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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zuführung von Schmiermittel (z.B. Öl) zu einer Pleuellagerstelle.
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Für einen störungsfreien Betrieb von beweglichen Maschinenteilen ist eine geeignete Schmierung zwingend notwendig. Dies gilt besonders für sich drehende Wellen, beispielsweise Kurbelwellen von Verbrennungsmotoren oder Kompressoren. Die Lagerstellen der Pleuellager müssen durch geeignete Zuführungen mit Schmiermittel versorgt werden, damit das Schmiermittel zwischen Pleuellager und Pleuelauge gelangt. Zu diesem Zweck sind die Kurbelwellen beispielsweise hohl oder werden mit Bohrungen zwischen den Haupt- und Pleuellagern ausgestattet. Zur Reduktion der bewegten Massen (und damit der dynamischen Kräfte) werden die Pleuellagerzapfen häufig mit einer Bohrung (Gewichtsentlastungsbohrung) versehen, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Pleuels verläuft. Bei einer derartigen Ausführung muss der Hohlraum, der durch die Bohrung entstanden ist, zur Schmierung überbrückt werden. Außerdem muss verhindert werden, dass das unter Druck stehende Schmiermittel in das Kurbelgehäuse entweicht, ohne die Pleuellagerstellen zu versorgen. Hierfür gibt es verschiedene bekannte Ansätze. Dazu zählen beispielsweise druckdichte Verschlüsse an den Enden der Gewichtsentlastungsbohrung oder aufwändige Bohrungen die die Zuführung des Schmiermittels von den Hauptlagern zu den Pleuellagerstellen sicherstellen. Diese Ausführungen haben die Nachteile, dass sie teuer zu fertigen sind und sich in den Gewichtsentlastungsbohrungen ein großes Schmiermittelvolumen bildet, welches beim Anlaufen des Verbrennungsmotors erst gefüllt werden muss, damit sich ein ausreichender Schmiermitteldruck einstellt.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung bereit zu stellen, die beim Anlaufen des Verbrennungsmotors einen beschleunigten Druckaufbau des Schmiermittels in der Pleuellagerstelle erlaubt.
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Es wird eine Vorrichtung zur Zuführung von Schmiermittel zu einer Lagerstelle in einem Maschinenelement durch eine darin angeordnete Öffnung beschrieben. Gemäß einem Beispiel der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Hülsenkörper mit einer Längsachse, der in der Öffnung eingesetzt ist und einen Kanal zur Durchleitung von Schmiermittel durch den Hülsenkörper schräg zur Längsachse, wobei der Hülsenkörper axial verdrehsicher in der Öffnung angeordnet ist.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung zur Zuführung von Schmiermittel zu einer Lagerstelle in einem Maschinenelement durch eine darin angeordnete Öffnung, einen Hülsenkörper mit einer Längsachse, der in der Öffnung eingesetzt ist und einen Kanal zur Durchleitung von Schmiermittel durch den Hülsenkörper schräg zur Längsachse, wobei der Hülsenkörper gegen ein Verschieben entlang der Längsachse in der Öffnung und/oder gegen eine Verdrehung um die Längsachse fixiert ist.
