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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Schmiersystem für große Dieselmotoren,
wobei das Zylinderschmieröl
auf die Zylinderoberfläche
durch eine Anzahl von Düsen
als Nebel von Öltröpfchen aufgebracht
wird. Ein System dieser Art ist z. B. aus WO 00/28194 bekannt.
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Die Ölzufuhr
zu einzelnen Düsen
geschieht mittels einer herkömmlich
zeitgesteuerten Schmiervorrichtung, von der kleine Kolbenpumpen
bemessene Anteile von Öl
zu jeweils ihrer Düse
durch ein Ventil aussenden.
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Eine
Schmiervorrichtung versorgt einen Motorzylinder oder eine Gruppe
von Motorzylindern und wird häufig
direkt durch den Dieselmotor und synchron mit diesem angetrieben,
da die erwähnten Ölanteile
mit Zeitsteuerung, d. h. zu bestimmten Zeitpunkten, auf die Zylinderoberfläche dosiert
werden sollen. Die Schmiervorrichtung ist gewöhnlich in einem gewissen Abstand
von jedem einzelnen Schmierpunkt angeordnet. In sehr langen Rohren
hat die Komprimierbarkeit des Öls
einen entscheidenden Einfluss auf die Genauigkeit der Dosierung.
Obwohl die Erfahrung mit dem System gezeigt hat, dass in Rohrlängen bis
zu 6–7
Metern scheinbar keine großen
Abweichungen in der Dosiergenauigkeit auftreten, sind so kurze Rohrlängen wie
möglich
zwischen der Einheit, die die Dosierungsmenge und die Zeitsteuerung
bestimmt, und dem Dosierungspunkt an der Zylinderwand immer von
Vorteil.
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Nicht
alle Dieselmotoren ermöglichen
einen direkten mechanischen Antrieb der Schmiervorrichtung synchron
mit der Anzahl von Umdrehungen. Ferner besteht ein zunehmender Bedarf
für eine
flexible und leichte Anpassung der dosierten Zylinderschmierölmenge für den aktuellen
unmittelbaren Bedarf des Motors in Abhängigkeit von verschiedenen messbaren
Motorparametern. Es ist auch wünschenswert,
die Zeitsteuerung gemäß der aktuellen Betriebssituation
in flexibler Weise kontinuierlich anzupassen. Alle diese Anpassungen
sollen vorzugsweise zentral gesteuert werden.
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Der
Antrieb der Schmiervorrichtungen synchron mit der Motordrehzahl
ist elektronisch möglich, ist
jedoch umfassend und kostspielig. Die Zeitsteuerung kann mit einem
solchen System unmittelbar geändert
werden.
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Da
das Zylinderschmieröl
mit einem Anteil pro Motorumdrehung dosiert werden soll, besteht
die einzige Möglichkeit
für die
Einstellung der Dosierung darin, den Hub der Pumpen zu ändern. Ein
System dafür
ist in der DK-Patentanmeldung 4999/85 beschrieben. Dieses System
verwendet einen Nockenmechanismus zum Einstellen des Pumpenhubs
in Abhängigkeit
von der Motorlast. Eine Änderung
in dieser Abhängigkeit
kann nur durch Austauschen der Nocken gegen neue Nocken mit einer
anderen Transformationsfunktion stattfinden.
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Es
wurde auch vorgeschlagen, den Pumpenhub mittels eines steuerbaren
Motors, z. B. eines Schrittmotors, einzustellen. Dies wurde für die Punktschmierung
verwendet, aber die letztere wird nur mit Schwierigkeit in Verbindung
mit herkömmlichen Schmiervorrichtungen
implementiert.
