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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei modernen Brennkraftmaschinen werden zur Optimierung der Ladungsbewegung im Brennraum variable Ventiltriebe verwendet, mit denen bei den Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine unterschiedliche Ventilhübe eingestellt werden können. Aus der
DE 196 11 641 C1 ist ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, mit dem die Betätigung eines Gaswechselventils mit mehreren unterschiedlichen Hubkurven ermöglicht wird. Hierzu ist auf der Nockenwelle ein Schiebenocken mit mehreren Nockenbahnen drehfest aber axial verschieblich gelagert. Der Schiebenocken weist einen Kulissenabschnitt auf, in den ein Betätigungselement eines Aktuators in Form eines Stifts zur Erzeugung einer axialen Verschiebung des Schiebenockens eingreift. Durch die axiale Verschiebung des Schiebenockens wird beim jeweiligen Gaswechselventil ein unterschiedlicher Ventilhub eingestellt. Nach der DE 196 11 641 C1 ist der Schiebenocken nach der axialen Verschiebung desselben relativ zur Nockenwelle durch eine Arretiervorrichtung rastierbar.
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Aus der
DE 10 2007 027 979 A1 ist ebenfalls ein Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einem auf einer Nockenwelle axial verschiebbaren Schiebenocken bekannt. Der Schiebenocken weist nach diesem Stand der Technik eine Innenverzahnung auf, die zur Lagerung des Schiebenockens auf der Nockenwelle mit einer Außenverzahnung der Nockenwelle derart zusammen wirkt, dass trotz der axialen Verschiebbarkeit des Schiebenockens relativ zur Nockenwelle einerseits eine Zentrierung des Schiebenockens auf der Nockenwelle und andererseits eine Drehmomentübertragung von der Nockenwelle auf den Schiebenocken gewährleistet ist.
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Die Funktion der Zentrierung sowie die Funktion der Drehmomentübertragung werden demnach nach dem Stand der Technik von ein und derselben Innenverzahnung des Schiebenockens sowie Außenverzahnung der Nockenwelle übernommen. Diese Art der Lagerung, die gleichzeitig die Zentrierfunktion und die Drehmomentübertragungsfunktion übernimmt, ist sehr toleranzempfindlich und nur mit großem Aufwand fertigbar.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so zu verbessern, dass derselbe weniger toleranzempfindlich und einfach fertigbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Ventiltrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist für die Zentrierung des jeweiligen Schiebenockens auf der jeweiligen Nockenwelle mindestens ein Zentrierungsabschnitt derart ausgebildet, dass an der jeweiligen Nockenwelle über den Umfang derselben verteilt mehrere radial äußere Zentrierungsvorsprünge ausgebildet sind, die an einer radial inneren Fläche des jeweiligen Schiebenockens nahezu ohne Radialspiel anliegen; wobei axial beabstandet von dem oder jedem Zentrierungsabschnitt für die Drehmomentübertragung zwischen der jeweiligen Nockenwelle und dem jeweiligen Schiebenocken mindestens ein Drehmomentübertragungsabschnitt derart ausgebildet ist, dass über einen äußeren Umfang der jeweiligen Nockenwelle verteilte Drehmomentübertragungsvorsprünge in Drehmomentübertragungsvertiefungen des jeweiligen Schiebenockens und über einen inneren Umfang des jeweiligen Schiebenockens verteilte Drehmomentübertragungsvorsprünge in Drehmomentübertragungsvertiefungen der jeweiligen Nockenwelle jeweils nahezu ohne Umfangsspiel eingreifen; und wobei zumindest in die radial innere Fläche mindestens eines Zentrierungsabschnitts des jeweiligen Schiebenockens, an welcher die Zentrierungsvorsprünge nahezu ohne Radialspiel angreifen, Nuten einbracht sind, in welche bei der Montage des jeweiligen Schiebenockens auf der jeweiligen Nockenwelle die Zentrierungsvorsprünge mit Radialspiel und Umfangsspiel eingreifen.