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Zusätzlich wird ein Verfahren zur Montage einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 11 beschrieben. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 11, das Bereitstellen eines Einpresswerkzeuges und das Einpressen der Vorrichtung unter Einsatz des Einpresswerkzeuges in eine Öffnung, wobei die Vorrichtung zumindest soweit in die Öffnung eingepresst wird, dass ein Hülsenkörper derart in der Öffnung angeordnet ist, dass der Kanal eine Ölbohrung und einen Zuführkanal zumindest teilweise überdeckt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von den in den Abbildungen dargestellten Beispielen näher erläutert. Die Darstellungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu und die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die dargestellten Aspekte. Vielmehr wird Wert darauf gelegt, die der Erfindung zugrunde liegenden Prinzipien darzustellen. In den Abbildungen zeigt:
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1 einen einteiligen Hülsenkörper mit einem Kanal, eingesetzt in einer Gewichtserleichterungsbohrung;
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2A eine Nut in einer Öffnung mit einer darin eingreifenden Überhöhung eines Hülsenkörpers;
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2B eine Schnittdarstellung einer Öffnung mit einer Nut und einer darin eingreifenden Überhöhung eines Hülsenkörpers;
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3 einen zweiteiligen Hülsenkörper mit einem Kanal und zusätzlichen Versteifungsrippen, eingesetzt in einer Gewichtserleichterungsbohrung;
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4 einen einteiligen Hülsenkörper mit einem Kanal mit variierendem Querschnitt, eingesetzt in eine Gewichtserleichterungsbohrung;
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten mit jeweils gleicher oder ähnlicher Bedeutung. Die Vorrichtung wird zur besseren Verständlichkeit am Beispiel einer Kurbelwelle für Verbrennungsmotoren beschrieben. Die Vorrichtung kann jedoch auch im Zusammenhang mit Kurbelwellen für andere Maschinen, beispielsweise Kolbenkompressoren verwendet werden. Alternativ kann die Vorrichtung auch in anderen Maschinen eingesetzt werden und Schmiermittel effektiv an die gewünschten Lagerstellen führen.
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In 1 ist ein Teil einer Kurbelwelle dargestellt. Zwischen einem ersten Hauptlager 51 und einem zweiten Hauptlager 52 der Kurbelwelle ist ein Pleuellager 42 (Pleuelzapfen-Gleitlager) angeordnet, welches in einem Längsschnitt dargestellt ist. In der Schnittdarstellung sind eine Öffnung 40 und eine zugehörige Innenwandung 45 dargestellt. Diese Öffnung 40 dient zur Reduktion des Gewichts (und damit der Trägheit) der Kurbelwelle und kann sowohl als durchgehende, als auch als einseitig geöffnete Öffnung 40 (nicht dargestellt) ausgeführt sein. Üblicherweise wird diese Öffnung 40 als Gewichtsentlastungsbohrung bezeichnet. Im weiteren Text wird zur leichteren Verständlichkeit eine durchgehende Öffnung 40 (Durchgangsbohrung) dargestellt. Die Öffnung 40 kann sich entlang einer Drehachse des Pleuelzapfens 42 erstrecken, die im Allgemeinen parallel und beabstandet zu einer Rotationsachse der Kurbelwelle verläuft. Die Öffnung 40 kann je nach Ausführung außerdem Absätze und Stufen aufweisen. Der Querschnitt der Öffnung 40 kann beispielsweise rund sein.
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In der Öffnung 40 ist ein Hülsenkörper 10 eingesetzt. Der Hülsenkörper 10 kann ein annähernd rotationssymmetrisches Bauteil mit einer Längsachse 44 sein. Der Hülsenkörper 10 kann beispielsweise die Form eines dünnwandigen Rohres aufweisen, welches in der Öffnung 40 angeordnet ist und dessen äußere Mantelfläche mit der Innenwandung 45 der Öffnung 40 zumindest teilweise in Kontakt steht. Der Hülsenkörper 10 kann sowohl an beiden Stirnflächen (Flächen, die senkrecht zur Längsachse 44 liegen) offen, an beiden Stirnflächen geschlossen, als auch an nur einer Stirnfläche geschlossen sein. Gemäß dem dargestellten Beispiel weist der Hülsenkörper 10 einen Kanal 20 auf, welcher quer zur Längsachse 44 durch den Hülsenkörper 10 führt. Abgesehen von diesem Kanal 20 kann der Hülsenkörper 10 aber auch aus Vollmaterial bestehen oder an geeigneten Stellen zusätzlich hohl ausgeführt sein. Der Hülsenkörper 10 kann zusätzlich Versteifungen 13 (siehe 3), Ausnehmungen oder Vorsprünge aufweisen. Durch das Innere des Hülsenkörpers 10 verläuft schräg zur Längsachse 44 der Kanal 20, der zur Durchleitung von Schmiermittel durch den Hülsenkörper 10 (und somit auch durch die Gewichtsentlastungsbohrung 40) dient. Der Kanal 20 verbindet eine Ölzufuhrbohrung 43 in der Kurbelwelle mit einer dieser zugeordneten Ölzufuhrbohrung 41, welche zur Pleuelzapfen-Lagerstelle führt. Der Hülsenkörper 10 „überbrückt“ sozusagen das Innere der Gewichtsentlastungsbohrung 40. Der Kanal 20 kann an beiden Enden (an der Mantelfläche des Hülsenkörpers 10) aufgeweitet sein, sodass an den Enden die Querschnittsfläche des Kanals 20 etwas größer ist als die Querschnittsfläche der angrenzenden Ölzufuhrbohrungen 41 und 43.
