DE9403422U1

DE9403422U1 - Schaltbarer Ventiltriebstößel

Info

Publication number: DE9403422U1
Application number: DE9403422U
Authority: DE
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1994-03-01
Filing date: 1994-03-01
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2004-03-02

Description

INA Wälzlager Schaeffler KG, 91072 Herzogenaurach

ANR 17 17 332

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Schaltbarer Ventiltriebstößel

Die Erfindung betrifft einen Stößel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem kreisringförmigen und einem kreisförmigen Bodenabschnitt, die konzentrisch zueinander angeordnet und jeweils von Nocken unterschiedlichen Hubes beaufschlagbar sind, wobei ein zentraler Nocken kleinen Hubes zur Beaufschlagung des kreisförmigen und zumindest ein neben diesem angeordneter Nocken größeren Hubes zur Beaufschlagung des kreisringförmigen Bodenabschnittes dienen, wobei der Stößel über ein mit dem kreisringförmigen Bodenabschnitt verbundenes hohlzylindrisches Hemd in einer Bohrung eines Zylinderkopfes geführt ist, während der kreisförmige Bodenabschnitt an seiner den Nocken abgewandten Stirnfläche eine Führungshülse mit einem darin angeordneten Spielausgleichselement aufnimmt, wobei innerhalb des Hemdes und konzentrisch zu diesem eine über Hydraulikmittel verschiebliche Hülse mit einem Konus angeordnet ist, welcher auf Kugeln als radial verlagerbare Koppelmittel einwirkt, durchweiche im Koppelfall beide Einheiten verbunden sind.

Ein derartiger Ventiltriebstößel ist aus der DE-A 42 13 856 vorbekannt. Dieser weist ebenfalls einen kreisringförmigen und einen kreisförmigen Bodenabschnitt auf. Beide Bodenabschnitte sind durch Nocken unterschiedlichen Hubes beaufschlagbar. Zum Zwecke der Kopplung des kreisförmigen mit dem kreisringförmigen Bodenabschnitt ist über ein aufwendig gestaltetes Hydrauliksystem ein Sperrkolben verschiebbar ausgebildet, welcher auf ein Sperrelement mit Konus in Axialrichtung einwirkt. Über den Konus werden Rastkugeln radial nach außen ausgelenkt. Durch diese Auslenkung ist eine überwiegend formschlüssige Verbindung der beiden Einheiten hergestellt. Von Nachteil bei dem aus der als gattungsbildend angesehenen Druckschrift vorbekannten Stößel

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ist es, daß er einen relativ kompliziert aufgebauten Verstell- und Koppelmechanismus aufweist. Zugleich erweist sich eine Fertigung und Montage des aus der älteren Druckschrift vorbekannten Stößels als relativ aufwendig, da dieser aus einer Vielzahl von Einzelteilen besteht, welche teilweise nur spanabhebend gefertigt werden können. Zudem ist eine separate Versorgung des hydraulischen Spielausgleichselementes und der Koppelmittel vorgesehen. Diese Versorgung bedingt eine aufwendig gestaltete Versorgungsgalerie im jeweiligen Zylinderkopf. Auch kann der Fachmann sich keine Anregungen darüber holen, die beiden ineinander gesteckten Stößeleinheiten hinsichtlich ihrer Relativbewegung zueinander zu begrenzen bzw. welche Maßnahmen zu treffen sind, ein Auseinanderfallen bei einem Transport zu verhindern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stößel der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind, der fertigungstechnisch einfach herzustellen ist und bei dem eine Kopplung seiner beiden relativ beweglichen Einheiten zueinander mit einfachen Mitteln realisiert ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß sich von einem Innenrand einer den Nocken abgewandten Stirnfläche des kreisringförmigen Bodenabschnittes ein hohlzylindrischer, koaxial zum Hemd verlaufender Ansatz erstreckt, in dessen Bohrung die Führungshülse direkt angeordnet ist, daß eine Außenmantelfläche des Ansatzes von der direkt als Ringkolben ausgebildeten Hülse umschlossen ist, wobei eine innere Mantelfläche der Hülse den sich in Richtung eines Randes erweiternden Konus aufweist, daß die Kugeln in umfangsverteilten Ausnehmungen des Ansatzes angeordnet sind, die im Falle des Koppeins beider Einheiten während der Grundkreisphase der Nocken radial nach innen in komplementäre Ausnehmungen einer Außenmantelfläche der Führungshülse eingreifen und daß eine Ansteuerung des Hydraulikelementes und der Hülse mit Hydraulikmittel über eine gemeinsame Versorgung hergestellt ist. Durch eine derartige Ausgestaltung ist ein einfach und sicher wirkender Koppelmechanismus geschaffen, wobei zugleich die Zahl der erforderlichen Teile gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik verringert ist. Anstatt der hier aufgeführten Kugeln als Koppelelemente können auch weitere zum Koppeln

