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Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für einen Nockenwellenversteller, insbesondere einen Nockenwellenversteller für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei der Nockenwellenversteller insbesondere eine Verriegelung, z.B. eine Mittenverriegelung, aufweist.
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Aus der
DE 10 2012 210 178 A1 ist ein Steuerventil für einen Nockenwellenversteller bekannt, wobei das Steuerventil eine hohlzylindrische Zentralschraube, einen Gehäuseeinsatz, ein Gehäuse und einen hohlzylindrischen Steuerkolben aufweist. Ferner umfasst das Steuerventil einen Zufluss-Anschluss für Hydraulikmittel, mehrere Arbeits-Anschlüsse zur Verbindung mit Druckkammern des Nockenwellenverstellers, einen Pin-Anschluss zur Verbindung mit einer Verriegelung des Nockenwellenverstellers sowie einen Tank-Anschluss zur Verbindung mit einem Tank für das Hydraulikmittel. Die
DE 10 2012 210 178 A1 lehrt noch nicht, wie ein zusätzliches Hydraulikmittel-Reservoir eines Nockenwellenverstellers über ein Steuerventil mit Hydraulikmittel versorgt werden kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfidnung besteht darin, ein kompaktes Steuerventil für einen Nockenwellenversteller mit Verriegelung bereitzustellen, wobei ein zusätzliches Hydraulikreservoir eines Nockenwellenverstellers über ein Steuerventil mit Hydraulikmittel versorgt werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch das Steuerventil für einen Nockenwellenversteller nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung, der Unteransprüche sowie der Figuren.
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Das erfindungsgemäße Steuerventil für einen Nockenwellenversteller umfasst eine Zentralschraube, einen Gehäuseeinsatz, ein Gehäuse und einen hohlzylindrischen Steuerkolben sowie einen Zufluss-Anschluss für Hydraulikmittel, zwei Arbeits-Anschlüsse zur Verbindung mit Druckkammern des Nockenwellenverstellers, einen Pin-Anschluss zur Verbindung mit einer Verriegelung des Nockenwellenverstellers, einen Tank-Anschluss zur Verbindung mit einem Tank für das Hydraulikmittel und einen Reservoir-Anschluss zur Verbindung mit einem Reservoir für das Hydraulikmittel.
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Dabei sind die Zentralschraube, der Gehäuseeinsatz, das Gehäuse und der Steuerkolben in dieser Reihenfolge von außen nach innen koaxial zueinander angeordnet und der Steuerkolben ist axial innerhalb des Gehäuses geführt sowie axial positionierbar, um so einen Fluss des Hydraulikmittels zwischen den Anschlüssen zu steuern. Weiterhin umfasst der Steuerkolben wenigstens eine Tank-Öffnung zur Leitung von Hydrauliköl aus einem Innenraum des Steuerkolbens zum Tank-Anschluss und weist wenigstens eine Reservoir-Öffnung zur Leitung von Hydrauliköl aus dem Innenraum des Steuerkolbens zum Reservoir-Anschluss auf. Ferner sind in einer axialen Verriegelungs-Position des Steuerkolbens der Zufluss-Anschluss, die Arbeitsanschlüsse und der Pin-Anschluss über die Tank-Öffnung mit dem Tank-Anschluss und über die Reservoir-Öffnung mit dem Reservoir-Anschluss fluidleitend verbunden.
