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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwellen-Anordnung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, sowie eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Nockenwellen-Anordnung.
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Drehbar gelagerte Nockenwellen dienen in Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen zum Verstellen von Ein- und Auslassventilen des in einem jeweiligen Zylinderblock vorgesehenen Brennraums.
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Als problematisch - weil technisch aufwändig und somit teuer in der Herstellung - erweist sich dabei besagte drehbare Lagerung der Nockenwelle an einem ortsfesten System - typischerweise besagtem Zylinderblock der Brennkraftmaschine. Außerdem erfordert die drehbare Lagerung bei herkömmlichen Nockenwellen axial relativ viel Bauraum.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der drehbaren Lagerung von Nockenwellen für Brennkraftmaschinen neue Wege aufzuzeigen. Insbesondere sollen besonders kostengünstige oder/und bauraumsparende Lösungen gefunden werden.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundidee der Erfindung ist demnach, eine Nockenwelle mittels eines axiale Kräfte aufnehmenden Axiallagers drehbar zu lagern, wobei einer der an der Nockenwelle angeordneten Nocken Teil eines solchen Axiallagers ist. Somit kann in dem Axiallager auf ein separates Bauteil, welches - als Bestandteil des Axiallagers - von der Nockenwelle auf das Axiallager ausgeübte axiale Kräfte aufnimmt, verzichtet werden. Vielmehr übernimmt bei der hier vorgestellten Lösung der drehfest auf der Nockenwelle angeordnete Nocken diese Funktion. Auf diese Weise gestaltet sich die Lagerung der Nockenwelle gegenüber herkömmlichen Nockenwellen besonders einfach. Außerdem ist der in axialer Richtung benötigte Bauraum gegenüber herkömmlichen Nockenwelle-Anordnungen reduziert.
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Eine erfindungsgemäße Nockenwellen-Anordnung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, umfasst eine sich entlang einer axialen Richtung erstreckende Nockenwelle, auf welcher drehfest wenigstens ein Nocken angeordnet ist. Ferner umfasst die Nockenwellen-Anordnung ein Axiallager zum axialen Ausrichten der Nockenwelle. Unter „axialem Ausrichten“ wird vorliegend ver- standen, dass das Axiallager ein axiales Ausweichen der Nockenwelle, insbesondere im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, verhindert. Erfindungsgemäß ist der auf der Nockenwelle angeordnete Nocken Bestandteil des Axiallagers. Der Nocken übernimmt also zusätzlich die Funktion eines Axiallagers. Die erfindungsgemäße Nockenwellen-Anordnung aus Nockenwelle und Axiallager ist daher technisch besonders einfach aufgebaut, woraus sich wiederum die gewünschten Kostenvorteile bei der Herstellung der Nockenwellen-Anordnung ergeben.
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Die hier vorgestellte Nockenwellen-Anordnung kann nicht nur zur Ventilsteuerung in Brennkraftmaschinen zum Einsatz kommen, sondern auch zum Antreiben einer Fördereinrichtung, beispielsweise einer Flüssigkeitspumpe, insbesondere einer Kraftstoff- oder Kühlmittelpumpe. Denkbar ist auch die Verwendung zum Antreiben eines Geberrads.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Axiallager ein erstes und ein zweites axiales Lagerelement, die einander entlang der axialen Richtung gegenüberliegen und zwischen welchen ein Nocken angeordnet ist. Die beiden Lagerelemente und besagter Nocken sind derart ausgebildet und aufeinander abgestimmt, dass sich die Nockenwelle mit dem Nocken relativ zu den Lagerelementen um eine sich entlang der axialen Richtung erstreckende Mittellängsachse der Nockenwelle drehen kann.
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Besonders bevorzugt ist der Nocken um die Mittellängsachse der Nockenwelle drehverstellbar zwischen den beiden Lagerelemente eingespannt.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst das Axiallager einen ersten und einen zweiten Nocken, die im Abstand zueinander drehfest auf der Nockenwelle angeordnet sind. Des Weiteren umfasst das Axiallager ein erstes und ein zweites axiales Lagerelement. Bevorzugt sind die beiden Lagerelemente entlang der axialen Richtung im Abstand zueinander angeordnet. Die beiden Nocken und die beiden Lagerelemente sind bei dieser Ausführungsform derart relativ zueinander auf bzw. an der Nockenwelle angeordnet, dass das erste Lagerelement und der erste Nocken eine axiale Bewegung der Nockenwelle in der axialen Richtung begrenzen und das zweite Lagerelement und der zweite Nocken eine axiale Bewegung der Nockenwelle entgegengesetzt zur axialen Richtung begrenzen.
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Besonders bevorzugt sind die beiden Lagerelemente entlang der axialen Richtung zwischen den beiden Nocken angeordnet.
