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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Verbrennungskraftmaschine
mit einer doppelten Nockenwelle.
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Stand der Technik
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Aus
der
EP 1 347 154 A2 (Anmelderin:
Hydraulik-Ring GmbH; Prioritätstag: 20.03.2003) ist ein Drehantrieb
bekannt, der für eine Verstellwelle eines variablen Ventiltriebs
bestimmt ist. Ein erster rotatorischer, hydraulischer Antrieb ist
mit einem zweiten rotatorischen, hydraulischen Antrieb so verbunden, dass
eine Grob- und eine Feineinstellung der exakten Exzenterposition
innerhalb einer Ventiltriebkette möglich sind. Mit anderen
Worten wird die einzustellende Drehwinkellage durch ein zweistufiges
System ermöglicht.
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US-A-2 911 956 (Anmelder:
Smith; Anmeldetag: 07.01.1959) beschreibt einen plattenartigen Positionierer,
durch den eine Schwenkbewegung einer ersten Platte den Schwenkbereich
einer zweiten Platte und so fortgesetzt beeinflusst.
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WO 01/12996 A1 (Anmelderin:
Raikamo; Prioritätstag: 17.08.1999) zeigt in
5a ein Zwei-Stator-Wellenverstellsystem,
in dem der Rotor in seinem Schwenkbereich durch die Rotation eines
ersten und zweiten Stators beschränkt ist.
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Aus
der
US-A-5 233 948 (Anmelderin:
Ford Motor Corporation; Anmeldetag: 10.12.1992) kann der fachkundige
Leser entnehmen, welche Vorteile darin zu suchen sind, wenn die
Nocken von überlagerten Nockenwellen zueinander verstellbar
sind. Seit Jahren ist hieraus also der Wunsch abzulesen, Ventiltriebe
zu schaffen, die so gestaltet sind, dass sie die Steuerereignisse
mehrerer Gaswechselventile eines Brennraums einzeln steuern können.
Aus dem Patent sind zwar die theoretischen Vorteile abzulesen, es
mangelt aber an Vorschlägen der konkreten Umsetzung. Die
in der Patentschrift theoretisch offenbarten Grundlagen gelten durch
diese Referenz als vollinhaltlich in die vorliegende Erfindungsbeschreibung
inkorporiert.
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Ansätze
zur Realisierung der Lehre der
US-A-5 233 948 sind aus den
4A bis
4C der
US-A-5 235 939 (Anmelderin: Ford Motor Company; Anmeldetag:
05.11.1992) bekannt, die eine koaxiale Doppelnockenwelle mit wenigstens
zwei Sätzen zueinander winkelversetzter Nocken abbilden,
deren Nocken durch Befestigungsstifte und Befestigungsfedern an
der jeweiligen tragenden Nockenwelle befestigt sind. Eine ähnliche
Anordnung ist aus der
WO 2005/040562
A1 (Anmelderin: Audi AG; Prioritätstag: 25.10.2003)
bekannt. Laut Beschreibung soll mit hydraulischen Linearzylindern
die Nockenlage eingestellt werden. Eine ähnliche Konstruktion
ist aus der
1 der
DE 43 32 868 A1 (Anmelderin:
BMW AG; Anmeldetag: 27.09.1993) bekannt, die ebenfalls durch eine
Linearbewegung die Nockenlage einer Einlassnocke zu einer Auslassnocke
verstellen soll. Die Darstellung in der
EP 0 397 540 A1 (Anmelderin: Regie
Nationale Des Usines Renault; Prioritätstag: 17.03.1989)
zeigt ebenfalls eine linearverstellbare Nockenwellenanordnung. Aus
den
5 und
6 der
US-A-4 332 222 (Anmelderin:
Volkswagen AG; Prioritätstag: 20.05.1978) ist ein konturbehafteter Einfahrstift
bekannt, der über seine Oberfläche den Winkelabstand
zweier Nocken und damit die Relativlage der angeschlossenen Nockenwellen
beeinflusst. Zwei ineinander eingreifende Hohlwellennockenwellen
können über ein Planetengetriebe mit Längslöchern
gem. der deutschen Offenlegungsschrift
DE 36 24 827 A1 (Anmelderin:
Süddeutsche Kolbenbolzenfabrik GmbH; Anmeldetag: 23.07.1986)
zueinander in ihrer Winkellage verstellt werden. Für die
Erfüllung von heutigen Abgaswerten in hochverdichtenden Verbrennungsmotoren
muss aber auch die äußere Welle zur antreibenden
Welle, insbesondere der Kurbelwelle, verstellbar sein. Aus der
DE 199 14 909 A1 (Anmelderin:
BMW AG; Anmeldetag: 01.04.1999) ist eine weitere Begründung
für die Schaffung einer verschachtelten Nockenkontur herauszulesen.
Mit einem Hilfsnocken kann die Nockenkontur des Hauptnockens einer
Nockenwelle erweitert werden, um das zugehörige Gaswechselventil
ein zweites Mal, zeitversetzt zum Hauptereignis, aufzusteuern, um somit
eine Nachladung des oder ein weiteres Ausströmen aus dem
Zylinder zu ermöglichen. Abschließend seien noch
die beiden Druckschriften
JP
11 17 31 20 (Anmelderin: Mitsubishi Motors Corp; Anmeldetag:
08.12.1997) und
WO 1992/012
333 (Anmelderin: Porsche AG; Prioritätstag: 12.01.1991)
benannt.
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Zusammenfassend
ist zu sehen, dass schon seit Jahren immer wieder überlegt
wird, wie zeitlich zueinander zu versetzende Ereignisse im Gaswechselventiltrieb
in ihren Phasenlagen verstellbar gemacht werden können.
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DE 10 2005 014 680
A1 (Anmelderin: Mahle International GmbH, Prioritätstag:
03.02.2005) zeigt in einigen graphischen Darstellungen eine Doppelnockenwelle,
die mit einem angeschlossenen, nutenbehafteten Ölübergabestück
ausgestattet ist, damit das Hydrauliköl an einen hydraulischen
Versteller, der nicht dargestellt ist, weitergeleitet werden kann.
