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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Ventileinrichtung beinhaltend:
- a) Einen Versorgungsanschluss zum Einsteuern eines
Versorgungsdrucks,
- b) wenigstens einen Verbraucheranschluss zum Zuführen und
Abführen
von Druckluft zu und von einem Verbraucher,
- c) wenigstens einen Entlüftungsanschluss
zur Abfuhr von Druckluft vom Verbraucher in die Atmosphäre,
- d) ein Doppelsitzventil mit einem ersten Sitzventil, welches
einen ersten Strömungsquerschnitt
zwischen dem Versorgungsanschluss und dem wenigstens einen Verbraucheranschluss
steuert sowie mit einem zweiten Sitzventil, welches einen zweiten
Strömungsquerschnitt
zwischen dem wenigstens einen Verbraucheranschluss und dem Entlüftanschluss
steuert, gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1.
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Um
den Bauraum und das Gewicht von Magnetventilen klein zu halten,
werden Magnetventile in der Regel sehr kompakt gebaut. Dies hat
allerdings zur Folge, dass nur relativ kleine Ventilquerschnitte zu
realisieren sind, was sich dann nachteilig auswirkt, wenn beispielsweise
ein Bremszylinder mittels des Magnetventils in möglichst kurzer Zeit entlüftet werden
soll, um im Rahmen der ABS-Funktionen
eine hohe Regeldynamik zu gewährleisten.
Dieses Problem legt nahe, zur Steuerung großer Entlüftungsvolumina den Magnetventilen
nachgeschaltete Relaisventile heranzuziehen, welche durch kleine,
von den Magnetventilen ausgesteuerte Steuerdruckvolumina angesteuert
werden.
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Solche
Anordnungen sind beispielsweise in Druckregelmoduln von elektronischen
Bremssystemen in Nutzfahrzeugen verwirklicht, bei denen ein Einlass ventil
und ein Auslassventil als getaktet geschaltete 2/2-Wegemagnetventile
einen Steuerdruck für
ein Relaisventil aussteuern, das aus einem Vorratsdruck abhängig vom
Steuerdruck dann den Bremsdruck für nachgeschaltete Bremszylinder
erzeugt.
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Ein
solches Relaisventil hat einen Relaiskolben, der abhängig von
einem an einem zusätzlichen Steuereingang
anstehenden Steuerdruck das Doppelsitzventil betätigt und einen vom am Versorgungsanschluss
anstehenden Versorgungsdruck abgeleiteten Bremsdruck in den Verbraucheranschluss
aussteuert. Aufgrund der Vielzahl von Bauteilen ist der Aufbau eines
solchen Relaisventils allerdings relativ komplex.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventileinrichtung
der eingangs erwähnten
Art derart weiter zu entwickeln, dass auf möglichst einfache und kostengünstige Weise
eine schnelle Entlüftung
eines Verbrauchers gewährleistet ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Vorteile der Erfindung
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Die
Erfindung sieht vor, dass das erste Sitzventil und das zweite Sitzventil
einen gemeinsamen elastischen Ventilkörper aufweisen, welcher durch
direkte Einwirkung der am Versorgungsanschluss, am Entlüftungsanschluss
sowie am Verbraucheranschluss anstehenden Drücke derartig verformbar ist, dass
er den ersten Strömungsquerschnitt
und den zweiten Strömungsquerschnitt
steuert. Dadurch werden mehrere vorteilhafte Eigenschaften in einem
einzigen Bauteil verwirklicht, nämlich
zum einen die Realisierung der Steuerbewegungen des Ventilkörpers durch
seine elastische Ausbildung, wozu keine weiteren Bauelemente oder
Führungen
erforderlich sind, und zum andern die Betätigung des Ventilkörpers durch
direkte Druckeinwirkung ohne zusätzlichen
Betätigungskolben
oder zwischengeschaltete oder druckübertragende Elemente. Insgesamt
ergibt sich daher mit nur einem bewegten Bauteil ein äußert einfacher
Aufbau der Ventileinrichtung sowie eine hohe Dynamik, weshalb die
Ventileinrichtung bevorzugt zum schnellen Druckabbau oder Entlüften von
Verbrauchern eingesetzt wird. In diesem Fall wird der zweite Strömungsquerschnitt, über welchen
der Verbraucher entlüftet,
entsprechend groß gewählt. Der elastische
Ventilkörper
ist vorzugsweise einstückig ausgebildet
und aus einem Elastomer hergestellt.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den
unabhängigen Ansprüchen angegebenen
Erfindung möglich.
