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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Nockenträgeranordnung, die eine Nockenwelle zum Zusammenwirken mit Motorventilen stützt, und betrifft insbesondere einen aus einem Kohlefaserverbundmaterial hergestellten Nockenträger.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es ist allgemein bekannt, dass Verbrennungsmotoren Einlass- und Auslassventile haben, die in der Regel direkt oder indirekt mit Nockenerhebungen einer Nockenwelle zur Steuerung des Zeitpunkts des Öffnens und Schließens der Ventile zusammenwirken. Die Nockenwelle wird gemeinhin mit Metallteilen, die einen Nockenträger bilden, an einem Zylinderkopf befestigt und wird dann mit einer getrennten Nockenwellenabdeckung umschlossen. Es versteht sich allgemein, dass unter anderem für eine verbesserte Kraftstoffeffizienz ein reduziertes Gewicht eines Fahrzeugs erwünscht ist. Vorherige Versuche zum Reduzieren des Motorgewichts umfassten Herstellen der Nockenwellenabdeckung aus Polymermaterialien und leichten Metallen.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Nockenträgeranordnung eine Nockenwelle mit Erhebungen und einen Nockenträger. Der Nockenträger ist vollständig aus einem Kohlefaserverbundmaterial hergestellt. Des Weiteren weist der Nockenträger eine Unterseite zur Ineingriffnahme eines Zylinderkopfs, eine Oberseite mit halbkreisförmigen Lagerflächen, die die Nockenwelle stützen, und eine lineare Reihe von Öffnungen, die zwischen der Ober- und Unterseite in Ausrichtung auf die Nockenwelle verläuft, damit die Erhebungen mit Ventilen am Zylinderkopf zusammenwirken können, auf.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Nockenträger ein einziges Teil aus einem Kohlefaserverbundmaterial, das eine erste Seite zur Ineingriffnahme eines Zylinderkopfs aufweist. Das einzige Teil aus einem Kohlefaserverbundmaterial weist auch eine gegenüberliegende zweite Seite mit Lagerflächen zur Abstützung einer Nockenwelle auf. Eine Reihe von Öffnungen verläuft zwischen der ersten und der zweiten Seite in linearer Ausrichtung auf die Lagerflächen, damit die Nockenwelle mit Ventilen am Zylinderkopf zusammenwirken kann.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Nockenträgeranordnung einen Zylinderkopf mit Ventilen und eine Nockenwelle mit Erhebungen. Der Nockenträger weist eine erste Seite, die mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist und die Ventile umgreift, und eine zweite Seite mit die Nockenwelle stützenden Lagerflächen auf. Eine Reihe von Öffnungen verläuft zwischen der ersten und der zweiten Seite, damit die Erhebungen mit den Ventilen zusammenwirken können. Der Nockenträger ist aus einem Kohlefaserverbundmaterial hergestellt, das die Nockenwelle gegen den Zylinderkopf isoliert.
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Diese und andere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen für den Fachmann bei näherer Betrachtung der folgenden Beschreibung, Ansprüche und angehängten Zeichnungen hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine perspektivische Draufsicht einer Nockenträgeranordnung mit einem an einem Zylinderkopf befestigten Nockenträger gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine auseinandergezogene perspektivische Draufsicht der in 1 gezeigte Nockenträgeranordnung, die den Nockenträger von dem Zylinderkopf weggezogen darstellt;
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3 eine auseinandergezogene perspektivische Draufsicht der in 1 gezeigten Nockenträgeranordnung, die Nockenwellendeckel und einen Kraftstoffpumpensockel zeigt, die von dem Nockenträger weggezogen sind;
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4 eine perspektivische Draufsicht des Nockenträgers von einem Ende;
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5 eine perspektivische Draufsicht des Nockenträgers von einem von dem in 4 gezeigten Ende gegenüberliegenden Ende;
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6 eine Draufsicht des Nockenträgers;
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7 eine perspektivische Unteransicht des Nockenträgers;
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8 eine Draufsicht des Nockenträgers, an den Nockenwellen und Nockenwellendeckel montiert sind;
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9 eine Querschnittsansicht des Nockenträgers, der Nockenwelle und der Nockenwellendeckel, entlang Linie IX-IX von 8;
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10 eine Querschnittsansicht des Nockenträgers, der Nockenwelle und der Nockenwellendeckel entlang Linie X-X von 8, die ein Lager für die Nockenwelle und die mit Ventilen am Zylinderkopf zusammenwirkende Nockenwelle darstellt;
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11 eine auseinandergezogene perspektivische Draufsicht der Nockenträgeranordnung, die das Montageverfahren für die zugehörigen Nockenwellen darstellt; und
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12 eine auseinandergezogene perspektivische Draufsicht einer zusätzlichen Ausführungsform der Nockenträgeranordnung, die das Montageverfahren für die zugehörigen Nockenwellen darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Für die vorliegenden Beschreibungszwecke sollen sich die Begriffe "oberer/e/es", "unterer/e/es", "rechter/e/es", "linker/e/es", "hinterer/e/es", "vorderer/e/es", "vertikaler/e/es", "horizontaler/e/es" und Ableitungen davon alle auf die Ausführungsform der Erfindung, wie sie in 1 ausgerichtet ist, beziehen. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung verschiedene alternative Ausrichtungen annehmen kann, es sei denn, es wird ausdrücklich Gegenteiliges angegeben. Weiterhin versteht sich, dass es sich bei den spezifischen Vorrichtungen und Verfahren, die in den angehängten Zeichnungen dargestellt sind und in der folgenden Beschreibung beschrieben werden, einfach um Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Konzepte handelt, die in den angehängten Ansprüchen definiert sind. Daher sind spezifische Abmessungen und andere physische Merkmale, die sich auf die hier offenbarten Ausführungsformen beziehen, nicht als einschränkend anzusehen, es sei denn, in den Ansprüchen wird ausdrücklich Gegenteiliges angegeben.