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Das erfindungsgemäße Steuerventil ermöglicht insbesondere, dass auf kompakte Weise zusätzlich zu üblichen Verstellschaltungen über die Arbeitsanschlüsse Verriegelungsfunktionen mittels einer gezielten Druckansteuerung des Pin-Anschlusses gesteuert werden können. Weiterhin wird ermöglicht, ein Hydraulikmittel-Reservoir des Nockenwellenverstellers über den Reservoir-Anschluss des Steuerventils mit Hydraulikmittel zu versorgen. Das Reservoir kann insbesondere dazu dienen, bei einer durch Wechselmomente induzierten Verdrehung eines Rotors des Nockenwellenverdrehers Hydraulikmittel in die sich jeweils vergrößernde Arbeitskammer nachströmen zu lassen. Somit kann sicher verhindert werden, dass ein Unterdruck in einer Arbeitskammer entsteht und somit Luft angesaugt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Reservoir-Öffnung einen radialen Durchgang umfasst, welcher den Innenraum des Steuerkolbens mit einer umfänglichen Nut auf der Außenseite des Steuerkolbens fluidleitend verbindet, wobei die umfängliche Nut in der Verriegelungs-Position des Steuerkolbens mit jeweils einem radialen Durchgang des Gehäuses und des Gehäuseeinsatzes sowie mit dem Reservoir-Anschluss fluidleitend verbunden ist. Durch die größtenteils radiale Führung des Hydraulikmittels gemäß dieser Ausführungsform kann der Steuerkolben bei Erfüllung seiner vorstehend beschriebenen Funktion in axialer Richtung besonders kurz bauen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Verriegelungs-Position des Steuerkolbens in einer ersten Endlage des Steuerkolbens erreicht, wobei es sich bei der Endlage insbesondere um eine Anschlagsposition handelt. Das Steuerventil ist bevorzugt in seiner Verriegelungs-Position vorgespannt, z.B. mittels eines Federelements, wobei die Verriegelungs-Position in einem Motorstopp-Zustand oder einem Motorstart-Zustand vorteilhaft ist, in welcher insbesondere eine Mittenverriegelung erwünscht ist. Der Steuerkolben kann entgegen der genannten Vorspannung, z.B. mittels eines Elektro-Magneten, aus der Verriegelungsposition in weitere Postionen axial verschoben werden.
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Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass in einer ersten axialen Verstell-Position des Steuerkolbens der Zufluss-Anschluss mit einem ersten Arbeits-Anschluss der Arbeits-Anschlüsse und dem Pin-Anschluss fluidleitend verbunden ist, und ein zweiter Arbeits-Anschluss der Arbeits-Anschlüsse über die Tank-Öffnung mit dem Tank-Anschluss und über die Reservoir-Öffnung mit dem Reservoir-Anschluss fluidleitend verbunden ist. Auf ähnliche Weise kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass in einer zweiten axialen Verstell-Position des Steuerkolbens der Zufluss-Anschluss mit dem zweiten Arbeits-Anschluss der Arbeits-Anschlüsse und dem Pin-Anschluss fluidleitend verbunden ist, und der erste Arbeits-Anschluss der Arbeits-Anschlüsse über die Tank-Öffnung mit dem Tank-Anschluss und über die Reservoir-Öffnung mit dem Reservoir-Anschluss fluidleitend verbunden ist. Durch die erste und die zweite axiale Verstell-Position kann eine Verstellung des Nockenwellenverstellers ermöglicht werden, wobei gleichzeitig die Befüllung des Reservoirs gewährleistet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass in einer Halte-Position des Steuerkolbens der Zufluss-Anschluss mit dem Pin-Anschluss fluidleitend verbunden ist und die Arbeits-Anschlüsse sowie der Tank-Anschluss abgesperrt sind. Auf diese Weise kann der Nockenwellenversteller geregelt gehalten werden, wobei der Pin-Anschluss mit Druck beaufschlagt ist.
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Weiterhin kann der Innenraum des Steuerkolbens das Reservoir zumindest teilweise ausbilden, wodurch ein besonders platzsparendes Steuerventil bereitgestellt werden kann.