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In
Verbindung mit der herkömmlichen
Zylinderwandschmierung war es bis nun die Praxis, einfache federvorgespannte
Rückschlagventile
zu verwenden, die dem Innendruck im Zylinder standhalten können, jedoch
einem geringfügig
höheren
externen Einspritzdruck nachgeben. In Verbindung mit der Erfindung
ist es erwünscht
und erforderlich, dass das Ventilsystem nur bei einem viel höheren Öldruck öffnet, damit
die Öleinspritzung
ab dem Beginn den Charakter einer Zerstäubungseinspritzung annehmen
kann. Sie betrifft einen Druckdifferenzfaktor von bis zu mehreren
hundert Prozent.
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Es
ist der Zweck der vorliegenden Erfindung, ein System für die Sprühschmierung
von Zylindern in großen
Dieselmotoren zu schaffen, wobei es möglich ist, eine flexible zentrale
Steuerung des Pumpenhubs und dadurch der Menge an Öl zusätzlich zur
genauen Steuerung des Zeitablaufs zu erreichen.
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Dies
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einem Dosiersystem mit einem Zuführungsrohr und einem Rückführungsrohr
erreicht, die jeweils mit ihrem Ventil versehen und mit einer zentralen
Versorgungspumpe verbunden sind, und mit einer Anzahl von Einspritzeinheiten,
die der Anzahl von Zylindern im Motor entspricht, und die mit den
Rohren verbunden sind, wobei jede der Einheiten umfasst:
- – eine
Einspritzdüse,
um zerstäubtes
Zylinderschmieröl
in einen zugeordneten Zylinder einzuspritzen,
- – einen
Kolben, der am hinteren Ende einer Düsenstange angeordnet ist, und
- – einen
steuerbaren Elektromotor, der über
eine Schraube am Kolben anliegt, um dadurch den Pumpenhub des Kolbens
einzustellen, wobei das System auch umfasst
- – einen
zentralen Computer, um die Ventile und den Elektromotor zu steuern.
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Mit
diesem System kann der Hub leicht eingestellt werden, indem der
steuerbare Elektromotor eingestellt wird. Dies wird zentral durch
den Computer aus empfangenen Daten über die Betriebsparameter des
Motors durchgeführt.
Das Öffnen
und Schließen
der Ventile kann auch durch den Computer gesteuert werden. Mit dem
erfindungsgemäßen System
ist es folglich möglich,
dass die Betriebsparameter des Motors in eine Änderung der Zeitsteuerung und
der Menge des dosierten Zylinderschmieröls transformiert werden. Dieses Öl kann zur
gewünschten
Zeit im Betriebszyklus des Motors dosiert werden. Da ein Spray eingespritzt
wird, wird eine besonders wirksame Schmierung des Motors ermöglicht.
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In
einem Zylinder können
sich eine oder mehrere Einspritzeinheiten befinden. Gewöhnlich ist die
Anzahl von Einspritzeinheiten Vielfache der Anzahl von Zylindern.
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Gemäß einer
speziellen Ausführungsform der
Erfindung ist das System insofern eigentümlich, als die Düse eine
zylindrische Düsenstange
umfasst, die durch ein Loch in der Zylinderwand eingesetzt ist, wobei
die Düsenstange
einen mittigen Durchlass für einen
Nadelventilkörper
aufweist, der in Auswärtsrichtung
federbelastet ist, um einen inneren Ventilsitz in einem Düsenauslass
der Düsenstange
zu schließen,
und einen zweiten, axialen Durchlass aufweist, um mit Druck beaufschlagtes Öl einer
vorderen Druckkammer gesteuert zuzuführen, in der das mit Druck
beaufschlagte Öl
auf den Nadelventilkörper
einen Rückwärtsdruck
ausüben
kann, um den inneren Ventilsitz zu öffnen sowie eine Überdruckeinspritzung von Öl durch
die dadurch geöffnete
Düse auszuführen, bis
der Öldruck
sinkt, um das Nadelventil effektiv zu schließen, wobei der mittige Durchlass
durch einen ringförmigen
zylindrischen Raum zwischen einer äußeren röhrenförmigen zylindrischen Düsenstange und
einem mittig angeordneten Durchgangsrohr für die mittige Aufnahme des
Nadelventilkörpers
gebildet ist.