Vertreter des anmeldenden Unternehmens Mahle International GmbH
haben auf dem 16. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik
2007 technische Ausführungen von Doppelnockenwellen, die grundsätzlich
in der
DE 10 2005
014 680 A1 beschrieben werden, durch Abbildungen und Funktionsdiagramme
vorgestellt. Wie auf dem Kolloquium festzuhalten war, hat die Fachwelt
immer noch nicht die Suche nach geeigneten Nockenwellenverstellern für
entsprechende Doppelnockenwellen erfolgreich beenden können.
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Ein
Nockenwellenversteller für das relative Verdrehen einer
Hohlnockenwelle und eines parallel zum ersten Kettenrad angeordneten
zweiten Kettenrads wird in der
US 6 253 719 B1 (Patentinhaberin: Mechadyne
PLC, Prioritätstag: 18.02.1999) beschrieben. Statt die
beiden scheibenartig aufgebauten Kettenradversteller nebeneinander
anzuordnen, können in den Abbildungen der
US 6 725 817 B2 (Patentinhaberin:
Mechadyne PLC, Prioritätstag: 18.11.2000) verschiedene
Ausführungsformen eines ineinander verschachtelten, in
der gleichen Ebene liegenden Verstellers entnommen werden, dessen erstes
Verstellelement einen ersten Satz Nocken der konzentrischen Nockenwelle
verdrehen kann, während das zweite Verstellelement dazu
bestimmt ist, einen zweiten Satz Nocken der konzentrischen Nockenwelle
zu verdrehen. Somit beeinflusst die Winkelverdrehung des einen Nockensatzes
den zugänglichen Winkelbereich des anderen Nockensatzes. Günstiger
wäre es, wenn die Nockensätze der Doppelnockenwellen
in einem demgegenüber weiteren, größeren
Verstellbereich, möglichst voneinander unabhängig,
verstellt werden könnten.
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Die
Aufgabenstellung der
US-A-6
076 492 (Anmelderin: Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha, Prioritätstag:
27.03.1998) führt aus, dass es allein schon bei einfach
aufgebauten Nockenwellenverstellern eines axial verschieblichen
Typs ein Problem darstellt, den Nockenwellenversteller, den Zylinderkopf,
das Steuerventil und die Nockenwelle ortsfest permanent auszurichten.
Selbst bei so hinlänglich bekannten Nockenwellenverstellern
droht ein Verkanten der einzelnen Bauteile zueinander.
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Aus
den Druckschriften
DE
103 46 446 A1 und
DE
103 46 448 A1 (Anmelderin: DaimlerChrysler AG; Anmeldetag:
07.10.2003) sind Rotoren mit verbreiterter Basis bekannt, deren
Basis aus Stabilitäts- oder Ölführungsgründen
gegenüber der Flügelbreite aufgefächert
sind.
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Die
dargelegten Ausführungsformen zweier zueinander versetzbarer
bzw. verstellbarer Gaswechselventilbetätigungsmittel an
einer Steuerungswelle werden nur durch ihre Referenzen in den Umfang
der vorliegenden Erfindungsbeschreibung aufgenommen, um hierdurch
die Lesbarkeit der Erfindungsbeschreibung zu erhöhen und
so die weiterführenden Aspekte der vorliegenden Erfindung
stärker hervorheben zu können. Deren Offenbarungsumfang wird
durch ihre Referenzen vollständig in die vorliegende Beschreibung
inkorporiert.
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Eine
Gaswechselventilsteuerungswelle, die sich aus zwei ineinander eingreifende,
vorzugsweise koaxial angeordnete, die äußere die
innere Nockenwelle umschließende Nockenwellen aufbaut,
wird auch gelegentlich als Doppelnockenwelle bezeichnet. Eine Doppelnockenwelle
ist eine Nockenwelle, die zweifach aufgebaut ist. Mit der Begriff
Nockenwelle assoziiert die Fachwelt häufig eine einzige
Welle, an der alle Nocken ortsfest zueinander angeordnet sind.
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Aufgabenstellung
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Es
sind wichtige Teile eines Ventiltriebs für Verbrennungskraftmaschinen
zu entwerfen, welcher eine Nockenwelle wie eine Gaswechselventilsteuerungswelle
mit zwei zueinander verstellbaren Nocken, die sich insbesondere
in unmittelbarer Nachbarschaft befinden, aufweist. Ein geeigneter
Nockenwellenversteller ist hierfür zu entwerfen, der sowohl die
Nocken zu einer antreibenden Welle als auch die Nocken des einen
Typs zu den Nocken des anderen Typs möglichst winkelrichtig
unter besonderen Betriebsbedingungen einstellen kann, wobei die
Nocken an einer entsprechenden Nockenwelle befestigt sind. Wenn
in diesem Zusammenhang im Plural von Nocken gesprochen wird, so
ist damit auch jede Ausführungsform gemeint, in der es
nur einen einzigen Nocken eines bestimmten Typs auf einer Nockenwelle
gibt. Idealerweise lässt sich das Prinzip des Ventiltriebs
auf alle zuvor aufgezeigten Anwendungsfälle (zeitliches
Versetzen der Einlass- zu den Auslassgaswechselventilen, das räumliche
und/oder zeitliche Verstellen zwischen zwei gleichartigen Gaswechselventilen
eines Brennraums, das Schaffen eines nachgelagerten Öffnungsereignisses,
das Schaffen von vorgelagerten Öffnungsereignissen) von
ineinander verschachtelten Nockenwellen anwenden. Hierbei ist besonders
auf geeignete Verbindungstechniken und deren Einfluss auf den Nockenwellenversteller
Bedacht zu nehmen.
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Erfindungsbeschreibung
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Das
technische Problem wird durch eine Vorrichtung nach dem Hauptanspruch
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen lassen sich den abhängigen
Ansprüchen entnehmen.