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Besonders
bevorzugt ist der elastische Ventilkörper durch den am Versorgungsschluss
anstehenden Versorgungsdruck in einer das erste Sitzventil öffnenden
Richtung und in einer das zweite Sitzventil schließenden Richtung,
durch den am Entlüftungsanschluss
anstehenden Atmosphärendruck
in einer das zweite Sitzventil öffnenden
Richtung und von dem am Verbraucheranschluss anstehenden Druck in
einer das erste Sitzventil schließenden Richtung belastet.
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Dies
kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass zum Belüften des
Verbrauchers mit Versorgungsdruck der elastische Ventilkörper gegen
einen Ventilsitz des zweiten Sitzventils gedrängt und von einem Ventilsitz
des ersten Sitzventils abgehoben und zum Entlüften des Verbrauchers der elastische
Ventilkörper
vom Ventilsitz des zweiten Sitzventils abgehoben und gegen den Ventilsitz
des ersten Sitzventils gedrängt
ist.
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Besonders
bevorzugt wird der elastische Ventilkörper durch eine becherförmige Manschette gebildet,
welche auf einen Rohrstutzen aufgesetzt ist, welcher mit dem Versorgungsanschluss
in Strömungsverbindung
steht, wobei ein Bodenteil der Manschette sich über die Rohröffnung mit
Axialabstand erstreckt und eine Mantelwand der Manschette den Rohrstutzen
wenigstens teilweise überlappt.
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Der
Ventilsitz des ersten Sitzventils kann dann an einem endseitigen
Rand der Mantelwand der becherförmigen
Manschette ausgebildet sein und mit der radial äußeren Umfangsfläche des
Rohrstutzens zusammenwirken oder der Ventilsitz des ersten Sitzventils
an der radial äußeren Umfangsfläche des Rohrstutzens
ausgebildet sein und mit dem Rand der Mantelwand der becherförmigen Manschette
zusammenwirken.
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Gemäß einer
Weiterbildung dieser Ausführungsform
kann zumindest ein Teil der radial äußeren Umfangsfläche der
Mantelwand der Manschette eine Wirkfläche für den am Verbraucheranschluss
anstehenden Druck und zumindest ein Teil der radial inneren Umfangsfläche der
Mantelwand eine Wirkfläche für den Versorgungsdruck
bilden. Der Ventilsitz des zweiten Sitzventils kann an einem Bohrungsabsatz einer
den Rohrstutzen koaxial aufnehmenden Stufenbohrung ausgebildet sein,
welche mit dem Entlüftungsanschluss
in Verbindung steht. Eine äußerst kompakte
Bauform ergibt sich für
diesen Fall dann, wenn der wenigstens eine Verbraucheranschluss quer
zum Rohrstutzen angeordnet ist.
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Genaueres
geht aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.
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Zeichnungen
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Nachstehend
ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine Querschnittsdarstellung
einer Ventileinrichtung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die
in der Figur in bevorzugter Ausführungsform
gezeigte Ventileinrichtung 1 ist beispielsweise einer Einlassventil-Auslassventilkombination
eines Druckregelmoduls eines elektronischen Bremssystems (EBS) eines
Nutzfahrzeugs und zwei Bremszylindern einer Achse zwischengeordnet.
Dazu ist die Ventileinrichtung 1 über einen Versorgungsanschluss 2 an
eine hier nicht gezeigte pneumatische Leitung angeschlossen, in
welche ein Eingang des Einlassventils und ein Ausgang des Auslassventils
mündet. Weiterhin
umfasst die Ventileinrichtung 1 vorzugsweise zwei Verbraucheranschlüsse 4 zum
Be- und Entlüften
der radbezogenen Bremszylinder der Achse. Aufgabe der Ventileinrichtung 1 ist
folglich einerseits, einen am Versorgungsanschluss 2 anstehenden,
von der Einlassventil-Auslassventilkombination erzeugten Versorgungsdruck über die
Verbraucheranschlüsse 4 und
nicht gezeigte pneumatische Leitungen in die Bremszylinder einzusteuern,
wenn diese belüftet
werden sollen, und andererseits zum Entlüften dieser Bremszylinder Druckluft über die
Verbraucheranschlüsse 4 und
einen Entlüftungsanschluss 6 in
die Atmosphäre
strömen
zu lassen.
