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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lagerstruktur und insbesondere
eine Lagerstruktur für
eine Nockenwelle, wobei in dieser Lagerstruktur eine Senkbohrung
oder eine Stirnsenkung an einem Teil einer Lageroberfläche eines
unteren Wellenlagers vorgesehen ist.
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Wie
sich den 4 und 5 entnehmen lässt, wird
bei der Lagerung einer Nockenwelle 2 an einem Zylinderkopf 1 eines
Motors mit oben liegender Nockenwelle die Nockenwelle 2 zwischen
einem im Zylinderkopf 1 vorgesehenen unteren Wellenlager 3 und
einem an diesem befestigten (nicht gezeigten) oberen Wellenlager
gehaltert und durch diese Wellenlager drehbeweglich gestützt. Mehrere
untere Wellenlager 3 sind in einer Achsrichtung der Nockenwelle
in festgelegten Abständen
zueinander ausgerichtet.
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Jedes
untere Wellenlager wird von der Zylinderkopfseite aus mit Öl versorgt,
um die Kontaktstellen zwischen den unteren Wellenlagern und der
Nockenwelle zu schmieren. Es ist auch eine Ausführungstyp bekannt, bei dem
nur ein unteres Nockenlager 3 mit Öl versorgt und das Öl seinerseits
wiederum über
die Nockenwelle 2 anderen unteren Wellenlagern zugeführt wird.
Der Zylinderkopf 1 ist am Zylinderblock durch (nicht gezeigte)
Zylinderkopfschrauben befestigt, die in den Zylinderkopf 1 hineinverlaufen.
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In
den letzten Jahren sind kleinere, leichtere, dabei aber auch leistungsfähigere Motoren
gefragt. Der Bohrabstand zwischen den Zylindern wird deshalb geringer
und die Anzahl der Zylinderkopfschrauben und Ventile größer. Aus
diesem Grund befinden sich Zylinderkopfschrauben näher an den
unteren Wellenlagern
3 und somit überschneiden sich Senkbohrungen
für die
Zylinderkopfschrauben mit Lageroberflächen der unteren Wellenlager
3 im
Zylinderkopf
1. Ein entsprechender Zylinderkopftyp ist
bereits bekannt und wurde beispielsweise in den Absätzen 0006
und 0007 und
21 der veröffentlichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 8-218
836 beschrieben.
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Bei
diesem Typ wird, wie sich 6 entnehmen
lässt,
bei der Ausbildung einer Senkbohrungsfläche 4 für die Zylinderkopfschraube
im Zylinderkopf 1 ein Schneidwerkzeug von oberhalb des
Zylinderkopfs 1 auf die Höhe der Senkbohrungsfläche 4 für die Zylinderkopfschraube
herabbewegt. Bei diesem Prozess wird ein Teil der Lageroberfläche 5 dort
abgeschnitten, wo der Pfad des Schneidwerkzeugs sich mit der Lageroberfläche 5 überschneidet,
so dass eine scharfkantige Senkbohrung 6 im unteren Wellenlager 3 ausgebildet
wird.
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In 6 ist
eine obere Endfläche
des Zylinderkopfes schraffiert dargestellt. Die Ziffer 4 bezeichnet
die Oberfläche
der Senkbohrung für
die Zylinderkopfschraube, die tiefer liegt als die Lageroberfläche 5.
Die Ziffer 7 bezeichnet ein Loch, in das die Zylinderkopfschraube
eingebracht wird. Die Ziffer 8 bezeichnet ein Loch, in
dem ein Einspritzer befestigt wird. Die Ziffer 9 bezeichnet
ein Innengewinde, mit dem eine Schraube zur Befestigung des oberen
Wellenlagers in Eingriff gebracht wird. X bezeichnet ein Loch für einen
Einlass- oder Auslassventilschaft.
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Wie
sich den 7 bis 9 entnehmen lässt, ist
im übrigen
ein Verbindungsteil zwischen der Senkbohrung 6 und der
Lageroberfläche 5 so
ausgebildet, dass es eine scharfe, kreisbogenförmige Schneidkante 10 aufweist,
weil das Schneidwerkzeug einen Teil der Lageroberfläche 5 abschneidet, wenn
die Senkbohrungsoberfläche 4 durch
das Schneidwerkzeug im Zylinderkopf 1 hergestellt wird.