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Die räumlich und funktional voneinander getrennten Abschnitte für Zentrierung und Drehmomentübertragung können jeweils unabhängig voneinander bedarfsorientiert ausgelegt werden, wodurch die Toleranzempfindlichkeit deutlich gesenkt werden kann. Weiterhin lassen sich die Fertigungsanforderungen reduzieren und so Herstellungskosten einsparen. Der Ventiltrieb ist einfach mit hoher Genauigkeit herstellbar.
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Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen schematischen Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine im Bereich eines Ventiltriebs;
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2 einen perspektivischen teilweisen Querschnitt aus einem Ventiltrieb im Bereich einer Nockenwelle und eines Schiebenockens;
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3 einen perspektivischen Ausschnitt aus der Nockenwelle des Ventiltriebs der 2;.
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4 einen perspektivischen Querschnitt durch den Schiebenocken des Ventiltriebs der 2;
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5 eine perspektivischen Ansicht des Schiebenockens des Ventiltriebs der 2;
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6a bis 6c unterschiedliche Zustände des Ventiltriebs der 2 bei der Montage desselben; und
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7 einen Querschnitt durch den Ventiltrieb der 2 an einer Axialposition.
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1 zeigt einen ausschnittsweisen Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine im Bereich eines Zylinderkopfs 1, der nach außen von einem im Ausführungsbeispiel gegenüber dem Zylinderkopf 1 getrennten Zylinderkopfdeckel 2 begrenzt ist. Der Zylinderkopf 1 setzt sich im Ausführungsbeispiel aus einem Zylinderkopfunterteil 3 und einem Nockenwellengehäuse 4 zusammen. Es sei darauf hingewiesen, dass auch andere Bauformen von Brennkraftmaschinen möglich sind, so z. B. eine Bauform, in welcher der Zylinderkopfdeckel 2 und der Zylinderkopf 1 einstückig ausgebildet sind.
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Gemäß 1 ist im Nockenwellengehäuse 4 zur Steuerung von Einlassventilen 5 der Brennkraftmaschine eine Einlassnockenwelle 6 gelagert. Zur Steuerung von nicht gezeigten Auslassventilen der Brennkraftmaschine ist eine nicht gezeigte Auslassnockenwelle im Nockenwellengehäuse 4 gelagert. Pro Zylinder sind vorzugsweise zwei Einlassventile 5 und zwei nicht gezeigte Auslassventile vorgesehen, wobei die Einlassventile 5 von der Einlassnockenwelle 6 in bekannter Weise gesteuert betätigt werden. Die Auslassventile werden von der nicht gezeigten Auslassnockenwelle in bekannter Weise gesteuert betätigt. Hierzu weist die im Nockenwellengehäuse 4 gelagerte Einlassnockenwelle 6 bzw. die nicht gezeigte Auslassnockenwelle jeweils mehrere Schiebenocken 7 auf. Bei den Einlassventilen und Auslassventilen handelt es sich um Gaswechselventile der Brennkraftmaschine.
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Zur Lagerung der in 1 sichtbaren Einlassnockenwelle 6 sind Radiallagereinrichtungen 8 vorgesehen, welche einen unteren Lagerringkörper 9 umfassen, der im gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Nockenwellengehäuse 4 ausgebildet ist. Weiterhin umfasst jede Radiallagereinrichtung 8 einen individuellen Lagerdeckel 10, der mit dem unteren Lagerringkörper 9 mit Hilfe von z. B. Schrauben am Nockenwellengehäuse 4 befestigt ist. Die Lagedeckel 10 können auch zu einer Lagerbrücke zusammengefasst sein. Gemäß 1 betätigt die Einlassnockenwelle 6 die Einlassventile 5 mit Hilfe von Rollenschlepphebeln 11.