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Der Kanal 20 kann als kleines Rohr ausgeführt und z.B. durch Stoff, Kraft- oder Formschluss im Hülsenkörper 10 befestigt sein. Insbesondere kann der Kanal 20 in den Hülsenkörper 10 eingeklebt, eingelötet oder eingeschweißt sein. Der Hülsenkörper 10 kann darüber hinaus aus verschiedenen Materialien bestehen. Beispielsweise kann die Vorrichtung aus einem Kunststoff, aus Metall oder Keramik oder einer Kombination von zwei oder mehr der genannten Materialien bestehen. Insbesondere kann die Vorrichtung aus ölbeständigem Kunststoff (Kunststoff-Spritzguss), aus Aluminium-Druckguss, Feinguss oder Stahlblech bestehen. Darüber hinaus kann die Vorrichtung auch aus einem Verbundwerkstoff oder einer Kombination aus den vorangehend genannten Materialien bestehen.
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Im Betrieb wird das Schmiermittel von der Ölzufuhrbohrung 43, über den Kanal 20 (durch die Gewichtsentlastungsbohrung 40) weiter zur außen liegenden Ölzufuhrbohrung 41 geleitet, die in die Lagerstelle des Pleuelzapfens mündet. Von einer ersten Stelle der Innenwandung 45 der Gewichtsentlastungsbohrung 40, an der die Ölzufuhrbohrung 43 mündet, wird Schmiermittel durch den Kanal 20 bis hin zu einer zweiten Stelle der Innenwandung 45 geleitet, an der das Schmiermittel in die Ölzufuhrbohrung 41 fließen kann. Die Ölzufuhrbohrung 41, welche sich von der Innenwandung 45 der Öffnung 40 bis zur Lauffläche des Pleuellagers 42 erstreckt, leitet dann das Schmiermittel zwischen das Pleuellager 42 und einem Pleuelauge.
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Damit das Schmiermittel ungehindert durch den Kanal 20 fließen kann, muss der Hülsenkörper 10 (und damit der Kanal 20) in der Gewichtsentlastungsbohrung 40 positioniert werden (Winkel und Position), sodass die Enden des Kanals 20 den jeweiligen Enden der Ölzufuhrbohrungen 41 und 42 an der Innenwandung der Gewichtsentlastungsbohrung 40 gegenüberliegen. In anderen Worten, die Längsachsen der Ölzufuhrbohrungen 41 und 43 müssen (jeweils für sich) die Längsachse 44 des Kanals 20 näherungsweise schneiden (d.h. die Querschnittsflächen der „Mündungen“ der Ölzufuhrbohrungen 41 und 43 in die Gewichtsentlastungsbohrung 40 müssen die korrespondierenden Querschnittsflächen der Enden des Kanals 20 an der Mantelfläche des Hülsenkörpers zumindest teilweise überdecken). Die Lage der Ölzufuhrbohrungen 41 ist in 1, 3 und 4 am oberen Ende des Pleuelzapfens gezeichnet, um die Darstellung nicht unnötig zu verkomplizieren. In einer praktischen Implementierung kann diese Ölzufuhrbohrungen 41 an einer beliebigen Stelle der Mantelfläche der Gewichtsentlastungsbohrung 40 münden (d.h. in der Skizze gem. 1 auch „hinter“ oder „vor“ dem Hülsenkörper 10). Der Kanal 20 durch den Hülsenkörper muss daher auch nicht notwendigerweise die Längsachse des Hülsenkörpers schneiden. Es sei noch erwähnt, dass die Ölzufuhrbohrung 41 (hin zur Lauffläche des Pleuellagers 42) nicht schräg, sondern senkrecht zur Längsachse 44 ausgeführt werden kann. Dadurch erhält man Vorteile bei der Entgratung.
