EP0623190B1 - Tappet with hydraulic compensation of valve clearance and free piston - Google Patents
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Definitions
- a longitudinal section of a plunger 2, shown enlarged, can be seen from FIG.
- the actual play compensation element 8, with the compensation piston 15, is guided axially in a hub 14 starting from the base 4 of the tappet 2 and arranged concentrically there.
- the idle piston 11 can be seen in detail in FIG. 4. If a force now acts axially on the tappet 2 through the cam 6 (see FIG. 1) in a direction facing away from the base 4 of the cam 6, the compensating piston 15 is loaded. A part of the oil in the high-pressure chamber 18 is displaced and initially causes one Displacement of the idle stroke piston 11 in the direction of the shirt 13.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Stößel, bestehend aus einem von einem Hemd und einem Boden gebildeten Gehäuse, das ein konzentrisch angeordnetes hydraulisches Spielausgleichselement beinhaltet, welches aus einem federbelasteten, längsverschieblich gleitenden Ausgleichskolben und einem Hochdruckraum besteht, wobei der Ausgleichskolben sich einerseits auf einen Ventilschaft eines Gaswechselventils stützt und andererseits mit seiner dem Ventilschaft des Gaswechselventils abgewandten Kolbenfläche den Hochdruckraum begrenzt und aus einem Leerhubkolben geringeren Durchmessers als der Ausgleichskolben, auf dessen Kolbenfläche der hydraulische Druck des Hochdruckraumes wirkt.The invention relates to a tappet, consisting of a housing formed by a shirt and a base, which contains a concentrically arranged hydraulic play compensation element, which consists of a spring-loaded, longitudinally displaceable compensation piston and a high-pressure chamber, the compensation piston being supported on the one hand on a valve stem of a gas exchange valve and on the other hand, with its piston surface facing away from the valve stem of the gas exchange valve, it delimits the high-pressure chamber and from an idle stroke piston of smaller diameter than the compensating piston, on the piston surface of which the hydraulic pressure of the high-pressure chamber acts.
Diese Stößel werden im Ventiltrieb von Verbrennungsmotoren verwendet. Sie dienen einem Ausgleich von Längenänderungen infolge von Verschleiß, thermischer Dehnung und Fertigungstoleranzen. Die bisher bekannten Stößel gleichen diese Längenänderungen zu Beginn der Grundkreisphase des Nockens, das heißt nach realisiertem Ventilhub, auf Null aus. Somit entsteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Nocken und einem Ventil.These tappets are used in the valve train of internal combustion engines. They serve to compensate for changes in length due to wear, thermal expansion and manufacturing tolerances. The previously known tappets compensate for these changes in length at the beginning of the base circle phase of the cam, that is to say after the valve has been lifted. This creates a non-positive connection between the cam and a valve.
Als nachteilig bei diesen Einrichtungen erweist es sich, daß beispielsweise bei Grundkreisfehlern des Nockens, Verlagerungen der Nockenwelle wegen Transversalschwingungen und/oder Nockenwellenlagerspiels die Ventile während der Grundkreisphase des Nockens entlastet oder sogar aufgedrückt werden. Dies kann beispielsweise zu Reibungsverlusten, erhöhten Abgasemissionswerten oder unrundem Motorlauf führen.A disadvantage of these devices is that, for example, in the case of base circle errors of the cam, displacements of the camshaft due to transverse vibrations and / or camshaft bearing play, the valves are relieved or even pressed open during the base circle phase of the cam. This can lead to friction losses, lead to increased exhaust emission values or rough engine running.
Um diese Nachteile auszugleichen, wurde versucht, eine geringfügige Nachgiebigkeit des Ventiltriebes während der Grundkreisphase des Nockens zu erzielen.In order to compensate for these disadvantages, an attempt was made to achieve a slight flexibility of the valve train during the base circle phase of the cam.
