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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung,
die insbesondere in kraftfahrzeugtauglichen Verbrennungskraftmaschinen
eingesetzt werden kann, mit einer trockenen Lauffläche
für ein Antriebsmittel, wie einen Riementrieb.
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Stand der Technik
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Nockenwellenversteller,
von denen die meisten zwischenzeitlich nach einem schwenkrotorischen Prinzip
in der Form eines Drehflügelverstellers arbeiten, lassen
sich im Wesentlichen in zwei Kategorien unterteilen, nämlich
Nockenwellenversteller, deren Lauffläche z. B. aufgrund
eines Kettentriebes oder eines Zahnradtriebes mit einer bewussten
Leckage oder offenen Rückflussleitung des Hydraulikmittels, wie
Motoröl, aufgebaut werden, damit eine permanente Schmierung
der Stellen des Nockenwellenverstellers sichergestellt ist, an denen
das einleitende Drehmomentübertragungsmittel angreift,
und solchen Nockenwellenverstellern, bei denen eine Ölschmierung
der Lauffläche des drehmomenteinleitenden Mittels zu einem
unerwünschten Schlupf und damit einhergehender Asynchronität
zwischen antreibender und abtreibender Welle führen würde.
Bei Zahnriemenverstellern ist zwar das Risiko des Schlupfes reduziert,
jedoch ist bei solchen Verstellern der Ölaustritt immer
noch unerwünscht, denn ein unkontrollierter Ölaustritt
kann eine erhöhte Belastung für de Umwelt darstellen.
Der zweite Typ Nockenwellenversteller wird als trockenlaufender
Nockenwellenversteller bzw. Nockenwellenversteller mit trockener
Lauffläche bezeichnet.
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Der
Nockenwellenversteller ist in den üblichen Gestaltungsformen
am Zylinderkopf des Verbrennungsmotors angesiedelt. Der Zylinderkopf
setzt sich u. a. aus wenigstens einem Zylinderkopfblock und wenigstens
einem Zylinderkopfdeckel zusammen. Vereinfacht können auch
zum Zylinderkopf alle Bauteile des Motors, die den oberen Bereich
des Motors ausmachen, gerechnet werden.
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Um
trockene Laufflächen an einem Nockenwellenversteller zu
erzeugen, werden Riemenversteller häufig so ausgelegt,
dass sie als nahezu vollständig gekapselt betrachtet werden
können. Es wird ein erheblicher Aufwand getrieben, um die
Leckagen von innen nach außen des hydraulischen Nockenwellenverstellers
soweit wie möglich zu reduzieren. In diesem Zusammenhang
sei auf die
EP 1 865
158 A2 (Anmelderin: Hydraulik-Ring GmbH; Prioritätstag: 11.05.2006)
mit ihren zahlreichen Literaturstellen und dem dazugehörigen
Recherchenbericht
EP
1 865 158 A3 bzw. dem deutschen Familienmitglied
DE 10 2006 022 219
A1 (Anmelderin: Hydraulik-Ring GmbH; Anmeldetag: 11.05.2006) verweisen,
anhand denen der interessierte Leser abschätzen kann, welcher
erheblicher Aufwand aus konstruktiver Sicht getrieben wird, um die
Lauffläche des Nockenwellenverstellers unter allen Betriebsbedingungen
trocken zu halten. Ein Schlupf zwischen Riemenantrieb und Nockenwellenversteller
kann bei hoch verdichteten Verbrennungskraftmaschinen dazu führen,
dass die Gaswechselventile permanente, plastische Verformungen erfahren.
Im Übrigen zeigt die europäische Anmeldung mit
ihren zahlreichen Verweisen, wie unterschiedlich ein Nockenwellenversteller
als Drehflügelversteller gestaltet werden kann. Die zahlreichen Ausgestaltungen,
die sich bei einem Studium der zuvor genannten Druckschriften bzw.
dem dort zitierten Stand der Technik ergeben, sind durch diese Referenz
in die vorliegende Anmeldung aus Gründen der komprimierteren
Darstellung inkorporiert.
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Bei
der Suche nach geeigneten Nockenwellenverstellern, die z. B. mit
Doppelnockenwellen wie in der
DE 10 2005 014 680 A1 (Anmelderin: Mahle
International GmbH; Prioritätstag: 03.02.2005) verbaut werden
können, stoßen die Grenzen des konstruktiv zu
nutzenden Raumes und die Kapselungsmöglichkeiten als Rahmenbedingungen
für den Konstrukteur so aufeinander, dass erhebliche „konstruktive
Klimmzüge” zu machen sind, damit die gewünschte
trockene Lauffläche am Nockenwellenversteller garantiert werden
kann.
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Der
Nockenwellenversteller soll die relative Phasenlage eines Satz Nocken
beeinflussen können. Ein Satz Nocken startet bei einem
einzigen Nocken, der zu dem oder den übrigen Nocken bzw.
einem Referenzbauteil, wie einer Kurbelwelle, verdrehbar angeordnet
werden kann. Hierzu sind die Nocken selber häufig örtlich
fixiert an einer Nockenwelle angebunden und folgen der relativen
Lage der Nockenwelle.
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Wenn
nachfolgend von einem Trockenbereich gesprochen wird, so ist nicht
der Bereich im Motorraum oder an dem Motorblock gemeint, der tatsächlich
vollständig trocken ist, sondern es ist derjenige Bereich
gemeint, in dem kein Motoröl vorhanden sein soll. Natürlich
kann im Betrieb eines Kraftfahrzeuges Spritzwasser an vielen Stellen
auftreten. Der im Folgenden als Trockenbereich bezeichnete Raum bestimmt
sich daher durch den nicht vorhandenen Ölaus- bzw. Öleintritt
bei ggf. vorhandenem Wasser.