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Ferner kann das Reservoir über den Reservoir-Anschluss gegenüber dem Umgebungsdruck mit erhöhtem Druck befüllbar sein. Dadurch kann ein Nachströmen von Hydraulikmittel in Arbeitskammern des Nockenwellenverstellers weiter vereinfacht werden.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
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1a, jeweils eine Längsschnitt-Darstellung durch ein Ausführungsbeispiel
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2a, 3a, 4a eines Steuerventils für einen Nockenwellenversteller, wobei sich ein Steuerkolben des Steuerventils in einer Verriegelungs-Position (1a), einer ersten Verstellposition (2a), einer Halte-Position (3a) bzw. in einer zweiten Verstellposition (4a) befindet, und
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1b, jeweils eine symbolische Schaltstellung des Steuerventils nach 1a,
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2b, 3b, 4b 2a, 3a bzw. 4a.
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1a zeigt ein Steuerventil 1, welches in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Zentralventil ausgebildet ist. Das Steuerventil 1 umfasst eine hohlzylindrische Zentralschraube 2, einen Gehäuseeinsatz 3, ein hohlzylindrisches Gehäuse 4, einen Steuerkolben 5, einen Sicherungsring 6 und eine Druckfeder 7. Die vorgenannten Bauteile 2 bis 7 sind koaxial zueinander und zu einer gemeinsamen Drehachse L angeordnet, welche nach erfolgter Montage des Steuerventils 1 mit einem Nockenwellenversteller 8 und mit einer Nockenwelle 9 eines Verbrennungskraftmotors zugleich die Drehachse L des Nockenwellenverstellers 8 und der Nockenwelle 9 ist.
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Die Zentralschraube 2 bildet in Form von radialen Bohrungen zwei mit jeweils einer Arbeitskammer des Nockenwellenverstellers 8 verbindbare Arbeits-Anschlüsse A, B, einen Pin-Anschluss C sowie einen Reservoir-Anschluss R zur Verbindung mit einem Reservoir für Hydraulikmittel aus. Die Arbeitskammern des Nockenwellenverstellers 8 erzeugen bei Befüllung mit Hydraulikmittel eine Relativverstellung zwischen der Nockenwelle 9 und einer Kurbelwelle des Verbrennungskraftmotors. Der Pin-Anschluss C ist mit einer Verriegelung des Nockenwellenverstellers 8 fluidleitend verbunden. Die Verriegelung kann den Nockenwellenversteller 8 in seiner Winkellage, insbesondere in einer Mittenposition verriegeln. Weiterhin ist ein Zulauf-Anschluss P an einer gewindeseitigen Stirnseite der Zentralschraube 2 angeordnet und ein Tank-Anschluss T zur Verbindung mit einem Tank befindet sich auf einer dem Zulauf-Anschluss P entgegengesetzten Stirnseite der Zentralschraube 2. Der Tank-Anschluss T umfasst zumindest eine Tank-Öffnung 15 des Steuerkolbens 5. Die Tank-Öffnung 15 ist an einem dem Tank-Anschluss T zugewandten stirnseitigen Ende des Steuerkolbens 5 angeordnet und in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als radiale Bohrung ausgebildet, um Hydraulikmittel aus einem Innenraum 16 des Steuerkolbens 5 zu dem Tank-Anschluss T zu leiten.
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Die hohlzylindrische Zentralschraube 2 verbindet den Nockenwellenversteller 8 drehfest mit der Nockenwelle 9. Der Gehäuseeinsatz 3 ist von einem Innenumfang der Zentralschraube 2 aufgenommen und weist einen Zulaufkanal 10 auf, welcher gleichzeitig als Pinkanal dient, sich in axialer Richtung, d.h. parallel zur Drehachse L, erstreckt und Hydraulikmittel insbesondere parallel und quer zur Drehachse L leiten kann. Weiterhin umfasst der Gehäuseeinsatz 3 zwei Arbeitskanäle 11a, 11b, welche als radiale Durchgänge in Form von radialen Bohrungen ausgeführt sind, und eine erste Reservoir-Öffnung 14.1. Das Gehäuse 4 umfasst eine Zulauföffnung 12, zwei Arbeitsöffnungen 13a, 13b und eine zweite Reservoir-Öffnung 14.2, welche allesamt als radiale Durchgänge ausgebildet sind.