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Diese
Schneidkante 10 steht mit der Oberfläche der Nockenwelle 2 in
einem Winkel in Kontakt und streift dabei das Öl von der Oberfläche der
Nockenwelle 2 ab (Schneidkantenfunktion), weil sich ihr Kontaktpunkt
relativ zur Oberfläche
der Nockenwelle seinerseits in die Richtung der Breite der Lageroberfläche 5 bewegt, während sich
die Nockenwelle 2 dreht. Dies kann zu einem Ausfall der
Schmierung an der Nockenwelle 2 führen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerstruktur
für eine
Nockenwelle vorzusehen, bei der sich ein schräges Abstreifen des Öls von der
Oberfläche
der Nockenwelle durch eine Schneidkante verhindern lässt.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lagerstruktur
für eine
Nockenwelle vorzusehen, bei der sich ein Abstreifen des Öls von der
Oberfläche
der Nockenwelle in die Achsrichtung der Nockenwelle verhindern lässt.
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Darüber hinaus
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Lagerstruktur
für eine
Nockenwelle vorzusehen, bei der das von der Oberfläche der
Nockenwelle abgestreifte Öl
gesammelt werden kann.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lagerstruktur
für eine
Nockenwelle vorgesehen, enthaltend ein unteres Wellenlager zum Stützen der
Nockenwelle auf diesem Wellenlager, wobei das untere Wellenlager
mit einem Loch versehen ist, das einen Teil einer Lageroberfläche des
unteren Wellenlagers abschneidet, wobei ein Verbindungsteil zwischen
der Lageroberfläche
und dem Loch mit einer Vertiefung ausgestattet ist, die in der Lageroberfläche so ausgehöhlt ist,
dass eine Bodenfläche
der Vertiefung von der Lageroberfläche getrennt ist, und wobei
sich ein Teil einer die Vertiefung und die Lageroberfläche miteinander
verbindenden Kante in einer Richtung senkrecht zur Achse der Lageroberfläche erstreckt.
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Vorzugsweise
erstreckt sich ein verbleibender Teil der Kante entlang einer parallel
zur Achse der Lageroberfläche
verlaufenden Richtung.
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Vorzugsweise
weist die Vertiefung eine Seitenfläche auf, welche mit der Lageroberfläche verbunden
ist.
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Die
Seitenfläche
umfasst vorzugsweise eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche, wobei
die erste Seitenfläche
den Teil der Kante umfasst und sich in eine senkrecht zur Achse
der Lageroberfläche
verlaufende Richtung erstreckt, während die zweite Seitenfläche den
verbleibenden Teil der Kante umfasst und sich in eine parallel zur
Achse der Lageroberfläche
verlaufenden Richtung erstreckt.
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Die
Seitenfläche
weist wahlweise eine Auflauffläche
auf, welche die Lageroberfläche
in einem Winkel von weniger als 90° kreuzt.
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Die
Seitenfläche
weist wahlweise eine gekrümmte
Oberfläche
auf, die die Lageroberfläche tangential
kreuzt.
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Die
Vertiefung besitzt vorzugsweise eine Bodenfläche, die mit der Seitenfläche verbunden
ist
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Die
Bodenfläche
verläuft
vorzugsweise parallel zur Lageroberfläche.
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Das
Loch ist vorzugsweise in einem Bereich ausgeformt, in dem sich die
Oberfläche
der Nockenwelle nach unten bewegt.
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Das
Loch ist wahlweise eine Senkbohrung.
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Das
Loch ist wahlweise relativ zum Mittelpunkt der Breite der Lageroberfläche in Achsrichtung der
Lageroberfläche
versetzt.
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Vorzugsweise
ist die Breite der Lageroberfläche
(L1) größer als
eine Standardbreite (L2), wodurch ein Ausgleich für den Bereich
der Lageroberfläche
geschaffen wird, der durch das Vorsehen der Vertiefung verlorengeht.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lagerstruktur
für eine
Nockenwelle vorgesehen, enthaltend ein unteres Wellenlager zum Stützen der
Nockenwelle auf diesem Wellenlager, wobei das untere Wellenlager
mit einer Senkbohrung versehen ist, die einen Eckteil einer Lageroberfläche des
unteren Wellenlagers in einer kreisbogenförmigen Weise abschneidet, wobei
ein Verbindungsteil zwischen der Lageroberfläche und der Senkbohrung mit
einer in etwa dreieckigen Vertiefung ausgebildet ist, die von der
Lageroberfläche so
ausgehöhlt
wurde, dass sie von der Lageroberfläche getrennt ist, und wobei
eine Kante, die die Vertiefung und die Lageroberfläche miteinander
verbindet, eine erste Kante, die sich in eine senkrecht zur Achse der
Lageroberfläche
verlaufende Richtung erstreckt, und eine zweite Kante umfasst, die
sich in eine parallel zur Achse der Lageroberfläche verlaufende Richtung erstreckt.