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Beispielhaft
sei auch auf die
DE
10 2006 042 746 A1 (Anmelderin: GM Global Technology Operations,
Inc.; Prioritätstag: 13.09.2005) verwiesen, die grafisch
sehr deutlich aufzeichnet, was seit altersher bei Verbrennungskraftmaschinen üblich
ist, nämlich das nebeneinander Auffädeln von Antriebsrädern und
Zahnrädern auf einer Nockenwelle, um an unterschiedlichen
Angriffsstellen Drehmomente und Kräfte synchron weiterleiten
zu können.
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Erfindungsbeschreibung
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Es
ist also konstruktiv nach einer Lösung zu suchen, die eine
Nockenwellenverstelleinrichtung schafft, deren Antriebsmittel trocken
umlaufen können. Die konstruktive Lösung sollte
auch bei komplexeren Nockenwellen anwendbar sein.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Nockenwellenverstellanordnung
nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind
den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Der
Ventiltrieb einer Verbrennungskraftmaschine setzt sich aus zahlreichen
Bauteilen zusammen, die häufig im Zylinderkopf gelagert
sind. So umfasst der Ventiltrieb wenigstens eine Nockenwelle mit Nocken,
die direkt oder indirekt Gaswechselventile betätigen. Zu
dem Ventiltrieb gehören häufig auch Rückstellfedern.
Nockenwellenlagerschalen werden häufig dem Ventiltrieb
zugerechnet. Zur relativen Phasenlagenverdrehung des Ventiltriebs
gegenüber einer Referenzwelle oder einem Referenzbauteil
umfasst ein Ventiltrieb häufig eine Verstelleinrichtung wie
einen Nockenwellenversteller. Der Nockenwellenversteller wird hydraulisch
eingestellt. Der Nockenwellenversteller kann nach einem schwenkrotorischen
Prinzip die Ölmenge in verschiedenen Kammern in Winkelgrad
und Winkellagen umsetzen. Zum Nockenwellenversteller wird ein Abtriebsrad
gerechnet. Das Abtriebsrad steht über eine Verbindung,
wie einen Endlostrieb eines Zahnriementriebs mit einem Antriebsrad
in Verbindung. Die beiden Bauteile Abtriebsrad und Antriebsrad sind über
den Endlostrieb miteinander gekoppelt. Hierzu ist eine trockene
Lauffläche vorzusehen, damit kein Durchdrehen oder Schlupf
auftreten kann, was im Extremfall zu einer irreversiblen Beschädigung
der Gaswechselventile führen kann. Der Nockenwellenversteller,
der zum Beispiel nach einem Drehflügelprinzip arbeitet,
umfasst einen Rotor und einen Stator. Die trockene Lauffläche
des Abtriebsrades wird durch die gestreckte Gestaltung des Nockenwellenverstellers realisiert.
Durch die Streckung zwischen den einzelnen Bauteilen des Nockenwellenverstellers
ist es möglich, das Abtriebsrad in einem Bereich anzuordnen,
der als Trockenbereich zu betrachten ist. Ein innerer Bereich der
Verbrennungskraftmaschine wird als Hydraulikbereich bezeichnet.
Zwischen dem trockenen, äußeren Bereich und dem
inneren, mit Hydraulikmittel befüllten Bereich befindet
sich eine Trennschicht. Die Trennschicht ist Teil der Verbrennungskraftmaschine.
Die Verbrennungskraftmaschine, bzw. auch als Brennkraftmaschine
zu bezeichnen bzw. auch als Motor zu bezeichnen, hat somit einen unter
dem Zylinderkopfdeckel liegenden Hydraulikbereich und einen Steuertriebbereich.
Der eigentliche Nockenwellenversteller, der die Verstellung einer Nockenwelle
gegenüber einem Referenzbauteil ermöglicht, ist abgesetzt
von dem Abtriebsrad angeordnet. Die Nockenwelle selber setzt sich
aus wenigstens zwei Wellen zusammen. Eine der beiden Wellen durchstößt
die Trennschicht zwischen dem Hydraulikbereich und dem Trockenbereich.
Die zweite Welle ist für die Führung des Hydraulikmittels
bestimmt. Die zweite Welle hat eine solche Länge, dass sie
im Hydraulikbereich vor der Trennschicht endet. Die zweite Welle
durchstößt somit nicht die Trennschicht. Durch
diese konstruktive Lösung ist es möglich, die
Nockenwelle als Hydraulikmittel führende Welle zu nutzen.
Die weitere Welle schafft ebenfalls als Teil der Nockenwelle das
Verschließen bzw. das Abkapseln des Hydraulikbereichs gegenüber
dem Trockenbereich.
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Die
erste Welle kann somit als Verschlussmittel für die zweite
Welle betrachtet werden. Ein Auftreten des Hydraulikmittels aus
dem Hydraulikbereich wird durch die erste Welle verhindert. Obwohl die
Welle ein drehendes Bauteil ist, gibt es somit nur eine einzige
Dichtstelle pro zu verstellender Langnockenwelle, die aus zwei Wellen
besteht. Durch diese konstruktive Lösung ist es möglich,
Doppelnockenwellen hydraulisch dicht gegenüber dem Abtriebsrad auszuführen.
Das Verschlussmittel kann dabei besonders vorteilhaft in Form eines
Stopfens oder in Form einer Kappe gestaltet sein. Durch die Formgebung
der ersten Welle schafft die Welle selbst die dichtende Funktion.
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Das
Abtriebsrad kann im Querschnitt eine Doppel-T-Struktur aufweisen.
Die Lauffläche hat die für den Antrieb notwendige
Breite. Aus Gewichts- und Materialersparnisgründen ist
der mittlere Bereich des Abtriebsrades gegenüber der Lauffläche
deutlich schmäler gestaltet. Der mittlere Bereich des Abtriebsrades
kann an der ersten Welle befestigt werden. Von der ersten Welle
wird das dem Abtriebsrad zugewandte Ende an den mittleren Bereich
des Abtriebsrades herangeführt. Die erste Welle macht einen
Teil der Trennschicht aus.