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geeignete Elemente herangezogen werden, etwa derartige wie Stifte, Ringe und ähnliche. Fertigungstechnisch einfach ist es, die Ausnehmungen für die Kugeln radial durch das Tassenhemd zu bohren. Auch sind andere Aussparungsformen für die Koppelelemente wie rechteck- oder dreieckförmige und andere vorgesehen. Durch den hier vorgestellten erfindungsgemäßen Koppelmechanismus ist entweder ein vollständiges Abschalten des betreffenden GaswechselventiIs bzw. ein Umschalten auf eine geringe Öffnung realisierbar. Dieses Schalten auf einen niedrigen Ventilhub bzw. auf Null-Hub erweist sich insbesondere für den Leerlauf- bzw. Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine als sinnvoll, da dann am zweiten und alleinig geöffneten Einlaßventil durch den geringeren Einströmquerschnitt eine Drallerhöhung auftritt. Diese Drallerhöhung und die damit verbundene bessere Verwirbelung des angesaugten Kraftstoff-Luftgemisches sorgt für einen besseren Verbrennungs-Wirkungsgrad. Zudem wird die Ventiltriebsreibung im hier geschilderten Betriebszustand der Brennkraftmaschine herabgesetzt.

Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 9 und werden an dieser Stelle mit ihren Vorteilen näher beschrieben.

Vorteilhaft ist es, den Druckraum für Hydraulikmittel "oberhalb" der Hülse anzuordnen. Die Hülse wirkt somit zum Zwecke des Koppeins der beiden Einheiten in nockenferne Richtung. Denkbar ist es jedoch auch, dieses hier beschriebene kinematische Prinzip umzukehren und den Druckraum "unterhalb" der Hülse anzuordnen. Eine Kopplung wäre in diesem Falle über ein Verschieben der Hülse in Nockenrichtung realisiert.

In Ausgestaltung der Erfindung geht es aus den Ansprüchen 3 und 4 hervor, daß es vorgesehen ist, an der Innenmantelfläche des Hemdes ein dünnwandiges Innenteil öldicht zu befestigen. Durch dieses Innenteil ist mit einfachen Mitteln eine Ölzufuhr zum Druckraum und somit zu der Hülse realisiert. Als geeignete Befestigungsmöglichkeit dieses Innenteils ist eine Schweiß-, Schnapp- oder Klebeverbindung vorgesehen. Jedoch sind auch andere Befestigungsarten denkbar, auf diese soll an dieser Stelle jedoch nicht näher eingegangen werden.

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Das Innenteil aus einem Blech- oder Kunststoffteil herzustellen, ist ein weiterer Beitrag zur Massereduzierung des gesamten Stößels. Auch läßt es sich einfach in einem Tiefziehverfahren fertigen und somit kann auf aufwendige Ölzulaufnuten im Hemd und Bodenteil des Stößels verzichtet werden.

Zur Verhinderung größerer Leckverluste ist es in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, die Mantelflächen des Ringkolbens mit Dichtringen zu versehen. Diese Dichtringe können jedoch auch gleichwirkend im Führungsabschnitt bzw. -ansatz appliziert werden.