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Ein
Rotor, der in einem bestimmten Winkelbereich hin und her beweglich
zwischen Stegen eines Stators, der auch als Teil des umschließenden Gehäuses
gestaltet sein kann, angeordnet ist, kann auch als Drehflügler
bezeichnet werden. Der Begriff Drehflügler bezieht sich
eher auf die flügelartige Erscheinungsform des zentralen,
mittleren, schwenkbeweglichen Nockenwellenanbindungsglieds, das häufig
als Abtriebskörper bezeichnet wird, während der
Begriff Rotor sich eher auf die rotierende Eigenschaft des Abtriebskörpers
gegenüber sonst üblichen axiallinearen Verstellelementen
bezieht.
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Der
Nockenwellenversteller ist ein Teil eines veränderlichen
Ventiltriebs einer Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine
hat wenigstens eine Gaswechselventilsteuerungswelle. Die Gaswechselventilsteuerungswelle
weist zwei konzentrisch angeordnete Nockenwellen auf, die zueinander
rotatorisch verstellbar sind, damit wenigstens zwei Nocken zueinander
winkelverdrehbar sind. Ein Nockenwellenversteller setzt sich somit
aus zwei Teilnockenwellenverstellern zusammen. Jeder Teilnockenwellenversteller
kann für sich, unabhängig von dem anderen Teilnockenwellenversteller,
den vollen Winkelbereich unabhängig von der Stellung des
anderen Nockenwellenverstellers überstreichen. Jeder Teilnockenwellenversteller
bezieht seine Relativposition auf die gleiche außenliegende
zentrale Antriebswelle, wie zum Beispiel die Kurbelwelle. Ein Teilnockenwellenversteller
des Nockenwellenverstellers arbeitet nach einem Drehflügelprinzip
und ermöglicht so eine Relativverdrehung zwischen einem
Antriebskörper und wenigstens einem Abtriebskörper.
Der Nockenwellenversteller hat zwei Drehflügelversteller, von
denen jeder einer Nockenwelle zugeordnet ist, wobei die beiden Drehflügelversteller
hintereinander axial in Wellenrichtung angeordnet sind. Die Nockenwellenversteller
sind mit ihren jeweiligen Nockenwellen in mechanisch fester Verbindung
aufgebaut.
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Der
Ventiltrieb einer Verbrennungskraftmaschine wird aus abgastechnischen
Gründen häufig mit einer Nockenwelle und einem
schwenkrotorischen Nockenwellenversteller zur Veränderung
der Relativlage der Nockenwelle zu einer zweiten Welle aufgebaut.
Die zweite Welle ist eine Kurbelwelle oder Antriebswelle. Der Nockenwellenversteller
hat wenigstens die Rotationsbauteile Rotor und Stator. Die Bauteile
können als Rotationsbauteile bezeichnet werden, weil sie
zueinander rotierbar veränderlich sind und so unterschiedliche
Phasenbeziehungen zueinander einnehmen können. Die Rotationsbauteile
bilden zwischen sich hydraulische Kammern mit veränderlichen,
insbesondere gegenläufigen, Volumina. Durch eine schwenkrotorische
Bewegung wird die jeweilige Kammer größer oder
kleiner. Wenigstens eines der Rotationsbauteile mit der Nockenwelle wird
durch einen in die Nockenwelle eingreifenden Stift derart verbunden,
dass Lageveränderungen des Rotors zu dem Stator durch den
Stift auf die Nockenwelle übertragen werden. Insbesondere
bei Doppelnockenwellen hat es sich gezeigt, dass die sehr lang ausgestreckten
Nockenwellen zu Verkantungen und zum Verklemmen neigen. Die Erfindung
schlägt eine Lösung vor, bei der das zusätzliche
Verkanten durch einen angeschlossenen Nockenwellenversteller reduziert
werden kann.
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Der
schwenkrotorisch arbeitende Versteller wird gelegentlich auch als
schwenkmotorisch arbeitender Versteller bezeichnet, obwohl keine
motorische Funktion, sondern nur eine Lagewahl durch den Nockenwellenversteller,
insbesondere nach dem Drehflügelprinzip arbeitend, realisiert
ist.
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Der
Ventiltrieb umfasst eine Doppelnockenwelle mit einer inneren Nockenwelle
und einer äußeren Nockenwelle. Die beiden Nockenwellen
sind vorzugsweise koaxial geführt. Durch eine rotatorische Lageveränderung
der inneren zur äußeren Nockenwelle wird die Winkelposition
wenigstens eines Nockens der inneren Nockenwelle zu einem Nocken
der äußeren Nockenwelle eingestellt oder erwirkt.
Vorteilhaft ist der Nocken der inneren Nockenwelle auf der äußeren
Nockenwelle gelagert durch einen Stift an der inneren Nockenwelle
angebunden schwenkbeweglich geführt. Die größere
Lagerfläche der äußeren Nockenwelle kann
genutzt werden, während die Ereignisposition des Ventiltriebs
durch eine Einstellung der inneren, mit weniger Masse ausgestatteten
Nockenwelle ermöglicht wird.
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Der
Ventiltrieb hat unterschiedliche Stifte, wobei es wenigstens zwei
Kategorien von Stiften gibt. Der eine Typ Stift befestigt den Rotor
an der inneren Nockenwelle. Ein weiterer Typ Stift befestigt einzelne
Nocken an einer der beiden Nockenwellen der Doppelnockenwelle. Über
den Stift wird ein synchrones Drehen zwischen Rotor und innerer
Nockenwelle ermöglicht. Der Stator kann wiederum durch eine
stoffschlüssige Verbindungstechnik wie Schweißen
bzw. punktuelles Anschweißen an einem zur inneren Nockenwelle
relativ gesehenen Bezugsbauteil befestigt sein. Bezugsbauteile sind
die gegenüber der zu verändernden Nockenwelle
als statisch zu betrachtenden Bauteile. Dabei können die
Bezugsbauteile selbst wiederum in einer permanenten Bewegung sein,
z. B. kann als Bezugsbauteil eine zweite Nockenwelle oder eine Kurbelwelle
herangezogen werden. Genauso kann natürlich auch ein Bezugsbauteil
wie der Zylinderkopf herangezogen werden, das dann absolut statisch
ist. Welches Bezugsbauteil zu wählen ist, hängt
unter anderem von dem Steuergeräteprogrammierer oder dem
Spezifizierer ab. Die diversen Bezugsbauteile und Bezugsgrößen
können untereinander umgerechnet werden. Wichtig ist die zuverlässige
Bezugsgrößenbildung.