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Das
dem Abtriebsrad zugewandte Ende der ersten Welle dient als Befestigungsmittel
für das Abtriebsrad. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung des
Befestigungsmittels durch einen Stopfen, in dem eine Sacklochbohrung
vorhanden ist. in die Sacklochbohrung lässt sich ein Schraubgewinde
für das Einschrauben einer Abtriebsradschraube einbringen. Das
Ende der ersten Welle kann als umschließender Abschlussstopfen
für zumindest eine Hydraulikleitung gestaltet sein. Weil
das Steuerventil gerne an einer anderen Stelle des Zylinderkopfes
zu platzieren ist, sind in einem solchen Fall mehrere getrennte
Hydraulikleitungen an den eigentlichen Nockenwellenversteller heranzuführen.
Die Hydraulikleitungen können somit als Nockenwellenverstellerleitungen genutzt
werden. Die Nockenwellenverstellerleitungen verlaufen zentral in
einer der beiden Wellen. Die Nockenwellenverstellerleitungen liegen
in der Verlängerung einer der beiden Wellen.
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Das
dem Abtriebsrad zugewendet Ende ist Teil eines Nockentriebs. Der
Nockentrieb wird unter anderem durch den Nockenwellenversteller
und die Nockenwelle mit ihren Nocken gebildet. Der Nockentrieb ist
Teil des Ventiltriebs. Der Nockenwellenversteller setzt sich unter
anderem aus Rotor und Stator zusammen, wobei ein Nockenwellenversteller
auch mehrere Rotoren haben kann. Die die Trennschicht durchstoßende
Welle ist hydraulisch dicht auszuführen, hierzu ist in
einer Umlaufnut des Zylinderkopfes ein Radialwellendichtring vorgesehen.
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Vorteilhaft
wird die Nabe des Abtriebsrades an das eine Ende einer der beiden
Wellen angeschraubt. Das Abtriebsrad begrenzt somit die Nockenwelle
an einem Ende. Die Nockenwelle selber bildet eine mehrfach durchleitete
Nockenwellenverstellerversorgung. Die Nockenwelle, die aus ausreichend
festem und dichtem Material geschaffen ist, kann somit als Innendruck
beaufschlagte Nockenwellenverstellerversorgung gleichzeitig genutzt
werden. Selbst Nockenwellenverstellersysteme, die auf Hochdruckbasis
arbeiten, lessen sich günstig durch die einzelnen Wellen
der Nockenwelle als hydraulische Leitungsführungen gestalten.
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Der
Zylinderkopf ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung ebenfalls
zur Fluidmittelführung genutzt. Unterhalb der Trennschicht,
die unter anderem durch den Zylinderkopf gebildet werden kann, befindet
sich in dem inneren Teil bzw. auf der inneren Seite des Zylinderkopfes
eine oder mehrere Hydraulikleitungen. Ein Hohlraum befindet sich
unterhalb des Endes der einen Welle. Das Hydraulikmittel wie zum Beispiel
Motorenöl gelangt über die Leitungen durch den
Zylinderkopf bis zu dem Hohlraum der Nockenwelle. Weil die Nockenwelle
durch zwei Wellen zu bilden ist, erleichtert der innere Hohlraum
das Zusammenfügen der beiden einzelnen Wellen.
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Die
Nockenwelle kann besonders vorteilhaft als Doppelnockenwelle ausgestaltet
sein. Eine Doppelnockenwelle hat häufig zwei Sätze
Nocken, die zueinander unterschiedlich sind. Eine Doppelnockenwelle
kann zum Beispiel gleichzeitig Einlass- wie auch Auslassventile
betätigen, indem der erste Satz Nocken für die
Einlassgaswechselventile zuständig ist, während
der zweite Satz Nocken für die Auslassgaswechselventile
zuständig ist. Soll das Einlass- oder Auslassverhalten
der Gaswechselventile verändert werden, zum Beispiel die
Schließzeit des Viertaktbenzinmotors verschoben werden,
so lässt sich die relative Phasenlage der beiden Sätze
Nocken durch eine Verdrehung der beiden einzelnen Wellen der Doppelnockenwelle
zueinander um mehrere Winkelgrad verstellen oder auseinanderziehen.
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In
einer besonders günstigen Variante zur Herstellung einer
erfindungsgemäßen Ventiltriebgestaltung kann eines
der Bauteile des Nockenwellenverstellers mit einem Fortsatz so gestaltet
sein, dass sich aus dem Nockenwellenversteller heraus die eine Welle
bildet. Der Nockenwellenversteller kann durch einen Stift günstig
und einfach an die zweite Welle angebunden werden. Der Nockenwellenversteller
ist somit Teil der Nockenwelle, indem er eine der beiden Wellen
der Nockenwelle zur Verfügung stellt.
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Das
dem Abtriebsrad zugewandte Ende kann breiter gestaltet sein als
die andere Welle. Die andere Welle wird dann als innenliegende Nockenwelle
betrachtet. Das breitere Ende bildet eine topfförmige Aufnahme
für das Einfassen der innenliegenden Nockenwelle. Durch
die größere Breite wird genügend Raum
geschaffen, damit mehrfach parallel verlaufende Kanäle
in der Nockenwelle angeordnet werden können.
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Die
Nockenwelle durchstößt durch die äußere
Welle die Trennschicht und verlässt den Zylinderkopf. Die äußere
Welle, die ebenfalls eine Nockenwelle sein kann, ist Teil der Doppelnockenwelle.
Die äußere Welle bietet somit gleichzeitig die
Anlagefläche für das Abtriebsrad. Die äußere
Nockenwelle versperrt auf der einen Seite den hydraulischen inneren
Bereich. Auf der anderen Seite schafft die äußere Welle
die Lagermöglichkeit für die Nabe des Abtriebsrades.
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Der
Nockenwellenversteller dient zur Phasenlagenveränderung
der inneren Nockenwelle. In einer besonders einfachen Ausgestaltung
lässt sich die innere Nockenwelle gegenüber der äußeren
Nockenwelle bzw. der äußeren Welle in ihrer Phasenlage
verändern.