In Konkretisierung der Erfindung geht es aus einem weiteren Unteranspruch hervor, den nockenfernen Bereich der Führungshülse mit einem kreisringförmigen Federteller zu versehen, auf dessen Innenseite sich zumindest zwei Druckfedern abstützen. Die mit der Hülse kommunizierende Druckfeder sorgt bei nachlassendem Öldruck für eine Bewegung der Hülse in Entkoppelrichtung. Denkbar ist es jedoch auch, dieses Prinzip umzukehren und eine Kopplung über Federkraft mit einer Entkoppelung über Hydraulikmittel zu realisieren. Die zweite Druckfeder sorgt bei Entkoppelung der beiden Einheiten für eine ständige Anlage des kreisringförmigen Bodenabschnittes an dem ihm zugeordneten Steuernocken.

In Anspruch 8 ist eine einfache Variante einer gemeinsamen Ölzufuhr zum Druckraum und zum Spielausgleichselement beschrieben. Der Öldruck muß demnach auch bei entkoppeltem Zustand der beiden Einheiten derart bemessen sein, daß ein ausreichender Spielausgleich durch das Spielausgleichselement realisiert ist. Zur Begrenzung des Öldruckes kann in der Versorgungsleitung des Zylinderkopfes ein nicht näher beschriebenes Drosselventil angeordnet sein, welches bei Überschreiten einer bestimmten Drehzahl/Last öffnet.

Schließlich beschreibt in Ausgestaltung der Erfindung der Anspruch 9 eine einfache Wegbegrenzung/Verliersicherung der beiden Einheiten durch einen Anschlagring. Anstatt des Anschlagringes können auch weitere, nicht näher beschriebene, Elemente vorgesehen sein, welche den Ringspalt zwischen den beiden Einheiten übergreifen.

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Die Erfindung ist nicht nur auf die Merkmale ihrer Ansprüche beschränkt. Denkbar und vorgesehen sind auch Kombinationsmöglichkeiten einzelner Anspruchsmerkmale und Kombinationsmöglichkeiten einzelner Anspruchsmerkmale mit dem in den Vorteilsangaben und zum Ausgestaltungsbeispiel Offenbarten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

So zeigt die einzige Figur einen Stößel 1. Dieser Stößel 1 weist einen kreisringförmigen Bodenabschnitt 2 auf, in dem ein kreisförmiger Bodenabschnitt 3 verläuft. Beide Bodenabschnitte 2, 3 sind durch Nocken unterschiedlichen Hubes beaufschlagbar. Der äußere, kreisringförmige Bodenabschnitt 2 ist dabei durch zwei Nocken (nicht dargestellt) großen Hubes beaufschlagt. Der kreisförmige Bodenabschnitt 3 wiederum wird über einen Nocken kleinen Hubes beaufschlagt. Denkbar ist jedoch auch eine Null-Hubvariante des kreisförmigen Bodenabschnittes 3. Mit dem kreisringförmigen Bodenabschnitt 2 ist ein hohlzylindrisches Hemd 4 verbunden. Mit diesem Hemd 4 ist der Stößel 1 in einer Bohrung eines nicht dargestellten Zylinderkopfes axial beweglich geführt. Von einer den Nocken abgewandten Stirnfläche 5 des kreisförmigen Bodenabschnittes 3 erstreckt sich in nockenferne Richtung eine hohlzylindrische Führungshülse 6. Innerhalb der Führungshülse 6 verläuft ein nicht näher beschriebenes hydraulisch wirkendes Spielausgleichselement 7. Von einem Innenrand 8 einer den Nocken abgewandten Stirnfläche 9 des kreisringförmigen Bodenabschnittes 2 erstreckt sich ein hohlzylindrischer, koaxial zum Hemd 4 verlaufender Ansatz 10. Eine Außenmantelfläche 11 der Führungshülse 6 ist in ihrem oberen Bereich von einer Bohrung 12 des Ansatzes 10 umschlossen. Eine Außenmantelfläche 13 des Ansatzes 10 ist wiederum von einer als Ringkolben ausgebildeten Hülse 14 umschlossen. Diese Hülse 14 weist an ihrer inneren Mantelfläche 15 einen sich in nockenferne Richtung öffnenden Konus 16 auf. Dieser Konus 16 wirkt mit umfangsverteilt in Ausnehmungen 17 des Ansatzes 10 angeordneten Kugeln 18 als Koppelelemente zusammen. Wird nun die Hülse 14 über Hydraulikmittel in nockenferne Richtung verschoben, wirkt der Konus 16 auf die Kugeln 18 und verschiebt diese radial nach innen. Hierzu sind in der Außenmantelfläche 11 der Füh-