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Eine korrekte Positionierung des Hülsenkörpers 10 kann auf verschiedene Art und Weise erreicht werden. Der Hülsenkörper 10 kann beispielsweise durch Kraft-, Stoff- oder Formschluss in der Öffnung 40 lagerichtig fixiert werden. Insbesondere kann der Hülsenkörper 10 durch Einpressen (Presspassung), und somit kraftschlüssig, in die Öffnung 40 eingeführt und darin lagerichtig fixiert werden. Zusätzlich kann der Hülsenkörper 10 ein Positionierelement (z.B. ein Vorsprung, der in eine Nut in der Gewichtsentlastungsbohrung 40 eingreift) aufweisen, das dazu ausgebildet ist, den Hülsenkörper 10 in der Gewichtsentlastungsbohrung 40 gegen ein Verdrehen um die Längsachse 44 zu sichern (Verdrehsicherung). In diesem Fall kann bei der Montage der Hülsenkörper 10 nur in der richtigen Winkellage in die Bohrung 40 eingeführt werden. Um die Dichtheit dieses System zu gewährleisten kann es erforderlich sein, einen Klebstoff oder ein Dichtmittel zu vwewenden.
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Das Positionierelement kann dazu dienen, dass der Hülsenkörper 10 (nur) in der gewünschten Winkelposition relativ zu den Ölzufuhrbohrungen 41, 43 in die Öffnung 40 eingesetzt werden kann. In 2A und 2B ist ein Beispiel für den Hülsenkörper 10 mit dem Positionierelement dargestellt. 2A zeigt den Hülsenkörper 10 mit Blick in Richtung der Längsachse 44. 2B zeigt einen korrespondierenden Längsschnitt parallel zur Längsachse 44. Die Innenwandung 45 der Gewichtsentlastungsbohrung 40 kann derart geformt sein (z.B. kann darin eine Nut ausgebildet sein), dass der Hülsenkörper 10 mit dem Positionierelement verdrehsicher in der Gewichtsentlastungsbohrung 40 fixiert ist. In diesem Fall wird die erwähnte Verdrehsicherung beispielsweise durch einen Formschluss zwischen Hülsenkörper 10 und der Gewichtsentlastungsbohrung 40 erreicht. In dem dargestellten Beispiel ist eine Nut (ausgehend von einer Seite der Bohrung 40) in der Innenwandung 45 der Gewichtsentlastungsbohrung 40 vorgesehen (z.B. hergestellt durch Räumen oder Fräsen). Die Nut verläuft annähernd parallel zur Längsachse 44 und weist in Richtung der Längsachse 44 eine vordefinierte Tiefe auf. Da die Nut nicht durch die gesamte Bohrung 40 verläuft bildet das Ende der Nut einen Absatz, der als Anschlag 46 für das Positionierelement des Hülsenkörpers 10 dient. In diesem Beispiel wird das Positionierelement durch eine radiale Überhöhung an der äußeren Mantelfläche des Hülsenkörpers 10 gebildet. Diese radiale Überhöhung ist derart geformt, dass sie in der Nut der Gewichtsentlastungsbohrung 40 zu liegen kommt, wenn der Hülsenkörper 10 in die Bohrung 40 eingeführt (z.B. eingepresst) wird. Der Hülsenkörper 10 kann soweit in die Gewichtsentlastungsbohrung 40 eingeführt werden, bis die radiale Überhöhung (d.h. das Positionierelement) am Hülsenkörper 10 am Anschlag 46 anliegt. Das bedeutet, dass die axiale Endposition des Hülsenkörpers 10 durch den Anschlag 46 und das Positionierelement definiert ist. Gleichzeitig wird der Hülsenkörper 10 gegen ein Verdrehen in der Bohrung 40 gesichert, und ein Einführen des Hülsenkörpers 10 in die Bohrung 40 ist nur in der korrekten Winkelposition möglich.