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Die
die Trennschicht durchstoßende Welle kann besonders kurz
gestaltet sein. In diesem Fall ist die die Trennschicht durchstoßende
Welle nur ein Wellenstummel. Verkantungen lassen sich so deutlich
reduzieren. Die die Trennschicht durchstoßende Welle stellt
somit nur eine Wellenübertragung dar. Der Wellenstummel
kann zum Beispiel aus einem Einfachrohr gebildet werden, der an
einer Endseite durch einen Stopfen verschlossen wird. Das Einfachrohr
lässt sich separierbar von der restlichen Nockenwelle ausgestalten.
Es ist ein eigenes, abgesetztes Bauteil, das durch Formschluss oder
Kraftschluss an den inneren Teil der Nockenwelle anbindbar ist.
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Die
die Trennschicht durchstoßende Welle hat einen Umfang.
Der Umfang wird so gewählt, dass er der größte
Umfang der Nockenwelle ist. Somit muss nur der größte
Umfang durch ein geeignetes Dichtungsmittel wie ein Radialwellendichtring
abgedichtet werden. Es gibt nur eine einzige Stelle, die abzudichten
ist. Das dem Abtriebsrad zugewandte Ende der ersten Welle kann somit
kappenartig oder stopfenartig gestaltet sein.
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Ein
erfindungsgemäßer Ventiltrieb liegt überwiegend
im „Nassbereich” bzw. Hydraulikbereich der Verbrennungskraftmaschine.
Durch ein topfartiges, kappenartiges, stopfenartiges oder wellenfortsatzartiges
Ende, geschaffen durch eine zweite Welle, wird der Ventiltrieb aus
dem Hydraulikbereich herausgeführt, so dass ein Endlostrieb,
der trocken laufen soll, in einem Trockenbereich an der Nockenwelle
angreifen kann.
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Die
vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug
auf die beiliegenden Figuren genommen wird, wobei
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1 schematisch
ein erstes Ausführungsbeispiel im Längsschnitt
zeigt,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel schematisch im Längsschnitt
zeigt,
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3 ein
drittes Ausführungsbeispiel schematisch im Längsschnitt
zeigt,
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4 ein
viertes Ausführungsbeispiel schematisch im Längsschnitt
zeigt,
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5 ein
fünftes Ausführungsbeispiel schematisch im Längsschnitt
zeigt,
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6 ein
sechstes Ausführungsbeispiel im schematischen Längsschnitt
zeigt und
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7 ein
siebtes Ausführungsbeispiel im schematischen Längsschnitt
zeigt.
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Figurenbeschreibung
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Zur
Förderung des Verständnisses sind in unterschiedlichen
Ausführungsbeispielen ähnliche oder funktionell
gleich wirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen
worden, obwohl zwischen ihnen konstruktiv in ihrer Bedeutung nachgeordnetere
Abweichungen auftreten können.
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1 zeigt
einen Ventiltrieb 1, der zwei Nockenwellen 3, 5 umfasst.
Die beiden Nockenwellen 3, 5 bilden eine koaxial
verlaufende Doppelnockenwelle 17. Die Doppelnockenwelle 17 ist
durch die beiden Nockenwellen 3, 5 so gestaltet,
dass die Doppelnockenwelle 17 zwei unterschiedliche Sätze
Nocken 81, 83 aufweist. Die unterschiedlichen
Nocken 81, 83 können über Nockenstifte 85 an
wenigstens einer der beiden Nockenwellen 3, 5 angebunden
sein. Die Nockenwellen 3, 5, von denen eine Nockenwelle,
die Nockenwelle 3, eine äußere, rohrförmige
Nockenwelle ist, die die innere Nockenwelle 5 umschließt,
sind Teil des Nockentriebs 79. Der Nockentrieb 79 umfasst
weiterhin einen Nockenwellenversteller 57, der durch eine
geeignete Rotationsübertragungsvorrichtung 87 Einfluss
auf die Winkellage der Doppelnockenwelle 17 nehmen kann.
Eine geeignete Rotationsübertragungsvorrichtung 87 stellt
zum Beispiel ein Befestigungsstift 89 dar, der die Nockenwellen 3, 5 durchsetzend
den Rotor 61 an eine der beiden Nockenwellen 3, 5 anbindet.
Zu dem Nockenwellenversteller 57 gehören neben
dem Rotor 61 ein Stator 63 und das von dem Gehäuse 60 des
Nockenwellenverstellers 57 abgesetzte Abtriebsrad 69.
Zumindest eine der beiden Nockenwellen 3, 5 lagert
in der Wand 56 des Zylinderkopfes 55. Der Zylinderkopf 55 schafft die
Trennschicht II. Damit die innere Seite des Zylinderkopfes 55 hydraulisch
dicht von der äußeren Seite des Zylinderkopfes 55,
dem Trockenbereich I, abgekoppelt ist, können
Drehdurchführungen durch Radialwellendichtringe 67 abgedichtet
werden. Der Radialwellendichtring 67 läuft auf
der äußeren Oberfläche der äußeren
Nockenwelle 3. Die äußere Nockenwelle 3 hat
einen Umfang 21. An den Umfang 21 schließt sich
der Zylinderkopf 55 mit der Dichtung, zum Beispiel in Form
einer radialen Dichtung 67, an. Hierzu hat der Zylinderkopf 55 eine
Umlaufnut 65, die sich über den Umfang 21 der
Nockenwelle 3 erstreckt. Die Umlaufnut 65 gehört
zur Trennschicht II. Der eigentliche Nockenwellenversteller 57 kann
als Drehflügelversteller mit Rotor 61, Stator 63 und
geeigneten Hydraulikleitungen 45, 47 für
die Verstellung durch ein geeignetes Hydraulikmittel 53 aufgebaut
sein. Der Nockenwellenversteller 57 wird dem Hydraulikbereich III zugerechnet.
