werden durch die Elastizität des Ausgleichselementes 49 ausgeglichen.

Der beschriebene Nachsteller wird bei Ventilantrieben von Brennkraftmaschinen zum Ausgleichen bzw. Nachstellen von Ventilspiel eingesetzt. Der hydraulische Nachsteller ist in sich abgeschlossen und ist im Betrieb nicht von irgendeiner äußeren hydraulischen Druckfluidquelle abhängig. Der Nach-

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steller umfaßt ein Zylinderelement und ein darin verschiebbar sitzendes Kolbenelement, wobei das Zylinderelement und das Kolbenelement zwischen ihren Stirnseiten eine Druckkammer begrenzen. Im Kolbenelement ist eine Nachfüllkammer ausgebildet, in der ein elastisches, sackförmiges Ausgleichselement angeordnet ist, dessen Innenseite normalerweise atmosphärischem Druck ausgesetzt ist, wogegen seine Außenseite norma- !erweise in Berührung mit dem Druckfluid in der Nachfüllkammer steht.

Es versteht sich, daß zahlreiche Abwandlungen und Änderungen am vorstehend beschriebenen Ausführungsbexspiel vorgenommen werden können, ohne den Grundgedanken und den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

Patentansprüche

/ii Abgeschlossene, hydraulische Ventilspiel-Nachstellvorrichtung, gekennzeichnet durch ein Zylinderelement (31), das an seinem unteren Ende geschlossen ist, ein hohles Kolbenelement (32), das in Axialrichtung im Zylinderelement verschiebbar ist, wobei das Kolbenelement und das Zylinderelement zwischen ihren Stirnseiten eine Druckkammer (33) begrenzen und im Kolbenelement eine Nachfüllkammer (34) ausgebildet ist, Mittel (C, 40, 41), die ein überströmen von Druckfluid aus der Druckkammer in die Nachfüllkammer mit verhältnismäßig geringem Durchfluß ermöglichen, ein Rückschlagventil (36), das das Überströmen von Druckfluid lediglich aus der Nachfüllkammer in die Druckkammer mit verhältnismäßig großem Durchfluß durch einen Durchlaß (35) ermöglichen, der im Kolbenelement ausgebildet ist,
und ein elastisches Ausgleichselement (49, 56), das in der Nachfüllkammer angeordnet ist, wobei die Innenseite (53)
des Ausgleichselementes normalerweise atmosphärischem

Druck ausgesetzt ist und die Außenseite (55) des Ausgleichselementes normalerweise in Berührung mit dem Druckfluid in der Nachfüllkammer steht.
2. Ventilspiel-Nachstellvorrichtung nach Anspruch 1, g e kennzeichnet durch einen Stößelsitz (44) für

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einen Stößel (23), wobei der Stößelsitz das obere Ende des Kolbenelementes (32) abschließt und zur Übertragung der Schubkraft des Kolbenelementes dient.
3. Ventilspiel-Nachstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß im Stößelsitz (44) ein mittiges Loch (51) ausgebildet ist und daß die Innenseite

(53) des elastischen Ausgleichselementes (49, 56) normalerweise über das mittige Loch in Verbindung mit der umgebenden Atmosphäre steht.
4. Ventilspiel-Nachstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , da3 das elastische Ausgleichselement (49, 56) einen Dichtflansch (50, 57) umfaßt, der an der Innenseite des Kolbenelementes (32) befestigt ist.
5. Ventilspiel-Nachstellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß sich im Dichtflansch (57) des elastischen Ausgleichselementes (56) ein Metallring (58) befindet.
6. Ventilspiel-Nachstellvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß das elastische Ausgleichselement (49, 56) aus synthetischem Gummi besteht.
7. Ventilspiel-Nachstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Ausgleichselement (49, 56) im nicht eingebauten Zustand im wesentlichen die Form eines unten geschlossenen Schlauches hat.

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8. Ventilspiel-Nachstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Rückschlagventil (36) eine Kugel und eine die Kugel beaufschlagende Feder (37) umfaßt.
9. Ventilspiel-Nachstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Rückstellfeder (39) für das Kolbenelement (32), die das Kolbenelement aus dem Zylinderelement (31) herauszudrücken versucht.
10. Ventilspiel-Nachstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die genannten Mittel einen engen Zwischenraum (C) zwischen dem Kolbenelement (32) und dem Zylinderelement (31) umfassen.

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