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Wie in 2B dargestellt, kann der Hülsenkörper 10 bis zu dem Anschlag 46 in die Gewichtsentlastungsbohrung 40 eingeschoben werden. In diesem Fall liegt das Positionierelement (radiale Überhöhung, z.B. Vorsprung, Noppe) des Hülsenkörpers 10 am Anschlag 46 an, und eine Fehlpositionierung des Hülsenkörpers 10 in der Gewichtsentlastungsbohrung 40 wird vermieden. Die Montage des Hülsenkörpers 10 wird dadurch vereinfacht. Der Hülsenkörper 10 kann beispielsweise mit einem Einpressdorn soweit eingeschoben werden, bis er am Nutabsatz ansteht. Eine exakte Positionierung während des Einpressens ist damit nicht nötig.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie in 3 dargestellt, kann der Hülsenkörper 10 (inklusive Ölkanal 20) auch aus einem ersten 11 und einem zweiten 12 Hülsenelement gebildet werden. Die beiden Hülsenelemente 11, 12 können von gegenüberliegenden Seiten der Gewichtsentlastungsbohrung 40 und entlang der Längsachse 44 in die Bohrung 40 eingesetzt werden, sodass sie zumindest teilweise miteinander mechanisch in Kontakt stehen.
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Die Hülsenelemente 11, 12 werden derart in der Gewichtsentlastungsbohrung 40 aneinandergefügt, dass zwischen den beiden Hülsenelementen 11, 12 (durch Zusammenfügen der beiden Teile) der Kanal 20 entsteht, der die Gewichtsentlastungsbohrung 40 überbrückt und Öl von der Ölzufuhrbohrung 43 in die Ölzufuhrbohrung 41 leitet. Im vorliegenden Beispiel wird der Kanal 20 dadurch gebildet, dass die Hülsenelemente 11, 12 an den einander zugewandten Seiten jeweils einen Hälfte des Kanals 20 aufweisen. Durch Aneinanderfügen des ersten 11 und des zweiten 12 Hülsenelementes wird der vollständige Kanal 20 gebildet. Für eine korrekte Ausbildung des Kanals 20 und eine korrekte Positionierung der Hülsenelemente 11, 12 in der Gewichtsentlastungsbohrung 40, können verschiedene Methoden zum Einsatz kommen. Wie bereits zu 1 beschrieben wurde, können auch die Hülsenelemente 11, 12 durch Kraft-, Stoff- oder Formschluss in der Gewichtsentlastungsbohrung 40 und auch relativ zueinander (erstes Hülsenelement 11 zu zweitem Hülsenelement 12) positioniert werden. In 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Hülsenelemente 11, 12 durch eine Kombination aus Kraft- und Formschluss in der Öffnung 40 fixiert sind. Der Kraftschluss kommt dadurch zustande, dass die Hülsenelemente 11, 12 in die Gewichtsentlastungsbohrung 40 eingepresst werden (Hülsenelemente 11, 12 und Bohrung 40 bilden jeweils eine Presspassung) und somit in der Gewichtsentlastungsbohrung 40 fixiert werden.
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Um ein Einpressen in fehlerhafter Lage zu vermeiden, kann mindestens eines der Hülsenelemente 11, 12 zumindest eine radiale Überhöhung, beispielsweise eine Noppe, einen Vorsprung oder dgl. aufweisen. Diese Überhöhung greift zumindest in eine Nut ein, die, wie bereits zu 1 und 2 erläutert wurde, in der Innenwandung 45 der Bohrung 40 vorgesehen sein kann. Die Nut hat dabei (z.B. parallel zur Längsachse 44) eine vordefinierte Tiefe (in radialer Richtung) und eine definierte axiale Länge. Dadurch ergibt sich eine Verdrehsicherung für die Hülsenelemente 11, 12 in der Bohrung 40.