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rungshiilse 6 den Kugeln 18 gegenüberliegende und komplementäre Ausnehmungen 19 appliziert. Über diese Kugeln 18 wird im Koppelfall der beiden Einheiten 2, 3, auf den an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden soll, da dies der Fachwelt hinreichend bekannt ist, eine formschlüssige Verbindung der beiden obengenannten Einheiten 2, 3 hergestellt.

An einer Innenmantelflache 20 des Hemdes 4 ist ein hier als Blechteil ausgebildetes, dünnwandiges Innenteil 21 öldicht befestigt. Dieses verläuft axial bis an die Stirnfläche 9 des kreisringförmigen Bodenabschnittes 2 und ist anschließend an der Stirnfläche 9 anliegend, radial nach innen umgebogen. Daraufhin ist es wiederum in nockenferne Richtung abgewinkelt und bildet somit einen konzentrischen Führungsabschnitt 22 für eine Außenmantelfläche 23 der Hülse 14. Zur Zuleitung von Hydraulikmittel zur Hülse 14 ist zwischen der Innenmantelfläche 20 des Hemdes 4, der Stirnfläche 9 des kreisringförmigen Bodenabschnittes 2 und dem Innenteil 21 wenigstens ein Kanal 24 gebildet. Dieser Kanal 24 wird über eine das Hemd 4 schneidende Zulaufbohrung 25 mit Hydraulikmittel versorgt. "Oberhalb" der Hülse 14 ist nun ein Druckraum 26 gebildet, welcher den Ansatz 10 ringförmig umschließt. In diesen Druckraum 26 mündet der oben beschriebene Kanal 24. Da bei der hier vorgestellten Variante eine gemeinsame Versorgung des Spielausgleichselementes 7 und der Hülse 14 mit Hydraulikmittel vorgesehen ist, ist der Ansatz 10 des kreisringförmigen Bodenabschnittes 2 im Bereich des Druckraumes 26 von wenigstens einer Radialbohrung 27 durchstoßen. Die Radialbohrung 27 ist wiederum mit einer Längsnut 28 verbunden, welche in der Bohrung 12 des Ansatzes 10 verläuft. In nockenferne Richtung gesehen, mündet in diese Längsnut 28 eine Querbohrung 29 durch den kreisförmigen Bodenabschnitt 3. Diese wiederum führt zu einem zentrischen Vorratsraum 30 für Hydraulikmittel des Spielausgleichselementes 7.

Ein nockenferner Bereich 31 der Führungshülse 6 ist von einem kreisringförmigen und dünnwandigen Federteller 32 umschlossen. Auf einer Innenseite 33 des Federtellers 32 stützen sich zwei Druckfedern 34, 35 ab. Die innere Druckfeder 34 wirkt anderenends auf einen Rand 36 der

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Hülse 14. Die äußere Druckfeder 35 stützt sich auf einem abgewinkelten Rand 37 des Innenteiles 21 ab.

Um eine relative Wegbegrenzung der beiden Einheiten 2, 3 zueinander im Grundkreis des Stößels 1 vorzusehen bzw. eine Verliersicherung dieser Einheiten zu realisieren, verläuft im kreisförmigen Bodenabschnitt 3, nahe einem Ringspalt 38 in einer Ringnut 39 ein Anschlagring 40.

