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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur axialen Lagerung einer Nockenwelle, wobei an zumindest einem axialen Ende der Nockenwelle ein Lagerelement angeordnet ist, in dem die Nockenwelle drehbar gelagert ist.
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Derartige Lageranordnungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und bestehen aus einem Lagerelement und zumindest einer Beilagscheibe aus einem vorbestimmten Lagermaterial. Das Lagerelement und die in den meisten Fällen beidseits des Lagerelements angeordneten Beilagscheiben weisen jeweils eine Aufnahmeöffnung auf, in denen die Nockenwelle drehbar aufgenommen ist. Derartige Lageranordnungen werden angeordnet, um das Spiel der Nockenwelle bezüglich einer Wand eines Motorblocks in axialer Richtung auf ein vorbestimmtes Maß zu begrenzen und die Reibung zwischen dem Lagerelement und der Nockenwelle zu reduzieren.
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US 6 601 992 B2 offenbart ein Axiallager, das eine ringförmige Trägerplatte aus Stahl und eine ringförmige Lagerschicht aufweist.
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JP 2002 -
235 728 A offenbart eine Drucklagerplatte. Die Drucklagerplatte kann mit einem Paar von Befestigungsschrauben an einer Motorwand befestigt werden. Lageranordnungen zur axialen Lagerung einer Nockenwelle der oben beschriebenen Art sind jedoch durch ihren mehrteiligen Aufbau teuer und gleichzeitig aufgrund der Vielzahl der zu beachtenden Toleranzen, d.h. die Toleranzen des Lagerelements und der beiden Beilagscheiben, fertigungstechnisch problematisch. Ferner ist die Montage aufwendig. Da die Lageranordnung an der Nockenwelle angeordnet ist, sind Fertigungstoleranzen der Nockenwelle zusätzlich zu den Toleranzen der Beilagscheiben und des Lagerelements zu beachten. Ferner kann es aufgrund der verschiedenen zu beachtenden Toleranzen bei der Montage zu Fehlern kommen, wodurch einzelne Komponenten nicht mehr verwendet werden können oder schlimmstenfalls ein Motorblock bzw. ein Ventiltrieb, in dem eine Nockenwelle mit einer Lageranordnung eingesetzt ist, beschädigt werden kann.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Lageranordnung zur axialen Lagerung einer Nockenwelle der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, die bei einem kompakten Aufbau kostengünstig herzustellen und fertigungs- und montagetechnisch einfach handzuhaben ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Durch das Vorsehen eines Lagermaterials direkt an einer senkrecht zur Achse der Nockenwelle verlaufenden Fläche kann die Anzahl der für die Lageranordnung bzw. das Lagerelement verwendeten Komponenten erheblich reduziert werden. Mit anderen Worten wird anstatt einem Lagerelement mit zumindest einer zusätzlichen benachbart angeordneten Beilagscheibe aus Lagermaterial, nur noch ein Lagerelement verwendet, welches unmittelbar mit Lagermaterial versehen ist. Somit lassen sich durch die erfindungsgemäße Lageranordnung die Kosten für eine derartige Lageranordnung aufgrund der Reduzierung der verwendeten Komponenten deutlich reduzieren.
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Zudem müssen durch die verringerte Anzahl der Komponenten der erfindungsgemäßen Lageranordnung bei der Herstellung der Lageranordnung und auch bei der Montage an einer Nockenwelle bzw. in einem Motorblock weniger Toleranzen beachtet werden. Mit anderen Worten muss anstatt zumindest zweier Toleranzen - der Toleranz des Lagerelements plus der Toleranz der zumindest einen Beilagscheibe - nur noch die Toleranz des erfindungsgemäßen einstückigen Lagerelements berücksichtigt werden, wodurch eine unvorteilhafte Bildung von Toleranzketten verhindert wird und bei der Herstellung eines Motorblocks ein hoher Qualitätsstandard erreicht werden kann. Dementsprechend müssen die Fertigungstoleranzen der einzelnen Komponenten einer herkömmlichen Lageranordnung nicht mehr aufeinander abgestimmt werden, da das Lagerelement direkt mit Lagermaterial versehen wird. Daher kann mit der erfindungsgemäßen Lageranordnung auch der bei der Herstellung einer Lageranordnung auftretende Ausschuss erheblich reduziert werden.