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Gemäß der Erfindung
wird eine durch ein Ventil gesteuerte Einspritzdüse zum Einspritzen von Zylinderschmieröl in Zylinder
von großen
Dieselmotoren verwendet. Hierdurch wird eine gewünschte Zerstäubung erreicht,
da mit einem weitaus größeren Einspritzdruck
gearbeitet werden soll, als wenn das Schmieröl nur durch Schmierlöcher in
den Zylindern einströmen
soll.
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Einige
Düsenventile,
die unter entsprechenden Bedingungen arbeiten sollen, sind bereits
bekannt, nämlich
verschiedene Einspritzeinheiten für Kraftstoff für Motorzylinder,
aber diese Vorrichtungen des Standes der Technik stehen nicht mit
der Einspritzung von Zylinderschmieröl in Beziehung und sie sind
für diesen
Zweck nicht unmittelbar geeignet, da sie unter anderen Montagebedingungen
angeordnet sind als diejenigen, die dem Einsetzen durch eine Zylinderwand
entsprechen.
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In
Verbindung mit der Erfindung wurde es jedoch als attraktiv festgestellt,
dass das neue Ventil auf bestimmten Grundmerkmalen durch diese Kraftstoffventile
des Standes der Technik basiert, nämlich hauptsächlich mit
Bezug auf ihr Aussehen als runde Stangen mit einem mittigen Durchlass
zum Aufnehmen eines Ventilkörpers
mit einer vorderen Ventilnadel zur Zusammenwirkung mit einem Ventilsitz
sehr nahe der äußeren Düsenöffnung und
mit einer Druckfeder, die dahinter angeordnet ist, um den Ventilkörper und
die Nadel gegen den Sitz vorzuschieben, und mit einer Flüssigkeitsrohrleitung
zum Leiten von mit Druck beaufschlagtem Fluid zu einem Druckraum
vor dem Ventilkörper,
so dass dieser und dadurch die Ventilnadel zurückgeschoben werden, wenn der
erforderliche Druck auf die Flüssigkeit
aufgebracht wird. Hierdurch wird die Düse nur dann geöffnet, wenn
der hohe Druck hergestellt wird, d. h. eine Zerstäubung der
Flüssigkeit
kann unmittelbar ab der Einleitung des Ventilöffnens und, bis der höhere Flüssigkeitsdruck
so weit oder so wenig verringert wird, dass der Druck die Wirkung
der erwähnten
Druckfeder nicht mehr überwinden
kann, geschehen, d. h. die Zerstäubung
stoppt dann abrupt, während
immer noch ein sehr großer
Druck auf der Flüssigkeit
besteht. Von dem Druckraum kommt ein wenig nach hinten auslaufende
Flüssigkeit,
die dann direkt durch den mittigen Durchlass ausgelassen werden
kann.
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Die
betreffenden Kraftstoffventile können
im Prinzip ohne jegliche Schwierigkeiten hergestellt und in die
Zylinderköpfe
des Motors mit der erforderlichen Dimensionierung der Ventilstangen
eingesetzt werden. Hier ist es eine entscheidende Bedingung, dass durch
diese Anordnung ein ausgedehnter Raum für diese Stangen mit der erforderlichen
Querschnittsgröße erscheint,
die zur Herstellung des mittigen Durchlasses und der Flüssigkeitszuführungsrohrleitung
parallel dazu erforderlich ist, welche in Kraftstoffventilen eine
beträchtliche
Dicke aufweisen.