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Der
Ventiltrieb kann mit einer gebauten Nockenwelle realisiert sein.
Gebaute Nockenwellen haben gegenüber geschmiedeten Nockenwellen
häufig einen Gewichtsvorteil. An dem einen Ende der Nockenwelle
wird zum Beispiel der Nockenwellenversteller, insbesondere mit zwei Rotoren,
angeordnet. Ein Rotor ist im Falle eines zwei Rotoren umfassenden
Nockenwellenverstellers für jede Nockenwelle vorgesehen.
Aus Ersparnisgründen wird häufig nur ein einziger
Stator verwendet, der alle Rotoren umschließt. Zumindest
ist der Stator so gestaltet, dass er ein wenigstens einen Rotor
umhüllender Stator ist. Der Nockenwellenversteller kann
ein von einem Antriebsrad abgesetztes Gehäuse sein, das
auf der Nockenwelle gelagert ist. Der Nockenwellenversteller ist vorteilhaft
in der Nähe einer Lagerstelle angesiedelt.
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Der
Ventiltrieb hat in einer Ausgestaltung einen Stator, der mit der äußeren
Nockenwelle in einer solchen Verbindungstechnik verbunden ist, dass
Stator und äußere Nockenwelle lagefixiert zueinander, synchron
miteinander rotierbar angeordnet sind. Die Öffnungs- und
Schließereignisse der Nocken lassen sich zuverlässig
gegenüber dem Bezugspunkt bzw. der Bezugswelle steuern.
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In
einer Ausgestaltung ist der Stator frei rotierend auf dem Äußeren
der Nockenwelle gelagert angeordnet. Der Stator ist ein freilaufendes
Bauteil.
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In
einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs
hat zumindest ein Rotor, sofern es mehrere Rotoren gibt, eine sich
entlang der Nockenwelle erstreckende Nabe. Die verlängerte
Nabe wirkt zunächst widersinnig, weil größere
Lagerflächen zu einem höheren Verkantungsrisiko
führen. Durch die geschickte Wahl einer vorteilhaften Verbindungstechnik
zwischen Nockenwellenversteller und Nockenwelle kann die widersinnig
wirkende Nabenverlängerung vorteilhaft angewendet werden,
denn der Stift wird in dem außerhalb eines Abschnitts,
der einer Breite von Flügeln des Rotors entspricht, vorhandenen
Bereichs des Rotors durchgesteckt. Der Stift wird durch den Rotor
durchgesteckt in die Nockenwelle eingeführt. Vorteilhaft
ist die Verbindung über den Stift toleranzbehaftet. Sie
kann einen kippbeweglichen Ausgleich zwischen Nockenwellenversteller und
Nockenwelle ermöglichen.
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In
dem Ventiltrieb hat in einer Ausgestaltung der Stift eine gewisse über
die Dicke der Nockenwelle hinausragende Länge. Der Stift
kann sogar ein durch die Nockenwelle vollständig hindurch
gehender Stift sein. Seine Stärke kann gleich bleibend
ausgeführt sein. Die Enden können abgeflacht sein.
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In
einer alternativen Ausgestaltung kann der Ventiltrieb wenigstens
zwei Stifte haben. Jeder der Stifte ist jeweils in gegenüberliegenden
Segmenten der Nockenwelle eingreifend angeordnet. Die Stiftübertragung
erfolgt somit symmetrisch. Die Stiftübertragung ist ausgeglichen.
Die Stifte können in Sacklochbohrungen münden.
Die seitlich herausragende Nabe des Rotors spannt so den Nockenwellenversteller
auf die Nockenwelle auf.
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Idealerweise
wird wenigstens einer der Rotoren zur Verstellung einer Einlassnockenwelle
verwendet. Wichtig ist bei vielen Motorgestaltungen die Veränderbarkeit
des Einlassereignisses. Die erste der beiden koaxial verlaufenden,
eine Doppelnockenwelle bildenden Nockenwellen kann in exzentrizitätsausgleichender
Weise veränderlich geführt sein. Der Stator sitzt
radialkraftfrei auf dem Äußeren der Nockenwelle.
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Trotz
der verlängerten Nabe und der möglichen Notwendigkeit,
zwei Rotoren zur Steuerung beider Nockenwellen auf der Doppelnockenwelle
anzuordnen, ist ein erfindungsgemäßes System hochgradig
verkantungsfrei. Durch ein Abkoppeln des Antriebsrades von dem eigentlich,
vorzugsweise in der Nähe einer Lagerstelle angeordnetem
Nockenwellenversteller, kann darüber hinaus, ein sehr kompaktes
Ventiltriebsystem realisiert werden.