Dieser Anschlagring 40 überragt radial nach außen den Ringspalt 38 und greift im Begrenzungsfalle in eine ihm radial gegenüberliegende, komplementäre Ringnut 41 des kreisringförmigen Bodenabschnittes 2.

Zur Vermeidung von Ölverlusten ist in der inneren Mantelfläche 15 und der Außenmantelfläche 23 der Hülse 14 je eine Ringnut 42 vorgesehen. In dieser Ringnut 42 verläuft je ein Dichtring 43, der wiederum mit der Außenmantelfläche 13 des Ansatzes 10 und einer Innenmantelfläche 44 des Führungsabschnittes 22 zusammenwirkt.

Auf eine weitere Erläuterung des Aufbaus und insbesondere der Wirkungsweise des hier vorgestellten, schaltbaren Stößels 1 wird an dieser Stelle verzichtet, weil dies der Fachwelt allgemein bekannt ist.

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Bezugszeichen	1 Stößel	23 Außenmantelfläche	27 Radialbohrung
2 kreisringförmiger	24 Kanal	28 Längsnut
Bodenabschnitt	25 Zulaufbohrung	29 Querbohrung
3 kreisförmiger Bodenabschnitt _{26 Druckraum}	30 zentrischer Vorratsraum
4 Hemd	31 Bereich
5 Stirnfläche	32 Federteller
6 Führungshülse	33 Innenseite
7 Spielausgleichselement	34 Druckfeder
8 Innenrand	35 Druckfeder
9 Stirnfläche	36 Rand
10 Ansatz	37 Rand
11 Außenmantelfläche	38 Ringspalt
12 Bohrung	39 Ringnut
13 Außenmantelfläche	40 Anschlagring
14 Hülse	41 Ringnut
15 innere Mantelfläche	42 Ringnut
16 Konus	43 Dichtring
17 Ausnehmungen	44 Innenmantelfläche
18 Kugeln
19 Ausnehmungen
20 Innenmantelfläche
21 Innenteil
22 Führungsabschnitt

Claims

INA Wälzlager Schaeffler"KG1 910*72 Vierzogenaurach ANR 17 17 332 2570-11-DE Ansprüche

1. Stößel (1) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem kreisringförmigen und einem kreisförmigen Bodenabschnitt (2, 3), die konzentrisch zueinander angeordnet und jeweils von Nocken unterschiedlichen Hubes beaufschlagbar sind, wobei ein zentraler Nocken kleinen Hubes zur Beaufschlagung des kreisförmigen und zumindest ein neben diesem angeordneter Nocken größeren Hubes zur Beaufschlagung des kreisringförmigen Bodenabschnittes (3, 2) dienen, wobei der Stößel (1) über ein mit dem kreisringförmigen Bodenabschnitt (2) verbundenes hohlzylindrisches Hemd (4) in einer Bohrung eines Zylinderkopfes geführt ist, während der kreisförmige Bodenabschnitt (3) an seiner den Nocken abgewandten Stirnfläche (5) eine Führungshülse (6) mit einem darin angeordneten Spielausgleichselement (7) aufnimmt, wobei innerhalb des Hemdes (4) und konzentrisch zu diesem eine über Hydraulikmittel verschiebliche Hülse (14) mit einem Konus (16) angeordnet ist, welcher auf Kugeln (18) als radial verlagerbare Koppelmittel einwirkt, durch welche im Koppelfall beide Einheiten (2, 3) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich von einem Innenrand (8) einer den Nocken abgewandten Stirnfläche (9) des kreisringförmigen Bodenabschnittes (2) ein hohlzylindrischer, koaxial zum Hemd (4) verlaufender Ansatz (10) erstreckt, in dessen Bohrung (12) die Führungshülse (6) direkt angeordnet ist, daß eine Außenmantelfläche (13) des Ansatzes