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Gemäß 1 ist der Schiebenocken 7 aus einem in der Mitte positionierten Kulissenabschnitt 12 und zwei äußeren Nockenabschnitten 13 gebildet. Jeder äußere Nockenabschnitt 13 umfasst drei Nockenbahnen 14, wobei mit jeder der Nockenbahnen 14 ein unterschiedlicher Ventilhub eingestellt wird. Der in 1 dargestellte Schiebenocken 7 umfasst demnach für jedes Ventil einen Nockenabschnitt 13 mit drei Nockenbahnen 14, der axial verschiebbar ist. Es können auch mehrere Kulissenabschnitte seitlich außen neben den Nockenabschnitten 13 vorhanden sein.
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Jedem Schiebenocken 7 ist ein nicht gezeigter Aktuator zugeordnet, der Stifte aufweist, die mit an einer Mantelfläche des Kulissenabschnitts 12 ausgebildeten Nuten 15 des Schiebenockens 7 zusammenwirken. Dadurch erfolgt eine axiale Verschiebung des Schiebenockens 7 in einem Bereich zwischen zwei Nockenwellenlagern. Durch die axiale Verschiebung des Schiebenockens 7 wird das jeweilige Gaswechselventil gezielt mit einer bestimmten Nockenbahn 14 betätigt, so dass eine unterschiedliche Ventilhubeinstellung erfolgt. Das Zusammenwirken der Stifte des nicht gezeigten Aktuators mit den Nuten 15 des Kulissenabschnitts 12 ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig.
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Um insbesondere nach einer axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens 7 auf der jeweiligen Nockenwelle 6 die Relativposition des Schiebenockens 7 und damit einer bestimmten Nockenbahn 14 des oder jedes Nockenabschnitts 13 des Schiebenockens 12 relativ zu einem zu betätigenden Einlassventil 5 zu arretieren, ist eine nicht gezeigte Arretiervorrichtung vorhanden, die mindestens ein nicht gezeigtes erstes Rastelement mit mehreren Rastvertiefungen und ein mit dem ersten Rastelement zusammenwirkendes, federbeaufschlagtes nicht gezeigtes zweites Rastelement aufweist.
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Um trotz der axialen Verschiebbarkeit des Schiebenockens 7 relativ zur Nockenwelle 6 eine ordnungsgemäße Funktion des Ventiltriebs zu gewährleisten, muss einerseits eine Zentrierung des Schiebenockens 7 auf der Nockenwelle 6 und andererseits eine Drehmomentübertragung von der Nockenwelle 6 auf den Schiebenocken 7 gewährleistet sein. Hierzu sind an der Nockenwelle 6 und dem Schiebenocken 7 für die Zentrierung und für die Drehmomentübertragung jeweils räumlich und funktional voneinander getrennte Abschnitte 16 bzw. 17 ausgebildet, nämlich mindestens ein Zentrierungsabschnitt 16 zur Zentrierung und mindestens ein Drehmomentübertragungsabschnitt 17 zur Drehmomentübertragung. Die Funktionen Drehmomentübertragung und Zentrierung zwischen Nockenwelle 6 und Schiebenocken 7 sind demnach funktional und räumlich voneinander getrennt. Hierdurch ist es möglich, diese Abschnitte 16 und 17 jeweils bedarfsorientiert auszulegen und so die Toleranzempfindlichkeit des erfindungsgemäßen Ventiltriebs zu reduzieren. Ferner können Fertigungsanforderungen und Fertigungskosten gesenkt werden.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind für die Zentrierung des gezeigten Schiebenockens 7 auf der gezeigten Nockenwelle 6 zwei Zentrierungsabschnitte 16 vorhanden, wobei für die Drehmomentübertragung von der Nockenwelle 6 auf den Schiebenocken 7 ausschließlich ein einziger Drehmomentübertragungsabschnitt 17 vorhanden ist, der in Axialrichtung der Nockenwelle 6 gesehen zwischen den Zentrierungsabschnitten 16 positioniert ist.