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Auf die 1–12 Bezug nehmend, bezeichnet Bezugszahl 10 allgemein eine Nockenträgeranordnung, die einen Zylinderkopf 12 mit einer Reihe von Motorventilen 14 enthält, die mit mehreren Nockenerhebungen 16 einer Nockenwelle 18 zusammenwirken. Ein Nockenträger 20 der Nockenträgeranordnung 10 enthält eine erste Seite 22, die in abdichtendem Eingriff um die Ventile 14 herum mit dem Zylinderkopf 12 gekoppelt ist. Eine zweite Seite 24 des Nockenträgers 20 weist halbkreisförmige Lagerflächen 26 auf, die die Nockenwelle 18 stützen. Eine Reihe von Öffnungen 28 verläuft zwischen der ersten und der zweiten Seite 22, 24 des Nockenträgers 20, damit die mehreren Nockenerhebungen 16 der Nockenwelle 18 mit der Reihe von Motorventilen 14 zusammenwirken können und den zugehörigen Motor gemäß den Gesamtmotoranforderungen für ein Fahrzeug betreiben können. Es kommt jedoch in Betracht, dass die Trägeranordnung 10 auch auf Motoren angewandt werden kann, die nicht in Verbindung mit einem Fahrzeug verwendet werden. Der Nockenträger 20 der vorliegenden Erfindung ist aus einem Kohlefaserverbundmaterial hergestellt. Das Kohlefaserverbundmaterial kann zum Isolieren der Nockenwelle 18 gegen den Zylinderkopf 12 und Bereitstellen einer wesentlichen Gewichtsreduzierung für einen oberen Abschnitt eines zugehörigen Motors konfiguriert sein, wodurch neben anderen Vorteilen gegenüber den in der Regel für Nockenträger verwendeten Metallen der Schwerpunkt des Fahrzeugs abgesenkt wird.
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Nunmehr auf die in 1 dargestellte Ausführungsform Bezug nehmend, wird die Nockenträgeranordnung 10 mit dem Nockenträger 20 gezeigt, der an einem oberen Teil 30 des Zylinderkopfs 12 zum Umschließen der Motorventile 14 und Positionieren der Nockenwelle 18 und zugehörigen Nockenerhebungen 16 in einer Ausrichtung zum Zusammenwirken mit den Motorventilen 14 befestigt ist. Es kommt in Betracht, dass der obere Teil 30 des Zylinderkopfs 12 Kipphebel, Einlass- und Auslassventile, Ventilfedern und andere denkbare Komponenten, die durch den Nockenträger 20 verdeckt sein können, enthalten kann. Obgleich hier als der obere Teil 30 des Zylinderkopfs 12 bezeichnet, versteht sich, dass zusätzliche Ausführungsformen des Zylinderkopfs 12 anders ausgerichtet und gedreht sein können, wie zum Beispiel in einem Boxermotor, um die Ventile an einem unteren oder Seitenteil des Zylinderkopfs 12 zu positionieren.
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Wie weiterhin bei der in 1 dargestellten Ausführungsform gezeigt, ist ein unterer Umfangsrand 32 der ersten Seite 22 (2) des Nockenträgers 20 allgemein fest um den oberen Teil 30 des Zylinderkopfs 12 angebracht, um eine Flüssigkeitsdichtung zur Verhinderung einer Leckage von Fluid dazwischen zu bilden. Bei einer Ausführungsform kann die Flüssigkeitsdichtung durch eine Flachdichtung 34 (9), die um den Umfangsrand 32 befestigt ist und zwischen dem Zylinderkopf 12 und dem Nockenträger 20 komprimiert wird, gebildet werden. Weiterhin kommt in Betracht, dass die Flüssigkeitsdichtung durch andere Materialien gebildet werden kann, wie zum Beispiel Flüssigkeitsflachdichtungen, die dazwischen angeordnet werden können, um eine Dichtung bereitzustellen, die ein Entweichen von Flüssigkeiten und Gasen verhindert.
