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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Zugmittelspanner für einen Endloszugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem vorzugsweise mechanischen Federelement zum Verlagern einer Spannrolle, die an ein Endloszugmittel, wie einen Riemen, etwa einen Zahnriemen, zum Spannungsverändern des Endloszugmittels heranfahrbar ist, und mit einem spannrollenbewegungsdämpfenden hydraulischen Dämpfer mit wenigstens einem Einstellmittel zum Verändern eines Durchlaufquerschnitts für Hydraulikmittel, wie Öl, in dem Dämpfer.
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Nachteilig hieran ist, dass ein komplexer Aufbau des Zugmittelspanners notwendig ist, um eine zuverlässige Dämpfungseinstellung vornehmen zu können.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben und insbesondere eine Vorrichtung zu offenbaren, die eine zuverlässige Dämpfungseinstellung realisiert.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Einstellmittel zur Durchlaufquerschnittsveränderung schwenkbar angebunden ist. So wird eine Dämpfungseinstellung durch eine Verstellung / Variation einer Leckagefläche vorgenommen.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn das Einstellmittel als Hebel oder als Nocken, etwa mit einem Klappenabschnitt, ausgebildet ist und/oder in oder an einem Gehäuse des Zugmittelspanners angebunden ist. Dies ermöglicht eine solche Verschwenkung, dass eine Verstellung des Hebels oder Nockens um wenige Grad eine gezielt einstellbare Veränderung der Dämpfungssteifheit bewirkt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wirkt das Einstellelement als hydraulisches Potentiometer oder es besitzt einen schwenkbaren Flügel oder ist als schwenkbarer Flügel ausgebildet. Mittels eines Drehens oder Verschiebens des Einstellelements respektive des Flügels ist demnach der Strömungswiderstand bei einer Dämpfung variierbar, sodass eine solche Dämpfung erreicht ist, die an jeweils herrschende Betriebszustände innerhalb einer kurzen Zeitspanne anpassbar ist.
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Bevorzugt besitzt das Einstellmittel einen Verzahnungsabschnitt, sodass die entsprechende Verschwenkung des Einstellelements über ein formschlüssiges Eingreifen in jenen Verzahnungsabschnitt zuverlässig realisiert ist.
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Sobald der Verzahnungsabschnitt mit einem Zentral-Zahnrad, etwa nach Art eines Sonnenrades, in Eingrifft steht, ist der vorstehende Formschluss von radial innen eingeleitet, sodass mittels einer geringen Rotation ein weiter Verstellwinkel erreicht ist.
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Ebenso vorteilhaft ist es, wenn drei Einstellmittel radial beabstandet und in Umfangsrichtung gleichverteilt zum Zahnrad angeordnet sind. So sind die Einstellmittel und die sie umgebenden Hydraulikmittelkammern um Winkelspannen von 120° zueinander versetzt. Dies ermöglicht die Ausgestaltung einer ausreichend großen Hydraulikkammer bei zeitgleich kurzen Verzögerungszeiten zwischen dem Aktorsignal zur Verstellung und der verstellten Dämpfungseigenschaft. Dadurch, dass sich die Kammern um etwa 120° erstrecken ermöglichen sie zudem eine ausreichend große Spanne zwischen der härtesten und der weichesten Einstellung.
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Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn das Einstellmittel zum Abdecken von im Gehäuse angebrachten Fluidkanälen ausgelegt ist. Die Fluidkanäle sind dazu vorbereitet, Hydraulikfluid von einem Reservoir in die Kammer zu übertragen und andersherum. Mittels der Verdeckung ist eine effiziente sowie zuverlässige Dämpfeinstellung realisierbar.
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Auch wenn sich die Fluidkanäle in Umfangsrichtung unterschiedlich weit erstrecken, ergeben sie Vorteile. So sind die Fluidkanäle in dieser Ausführungsform schlitzartig ausgestaltet und dadurch, dass sie sich unterschiedlich weit erstrecken lässt sich über sie einen variablen Hydraulikmittelfluss bei variabler Abdeckung realisieren.