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In
Verbindung mit Ventilen für
die Zylinderwandschmierung sind die Dimensionierungs- und Montagebedingungen
vollständig
anders. Es ist entscheidend, dass der Ventilstangendurchmesser minimiert
wird, da, insbesondere in existierenden Motorzylindern, kein Durchbruch
mit "Schmierlöchern", die größer sind
als anfänglich
vorausgesetzt, zugelassen ist, und diese Löcher in der Praxis beträchtlich
kleiner sind als die Löcher,
die in den Zylinderköpfen
zum Durchlassen der Kraftstoffventile vorgesehen sind.
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Vor
diesem Hintergrund ist es für
die Verwendung desselben Verfahrens für die Zylinderwandschmierung
vorteilhaft, dass die Flüssigkeitszuführungsrohrleitung
hier merklich schmäler
sein kann, infolge dessen, dass die erforderliche Flüssigkeitszuführung hier
einen unbedeutenden Bruchteil der Kraftstoffströmung bildet, so dass dies für einen
kleinen Durchmesser der Ventilstange vorteilhaft ist. In der Praxis
erscheint jedoch das Problem, dass es sehr schwierig ist, eine sehr
dünne Rohrleitung
durch einen relativ länglichen
Stangenkörper
auszubilden, insbesondere wenn diese Rohrleitung außerhalb
des mittigen Durchlasses im Stangenkörper liegen soll. Eine direkte
Anwendung des Standes der Technik bedeutet folglich entweder eine
unrealistische teure Herstellung eines schmalen Stangenkörpers oder eine
unannehmbare große
Dicke des Stangenkörpers.
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Durch
die Erfindung wurde erkannt, dass eine radikale Änderung an diesen Umständen vorgenommen
werden kann, indem die dezentralisierte Flüssigkeitszuführungsrohrleitung
als ringförmige Rohrleitung
um den mittigen Durchlass als eine bzw. mehrere axiale Nuten im
Bereich zwischen einem mittigen inneren Rohr und einem umgebenden
Stangenrohr angeordnet wird. Durch eine solche Unterteilung in zwei
Rohre kann ohne irgendeinen schwierigen Schneivorgang eine schmale
Rohrleitung geschaffen werden, die ein Minimum an Raum in der radialen
Richtung einnehmen kann, und in der Praxis hat sich gezeigt, dass
es möglich
ist, die Düsenventile
mit einer so kleinen Dicke trotzdem so anzupassen, dass sie für den hier
beschriebenen speziellen Zweck vollständig geeignet sind.
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Beschreibung der Zeichnung
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Die
Erfindung wird nun nachstehend mit Bezug auf die begleitende Zeichnung
erläutert,
in der:
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1 ein
System gemäß der Erfindung
mit drei Einspritzeinheiten zeigt,
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2 einen
teilweisen Schnitt im vergrößerten Maßstab auf
der Linie II-II in 1 von einer Einspritzeinheit
zeigt, und
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3 einen
teilweisen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform für ein Ventil
zur Verwendung in einer Dosiereinheit zeigt.
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Das
erfindungsgemäße System
in 1 ist als Anlage mit drei Einspritzeinheiten/-ventilen
gezeigt, aber die Anzahl ist nicht auf drei begrenzt. Die Einspritzeinheit
umfasst eine Dosiereinheit, die direkt an jedem einzelnen Ventil
angebracht ist.
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Die
Dosiereinheit, die in 2 deutlicher gezeigt ist, besteht
aus einem Kolben 1, der einen Differentialkolben aufweisen
kann, wie gezeigt. Der Kolben wird durch die Feder 1' links gehalten,
wenn das System drucklos ist. Wenn das Ventil 3 geöffnet wird, wird
der Raum 5 mit Drucköl
von einer Pumpe, die hier nicht gezeigt ist, über das Druckrohr 17 versorgt, wodurch
der Kolben nach rechts bewegt wird und das Öl, das durch das rechte Ende
des Kolbens verdrängt wird,
durch das Druckventil 7 über die Rohrleitungen 9, 24 und 28 zum
Raum 30 vor der Düsennadel 18 und
weiter durch die Düsenrohrleitung 12 der
Düse 11 geleitet
wird. Die Funktion des Ventils wird nachstehend genauer beschrieben.
