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Die Erfindung betrifft einen vollvariablen mechanischen Ventiltrieb für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Zwischenhebel, der an seinem einen Ende eine Schwenklagerung mit einem den Zwischenhebel an einem Tragelement führenden Lagerzapfen sowie an seinem anderen Ende eine mit einem Ventilbetätigungselement zusammenwirkende Steuerfläche aufweist, wobei der Zwischenhebel, beabstandet zu den Enden eine in diesem gelagerte Rolle aufnimmt und diese in Wälzkontakt mit einem ersten Außenring einer Rolleneinheit steht, der außerdem an einem Steuernocken einer Nockenwelle anliegt, wobei der erste Außenring innerhalb der Rolleneinheit gegenüber einem zweiten gleichachsig angeordneten Außenring frei drehbar gelagert ist, der an einem Exzenter einer Exzenterwelle anliegt, und wobei der Zwischenhebel über ein Federelement in Richtung der Rolleneinheit vorgespannt ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung auch einen vollvariablen mechanischen Ventiltrieb für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Zwischenhebel, der an seinem einen Ende eine Schwenklagerung mit einem den Zwischenhebel an einem Tragelement führenden Lagerzapfen sowie an seinem anderen Ende eine mit einem Ventilbetätigungselement zusammenwirkende Steuerfläche aufweist, wobei der Zwischenhebel von einem Steuernocken einer Nockenwelle in einer Schwenkrichtung betätigt wird und wobei die Schwenklagerung zumindest ein Wälzlager aufweist.
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Vollvariable Ventiltriebe sind vorgesehen, um einen Ventilhub und einen Ventilhubverlauf eines Gaswechselventils stufenlos zu variieren und weisen dabei entweder mechanische den Nockenhub eines Steuernockens übertragende Elemente und zumeist als Exzenter ausgebildete Verstellelemente auf, welche zumeist in Form einer verstellbaren Kulissenbahn den Hubkurvenverlauf beeinflussen, oder werden im Rahmen einer elektro-hydraulischen Ventilbetätigung realisiert. Diese Ventiltriebe sind in Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit drosselfreier Laststeuerung für die Betätigung der Einlassventile vorgesehen, wobei sich durch deren Verwendung erhebliche Einsparungen beim Kraftstoffverbrauch sowie folglich eine deutlich geringere CO2 - Emission und eine Erhöhung des maximalen Drehmoments bei niedrigen Drehzahlen erzielen lassen. Für die Realisierung vollvariabler mechanischer Ventiltriebe sind an bestehenden Baureihen von Hubkolbenbrennkraftmaschinen verhältnismäßig geringe Änderungen vorzunehmen, die sich auf die Umgestaltung der zwischen Nockenwelle und einem Nockenfolger wirkenden Ventiltriebselemente sowie deren Verstellung beziehen.
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Ein vollvariabler mechanischer Ventiltrieb für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Zwischenhebel der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung ist aus der
WO 2018/224017 A1 bekannt. Dabei weist der variable Ventiltrieb eine Nockenwelle und eine Exzenterwelle auf, die in einem Ventiltriebsgehäuse gelagert sind. Weiterhin nimmt das Ventiltriebsgehäuse ein Tragelement auf, das zum einen für eine Schwenklagerung eines Zwischenhebels und zum anderen zur Abstützung einer Rückstellfeder vorgesehen ist. Ein Steuernocken der Nockenwelle und ein Exzenter der Exzenterwelle wirken mit einer Rolleneinheit zusammen, wobei die Rolleneinheit einzelne gleichachsig angeordnete Rollen mit unterschiedlichen radialen Abmessungen aufweist.
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Über eine am Exzenter abwälzende Rolle wird eine Verstellung sowie radiale Abstützung der Rolleneinheit bewirkt, während ein Außenring der im Durchmesser größeren Rolle die Bewegung, aufgrund der am Gaswechselventil ein Hub erzielt werden soll, von dem Steuernocken auf den Zwischenhebel überträgt. Zu diesem Zweck ist in dem über einen Lagerzapfen schwenkbar am Tragelement gelagerten Zwischenhebel eine weitere Rolle angeordnet. An seinem von der Schwenklagerung abgewandten Ende weist der Zwischenhebel eine S-förmig verlaufende Steuerkontur auf, mit der er an einer Rolle eines Schlepphebels anliegt.