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Wenn die Fluidkanäle sich unterschiedlich weit erstrecken ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn die Fluidkanäle eine relativ zueinander kontinuierlich zunehmende Länge bei Betrachtung von radial innen nach außen besitzen. Durch eine kontinuierliche Längenzunahme ist ein sanfter Übergang zwischen den einzelnen Dämpfungsstadien erreichbar, was eine stufenlose Dämpfung ermöglicht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkanäle fächerartig angeordnet sind. Dies ermöglicht, etwa bei einer unterschiedlichen Länge der einzelnen Strahlen des Fächers, eine weiche Einstellung der einzelnen Dämpfungsstufen.
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In anderen Worten kann gesagt werden, dass die Erfindung auf einen Zugmittelspanner, der in Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt ist, gerichtet ist. Solche Zugmittelspanner finden in sogenannten Front End Accessory Drives (FEAD) oder in Primary Drives (PD), also in Nebentrieben und/oder Ventilsteuerungstrieben, Anwendung. Der erfindungsgemäße Zugmittelspanner ist ausgelegt, die von ihm hervorgerufene Dämpfung zu variieren, je nach dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine. Also Beispiele hierzu seien der Leerlauf, die Volllast, Zylinderdeaktivierungen, Start-Stop-Phasen und Kühlmitteltemperaturvariationen aufgeführt.
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Zwischen einer Hochdruckkammer und einem damit verbundenen Hydraulikmittelreservoir findet, je nach der Dimension eines Leckagespaltes, eine Kommunikation statt, die zur Variation des Dämpfverhaltens führt. Der erfindungsgemäße Zugmittelspanner weist einen drehbaren, exzentrischen Hydraulikspanner auf, bei dem die Leckagefläche variierbar ist. Mittels jener Variation ist eine variable Dämpfung erreichbar, wobei die Variation von verzahnten Einstellelementen durchgeführt ist, die um ein elektrisch ansteuerbares Sonnenrad angeordnet sind.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsbeispiele erläutert sind. Diese zeigen:
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1: eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen hydraulischen Zugmittelspanners;
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2: eine Draufsicht auf einen hydraulischen Dämpfer mit einem Einstellelement;
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3: eine Draufsicht auf einen hydraulischen Dämpfer mit drei Einstellelementen;
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4: den mit IV versehenen Abschnitt aus 3 in einer vergrößerten Ansicht;
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5: eine weitere perspektivische Ansicht des hydraulischen Zugmittelspanners;
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6: eine weitere Explosionsdarstellung des hydraulischen Zugmittelspanners;
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7: eine weitere Explosionsdarstellung des hydraulischen Zugmittelspanners in einer weiteren Ausführungsform;
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8: eine Draufsicht auf die Ausführungsform aus 7;
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9 bis 11: eine Abdeckung des Einstellelements in verschiedenen Betriebszuständen; und
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12 eine weitere Explosionsdarstellung des hydraulischen Zugmittelspanners.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer hydraulischer Zugmittelspanner 1 für einen Endloszugmitteltrieb eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Federfunktion des Zugmittelspanners 1 wird von einem Federelement 2 durchgeführt, das in 5 näher dargestellt ist. Mittels dieses Federelements 2 wird die Spannrolle 3 vorgespannt. Neben dem Federelement 2 ist weiterhin ein Dämpfer 4 angeordnet. Dieser ist von bewegbaren / verschwenkbaren Einstellelementen 5 und von zugringfesten Kammerflügeln 6 in drei Hydraulikkammern 7 eingeteilt. So ist pro Hydraulikkammer 7 ein Einstellelement 5 vorgesehen, um eine Durchlaufquerschnittsveränderung zu ermöglichen.