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Das
Lecköl
aus dem Ventil wird durch die Rohrleitungen 13, 15 und 21 zum
Rückführungsrohr 23 geleitet.
Der Raum 25 um die Feder 1' steht in ständiger Verbindung mit dem Rückführungsrohr 23 durch
das Loch 19, so dass das veränderliche Ölvolumen in diesem Raum 25 die
Funktion nicht stört. Wenn
der Kolben 1 seine untere Position erreicht hat, wird das
Ventil 27 geöffnet
und das Ventil 3 wird geschlossen. Hierdurch wird der Raum 5 mit
dem Rückführungsrohr 29 verbunden,
die Feder 1' drückt den Kolben 1 in
seine äußerste linke
Position zurück
und der Raum 5 wird mit neuem Öl durch das Saugventil 31 im
Kolben 1 versorgt Das Saugventil soll nicht notwendigerweise
im Kolben 1 angeordnet sein, der Pumpenhub wird mit der
Schraube 33 eingestellt, die durch den steuerbaren Elektromotor 37 gedreht
wird.
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Das Öffnen und
Schließen
der Ventile 3 und 27 und die Steuerung des Elektromotors 37 können zentral
von einem Computer (nicht dargestellt) aus, der die Betriebsparameter
des Motors empfängt
und sie in Änderungen
der Zeitsteuerung bzw. des Pumpenhubs transformiert, stattfinden.
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Die
beschriebene Dosiereinheit soll nicht notwendigerweise an jeder
einzelnen Düseneinheit angebracht
werden, sondern kann z. B. zusammengefügt mit den Dosiereinheiten
für die
anderen Düseneinheiten
für einen
Zylinder so angebracht werden, dass die Hubeinstellung durch einen
einzigen Elektromotor 37 für alle Dosiereinheiten durchgeführt werden
kann. Die Dosiereinheit wird dann mit den Ventilen in der Zylinderwand
mittels Rohrverbindungen verbunden. Da die Dosiereinheiten im Vergleich zu
einer herkömmlichen
Schmiervorrichtung klein sind, können
die zusammengekoppelten Dosiereinheiten an einer beliebigen Stelle
nahe den Schmierpunkten angebracht werden, ohne sich die Begrenzungen
zuzuziehen, die mit der größeren herkömmlichen
Schmiervorrichtung verbunden sind. Hierdurch können die erforderlichen Rohrverbindungen
zwischen der Dosiereinheit und den Ventilen immer noch ziemlich
kurz gehalten werden.
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Die
in 3 gezeigte Einheit umfasst ein längliches,
dünnes, äußeres Rohr 2,
das zum Einsetzen in eine punktiert umrissene Querbohrung 4 in
einer Zylinderwand vorgesehen ist, die zwischen punktierten gekrümmten Linien 6a und 6b begrenzt
ist. An der Innenwand 6a des Zylinders ist dieses Rohr
mit einem eingesetzten Düsenstopfen 8 beendet,
dessen Mündung
in einem Düsenvorsprung 10 mit
einer äußeren geneigten
Düsenrohrleitung 12 liegt,
um Drucköl
zu zerstäuben,
das durch eine mittige Zugangsrohrleitung 14 zugeführt wird.
