WO2014190980A1 - Zentralventil mit einem elektromagneten zur ansteuerung des zentralventils - Google Patents

Zentralventil mit einem elektromagneten zur ansteuerung des zentralventils Download PDF

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electromagnet
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axis
sliding
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Jens Hoppe
Markus Kinscher
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Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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    • F01L2001/34426—Oil control valves
    • F01L2001/34433—Location oil control valves

Definitions

  • the present invention relates to a central valve which is fixed in an axial bore of a camshaft.
  • An electric solenoid assigned to the camshaft serves to control the central valve.
  • a push pin is coupled to the solenoid and movable along an axis such that a control piston of the center valve is slidable over the movable push pin in a central valve housing along the axis.
  • camshafts are used to actuate the so-called gas exchange valves.
  • the cams of the camshafts are usually on cam followers. If a camshaft is rotated, the cams roll on the cam followers, which in turn actuate the gas exchange valves.
  • the angular displacement of the camshaft with respect to a crankshaft to achieve optimized timing for various speed and load conditions is referred to as camshaft timing.
  • a constructive variant of a Nockwellenverstellers works, for example, according to the known swing motor principle.
  • the camshaft adjuster is fixedly mounted on the camshaft.
  • a central valve with a control piston controls the exchange of oil between the camshaft adjuster and the oil circuit of the internal combustion engine.
  • the access openings or the outputs of the central valve are formed in a central valve housing.
  • the control piston is considered a cylindrical one Body formed with a cavity.
  • the control piston is coupled via a pressure pin to an electromagnet, wherein the electromagnet is adapted to move the control piston axially in the central valve housing.
  • the components such as the central valve and the solenoid are fixed, d. H. axially non-displaceable, connected to a chain case (cover) and the camshaft, so that no variable and axial tolerance compensation is possible. It should also be noted that an axial start-up of the central valve on the pole core for functional and wear-technical conditions is not permitted. In addition, due to the large axial component tolerances in the motor, an electromagnet with a very large stroke is required in order to ensure the full valve opening and thus the performance of the adjustment system over all axial limit positions.
  • An object of the present invention is therefore to modify a central valve with an electromagnet for controlling the central valve such that ensures an axial tolerance compensation between the central valve and solenoid and thus enables a small stroke of the solenoid and this is operable in the optimum operating range.
  • the central valve according to the invention is mounted in an axial bore of a camshaft.
  • An associated with the camshaft solenoid serves to control the central valve.
  • a pressure pin is coupled to the electromagnet and movable along an axis such that a control piston of the central valve via the movable pressure pin in a central valve housing along the axis is displaceable.
  • a prestressed elastic element is arranged in the axial bore of the camshaft, which presses the central valve against the electromagnet. The prestressed elastic element in the camshaft thus ensures that the central valve is reliably pressed against the electromagnet independently of the tolerances during installation in the space provided for this purpose.
  • the prestressed elastic element thus ensures the space-related axial tolerance compensation between the central valve and the electromagnet.
  • a solenoid with a small stroke can now enable the full valve opening and the performance of the adjustment system or can be operated in the optimum operating range (force and hysteresis).
  • the prestressed elastic element is a compression spring.
  • a first embodiment of the invention provides that a sliding and / or wearing element is attached to the central valve, so that a converging gap is formed between the central valve and the electromagnet.
  • a further embodiment may provide that the sliding and / or wearing element is attached to a pole core of the electromagnet, so that likewise a converging gap is formed between the central valve and the electromagnet.
  • This converging gap between the central valve and electromagnet is there for the fact that upon actuation of the pressure pin between the control piston of the central valve, a hydrodynamic lubricating film can be constructed, which allows a friction and low-wear (-festen) operation. If the rotating central valve without an axial sliding and / or wear element abut the electromagnet, it would be primarily to malfunction. These malfunctions would then lead to abrasive wear and failure of the complete system.
  • the sliding and / or wearing element is a disk. Another embodiment may provide that the sliding and / or wearing element is a coating.