Durch die Kapselung unter Zuhilfenahme der Wand 56 des
Zylinderkopfes 55 kann der Nockenwellenversteller 57 Leckage
behaftet gestaltet sein. Innerhalb der äußeren
Nockenwelle 5 kann ein Wellenkanalsystem 37 als
Nockenwelleneinsatz 35 eingesetzt sein. Hierzu bildet die äußere Nockenwelle 3 durch
ihre größere Länge gegenüber der
inneren Nockenwelle 5 geeignete Hohlräume 23, die
sich durch das Wellenkanalsystem 37 ausfüllen lassen.
Das Wellenkanalsystem 37 umfasst verschiedene Hydraulikleitungen 41, 43. Über
die Hydraulikleitungen 41, 43 wird Hydraulikmittel 53 von
den Fluidversorgungszuleitungen 49, 51 durch Hydraulikleitungen 41, 43 und 45, 47 bis
in Kammern des Nockenwellenverstellers 57 geleitet. Das
Ende 19 der Nockenwelle 3 ist unter Zuhilfenahme
eines Stopfens 27 kappenartig gestaltet. Die Nockenwelle 3 zusammen
mit dem Stopfen 27 bilden eine Kappe 29 um den
Hohlraum 23. Der Hohlraum 23 ist Teil der Nockenwellenverstellerversorgung 39.
Zur Nockenwellenverstellerversorgung 39 gehört
das Wellenkanalsystem 37 mit seinen Hydraulikleitungen 41, 43, 45, 47 und
den im Zylinderkopf 55 geführten Fluidversorgungsleitungen 49, 51.
Der Stopfen 27 ist so groß, dass in ihm eine Sacklochbohrung 31 mit
einem Schraubengewinde 33 für eine Abtriebsradschraube 95 vorhanden
sein kann. Die Abtriebsradschraube 95 geht durch die Nabe 71 des
Abtriebsrads 69. Die Lauffläche 73 ist
von der Nabe 71 entfernt umfangsmäßig
ausgebildet. Der Radialwellendichtring 67 ist in radialer
Richtung 77 parallel zu dem Abtriebsrad 69 im
Zylinderkopf 55 entlanggeführt. Die Nockenwelle 3 erstreckt
sich in Verlängerung 75 zur inneren Nockenwelle 5.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines Ventiltriebs 1,
bei dem das Abtriebsrad 69 von dem Rotor 61 und
dem Stator 63 des Nockenwellenverstellers 57 in
axialer Richtung, in achsgleicher Verlängerung 75 angeordnet
ist. Die Lauffläche 73 des Abtriebsrades 69 befindet
sich nicht in radialer Auflage auf dem Nockenwellenversteller 57,
sondern die Lauffläche 73 begrenzt die eigenständige
Nabe 71 des Abtriebsrades 69. Die Nabe 71 stellt
das begrenzende Bauteil der Doppelnockenwelle 17 dar. Hierzu
bietet die Doppelnockenwelle 17 eine Kappe 29,
in die sich eine Bohrung wie eine Sacklochbohrung 31 einbringen
lässt. Durch das Schraubengewinde 33 hält
die Kappe 29 die Abtriebsradschraube 95, die dem
Trockenbereich 1 der Ventiltriebanordnung 1 zuzurechnen
ist. Unterhalb der Kappe 29 befindet sich ein Hohlraum 23.
Ab dem Hohlraum 23 und dem daran angeschlossenen Wellenkanalsystem 37 erstreckt
sich der Hydraulikbereich III, der bis zu den schwenkrotorischen
Kammern in dem Nockenwellenversteller 57 reicht. Das Wellenkanalsystem 37 befindet
sich am Ende einer der beiden Wellen 3, 5 und
schafft dort Kanäle für die Weiterleitung des
Hydraulikmittels 53. Der Hydraulikbereich III wird durch
die äußere Nockenwelle 3 der Doppelnockenwelle 17 zumindest
am Ende 19 der ersten Welle eingefasst. Die Nockenwelle 3 hat
ein Verschlussmittel 25, das sich aus dem Stopfen 27 bildet.
Unterhalb des Stopfens 27, d. h. auf das Zentrum der Verbrennungskraftmaschine
gerichtet, beginnt der seitlich durch einen Radialwellendichtring 67 abgeschlossene
Bereich mit dem Hydraulikmittel 53. Das Verschlussmittel 25,
genauer der Stopfen 27, bietet über die Abtriebsradschraube 95 das
Befestigungsmittel für das Abtriebsrad 69. Durch
das Verschlussmittel 25, die Abtriebsradschraube 95 am
Ende 19 der ersten Welle wird eine trockene Lauffläche 73 geschaffen.
Weil die Wand 56 des Zylinderkopfs 55 partiell aufgeweitet
Raum für Fluidversorgungszuleitungen 49, 51 bietet,
ist die Trennschicht II in der Wand 56 des Zylinderkopfes 55 unter
anderem durch den Radialwellendichtring 67 in der Umlaufnut 65 auf
der Außenseite der Nockwelle 3 gebildet. Die Nockenwelle 3 offeriert
im Bereich des Radialwellendichtrings 67 einen Umfang 21,
der gleichmäßig und geschlossen als Lagerstelle
bzw. Dichtstelle des Radialwellendichtringes genutzt werden kann.
Sollte das Hydraulikmittel 53 beim Übergang der
Fluidversorgungszuleitung 49, 51 in die Doppelnockenwelle 17 seitlich durch
die Wand 56 des Zylinderkopfes 55 durchgedrückt
werden, so fängt der Radialwellendichtring 67 das Öl
bzw. das Hydraulikmittel 53 ab. Gleichzeitig werden minimale
Mengen des Hydraulikmittels 53 als Lagerschmierung für
die äußere Nockenwelle 3 der beiden Nockenwellen 3, 5 genutzt.