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Unter Bezugnahme auf 2 enthält die dargestellte Ausführungsform des Nockenträgers 20 auch Montagelöcher 36 (4) einwärts des Umfangsrands 32, die zwischen der ersten und der zweiten Seite 22, 24 verlaufen, damit sich Gewindebefestigungselemente 38 (10) durch den Nockenträger 20 und in Gewindeeingriff mit entsprechenden Befestigungslöchern 40 am Zylinderkopf 12 erstrecken können, um dadurch den Nockenträger 10 am Zylinderkopf 12 anzubringen. Die Montagelöcher 36 sind auf die Befestigungslöcher 40 ausgerichtet, damit sich zylindrisch geformte Schäfte 42 der Gewindebefestigungselemente 38 (10) durch die Montagelöcher 36 erstrecken und die Gewindebefestigungslöcher 40 in Eingriff nehmen können. Das Material des Nockenträgers 20, das die Montagelöcher 36 umgibt, ist mit einer ausreichenden Masse bemessen, so dass der Kopfteil 44 der Gewindebefestigungselemente 38 (10) nahe den Montagelöchern 36 in Anlage an den Nockenträger 20 kommen und ihn komprimieren kann und die Fluiddichtung zwischen dem Nockenträger 20 und dem Zylinderkopf 12 bilden kann. Bei zusätzlichen Ausführungsformen ist ersichtlich, dass die Montagelöcher 36 anders geformt und an anderer Stelle am Nockenträger 10 angeordnet sein können, wie zum Beispiel außerhalb der Flachdichtung 34 entlang dem Umfangsrand 32. Weiterhin kommt in Betracht, dass die Gewindebefestigungselemente 38 Bolzen, Schrauben oder andere denkbare Befestigungselemente oder Befestigungsmerkmale, die den Betriebsbedingungen des Motors standhalten können, umfassen können.
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Wie weiter in 2 dargestellt, ist der Nockenträger 20 von dem Zylinderkopf 12 getrennt, um die Motorventile 14 am oberen Teil 30 des Zylinderkopfs 12 freizulegen. Die dargestellte Ausführungsform des Zylinderkopfs 12 enthält eine Einlassreihe 46 und eine Auslassreihe 48 der Motorventile 14, wobei jeder Kolbenzylinder zwei Ventile von der Einlassreihe 46 und zwei Ventile von der Auslassreihe 48 aufweist. Es kommt in Betracht, dass bei einer zusätzlichen Ausführungsform mehr oder wenige Ventile 14 am Zylinderkopf 12 vorgesehen sein können und dass die Ventile 14 anders angeordnet, konfiguriert und auf andere Weise den Kolbenzylindern zugeordnet sein können, als bei der dargestellten Ausführungsform. Die Ventile 14 sind bei dem dargestellten Zylinderkopf 12 auf die lineare Reihe von Öffnungen 28 (6), die zwischen der oberen und der unteren Seite 24, 22 des Nockenträgers 20 verläuft, ausgerichtet, damit die Erhebungen 16 der Nockenwelle 18 mit Ventilen 14 am Zylinderkopf 12 zusammenwirken können. Insbesondere weist die dargestellte Ausführungsform zwei Nockenwellen 18 auf, eine Nockenwelle 18 für jede Reihe 46, 48 von Ventilen 14 mit einer Erhebung 16 an den Nockenwellen 18 für jedes Ventil 14. Demgemäß erstrecken sich die Ventile 14 in den Öffnungen 28 im Nockenträger 20 nach oben und sind mit distalen Endflächen 50 versehen, die direkt an den Erhebungen 16 der Nockenwelle 18 anliegen. Es kommt in Betracht, dass die Ventile 14 Wälzstirnflächen oder Tassenstößel aufweisen können und die Ventile 14 bei zusätzlichen Ausführungsformen an Kipphebeln befestigt oder auf andere Weise zum Zusammenwirken mit den Erhebungen 16 der Nockenwelle 18 konfiguriert sein können.
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Nunmehr auf 3 Bezug nehmend, wird ein Nockenträger 20 von dem Zylinderkopf 12 (2) getrennt dargestellt, wobei mehrere Nockenwellendeckel 52 von der Oberseite 24 des Nockenträgers 20 weggezogen sind und jeweils eine halbkreisförmige Lagerfläche 54 zur direkten Ineingriffnahme der Nockenwelle 18 und Unterstützung ihrer Drehung aufweisen. Die mehreren Nockenwellendeckel 52 sind mit der Oberseite 24 des Nockenträgers 20 gekoppelt, jeweils auf einander gegenüberliegenden Seiten der Nockenwelle 18, so dass die halbkreisförmigen Lagerflächen 54 einen Bogen über die jeweilige Nockenwelle 18 schlagen und die Nockenwelle 18 oben abstützen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die mehreren Nockenwellendeckel 52 von dem Nockenträger 20 getrennt ausgebildet, und jeder der mehreren Nockenwellendeckel 52 ist an der Oberseite 24 des Nockenträgers 20 mit Befestigungselementen 56 befestigt, die den Nockenträger 20 auf einander gegenüberliegenden Seiten jeder Nockenwelle 18 in Eingriff nehmen. Wie gezeigt, enthält jede Nockenwelle 18 vier Nockenwellendeckel 52, die die Nockenwelle 18 gegen die Lagerflächen 26 des Nockenträgers 20 befestigen. Somit sind Enddeckel 58 der