  • a further embodiment of the invention provides that the central valve housing on an inner wall of the axial bore of the camshaft has at least two radial and extending in the direction of the axis recesses, regardless of the position of the central valve in the direction of the axis of the camshaft over at least two radial Holes in a wall of the camshaft are in fluid communication with a phaser.
  • the radial recesses allow drainage of the tank oil with sufficient cross-section, so that no back pressure arises.
  • the at least two recesses extending in the direction of the axis are designed as elongated holes or grooves.
  • FIG. 1 shows an axial longitudinal section of the central valve according to the invention with an electromagnet for controlling the central valve.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the area shown in FIG. 1 with a circle K;
  • Fig. 3 is a perspective view of a first embodiment of a
  • Sliding and / or wearing element on the central valve shows a further perspective illustration of the sliding and / or wearing element on the central valve according to FIG. 3;
  • FIG. 5 is a perspective view of radial recesses and bores in the central valve according to the invention to allow an oil supply of a camshaft adjuster;
  • Fig. 6 is a perspective view of another embodiment of a
  • FIG. 7 shows a schematic side view of the sliding and / or wear element on the pole core of the electromagnet according to FIG. 6.
  • Fig. 1 shows an axial longitudinal section of the central valve 2 according to the invention with an electromagnet 8 for controlling the central valve 2.
  • the central valve 2 is fixed in an axial bore 3 of a camshaft 6.
  • a pressure pin 10 is coupled to the electromagnet 8 and movable along an axis A, that a control piston 1 of the central valve 2 via the movable pressure pin 10 in a central valve housing 12 along the axis A is displaceable.
  • a prestressed elastic element 14 is arranged in the axial bore 3 of the camshaft 6.
  • the prestressed elastic element is a compression spring 14, wherein Other embodiments may provide other biased elastic elements.
  • the compression spring 14 presses the central valve 2 against the E lektromagneten 8, so that the central valve 2 is securely pressed in any tolerance position of the installation space to the electromagnet 8.
  • the compression spring 14 accomplished the space-related axial tolerance compensation between the central valve 2 and the electromagnet 8. Only by an electromagnet 8 with a smaller stroke over the previously known and used from the prior art electromagnet with a larger stroke the full valve opening and the performance of Enable adjustment.
  • the invention provides in various embodiments, a sliding and / or wear element 16, so that a as shown in Fig. 2, converging gap 20 is formed between the central valve 2 and the electromagnet 8. This convergent gap 20 between the central valve 2 and solenoid 8 is there for the fact that between the central valve 2 and the pressure pin 10, a hydrodynamic lubricant film builds up, which allows a friction and low-wear operation.
  • FIG 3 shows a perspective view of a first embodiment of a sliding and / or wearing element 16 on the central valve 2.
  • the sliding and / or wearing element 2 is thus attached to the central valve 2, so that the convergent gap 20 illustrated in FIG between the central valve 2 and the electromagnet 8 is formed.
  • Fig. 4 shows a further perspective view of the sliding and / or wearing element 16 on the central valve 2 according to Fig. 3, wherein 6 recesses 24 are provided here on the camshaft.
  • the invention also includes holes 7, so that an oil supply of a camshaft adjuster 4 is made possible.
  • the invention provides that the central valve housing 12 (see Fig. 1) on an inner wall 5 (see also Fig. 1) of the axial bore 3 (see also Fig.

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Abstract

Es ist ein Zentralventil (2), das in einer axialen Bohrung (3) einer Nockenwelle (6) befestigt ist, offenbart. Ein der Nockenwelle (6) zugeordneter Elektromagnet (8) dient zur Ansteuerung des Zentralventils (2), wobei ein Druckstift (10) mit dem Elektromagneten (8) gekoppelt und derart entlang einer Achse (A) bewegbar ist, dass ein Steuerkolben (1) des Zentralventils (2) über den bewegbaren Druckstift (10) in einem Zentralventilgehäuse (12) entlang der Achse (A) verschiebbar ist. Erfindungsgemäß ist ein vorgespanntes elastisches Element (14) in der axialen Bohrung (3) der Nockenwelle (6) angeordnet, das das Zentralventil (2) gegen den Elektromagneten (8) drückt.