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Figurenbeschreibung
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Zum
leichteren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird
auf die beiliegenden Figuren verwiesen, in denen
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1 einen
Motorblock in schematischer Darstellung von einer Frontsicht zeigt,
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2 einen
Motorblock in Schnittdarstellung in schematischer Ansicht in einer
Seitenansicht zeigt,
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3 einen
ersten Nockenwellenversteller in geöffneter Frontsicht
zeigt,
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4 einen
zweiten Nockenwellenversteller in geöffneter Frontsicht
zeigt,
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5 ein
erstes Ausführungsbeispiel einer Verbindungstechnik zwischen
Nockenwelle und Nockenwellenversteller zeigt,
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6 ein
zweites Ausführungsbeispiel einer Verbindungstechnik zwischen
Nockenwelle und Nockenwellenversteller zeigt,
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7 ein
drittes Ausführungsbeispiel einer Verbindungstechnik zwischen
Nockenwelle und Nockenwellenversteller zeigt,
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8 ein
viertes Ausführungsbeispiel einer Verbindungstechnik zwischen
Nockenwelle und Nockenwellenversteller zeigt,
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9 ein
fünftes Ausführungsbeispiel einer Verbindungstechnik
zwischen Nockenwelle und Nockenwellenversteller zeigt,
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10 ein
sechstes Ausführungsbeispiel einer Verbindungstechnik zwischen
Nockenwelle und Nockenwellenversteller zeigt,
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11 ein
siebtes Ausführungsbeispiel einer Verbindungstechnik zwischen
Nockenwelle und Nockenwellenversteller zeigt,
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12 ein
achtes Ausführungsbeispiel einer Verbindungstechnik zwischen
Nockenwelle und Nockenwellenversteller zeigt,
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13 ein
neuntes Ausführungsbeispiel einer Verbindungstechnik zwischen
Nockenwelle und Nockenwellenversteller zeigt,
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14 ein
zehntes Ausführungsbeispiel einer Verbindungstechnik zwischen
Nockenwelle und Nockenwellenversteller zeigt,
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15 ein
elftes Ausführungsbeispiel einer Verbindungstechnik zwischen
Nockenwelle und Nockenwellenversteller zeigt,
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16 ein
zwölftes Ausführungsbeispiel einer Verbindungstechnik
zwischen Nockenwelle und Nockenwellenversteller zeigt,
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17 ein
dreizehntes Ausführungsbeispiel einer Verbindungstechnik
zwischen Nockenwelle und Nockenwellenversteller zeigt,
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Ähnliche
Gegenstände und funktionell gleichbedeutende Teile sind
zur Förderung des Verständnisses mit den gleichen
Bezugszeichen in allen Ausführungsbeispielen offenbart,
obwohl zwischen den einzelnen Ausgestaltungen geringfügige
Abweichungen gegeben sein können.
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1 zeigt
in Frontansicht und in schematischer Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine 1 als
Blockdarstellung. Werden die ersten Deckel entfernt, so ist auf
der einen Seite neben einer Nockenwelle oder mehrerer Nockenwellen
eine zweite Welle 5, die häufig eine Kurbelwelle
ist, als Antriebswelle zu sehen. Am Ende der Kurbelwelle 5 ist
ein Antriebsrad 75. In der Regel oberhalb des Antriebsrades 75,
jenseits des Kurbelwellengehäuses 77, im Bereich
des Zylinderkopfes 71 sind die Nockenwellenversteller, wie
erster Nockenwellenversteller 31 und zweiter Nockenwellenversteller 32,
angesiedelt. Die Nockenwellenversteller 31, 32 und
das Antriebsrad 75 sind über einen Steuertrieb 79,
der ein Riementrieb, ein Zahnriementrieb oder eine Kette sein kann,
miteinander verbunden.
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Wird
der schematisch in Blockansicht dargestellte Verbrennungsmotor,
auch als Verbrennungskraftmaschine 1 zu bezeichnen, in
Längsschnitt nach 2 dargestellt,
so ist im unteren Bereich an dem Antriebsrad 75 angeschlossen
die Kurbelwelle 5 zu sehen, die mehrfach gelagert in Kurbelwellenlagern 85 mit
den Pleueln verbunden ist. Das Kurbelwellengehäuse 77 endet
im Bereich des Antriebsrades 89, das unterhalb eines Steuertriebgehäuses 81 liegt. Durch
eine Trennschicht, die eine hydraulisch trennende Schicht 83 darstellen
kann, geht von dem Antriebsrad 89 die Nockenwelle 7,
ebenfalls mehrfach in Nockenwellenlagern 87 gelagert, weg.
Der Ventiltrieb 3 setzt sich u. a. aus der Nockenwelle 7 mit
verschiedenen Nocken 17, 19 und dem dazugehörigen
Antriebsrad 89 sowie den nicht dargestellten Gaswechselventilen,
die federgeführt sein können, zusammen. Die Nockenwelle 7 bzw.
der gesamte Ventiltrieb 3 liegt im Zylinderkopf 71.
Der Zylinderkopf wird von einem Zylinderkopfdeckel 73 verschlossen,
der alle Nockenwellen 7 und damit die jeweiligen Ventiltriebe 3 überspannt.
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Zur
relativen Phasenlagenverstellung der Nockenwelle 7 gegenüber
der Kurbelwelle 5, wie in 2 gezeigt,
ist vorteilhafterweise ein Nockenwellenversteller 31 (3)
bzw. 32 (4) an einer Stelle des Ventiltriebs 3 nach 2 einfach,
doppelt oder mehrfach vorhanden. Besonders vorteilhaft sind Nockenwellenversteller 31, 32 nach
einem schwenkrotorischen Prinzip mit Flügeln 49.
Ein Satz Flügel 49 gehört zum Rotor 39,
während ein zweiter Satz Flügel 50 am
Gehäuse 33 bzw. Stator 37 angebunden ist.
So kann ein Nockenwellenversteller 31 mit zwei Rotoren 39, 41 (siehe 3, 4),
insbesondere in paralleler Anordnung, realisiert werden. Zur Einleitung
des Antriebes kann ein Antriebsrad 89 am äußeren
Umfang eines der Nockenwellenversteller 31, 32 vorgesehen
sein. Zwischen den Flügeln 49, 50 bilden sich
von dem Gehäuse 33 und einem inneren Rotorkranz 91 begrenzt
Kammern 51, 53 unterschiedlichen Typs heraus.
Die Kammern 51, 53 sind gegenläufig.
In dem Maße, wie die erste Kammer 51 anwächst,
verringert sich in einem ähnlichen Grad bzw. mit einem ähnlichen
Faktor die zweite Kammer 53.
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Die
Nockenwellenversteller, die im Übrigen auch axial verschiebliche
und auch hochdruckartige Nockenwellenversteller sein können,
müssen eine ausreichend feste Verbindung zur zugeordneten
Nockenwelle 7, wie in 5 dargestellt,
aufweisen können, damit möglichst schlupffrei
und unmittelbar die Drehbewegung des Rotors 39 gegenüber
dem Gehäuse 33 des Nockenwellenverstellers unmittelbar und
direkt auf die Nockenwelle 7 und damit auf die Nocken 17, 19 übertragen
werden.