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Außerdem ist aus der
DE 10 2017 010 069 A1 ein vollvariabler mechanischer Ventiltrieb mit den gattungsbildenden Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 2 bekannt, bei dem ein Schlepphebel mit mehreren Rollen versehen ist. Eine erste Rolle steht zum einen im Wälzkontakt mit einem Exzenter einer Stellwelle und zum anderen mit einer auf einem Kugelkopf eines hydraulischen Ventilspielausgleichselements angeordneten rampenartig verlaufenden Kulisse. Über eine zweite Rolle liegt das entsprechende Ende des Schlepphebels an einer Scheibe an, die eine Betätigungskraft über einen Federteller auf ein Ventilschaftende eines Gaswechselventils überträgt.
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Ein Schwenkhebel ist um eine Achse über ein Wälzlager schwenkbar in einem Ventilgehäuse gelagert und weist an seinem Ende eine Steuerkontur auf, mit der dieser auf eine Betätigungsrolle des Schlepphebels einwirkt. Eine Verstellung des Ventilhubs und Hubverlaufs erfolgt in diesem Fall als dadurch, dass der Schlepphebel in seiner Längsrichtung und somit sowohl gegenüber der Kulisse des Ventilspielausgleichselements als auch gegenüber der Steuerkulisse des Schwenkhebels verschoben wird und gegenüber dem Schwenkhebel eine veränderte Lage einnimmt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Reibung innerhalb des vollvariablen mechanischen Ventiltriebs zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, welche jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Danach soll ein vollvariabler mechanischer Ventiltrieb für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine einen Zwischenhebel aufweisen. Über ein Ende ist der Zwischenhebel mittels einer Schwenklagerung unter Verwendung eines Lagerzapfens schwenkbar an einem Tragelement geführt, während dessen anderes Ende eine mit einem Ventilbetätigungselement zusammenwirkende Steuerfläche aufweist. Weiterhin nimmt der Zwischenhebel, beabstandet zu den Enden, eine in diesem gelagerte Rolle auf, wobei diese mit ihrer Außenmantelfläche in Wälzkontakt mit einem ersten Außenring einer Rolleneinheit steht. Der erste Außenring liegt außerdem an einem Steuernocken einer Nockenwelle an und ist innerhalb der Rolleneinheit gegenüber einem zweiten gleichachsig angeordneten Außenring frei drehbar gelagert. Dieser zweite Außenring liegt an einem Exzenter einer Exzenterwelle an, wobei durch ein Verdrehen der Exzenterwelle eine auf die Rolleneinheit übertragene Stellbewegung erzeugt wird. Dabei ist der Zwischenhebel über ein Federelement in Richtung der Rolleneinheit vorgespannt.
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Erfindungsgemäß soll dabei innerhalb der Schwenklagerung zumindest ein als Zylinderrollenlager ausgebildetes Radialwälzlager angeordnet sein. Durch die Wälzlagerung des schwenkbaren Zwischenhebels wird Reibung vermieden, die anderenfalls zu einem höheren Kraftstoffverbrauch und zu erhöhter Abgasemission führen würde.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 2 gelöst. Danach ist ein vollvariabler mechanischer Ventiltrieb für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Zwischenhebel versehen, der an seinem einen Ende eine Schwenklagerung mit einem den Zwischenhebel an einem Tragelement führenden Lagerzapfen sowie an seinem anderen Ende eine mit einem Ventilbetätigungselement zusammenwirkende Steuerfläche aufweist. Dabei wird der Zwischenhebel von einem Steuernocken einer Nockenwelle in einer Schwenkrichtung betätigt. Die Schwenklagerung des Zwischenhebels weist zumindest ein Wälzlager auf.
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Dabei ist erfindungsgemäß das Wälzlager als Radialwälzlager ausgebildet und zwischen dem Tragelement und dem Lagerzapfen angeordnet. Alternativ zu der zuvor erläuterten Wälzlagerung kann auch durch diese Anordnung eines Radialwälzlagers zwischen dem Tragelement und dem Lagerzapfen Reibung vermieden werden.
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Demgegenüber ist bei der Ausführungsform des vollvariablen mechanischen Ventiltriebs nach der
WO 2018/224017 A1 ein Zwischenhebel vorgesehen, dessen Seitenwände über in diesen vorgesehene Bohrungen auf dem Lagerzapfen gelagert sind. Ein zusätzliches Radialwälzlager wird daher nicht verwendet.