mehreren Nockenwellendeckel 52 an einem ersten Ende 60 des Nockenträgers 20 befestigt, damit sich eine äußere Scheibe 62 auf der Nockenwelle 18 außerhalb des Nockenträgers 20 drehen kann. Die Nockenwellendeckel 52 enthalten in der Darstellung einen Lagereinsatz 64, der die halbkreisförmige Lagerfläche 54 mit Armteilen 66 definiert, welche sich zur Anlage an den Nockenträger 20 um die zur Befestigung der Nockenwellendeckel 52 verwendeten Befestigungselemente 56 von den Enden der halbkreisförmigen Lagerflächen 54 nach außen erstrecken. Die Lagereinsätze 64 können aus einem Metallmaterial, wie zum Beispiel einer Stahllegierung, einer Aluminiumlegierung oder aus anderen in Betracht kommenden Metallen oder Kombinationen oder Lagen davon, sein und können eine Schicht aus Weißmetallmaterial oder einer anderen Oberflächenplattierung oder -beschichtung enthalten, um die halbkreisförmige Lagerfläche 54 zu verbessern und weiter zu definieren. Ein oberes Teil 68 der Nockenwellendeckel 52 ist auf den Lagereinsätzen 64 befestigt und definiert Montageansätze auf einander gegenüberliegenden Seiten der Nockenwelle 18 mit Befestigungselementsöffnungen 70, die vertikal darin verlaufen, um die Befestigungselemente 56, die die Nockenwellendeckel 52 an dem Nockenträger 20 befestigen, aufzunehmen. Es kommt in Betracht, dass das obere Teil 68 der Nockenwellendeckel 52 ein Polymermaterial enthalten kann und/oder aus einem gleichen Material wie die Lagereinsätze 64, wie zum Beispiel einer Metalllegierung oder einem Verbundmaterial, bestehen kann.
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Wie weiterhin in 3 gezeigt, ist ein Kraftstoffpumpensockel 72 mit der Oberseite 24 des Nockenträgers 20 nahe einem zweiten Ende 74 davon über eine der Nockenwellen 18 gekoppelt. Der Kraftstoffpumpensockel 72 ist zur Abstützung einer Kraftstoffpumpe auf einer Oberseite 76 davon konfiguriert. Der Kraftstoffpumpensockel 72 ist bei der dargestellten Ausführungsform getrennt von dem Nockenträger 20 ausgebildet und ist mit Gewindebefestigungselementen an der Oberseite 24 des Nockenträgers 20 befestigt. Die Oberseite 76 des Kraftstoffpumpensockels 72 ist allgemein planar und überspannt den vertikal vorragenden Kraftstoffpumpensockel 72 mit einem Loch 78, das in einem mittleren Bereich nach unten verläuft, und zwei schmaleren Befestigungsöffnungen 80 auf einander gegenüberliegenden Seiten des Lochs 78. Die Befestigungsöffnungen 80 sind zur Aufnahme von Befestigungselementen zum Befestigen einer Kraftstoffpumpe an der planaren Oberseite 76 des Kraftstoffpumpensockels 72 konfiguriert. Zusätzliche Ausführungsformen können eine andere Konfiguration oder Positionierung des Kraftstoffpumpensockels 72 auf dem Nockenträger 20 aufweisen und können einen integral mit dem Nockenträger 20 oder Teilen davon ausgebildeten Kraftstoffpumpensockel 72 aufweisen.
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Auf die 4–5 Bezug nehmend, wird der Nockenträger 20 ohne die Nockenwellen 18 dargestellt, um zu zeigen, wie der Nockenträger 20 im Wesentlichen in zwei getrennte Längsnockengehäuse 82 für jede Nockenwelle 18 unterteilt ist. Die Nockengehäuse 82 erstrecken sich in paralleler Beziehung zueinander und in Ausrichtung auf eine Drehachse der zugehörigen Nockenwelle 18. Die Längsnockengehäuse 82 sind mit Verstärkungsgliedern 84 verbunden, die integral mit dem gesamten Nockenträger 20 ausgebildet sind. Die Verstärkungsglieder 84 erstrecken sich bei der dargestellten Ausführungsform orthogonal zwischen den Längsnockengehäusen 82 und enthalten jeweils Montageöffnungen 86 zur Aufnahme von Befestigungselementen zur Befestigung mindestens einer Kraftstoff-Verteilerleitung, die sich in allgemein paralleler Ausrichtung auf die Nockenwellen 18 erstreckt, wie in der Technik allgemein bekannt ist. Innenränder der Längsnockengehäuse 82 nahe den Verstärkungsgliedern 84 enthalten Abdeckungsmontageöffnungen 88 zur Montage von Befestigungselementen, die eine Nockenwellenabdeckung auf der Oberseite 24 des Nockenträgers 20 zum Umschließen der Nockenwellen 18 befestigen. Es kommt in Betracht, dass zusätzliche Ausführungsformen eine einzige Nockenwelle oder Nockenwellen enthalten können, die weit genug beabstandet sind, um getrennte Nockenträger, die ein einziges Längsnockengehäuse aufweisen, erforderlich zu machen. Außerdem kommt in Betracht, dass alternative Ausführungsformen mehr oder anders angeordnete Nockenwellen aufweisen können, die zusätzliche Längsnockengehäuse oder einen anders konfigurierten Nockenträger erforderlich machen.