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Hierzu
weist die Ventileinrichtung 1 ein Doppelsitzventil auf,
mit einem ersten Sitzventil 8, welches einen ersten Strömungsquerschnitt
zwischen dem Versorgungsanschluss 2 und den beiden Verbraucheranschlüssen 4 steuert,
sowie mit einem zweiten Sitzventil 10, welches einen zweiten
Strömungsquerschnitt
zwischen den Verbraucheranschlüssen 4 und
dem Entlüftungsanschluss 6 steuert. Hierzu
weisen das erste Sitzventil 8 und das zweite Sitzventil 10 einen
gemeinsamen elastischen Ventilkörper 12 auf,
welcher durch direkte Einwirkung der am Versorgungsanschluss 4,
am Entlüftungsanschluss 6 sowie
an den Verbraucheranschlüssen 4 anstehenden
Drücke
derartig verformbar ist, dass er den ersten Strömungsquerschnitt und den zweiten Strömungsquerschnitt
steuert.
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Der
elastische Ventilkörper 12 ist
vorzugsweise einstückig
ausgebildet und aus einem Elastomer hergestellt. Er wird vorzugsweise
durch eine becherförmige
Manschette 12 gebildet, die auf ein Ende 14 eines
Rohrstutzens 16 aufgesetzt ist, dessen anderes Ende 18 den
Versorgungsanschluss 2 bildet, wobei ein Bodenteil 20 der
Manschette sich über
das eine Ende 14 des Rohrstutzens 16 mit Axialabstand erstreckt
und eine Mantelwand 22 der Manschette 12 dieses
Ende 14 des Rohrstutzens 16 wenigstens teilweise überlappt.
Der Rohrstutzen 16 ist über
eine etwa mittige radial äußere Schulter 24 mit
einer in einer Ringnut 26 aufgenommenen Dichtung 28 in
einer Stufenbohrung 30 eines Ge häuses 32 der Ventileinrichtung 1 aufgenommen
und mit einem Sicherungsring 34 dort gehalten.
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Von
dem Rohrstutzen 16 bildet das andere, über das Gehäuse 32 hinausragende
Ende 18 den Versorgungsanschluss 2 der Ventileinrichtung 1, während auf
das eine, in die Stufenbohrung 30 hineinragende Ende 14 die
becherförmige
Manschette 12 aufgesetzt ist. Hierbei wird zwischen einer
radial äußeren Umfangsfläche des
einen Endes 14 des Rohrstutzens 16 und einer radial
inneren Umfangsfläche
der Stufenbohrung 30 eine äußere Ringkammer 36 ausgebildet.
In dieser äußeren Ringkammer 36 befindet
sich die Mantelwand 22 der Manschette 12. Weiterhin
münden
in die äußere Ringkammer 36 zwei
Querbohrungen 38, an welchen endseitig die beiden Verbraucheranschlüsse 4 ausgebildet
sind. Weiterhin ist der Entlüftungsanschluss 6 koaxial
zum Versorgungsanschluss 2, indem er an dem vom Versorgungsanschluss 2 abgewandten
Ende der Stufenbohrung 30 ausgebildet ist.
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Ein
Ventilsitz 40 des ersten Sitzventils 8 ist an
einem endseitigen Rand der ansonsten glattzylindrischen Mantelwand 22 der
becherförmigen
Manschette 12 als nach radial innen ragende Dichtlippe ausgebildet
und wirkt mit der radial äußeren Umfangsfläche des
einen Endes 14 des Rohrstutzens 16 zusammen.
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Die
Dichtlippe 40 dichtet im in der Figur gezeigten geschlossenen
Zustand des ersten Sitzventils 8 gegen die radial äußere Umfangsfläche des
einen Endes 14 des Rohrstutzens 16. Hierdurch
wird in einem Überlappungsbereich
zwischen der radial äußeren Umfangsfläche des
einen Endes 14 des Rohrstutzens 16 und der radial
inneren Umfangsfläche der
Mantelwand 22 der becherförmigen Manschette 12 eine
schmale innere Ringkammer 42 ausgebildet, welche über den
Innenraum 44 des Rohrstutzens 16 mit dem Versorgungsanschluss 2 in
Verbindung steht.