Ein derartiger Stößel mit einer Leerhubeinrichtung geht aus der GB-PS 14 98 460 hervor. Bei dieser Ausführung ist der Hochdruckraum an der dem Ausgleichskolben gegenüberliegenden Seite durch einen schwimmenden Kolben abgeschlossen. Da dieser Kolben eine geringfügig kleinere Kolbenfläche zum Hochdruckraum als der Ausgleichskolben aufweist, wird eine gewisse Leerhubwirkung erzielt. Jedoch sind bei dieser Einrichtung die Flächenverhältnisse des Ausgleichskolbens zum schwimmenden Kolben schlecht gestaltet. Die Leckrate des schwimmenden Kolbens erweist sich aufgrund seiner relativ großen Mantelfläche ungünstig, oder ist fertigungstechnisch nur schwer zu definieren. Desweiteren zeigt sich eine genaue Einstellung des Leerhubes aufgrund des nahe 1 liegenden Flächenverhältnisses der Fläche des Ausgleichskolbens zu der Fläche des schwimmenden Kolbens als schwierig.Such a tappet with an idle lifting device is apparent from GB-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stößel mit hydraulischem Ventilspielausgleich und Leerhubkolben zu schaffen, bei dem die eingangs beschriebenen Nachteile beseitigt sind, und eine geringfügige Nachgiebigkeit des Ventiltriebes während der Grundkreisphase des Nockens realisiert ist, und wobei der durch den Leerhubkolben erzeugte Leerhub genau definierbar und über die Lebensdauer des Stößels nahezu konstant und der Fertigungsaufwand für einen derartigen Stößel gering ist.The invention has for its object to provide a tappet with hydraulic valve lash adjuster and idle piston, in which the disadvantages described above are eliminated, and a slight flexibility of the valve train is realized during the basic circle phase of the cam, and wherein the idle stroke generated by the idle piston can be precisely defined and almost constant over the lifespan of the plunger and the manufacturing effort for such a plunger is low.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß das Verhältnis der dem Hochdruckraum zugewandten projizierten Kolbenfläche des Ausgleichskolbens zu der dem Hochdruckraum zugewandten projizierten Kolbenfläche des Leerhubkolbens > 3 ist.According to the invention, this object is achieved according to the characterizing part of claim 1 in that the ratio of the projected piston area of the compensating piston facing the high-pressure chamber to the projected piston area of the idle stroke piston facing the high-pressure chamber is> 3.
Durch diese Ausbildung gelingt es, einen genau definierten Leerhub zu erzielen, wobei die fertigungstechnischen Anforderungen aufgrund des obengenannten Flächenverhältnisses für die Ausbildung des Leernubkolbens niedrig gehalten sind. Durch das obengenannte Flächenverhältnis > 3 ist die Wirksamkeit des Leerhubkolbens auch schon bei geringen Grundkreisfehlern des Nockens oder ähnlichem gegeben. Je größer man dieses Flächenverhältnis wählt, desto empfindlicher reagiert der Leerhubkolben auf beispielsweise die obengenannten Grundkreisfehler, oder desto ungenauer kann die Auslegung der Hubtoleranz des Leerhubkolbens sein.This design makes it possible to achieve a precisely defined idle stroke, the manufacturing requirements being kept low due to the area ratio mentioned above for the formation of the idle piston. The above-mentioned area ratio> 3 means that the idle piston is effective even with small base circle errors of the cam or the like. The larger this area ratio is selected, the more sensitively the idle piston reacts to, for example, the above-mentioned basic circle errors, or the less precise the design of the stroke tolerance of the idle piston can be.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im folgenden näher beschrieben.Further features of the invention are the subject of the dependent claims and are described in more detail below.
Aus den Ansprüchen 2 und 3 geht eine bevorzugte Anordnung des Leerhubkolbens hervor. Durch die Anordnung in einem Kantenbereich zwischen dem Gehäuseboden und dem Hemd ist der Leerhubkolben von dem Ausgleichskolben getrennt. Diese Aufnahme für den Leerhubkolben im Gehäuse läßt sich fertigungstechnisch relativ einfach bewältigen.A preferred arrangement of the idle piston emerges from
Die Ansprüche 4 bis 6 betreffen die Ausbildung des Leerhubkolbens direkt im Ausgleichskolben integriert. Dabei kann, wie in Anspruch 4 beschrieben, der Anschlag für den Leerhubkolben gleichzeitig durch den Flansch der Ventilkappe des Rückschlagventiles des Ausgleichskolbens gebildet sein. Diese Lösung läßt sich konstruktiv relativ einfach herstellen. Die Anschläge für den Leerhubkolben sind jedoch auch aus in den Ausgleichskolben eingebrachten Metallplatten oder ähnlichem denkbar, wobei der Leerhub auch durch eine Kugel oder einen anderen geeigneten Gegenstand realisiert werden kann. Es ist hier auch möglich, die Leerhubbewegung der Kugel durch eine Feder zu unterstützen.