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Wie außerdem in den 4–6 dargestellt, enthält jedes der Längsnockengehäuse 82 eine Reihe von vertikalen Wänden 90, die eine Reihe von Hohlräumen 92 auf der Oberseite 24 des Nockenträgers 20 trennen und definieren. Die Reihe von Hohlräumen 92 ist groß genug bemessen, dass sie jeweils einen Bereich enthalten, der die Nockenerhebungen 16 der Nockenwelle 18 umgibt und eine Drehung darin gestattet. Zur Wirkung einer Drehung weist die Reihe von vertikalen Wänden 90 die unteren halbkreisförmigen Lagerflächen 26 auf, die darin ausgebildet und zur Abstützung der zugehörigen Nockenwelle 18 ausgerichtet sind. Die dargestellten in dem Nockenträger 20 ausgebildeten halbkreisförmigen Lagerflächen 26 weisen in den vertikalen Wänden 90 nahe des untersten Punkts der Lagerfläche 26 eine geringere Dicke auf, die sich allmählich zu dem untersten Punkt hin verschmälert. Zwischen den vertikalen Wänden 90 erstreckt sich in den Hohlräumen 92 die Reihe von Öffnungen 28 zwischen der Ober- und Unterseite 24, 22 in Ausrichtung auf die Nockenwelle 18, damit die Erhebungen 16 der Nockenwelle 18 mit den Ventilen 14 am Zylinderkopf 12 zusammenwirken können. Demgemäß ist die Reihe von Öffnungen 28 in linearer Ausrichtung auf die Lagerflächen 26 angeordnet, damit die Nockenwelle 18 über die Reihe von Hohlräumen 92 positioniert werden und mit den sich durch die Reihe von Öffnungen 28 erstreckenden Ventilen 14 zusammenwirken kann.
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Immer noch auf die 4–6 Bezug nehmend, weisen die vertikalen Wände 90 Auslassöffnungen 94 für integral in dem Nockenträger 20 ausgebildete Ölzufuhrkanäle auf, so dass Schmierung die Ölzufuhrkanäle durchqueren und aus den Auslassöffnungen 94 an einem Umfang der Lagerflächen 26 abgegeben werden kann, wodurch die Nockenwelle 18 zur Drehung auf den Lagerflächen 26 geschmiert wird. Die Ölzufuhrkanäle treten, wie gezeigt, an einer Stelle zur Bildung einer ausreichenden Dicke des Schmiermittels zur Verhinderung einer Berührung zwischen der Nockenwelle 14 und dem Kohlefaserverbundmaterial des Nockenträgers 20 entlang der Lagerfläche 26 in einen unteren Teil der Nockenlagerflächen 26 ein. Des Weiteren sind bei dieser Ausführungsform die Ölzufuhrkanäle auf entsprechende Kanäle im Zylinderkopf 12 (2) ausgerichtet und sind mit diesem verbunden, um den Schmierölfluss zu empfangen. Es kommt jedoch auch in Betracht, dass sich die Ölzufuhrkanäle bei zusätzlichen Ausführungsformen von anderen Flächen oder Stellen am Nockenträger 20 erstrecken und die Ölzufuhrkanäle an anderen Stellen in die Nockenlager eintreten können.
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Wie in den 6–7 dargestellt, ist die Reihe von Öffnungen 28 zylindrisch geformt und vertikal nach innen zu dem gegenüberliegenden Nockengehäuse 82 abgewinkelt, damit die entsprechenden Ventile 14 (10) einen Kolbenzylinder mittig zwischen den Längsnockengehäusen 82 in Eingriff nehmen können. Die Unterseite 22 des Nockenträgers 20 enthält röhrenförmige Vorsprünge 96, die jeweils eine der Öffnungen 28 der Reihe von Öffnungen 28 umgeben. Die röhrenförmigen Vorsprünge 96 sind in miteinander verbundenen Paaren angeordnet, die jeweils für einen einzigen Kolbenzylinder bestimmt sind. Die Unterseite 22 des Nockenträgers 20 weist, wie dargestellt, auch ein Positionierglied 98 auf, das nach unten ragt, um eine entsprechende Positionieröffnung 100 am Zylinderkopf 12 (2) in Eingriff zu nehmen und so den Nockenträger 20 auf den Zylinderkopf 12 und dadurch die Nockenwelle 18 auf die Ventile 14 auszurichten. Es kommt in Betracht, dass die Unterseite 22 des Nockenträgers 20 bei zusätzlichen Ausführungsformen eine Positionieröffnung enthalten kann, die ein entsprechendes Positionierglied am Zylinderkopf 12 in Eingriff nimmt, und weiterhin kommt in Betracht, dass verschiedene Anordnungen und Kombinationen der Positionierglieder und -Öffnungen zwischen dem Nockenträger 20 und dem Zylinderkopf 12 zur Bereitstellung einer ordnungsgemäßen Ausrichtung enthalten sein können.
