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Die vorliegende Erfindung betrifft eine verstellbare Nockenwelle für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Außenwelle, auf der wenigstens ein erster Nocken angeordnet und mit dieser verdrehfest verbunden ist, und mit einer sich durch die Außenwelle erstreckenden Innenwelle, mit der wenigstens ein zweiter Nocken verdrehfest verbunden und auf der Außenwelle verdrehbar gelagert ist, und wobei Öl aus einem Spalt zwischen der Außenwelle und der Innenwelle durch einen Ölkanal in der Außenwelle in den Bereich zwischen dem zweiten Nocken und der Außenwelle führbar ist, wobei eine Nockenverstelleinrichtung vorgesehen ist, die mit Öl aus dem Spalt versorgt ist.
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STAND DER TECHNIK
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In der
US 2010/0170458 A1 ist eine verstellbare Nockenwelle für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine beschrieben. Die verstellbare Nockenwelle weist eine Außenwelle und eine sich durch die Außenwelle erstreckende Innenwelle auf. Festnocken sind mit der Außenwelle verdrehfest verbunden, wobei Verstellnocken verdrehfest mit der Innenwelle und verdrehbar zur Außenwelle verbunden sind. Ein Phasensteller dient zur Verstellung der Innenwelle relativ zur Außenwelle.
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Aus der
DE 20 2005 021 715 U1 ist eine verstellbare Nockenwelle für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Außenwelle bekannt, auf der mit dieser verdrehfest angeordnete erste Nocken angeordnet sind, und wobei sich durch die Außenwelle eine Innenwelle erstreckt, mit der zweite Nocken verdrehfest verbunden sind. Die zweiten Nocken sind außenseitig auf der Außenwelle gelagert. Wird die Innenwelle in ihrer Phasenlage gegenüber der Außenwelle verdreht, so verlagert sich die Steuerposition der ersten Nocken gegenüber der Steuerposition der zweiten Nocken. Zur Änderung der Phasenlage der Innenwelle gegenüber der Phasenlage der Außenwelle ist eine Nockenverstelleinrichtung an der Nockenwelle angeordnet, die mit Drucköl aktiviert werden kann.
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Im radialen Spalt zwischen der Innenwelle und der Außenwelle wird Öl geführt, das mit Überdruck dem Spalt zugeführt wird. Um den Gleitlagersitz der zweiten Nocken auf der Außenseite der Außenwelle mit Öl zu versorgen, weist die Außenwelle im Bereich der zweiten Nocken wenigstens einen Ölkanal auf, durch den Öl aus dem Spalt in den Bereich zwischen dem zweiten Nocken und der Außenwelle geführt ist. Der Ölkanal wird dabei durch Bolzenöffnungen in der Außenwelle gebildet, durch die ein Bolzen zur Ankopplung des zweiten Nockens an die Innenwelle geführt ist.
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Das Öl kann über ein Nockenwellenlager in den Spalt zwischen der Innen- und der Außenwelle eingeführt werden, wobei mehrere Nockenwellenlager zur Lagerung der verstellbaren Nockenwelle im Zylinderkopf vorhanden sind. In einem Ausführungsbeispiel der
DE 20 2005 021 715 U1 ist ein Nockenwellenlager gezeigt, das angrenzend an eine Nockenverstelleinrichtung angeordnet ist, mit der die Innenwelle gegenüber der Außenwelle in ihrer Phasenlage verdreht werden kann. Dabei ist bekannt, dass das Öl über das an die Nockenverstelleinrichtung angrenzende Nockenwellenlager in den Spalt geführt wird, wodurch sich jedoch der Nachteil ergibt, dass die Ausführung des Nockenwellenlagers angrenzend an die Nockenverstelleinrichtung kompliziert aufgebaut werden muss, da nur ein begrenzter Bauraum zur Verfügung steht. Die gezeigte Anordnung ermöglicht damit nicht die Versorgung der Nockenverstelleinrichtung mit Öl aus dem Spalt zwischen der Innenwelle und der Außenwelle, und die Ölversorgung muss separat ausgeführt werden.