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Der Steuerkolben 5 wird von einer Innenmantelfläche 17 des Gehäuses 4 geführt und ist parallel zur Drehachse L positionierbar, um so einen Fluss des Hydraulikmittels zwischen den Anschlüssen P, A, B, C, T und R zu steuern. An seiner Außenseite bzw. an seinem Außenumfang 18 weist der Steuerkolben 5 drei axial voneinander beabstandete Steuerkanten 19.1, 19.2 und 19.3 auf, mittels welcher sich ein Durchfluss des Hydraulikmittels über die vorstehend beschriebenen Öffnungen 12, 13a, 13b und 14 des Gehäuses 4 variieren lässt, um beispielsweise gezielt eine bestimmte Menge an Hydraulikmittel zu den Arbeits-Anschlüssen A, B und zu den Druckkammern des Nockenwellenverstellers 8 zu leiten. Die in 1a links dargestellte Steuerkante 19.1 und die mittlere Steuerkante 19.2 bilden zwischen sich eine umfänglich verlaufende erste Nut 20.1 aus und die in 1a rechts dargestellte Steuerkante 19.3 und die mittlere Steuerkante 19.2 bilden zwischen sich eine umfänglich verlaufende zweite Nut 20.2 aus. Der Steuerkolben 5 weist ferner mehrere über seinen Umfang verteilte Reservoir-Öffnungen 21 auf, welche in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als radiale Bohrungen ausgebildet sind, und den Innenraum 16 des Steuerkolbens 16 mit der ersten Nut 20.1 verbinden.
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1a und 1b zeigen den axial beweglichen Steuerkolben des Steuerventils 1 in einer Verriegelungsposition, z.B. einer Mittenverriegelungs-Position, in welcher der Zufluss-Anschluss P, die Arbeitsanschlüsse A, B und der Pin-Anschluss C über die Tank-Öffnung 15 mit dem Tank-Anschluss T und über die Reservoir-Öffnung 21 mit dem Reservoir-Anschluss R fluidleitend verbunden sind. Dabei kann über den Zufluss-Anschluss P in das Steuerventil 1 einströmendes Hydraulikmittel über den Zulaufkanal 10 und die Zulauföffnung 12 in den Innenraum 16 des Steuerkolbens 5 geleitet werden, von wo aus es zu den Reservoir-Öffnungen 21 und der Tank-Öffnung 15 weitergeleitet wird. Weiterhin kann über den Arbeitskanal A in das Steuerventil 2 einströmendes Hydraulikmittel über den Arbeitskanal 11a und die Arbeitsöffnung 13a in den Innenraum 16 des Steuerkolbens geleitet werden, von wo aus es zu den Reservoir-Öffnungen 21 und der Tank-Öffnung 15 weitergeleitet wird. Über den Arbeitskanal B in das Steuerventil 2 einströmendes Hydraulikmittel kann ferner über den Arbeitskanal 11b, die Arbeitsöffnung 13b, die zweite Nut 20.2 und die Zulauföffnung 12 in den Innenraum 16 des Steuerkolbens 5 geleitet werden, von wo aus es zu den Reservoir-Öffnungen 21 und der Tank-Öffnung 15 weitergeleitet wird. Außerdem kann aus dem Pin-Anschluss C kommendes Hydraulikmittel über den Zulaufkanal 10 und die Zulauföffnung 12 in den Innenraum 16 des Steuerkolbens 5 geleitet werden, von wo aus es zu den Reservoir-Öffnungen 21 und der Tank-Öffnung 15 weitergeleitet wird. Der Pin-Anschluss C ist somit drucklos geschaltet.