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Die
beiden Querbohrungen 38, an welchen endseitig die Verbraucheranschlüsse 4 ausgebildet sind,
münden
senkrecht in die den Rohrstutzen 16 aufnehmende Stufenbohrung 30 im
Bereich der Mantelwand 22 der becherförmigen Manschette 12.
Folglich steht in der äußeren Ringkammer 36 der
gerade an den Verbraucheranschlüssen 4 herrschende Druck
an. Dann bildet die radial äußere Umfangsfläche der
Mantelwand 22 der Manschette 12 für den an den
Verbraucheranschlüssen 4 anstehenden
Verbraucherdruck und die radial innere Umfangsfläche der Mantelwand 22 für den in
der inneren Ringkammer 42 anstehenden Versorgungsdruck
jeweils eine Wirkfläche.
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Das
vom Rand des einen Endes 14 des Rohrstutzens 16 axial
beabstandete Bodenteil 20 der becherförmigen Manschette 12 wirkt
mit einem Ventilsitz 48 des zweiten Sitzventils 10 zusammen.
Dieser Ventilsitz 48 ist am Rand eines Bohrungsabsatzes 50 der
den Rohrstutzen 16 aufnehmenden Stufenbohrung 30 als
axial prominente Schulter ausgebildet. Alternativ kann der Ventilsitz 48 des
zweiten Sitzventil 10 auch am Bodenteil 20 der
becherförmigen
Manschette 12 ausgebildet sein und mit dem dann glatten
Rand des Bohrungsabsatzes 50 der Stufenbohrung 30 zusammenwirken.
Das Bodenteil 20 ist daher einerseits an der zum Entlüftungsanschluss 6 weisenden
Seite mit dem Atmosphärendruck
und auf seiner zum Versorgungsanschluss 2 weisenden Seite
mit dem Versorgungsdruck belastet, wobei die versorgungsanschlussseitige
Wirkfläche beispielsweise
größer ist
als die entlüftungsanschlussseitige
Wirkfläche.
Im in der Figur gezeigten geschlossenen Zustand des zweiten Sitzventils 10 dichtet
der Bodenteil 20 der becherförmigen Manschette 12 gegen
den Ventilsitz 48 des zweiten Sitzventils 10.
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Insgesamt
ist der elastische Ventilkörper 12 durch
den am Versorgungsanschluss 2 anstehenden Versorgungsdruck
in einer das erste Sitzventil 8 öffnenden Richtung und in einer
das zweite Sitzventil 10 schließenden Richtung, durch den
am Entlüftungsanschluss 6 anstehenden
Atmosphärendruck
in einer das zweite Sitzventil 10 öffnenden Richtung und von dem
an den Verbraucheranschlüssen 4 anstehenden Druck
in einer das erste Sitzventil 8 schließenden Richtung belastet.
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Vor
diesem Hintergrund ist die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 1 wie folgt:
Zum
Belüften
der Bremszylinder über
die Verbraucheranschlüsse 4 sei
der am Versorgungsanschluss 2 anstehende Versorgungsdruck
größer als
der Verbraucherdruck an den Verbraucheranschlüssen 4 und auch größer als
der Atmosphärendruck.
Da die radial innere Umfangsfläche
und die radial äußere Umfangsfläche der
Mantelwand 22 der becherförmigen Manschette 12,
welche jeweils die Wirkflächen für den Versorgungsdruck
und den Verbraucherdruck bilden, gleich groß sind, wirkt auf die Mantelwand 22 eine
nach radial außen
gerichtete Gesamtdruckkraft, wodurch die endseitige Dichtlippe 40 von
der radial äußeren Umfangsfläche des
Rohrstutzens 16 unter elastischer Verformung abhebt und
unter Öffnung des
ersten Sitzventils 8 den ersten Strömungsquerschnitt und eine Strömungsverbindung
zwischen dem Versorgungsanschluss 2 und den Verbraucheranschlüssen 4 herstellt.
Dann kann Druckluft vom Versorgungsanschluss 2 über den
Innenraum 44 des Rohrstutzens 16, die innere Ringkammer 42,
die äußere Ringkammer 36 und
die Verbraucheranschlüsse 4 in
die Bremszylinder einströmen.