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Die Zentrierungsabschnitte 16 sind derart ausgebildet, dass an der Nockenwelle 6 radial außen über den Umfang derselben verteilt mehrere Zentrierungsvorsprünge 18 ausgebildet sind, die an einer radial inneren Fläche 19 des jeweiligen Schiebenockens 7 nahezu ohne Radialspiel angreifen.
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Der axial zwischen den Zentrierungsabschnitten 16 positionierte Drehmomentübertragungsabschnitt 17 ist derart ausgebildet, dass über einen äußeren Umfang der Nockenwelle 6 verteilte Drehmomentübertragungsvorsprünge 20 in Drehmomentübertragungsvertiefungen 21 des jeweiligen Schiebennockens 7 und über einen inneren Umfang des jeweiligen Schiebenockens 7 verteilte Drehmomentübertragungsvorsprünge 22 in Drehmomentübertragungsvertiefungen 23 der jeweiligen Nockenwelle 6 jeweils nahezu ohne Umfangsspiel eingreifen.
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Die Drehmomentübertragungsvertiefungen 23 der Nockenwelle 6 sind dabei von jeweils zwei Drehmomentübertragungsvorsprüngen 20 derselben begrenzt. Die Drehmomentübertragungsvertiefungen 21 des Schiebenockens 7 sind von jeweils zwei Drehmomentübertragungsvorsprüngen 22 desselben begrenzt.
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Die Zentrierungsabschnitte 16 verfügen demnach über nahezu kein Radialspiel, wohingegen der Drehmomentübertragungsabschnitt 17 über nahezu kein Umfangsspiel verfügt.
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Zumindest in die radial innere Fläche 19 mindestens eines Zentrierungsabschnitts 16 des Schiebenockens 7, an welcher Zentrierungsvorsprünge 18 der Nockenwelle 6 nahezu ohne Radialspiel angreifen, sind Nuten 24 eingebracht, die sich in Axialrichtung erstrecken, wobei in die Nuten 24 bei der Montage des Schiebenockens 7 auf der Nockenwelle 6 die Zentrierungsvorsprünge 18 mit Radialspiel und Umfangsspiel eingreifen. Wie am besten 4 und 5 entnommen werden kann, erstrecken sich diese Nuten 24, in die bei der Montage des Schiebenockens 7 auf der Nockenwelle 6 die Zentrierungsvorsprünge 18 der Nockenwelle 6 mit Radialspiel und Umfangsspiel eingreifen, vorzugsweise über die gesamte axiale Breite des Schiebenockens 7, also sowohl über die Zentrierungsabschnitte 16 als auch über den Drehmomentübertragungsabschnitt 17 desselben.
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Die Zentrierungsvorsprünge 18 der Nockenwelle 6 verfügen über einen Kopfradius R3 (siehe 3), der größer ist als ein Kopfradius R2 (siehe 3) der Drehmomentübertragungsvorsprünge 20 der Nockenwelle 6. Die radial innere Fläche 19 des Schiebenockens 7, an welcher die Zentrierungsvorsprünge 18 der Nockenwelle 6 nahezu ohne Radialspiel angreifen, verfügt über einen Radius (siehe 5), der vorzugsweise dem Kopfradius R3 der Zentrierungsvorsprünge 18 der Nockenwelle 6 entspricht.
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Ein Kopfradius R1 der in die radial innere Fläche 19 des Schiebenockens 7 eingebrachten Nuten 24 (siehe 5) ist größer als der Radius R3 der Zentrierungsvorsprünge 18 der Nockenwelle 6, wobei auch die Umfangsbreite dieser Nuten 24 größer ist als die Umfangsbreite der Zentrierungsvorsprünge 18 der Nockenwelle 6, sodass bei der Montage des Schiebenockens 7 auf der Nockenwelle 6, in welcher die Zentrierungsvorsprünge 18 der Nockenwelle 6 in die Nuten 24 zumindest temporär hineinragen, mit Radialspiel und Umfangsspiel in den Nuten 24 positioniert sind.