Anspruch 7 bezieht sich noch einmal direkt auf die Federunterstützung des Leerhubkolbens. Diese Feder bewirkt, daß zuerst der Leerhubkolben am Ende des Hubes des Nockens in seine dem Hochdruckraum zugewandte äußere Stellung geschoben wird, damit während dar Grundkreisphase des Nockens eine eventuell erforderliche Leerhubberwegung realisiert werden kann.Claim 7 relates once again directly to the spring support of the idle piston. This spring causes the idle piston first at the end of the stroke of the cam is pushed into its outer position facing the high-pressure chamber, so that during the base circle phase of the cam a possibly required idle stroke can be realized.
Eine Möglichkeit der Verwirklichung des Leckspaltes über den Leerhubkolben beschreibt der Anspruch 8. Denkbar ist, die Leckrate komplett oder zumindest teilweise über den Leerhubkolben zu bestimmen. Der gegenüber dem Ausgleichskolben kleinere Leckspaltumfang erlaubt ein größeres Leckspaltspiel. Dies bedeutet wiederum die Möglichkeit einer erweiterten Fertigungstoleranz für den Leerhubkolben oder einer eingeengten Absinktoleranz für den Ausgleichskolben.
Die Ansprüche 9 und 10 beziehen sich auf die Möglichkeit der direkten Befestigung des Rückschlagventiles des Ausgleichskolbens auf dem Leerhubkolben, wobei das Rückschlagventil die Leerhubbewegung des Leerhubkolbens mit ausführt. Diese Lösung betrifft insbesondere die Anordnung des Leerhubkolbens in einer Bohrung des Ausgleichskolbens. Es kann in diesem Fall wiederum auf eine separate Bohrung für den Leerhubkolben verzichtet werden.
Der Einsatz des hier beschriebenen Stößels soll sich nicht nur auf den Ventiltrieb von Verbrennungsmotoren beschränken. Denkbar sind alle Bereiche, in denen es infolge von Wärmedehnung oder Verschleiß erforderlich ist, ein Spiel auszugleichen. Desweiteren sind die Merkmale dieser Erfindung nicht nur auf die hier aufgeführten Stößel begrenzt. Denkbar sind auch andere, als tassenförmige, direkt von einem Nocken beaufschlagte Stößel, beispielsweise solche als Einsteckelemente in Kipp- oder Schlepphebeln ausgebildete.The use of the tappet described here should not be limited to the valve train of internal combustion engines. All areas are conceivable in which it is necessary to compensate for play due to thermal expansion or wear. Furthermore, the features of this invention are not only limited to the plungers listed here. Other than cup-shaped tappets directly loaded by a cam are also conceivable, for example those designed as insertion elements in rocker arms or finger levers.
Die Erfindung ist nicht auf die Merkmale der Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich auch Kombinationsmöglichkeiten einzelner Anspruchsmerkmale mit dem in den Vorteilsangaben und zum Ausgestaltungsbeispiel Offenbarten.The invention is not restricted to the features of the claims. There are also possible combinations of individual claim features with what is disclosed in the information on advantages and in the exemplary embodiment.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Längsschnitt des oberen Teiles eines Zylinderkopfes,
- Fig. 2
- einen Längsschnitt eines vergrößert dargestellten Stößels,
- Fig. 3
- eine Schnittansicht eines Ausgleichskolbens mit integriertem Leerhubkolben,
- Fig. 4
- einen Ausschnitt aus dem in Fig. 2 dargestellten Stößel im Bereich von dessen Leerhubkolben,
- Fig. 5
- eine Schnittansicht eines Ausgleichskolbens mit integrierter Kugel als Leerhubelement,
- Fig. 6
- eine Schnittansicht eines weiteren Ausgleichskolbens mit integrierter Kugel und
- Fig. 7
- eine Schnittansicht eines Ausgleichskolbens mit integriertem Leerhubkolben.