Description

Zentralventil mit einem Elektromagneten zur An- Steuerung des Zentralventils
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zentralventil, das in einer axialen Bohrung einer Nockenwelle befestigt ist. Ein der Nockenwelle zugeordneter Elekt- romagnet dient zur Ansteuerung des Zentralventils. Ein Druckstift ist mit dem Elektromagneten gekoppelt und derart entlang einer Achse bewegbar, dass ein Steuerkolben des Zentralventils über den bewegbaren Druckstift in einem Zentralventilgehäuse entlang der Achse verschiebbar ist.
Hintergrund der Erfindung In Brennkraftmaschinen werden zur Betätigung der so genannten Gaswechselventile Nockenwellen eingesetzt. Die Nocken der Nockenwellen liegen für gewöhnlich an Nockenfolgern an. Wird eine Nockenwelle in Drehung versetzt, so wälzen die Nocken auf den Nockenfolgern ab, die wiederum die Gaswechselventile betätigen. Die Winkelverschiebung der Nockenwelle in Bezug auf eine Kurbelwelle, zur Erzielung optimierter Steuerzeiten für verschiedene Drehzahl- und Lastzustände, wird als Nockenwellenverstellung bezeichnet. Eine konstruktive Variante eines Nockwellenverstellers arbeitet beispielsweise nach dem bekannten Schwenkmotorprinzip.
Der Nockwellenversteller ist dabei fest an der Nockenwelle montiert. Ein Zent- ralventil mit einem Steuerkolben steuert dabei den Austausch von Öl zwischen dem Nockenwellenversteller und dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine. Die Zugangsöffnungen bzw. die Ausgänge des Zentralventils sind in einem Zentralventilgehäuse ausgebildet. In einem Innenraum des Zentralventilgehäuses ist auch der Steuerkolben geführt. Der Steuerkolben ist als ein zylindrischer Körper mit einem Hohlraum ausgebildet. Der Steuerkolben ist über einen Druckstift mit einem Elektromagneten gekoppelt, wobei der Elektromagnet dafür eingerichtet ist, den Steuerkolben axial in dem Zentralventilgehäuse zu bewegen. Dies ist beispielsweise in den deutschen Offenlegungsschriften DE 10 201 1 080 421 A1 , DE 10 2010 050 813 A1 und DE 10 2006 027 349 A1 offenbart.
Bei den bekannten Zentralventilanwendungen sind die Bauteile, wie das Zentralventil und der Elektromagnet fest, d. h. axial nicht verschiebbar, mit einem Kettenkasten (Cover) und der Nockenwelle verbunden, so dass kein variabler und axialer Toleranzausgleich möglich ist. Anzumerken ist auch, dass ein axiales Anlaufen des Zentralventils am Polkern aus funktionalen und verschleißtechnischen Gegebenheiten nicht zulässig ist. Zudem wird durch die großen axialen Bauteiltoleranzen im Motor ein Elektromagnet mit sehr großem Hub benötigt, um über alle axialen Grenzlagen die volle Ventilöffnung und somit die Performance des Verstellsystems zu gewährleisten.
Eine Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist daher, ein Zentralventil mit einem Elektromagneten zur Ansteuerung des Zentralventils derart zu modifizieren, das ein axialer Toleranzausgleich zwischen Zentralventil und Elektromagnet gewährleistet und somit ein kleiner Hub des Elektromagneten ermöglicht und dieser im optimalen Betriebsbereich betreibbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Zentralventil mit einem Elektromagneten zur AnSteuerung des Zentralventils gelöst, das die Merkmale im Anspruch 1 umfasst.