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Nach vollendeter Montage des Schiebenockens 7 auf der Nockenwelle 6 sind die Zentrierungsvorsprünge 18 der Nockenwelle 6 aus den Nuten 24 des Schiebenockens 7 heraus bewegt und liegen nahezu ohne Radialspiel an der inneren Fläche 19 des Schiebenockens 7 an.
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Wie bereits ausgeführt, sind im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Zentrierungsabschnitte 16 vorhanden, die in Axialrichtung gesehen voneinander beabstandet sind, wobei zwischen den beiden Zentrierungsabschnitten 16 der Drehmomentübertragungsabschnitt 17 vorhanden ist. Wie am besten 2 entnommen werden kann, ist zwischen dem in 2 linken Zentrierungsabschnitt 16 und dem Drehmomentübertragungsabschnitt 17 ein Freigangabschnitt 25 an der Nockenwelle 6 ausgebildet, dessen Radius kleiner ist als ein Kopfradius der Drehmomentübertragungsvorsprünge 22 des Schiebenockens 7. Eine axiale Breite des Freigangabschnitts 25 der Nockenwelle 6 ist zumindest so groß wie die axiale Breite der Drehmomentübertragungsvorsprünge 22 des Schiebenockens 7.
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Durch die obige Ausgestaltung von Nockenwelle 6 und Schiebenocken 7 wird die in 6a bis 6c verdeutlichte Montage des Schiebenockens 7 auf der Nockenwelle 6 gewährleistet, wobei gemäß 6a der Schiebenocken 7 ausgehend von der linken Seite der Nockenwelle 6 auf die Nockenwelle 6 in Axialrichtung (siehe Pfeil A1 in 6a) aufgeschoben wird, nämlich derart, dass hierbei die Zentrierungsvorsprünge 18 des linken Zentrierungsabschnitts 16 in die Nuten 24 des Schiebenockens 7 mit Umfangsspiel und Radialspiel eingreifen, sodass ausgehend von der linken Seite der Schiebenocken 7 einfach axial auf die Nockenwelle 6 bis zu der in 6a gezeigten Relativposition zwischen Schiebenocken 7 und Nockenwelle 6 ausgeschoben werden kann.
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In der in 6a gezeigten Relativposition zwischen Schiebenocken 7 und Nockenwelle 6 greifen dann die Drehmomentübertragungsvorsprünge 22 des Schiebenockens 7 in den Freigangabschnitt 25 der Nockenwelle 6 mit Radialspiel ein.
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Zur weiteren Montage des Schiebenockens 7 auf der Nockenwelle 6 erfolgt dann gemäß 6b eine Relativverdrehung (siehe Pfeil U in 6b) zwischen Nockenwelle 6 und Schiebenocken 7.
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In Folge dieser Relativverdrehung werden die Drehmomentübertragungsvorsprünge 22 des Schiebenockens 7 derart relativ zu den Drehmomentübertragungsvertiefungen 23 der Nockenwelle 6 bzw. die Drehmomentübertragungsvorsprünge 20 der Nockenwelle 6 relativ zur den Drehmomentübertragungsvertiefungen 23 des Schiebenockens 7 ausgerichtet, dass nachfolgend der Schiebenocken 7 in axialer Richtung (siehe Pfeil A2 in 6c) weiter auf die Nockenwelle 6 aufgeschoben werden kann, wobei in Folge dieser relativen Verdrehung zwischen Nockenwelle 6 und Schiebenocken 7 die Zentrierungsvorsprünge 18 der Nockenwelle 6 aus den Nuten 24 des Schiebenockens 7 heraus bewegt werden und dann nahezu ohne Radialspiel an der inneren Fläche 19 des Schiebenockens 7 zur Anlage kommen.