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Wie bereits erwähnt, wurden im Stand der Technik jeweils Beilagscheiben aus Lagermaterial beiderseits des Lagerelements vorgesehen. Dementsprechend ist das Lagerelement der erfindungsgemäßen Lageranordnung an seinen beiden zur Achse der Welle senkrecht verlaufenden Flächen mit einem Lagermaterial versehen. Dadurch wird an beiden Seiten des Lagerelements ein reibungsarmer, möglichst spielfreier Lauf der Nockenwelle bzw. der an die Nockenwelle gekoppelten Komponenten erreicht, wobei eben nur die eine Toleranz des Lagerelements zu berücksichtigen ist.
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Erfindungsgemäß weist das Lagerelement eine Aufnahmeöffnung auf, die dazu ausgebildet ist, einen Nockenwellenabschnitt drehbar aufzunehmen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung legt sich zumindest eine zur Achse der Nockenwelle senkrecht verlaufende Fläche des Lagerelements zur Lagerung an eine axiale Endfläche eines Nockenwellenabschnitts an. Mit anderen Worten wird an einer Nockenwelle ein Abschnitt ausgebildet, der mit der Aufnahmeöffnung des Lagerelements in Wechselwirkung tritt, um von dieser Aufnahmeöffnung aufgenommen werden, und sich mit seiner axialen Endfläche an eine der mit Lagermaterial versehenen Flächen des Lagerelements anzulegen.
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Zur Befestigung des Lagerelements an einem Motorblock, sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, dass an dem Lagerelement wenigstens zwei von der Aufnahmeöffnung beabstandete Befestigungsöffnungen vorgesehen sind. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass die Befestigungsöffnungen jeweils in radial vorstehenden Befestigungsvorsprüngen des Lagerelements ausgebildet sind.
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Dementsprechend ist das Lagerelement der erfindungsgemäßen Lageranordnung über die beiden Befestigungsöffnungen mittels Befestigungsmitteln an einem Befestigungsabschnitt eines Motorblocks anbringbar. Mit anderen Worten wird das mit Lagermaterial versehene Lagerelement über die Befestigungsöffnungen an einem Abschnitt eines Motorblocks, vorzugsweise mittels Schrauben angebracht.
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Hinsichtlich der bevorzugten Ausgestaltung des Lagerelements ist zu erwähnen, dass das Lagerelement kreisförmig oder annähernd oval ausgebildet ist.
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Um möglichst gute Reibungswerte zwischen der Nockenwelle und dem Lagerelement der erfindungsgemäßen Lageranordnung sowie den daran angeschlossenen Komponenten zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Lagermaterial vorzugsweise ein keramisches Material, ein selbstschmierendes Material oder eine Stahllegierung ist. Zudem muss bei der Materialwahl für das Lagermaterial berücksichtig werden, dass es sich um ein Material handelt, welches keinen oder nur einen geringen Materialabtrag aufgrund der Reibung zwischen den Komponenten zulässt, um Verschmutzungen oder Beschädigungen des über die Nockenwelle angetriebenen Ventiltriebs zu verhindern.
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Vorzugsweise wird das Lagermaterial mittels Eintauchen des Lagerelements oder durch Beschichten und insbesondere durch Sintern auf das Lagerelement aufgebracht.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Ventilantrieb mit einer Lageranordnung der vorstehend beschriebenen Art.
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Ferner umfasst die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einem Ventilantrieb der vorstehend beschriebenen Art.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es stellen dar:
- 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Lageranordnung angeordnet am Ende einer Nockenwelle;
- 2a eine perspektivische Vorderansicht des Lagerelements der erfindungsgemäßen Lageranordnung; und
- 2b eine perspektivische Rückansicht des Lagerelements der erfindungsgemäßen Lageranordnung.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Lageranordnung 10 mit einem Lagerelement 12 und einer Nockenwelle 14. Das Lagerelement 12 ist an einem axialen Ende der Nockenwelle 14 angeordnet und weist eine Aufnahmeöffnung 16 auf, die einen Endabschnitt der Nockenwelle 14 drehbar aufnimmt. Mit anderen Worten ist die Aufnahmeöffnung 16 korrespondierend zu dem von ihr aufzunehmenden Wellenabschnitt der Nockenwelle 14 ausgebildet.