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Wie außerdem in den 6–7 dargestellt, kann die Unterseite 22 des Nockenträgers 20 einen Flachdichtungskanal 102 enthalten, der die Reihe von Öffnungen 28 an jedem Längsnockengehäuse 82 im Wesentlichen umgibt, damit eine Flachdichtung 34 (9) darin befestigt werden kann. Der Kanal 102 ist am Umfangsrand 32 der Unterseite 22 des Nockenträgers 20 zur beständigen Anlage des oberen Teils des Zylinderkopfs 12 um die Ventile 14 herum ausgebildet. Die Flachdichtung 34 kann in dem Kanal 102 vorgesehen sein, um einen abgedichteten Eingriff des Nockenträgers 20 mit dem Zylinderkopf 12 bereitzustellen, wodurch eine Leckage von Fluiden und Gasen dazwischen verhindert wird.
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Auf die 8–9 Bezug nehmend, enthält eine erste Endwand 104 des Nockenträgers 20 nahe dem ersten Ende 60 jedes der Längsnockengehäuse 82 eine der halbkreisförmigen Lagerflächen 26, damit die jeweilige Nockenwelle 18 durch die erste Endwand 104 aus dem Nockenträger 20 heraus zur Ineingriffnahme eines Steuermechanismus, wie zum Beispiel eines Riemens oder einer Kette, ragt, wie für einen Durchschnittsfachmann allgemein ersichtlich ist. Eine gegenüberliegende zweite Endwand 106 des Nockenträgers 20 nahe dem zweiten Ende 74 der Längsnockengehäuse 82 enthält jedoch keine Öffnung, durch die die Nockenwelle aus dem Nockenträger 20 austreten kann, wodurch die entsprechenden Endteile der Nockenwellen 18 im Wesentlichen umschlossen werden. Wie weiterhin bei der dargestellten Ausführungsform gezeigt ist, ist der Nockenträger 20 in direktem Anlagekontakt mit dem Zylinderkopf 12 (2) befestigt und wird die Nockenwelle 18 in direktem Kontakt mit den Lagerflächen 26 des Nockenträgers 20 gestützt, wodurch nur das Material des Nockenträgers 20 dazwischen vorgesehen ist.
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Wie in 10 gezeigt, definieren die oberen halbkreisförmigen Lagerflächen 54 der mehreren Nockenwellendeckel 52 zusammen mit den halbkreisförmigen Lagerflächen 26 auf der Oberseite 24 des Nockenträgers 20 Nockenlager, die den Umfang der Nockenwelle 18 umgeben. Die dargestellten Lager weisen zwei gleiche Hälften des Gesamtumfangs des Lagers auf, die durch die unteren halbkreisförmigen Lagerflächen 26 am Nockenträger 20 und die oberen halbkreisförmigen Lagerflächen 54 an den Nockenwellendeckeln 52 definiert werden. Innerhalb der Hohlräume 92 auf der Oberseite 24 des Nockenträgers 20 verlaufen Kopfmontagelöcher 36 nach unten zur Ausrichtung auf die Befestigungslöcher 40 im Zylinderkopf 12, damit der Kopfteil 44 des Befestigungselements 38 an die Oberseite 24 des Nockenträgers 20 anstößt und ein Schaftteil 42 des Befestigungselements 38 den Zylinderkopf 12 in Gewindeeingriff nimmt und dadurch den Nockenträger 20 dazwischen komprimiert und eine Fluiddichtung entlang dem Umfangsrand 32 nahe der Flachdichtung 34 zwischen dem Zylinderkopf 12 und dem Nockenträger 20 bildet. Die Erhebungen 16 der Nockenwelle 18 enthalten in der Darstellung auch eine Nase 108, die an die distalen Endflächen 50 eines der Ventile 14 anstößt, um das Ventil 14 zu betätigen und zu öffnen, wodurch der Ventilschaft nach unten verschoben wird und den Kolben des Ventils 14 von dem Ventilsitz an einem unteren Teil des Zylinderkopfs 12 weg bewegt, wie in der Technik allgemein bekannt ist.
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Bezüglich des zum integralen Formen des Nockenträgers 20 als eine einzige Einheit verwendeten Kohlefaserverbundmaterials kommt in Betracht, dass verschiedene Verfahren der Kohlefaserkonstruktion verwendet werden können, einschließlich Spritzgießen eines Polymerharzes mit zerkleinerten Kohlefaserpartikeln. Weiterhin kommt in Betracht, dass Teile des Nockenträgers 20 oder der gesamte Nockenträger aus verschiedenen Kohlefaserkonstruktionen hergestellt sein können, wie zum Beispiel gewundenen Filamenten oder mehrschichtigen Flächengebilden. Das Kohlefaserverbundmaterial kann auch zusätzliche Verstärkungsfasern, wie zum Beispiel Aramid- oder Glasfasern, enthalten und kann verschiedene Zusammensetzungen aus Harz- oder Graphitmaterialien zur Bildung der Verbundstruktur aufweisen. Trotz der Konstruktion weist die dargestellte Ausführungsform des Nockenträgers 20 sowohl Ober- als auch Unterseiten 24, 20 mit durch Kohlefaserverbundmaterial definierten Oberflächen auf. Außerdem weist die dargestellte Ausführungsform des Nockenträgers 20 die halbkreisförmigen Lagerflächen 26 auf, die durch Kohlefaserverbundmaterial definiert werden. Es kommt in Betracht, dass die Lagerflächen 26 Kohlefaserstränge aufweisen können, die in Richtung des Umfangs der Nockenwelle 18 herumgewickelt sind, um die Lagerfläche 26 mit weniger Oberflächenunregelmäßigkeiten bereitzustellen. Des Weiteren kommt in Betracht, dass die Lagerflächen 26 Beschichtungen auf dem Kohlefaserverbundmaterial aufweisen können, auch um die Lagerflächen 26 mit weniger Oberflächenunregelmäßigkeiten zu versehen. Bezüglich des zur Bildung des Zylinderkopfs 12 verwendeten Materials besteht die dargestellte Ausführungsform des Zylinderkopfs 12 aus einer Aluminiumlegierung. Es kommt jedoch in Betracht, dass zusätzliche oder alternative Legierungen oder Metalle, wie zum Beispiel Magnesium, zur Bildung des Zylinderkopfs 12 oder einzelner Teile davon verwendet werden können.