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Der
Rotor 39 zusammen mit dem Gehäuse 33 sitzt
am Ende 25 der Nockenwelle 7. Eine Wand, nämlich
die Wand, die in das Antriebsrad 89 übergeht,
des Gehäuses 33 schließt bündig
mit dem Ende 25 der Nockenwelle 7 ab. Die Nockenwelle 7 weist beabstandet
vom Ende 25 der Nockenwelle 7 eine Bohrung für
einen Stift 57 auf. Die Bohrung für den Stift 57 durchlöchert
die Nockenwelle 7 von einer Seite zur gegenüberliegenden
Seite. Der Stift 57 befestigt den Rotor 39 in
einem speziell für den Stift vorgesehenen Abschnitt.
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6 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines am Ende 25 der
Nockenwelle 7 angeordneten Nockenwellenversteller, ein
Gehäuse 33 und einen Rotor 39 umfassend.
Auf der Seite, die den Nocken 17, 19 zugeordnet
ist, schließt sich ein Antriebsrad 89 für
einen Kettenantrieb an den Nockenwellenversteller an. Der Stift 57 ist
das letzte, äußere Befestigungsmittel für
die Anbindung des Rotors 39 an die Nockenwelle 7.
Durch die Lage des Befestigungsstiftes 57 am äußersten
Ende 25 der Nockenwelle 7 erfolgt die Krafteinleitung
am entferntesten Punkt der sich längs erstreckenden Nockenwelle 7.
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7 zeigt
ein Ausführungsbeispiel eines Nockenwellenverstellers für
eine Doppelnockenwelle 9. Die Doppelnockenwelle 9 kann
in ihrem Aufnahmebereich für den Nockenwellenversteller
als doppelt geführtes Hohlrohr zweier Nockenwellen 13, 15 betrachtet
werden. Die äußere Nockenwelle 15 umschließt
die in ihrer Mitte angeordnete innere Nockenwelle 13. Durch
beide Nockenwellen 13, 15 ist ein Stift 57 mit
einer Stärke 65 so hindurchgeführt, dass
die Enden 67 des Stiftes 57 nahezu bündig
mit der Oberseite der für die Aufnahme des Stiftes 57 bestimmten
Nabe 43 des Rotors 39. Der Rotor 39 ist entlang
seiner Nabe 43 aus dem Gehäuse 33 über
einen Abschnitt 45 hinausgeführt. Der Abschnitt 45 ist so
groß, dass die Stärke 65 des Stiftes 57 vollständig in
dem Abschnitt 45 des Rotors 39 angeordnet sein kann.
Das Ende 67 des Stiftes 57 vervollständigt
die Nabe 43 des Rotors 39. Das Gehäuse 33 des
Nockenwellenverstellers umfasst den Stator 37 und das Antriebsrad 89.
Von den beiden Nockenwellen 13, 15 ist eine Nockenwelle,
nämlich die äußere Nockenwelle 15,
ein Bezugsbauteil 69, an dem das Gehäuse 33 des
Nockenwellenverstellers durch eine Schweißnaht 93 stoffschlüssig
angebunden ist. Durch den Stift 57 ist der Rotor formschlüssig,
idealerweise möglichst spielfrei, durch die äußere
Nockenwelle 15 in durchgreifender Weise an der inneren
Nockenwelle 13 angebunden. Zwischen Rotor 39 und
Stator 37 können sich Kammern 51, 53 ausbilden.
Die Kammern 51, 53 sind als größenverstellbare,
hydraulische Kammern zur relativen Lageveränderung des Rotors 39 gegenüber
dem Stator 37 konzeptioniert. Durch die Anbindung des Gehäuses 33 an
dem Bezugsbauteil 69 lässt sich die innere Nockenwelle 13 zur äußeren
Nockenwelle 15 im sich aufspannenden Winkelbereich der
Kammern 51, 53 verdrehen.
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8 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Doppelnockenwelle 9 mit
einem an ihrem Ende 25 angeordneten Vollstift 59,
der sowohl die äußere Nockenwelle 15 als
auch die innere Nockenwelle 13 durchsetzt. Der Rotor 39 hat
eine Nabe 43, in der der Stift 59 ruht. Der durchgehende
Stift 59 liegt in einer speziellen Stiftdurchgriffsöffnung 97.
Die Stiftdurchgriffsöffnung 97 ist in der äußeren
Nockenwelle 15 mit einem gewissen Spiel ausgestattet arrangiert. Das
Antriebsrad 89 ist an der Nockenwellen nahen Seite durch
ein Bezugsbauteil 69, zum Beispiel einem Schraubenflansch 95 angebunden.
-
Die
in 9 dargestellte Ausführungsform einer
am Ende 25 einer Nockenwelle 7 mit zwei Stiften 61, 63 gefestigten
Nockenwellenverstellung kann gemäß den Darstellungen
der 7 und 8 sowohl an einer Einfachnockenwelle
als auch an einer Doppelnockenwelle mit zwei unterschiedlichen Sätzen
Nocken 17, 19 über die dargestellte unterbrochene,
mit zwei Stiften 61, 63 erzeugten formschlüssigen Verbindung
aufgebaut werden. Das Antriebsrad 89 ist kraftschlüssig
auf dem äußersten Ende 25 der Nockenwelle 7 befestigt.
Der Rotor 39 ist über die Stifte 61, 63 mehrfach
an der Nockenwelle 7 angebunden. Die Stifte 61, 63 sind
gleichmäßig verteilt über den Umfang
der Nockenwelle 7 angeordnet.
-
In 10 ist
eine Doppelnockenwelle 9 mit zwei unterschiedlichen Sätzen
Nocken 17, 19 dargestellt. Der eine Satz Nocken 17 ist über
einen oder mehrere (hier nicht dargestellt) speziellen für
die Anbindung vorgesehenen Stift 21 mit der inneren Nockenwelle 13 verbunden.
Der andere Satz Nocken 19 sitzt formschlüssig
auf der äußeren Nockenwelle 15. In einem
speziellen Abschnitt 45 des Rotors 39 ist der Vollstift 57 als
Rotoranbindungsstift in durch alle Nockenwellen 13, 15 durchgehender
Weise befestigt. Der Rotor 39 sitzt mit seiner Nabe 43 auf
dem Äußeren 23 der Nockenwelle 9.