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Das auf die vorstehend beschriebene Weise in den Innenraum 16 des Steuerkolbens 5 eingeströmte Hydraulikmittel kann bereits als Reservoir genutzt werden, bevor es auf die im Folgenden beschriebene Weise über den Reservoir-Anschluss R dem Reservoir und über den Tank-Anschluss T dem Tank zugeführt wird. Durch die Tank-Öffnung 15 strömt das zuvor in den Innenraum 16 des Steuerkolbens 5 geleitete Hydraulikmittel in den Tank-Anschluss T, von wo aus es in den Tank geleitet wird. Durch die Reservoir-Öffnungen 21 strömt das Hydraulikmittel über die erste Nut 20.1, die erste Reservoir-Öffnung 14.1 und die zweite Reservoir-Öffnung 14.2 in den Reservoir-Anschluss R, von wo aus es in das Reservoir geleitet wird.
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2a und 2b zeigen den axial beweglichen Steuerkolben 5 des Steuerventils 1 in einer Verstell-Position, in welcher der Zufluss-Anschluss P mit dem in 2a links dargestellten Arbeits-Anschluss B und dem Pin-Anschluss C fluidleitend verbunden ist, wohingegen der in 2a rechts dargestellte Arbeits-Anschluss A über die Tank-Öffnung 15 mit dem Tank-Anschluss T und über die Reservoir-Öffnung 21 mit dem Reservoir-Anschluss R fluidleitend verbunden ist. Somit sind der Pin-Anschluss C und der Arbeitsanschluss B mit Druck beaufschlagt und über den Reservoir-Anschluss R wird das nötige Hydraulikmittel für das Reservoir bereitgestellt. Dabei kann über den Zufluss-Anschluss P in das Steuerventil 1 einströmendes Hydraulikmittel über den Zulaufkanal 10 dem Pin-Anschluss C zugeführt werden. Die dritte Steuerkante 19.3 verschließt dabei eine Verbindung zwischen der Zulauföffnung 12 und dem Innenraum 16 des Steuerkolbens 5 derart, dass Hydraulikmittel nicht unmittelbar aus dem Zulauf-Anschluss P kommend in den Innenraum 16 des Steuerkolbens 5 gelangen kann, sondern über die Zulauföffnung 12, die zweite Nut 20.2, die zweite Arbeitsöffnung 13b und den Arbeitskanal 11b der Arbeitsöffnung B zugeführt wird. Weiterhin kann über den Arbeitskanal A in das Steuerventil 2 einströmendes Hydraulikmittel über den ersten Arbeitskanal 11a und die erste Arbeitsöffnung 13a in den Innenraum 16 des Steuerkolbens geleitet werden, von wo aus es zu den Reservoir-Öffnungen 21 und der Tank-Öffnung 15 weitergeleitet wird. Durch die Reservoir-Öffnungen 21 strömt das Hydraulikmittel über die erste Nut 20.1, die erste Reservoir-Öffnung 14.1 und die zweite Reservoir-Öffnung 14.2 in den Reservoir-Anschluss R, von wo aus es in das Reservoir geleitet wird.
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3a und 3b zeigen den axial beweglichen Steuerkolben 5 des Steuerventils 1 in einer Halte-Position, in welcher der Zufluss-Anschluss P mit dem Pin-Anschluss C fluidleitend verbunden ist und die Arbeits-Anschlüsse A, B sowie der Tank-Anschluss T abgesperrt sind. Somit wird der Pin-Anschluss C weiterhin mit Druck beaufschlagt und der Nockenwellenversteller 8 wird geregelt gehalten. Dabei kann über den Zufluss-Anschluss P in das Steuerventil 1 einströmendes Hydraulikmittel über den Zulaufkanal 10 dem Pin-Anschluss C zugeführt werden. Weiterhin verschließt die zweite Steuerkante 19.2 die Arbeitsöffnung 13b in Richtung der zweiten Nut 20.2, so dass kein aus dem Zulauf-Anschluss P kommendes Hydraulikmittel in den Arbeitsanschluss B gelangt. Auf ähnliche Weise verschließt ferner die dritte Steuerkante 19.3 die Arbeitsöffnung 13a in Richtung der zweiten Nut 20.2, so dass kein aus dem Zulauf-Anschluss P kommendes Hydraulikmittel in den Arbeitsanschluss A gelangt. Somit wird dem Innenraum 16 des Steuerkolbens 5 kein Hydraulikmittel zugeleitet, welches durch die Reservoir-Öffnungen 21 und die Tank-Öffnung 15 abgeleitet werden könnte.