- Fig. 1
- a longitudinal section of the upper part of a cylinder head,
- Fig. 2
- 2 shows a longitudinal section of a plunger shown enlarged,
- Fig. 3
- 2 shows a sectional view of a compensating piston with an integrated idle piston,
- Fig. 4
- 2 shows a section of the tappet shown in FIG. 2 in the region of its idle piston,
- Fig. 5
- 2 shows a sectional view of a compensating piston with an integrated ball as an idle stroke element,
- Fig. 6
- a sectional view of another compensating piston with an integrated ball and
- Fig. 7
- a sectional view of a compensating piston with an integrated idle piston.
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt des oberen Teiles eines Zylinderkopfes 1. Der Stößel 2 besteht aus einem Gehäuse 3, welches im oberen Teil durch einen Boden 4 verschlossen ist. Das Gehäuse 3 wird mittels einer Gleitführung 5 im obengenannten Zylinderkopf 1 eines Verbrennungsmotors geführt. Ein Nocken 6 als Ventilsteuerelement verschiebt mit seiner Flanke 7 den Stößel 2 in eine vom Boden 4 des Stößels 2 abgewandte Richtung. Das Gehäuse 3 beinhaltet ein konzentrisch angeordnetes Spielausgleichselement 8. Der Aufbau und die Wirkungsweise des Spielausgleichselementes 8 werden an dieser Stelle nicht näher erläutert, da dies schon hinlänglich bekannt ist. Ein federbelasteter, in dieser Figur nicht dargestellter, Ausgleichskolben liegt mit seiner vom Boden 4 abgewandten Stirnseite an einem ebenfalls nicht sichtbaren Ende eines Ventilschaftes 9 eines Gaswechselventils 10 an. Ein erfindungsgemäßer Leerhubkolben 11 ist in einem Kantenbereich 12, welcher gebildet wird durch den Boden 4 des Gehäuses 3 und dem Hemd 13 des Stößels 2, integriert. Anhand der Figuren 2 und 4 soll der Aufbau und die Funktion des erfindungsgemäßen Stößels 2 mit Leerhubkolben 11 näher erläutert werden.Figure 1 shows a longitudinal section of the upper part of a cylinder head 1. The plunger 2 consists of a
Aus Figur 2 ist ein Längsschnitt eines vergrößert dargestellten Stößels 2 entnehmbar. Das eigentliche Spielausgleichselement 8, mit dem Ausgleichskolben 15, ist axial in einer von dem Boden 4 des Stößels 2 ausgehenden und dort konzentrisch angeordneten Nabe 14 geführt. Der Leerhubkolben 11 ist detailliert der Figur 4 entnehmbar. Wirkt nun auf den Stößel 2 durch den Nocken 6 (siehe Figur 1) axial in eine vom Boden 4 des Nockens 6 abgewandte Richtung eine Kraft, erfolgt eine Belastung des Ausgleichskolbens 15. Ein Teil des im Hochdruckraum 18 befindlichen Öles wird verdrängt und bewirkt zunächst eine Verschiebung des Leerhubkolbens 11 in Richtung des Hemdes 13. Bevor also im Hochdruckraum 18 ein Hochdruck aufgebaut wird, vollzieht der Leerhubkolben 11 aufgrund der Flächenübersetzung seiner dem Hochdruckraum 18 zugewandten Kolbenfläche 19 zu der dem Hochdruckraum 18 zugewandten Kolbenfläche 20 des Ausgleichskolbens 15 eine Leerhubbewegung. Erst wenn der Druckaufbau im Hochdruckraum 18 erfolgt ist, ist der zum Öffnen des Ventiles 10 gegen die Kraft der Ventilfeder 21 (siehe Figur 1) notwendige Kraftschluß wirksam. Während des Hubes des Nockens 6 wird dann, wie bei bekannten Spielausgleichselementen, über einen nicht dargestellten Leckspalt ein bestimmtes geringes Ölvolumen aus dem Hochdruckraum 18 ausgepreßt, so daß am Ende des Hubes des Nockens 6 ein Bedarf an Öl im Hochdruckraum 18 entsteht. Wird nun der Ausgleichskolben 15 zum Ausgleich des während des Hubes des Nockens 6 entstandenen Spieles durch eine Rückstellfeder 22 in eine vom Boden 4 abgewandte Richtung gedrückt, so wird zuerst eine