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Alternativ dazu und ebenfalls besonders bevorzugt können die beiden Nocken entlang der axialen Richtung zwischen den beiden Lagerelementen angeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung bilden die beiden den Lagerelementen zugewandten axialen Stirnseiten des wenigstens einen Nockens und die beiden dem wenigstens einen Nocken zugewandten axialen Stirnseiten der beiden Lagerelemente jeweils Gleitflächen des Axiallagers aus.
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Besonders bevorzugt sind die Lagerelemente zur Aufnahme axialer Kräfte ausgebildet. Auf diese Weise wird die gewünschte axiale Führung der Nockenwelle sichergestellt, ohne dass damit eine Beschädigung oder gar Zerstörung der Lagerelemente - insbesondere in einem Langzeitbetrieb der Anordnung in einem Kraftfahrzeug - einherginge.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung können die beiden Lagerelemente jeweils als Lagerhülse mit einer Durchgangsöffnung ausgebildet sein, welche die Nockenwelle durchgreift. Auf diese Weise kann die Nockenwelle mit geringem radialem Spiel drehbar gelagert werden. Bevorzugt umgeben im montierten Zustand die beiden Lagerhülsen den Nocken - mit Ausnahme der beiden Durchgangsöffnungen - vollständig.
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Besonders bevorzugt können die beiden Lagerelemente bzw. Lagerhülsen als Gleichteile ausgebildet sein. Aus der Verwendung von Gleichteilen ergeben sich weitere Kostenvorteile bei der Herstellung der Nockenwellen-Anordnung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Axiallager aus dem Nocken und den beiden Lagerelementen. Diese Ausführungsform ist konstruktiv besonders einfach aufgebaut und somit kostengünstig in der Herstellung.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die Brennkraftmaschine umfasst wenigstens einen Zylinderblock, vorzugsweise zwei oder mehrere Zylinderblöcke, welche(r) (jeweils) einen Brennraum sowie wenigstens ein verstellbares Ventil zum Einleiten von Frischluft in den Brennraum oder zum Ausleiten von Abgas aus dem Brennraum umfasst. Die Brennkraftmaschine umfasst ferner eine voranstehend erläuterte, erfindungsgemäßen Nockenwellen-Anordnung. Die voranstehend erläuterten Vorteile der erfindungsgemäßen Nockenwellen-Anordnung übertragen sich daher auch auf die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine. Dabei sind die beiden Lagerelemente des Axiallagers der Nockenwellen-Anordnung ortsfest relativ zum (jeweiligen) Zylinderblock angeordnet. Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist der Nocken des Axiallagers der Nockenwellen-Anordnung mit dem Ventil antriebsverbunden, um dieses zu verstellen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Brennkraftmaschine ist die Nockenwelle mittels wenigstens eines Radiallagers drehbar am (jeweiligen) Zylinderblock gelagert. In Kombination mit dem Axiallager ergibt sich die gewünschte Drehbarkeit der Nockenwelle relativ zum Zylinderblock in Kombination mit der ebenfalls gewünschten axialen Führung bzw. Fixierung.
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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.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
- 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung,
- 2 eine Variante des Beispiels der 1.
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Die einzige 1 illustriert ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Nockenwellen-Anordnung 1 für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Nockenwellen-Anordnung 1 umfasst eine sich entlang einer axialen Richtung A erstreckende Nockenwelle 2. Auf der Nockenwelle 2 sind drehfest und entlang der axialen Richtung A im Abstand zueinander mehrere Nocken 3 angeordnet. Die axiale Richtung A erstreckt sich dabei entlang einer Mittellängsachse M der Nockenwelle 2. Eine radiale Richtung R erstreckt sich orthogonal zur axialen Richtung A von der Mittellängsachse M weg. Eine Umfangsrichtung U läuft senkrecht sowohl zur axialen Richtung A als auch zur radialen Richtung R um die Mittellängsachse M um.
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Die Nockenwellen-Anordnung 1 ferner umfasst ein Axiallager 4 zum Ausrichten bzw. Fixieren der Nockenwelle 2 entlang der axialen Richtung A. Einer der Nocken 3 - dieser wird im Folgenden mit dem Bezugszeichen 3a bezeichnet - ist Teil dieses Axiallagers 4. Das Axiallager 4 umfasst zusätzlich zum Nocken 3a ein erstes und ein zweites axiales Lagerelement 5a, 5b. Die beiden Lagerelemente 5a, 5b sind als Bestandteile des Axiallagers 4 zur Aufnahme axialer Kräfte ausgebildet, die von dem Nocken 3a ausgeübt werden. Hierzu sind die beiden Lagerelemente 5a, 5b entlang der axialen Richtung A im Abstand zueinander angeordnet und liegen einander entlang der axialen Richtung A gegenüber. Entlang der axialen Richtung A ist der das Axiallager 4 mit ausbildende Nocken 3a und zwischen den beiden Lagerelementen 5a, 5b angeordnet, und zwar derart, dass die Nockenwelle 2 mit dem Nocken 3a sich relativ zu den beiden Lagerelementen 5a, 5b entlang der Umfangsrichtung U um die Mittellängsachse M der Nockenwelle 2 drehen kann. Hierzu ist der Nocken 3a entlang der Umfangsrichtung U drehverstellbar zwischen die beiden Lagerelemente 5a, 5b eingespannt. Im Beispielszenario besteht das Axiallager 4 aus dem Nocken 3a und den beiden Lagerelementen 5a, 5b, d.h. das Axiallager 4 ist dreiteilig ausgebildet.