Somit kann die Nockenwellenverstellerversorgung 39 nicht
nur den ausreichenden Druck zur Verstellung des Nockenwellenverstellers 57 sicherstellen,
sondern gleichzeitig die Doppelnockenwelle 17 an zumindest
einer Lagerstelle, nämlich der im Zylinderkopf 55,
ausreichend schmieren. Die innere Nockenwelle 5 ist an
ihrem Ende mit einem Wellenkanalsystem 37 zur Versorgung
des Nockenwellenverstellers 57 ausgestattet. Das Hydraulikmittel 53 im
Inneren der äußeren Nockenwelle 3 dient
ebenfalls zur Lagerschmierung zwischen innerer Nockenwellen 5 und
der äußeren Nockenwelle 3. Bohrungen
zur Durchleitung des Hydraulikmittels 53 sind durch die äußere
Nockenwelle 3 durchgeführt. Das Wellenkanalsystem 37 umfasst verschiedene
Hydraulikleitungen 41, 43. Zur Nockenwellenverstellerversorgung 39 tragen
weitere Hydraulikleitungen 45, 47, die im Rotorkern
des Rotors 61 verlaufen, bei. Die Hydraulikleitungen 45, 47 führen
das Hydraulikmittel 53 vom Wellenkanalsystem 37 durch
die Nockenwelle 3 in die einzelnen hydraulischen Kammern
des Nockenwellenverstellers 57. Eines der beiden Bauteile,
Rotor 61 oder Stator 63, ist über Anschraubflansche 91, 93 an
einer der beiden Nockenwellen 3, 5 befestigt.
Das andere Bauteil des Nockenwellenverstellers 57, der
Stator 63 bzw. der Rotor 61, ist über
einen Befestigungsstift 89 an der anderen Nockenwelle 5 befestigt.
Hierdurch lässt sich durch ein hydraulisches Befüllen
der hydraulischen Kammern des Nockenwellenverstellers 57 die eine
Nockenwelle 3 gegenüber der anderen Nockenwelle 5 der
Doppelnockenwelle 17 verstellen. Eine Rotationsübertragungsvorrichtung 87 ist
somit eine Schraubenverbindung durch zumindest einen Anschraubflansch 91,
während die andere Rotationsübertragungsvorrichtung 87 durch
den Befestigungsstift 89, der im Nockenwellenverstellerfortsatz 59 in radialer
Richtung 77 verläuft, gebildet. In radialer Richtung 77 aus
der jeweiligen Nockenwelle 3, 5 heraus gehen unterschiedliche
Nocken 81, 83 weg. Der Nockentrieb 79,
bei dem wenigstens ein Teil der Nocken 81 durch einen oder
mehrere Nockenstifte 85 befestigt sind, schafft eine Phasenlagenverstellbarkeit
zwischen den Gaswechselventilen, die durch den ersten Satz Nocken 81 betätigt
werden und die durch den zweiten Satz Nocken 83 betätigt
werden. Der Nockenwellenversteller 57 lässt sich
mit einem einzigen Rotor 61 im Nockenwellenverstellergehäuse 60 genau
so aufbauen, wie auch mehrere Rotoren 61 (nicht dargestellt)
in dem gleichen Nockenwellenverstellergehäuse 60 vorhanden
sein können.
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3 zeigt
eine alternative Ausgestaltung eines Nockenwellenverstellers 57,
der in einem anderen Bereich III als das Abtriebsrad 69 mit
seinem Bereich I angeordnet ist. Zwischen dem trockenen Bereich I und
dem Hydraulikbereich III befindet sich eine Trennschicht II.
Teil des Nockenwellenverstellers 57 ist der Nockenwellenverstellerfortsatz 59,
der sich als Verlängerung aus dem Nockenwellenverstellergehäuse 60 bis
zur Nabe 71 des Abtriebsrades 69 erstreckt. In
dem Zylinderkopf 55 ist somit nicht nur die Nockenwelle 7 als
Teil des Ventiltriebs 1 sondern auch der Nockenwellenversteller 57 angeordnet.
Der Hydraulikbereich III wird durch die Wand 56 des
Zylinderkopfes 55, durch eine Dichtung wie ein Radialwellendichtring 67 und
durch eine Welle 9 gebildet. Die Welle 9, als
Nockenwellenverstellerfortsatz 59 gestaltet, umschließt
die Nockenwelle 7 sowohl in axialer Verlängerung 75 als
auch radial. Die Welle 9 schafft ein kappenartiges Ende 19 durch
die Kappe 29, in die die Nockenwelle 7 eingefügt
ist. Der Umfang 21 der Welle 9 lagert in der Wand 56 des
Zylinderkopfes 55. Der Nockenwellenversteller 57 bietet über
seinen Nockenwellenverstellerfortsatz 59 eine Lagerfläche
für die Nockenwelle 7. Die Nockenwelle 7 vervollständigt
das Hydrauliksystem, das bis zu den Hohlräumen 23 im
Nockenwellenversteller 57 reicht. Die Nockenwelle 7 hat
ein Wellenkanalsystem 37, das verschiedene Hydraulikleitungen 41, 43 umfasst. Das
Hydraulikmittel 53 in den Hydraulikleitungen 41, 43 gelangt überweitere
Hydraulikleitungen 45, 47 zu den Hohlräumen 23.
Die Hydraulikleitungen 45, 47 stehen senkrecht
zu der Hydraulikmittelführung durch die Hydraulikleitungen 41, 43.
Von einem Steuerventil aus startend (nicht dargestellt) gelangt
das Hydraulikmittel 53 über separate Fluidversorgungszuleitungen 49, 51 als
Nockenwellenverstellerversorgung 39 in die hydraulischen
Kammern des Nockenwellenverstellers 57. Die hydraulischen
Kammern des Nockenwellenverstellers 57 bilden sich unterhalb des
Nockenwellenverstellergehäuses 60 zwischen einem
Stator 63 und einem Rotor 61 aus. Als Rotationsübertragungsvorrichtung 87 zwischen
Nockenwelle 7 und Rotor 61 dient die formschlüssige
Anbindung des Rotors 61 an die Nockenwelle 7.
Die Nockenwelle 7 ist nicht in ihrer Länge äußerst
exakt zu formen, es reicht ein Eindringen in den Nockenwellenverstellerfortsatz 59,
wenn in der Kappe 29 ein ausreichender Hohlraum 23 für
das Ende der Nockenwelle 7 vorgesehen ist. Der Nockentrieb 79 wird durch
die Nocken 83 der Nockenwelle 7 als Teil des Ventiltriebs 1 gebildet.