Bewegung des Leerhubkolbens 11 in Richtung des Hochdruckraumes 18 bis an einen Anschlag 23 erfolgen. Jetzt kann an dem nicht dargestellten Rückschlagventil (siehe Figur 3) der zum Öffnen dieses erforderliche Differenzdruck aufgebaut werden. Die aus dem Hochdruckraum 18 während des Hubes des Nockens 6 ausgepreßte Ölmenge wird jetzt wieder nachgesaugt. Würde nun, aufgrund von beispielsweise Grundkreisfehlern des Nockens 6, ein unerwünschtes Entlasten oder sogar Öffnen des Ventiles 10 gegenüber einem Ventilsitzring 24 (siehe Figur 1) auftreten, so wird dies durch die Nachgiebigkeit des Leerhubkolbens 11 gegenüber dem Hochdruckraum 18 ausgeglichen.A longitudinal section of a plunger 2, shown enlarged, can be seen from FIG. The actual
Figur 3 zeigt eine Schnittansicht eines Ausgleichskolbens 15 mit integriertem Leerhubkolben 11. Der Leerhubkolben 11 sitzt dabei konzentrisch und axial verschieblich in einer Bohrung 25 des Ausgleichskolbens 15 ein. Die Bewegung des Leerhubkolbens 11 in Richtung zum Hochdruckraum 18 wird dabei durch eine Feder 26, die sich einerseits an einem Boden 27 des Ausgleichskolbens 15 und andererseits an einem Boden 28 des Leerhubkolbens 11 abstützt, unterstützt. Die Funktionsweise des hier beschriebenen Ausgleichskolbens 15 für den Stößel 2 und die in den Figuren 5, 6 und 7 für weitere Ausführungsformen beschriebene, ist gleich der in Figur 2 genannten. Im Unterschied zu der in Figur 2 aufgezeigten Lösung, führt der Leerhubkolben 11 hier die Ausgleichsbewegung des Ausgleichskolbens 15 mit aus. Dabei kann es, wie in diesem Beispiel dargestellt, möglich sein, das Rückschlagventil 29 für den Ausgleichskolben 15 unmittelbar auf dem Leerhubkolben 11 anzuordnen.FIG. 3 shows a sectional view of a compensating
Der Leerhubkolben 11 aus Figur 2 ist in Figur 4 detaillierter dargestellt. Eine Feder 30 stützt sich einerseits am Leerhubkolben 11 ab und ist andererseits von einer Kappe 31 begrenzt. Die Belastung des Leerhubkolbens 11 durch die Feder 30 erfolgt stets in Richtung des Hochdruckraumes 18 (siehe Figur 2).The
Die Figuren 5 bis 7 zeigen weitere Varianten des Ausgleichskolbens 15 mit integriertem Leerhubkolben 11. Dabei ist es, wie die Figuren 5 und 6 zeigen, möglich, eine Kugel 32 als Leerhubkolben 11 zu verwenden und, wie in Figur 6 dargestellt, durch eine Feder 33, welche sich an einer Ventilkappe 34 abstützt, zu unterstützen. Die axiale Bewegung der Kugel 32 wird dabei zweckmäßigerweise von einer Platte 34a begrenzt, wobei auch weitere Anschlagformen denkbar sind.FIGS. 5 to 7 show further variants of compensating
Eine weitere Variante der Unterbringung des Leerhubkolbens 11 in dem Ausgleichskolben 15 ist aus Figur 7 ersichtlich. Der Leerhubkolben 11 ist dabei in eine im Ausgleichskolben 15 angeordnete Bohrung 33b integriert und bewegt sich entlang einer Achse, die sich in etwa parallel zur Längsmittelachse des Ausgleichskolbens 15 befindet. Als vorteilhafte Lösung erweist es sich, einen axialen Endanschlag des Leerhubkolbens 11 an einem Flansch 35 einer Ventilkappe 34 zu realisieren.A further variant of accommodating the
- 11
- ZylinderkopfCylinder head
- 22nd
- StößelPestle
- 33rd
- Gehäusecasing
- 44th
- Bodenground
- 55
- GleitführungSliding guide
- 66
- Nockencam
- 77
- FlankeFlank
- 88th
- SpielausgleichselementGame compensation element
- 99
- VentilschaftValve stem
- 1010th
- GaswechselventilGas exchange valve
- 1111
- LeerhubkolbenIdle piston
- 1212th
- KantenbereichEdge area
- 1313
- Hemdshirt
- 1414
- Nabehub
- 1515
- AusgleichskolbenCompensating piston
