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Die Erfindung betrifft einen Verschlussstopfen für eine Nockenwelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Nockenwelle mit einem derartigen Verschlussstopfen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Brennkraftmaschinen benötigen zur Betätigung der Ein- und Auslassventile eine sogenannte Nockenwelle, deren Nocken die Drehbewegung der Nockenwelle in eine Hubbewegung der Ventile übersetzt. Herkömmliche Nockenwellen, wie sie etwa im Fahrzeugbau Verwendung finden, werden dabei zumeist in einem Stück aus Eisen gegossen oder aus Stahl geschmiedet. Der Stand der Technik umfasst jedoch auch aus verschiedenen Werkstoffen zusammengesetzte, sogenannte „gebaute“ Nockenwellen, die sich durch verminderte Kosten, ein vergleichsweise niedriges Gewicht, besonders hochfeste Werkstoffe wie gehärteten Kugellageroder Sinterstahl sowie eine potenziell erhöhte fertigungstechnische Flexibilität auszeichnen. Auch spezielle geometrische Gestaltvarianten, beispielsweise sogenannte negative Radien der einzelnen Nocken, lassen sich im Rahmen eines solchen Ansatzes realisieren.
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Da das Gesamtdrehmoment als Hebelkraft tangential am Umfang der Nockenwelle angreift, nimmt der Anteil des übertragenen Drehmoments in Richtung der Drehachse der Welle kontinuierlich ab. In Anwendung dieser physikalischen Gesetzmäßigkeit werden nach dem Stand der Technik beträchtliche Gewichtseinsparungen erzielt, indem Nockenwellen – unter Inkaufnahme einer lediglich geringfügigen Einschränkung des übertragbaren Drehmoments – bei gleichem Außendurchmesser und -umfang nicht massiv, sondern hohl ausgeführt werden. Derartige sogenannte Hohlwellen kommen anwendungsabhängig auch dann zum Einsatz, wenn das Entwicklungsziel einer besonders hohen Eigenfrequenz angestrebt wird.
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Aus dem Stand der Technik ist auch eine Nutzung von Nockenwellen zur Durchleitung flüssiger Schmierstoffe, beispielsweise von Schmieröl, bekannt. Hierzu ist der stirnseitige Verschlussstopfen der betreffenden Nockenwelle mit einer Bohrung versehen. Das Öl wird dabei entweder durch mindestens eine Ölleitungsbohrung in der Mantelfläche des Nockenwellenrohrs geleitet. Eine solche Ölleitungsbohrung mag etwa an eine Gleitlagerstelle münden, die mit Öl versorgt werden muss. In umgekehrter Richtung kommt beispielsweise eine Drehübertragerstelle für eine Ölleitungsbohrung in Betracht, um Öl in entsprechender Weise vom Zylinderkopf eines Hubkolbenmotors in das Nockenwellenrohr abzuführen.
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Um das Öl entsprechend der gewünschten Richtung zu kanalisieren, ist ein Inneres des Nockenwellenrohres mitunter durch eine Dichtvorrichtung, insbesondere in Form einer Dichtkappe, verschlossen. In bestimmten Betriebszuständen kann solch eine Betriebskonfiguration dazu führen, dass die nur eingepresste Dichtkappe nicht in der gewünschten Montageposition verbleibt und sich insbesondere soweit in Richtung des Verschlussstopfens bewegt, dass sie die Bohrungen in der Mantelfläche und/oder die Axialbohrung im Verschlussstopfen verschließt, sodass der bestimmungsgemäße Gebrauch der Ölleitung nicht mehr gewährleistet ist und somit ein Motorschaden auftreten kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Abdichtung des Ölleitungsbereichs zu finden, die einen Verschluss der Ölleitung zuverlässig verhindert.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine bisher innerhalb einer Nockenwelle quer zu einer Drehachse angeordnete Dichtkappe hinsichtlich ihrer Sollposition dadurch zu stabilisieren, dass sie über Abstandshalter zu einem Verschlussstopfen lagefixiert wird. Ein derartiger erfindungsgemäßer Verschlussstopfen für eine Nockenwelle besitzt somit zwischen dem Verschlussstopfen und der Dichtkappe zumindest einen in Axialrichtung verlaufenden Abstandshalter zum Einhalten eines vorgegebenen und gewünschten Abstandes zwischen dem Verschlussstopfen und der Dichtkappe. Durch den zumindest einen erfindungsgemäßen Abstandshalter kann eine unerwünschte Relativbewegung der Dichtkappe vermieden werden, wodurch insbesondere verhindert werden kann, dass die Dichtkappe in unerwünschter Weise über eine mantelseitige Ölbohrung rutscht und diese verschließt. In gleicher Weise kann verhindert werden, dass die Dichtkappe sich auf den Verschlussstopfen auflegt und dadurch dessen axiale Öldurchgangsöffnung verschließt. Mittels des äußerst kostengünstig und fertigungstechnisch einfach herzustellenden Abstandshalters ist es somit möglich, die Dichtkappe innerhalb der Nockenwelle zumindest in einer Axialrichtung zu fixieren und dadurch einen ungehinderten Ölfluss zu gewährleisten.