In dem Verschlussmittel 25 ist ein Schraubengewinde 33 für
die schraubschlüssige Verbindung der Abtriebsradschraube 95 in
die Welle 9 vorgesehen. Das Verschlussmittel 25 weist
eine Sacklochbohrung 31 auf. In der Sacklochbohrung 31 steckt
die Abtriebsradschraube 95. Das über die Lauffläche 73 eingeleitete
Moment von der Kurbelwelle (nicht dargestellt) wird über
die Nabe 71 des Abtriebsrades 69 unter Nutzung
der Abtriebsradschraube 95 in die Welle 9, genauer
das Verschlussmittel 25, eingeleitet. Zur Verbesserung
der metallischen Dichtung zwischen Welle 9 und Wand 56 des Zylinderkopfes 55 kann
in einer speziell vorgesehenen Umlaufnut 65 ein Radialwellendichtring
zum Trockenbereich I als Teil der Trennschicht II in
der Wand 56 des Zylinderkopfes 55 angeordnet sein.
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4 zeigt
eine Ausgestaltung eines Ventiltriebs 1 mit seinem Nockentrieb 79,
bei dem das über die Lauffläche 73 an
die Nabe 71 eingeleitete Drehmoment durch die Abtriebsradschraube 95 in
die Welle 11 eingeleitet wird. Der Umfang 21 der
Welle 11 liegt abschnittsweise in der Wand 56 des
Zylinderkopfes 55. Nach außen ist die hydraulische
Seite durch Dichtringe wie ein Radialwellendichtring 67 in einer
Umlaufnut 65 abgedichtet. Die Welle 11 ist Teil des
Nockenwellenverstellerfortsatzes 59 des Nockenwellenverstellers 57.
Das Ende 19 der Welle 11 trägt durch
die Abtriebsradschraube 95 in der Sacklochbohrung 31 mit
dem Schraubengewinde 33 die Nabe 71 des Abtriebsrades.
Die Welle 11 ist als Rotorfortsatz gestaltet. Durch den
Rotorfortsatz 11 ist zumindest eine Hydraulikleitung 41 bzw.
sind zwei Hydraulikleitungen 41, 43 gebildet.
Das Ende der Nockenwelle 7 bildet das Wellenkanalsystem 37,
an dessen Verlängerung 75 sich das Ende der Welle 11 anschließt.
Das Wellenkanalsystem 37 verbindet über die Hydraulikleitungen 45, 47 die
Fluidversorgungszuleitungen 49, 51 bis in das
Innere des Nockenwellenverstellers 57, das durch das Nockenwellenverstellergehäuse 60 eingefasst
ist. Die Nockenwelle 7 mit ihren Nocken 81 ist
bei der Ausgestaltung nach 4 am Ende
mehrfach eingefasst, sowohl durch den Rotorfortsatz 11 in
Form einer Welle als auch durch das Gehäuse 60 des
Nockenwellenverstellers 57.
-
5 stellt
graphisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ventiltriebs 1 dar,
der sich im Zylinderkopf 55 vorrangig axial erstreckt,
jedoch über sein Abtriebsrad 69 eine gewisse radiale
Erstreckung 77 hat. Die radiale Erstreckung 77 des
Ventiltriebs 1 wird durch die Lauffläche 73 zur
Einleitung des Drehmoments begrenzt. Die Welle 11, die
als Rotorfortsatz gestaltet ist, lagert im Nockenwellenlager 58 der Wand 56 des
Zylinderkopfes 55. Das Ende 19 der Welle 11 bietet
Raum für die Aufnahme der Abtriebsradschraube 95,
die in Form einer axial angeordneten Zentralschraube die Nabe 71 des
Abtriebsrades 69 indirekt an die Nockenwelle 7 mit
ihren Nocken 81 anbindet. Zwischen Welle 11 und
Nockenwelle 7 und im Nockenwellenversteller, unterhalb
des Gehäuses 60 des Nockenwellenverstellers können
Hohlräume 23 zur Führung des Hydraulikmittels 53 angeordnet sein.
Das Gehäuse 60, genauer der Stator 63,
bildet zusammen mit dem Rotor 61 ein umhüllendes,
Hydraulikmittel 53 führendes System für
die Nockenwelle 7. Die Nockenwelle 7 ist so dick,
dass mehrfache Hydraulikmittelbohrungen für das Hydraulikmittel 53 parallel
nebeneinander angeordnet werden können, damit ein Wellenkanalsystem 37 gebildet
wird. Das Hydraulikmittel 53 wird durch die Dichtung 67 innwandig
hinter einer Umlaufnut 65 gehalten. Das kappenartige Ende 19,
gebildet durch die Kappe 29, der Welle 11 in Form
eines Rotorfortsatzes schafft ein Nockenwellenlager 58,
das wenigstens teilweise durch Hydraulikmittel 53 geschmiert
ist. Die Bohrung 31 im Ende 19 der Welle 11 nimmt
die Schraube 95 auf.
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Die 3, 4, 5 zeigen ähnliche Ausgestaltungen,
so dass nicht alle Details in allen Figurenbeschreibungen dezidiert
angesprochen worden sind.
-
Eine
weitere Ausgestaltung eines Ventiltriebs 1 lässt
sich den 6 und 7 entnehmen. Der
Nockenwellenversteller ist kürzer als der Nockenwellenversteller
der 3, 4, 5. Das, was
der Nockenwellenfortsatz in Form eines Gehäusefortsatzes 9 oder
eines Rotorfortsatzes 11 ausmacht, ist in den 6 und 7 durch
eine Abtriebsradankopplungswelle 15 geschaffen. Die Welle 15 ist
ein Wellenstummel im Vergleich zur Nockenwelle 13. Die
Nocken 81 sind formschlüssig auf der Nockenwelle 13 oberhalb
der Gaswechselventile (nicht dargestellt) angeordnet. Die Welle 15 ist
nockenfrei. Ein Hohlraum 23 als Ausgleichs- bzw. Dehnungsraum
schafft die Ankoppelbarkeit zwischen den unterschiedlichen Wellen 13, 15,
wie zuvor schon dargestellt. Die Welle 15 bietet als Verlängerung 75 der
Nockenwelle 13 abgedichtet eine Lagerfläche für das
Abtriebsrad 69 im Bereich der Nabe 71. In radialer
Richtung 77 zur Welle 15 befindet sich die Lauffläche 73.