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Nach der
DE 10 2017 010 069 A1 soll der Schwenkhebel vermutlich wälzgelagert auf der Achse angeordnet sein, der Aufbau des vollvariablen Ventiltriebs unterscheidet sich aber grundsätzlich von der Anordnung gemäß der Erfindung. Bei der bekannten Anordnung wird nämlich über den Exzenter die die Lage des Schlepphebels in Bezug auf den Schwenkhebel verändert.
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In weiterer Ausgestaltung der im Patentanspruch 1 angegebenen erfindungsgemäßen Lösung soll zumindest ein Zylinderrollen- oder Nadellager zwischen dem Zwischenhebel und dem Lagerzapfen angeordnet sein.
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In Weiterbildung dieser Lösung soll der Zwischenhebel zumindest an seinem mit der Schwenklagerung versehenen Ende gabelförmig ausgebildet sein, wobei zueinander beabstandete Seitenwände des Zwischenhebels zur Aufnahme von Zylinderrollenlagern Querbohrungen aufweisen. Wenn der Zwischenhebel dagegen eine quer verlaufende, durchgehende Nabe aufweist, könnte diese mit einem einzigen Nadellager versehen werden.
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Alternativ zu dieser Ausbildung des Zwischenhebels besteht auch die Möglichkeit, diesen insgesamt über seinen bis zur Steuerfläche reichenden Abschnitt gabelförmig auszubilden und für die Schaffung der Steuerfläche einen quer zu den Seitenwänden verlaufenden Wandabschnitt vorzusehen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zwischenhebel durch einen spanlosen Umformprozess oder durch Metallpulverspritzgießen (MIM) herstellbar ist. Alternativ dazu kann der Zwischenhebel (9) als massives Bauteil durch Gießen oder Schmieden hergestellt sein, wobei die Steuerfläche (16) sowie die Querbohrungen (35 und 36) und Aufnahmebohrungen (31) für einen die Rolle (13) aufnehmenden Lagerbolzen (32) spanend bearbeitet sind.
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Außerdem kann alternativ zu der vorstehend erläuterten Ausführung der Erfindung zumindest ein Nadellager zwischen zumindest einer Nabe des Tragelements und dem Lagerzapfen angeordnet sein. Schließlich soll das Tragelement bügelartig ausgebildet sein und zwei zueinander fluchtende Naben aufweisen, in denen jeweils ein Nadellager angeordnet ist
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 2 und der von diesen abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der drei Ausführungsbeispiele vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
- 1 als schematische Darstellung einen Schnitt durch einen Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine im Bereich seines Ventiltriebgehäuses, wobei in diesem ein vollvariabler mechanischer Ventiltrieb angeordnet ist,
- 2 eine perspektivische Ansicht eines in dem Ventiltrieb nach der 1 verwendeten Zwischenhebels, in dessen zur Schwenklagerung vorgesehenen Ende zwei Radialwälzlager angeordnet sind,
- 3 eine Seitenansicht des Zwischenhebels gemäß der 2,
- 4 eine Seitenansicht eines im Rahmen einer weiteren Ausführungsform verwendeten Tragelements, in dessen Nabe ein Radialwälzlager angeordnet ist, und
- 5 eine perspektivische Ansicht eines Tragelements, das bügelartig ausgebildet ist und zwei zueinander fluchtende Naben aufweist, in denen jeweils ein Nadellager angeordnet ist.
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In der 1 ist mit 1 ein Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, der ein Ventiltriebgehäuse 2 mit einem vollvariablen mechanischen Ventiltrieb 3 aufnimmt. In diesem Ventiltriebsgehäuse 2 sind eine Nockenwelle 4 und eine als Verstellwelle dienende Exzenterwelle 5 drehbar gelagert und verlaufen parallel zueinander. Die Nockenwelle 4 nimmt für jeden Ventiltrieb einen Steuernocken auf, von denen in der Darstellung nur ein Steuernocken 6 gezeigt ist.
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Das Gleiche gilt für die Exzenterwelle 5, deren Steuerexzenter 7 eine Verstellfunktion in dem vollvariablen mechanischen Ventiltrieb 3 übernimmt, wobei für weitere Zylindereinheiten der Hubkolbenbrennkraftmaschine innerhalb des Ventiltriebgehäuses 2 in entsprechender Weise weitere Steuerexzenter auf der Exzenterwelle 5 angeordnet sind.