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Nunmehr auf 11 Bezug nehmend, wird das Verfahren zur Montage der Nockenwellen 18 an den Nockenträger 20 allgemein gezeigt, wobei die Nockenwellen 18 und die Erhebungen 16 vormontiert oder auf andere Weise ausgebildet sind. Nach der Bereitstellung etwaiger Oberflächenschmierung oder -beschichtungen der Nockenwelle 18 und/oder der Lagerflächen 26 werden die Nockenwellen 18 entlang den Lagerflächen 26 auf der Oberseite 24 auf dem Nockenträger 20 platziert. Die Längsposition der Nockenwelle 18 wird dann zur Ausrichtung der Erhebungen 16 auf die Öffnungen 28 im Nockenträger 20 und die zugehörigen Ventile 14 (10), die von dem Zylinderkopf 12 darin vorragen können, eingestellt. Bei Ausrichtung der Erhebungen 16 werden die Nockenwellendeckel 52 an mehreren Stellen entlang der Länge der Nockenwellen 18 über die Nockenwelle 18 platziert. Die Befestigungselemente 56 für die Nockenwellendeckel 52 werden dann durch die Nockenwellendeckel 52 und in den Nockenträger 20 getrieben, um die Nockenwellen 18 an dem Nockenträger 20 zu befestigen und eine Verschiebung der Nockenwelle 18 während des Betriebs des Motors nach oben zu verhindern. Außerdem wird entweder vor oder nach der Installation der Nockenwellendeckel 52 der Kraftstoffpumpensockel 72 an dem zweiten Ende 74 des Nockenträgers 20 mit ähnlichen Befestigungselementen wie die Nockenwellendeckel 52 befestigt.
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Eine zusätzliche Ausführungsform des Nockenträgers 20 wird in 12 zusammen mit dem zugehörigen Verfahren zur Montage der Nockenwellen 18 an solch einen Nockenträger 20 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform des Nockenträgers 20 ist jeder der Nockenwellendeckel 52 integral mit dem Nockenträger 20 ausgebildet und ragt dadurch von der zweiten Seite 24 nach oben, so dass die gegenüberliegenden Lagerflächen 54 der Nockenwellendeckel 52 mit den unteren halbkreisförmigen Lagerflächen 26 des Nockenträgers 20, die zusammen ein kreisförmiges Lager bilden, das die Nockenwelle 18 in Wirkeingriff nimmt, eine integrale Fläche bilden. Gemäß solch einer Ausführungsform kann der Nockenträger 20 vor dem Anbringen des Nockenträgers 20 am Zylinderkopf 12 mit einer Nockenwelle 18 und mehreren Nockenerhebungen 16 montiert werden, um ein Ventilabdeckungsmodul zu definieren, wodurch die Komplexität und die Montageschritte in der Phase der Motorkonstruktion reduziert werden können. Dazu werden die Nockenerhebungen 16 auf die Reihe von Hohlräumen 92 auf der Oberseite 24 des Nockenträgers 20 ausgerichtet, um sechs Nockenerhebungen 16, eine direkt neben gegenüberliegenden Seiten der vertikalen Wände 90, in den Reihen von Hohlräumen 92 entlang den Längsnockengehäusen 82 zu positionieren. Die Nockenerhebungen 16 werden jeweils vertikal in den Hohlräumen 92 positioniert, wie zum Beispiel bei einem Stützrahmen, so dass eine Passfläche 110 jeder Nockenerhebung 16, die durch eine Innenfläche der darin ausgebildeten Erhebungsöffnungen definiert wird, jeweils auf die Mitte der Nockenlager ausgerichtet wird. Wenn die Erhebungsöffnungen auf die Nockenlager ausgerichtet sind und die Nockenerhebungen 16 für eine geeignete Ventilsteuerung radial positioniert sind, werden die Nockenwellen 18 nacheinander durch die Nockenlager zur Kopplung mit jeder der Nockenerhebungen 16 eingeführt. Die Passflächen 110 der Erhebungsöffnungen können mit verschiedenen Techniken an der Nockenwelle 18 befestigt werden, einschließlich Wärmeausdehnung, Schweißen und anderer denkbarer Techniken, die für einen Durchschnittsfachmann allgemein ersichtlich sind. Die Nockenerhebungen 16 weisen bei der dargestellten Ausführungsform einen größeren Durchmesser als die Nockenlager auf, so dass die Nockenerhebungen 16 bei dieser Ausführungsform nicht vor dem Einführen der Nockenwelle 18 durch die Nockenlager an der Nockenwelle 18 befestigt werden können.