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Beim
Belüften
der Bremszylinder wirkt der am Versorgungsanschluss 2 anstehende
Versorgungsdruck weiterhin auf den Bodenteil 20 der becherförmigen Manschette 12,
der andererseits mit einer kleineren Wirkfläche durch den Atmosphärendruck
am Entlüftungsanschluss 6 belastet
ist. Insgesamt wirkt auf den Bodenteil 20 eine Gesamtdruckkraft,
durch welche er gegen die ringförmige
Schulter 48 dichtend gedrückt wird, so dass das zweite
Sitzventil 10 geschlossen gehalten wird und keine Druckluft
von den Verbraucheranschlüssen 4 zum
Entlüftungsanschluss 6 strömen kann.
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Nach
erfolgtem Druckausgleich, d.h., nach Belüften der Bremszylinder bis
zu einem Sollbremsdruck, so dass am Versorgungsanschluss 2 und
an den Verbraucheranschlüssen 4 jeweils
der gleiche Druck ansteht, schließt das erste Sitzventil 8 durch elastische
Rückstellung
der Mantelwand 22, was in einem dichten Anlegen der Dichtlippe 40 an
die radial äußere Umfangsfläche des
Rohrstutzens 16 resultiert. Dann befindet sich die Ventileinrichtung 1 wieder
in ihrer in der Figur gezeigten Abschlussstellung, in welcher die
becherförmige Manschette 12 unverformt
und das erste Sitzventil 8 und das zweite Sitzventil 10 geschlossen
sind.
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Zum
Entlüften
der Bremszylinder wird der Versorgungsdruck am Versorgungsanschluss 2 durch
die vorgeordnete Einlassventil-Auslassventilkombination reduziert.
Ab einem bestimmten, durch die geometrischen Verhältnisse
am Bodenteil 20 der Manschette 12 definierten
Druckniveau ist die auf die zum Entlüftungsanschluss 6 weisende
Seite der Manschette 12 wirkende, auf dem Atmosphärendruck
basierende Druckkraft größer als
die auf die zum Versorgungsanschluss 2 weisende Seite wirkende
Druckkraft, welche auf dem Versorgungsdruck basiert, so dass der
elastische Bodenteil 46 der Manschette 12 schlagartig
vom Ventilsitz 48 des zweiten Sitzventils 10 abhebt
und den zweiten Strömungsquerschnitt
zwischen den Verbraucheranschlüssen 4 und
dem Entlüftungsanschluss 6 freigibt.
Dann strömt
dann Druckluft von den Verbraucheranschlüssen 4 in die äußere Ringkammer 36 und
von dort über
das geöffnete
zweite Sitzventil 10 und den Entlüftungsanschluss 6 in
die Atmosphäre,
um den Druck in den Bremszylindern zu reduzieren. Den freigegebenen
zweiten Strömungsquerschnitt
kann der Fachmann durch entsprechende Anpassung der Geometrie der
Bauteile der Ventileinrichtung 1 derart groß auslegen,
dass eine schnelle Entlüftung
der Bremszylinder gewährleistet
ist. Dabei wird durch den gegenüber
dem Versorgungsdruck noch größeren Verbraucherdruck
die Dichtlippe 40 der Mantelwand 22 der Manschette 12 an
der radial äußeren Umfangsfläche des
Rohrstutzens 16 und somit das erste Sitzventil 8 geschlossen
gehalten. Nach erfolgtem Druckausgleich federt der Bodenteil 20 der
Manschette 12 wieder in die Abschlussstellung zurück, in welcher
auch das zweite Sitzventil 10 geschlossen ist.
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- 1
- Ventileinrichtung
- 2
- Versorgungsanschluss
- 4
- Verbraucheranschlüsse
- 6
- Entlüftungsanschluss
- 8
- erstes
Sitzventil
- 10
- zweites
Sitzventil
- 12
- Ventilkörper
- 14
- ein
Ende
- 16
- Rohrstutzen
- 18
- anderes
Ende
- 20
- Bodenteil
- 22
- Mantelwand
- 24
- Schulter
Rohrstutzen
- 26
- Ringnut
- 28
- Dichtung
- 30
- Stufenbohrung
- 32
- Gehäuse
- 34
- Sicherungsring
- 36
- äußere Ringkammer
- 38
- Querbohrungen
- 40
- Ventilsitz
erstes Sitzventil
- 42
- innere
Ringkammer
- 44
- Innenraum
- 48
- Ventilsitz
zweites Sitzventil
- 50
- Bohrungsabsatz