Der Zylinderkopf 55 bietet über seine Wand 56 ein
Nockenwellenlager 58. In diesem lagert die Welle 15.
Hydraulikmittel gelangt über die Leitungen 49, 51, 41, 43, 45, 47 in
das Gehäuse 60 auf die Außenseite des
Rotors 61. Die Leitungen, wie zum Beispiel 41,
werden durch mehrere Bauteile gebildet, wie dargestellt durch die
beiden Wellen 13, 15. Der Nockentrieb 79 setzt
sich aus der Welle 13 und der Welle 15 zusammen.
Als Rotationsübertragungsvorrichtung 87 zwischen
Rotor 61 und Nockenwelle 13 dient eine formschlüssige
oder kraftschlüssige Verbindung. Das Schraubengewinde 33 in
der Welle 15 ist so ausgelegt, dass das Drehmoment aus
der Lauffläche 73 unproblematisch an die Nocken 81 weitergegeben
werden kann. Daneben bietet die Welle 15 wenigstens einen
Teil des Wellenkanalsystems 37 für die Hydraulikmittelversorgung
des Nockenwellenverstellers.
-
Der
Nockenwellenversteller nach 7 mit seinem
Stator 63 als Teil des Gehäuses 60 und
seinem Rotor 61 ist spiegelbildlich zu dem Ausführungsbeispiel
nach 6 entworfen. Die beiden Wellen 13, 15 stecken
ineinander. Der Hohlraum 23 schafft genügend Bewegungsraum
und lässt sich mit Hydraulikmittel auffüllen.
Nur an einer der beiden Wellen 13, 15 sind Nocken 83 angeordnet.
Nur eine der beiden Wellen 13, 15 lagert im Nockenwellenlager 58 des Zylinderkopfes 55.
Die Welle 15 übernimmt quasi die Funktion eines
Nockenwellenverstellerfortsatzes 59. Der Rotor ist formschlüssig
auf der Welle 15 angeordnet. Der Stator 63 ist über
das Gehäuse 60 des Nockenwellenverstellers formschlüssig
an der Nockenwelle 13 angeordnet und bildet so eine Rotationsübertragungsvorrichtung 87 für
die Nockenwelle. Die Wand 56 des Zylinderkopfes 55 schließt
den hydraulischen Bereich ab. Die Wand 56 ist Teil der Trennschicht II.
Die Welle 15 durchstößt die aus der Wand 56 gebildete
Trennschicht II.
-
- 1
- Ventiltrieb
- 3
- Nockenwelle,
insbesondere rohrförmige, äußere Nockenwelle
einer Doppelnockenwelle
- 5
- Nockenwelle,
insbesondere innere Nockenwelle einer Doppelnockenwelle
- 7
- Nockenwelle,
insbesondere durch den Nockenwellenversteller eingeschlossene Nockenwelle
- 9
- Welle,
insbesondere Gehäusefortsatz des Nockenwellenverstellers
- 11
- Welle,
insbesondere Rotorfortsatz des Nockenwellenverstellers
- 13
- Nockenwelle
- 15
- Welle,
insbesondere Abtriebsradankopplung
- 17
- Doppelnockenwelle
- 19
- Ende
der ersten Welle
- 21
- Umfang
der Welle
- 23
- Hohlraum
- 25
- Verschlussmittel
- 27
- Stopfen
- 29
- Kappe
- 31
- Sacklochbohrung
- 33
- Schraubgewinde
bzw. Schraubengewinde
- 35
- Nockenwelleneinsatz
- 37
- Wellenkanalsystem
- 39
- Nockenwellenverstellerversorgung
- 41
- erste
Hydraulikleitung
- 43
- zweite
Hydraulikleitung
- 45
- dritte
Hydraulikleitung
- 47
- vierte
Hydraulikleitung
- 49
- erste
Fluidversorgungszuleitung
- 51
- zweite
Fluidversorgungszuleitung
- 53
- Hydraulikmittel
- 55
- Zylinderkopf
- 56
- Wand
des Zylinderkopfs
- 57
- Nockenwellenversteller
- 58
- Nockenwellenlager
- 59
- Nockenwellenverstellerfortsatz
- 60
- Nockenwellenverstellergehäuse
- 61
- Rotor
- 63
- Stator
- 65
- Umlaufnut
- 67
- Radialwellendichtring
- 69
- Abtriebsrad
- 71
- Nabe
des Abtriebsrads
- 73
- Lauffläche
- 75
- Verlängerung,
insbesondere achsgleiche Verlängerung
- 77
- radiale
Richtung bzw. radiale Erstreckung
- 79
- Nockentrieb
- 81
- Nocken,
insbesondere des ersten Satzes
- 83
- Nocken,
insbesondere des zweiten Satzes
- 85
- Nockenstift
- 87
- Rotationsübertragungsvorrichtung,
wie Formschluss- oder Kraftschlussanbindung
- 89
- Befestigungsstift,
insbesondere Vollstift
- 91
- erster
Anschraubflansch
- 93
- zweiter
Anschraubflansch
- 95
- Abtriebsradschraube
- I
- Trockenbereich,
insbesondere hydraulisch abgekoppelter Bereich
- II
- Trennschicht
- III
- Hydraulikbereich
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1865158
A2 [0004]
- - EP 1865158 A3 [0004]
- - DE 102006022219 A1 [0004]
- - DE 102005014680 A1 [0005]
- - DE 102006042746 A1 [0008]