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Gewöhnlich kann die Ölversorgung des Spaltes zwischen der Innenwelle und der Außenwelle über ein äußeres Nockenwellenlager erfolgen, das angrenzend an die Nockenverstelleinrichtung angeordnet ist und die Nockenwelle im Zylinderkopf lagert. Somit kann über das zugeführte Drucköl die Nockenverstelleinrichtung unmittelbar versorgt werden, wobei zugleich der Spalt zwischen der Innenwelle und der Außenwelle mit Drucköl gespeist wird. Nachteilhafterweise ergibt sich dabei bei jedem mit der Innenwelle verbundenen zweiten Nocken ein Druckverlust, da ein erheblicher Abfluss von Drucköl durch den Ölkanal in den Bereich zwischen der Außenseite der Außenwelle und dem zweiten Nocken festgestellt werden muss. Daraus folgt, dass mit weiterer Entfernung von der Einspeisestelle des Öls über das an die Nockenverstelleinrichtung angrenzende Nockenwellenlager die Ölversorgung einzelner Verstellnocken schlechter wird. Daraus folgt weiter, dass das Öl an mehreren Stellen in den Spalt zwischen der Innenwelle und der Außenwelle eingespeist werden muss.
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Wird das Öl über ein von der Nockenverstelleinrichtung entferntes Nockenwellenlager eingespeist, so ergibt sich über den axialen Verlauf des Spaltes bei jedem Verstellnocken ein Druckverlust, sodass die Nockenverstelleinrichtung nicht mehr hinreichend mit Drucköl aus dem Spalt zwischen der Innenwelle und der Außenwelle versorgt ist.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Aus den Nachteilen des Standes der Technik ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, eine verstellbare Nockenwelle mit einer verbesserten Ölversorgung zu schaffen. Insbesondere ergibt sich die Aufgabe, eine verbesserte Einspeisung von Öl in den Spalt zwischen der Innenwelle und der Außenwelle zu schaffen, weiterhin sollte eine hinreichende und möglichst gleichmäßige Versorgung aller auf der Außenwelle verdrehbar aufgenommenen Nocken ermöglicht sein. Schließlich ergibt sich die weitere Aufgabe der Erfindung, die Einspeisung von Öl in den Spalt zwischen der Innenwelle und der Außenwelle an einer besser geeigneten Stelle vorzusehen, um zugleich die Nockenverstelleinrichtung mit Öl aus dem Spalt hinreichend zu versorgen.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einer verstellbaren Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Bereich zwischen dem zweiten Nocken und der Außenwelle mittels zwei Dichtelementen abgedichtet ist.
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Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, den Abfluss von Öl aus dem Spalt zwischen der Innenwelle und der Außenwelle zur Ölversorgung des Bereiches zwischen den verdrehbaren zweiten Nocken und der Außenseite der Außenwelle möglichst zu minimieren, sodass auch bei einer von der Nockenverstelleinrichtung entfernten Einspeisestelle des Öls in den Spalt noch eine hinreichende Menge an Öl an die Nockenverstelleinrichtung gelangen kann. Trotzdem kann eine Schmierung der Lagerung des beweglichen Nockens auf der Außenwelle aufrecht erhalten bleiben.
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Durch die erfindungsgemäße Ausführung der verstellbaren Nockenwelle ist zur Phasenverstellung zwischen der Innenwelle und der Außenwelle eine Nockenverstelleinrichtung endseitig an der Nockenwelle angeordnet, die mit einer hinreichenden Menge an Öl aus dem Spalt versorgt werden kann. Die Außenwelle der Nockenwelle kann durch zumindest ein Nockenwellenlager im Zylinderkopf gelagert sein, wobei vorzugsweise mehrere zueinander beabstandete Nockenwellenlager vorgesehen sind, um die Nockenwelle über ihre Länge vollständig zu lagern. Dabei kann Öl über wenigstens eine Ölzuführbohrung aus einem der Nockenwellenlager in den Spalt eingespeist werden.