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Vorzugsweise
weist die Vertiefung eine Seitenfläche auf, welche mit der Lageroberfläche verbunden
ist, und die Seitenfläche
umfasst eine erste Seitenfläche,
die die erste Kante aufweist, und eine zweite Seitenfläche, die
die zweite Kante aufweist.
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Wahlweise
weist wenigstens die erste oder die zweite Seitenfläche eine
Auflauffläche
auf, die die Lageroberfläche
in einem Winkel von weniger als 90° kreuzt.
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Wahlweise
weist wenigstens die erste oder die zweite Seitenfläche eine
gebogene Oberfläche auf,
die die Lageroberfläche
tangential kreuzt.
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Vorzugsweise
weist die Vertiefung eine Bodenfläche auf, die mit der Seitenfläche verbunden
ist.
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Die
Bodenfläche
verläuft
vorzugsweise parallel zur Lageroberfläche.
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Vorzugsweise
ist die Senkbohrung in einem Bereich ausgebildet, in dem sich die
Oberfläche
der Nockenwelle nach unten bewegt.
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Die
Senkbohrung ist wahlweise relativ zum Mittelpunkt der Breite der
Lageroberfläche
in die Achsrichtung der Lageroberfläche versetzt.
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Die
genannten und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung sowie
ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele
ergeben sich aus einer zusammenschauenden Betrachtung der Beschreibung,
der Ansprüche
und der Zeichnung.
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1A ist
eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Lagerstruktur für die Nockenwelle.
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1B ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 1B-1B der 1A.
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2 ist
eine Perspektivansicht der Lagerstruktur.
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3A–3D sind
Schnittansichten entlang der Linie 3-3 von 1A.
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4 ist
eine Perspektivansicht des Zylinderkopfes.
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5 ist
eine Perspektivansicht des Zylinderkopfes und der Nockenwelle.
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6 ist
eine Draufsicht auf den Zylinderkopf.
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7 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7 von 6.
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8A ist
eine Draufsicht auf einen herkömmlichen
Typ einer Lagerstruktur für
eine Nockenwelle.
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8B ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 8B-8B von 8A.
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9 ist
eine Perspektivansicht des herkömmlichen
Lagerstrukturtyps.
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Das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird im folgenden auf der Grundlage der
beigefügten
Zeichnung beschrieben.
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Eine
Lagerstruktur für
eine Nockenwelle gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel,
die an einem Zylinderkopf 1 eines mit einer oben liegenden Nockenwelle
ausgestatteten Motors angebracht ist, wurde unter Bezugnahme auf
die 4–7 bereits
beschrieben, so dass gleichartige Teile nicht mehr im Detail erläutert werden,
sondern in der Zeichnung mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet
sind. Wie bereits beschrieben wurde, sind in einem Zylinderkopf 1 mehrere
untere Wellenlager 3 ausgebildet und die unteren Wellenlager
sind in Achsrichtung der Einlass- und der Auslassnockenwelle in
festgelegten Abständen
zueinander ausgerichtet. In den unteren Wellenlagern 3 sind
jeweils zugehörige
Senkbohrungen 6 ausgebildet, wobei diese einen Teil der
Lageroberfläche
der unteren Wellenlager 3 abschneiden.
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Genauer
gesagt, ist die grundlegende Ausgestaltung der Lageroberfläche 5 des
unteren Wellenlagers in einer Draufsicht, wie sie in 1A gezeigt
ist, in etwa rechteckig und in einer Seitenansicht, wie sie sich 1B entnehmen
lässt,
halbkreisförmig.
Wie in 1A gezeigt ist, ist bei einer Draufsicht
auf die Lageroberfläche 5 die
Senkbohrung 6 an einem Eckteil ausgebildet. Die Senkbohrung 6 ist
an einem Bereich B ausgebildet, an dem sich die Oberfläche der
Nockenwelle nach unten bewegt, und an einem Ende der Lageroberfläche 5 in Richtung
der Breite (L1) dieser Fläche
positioniert. Die Senkbohrung 6 ist relativ zu einem Mittelpunkt
C5 der Breite L1 der Lageroberfläche 5 in
Achsrichtung der Lageroberfläche 5 um
die Länge
S versetzt.
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Wie
sich ebenfalls 2 entnehmen lässt, ist
eine Vertiefung 11 in dem Verbindungsteil zwischen der
Senkbohrung 6 und der Lageroberfläche 5 ausgebildet.