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Die beiden den Lagerelementen 5a, 5b zugewandten axialen Stirnseiten 8 des Nockens 3a und die beiden dem Nocken 3a zugewandten axialen Stirnseiten 9 der beiden Lagerelemente 5a, 5b bilden jeweils Gleitflächen des Axiallagers 4 aus. Die beiden Lagerelemente 5a, 5b können jeweils als Lagerhülse 6a, 6b mit einer Durchgangsöffnung 7a bzw. 7b ausgebildet sein, welche die Nockenwelle 2 wie in 1 veranschaulicht durchgreift. Die beiden Lagerelemente 5a, 5b bzw. Lagerhülsen 6a, 6b können zweckmäßig als Gleichteile ausgebildet sein.
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Zweckmäßig können eine oder mehrere besagter Gleitflächen mit einer Schutzbeschichtung (nicht gezeigt) versehen sein, die sich insbesondere verschleißmindernd auswirken kann.
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Die Nockenwellen-Anordnung 1 der 1 kann beispielsweise in einer (nicht dargestellten) Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug verwendet werden. Diese Brennkraftmaschine umfasst einen, zwei oder mehrere Zylinderblöcke, in welchem jeweils ein Brennraum sowie verstellbare Ventile zum Einleiten von Frischluft in den Brennraum und zum Ausleiten von Abgas aus dem Brennraum vorgesehen sind. Die Brennkraftmaschine umfasst weiterhin die vorangehend erläuterte Nockenwellen-Anordnung 1. Dabei sind die beiden Lagerelemente 5a, 5b des Axiallagers 4 bevorzugt ortsfest zum jeweiligen Zylinderblock angeordnet. Auf diese Weise wird die Nockenwelle 2 mittels der beiden Lagerelemente 5a, 5b axial zum Zylinderblock der Brennkraftmaschine geführt. Der Nocken 3a des Axiallagers ist dabei mit einem der verstellbaren Ventile antriebsverbunden. Die weiteren drehfest auf der Nockenwelle 2 angeordneten Nocken 3, die im Gegensatz zum Nocken 3a nicht Teil des Axiallagers 4 sind, können mit den verbleibenden Ventilen der Brennkraftmaschine antriebsverbunden sein. Die drehbare Lagerung der Nockenwelle 2 mit den Nocken 3 am Zylinderblock kann mittels wenigstens eines Radiallagers (nicht gezeigt) realisiert sein.
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Die 2 illustriert eine Variante des Beispiels der 1. Ebenso wie beim Beispiel der 1 umfasst auch die Anordnung 1 gemäß der 2 zwei Lagerelemente 5a, 5b, die entlang der axialen Richtung A im Abstand zueinander angeordnet sind. Das Beispiel der 2 unterscheidet sich vom Beispiel der 1 darin, dass das Axiallager 4 zwei Nocken 3a, 3b umfasst, die entlang der axialen Richtung A im Abstand zueinander drehfest auf der Nockenwelle 2 angeordnet sind. Die beiden Nocken 3a, 3b und die beiden Lagerelemente 5a, 5b des Axiallagers 4 sind axial derart relativ zueinander auf bzw. an der Nockenwelle 2 angeordnet, dass das erste Lagerelement 5a und der erste Nocken 3a eine axiale Bewegung der Nockenwelle 2 in der axialen Richtung A begrenzen und das zweite Lagerelement 5b und der zweite Nocken 3b eine axiale Bewegung der Nockenwelle 2 entgegengesetzt zu der axialen Richtung A begrenzen. Auf diese Weise kann in analoger Weise zum Beispiel der 1 die gewünschte axiale Führung der Nockenwelle 2 in axialer Richtung A und entgegengesetzt zur axialen Richtung A realisiert werden. Hierzu können die beiden Lagerelemente 5a, 5b entlang der axialen Richtung A wie in 2 gezeigt zwischen den beiden Nocken 3a, 3b angeordnet sein. Alternativ dazu ist es aber auch denkbar, dass entlang der axialen Richtung A die beiden Nocken 3a, 3b zwischen den beiden Lagerelementen 5a, 5b angeordnet sind (in 2 nicht gezeigt).