Die Nabe 43 liegt am Ende 25 der Nockenwelle 9.
Das Antriebsrad 75 ist ein Fortsatz des Stators 37.
Rotor 39 und Stator 37 zusammen mit dem Antriebsrad 75 bilden
ein größeres, längsgestrecktes Rotationsbauteil 35.
Alternativ kann wie in den zuvor dargestellten Ausführungsbeispielen
auch das Antriebsrad 89 einstückig angeformt werden.
Durch das Rotationsbauteil 35 wird die Doppelnockenwelle 9 gleichmäßig
belastet.
-
Wie
in 11 dargestellt kann der Stift 55 zur
Anbindung des Nockenwellenverstellers auch das Antriebsrad 75 an
die Nockenwelle 9 anbinden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
wird über das Ende 25 der Doppelnockenwelle 9 mit
Hilfe des Statoranbindungsstiftes 55 das Gehäuse 33 über
die innere Nockenwelle 13 und den Stiften 21 an
den ersten Satz Nocken 17 der inneren Nockenwelle 13 angeschlossen.
Der zweite Satz Nocken 19 sitzt auf dem Äußeren 23 der
Nockenwelle 9. In gleicher Verbindungstechnik sitzt der
Rotor 39 auf dem Äußeren 23 der
Nockenwelle 9. Die Nocken 19 und der Rotor 39 sind
auf das Äußere 23 der Doppelnockenwelle 9 aufgeschrumpft.
-
12 zeigt
eine Einlassnockenwelle 11, die ebenfalls zwei unterschiedliche
Sätze Nocken 17, 19 hat. Der eine Satz
Nocken 17 ist mit Hilfe von Stiften wie der Stift 21 an
einem Teil der Einlassnockenwelle 11 angebunden. Das Äußere 23 der
Einlassnockenwelle 11 ist über das Segment 27 der
Einlassnockenwelle 11, das aus einer inneren Nockenwelle 13 und einer äußeren
Nockenwelle 15 besteht, so fortgeführt, dass am
hohlen Ende 25 der Einlassnockenwelle 11 nur noch
in kraftschlüssiger Weise ein Antriebsrad 89 abgesetzt
vom Gehäuse 33 des Nockenwellenverstellers angeordnet
ist. Der Rotor 39 hat mehrere Flügel 49,
die alle die gleiche Breite 47 aufweisen. Das Rotationsbauteil 35 ist
durch einen Stift 57 mit beiden Nockenwellen 13, 15 befestigt,
wobei die äußere Nockenwelle 15 ein Bewegungsspiel
für den Stift 57 aufweist. Der Nockenwellenversteller 31 ist
somit durch seinen Rotor 39 an der inneren Nockenwelle 13 befestigt.
-
Eine
weitere Ausführungsform einer Einlassnockenwelle 11 ist
in 13 dargestellt. Die Einlassnockenwelle 11 umfasst
wieder zwei Nockenwellen 13, 15 mit jeweils getrennt
befestigten Sätzen Nocken 17, 19. Zur
Befestigung einzelner Nocken 17 ist ein Stift 21 pro
Nocken 17 vorhanden. Ein spezielles Segment 27 der
Einlassnockenwelle 11 ist als Position für das
Gehäuse 33, das Teil des Nockenwellenverstellers 31 ist,
durch die Bohrung für den Vollstift 59 bestimmt.
Der Vollstift 59 bindet das Gehäuse 33 an
die Nockenwelle, die eine Einlassnockenwelle 11 ist. Der
Rotor 39, der Teil des Rotationsbauteils 35 ist, ist
durch eine geeignete Verbindungstechnik mit der äußeren
Nockenwelle 15 verbunden. Das Ende 25 der Einlassnockenwelle 11 kann
massiv oder hohl ausgeführt sein. Die Stärke der
Wand der äußeren Nockenwelle 15 muss
so ausgelegt sein, dass das Ende 25 das Antriebsrad 89 tragen
kann.
-
Doppelnockenwellen 9 mit
zwei koaxial geführten Nockenwellen 13, 15 können,
wie in 14 dargestellt, durch zwei zueinander
unabhängig drehbar und einstellbare Rotoren 39, 41 verstellt
werden. Der Stator 37 ist durch ein gemeinsames Gehäuse 33,
das beide Rotoren 39, 41 aufnehmen kann, gebildet.
Eine Nabe 43 eines der beiden Rotoren 39, 41 ist für
einen Stift 55 perforiert. Der andere Rotor der beiden
Rotoren 39, 41 sitzt auf der äußeren
Nockenwelle 15. Aus dem Gehäuse 33 ausgeformt
ist ein Antriebsrad 89, das zusammen mit dem Gehäuse 33 ein Rotationsbauteil 35 darstellt.
Eine Stiftdurchgriffsöffnung 97 in der äußeren
Nockenwelle 15 ist größer als die Stärke 65 des
durchgehenden Stiftes 59. Der Stift 59 sitzt in
einem Abschnitt 45 der Rotornabe 43, die sich
aus dem Gehäuse 33 hinaus erstreckt. Das Ende 67 des
Stiftes 59 mündet in dem Abschnitt 45 der
Rotornabe 43. Jeder Rotor 39, 41 kann
gegenüber dem Stator 37 Kammern 51, 53 aufspannen.
-
15 zeigt
eine andere Ausführungsform einer Doppelnockenwelle 9,
die besonders geeignet um eine Spiegelachse 99 der Nockenwelle 9 herum aufgebaut
werden kann. Einer der beiden Rotoren 39, 41 sitzt
auf dem Äußeren 23 der Doppelnockenwelle 9,
nämlich dem Äußeren 23 der äußeren
Nockenwelle 15. Sowohl die äußere Nockenwelle 15 als auch
die innere Nockenwelle 13 erstrecken sich entlang der Spiegelachse 99.
Das Antriebsrad 89 ist als Fortsatz des Rotors 41 aus
dem Gehäuse 33 einstückig herausgeführt.
Der Vollstift 59 befestigt die Nabe 43 des Rotors 39.