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Die Spannrolle 3 ist über ein Verbindungspleuel 8 vorzugsweise starr mit dem Federelement 2 gekoppelt. Dies ermöglicht die Federfunktion des erfindungsgemäßen Zugmittelspanners 1. Die Durchlaufquerschnittsveränderung ist durch eine Rotationsbewegung eines Sonnenrads 9 ermöglicht. Durch Verzahnungsabschnitte 10 ist die Rotation des Sonnenrads 9 auf die einzelnen Einstellelemente 5 übertragbar. Die Rotation wird von einem Elektromotor 11 hervorgerufen, der vorzugsweise starr mit einer Abdeckung 12 gekoppelt ist, die die Hydraulikkammern 7 fluiddicht abdichtet.
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Im Betrieb, also wenn die Spannrolle 3 in Kontakt zum Endloszugmittel steht, treten Vibrationen entlang der mit dem Pfeil 13 versehenen Richtung auf. Diese werden von dem erfindungsgemäßen Zugmittelspanner 1 so gedämpft, dass ein Gehäuse 14 Dämpfungsrotationsbewegungen entlang dem Pfeil mit dem Bezugszeichen 15 durchführt.
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Um die Dämpfungseigenschaften zu variieren ist erfindungsgemäß die Durchlaufquerschnittsveränderung hervorzurufen. Diese ist mittels der Verschwenkung des Einstellelements 5 realisierbar. Hierfür ist eine Welle 16 von dem Elektromotor 11 derart antreibbar, dass diese über einen Formschluss das Sonnenrad 9 rotiert, sodass die Einstellelement verschwenkt werden, was die Variation des Durchlaufquerschnitts liefert.
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In 2 ist eine erste Ausführungsform des Dämpfers 4 näher dargestellt. Das Einstellelement 5 ist von dem Sonnenrad 9 angetrieben relativ zum zugringfesten Kammerflügel 6 verschwenkbar, sodass sich der Durchlaufquerschnitt ändert. Die vorliegende Ausführungsform weist eine einzelne Hydraulikkammer 7 auf, die in einem ersten Zustand eine harte Dämpfung und in einem zweiten Zustand eine weiche Dämpfung ermöglicht. Die Hydraulikkammer 7 ist in einen ersten Kammerteil A und einen zweiten Kammerteil B einteilbar. In einem stationären Zustand sind die Kammerteile A und B gleichgroß, da eine Kommunikation zwischen den einzelnen Kammerteilen stattfindet und sich das Hydraulikfluid ausgleicht. In einem instationären Zustand sind die Kammerteile nicht gleich groß, was die erfindungsgemäße Anpassung der Dämpfung ermöglicht. In dem ersten Betriebszustand, also der harten Dämpfung, steht das Einstellelement 5, das im vorliegenden Fall als schwenkbarer Flügel 17 ausgestaltet ist, senkrecht auf dem Sonnenrad 9. Somit ist der Durchlaufquerschnitt minimal.
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In dem gestrichelt eingezeichneten zweiten Betriebszustand, also der weichen Dämpfung, hat eine Rotation des Sonnenrades 9 über den Verzahnungsabschnitt 10 zu einer Verschwenkung des Einstellelements 5 geführt, sodass der Durchlaufquerschnitt erhöht wurde.
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In 3 ist die Dämpfung 4 in einer weiteren Ausführungsform dargestellt. In dieser sind über drei Kammerlflügel 6 wiederum drei Hydraulikkammern 7 ausgebildet. Diese sind von den Einstellelementen 5 in die beiden Kammerteile A und B eingeteilt. Die durchgezogenen Einstellelemente 5 stellen den ersten Betriebszustand, die gestrichelten den zweiten Betriebszustand dar. Der Wechsel zwischen jenen Betriebszuständen wird von der Rotation des Sonnenrades 9 hervorgerufen. Die vorliegende Ausführungsform ist in ihren Dämpfungseigenschaften reaktionsschnell einstellbar, da über drei Einstellelemente eine Durchlaufquerschnittsveränderung realisierbar ist. Diese ist an einer Stelle mit dem Bezugszeichen 18 referenziert, die somit einen ersten Leckagespalt andeutet. Dieser wird radial außen zwischen dem Einstellelement 5 und dem Gehäuse 14 ausgebildet.