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Ähnlich wie in 1 und 2 kann ein Hülsenelement 11, 12 (oder auch beide) bis zu einem Anschlag 46 am Ende der Nut eingepresst werden, wodurch sich eine definierte Positionierung entlang der Längsachse 44 ergibt. Im vorliegenden Beispiel ist für beide Hülsenelemente 11 und 12 ein Anschlag vorgesehen. Alternativ kann auch ein Anschlag für nur eines der Hülsenelemente 11, 12 genügen. Das zuerst eingepresste Hülsenelement 11, 12 wird bis zum Anschlag 46 eingepresst und das zweite 11, 12 bis es das erste 11, 12 berührt.
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Sowohl die Hülsenelemente 11, 12, als auch der Hülsenkörper 10 (wenn dies nur ein Bauteil ist) können zusätzliche Versteifungen 13 aufweisen. Die Versteifungen 13 können neben einer Erhöhung der Stabilität der Hülsenelemente 11, 12 beziehungsweise des Hülsenkörpers 10 auch dazu genutzt werden, den Hülsenkörper 10 und die Hülsenelemente 11, 12 leichter in die Bohrung 40 einzupressen. Beispielsweise können die Versteifungen 13 Absätze aufweisen, an denen ein geeignetes Einpresswerkzeug eingreifen kann. Die Hülsenelemente 11, 12 und der Hülsenkörper 10 können dadurch bereits beim Einpressvorgang vorpositioniert und mit wenig Aufwand eingepresst werden. Zugleich können sie die allgemeine Handhabung der Hülsenelemente 11, 12 oder dem Hülsenkörper 10 erleichtern. Derartige Versteifungen 13 sind in 3. dargestellt. Beispielsweise können die Versteifungen 13, wie in diesem Ausführungsbeispiel, als Versteifungsrippen ausgeführt werden.
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In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Hülsenkörper 10 ebenfalls einen Kanal 20 auf, dessen Querschnitt sich entlang der Längsrichtung des Kanals 20 verändern kann. Beispielsweise kann sich der Querschnitt des Kanals 20 von den Ölzufuhrbohrungen 41, 43 (entlang der Längsrichtung des Kanals 20) zur Mitte des Kanals 20 hin verengen. Auch eine Aufweitung des Kanals 20 zur Mitte hin oder ein konischer Kanal 20 wäre möglich. In allen Fällen sollte jedoch der Querschnitt des Kanals 20 am Übergang zu den Ölzufuhrbohrungen 41 und 43 größer sein kann als der Querschnitt der Ölzufuhrbohrungen 41 und 43.
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Der Hülsenkörper 10 kann des Weiteren an seiner Innenseite einen nach innen stehenden Steg aufweisen, der zur Innenwandung des Hülsenkörpers 1) eine Abstufung bildet. Diese Abstufung kann an der inneren Wandung des Hülsenkörpers 10 angeordnet sein und in axialer Richtung (entlang der Längsachse 44) von einer Seite des Hülsenkörpers 10 in Richtung des Kanals 20 verlaufen. Der Steg kann dabei so ausgeführt sein, dass ein Einpresswerkzeug formschlüssig in diese eingreift und der Hülsenkörper 10 damit verdrehsicher auf dem Einpresswerkzeug fixiert wird. Beim Einpressen des Hülsenkörpers 10 durch das Einpresswerkzeug bedarf es folglich keiner zusätzlichen Positioniereinrichtung mehr, die die richtige Orientierung des Hülsenkörpers 10 in der Bohrung 40 gewährleistet. Das Einpresswerkzeug kann relativ zur Bohrung 40 justiert werden und der Hülsenkörper 10 kann dann bereits in korrekter Lage in die Bohrung 40 eingeführt werden. Unter korrekter Lage wird dabei verstanden, dass die Enden des Kanals 20 über dem Austritt der Ölzufuhrbohrung 41 und der Ölzufuhrbohrung 43 zum Liegen kommt.
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Zusätzlich kann eine Positionierung des Hülsenkörpers 10 entlang der Längsachse 44 vorgesehen werden. Dazu kann der Hülsenkörper 10 beispielsweise bis zu einem Anschlag (vgl. 2) in die Bohrung 40 eingeschoben werden. Durch Kraft-, oder Formschluss kann der Hülsenkörper 10 nach der Montage in der Öffnung 40 fixiert sein.