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der zumindest eine Abstandshalter so geformt, dass die Dichtkappe endseitig auf diesen gestülpt und dadurch gleichzeitig beim Einpressen des Verschlussstopfens in die Nockenwelle montiert werden kann. Durch eine derartige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abstandshalters ist es möglich, beim Montieren des Verschlussstopfens zunächst die Dichtkappe auf den Abstandshalter aufzustülpen und dann in die Nockenwelle einzuschieben. Durch ein Nachschieben bzw. Nachpressen des Verschlussstopfens wird der Abstandshalter und über diesen die Dichtkappe an ihre gewünschte Endposition verschoben. Eine aufwändige separate Montage der Dichtkappe kann hierdurch entfallen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der zumindest eine Abstandshalter einstückig mit dem Verschlussstopfen oder einstückig mit der Dichtkappe ausgebildet. Beide Ausführungsvarianten erlauben dabei eine fertigungstechnisch einfache und kostengünstige Herstellung und reduzieren den Lager- und Logistikaufwand, da nunmehr aus bisher zwei Bauteilen, beispielweise Abstandshalter und Verschlussstopfen oder Abstandshalter und Dichtkappe eine einteilige Baugruppe wird. Alternativ hierzu ist es auch denkbar, sämtliche drei Bauteile, das heißt den zumindest einen Abstandshalter, die Dichtkappe und den Verschlussstopfen einstückig auszubilden, was gleichzeitig den großen Vorteil birgt, dass die Dichtkappe in eingebautem Zustand in beiden Axialrichtungen innerhalb der Nockenwelle fixiert ist. Auch ein Entfernen der Dichtkappe fällt in diesem Fall besonders leicht, da diese zugfest mit dem Abstandshalter und dem Verschlussstopfen verbunden und dadurch einfach zusammen mit dem Verschlussstopfen aus der Nockenwelle herausgezogen werden kann.
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Bei einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der zumindest eine Abstandshalter als separates Bauteil ausgebildet, wobei hierfür insbesondere eine Ausbildung als Kunststoffspritzgussteil denkbar ist. Hierdurch ist es möglich, bekannte Dichtkappen und bekannte Verschlussstopfen zu verwenden, ohne dass diese konstruktiv in irgendeiner Form geändert werden müssten und einfach zwischen diesen beiden Komponenten den Abstandshalter vorzusehen. Ein derartiger separater Abstandshalter aus Kunststoff kann nicht nur kostengünstig sondern auch fertigungstechnisch qualitativ hochwertig hergestellt werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 einen Längsschnitt einer Nockenwelle im Bereich eines erfindungsgemäßen Verschlussstopfens gemäß einer ersten Ausführungsform,
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2 einen Querschnitt entlang der Schnittebene A-A gemäß der ersten Ausführungsform,
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3 einen Querschnitt entlang der Schnittebene A-A gemäß einer zweiten Ausführungsform,
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4 einen Querschnitt entlang der Schnittebene A-A gemäß einer dritten Ausführungsform,
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5 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einstückig miteinander ausgebildetem Verschlussstopfen, Abstandshalter und Dichtkappe,
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6 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einstückig miteinander ausgebildetem Verschlussstopfen und Abstandshalter.
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Entsprechend den 1, 5 und 6, weist eine erfindungsgemäße Nockenwelle 1 einen längsendseitig in diese eingepressten Verschlussstopfen 2 sowie eine quer zu einer Drehachse 3 der Nockenwelle 1 in derselben angeordneten Dichtkappe 4 auf. Wie den 1 sowie 5 und 6 weiter zu entnehmen ist, weist die Nockenwelle 1 eine mantelseitige Ölbohrung 5 auf, über welche ein Inneres der Nockenwelle 1 mit Öl versorgt oder Öl aus dem Inneren der Nockenwelle 1 entsorgt werden kann. Die Dichtkappe 4 innerhalb der Nockenwelle 1 dient dazu, den Ölfluss und die Ölströmungsrichtung in der Nockenwelle 1 zu steuern und insbesondere einen Ölfluss in unerwünschte Bereiche zu verhindern. Im Betrieb der Nockenwelle 1 kann es bei bisherigen Ausführungsformen jedoch dazu kommen, dass die Dichtkappe 4 in Axialrichtung verschoben wird und in diesem Zustand dann die Ölbohrung 5 verschließt, was zu einem gravierenden Motorschaden führen kann. Der Verschlussstopfen 2 selbst weist ebenfalls eine Öldurchgangsöffnung 6 auf, die sich in axialer Richtung erstreckt, so dass beispielsweise ein Ölfluss über die Öldurchgangsöffnung 6 in das Innere der Nockenwelle 1 und aus diesem über die Ölbohrung 5 wieder heraus erfolgen kann. Bei einem unerwünschten Wandern der Dichtkappe 4 kann diese gemäß den 1, 5 und 6 auch soweit in Richtung des Verschlussstopfens 2 wandern, das zwar die Ölbohrung 5 freibleibt, jedoch die Öldurchgangsöffnung 6 verschlossen wird, was ebenfalls zu einer Mangelschmierung und dadurch zu einem Motorschaden führen kann.