Das erfindungsgemäße Zentralventil ist in einer axialen Bohrung einer Nockenwelle befestigt. Ein mit der Nockenwelle zugeordneter Elektromagnet dient zur Ansteuerung des Zentralventils. Dabei ist ein Druckstift mit dem Elektromagneten gekoppelt und derart entlang einer Achse bewegbar, dass ein Steuerkolben des Zentralventils über den bewegbaren Druckstift in einem Zentralventilgehäuse entlang der Achse verschiebbar ist. Erfindungsgemäß ist ein vorgespanntes elastisches Element in der axialen Bohrung der Nockenwelle angeordnet, das das Zentralventil gegen den Elektromagneten drückt. Durch das vorgespannte elastische Element in der Nockenwelle ist somit sichergestellt, dass das Zentralventil unabhängig von den Toleranzen beim Einbau in den dafür vorgesehenen Bauraum sicher an den Elektromagneten gedrückt wird. Das vorgespannte elastische Element stellt somit den bauraumbedingten axialen Toleranzausgleich zwischen Zentralventil und dem Elektromagneten sicher. Somit kann nun auch ein Elektromagnet mit einem kleinen Hub die volle Ventilöffnung und die Performance des Verstell- Systems ermöglichen bzw. im optimalen Betriebsbereich (Kraft und Hysterese) betrieben werden.
Insbesondere ist das vorgespannte elastische Element eine Druckfeder.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein Gleit- und/oder Verschleißelement am Zentralventil angebracht ist, so dass ein konvergieren- der Spalt zwischen dem Zentralventil und dem Elektromagnet ausgebildet ist.
Eine weitere Ausführungsform kann vorsehen, dass das Gleit- und/oder Verschleißelement an einem Polkern des Elektromagneten angebracht ist, so dass ebenfalls ein konvergierender Spalt zwischen dem Zentralventil und dem Elektromagnet ausgebildet ist. Dieser konvergierende Spalt zwischen dem Zentralventil und Elektromagnet ist dafür da, dass bei der Betätigung des Druckstifts zwischen dem Steuerkolben des Zentralventils ein hydrodynamischer Schmierfilm aufgebaut werden kann, der einen reibungs- sowie verschleißarmen (-festen) Betrieb ermöglicht. Würde das drehende Zentralventil ohne ein axiales Gleit- und/oder Verschleißelement am Elektromagneten anliegen, so käme es in erster Linie zu Fehlfunktionen. Diese Fehlfunktionen würden dann zu einem abrasiven Verschleiß und zum Ausfall des kompletten Systems führen. Für das Gleit- und/oder Verschleißelement am Zentralventil oder am Polkern des Elektromagneten sieht eine weitere Ausführungsform vor, dass das Gleit- und/oder Verschleißelement eine Scheibe ist. Eine andere Ausführungsform kann vorsehen, dass das Gleit- und/oder Verschleißelement eine Beschichtung ist.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Zentralventilgehäuse an einer inneren Wand der axialen Bohrung der Nockenwelle mindestens zwei radiale und sich in Richtung der Achse erstreckende Aussparungen aufweist, die unabhängig von der Position des Zentralventils in Richtung der Achse der Nockenwelle über mindestens zwei radiale Bohrungen in einer Wand der Nockenwelle in fluider Verbindung mit einem Nockenwellenversteller sind. Damit ist die Ölversorgung des Nockenwellenverstellers immer gewährleistet. Zudem ermöglichen die radialen Aussparungen einen Abfluss des Tanköls mit ausreichendem Querschnitt, so dass kein Staudruck entsteht. Insbesondere sind die mindestens zwei sich in Richtung der Achse erstreckenden Aussparungen als Langlöcher oder Nuten ausgebildet.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 einen axialen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Zentralventils mit einem Elektromagneten zur Ansteuerung des Zentralventils;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 1 , mit einem Kreis K, ge- kennzeichneten Bereichs;
Fig. 3 eine Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform auf ein
Gleit- und/oder Verschleißelement am Zentralventil; Fig. 4 eine weitere perspektivische Darstellung des Gleit- und/oder Ver- schleißelements am Zentralventil nach Fig. 3;
Fig. 5 eine Perspektivansicht von radialen Aussparungen und Bohrungen bei dem erfindungsgemäßen Zentralventil, um eine Ölversorgung eines Nockenwellenverstellers zu ermöglichen;
Fig. 6 eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform auf ein
Gleit- und/oder Verschleißelement an einem Polkern des Elektromagneten; und
Fig. 7 eine schematische Seitenansicht des Gleit- und/oder Verschleiß- elements am Polkern des Elektromagneten nach Fig. 6.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen ledig- lieh Beispiele dar, wie das erfindungsgemäßen Zentralventil mit einem Elektromagneten zur Ansteuerung des Zentralventils ausgestaltet sein kann und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.