Hierzu hat der Vollstift 59 eine Stiftdurchgriffsöffnung 97.
Die Stiftdurchgriffsöffnung 97 erlaubt ein Durchstecken
des Vollstiftes 59 von einer Seite des Äußeren 23 der
Doppelnockenwelle 9 bis zur anderen Seite des Äußeren 23 der
Nockenwelle 9. Die Naben 43 der Rotoren 39, 41 können
unterschiedlich lang sein.
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16 zeigt
Nockenwellenversteller für eine Doppelnockenwelle 9.
Der Nockenwellenversteller nach 16 hat
wenigstens zwei Rotoren 39, 41. Die beiden Rotoren 39, 41 verlaufen
parallel zueinander. Der Rotor 39 hat eine über
das Gehäuse 33 hinausreichende Nabe 43.
Teil des Gehäuses ist der Stator 37. Einem Stator 37 sind
die beiden Rotoren 39, 41 zugeordnet. Die Nabe 43 hat
einen Bereich, der außerhalb des Gehäuses 33 liegt,
der als besonderer Abschnitt 45 für das Durchstecken
mit einem Vollstift 59 gestaltet ist. Der Vollstift 59 hat
eine solche Länge, dass die Enden 67 des Vollstifts 59 jeweils über
die Nabe des Rotors hinausreichen. Einer der beiden Rotoren 39, 41 ist
mit einer Schraube an dem Schraubenflansch 95 befestigt.
Der Schraubenflansch 95 geht in die Oberfläche,
also das Äußere 23, der Doppelnockenwelle 9 über.
Der Schraubenflansch ist somit ein Fortsatz der äußeren
Nockenwelle 15. Innerhalb der äußeren
Nockenwelle 15 befindet sich die innere Nockenwelle 13,
an die der Vollstift 59 angreift. Die Rotoren 39, 41 können
gegenüber dem Gehäuse 33, zu dem auch
ein Steuertriebgehäuse 81 gehört, Schwenkbewegungen
zurücklegen.
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17 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Nockenwellenverstellers,
der tatsächlich zwei Nockenwellenversteller 31, 32 zeigt.
Jeder Nockenwellenversteller 31, 32 bildet sich
unter anderem aus dem Gehäuse 33 und dem im Inneren
des Gehäuses 33 angeordneten Rotoren 39, 41.
Jeder Rotor 39, 41 ist mit einem Abschnitt 45 des
Rotors an der ihm zugeordneten Nockenwelle 13, 15 der
Doppelnockenwelle 9 durch einen oder mehrere Stifte 59, 61, 63 angebunden.
Die Stifte 61, 63 stecken in eigenen Sacklochbohrungen 29 der
Doppelnockenwelle 9. Im Inneren des Gehäuses 33 sind
zahlreiche Kammern 51, 53 ausgebildet, die für
das Verdrehen der Rotoren 39, 41 gegenüber
dem Gehäuse 33 hydraulisch genutzt werden. Über
das Antriebsrad 89 wird eine Kraft über das Gehäuse 33 auf
die Doppelnockenwelle 9 aus der Kurbelwelle (siehe 1 und 2) eingeleitet.
-
Mit
Hilfe der Verwendung von Stiften 57, 59, 61, 63 lassen
sich mehrfach aufgebaute Nockenwellenversteller an einfach aufgebauten
Nockenwellen 7 wie auch an Doppelnockenwellen 9 mit
geringem Schlupf anbringen. Der jeweilige Rotor bzw. Stator ist mit
möglichst wenig Spiel an der ihm zugeordneten Nockenwelle
durch den Stift angebunden. Der andere Rotor kann spielbehaftet
an die zweite Nockenwelle herangeführt werden.
-
- 1
- Verbrennungskraftmaschine
- 3
- Ventiltrieb
- 5
- zweite
Welle, insbesondere Kurbelwelle oder Antriebswelle
- 7
- Nockenwelle
- 9
- Doppelnockenwelle
- 11
- Einlassnockenwelle
- 13
- innere
Nockenwelle
- 15
- äußere
Nockenwelle
- 17
- Nocken,
insbesondere der inneren Nockenwelle
- 19
- Nocken,
insbesondere der äußeren Nockenwelle
- 21
- Stift,
insbesondere zur Anbindung eines Nockens
- 23
- Äußere
der Nockenwelle
- 25
- Ende
der Nockenwelle
- 27
- Segment
der Nockenwelle
- 29
- Sacklochbohrung
- 31
- erster
Nockenwellenversteller
- 32
- zweiter
Nockenwellenversteller
- 33
- Gehäuse
wie Nockenwellenverstellergehäuse
- 35
- Rotationsbauteil
- 37
- Stator
- 39
- Rotor,
insbesondere erster Rotor
- 41
- Rotor,
insbesondere zweiter Rotor
- 43
- Nabe
des Rotors
- 45
- Abschnitt
der Rotornabe
- 47
- Breite
- 49
- Flügel
- 50
- Flügel
- 51
- erste
Kammer, insbesondere hydraulische Kammer
- 53
- zweite
Kammer, insbesondere hydraulische Kammer
- 55
- Stift,
insbesondere Befestigungsstift des Nockenwellenverstellers
- 57
- Stift,
insbesondere Rotoranbindestift
- 59
- Vollstift
bzw. durchgehender Stift
- 61
- erster
Stift
- 63
- zweiter
Stift
- 65
- Stärke
des Stifts
- 67
- Ende
des Stifts
- 69
- Bezugsbauteil
- 71
- Zylinderkopf
- 73
- Zylinderkopfdeckel
- 75
- Antriebsrad
- 77
- Kurbelwellengehäuse
- 79
- Steuertrieb
- 81
- Steuertriebgehäuse
- 83
- hydraulische
Trennschicht
- 85
- Kurbelwellenlager
- 87
- Nockenwellenlager
- 89
- Antriebsrad
- 91
- Rotorkern
- 93
- Schweißnaht
- 95
- Schraubflansch
- 97
- Stiftdurchgriffsöffnung,
insbesondere in einer der Nockenwellen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1347154
A2 [0002]
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