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4a und 4b zeigen den axial beweglichen Steuerkolben 5 des Steuerventils 1 in einer weiteren Verstell-Position, in welcher der Zufluss-Anschluss P mit dem in 2a rechts dargestellten Arbeits-Anschluss A und dem Pin-Anschluss C fluidleitend verbunden ist, wohingegen der in 4a links dargestellte Arbeits-Anschluss B über die Tank-Öffnung 15 mit dem Tank-Anschluss T und über die Reservoir-Öffnung 21 mit dem Reservoir-Anschluss R fluidleitend verbunden ist. Somit sind der Pin-Anschluss C und der Arbeitsanschluss A mit Druck beaufschlagt und über den Reservoir-Anschluss R wird das nötige Hydraulikmittel für das Reservoir bereitgestellt. Dabei kann über den Zufluss-Anschluss P in das Steuerventil 1 einströmendes Hydraulikmittel über den Zulaufkanal 10 dem Pin-Anschluss C zugeführt werden. Die dritte Steuerkante 19.3 verschließt dabei eine Verbindung zwischen der Zulauföffnung 12 und dem Innenraum 16 des Steuerkolbens 5 derart, dass Hydraulikmittel nicht unmittelbar aus dem Zulauf-Anschluss P kommend in den Innenraum 16 des Steuerkolbens 5 gelangen kann, sondern über die Zulauföffnung 12, die zweite Nut 20.2, die Arbeitsöffnung 13a und den Arbeitskanal 11a der Arbeitsöffnung A zugeführt wird. Weiterhin kann über den Arbeitskanal B in das Steuerventil 2 einströmendes Hydraulikmittel über den Arbeitskanal 11b und die Arbeitsöffnung 13b in den Innenraum 16 des Steuerkolbens geleitet werden, von wo aus es zu den Reservoir-Öffnungen 21 und der Tank-Öffnung 15 weitergeleitet wird. Durch die Reservoir-Öffnungen 21 strömt das Hydraulikmittel über die erste Nut 20.1, die erste Reservoir-Öffnung 14.1 und die zweite Reservoir-Öffnung 14.2 in den Reservoir-Anschluss R, von wo aus es in das Reservoir geleitet wird.
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Bezugszeichenliste
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- A, B
- Arbeitsanschlüsse
- C
- Pin-Anschluss
- R
- Reservoir-Anschluss
- T
- Tank-Anschluss
- 1
- Steuerventil
- 2
- Zentralschraube
- 3
- Gehäuseeinsatz
- 4
- Gehäuse
- 5
- Steuerkolben
- 6
- Sicherungsring
- 7
- Druckfeder
- 8
- Nockenwellenversteller
- 9
- Nockenwelle
- 10
- Zulaufkanal
- 11a
- Arbeitskanal
- 11b
- Arbeitskanal
- 12
- Zulauföffnung
- 13a
- Arbeitsöffnung
- 13b
- Arbeitsöffnung
- 14.1
- erste Reservoir-Öffnung
- 14.2
- zweite Reservoir-Öffnung
- 15
- Tank-Öffnung
- 16
- Innenraum Steuerkolben
- 17
- Innenmantelfläche Gehäuse
- 18
- Außenumfang Steuerkolben
- 19.1
- Steuerkante
- 19.2
- Steuerkante
- 19.3
- Steuerkante
- 20.1
- erste Nut
- 20.2
- zweite Nut
- 21
- Reservoir-Öffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012210178 A1 [0002, 0002]