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Unter weiterer Bezugnahme auf die in 12 dargestellte zusätzliche Ausführungsform kann beim Einführen der Nockenwellen 18 in eine Position mit freigelegten Endteilen und allen Nockenerhebungen 16 daran befestigt eine Nockenwellenabdeckung über den Nockenträger befestigt werden, um ein Ventilabdeckungsmodul zu definieren, dass dann an dem Zylinderkopf 12 angebracht wird. Dazu kann der Umfangsrand 32 des Nockenträgers 20 um die Motorventile 14 daran an dem Zylinderkopf 12 mit einer Flachdichtung 34, die zur Bereitstellung einer Fluiddichtung zwischen dem Nockenträger 20 und dem Zylinderkopf 12 angeordnet werden kann, befestigt werden. Vor oder nach dem Befestigen des Nockenträgers 20 an dem Zylinderkopf 12 kann eine Kraftstoffpumpe an dem Kraftstoffpumpensockel 72 befestigt werden. Bei dieser Ausführungsform ist auch der Kraftstoffpumpensockel 72 integral mit dem Kohlefaserverbundmaterial des Nockenträgers 20 unter Bildung eines einzigen Teils mit dem Nockenträger 20 und den Nockenwellendeckeln 52 ausgebildet.
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Es versteht sich für den Durchschnittsfachmann, dass die Konstruktion der beschriebenen Erfindung und anderer Komponenten nicht auf ein bestimmtes Material beschränkt ist. Andere Ausführungsbeispiele der hierin offenbarten Erfindung können aus den verschiedensten Materialien gebildet werden, es sei denn, es wird hier Gegenteiliges beschrieben.
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Für Zwecke der vorliegenden Offenbarung bedeutet der Begriff "gekoppelt" (in all seinen Formen, koppeln, Kopplung, gekoppelt usw.) allgemein das direkte oder indirekte Miteinanderverbinden von zwei Komponenten (elektrisch oder mechanisch). Solch eine Verbindung kann stationärer Art oder beweglicher Art sein. Solch eine Verbindung kann mit den beiden Komponenten (elektrisch oder mechanisch) und irgendwelchen zusätzlichen Zwischengliedern erreicht werden, die integral als ein einziger einstückiger Körper miteinander oder mit den beiden Komponenten geformt sind. Solch eine Verbindung kann dauerhafter Art oder lösbarer oder freigebbarer Art sein, wenn nicht anders angegeben.
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Es ist auch wichtig anzumerken, dass die Konstruktion und die Anordnung der Elemente der Erfindung, wie sie in den Ausführungsbeispielen gezeigt werden, nur beispielhaft sind. In der vorliegenden Offenbarung wurden zwar nur einige wenige Ausführungsformen der vorliegenden Neuerungen ausführlich beschrieben, aber Fachleute, die diese Offenbarung lesen, sind sich ohne Weiteres der Tatsache bewusst, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Variationen in Bezug auf Größe, Abmessungen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente, Parameterwerte, Montageanordnungen, Verwendung von Materialien, Farben, Ausrichtungen usw.), ohne wesentlich von den neuen Lehren und Vorteilen des dargelegten Gegenstands abzuweichen. Beispielsweise können Elemente, die als integral ausgebildet dargestellt sind, aus mehreren Teilen konstruiert sein, oder Elemente, die nach der Darstellung aus mehreren Teilen bestehen, können integral ausgebildet sein, die Funktion der Schnittstellen kann umgekehrt oder anderweitig verschieden sein, die Länge oder Breite der Strukturen und/oder Elemente oder Verbinder oder anderer Elemente des Systems können verschieden sein, die Art oder Anzahl von zwischen den Elementen bereitgestellten Verstellpositionen kann verschieden sein. Es ist anzumerken, dass die Elemente und/oder Anordnungen des Systems aus einem beliebigen einer großen Vielzahl von Materialien, die für ausreichende Stärke oder Haltbarkeit sorgen, und in beliebigen einer großen Vielzahl von Farben, Strukturen und Kombinationen konstruiert werden können. Dementsprechend sollen alle derartigen Modifikationen im Schutzbereich der vorliegenden Innovationen enthalten sein. Andere Substituierungen, Modifizierungen, Änderungen und Auslassungen können am Design, an den Betriebsbedingungen und an der Anordnung der gewünschten und anderer Ausführungsbeispiele vorgenommen werden, ohne das Wesen der vorliegenden Innovationen zu verlassen.
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Es versteht sich, dass jegliche beschriebenen Prozesse oder Schritte innerhalb beschriebener Prozesse mit anderen offenbarten Prozessen oder Schritten kombiniert werden können, um Strukturen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung zu bilden. Die beispielhaften offenbarten Strukturen und Prozesse dienen der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen.
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Es versteht sich auch, dass an den oben genannten Strukturen und Verfahren Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, und weiterhin versteht sich, dass solche Konzepte durch die folgenden Ansprüche abgedeckt werden sollen, es sei denn, diese Ansprüche geben ausdrücklich etwas anderes an.