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Erfindungsgemäß ist deshalb zwischen dem Verschlussstopfen 2 einerseits und der Dichtkappe 4 andererseits zumindest ein in Axialrichtung verlaufender Abstandshalter 7 zum Einhalten eines vorgegebenen Abstandes zwischen dem Verschlusstopfen 2 und der Dichtkappe 4 vorgesehen. Der Abstandshalter 7 verhindert insbesondere ein Verschließen der Ölbohrung 5 bzw. der Öldurchgangsöffnung 6 durch ein unerwünschtes Verschieben der Dichtkappe 4. Des Weiteren ist in den einzelnen Darstellungen in den 1, 5 und 6 noch ein Funktionselement in der Art eines Nockens 8 dargestellt, der die eigentliche Drehbewegung der Nockenwelle 1 um ihre Drehachse 3 in eine Hubbewegung für ein Ein- oder Auslassventil einer Brennkraftmaschine übersetzt.
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Betrachtet man nun die Darstellung gemäß der 1 in Zusammenschau mit der 2, so kann man erkennen, dass der zumindest eine Abstandshalter 7 so geformt ist, dass die Dichtkappe 4 endseitig auf diesen aufgestülpt werden und dadurch gleichzeitig beim Einpressen des Verschlussstopfens 2 in die Nockenwelle 1 montiert werden kann. Hierdurch ist insbesondere eine bisher separate und aufwendige Montage nicht mehr erforderlich. Der gemäß den 1 und 2 dargestellte Abstandshalter 7 ist mittig angeordnet und mit einem Zweiflach 9 (vgl. 2) versehen, der an seinen abgerundeten Außenbereichen 10 in die Dichtkappe 4 eingreift und diese dadurch hält bzw. führt.
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Alternativ zu dem gemäß den 1 und 2 dargestellten Abstandshalter 7 können auch zwei (vgl. 3) oder vier (vgl. 4) Abstandshalter 7 vorgesehen sein, die mit gleichen dazwischen liegenden Umfangswinkeln, das heißt über den Umfang gleich verteilt, angeordnet sind und ebenfalls eine Aufnahme und damit eine Führung der Dichtkappe 4 ermöglichen.
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Betrachtet man die 5 so kann man eine besondere Form des erfindungsgemäßen Verschlussstopfens 2 betrachten, bei welchem die Dichtungskappe 4, die Abstandshalter 7 und der Verschlussstopfen 2 einstückig ausgebildet sind. Dies erleichtert nicht nur die Fertigung, sondern ermöglicht auch eine vergleichsweise einfache Montage und Demontage der Dichtkappe 4, da bei einer derartigen Ausführungsform die Dichtkappe 4 einfach durch Herausziehen des Verschlussstopfens 2 aus der Nockenwelle 1 mitherausgezogen werden kann. Im Zusammenhang mit der 5 ist der Begriff "Dichtkappe" unter Umständen irreführend, da hier ein massiver Dichtstopfen anstelle der Dichtkappe 4 gezeichnet ist. Aus diesem Grund soll in der gesamten Anmeldung der Begriff Dichtstopfen – soweit technisch möglich – analog zum Begriff Dichtkappe 4 verwendet werden.
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Alternativ zu der gemäß der 5 dargestellten Nockenwelle 1 besitzt der gemäß der 6 dargestellte Verschlussstopfen 2 einstückig mit diesem ausgebildete Abstandshalter 7, jedoch eine separat ausgebildete Dichtkappe 4. Die Dichtkappe 4 kann dabei ähnlich wie bei dem Verschlussstopfen 2 gemäß der 1 einfach auf die Abstandshalter 7 gestülpt werden und dadurch mit dem Einpressen des Verschlussstopfens in die Nockenwelle 1 montiert werden.
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Alternativ zu den gemäß den 1 bis 6 gezeigten Ausführungsformen der Abstandshalter 7, können diese auch separat, das heißt separat zur Dichtkappe 4 und separat zum Verschlussstopfen 2 ausgebildet sein und einfach nach dem Einschieben der Dichtkappe 4 in die Nockenwelle 1 eingelegt werden. Ein derartiger separater Abstandshalter 7 kann beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet sein.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verschlussstopfen 2 bzw. dem erfindungsgemäßen Abstandshalter 7 ist es möglich, die Dichtkappe 4 innerhalb der Nockenwelle 1 so zu positionieren, dass diese nicht durch eine unerwünschte Bewegung eine in der Nockenwelle 1 eingebrachte Ölbohrung 5 oder eine im Verschlussstopfen 2 eingebrachte Öldurchgangsöffnung 6 verschließt und dadurch die erforderliche Schmierung unterbindet. Gleichzeitig kann durch den erfindungsgemäßen Verschlussstopfen 2 die Montage und bei einer einstückigen Ausbildung auch die Demontage der Dichtkappe 4 deutlich vereinfacht werden.