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Ferner erkennt man in 1, dass das Lagerelement 12 an einer zu einer Achse A der Nockenwelle 14 im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Fläche 18 mit einem Lagermaterial 20 versehen ist. Das Lagermaterial mit dem das Lagerelement 12 versehen ist, ist vorzugsweise ein keramisches Material, ein selbstschmierendes Material oder eine Stahllegierung. Bei der Materialwahl ist insbesondere zu berücksichtigen, dass das Lagermaterial des Lagerelements 12 und das Material der Nockenwelle 14 aufeinander abgestimmt sind, um eine Materialabtrag an diesen beiden Komponenten zu verhindern. Die mit einem Materialabtrag verbundenen Partikel könnten zur Beeinträchtigung des Ventiltriebs oder schlimmstenfalls zu einem Motorschaden führen, was durch die erfindungsgemäße Abstimmung unterbunden wird.
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Das Lagermaterial kann über verschiedene Verfahren, beispielweise durch Beschichtungsverfahren oder Eintauchverfahren, auf das Lagerelement 12 aufgebracht werden. Dabei ist insbesondere eine Sinterverfahren zu erwähnen, bei dem ein Lagerelement 12 an der zur Achse A der Nockenwelle 14 senkrecht verlaufenden Fläche 18 mit einer Pulverschicht versehen wird. Anschließend wird das Lagerelement 12 bei dieser Beschichtungsvariante mit der Pulverschicht erhitzt, wodurch sich die Pulverschicht aus Lagermaterial und das Lagerelement 12 verbinden.
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Das Lagerelement 12 legt sich zudem an eine axiale Endfläche (nicht gezeigt) der Nockenwelle 14 an, um die Nockenwelle 14 in axialer Richtung abzustützen bzw. zu führen. Mit anderen Worten wird mit dem mit Lagermaterial 20 versehenen Lagerelement 12 ein vorbestimmtes, möglichst geringes, axiales Spiel der Nockenwelle 14 relativ zu einer nicht gezeigten Wand eines Motorblocks eingestellt.
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In 1 erkennt man radial zueinander entgegengesetzt vorstehende Befestigungsvorsprünge 22, in denen zwei von der Aufnahmeöffnung 16 beabstandete Befestigungsöffnungen 24 vorgesehen sind.
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Ferner erkennt man aus 1 einen an der Nockenwelle 14 ausgebildeten axialen Vorsprung 26 mit im Vergleich zur Nockenwelle 14 stark verkleinertem Durchmesser. Mittels dieses Vorsprungs 26 kann die Nockenwelle 14 mit weiteren Komponenten eines Ventiltriebs, d.h. einem weiteren Nockenwellenabschnitt oder aber auch einem Zahnrad, das mit einem Riemen zum Antreiben der Nockenwelle 14 verbunden ist, gekoppelt werden.
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Die 2a und 2b zeigen eine perspektivische Vorderansicht (2a) und eine perspektivische Rückansicht (2b) des Lagerelements 12.
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In 2b erkennt man, dass das Lagerelement 12 auch an seiner rückseitig senkrecht zur Achse A der Nockenwelle 14 verlaufenden Fläche 28 mit einem Lagermaterial 30 versehen ist. Die Fläche 28 legt sich im montierten, an einem Wellenabschnitt angebrachten Zustand an eine axiale Fläche (nicht gezeigt) der Nockenwelle 14 lagernd an.
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Insbesondere aus den 2a und 2b werden die Vorteile der Lageranordnung 10 gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten Lageranordnung ersichtlich. So wird mit der erfindungsgemäßen Lageranordnung 10 zum einen die Anzahl der Teile einer Lageranordnung reduziert. Zum anderen muss beim Einbau der Lageranordnung 10 nur die Toleranz des einteiligen Lagerelements 12 berücksichtigt werden, wodurch die Fertigung und Montage einer Lageranordnung 10 erheblich vereinfacht und beschleunigt werden kann.
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Aus einer Zusammenschau der 2a und 2b wird ersichtlich, dass die Befestigungsvorsprünge 22 im Vergleich zu einem kreisförmigen Abschnitt 32 des Lagerelements 12 in axialer Richtung eine verringerte Dicke aufweisen. Das Lagerelement 12 kann mit dem kreisförmigen Abschnitt 32, in dem die Aufnahmeöffnung 16 ausgebildet ist, in eine korrespondierende Öffnung eines Abschnitts eines Motorblocks (nicht gezeigt) eingefügt und dort über die Befestigungsöffnungen 26 mittels nicht gezeigter Befestigungsmittel, vorzugsweise mittels Schrauben, befestigt werden.
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Mit anderen Worten wird das Lagerelement 12 mit dem kreisförmigen Abschnitt 32 in einer Öffnung eines Befestigungsabschnitts eines Motorblocks aufgenommen.