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Nach einer besonders vorteilhaften Variante kann das Nockenwellenlager mit der Ölzuführbohrung zur Einspeisung von Öl in den Spalt auf einer der Nockenverstelleinrichtung abgewandten Seite eines verdrehbaren zweiten Nockens angeordnet sein, sodass die Ölversorgung der Nockenverstelleinrichtung am verdrehbaren zweiten Nocken vorbei erfolgen kann. Dabei kann der verdrehbare zweite Nocken den ersten an die Nockenverstelleinrichtung angrenzenden Verstellnocken bilden, und durch die erfindungsgemäße Anordnung von Dichtelementen zwischen dem zweiten Nocken und der Außenseite der Außenwelle ist der Druckverlust des Öls im Spalt zwischen der Innenwelle und der Außenwelle so gering oder sogar beseitigt, dass auch bei einer Einspeisung von Öl über ein entferntes Nockenwellenlager hinreichend Öl an die Nockenverstelleinrichtung gelangen kann. Beispielsweise kann die Einspeisung von Öl über ein End-Nockenwellenlager erfolgen, das auf der der Nockenverstelleinrichtung abgewandten Seite der Nockenwelle diese im Zylinderkopf lagert. Durch die im Wesentlichen druckdichte Ausführung der Lagerung des verdrehbaren zweiten Nockens auf der Außenseite der Außenwelle ist der Druckverlust über der Länge der Nockenwelle so minimal, dass auch bei dieser entfernten Einspeisung von Öl hinreichend Öl an die Nockenverstelleinrichtung gelangen kann.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der verstellbaren Nockenwelle kann zwischen dem verdrehbaren zweiten Nocken, der den ersten Verstellnocken benachbart zur Nockenverstelleinrichtung bildet, und der Nockenverstelleinrichtung selbst ein Nockenwellenlager angeordnet sein, das zum Spalt zwischen der Innenwelle und der Außenwelle geschlossen ausgeführt ist. Damit bildet das an die Nockenverstelleinrichtung angrenzende Nockenwellenlager ein einfaches Nockenwellenlager ohne eine kompliziert aufgebaute Ölversorgung zur Speisung von Öl in den Spalt zwischen der Innenwelle und der Außenwelle. Insbesondere die an die Nockenverstelleinrichtung benachbarte Anordnung eines einfach ausgeführten Lagers zur drehbaren Aufnahme der Nockenwelle im Zylinderkopf vereinfacht sich die konstruktive Ausführung der Verbindung zwischen der Nockenverstelleinrichtung und der Innenwelle und der Außenwelle.
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Um den zweiten, auf der Außenwelle verdrehbaren Nocken mit der Innenwelle zu verbinden, kann ein Bolzen vorgesehen sein, der sich quer zur Rotationsachse der Nockenwelle erstreckt. Dabei kann der Bolzen in der Innenwelle eingepresst sein, sodass sich die Enden des Bolzens durch die Außenwelle hindurch in den zweiten Nocken hinein erstrecken. Verdreht die Innenwelle gegenüber der Außenwelle, so verschwenkt der Bolzen in Bolzenöffnungen, die in der Außenwelle eingebracht sind und sich in Umfangsrichtung länglich erstrecken. Das unter Druck stehende Öl im Spalt zwischen der Innenwelle und der Außenwelle füllt dabei die Bolzenöffnungen und gelangt über diese in den Bereich zwischen dem verdrehbaren zweiten Nocken und der Außenwelle. Folglich wird der Ölkanal zur Führung des Öls vom Spalt in den Bereich durch die Bolzenöffnungen gebildet. Insbesondere können zwei sich gegenüberliegende Bolzenöffnungen in der Außenwelle eingebracht sein, und der Bolzen ist über beide Enden diametral zur Rotationsachse der Nockenwelle im zweiten Nocken aufgenommen.
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Gemäß einer Weiterbildung der verstellbaren Nockenwelle können die zwei Dichtelemente den Bereich zwischen dem zweiten Nocken und der Außenwelle zu beiden axialen Randseiten hin abdichten. Beispielsweise kann ein erstes Dichtelement den ersten Randbereich in einer ersten Axialrichtung der Nockenwelle abdichten, und ein weiteres Dichtelement kann den zweiten Randbereich in einer zweiten Axialrichtung der Nockenwelle abdichten. Der Bereich zwischen den beiden Dichtelementen ist folglich mit Öl über den Ölkanal versorgt. Die Dichtelemente können beispielsweise innenseitig in einer Nockenbohrung im verdrehbaren Nocken eingebracht sein, oder die Dichtelemente sind in der Außenseite der Außenwelle eingesetzt, und zwischen den beiden Dichtelementen ist eine Gleitlagerfläche zur Aufnahme des zweiten Nockens auf der Außenseite der Außenwelle gebildet.
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Das Dichtelement, das den zweiten Nocken gegen die Außenwelle abdichtet, kann aus Stahl, aus einem Nichteisenmetall oder beispielsweise aus einem Kunststoff wie beispielsweise PTFE, POM oder aus Gummi, gebildet sein. Insbesondere kann das Dichtelement als O-Ring ausgebildet sein oder eine geschlitzte, d.h. nicht ringförmig geschlossene Ausführung aufweisen. Der zweite, auf der Außenwelle aufgenommene und auf dieser verdrehbare Nocken besitzt eine Nockenbohrung, durch die die Außenwelle hindurch verläuft, und der Bereich zwischen dem zweiten Nocken und der Außenwelle ist zwischen der Nockenbohrung und der Außenseite der Außenwelle gebildet. Das Dichtelement kann somit innenseitig in der Nockenbohrung einsitzen oder das Dichtelement ist seitlich am zweiten Nocken angeordnet, sodass dieses die Nockenbohrung gegen die Außenseite der Außenwelle abdichtet. Auch kann das Dichtelement einteilig mit dem Nocken ausgebildet sein, beispielsweise gebildet aus einem nach innen ausgebildeten Ansatz oder Abschnitt der Nockenbohrung, oder das Dichtelement ist durch einen Metallring gebildet, der innenseitig in der Nockenbohrung eingesetzt ist, beispielsweise gebildet durch einen Messingring.