Fig. 1 zeigt einen axialen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Zentralventils 2 mit einem Elektromagneten 8 zur Ansteuerung des Zentralventils 2. Das Zentralventil 2 ist in einer axialen Bohrung 3 einer Nockenwelle 6 befestigt. Ferner ist ein Druckstift 10 mit dem Elektromagneten 8 gekoppelt und derart entlang einer Achse A bewegbar, dass ein Steuerkolben 1 des Zentralventils 2 über den bewegbaren Druckstift 10 in einem Zentralventilgehäuse 12 entlang der Achse A verschiebbar ist. Erfindungsgemäß ist ein vorgespanntes elastisches Element 14 in der axialen Bohrung 3 der Nockenwelle 6 angeordnet. In der hier dargestellten Ausführungsform ist das vorgespannte elastische Element eine Druckfeder 14, wobei andere Ausführungsformen auch andere vorgespannte elastische Elemente vorsehen können. Die Druckfeder 14 drückt das Zentralventil 2 gegen den E- lektromagneten 8, so dass das Zentralventil 2 in jeder Toleranzlage des Bauraumes sicher an den Elektromagneten 8 gedrückt wird. Somit bewerkstelligt die Druckfeder 14 den bauraumbedingten axialen Toleranzausgleich zwischen Zentralventil 2 und dem Elektromagneten 8. Nur dadurch kann ein Elektromagnet 8 mit einem kleineren Hub gegenüber den bisher aus dem Stand der Technik bekannten und verwendeten Elektromagneten mit einem größeren Hub die volle Ventilöffnung und die Performance des Verstellsystems ermöglichen. Ferner sieht die Erfindung in verschiedensten Ausführungsformen ein Gleit- und/oder Verschleißelement 16 vor, so dass ein wie in Fig. 2 dargestellter konvergierender Spalt 20 zwischen dem Zentralventil 2 und dem Elektromagnet 8 ausgebildet ist. Dieser konvergierende Spalt 20 zwischen Zentralventil 2 und Elektromagnet 8 ist dafür da, dass sich zwischen dem Zentralventil 2 und dem Druckstift 10 ein hydrodynamischer Schmierfilm aufbaut, der einen reibungs- sowie verschleißarmen Betrieb ermöglicht.
Fig. 3 zeigt dabei eine Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform auf ein Gleit- und/oder Verschleißelement 16 am Zentralventil 2. Das Gleit- und/oder Verschleißelement 2 ist somit am Zentralventil 2 angebracht, so dass der in Fi- gur 2 dargestellte konvergierende Spalt 20 zwischen dem Zentralventil 2 und dem Elektromagnet 8 ausgebildet ist.