- 1616
- AußenflächeOutside surface
- 1717th
- nicht vergebennot forgiven
- 1818th
- HochdruckraumHigh pressure room
- 1919th
- KolbenflächePiston area
- 2020th
- KolbenflächePiston area
- 2121
- VentilfederValve spring
- 2222
- RückstellfederReturn spring
- 2323
- Anschlagattack
- 2424th
- VentilsitzringValve seat ring
- 2525th
- Bohrungdrilling
- 2626
- Federfeather
- 2727
- Bodenground
- 2828
- Bodenground
- 2929
- Rückschlagventilcheck valve
- 3030th
- Federfeather
- 3131
- Kappecap
- 3232
- KugelBullet
- 3333
- Federfeather
- 33b33b
- Bohrungdrilling
- 3434
- VentilkappeValve cap
- 34a34a
- Platteplate
- 3535
- Flanschflange
- 3636
- Spaltgap
- 3737
- Bohrungdrilling
- 3838
- AusnehmungRecess
Claims (10)
- Tappet (2) comprising a housing (3) formed by a jacket (13) and a bottom (4) and in which there is concentrically arranged, a hydraulic clearance compensation element (8) comprised of a spring-loaded longitudinally slidable compensating piston (15) and a high pressure chamber (18), the compensating piston (15) being supported at one end on a valve shaft (9) of a gas exchange valve (10) and delimiting at the other end, by its piston face (20) facing away from the valve shaft (9) of the gas exchange valve (10), the high pressure chamber (18), said tappet (2) further comprising an idle stroke piston (11) having a diameter smaller than that of the compensating piston (15) and on whose piston face (19) the hydraulic pressure of the high pressure chamber (18) acts, characterized in that the ratio of the projected area of the piston face (20) of the compensating piston (15) facing the high pressure chamber (18) to the projected area of the piston face (19) of the idle stroke piston (11) facing the high pressure chamber (18) is >3.
- Tappet according to claim 1, characterized in that the idle stroke piston (11) is arranged in a radial bore (37) of the jacket (13).
- Tappet according to claim 2, characterized in that the idle stroke piston (11) is arranged in an edge region (12) formed by the bottom (4) of the housing (3) and a part of the jacket (13).
- Tappet according to claim 1, characterized in that the idle stroke piston (11) is arranged in a bore (25) of the compensating piston (15).
- Tappet according to claim 4, characterized in that the idle stroke piston (11) is displaced along an axis of the bore (25) parallel to the central longitudinal axis of the compensating piston (15).
- Tappet according to claim 4 or 5, characterized in that a stroke of the idle stroke piston (11) is limited at one of its piston faces (19) by a stop on a flange (35) of a valve cap (34) of a non-return valve (29) of the compensating piston (15).
- Tappet according to claim 1, characterized in that the idle stroke piston (11) is biased towards the high pressure chamber (18) by a spring (30).
- Tappet according to claim 1, characterized in that a gap (36) situated between a radial outer surface (16) of the idle stroke piston (11) and the bore (25) surrounding the idle stroke piston (11) serves as a leak gap for the flow medium present in the high pressure chamber (18).
- Tappet according to claim 4, characterized in that the non-return valve (29) of the compensating piston (15) is fixed on the piston face (19) of the idle stroke piston (11) facing the high pressure chamber (18).
- Tappet according to claim 9, characterized in that the valve cap (34) of the non-return valve (29) is fixed in a cylindrical recess (38) of the idle stroke piston (11).
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