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4 stellt den mit der Ziffer IV angedeuteten Kreis aus 3 vergrößert dar. Hierin wird ein zweiter Leckagespalt 19, der radial innen zwischen dem zugringfesten Kammerflügel 6 und dem Sonnenrad 9 ausgebildet ist, erkennbar. Die Kommunikation zwischen dem ersten Kammerteil A und dem zweiten Kammerteil B, als die Durchlaufquerschnittsveränderung, wird somit über einen ersten Leckagespalt 18 und einen zweiten Leckagespalt 19 sichergestellt. Während der erste Leckagespalt 18 durch eine Rotation des zumindest einen Einstellelement 5 in seiner Dicke je nach Betriebszustand variierbar ist, ist der zweite Leckagespalt 19 in seiner Dicke 20, die in 4 eingezeichnet ist, zeitlich konstant.
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5 zeigt die Rückseite des hydraulischen Zugmittelspanners 1. Dieser ist in eine Federseite 21 und eine Dämpfungsseite 22 einteilbar, wobei die Trennebene beider Seiten vorzugsweise in der Ebene liegt, auf der die Rotationsachse des Sonnenrads 9 senkrecht steht. Die Dämpfungsseite 22 ist vorstehend auch als Dämpfer 5 beschrieben worden. In der Federseite 21 ist das Federelement 2 insbesondere als Torsionsfeder ausgestaltet.
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Mittels einer Montagescheibe 23 ist der Zugmittelspanner 1 an einem Motorblock montierbar. Die Montagescheibe 23 weist einen Spannungsstopper 24 auf, sowie einen Vorsprung 25, der eine Rotation des Zugmittelspanners 1 an dem Motorblock verhindert.
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In 6 wird die Montage des Zugmittelspanners 1 weiter verdeutlicht. Die Abdeckung 12 ist mittels zweier Schrauben an der Montagescheibe 23 anbringbar. Somit ist das Gehäuse 14, das über das Verbindungspleuel 8 die Spannrolle 3 fixiert, rotationsbeweglich an dem Montagescheibe 23 befestigt. Die Montagescheibe 23 ist über Befestigungselemente sowie einen Formschluss zwischen dem Vorsprung 25 und dem Motorblock fest mit einem Motor verbunden.
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In 7 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Hierbei wird die Durchlaufquerschnittsveränderung über das Einstellelement 5 hervorgerufen, wobei die Hydraulikkommunikation über Fluidkanäle 26 realisiert ist. Diese sind von dem Einstellelement 5 betriebszustandabhängig derart abgedeckt, dass mehr oder weniger Hydraulikfluid durch die Fluidkanäle 26 fließt. Die Fluidkanäle 26 sind hierbei als Vertiefungen in die Trennwand zwischen der Federseite 21 und die Dämpfungsseite 22 eingebracht.
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Die Abdeckung 12 sowie der Elektromotor 11 sind auf dem Gehäuse 14 angebracht. Ein Lagerabschnitt 27 führt die Rotation des Einstellelements 5, das über die Welle 16 angetrieben wird. Die Spannrolle 3 sowie das Verbindungspleuel 8 sind an die vorhergehenden Ausführungsformen angelehnt.
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In 8 sind drei mögliche Einstellungen des Dämpfers 4 angedeutet. In einer ersten Einstellung des Einstellelements 5 ist dieses derart geneigt, dass die Fluidkanäle 26 voll geöffnet bzw. voll durchströmbar sind. Somit findet zwischen dem ersten Kammerteil A und dem zweiten Kammerteil B, bzw. zwischen einem Reservoir und einer Hochdruckkammer, eine Fluidkommunikation statt. Eine zweite Einstellung ist von der Linie 28 dargestellt. Durch die unterschiedlich lange Ausgestaltung der einzelnen Fluidkanäle 26 ist in jener Einstellung ein Teil der Fluidkanäle 26 abgedeckt, während ein anderer offen ist. Diese Einstellung kann als halb geöffnet bezeichnet werden und erlaubt somit durch einen Teil der Fluidkanäle 26 einen Fluidstrom.