Fig. 4 zeigt eine weitere perspektivische Darstellung des Gleit- und/oder Verschleißelements 16 am Zentralventil 2 nach Fig. 3, wobei hier an der Nockenwelle 6 Aussparungen 24 vorgesehen sind. Neben den Aussparungen 24, wie in Fig. 5 dargestellt, umfasst die Erfindung auch Bohrungen 7, so dass eine Ölversorgung eines Nockenwellenverstellers 4 ermöglicht ist. Somit sieht die Erfindung vor, dass das Zentralventilgehäuse 12 (siehe hierzu Fig. 1 ) an einer inneren Wand 5 (siehe ebenfalls Fig. 1 ) der axialen Bohrung 3 (siehe ebenfalls Fig. 1 ) der Nockenwelle 6 die mindestens zwei radialen und sich in Richtung der Achse A erstreckenden Aussparungen 24 aufweist, die unabhängig von der Position des Zentralventils 2 in Richtung der Achse A der Nockenwelle 6 über mindestens zwei radiale Bohrungen 7 in einer Wand 9 der Nockenwelle 6 in fluider Verbindung mit dem Nockenwellenversteller 4 sind. Fig. 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsform des Gleit- und/oder Verschleißelements 16. Im Gegensatz zu den Figuren 3 und 4 ist das Gleit- und/oder Verschleißelement 16 hier an einem Polkern 18 des Elektromagneten 8 ausgebildet, wobei dadurch aber auch der in Fig. 2 dargestellte konvergierende Spalt 20 erzielt wird. Weitere hier dargestellte Bezugszeichen sind be- reits zu den vorherigen Figuren beschrieben, so dass auf eine erneute Beschreibung verzichtet wird.
Bezugszeichenliste
1 Steuerkolben
2 Zentralventil
3 axiale Bohrung
4 Nockenwellenversteller
5 innere Wand
6 Nockenwelle
7 radiale Bohrung
8 Elektromagnet
9 Wand
10 Druckstift
12 Zentralventilgehäuse
14 vorgespanntes elastisches Element, Druckfeder
16 Gleit- und/oder Verschleißelement
18 Pol kern
20 Spalt
24 radiale Aussparung
A Achse

Claims

Patentansprüche
1 . Zentralventil (2), das in einer axialen Bohrung (3) einer Nockenwelle (6) befestigt ist, mit einem der Nockenwelle (6) zugeordneten Elektromagneten (8) zur Ansteuerung des Zentralventils (2), wobei ein Druckstift (10) mit dem Elektromagneten (8) gekoppelt und derart entlang einer Achse (A) bewegbar ist, dass ein Steuerkolben (1 ) des Zentralventils (2) über den bewegbaren Druckstift (10) in einem Zentralventilgehäuse (12) entlang der Achse (A) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorgespanntes elastisches Element (14) in der axialen Bohrung (3) der Nockenwelle (6) angeordnet ist, das das Zentralventil (2) gegen den
Elektromagneten (8) drückt.
2. Zentralventil (2) nach Anspruch 1 , wobei das elastische Element eine Druckfeder (14) ist.
3. Zentralventil (2) nach Anspruch 1 , wobei ein Gleit- und/oder Verschleiß- element (16) am Zentralventil (2) oder an einem Polkern (18) des Elektromagneten (8) angebracht ist, so dass ein konvergierender Spalt (20) zwischen dem Zentralventil (2) und dem Elektromagnet (8) ausgebildet ist.
4. Zentralventil (2) nach Anspruch 3, wobei das Gleit- und/oder Verschleiß- element eine Scheibe (16) ist.
5. Zentralventil (2) nach Anspruch 3, wobei das Gleit- und/oder Verschleißelement eine Beschichtung (16) ist. Zentralventil (2) nach Anspruch 1 , wobei das Zentralventilgehäuse (12) an einer inneren Wand (5) der axialen Bohrung (3) der Nockenwelle (6) mindestens zwei radiale und sich in Richtung der Achse (A) erstreckende Aussparungen (24) aufweist, die unabhängig von der Position des Zentralventils (2) in Richtung der Achse (A) der Nockenwelle (6) über mindestens zwei radiale Bohrungen (7) in einer Wand (9) der Nockenwelle
(6) in fluider Verbindung mit einem Nockenwellenversteller (4) sind.
7. Zentralventil (2) nach Anspruch 6, wobei die mindestens zwei sich in Richtung der Achse (A) erstreckenden Aussparungen als Langlöcher oder Nuten (24) ausgebildet sind.
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