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Gemäß einer weiteren Verbesserung der erfindungsgemäßen Nockenwelle kann zwischen der Innenwelle und der Außenwelle wenigstens ein Dichtring angeordnet sein, wobei die Anordnung eines ersten Dichtringes auf der Anordnung der Nockenverstelleinrichtung abgewandten Seite des Nockenwellenlagers vorgesehen ist, das mit wenigstens einer Ölzuführbohrung ausgebildet ist. Der Dichtring kann dabei so ausgeführt sein, dass Öl im Spalt zwischen der Innenwelle und der Außenwelle den Dichtring in axialer Richtung nicht passieren kann. Eine besonders vorteilhafte Anordnung des Dichtringes ergibt sich, wenn dieser auf der Anordnung der Nockenverstelleinrichtung abgewandten Seite des Nockenwellenlagers vorgesehen ist, das mit wenigstens einer Ölzuführbohrung ausgebildet ist. Somit können über der Länge der Nockenwelle verteilt mehrere fluidisch getrennte Versorgungssegmente zur Versorgung mit Öl aus dem Spalt zwischen der Innenwelle und der Außenwelle erzeugt werden, wobei das der Nockenverstelleinrichtung zugewandte Segment zugleich die Nockenverstelleinrichtung selbst mitversorgt.
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Mit weiterem Vorteil kann das Dichtelement derart ausgebildet sein, dass ein geringer Ölfluss aus dem Bereich zwischen dem zweiten Nocken und der Außenwelle in die Einbauumgebung der Nockenwelle verbleibt, wobei die Einbauumgebung beispielsweise durch den Aufnahmeraum im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine gebildet sein kann. Der Ölfluss durch die Dichtelemente hindurch kann jedoch derart gering sein, dass dennoch ein hinreichender Öltransport durch den Spalt von der wenigstens einen Ölzuführbohrung eines Nockenwellenlagers zur Nockenverstelleinrichtung hin aufrechterhalten bleibt.
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Beispielsweise kann das Dichtelement eine Metalldichtung umfassen, und einen Restspalt zwischen der Nockenbohrung im zweiten Nocken und der Außenseite der Außenwelle aufweisen, durch den der geringe Ölfluss erzeugt wird. Damit wird sichergestellt, dass im Gleitspalt zwischen der Nockenbohrung und der Außenwelle ein Ölaustausch erfolgt, um diesen Gleitspalt kontinuierlich mit frischem Öl zu versorgen.
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Figurenliste
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine quergeschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer verstellbaren Nockenwelle mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung und
- 2 eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels der verstellbaren Nockenwelle gemäß 1.
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In den 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer verstellbaren Nockenwelle 1 für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine gezeigt, wobei in 1 die Nockenwelle 1 quergeschnitten dargestellt ist und zudem die Anordnung einer Nockenverstelleinrichtung 17 gezeigt ist. Weiterhin sind in 1 zwei Nockenwellenlager 18, 18' schematisch dargestellt, die gemeinsam mit einem gezeigten Teil des Zylinderkopfes 19 als Gleitlager ausgebildet sind.
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Die Nockenwelle 1 weist eine Außenwelle 10 auf, auf der im gezeigten Ausschnitt zwei erste Nocken 11 angeordnet sind, wobei die ersten Nocken 11 mit der Außenwelle 10 verdrehfest verbunden sind, beispielsweise indem diese auf die Außenwelle 10 aufgepresst oder mit der Außenwelle 10 verschweißt sind. Durch die Außenwelle 10 erstreckt sich eine Innenwelle 12, und es ist ein zweiter Nocken 13 gezeigt, der mit der Innenwelle 12 über einen Bolzen 21 verdrehfest verbunden ist. Der zweite Nocken 13 besitzt eine Nockenbohrung 24, durch die sich die Außenwelle 10 hindurch erstreckt, sodass der zweite Nocken 13 auf der Außenwelle 10 drehbar gelagert ist. Verdreht sich die Innenwelle 12 gegenüber der Außenwelle 10, indem die Nockenverstelleinrichtung 17 aktiviert wird, so verlagert sich die Phasenlage des zweiten Nockens 13 gegenüber der Phasenlage des ersten Nockens 11. Dadurch können die Steuerzeiten eines Ventiltriebs der Brennkraftmaschine verändert werden, während die Nockenwelle 1 um ihre Rotationsachse 23 dreht.