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Mit dem Ventiltriebgehäuse 2 ist ein Tragelement 8 verschraubt, an welchem ein als einarmiger Hebel ausgeführter Zwischenhebel 9 schwenkbar geführt ist, dessen Schenkel 9a und 9b unter einem stumpfen Winkel zueinander verlaufen. Dabei greift der Zwischenhebel 9 mit einem ersten Ende 10 an einem im Tragelement 8 angeordneten Lagerzapfen 11 an, wodurch eine Schwenklagerung 12 des Zwischenhebels 9 geschaffen ist. Weiterhin nimmt der Zwischenhebel 9 in einem mittleren Bereich seiner Längserstreckung, in welchem die Schenkel 9a und 9b miteinander verbunden sind, eine mit einem im Einzelnen nicht darstellten Nadellager versehene Rolle 13 auf. An einem zweiten Ende 14 des Zwischenhebels 9, der einen quer zu diesem verlaufenden Vorsprung 15 aufweist, ist eine Steuerfläche 16 vorgesehen, die mit einem flachen, etwa sinusförmigen Verlauf versehen ist und mit einer in einem Ventilbetätigungselement angeordneten Kurvenrolle 18 zusammenwirkt. Das Ventilbetätigungselement ist dabei als Schlepphebel 17 ausgebildet.
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Der Schlepphebel 17 ist zum einen über einen Kugelkopf 19 schwenkbar am Zylinderkopf 1 geführt und liegt zum anderen an seinem vom Kugelkopf 19 abgewandten Ende über eine Ventilschaftauflage an einem stirnseitigen Ende eines Ventilschafts 20 eines Einlassventils 21 an. Dabei ist der als spanlos hergestelltes Blechteil ausgebildete Schlepphebel 17 am Ventilschaft 20 mittels umgebogener Führungslaschen 22 geführt. Die mit der Steuerfläche 16 des Zwischenhebels 9 zusammenwirkende Kurvenrolle 18 soll dabei vorzugsweise über ein nicht näher dargestelltes Nadellager in dem Schlepphebel 17 gelagert sein.
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Die zuvor erläuterte Rolle 13, die im Zwischenhebel 9 gelagert ist, liegt mit ihrer äußeren Mantelfläche an einem ersten Außenring 23 einer Rolleneinheit 24 an. Die Rolleneinheit 24 besteht weiterhin aus einem Lagerbolzen 25, auf welchem ebenfalls über eine nicht näher dargestellte Wälzlageranordnung zweite Außenringe 26, 26' drehbar gelagert sind. Dabei sollen die zweiten Außenringe 26,26' mit einem geringeren Außendurchmesser ausgebildet sein als der erste Außenring 23 und beidseitig desselben auf dem Lagerbolzen 25 angeordnet sein.
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Wie weiterhin aus der 1 hervorgeht, liegt der erste Außenring 23 am Steuernocken 6 der Nockenwelle 4 an und überträgt somit den Nockenhub dieses Steuernockens 6 auf den Zwischenhebel 9. Die beiden zweiten Außenringe 26,26' liegen mit ihren Außenmantelflächen am Außenmantel des Exzenters 7 an und dienen folglich zur Übertragung einer Stellbewegung auf die Rolleneinheit 24, durch die die Lage der Rolleneinheit 24 gegenüber der diese abstützenden Exzenterwelle 5 geändert wird. Weiterhin greift an dem Zwischenhebel 9 am Ende von dessen Steuerfläche 16 ein Federelement 27 an, das sich über sein anderes Federende 28 am Tragelement 8 abstützt.
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Aus den 2 und 3 geht die Ausbildung des Zwischenhebels 9 hervor, der insgesamt gabelförmig ausgebildet ist. Dabei besteht der Zwischenhebel 9 aus zwei Seitenwänden 29 und 30, zwischen denen die Rolle 13 geführt ist, wobei ein nicht näher dargestelltes Nadellager der Rolle 13 auf einem in Aufnahmebohrungen 31 der Seitenwände 29 und 30 fixierten Lagerbolzen 32 angeordnet ist. Von diesem Bereich des Zwischenhebels 9 aus verlaufen die Seitenwände 29 und 30 nach außen gekröpft zueinander, so dass der lichte Abstand zwischen ihnen vergrößert ist, wobei die Seitenwände 29 und 30 über einen Bügel 33 miteinander verbunden sind.