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In einer dritten Einstellung, in der das Einstellelement 5 entlang der Linie 29 verläuft, ist die Fluidkommunikation vollends geschlossen. Somit findet zwischen den Kammerteilen A und B keine Kommunikation statt.
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In den 9 bis 11 ist die Auflage des Einstellelements 5 auf den Fluidkanälen 26 in den drei Betriebszuständen, die in 8 beschrieben sind, dargestellt. 9 zeigt den voll geöffneten Zustand. Hierbei ist der jeder der Fluidkanäle 26 so von dem Einstellelement 5 abgedeckt, dass der von dem Pfeil 30 referenzierte Hydraulikmittelstromfluss eingestellt ist.
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In 10 ist der Betriebszustand gezeigt, in dem das Einstellelement 5 entlang der Linie 28 in 8 entlangläuft. Der Hydraulikmittelstromfluss 30 ist geringer als in 9.
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In 11 ist der Hydraulikmittelstromfluss 30 abgeschnitten, da das Einstellelement 5 nicht vor einem Fluidkanal 26 liegt, sodass kein Hydraulikmittelstromfluss 30 möglich ist. Dieser Zustand entspricht dem, in dem das Einstellelement 5 in 8 entlang der Linie 29 verläuft.
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In 12 ist eine weitere Explosionsdarstellung des Zugmittelspanners 1 dargestellt. Die Abdeckung 12 ist mit dem Elektromotor 11 starr gekoppelt. Die von dem Elektromotor 11 angetriebene Welle 16 rotiert bei Bedarf das Einstellelement 5, das den Dämpfer 4 in zwei Kammern aufteilt. Um zwischen den Kammern zu kommunizieren sind in die Trennwand zwischen der Federseite 21 und der Dämpferseite 22 Fluidkanäle 26 in Form von Vertiefungen eingebracht. Die Rotation des Einstellelements 5 wird von dem Lagerabschnitt 27 gestützt. Weiterhin bewirkt der Lagerabschnitt eine Abdichtung der beiden Kammerteile. Die Spannrolle 3 ist über das Verbindungspleuel 8 und das Federelement 2 dazu vorbereitet, federnd mit einem Endloszugmittel in Kontakt zu stehen. Die Montagescheibe 23 ist dazu ausgelegt, den Zugmittelspanner 1 mit einem Motorblock über eine einfache Montage zu verbinden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydraulischer Zugmittelspanner
- 2
- Federelement
- 3
- Spannrolle
- 4
- Hydraulischer Dämpfer
- 5
- Einstellmittel
- 6
- zugringfester Kammerflügel
- 7
- Hydraulikkammer
- 8
- Verbindungspleuel
- 9
- Sonnenrad
- 10
- Verzahnungsabschnitt
- 11
- Elektromotor
- 12
- Abdeckung
- 13
- Endloszugmittelvibrationsrichtung
- 14
- Gehäuse
- 15
- Dämpfungsrotationsbewegung
- 16
- Welle
- 17
- Schwenkbarer Flügel
- 18
- Erster Leckagespalt
- 19
- Zweiter Leckagespalt
- 20
- Dicke des zweiten Spalts
- 21
- Federseite
- 22
- Dämpfungsseite
- 23
- Montagescheibe
- 24
- Spannungsstopper
- 25
- Vorsprung
- 26
- Fluidkanal
- 27
- Lagerabschnitt
- 28
- Halb geöffneter Zustand
- 29
- Geschlossener Zustand
- 30
- Hydraulikmittelstromfluss
- A
- erster Kammerteil
- B
- zweiter Kammerteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015209558 A1 [0002]