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Wie 7 entnommen werden kann, die einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Ventiltrieb im Bereich einer Nockenwelle 6 und eines auf der Nockenwelle 6 positionierten Schiebenockens 7 zeigt, verfügen die Zentrierungsvorsprünge 18 der Nockenwelle 6 nicht nur über einen größeren Kopfradius R3 als der Kopfradius R2 der Drehmomentübertragungsvorsprünge 20 derselben, vielmehr verfügen die Zentrierungsvorsprünge 18 der Nockenwelle 6 auch über eine größere Umfangsbreite als die Drehmomentübertragungsvorsprünge 20 derselben.
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Weiterhin kann 7 entnommen werden, dass eine Umfangsbreite der in die radial innere Fläche 19 des Schiebenockens 7 eingebrachten Nuten 24 so bemessen ist, dass mehrere Drehmomentübertragungsvorsprünge 20 der Nockenwelle 6 mit Radialspiel und Umfangsspiel in dieselbe hineinragen.
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Die Umfangsbreite der Nuten 24 des jeweiligen Schiebnockens 7 ist demnach größer, vorzugweise ein Vielfaches größer, als die Umfangsbreite der Drehmomentübertragungsvorsprünge 20 der jeweiligen Nockenwelle 6.
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Im Bereich des Drehmomentübertragungsabschnitts 17 besteht zwischen den Drehmomentübertragungsvorsprüngen 20, 22 und Drehmomentübertragungsvertiefungen 21, 23 jeweils ein Radialspiel, jedoch nahezu kein Umfangsspiel, sodass im Bereich des Drehmomentübertragungsabschnitts 17 Flanken 26 der Drehmomentübertragungsvorsprünge 20, 22 und Drehmomentübertragungsvertiefungen 21, 23 in Umfangsrichtung nahezu spielfrei aneinander liegen.
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Die Zentrierung des Schiebenockens 7 auf der Nockenwelle 6 wird demnach als Kopfzentrierung und die Drehmomentübertragung als Flankenzentrierung ausgeführt. Diese Bereiche bzw. Abschnitte sind axial voneinander beabstandet und demnach räumlich und funktional voneinander getrennt.
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Zwischen den Nuten 24 des Schiebennockens 7 im Bereich der Zentrierungsabschnitte 16 sind zylindrische Flächen mit einer relativ großen Umfangserstreckung ausgeführt, an welchen der Schiebenocken 7 zur Bearbeitung sicher und zuverlässig aufgenommen bzw. gespannt werden kann, sodass zur Bearbeitung des Schiebennockens 7 insbesondere im Bereich der Hubkurven 14 exakte Bezugspunkte bereitgestellt werden können. Dadurch kann ein Schiebenocken 7 für den erfindungsgemäßen Ventiltrieb mit geringem Aufwand und hoher Genauigkeit gefertigt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinderkopf
- 2
- Zylinderkopfdeckel
- 3
- Zylinderkopfunterteil
- 4
- Nockenwellengehäuse
- 5
- Einlassventil
- 6
- Einlassnockenwelle
- 7
- Schiebenocken
- 8
- Radiallagereinrichtungen
- 9
- Lagerringkörper
- 10
- Lagerdeckel
- 11
- Rollenschlepphebel
- 12
- Kulissenabschnitt
- 13
- Nockenabschnitt
- 14
- Nockenbahn
- 15
- Nut
- 16
- Zentrierungsabschnitt
- 17
- Drehmomentübertragungsabschnitt
- 18
- Zentrierungsvorsprung
- 19
- Fläche
- 20
- Drehmomentübertragungsvorsprung
- 21
- Drehmomentübertragungsvertiefung
- 22
- Drehmomentübertragungsvorsprung
- 23
- Drehmomentübertragungsvertiefung
- 24
- Nut
- 25
- Freigangabschnitt
- 26
- Flanke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19611641 C1 [0002]
- DE 102007027979 A1 [0003]