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Des Weiteren sind im Bereich des Endes 10 des Zwischenhebels 9 in den beiden Seitenwänden 29 und 30 zueinander fluchende Querbohrungen 35 und 36 ausgebildet, die jeweils ein vollrolliges Zylinderrollenlager 37 bzw. 38 aufnehmen. Dabei können die Querbohrungen 35 und 36 Laufbahnen für die Zylinderrollen bilden, oder es können Zylinderrollenlager mit Außenringen, die in die Querbohrungen 35 und 36 eingesetzt sind, verwendet werden.
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Die Innenlaufbahn der Zylinderrollenlager 37 bzw. 38 ist vorzugsweise an dem gemäß 1 verwendeten Lagerzapfen 11 der Schwenklagerung 12 ausgebildet. Bei einer derartigen Ausführungsform der Schwenklagerung 12 soll der nach 1 vorgesehene Lagerzapfen 11 im Tragelement 8 fixiert sein, wobei der Zwischenhebel 9 aufgrund der Zylinderrollenlager 37 und 38 Schwenkbewegungen gegenüber diesem ausführen kann, ohne dass dabei Reibung auftritt.
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In den 4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem in diesem Fall der Lagerzapfen 11 gegenüber dem Tragelement gelagert ist. Die 4 zeigt eine Seitenansicht des Tragelements 8 mit dem Federende 28 des Federelements 27, das in eine Ausnehmung 39 des Tragelements 8 eingreift. Ferner ist eine an diesem ausgebildete Nabe 40 zu erkennen, in der ein Nadellager 41 angeordnet ist. Die 5 zeigt das Tragelement 8 in einer perspektivischen Darstellung, wobei dieses insgesamt mit einer bügelartigen Form gestaltet ist und somit neben der Nabe 40 eine weitere Nabe 42 aufweist.
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Die beiden Naben 40 und 42 sind danach miteinander fluchtend und in axialer Richtung zueinander beabstandet angeordnet, wobei die zweite Nabe 42 ebenfalls ein mit 43 bezeichnetes Nadellager aufnimmt. In diesem Fall soll der unterbrochen dargestellte Lagerzapfen 11 in dem nicht dargestellten Zwischenhebel fixiert sein, so dass der mit dem Zwischenhebel verbundene Lagerzapfen 11 aufgrund der Wälzlagerung mittels der Nadellager 41 und 43 Drehbewegungen gegenüber dem Tragelement 8 ausführen kann, ohne dass dabei Reibung auftritt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinderkopf
- 2
- Ventiltriebgehäuse
- 3
- vollvariabler mechanischer Ventiltrieb
- 4
- Nockenwelle
- 5
- Exzenterwelle
- 6
- Steuernocken
- 7
- Exzenter
- 8
- Tragelement
- 9
- Zwischenhebel
- 9a
- Schenkel von 9
- 9b
- Schenkel von 9
- 10
- erstes Ende von 9
- 11
- Lagerzapfen
- 12
- Schwenklagerung
- 13
- Rolle
- 14
- zweites Ende von 9
- 15
- Vorsprung von 9
- 16
- Steuerfläche von 9
- 17
- Schlepphebel
- 18
- Kurvenrolle von 17
- 19
- Kugelkopf von 17
- 20
- Ventilschaft von 21
- 21
- Einlassventil
- 22
- Führungslaschen von 17
- 23
- erster Außenring von 24
- 24
- Rolleneinheit
- 25
- Lagerbolzen
- 26
- zweiter Außenring
- 26'
- zweiter Außenring
- 27
- Federelement
- 28
- Federende von 27
- 29
- Seitenwand von 9
- 30
- Seitenwand von 9
- 31
- Aufnahmebohrung
- 32
- Lagerbolzen
- 33
- Bügel von 9
- 35
- Querbohrung in 29
- 36
- Querbohrung in 30
- 37
- Zylinderrollenlager
- 38
- Zylinderrollenlager
- 39
- Ausnehmung in 8
- 40
- Nabe
- 41
- Nadellager in 40
- 42
- Nabe
- 43
- Nadellager in 42
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2018/224017 A1 [0004, 0014]
- DE 102017010069 A1 [0006, 0015]