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Zwischen der Außenwelle 10 und der Innenwelle 12 ist ein ringförmiger Spalt 14 ausgebildet, und der Spalt 14 ist mit unter Druck stehendem Öl gefüllt. Das Öl wird über ein Nockenwellenlager 18 in den Spalt 14 geleitet, und es ist zur Lagerung der Nockenwelle 1 im Zylinderkopf 19 ein erstes Nockenwellenlager 18 gezeigt, das von der Nockenverstelleinrichtung 17 entfernt angeordnet ist, und ein weiteres Nockenwellenlager 18' ist angrenzend an die Nockenverstelleinrichtung 17 angeordnet. Das von der Nockenverstelleinrichtung 17 entfernt angeordnete Nockenwellenlager 18 weist Ölzuführbohrungen 20 auf, durch die Öl in den Spalt 14 zwischen der Außenwelle 10 und der Innenwelle 12 geleitet wird. Dabei sind zwei sich gegenüberliegende, im Schnitt gezeigte Ölzuführbohrungen 20 gezeigt, und es können über dem Umfang verteilt mehrere Ölzuführbohrungen 20 vorgesehen sein, die durch einen Ringspalt 25 fluidisch miteinander in Verbindung stehen. Das in den Spalt 14 eingeleitete Öl kann in Richtung zur Nockenverstelleinrichtung 17 fließen, sodass das Öl ohne nennenswerten Druckverlust den Bereich des zweiten Nockens 13 passiert und diesen zugleich mit Öl zur Schmierung versorgt.
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Durch die in der Außenwelle 10 eingebrachten Bolzenöffnungen, durch die die Endseiten des Bolzens 21 hindurchgeführt sind, bilden sich Ölkanäle 15, und Öl kann durch die Ölkanäle 15 aus dem Spalt 14 in den Bereich zwischen dem zweiten Nocken 13 und der Außenwelle 10 geführt werden. Dieser Bereich ergibt sich zwischen der Außenseite der Außenwelle 10 und der Nockenbohrung 24 im zweiten Nocken 13.
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Um zu verhindern, dass Öl aus dem Bereich zwischen dem zweiten Nocken 13 und der Außenwelle 10 in die Einbauumgebung der Nockenwelle 1 gelangt, sodass sich beim Passieren des Öls durch den Spalt 14 vorbei am zweiten Nocken 13 ein Druckverlust im Spalt 14 ergibt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zweite Nocken 13 gegen die Außenwelle 10 mittels Dichtelementen 16 zumindest teilweise abgedichtet ist. Dadurch wird erreicht, dass beim Passieren des Öls vorbei am zweiten Nocken 13 kein oder nur ein geringer Druckverlust entsteht, und die Nockenverstelleinrichtung 17 kann gemäß der gezeigten Anordnung von einem von diesem entfernt angeordneten Nockenwellenlager 18 mit Öl versorgt werden. Die Dichtelemente 16 sind beispielhaft als O-Ringe gezeigt und innenseitig in der Nockenbohrung 24 im zweiten Nocken 13 eingesetzt.
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Um ein Abfließen des Öls durch den Spalt 14 in den weiteren Verlauf der Nockenwelle 1 zu verhindern, ist benachbart zu den Ölzuführbohrungen 20 im Bereich des Nockenwellenlagers 18 ein Dichtring 22 angeordnet, der in der Innenwelle 12 angeordnet ist und beispielsweise durch einen O-Ring gebildet sein kann. Dadurch wird ein Ölversorgungssystem über den gezeigten Abschnitt der Nockenwelle 1 geschaffen, das darauf basiert, über entfernt von der Nockenverstelleinrichtung 17 angeordnete Ölzuführbohrungen 20 Öl in den Spalt 14 einzuspeisen, welches Öl anschließend die Anordnung des zweiten Nockens 13 passiert und die endseitig an der Nockenwelle 1 angeordnete Nockenverstelleinrichtung 17 mit Öl versorgt, wie dies mit Pfeilen angedeutet ist.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumliche Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