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In
dieser Rohrleitung 14 ist ein äußerer Endteil 16 einer
Ventilnadel 18 aufgenommen, wobei die Nadel 18 in
einem Blockteil 20 axial geführt wird, der am inneren Rohr 22 befestigt
ist, das sich durch das ganze äußere Rohr 2 in
einem bestimmten radialen Abstand von diesem erstreckt, so dass
eine zylindrische ringförmige
Rohrleitung 24 zwischen diesen Rohren begrenzt ist. Diese
ringförmige
Rohrleitung wird zum Leiten des Drucköls von einem Verbindungsgehäuse 26 direkt
außerhalb
der Außenwand 6b des
Motorzylinders zum Blockteil 20 verwendet, in dem geneigte
Rohrleitungen 28 gebildet sind, die das Drucköl nach unten
und weiter zur Verbindung mit einem Raum 30 vor einer Verdickung 32 an
der Ventilnadel 18 leiten können. Hierdurch kann zugeführtes Drucköl eine Rückwärtsdruckkraft
auf die Ventilnadel ausüben.
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An
der Rückseite
liegt die Ventilnadel 18 a einer Druckfeder 32 an,
die in das innere Rohr 22 eingebettet ist und am vorderen
Ende eines zylindrischen Gleiters 34 abgestützt ist,
der im inneren Rohr 22 der Länge nach gleitet, in dem er
mittels einer Schraube 36 an der Rückseite des Blockteils 26 hin und
her eingestellt werden kann, wobei die Schraube durch den Elektromotor 37 gedreht
werden kann. Der Gleiter 34 wird gegen eine Drehung mittels
einer Führung 35 festgehalten.
Die zylindrische Rohrleitung 24 im Blockteil 26 ist
mit einer radialen Rohrleitung 38 verbunden, die über einen
Filter 40 mit einer Rohverbindung 42 für Drucköl verbunden
ist. Die Innenseite des inneren Rohrs 22 ist über eine
Verbindung 44 mit einer zweiten Rohrverbindung 46 verbunden,
nämlich
zum Abführen
von Lecköl,
das von dem Bereich des Düsenendes
durch das innere Rohr, in dem keine speziellen Dichtungen vorkommen,
zurück
durchdringen kann.
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Die
Feder 32 wird unter einer geeigneten Vorbelastung gehalten,
die dem gewünschten Öffnungsdruck
für die
Ventilnadel entspricht, und wenn der Öldruck an der Verbindung 42 auf
diesen Pegel aufgebaut wird, wird die Ventilnadel über den Öldruck an
der Nadelverdickung 32 ein bisschen nach hinten gedrückt, so
dass die Ventilnadelspitze ihren Sitzkontakt am Ende einer schmalen
Rohrleitung nach außen
zur Düsenrohrleitung 12 verlässt und
dadurch direkt ab dem Beginn der Öffnung eine Hochdruckzerstäubung des
mit 48 bezeichneten Ölausstoßes aus der
Düse induziert.
Diese Situation wird aufrechterhalten, bis eine Druckverringerung
des zugeführten Öls eingeleitet
wird, wodurch die Zerstäubung
der Düse
abrupt beendet wird.
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Es
scheint, dass der ganze Rohrteil mit einem relativ kleinen Durchmesser
erscheinen kann, dass die Zuführungs-
und Auslassrohrleitungen für Drucköl bzw. Zuleitungsöl keinen
speziellen Schneidvorgang erfordern, außer für die externen geneigten Rohrleitungen 28,
dass die Feder 32 sehr gut im inneren Rohr 22 angeordnet
sein kann und dass der Blockteil 20 unter anderem aufgrund
der Tatsache, dass er die Feder 32 nicht enthalten soll,
mit kleiner Größe vorkommen
kann.
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In 3 ist
die Düse
mit einer radialen Orientierung durch die Zylinderwand 6a, 6b gezeigt.
Alternativ kann die Düse
unter einem Neigungswinkel relativ zu einem Radius orientiert sein.
Dies hängt von
den Platzbedingungen, der Materialdicke usw. ab.
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Es
ist zu erwähnen,
dass die Zuführung
von Drucköl
alternativ über
eine oder mehrere Längsnuten
entweder im äußeren Rohr 2 oder
im inneren Rohr 22 hergestellt werden kann, was dieselbe
Erleichterung der Herstellung impliziert, wie vorher erörtert.