(10) von der direkt als Ringkolben ausgebildeten Hülse (14) umschlossen ist, wobei eine innere Mantelfläche (15) der Hülse (14) den sich in Richtung eines Randes (36) erweiternden Konus (16) aufweist, daß die Kugeln (18) in umfangsverteilten Ausnehmungen (17) des Ansatzes (10) angeordnet sind, die im Falle des Koppeins beider Einheiten (2,

3) während der Grundkreisphase der Nocken radial nach innen in komplementäre Ausnehmungen (19) einer Außenmantelfläche (11) der Führungshülse (6) eingreifen und daß eine Ansteuerung des Spielaus-

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gleichselementes (7) und der Hülse (14) mit Hydraulikmittel über eine gemeinsame Versorgung hergestellt ist.

2. Stößel nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (10) im Bereich der den Nocken abgewandten Stirnfläche (9) des kreisringförmigen Bodenabschnittes (2) von einem Druckraum (26) für Hydraulikmittel umschlossen ist, der unmittelbar oberhalb des Ringkolbens (14) angeordnet ist.

3. Stößel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Innenmantelfläche (20) des Hemdes (4) ein dünnwandiges Innenteil (21) öldicht befestigt ist, dessen nockenseitiger Rand (37) an der den Nocken abgewandten Stirnfläche (9) des kreisringförmigen Bodenabschnittes (2) radial nach innen abgewinkelt ist, dort zumindest abschnittsweise anliegt, anschließend axial in nockenferne Richtung umgebogen, zur Bildung eines konzentrischen Führungsabschnittes (22) für eine Außenmantelfläche (23) des Ringkolbens (14) verläuft.

4. Stößel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil (21) mit der Innenmantelflache (20) des Hemdes (4) und der Stirnfläche (9) des kreisringförmigen Bodenabschm'ttes (2) zumindest einen Kanal (24) für Hydraulikmittel bildet, der eine Zulaufbohrung (25) des Hemdes (4) schneidet und zum Druckraum (26) führt.

5. Stößel nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil (21) als Blech- oder Kunststoffteil hergestellt ist.

6. Stößel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der inneren Mantelfläche (15) und der Außenmantelfläche (23) des Ringkolbens (14) zumindest eine Ringnut (42) mit je einem Dichtring (43) vorgesehen ist, wobei der Dichtring (43) an der Außenmantelfläche (13) des Ansatzes (10) und einer Innenmantelfläche (44) des Führungsabschnittes (22) anliegt.

7. Stößel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein nockenferner Bereich (31) der Führungshülse (6) von einem kreisringförmigen Federteller (32) umschlossen ist, auf dessen Innenseite (33) sich

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zumindest zwei Druckfedern (34, 35) abstützen, die sich anderenends jeweils auf dem Rand (36) der Hülse (14) und dem abgewinkelten Rand (37) des Innenteils (21) abstützen.

8. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (10) des kreisringförmigen Bodenabschnittes (2) von wenigstens einer Radialbohrung (27) durchstoßen ist, welche mit dem Druckraum (26) kommuniziert, wobei in der Bohrung (12) des Ansatzes (10) und/oder in der Außenmantelfläche (11) der Führungshülse (6) wenigstens eine Längsnut

(28) vorgesehen ist, welche einenends mit der Radialbohrung (27) verbunden ist, wobei diese anderenends in eine weitere Querbohrung (29) durch den kreisförmigen Bodenabschnitt (3) mündet, welche sich wiederum in einen zentrischen Vorratsraum (30) für Hydraulikmittel des Spielausgleichselementes (7) erstreckt.

9. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich eines der Bodenabschnitte (2 oder 3) eine Ringnut (39) vorgesehen ist, in der ein Anschlagring (40) verläuft, daß die Ringnut (39) nahe eines Ringspaltes (38) zwischen beiden Einheiten (2, 3) angeordnet ist und daß der Anschlagring (40) im Begrenzungsfall den Ringspalt (38) übergreifend in eine komplementäre Ringnut (41) des jeweils anderen Bodenabschnittes (2 oder 3) im Grundkreis der Nocken eingreift.