Die Vertiefung 11 ist von der Lageroberfläche 5 weg
so ausgehöhlt,
dass eine Bodenfläche 16 der
Vertiefung 11 von der Lageroberfläche 5 oder der Oberfläche der
Nockenwelle 2 getrennt ist. Die Vertiefung 11 ist
parallel zur Lageroberfläche 5 (d.h. zur
Oberfläche
der Nockenwelle 2) mit einer Länge von mehreren mm (beispielsweise
etwa 1 mm) nach unten abgesetzt. Ein Teil einer die Vertiefung 6 und die
Lageroberfläche 5 miteinander
verbindenden Kante umfasst eine erste Kante 11a, die sich
in eine senkrecht zur Achse der Lageroberfläche O5 verlaufende Richtung
(oder in eine Drehrichtung A der Nockenwelle 2) erstreckt.
Ein restlicher Teil der Kante umfasst eine zweite Kante 11b,
die sich in eine parallel zur Achse der Lageroberfläche O5 verlaufende Richtung
(oder in eine Richtung senkrecht zur Drehachse A der Nockenwelle 2)
erstreckt.
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Wie
sich 1A entnehmen lässt,
ist die Vertiefung 11 so ausgestaltet, dass sie ein etwa rechtwinkliges
Dreieck bildet. Wie sich den 2 und 3A–3C im
Detail entnehmen lässt,
weist die Vertiefung 11 eine Seitenfläche 15, die mit der
Lageroberfläche 5 verbunden
ist und eine vertikale Länge
besitzt, und die Bodenfläche 16 auf,
die mit der Seitenfläche 15 verbunden
ist und parallel zur Lageroberfläche 5 verläuft. Die
Seitenfläche 15 umfasst eine
erste Seitenfläche 15a,
die die erste Kante 11a aufweist, eine zweite Seitenfläche 15b,
die die zweite Kante 11b aufweist, und eine gebogene Seitenfläche 19,
die die erste Seitenfläche 15a mit
der zweiten Seitenfläche 15b verbindet.
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Die 3A–3D zeigen
zwar charakteristische Schnittansichten rund um die zweite Seitenfläche 15b;
dieselben Strukturen finden sich aber auch jeweils rund um die erste
Seitenfläche 15a.
Wie sich 3A entnehmen lässt, kann
es ich bei der ersten Seitenfläche 15a und/oder
der zweiten Seitenfläche 15b einfach
um eine flache Ebene handeln, die senkrecht zur Lageroberfläche 5 verläuft. Wahlweise
können
die erste Seitenfläche 15a und/oder die
zweiten Seitenfläche 15b eine
Auflauffläche 17 aufweisen,
die die Lageroberfläche 5 in
einem Winkel θ von
weniger als 90° zur
Lageroberfläche 5 schneidet,
wie sich dies den 3B und 3C entnehmen
lässt.
Wie in 3B gezeigt ist, kann die Auflauffläche 17 an
der gesamten ersten Seitenfläche 15a und/oder
der gesamten zweiten Seitenfläche 15b vorgesehen
sein. Stattdessen kann die Auflauffläche 17 auch, wie in 3C gezeigt,
nur am oberen Teil der ersten Seitenfläche 15a und/oder der
zweiten Seitenfläche 15b ausgebildet
sein. In diesem Fall wird die Auflauffläche 17 durch ein Abschrägen erzeugt.
Wie sich 3D entnehmen lässt, können die erste
Seitenfläche 15a und/oder
die zweite Seitenfläche 15b eine
gebogene Oberfläche 18 aufweisen,
die die Lageroberfläche 5 tangential
kreuzt. Die gebogene Oberfläche 18 kann
entweder an der gesamten ersten Seitenfläche 15a und/oder der
zweiten Seitenfläche 15b oder
nur am oberen Teil dieser Seitenfläche(n) ausgebildet sein.
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Eine
Funktion des bevorzugten Ausführungsbeispiels
wird im folgenden beschrieben.
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Wie
sich aus den 1A, 1B und 2 ergibt,
wird die Nockenwelle 2 so gehaltert, dass sie durch das
untere Wellenlager 3 und das darauf befestigte (nicht dargestellte)
obere Wellenlager gestützt
wird. Im Betrieb dreht sich die Nockenwelle 2 in Richtung
des Pfeils A.
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Wenn
sich die Nockenwelle 2 dreht, so nähert sich das an der Oberfläche der
Nockenwelle 2 anhaftende Öl zunächst der ersten Kante 11a der Vertiefung 11.
Hier streift die erste Kante 11a das Öl nicht von der Oberfläche der
Nockenwelle 2 in Richtung der Breite der Lageroberfläche 5 (oder
der Achsrichtung der Nockenwelle 2) ab, weil die erste
Kante 11a sich in eine senkrecht zur Achse der Lageroberfläche O5 verlaufende
Richtung (oder entlang der Drehrichtung der Nockenwelle A) erstreckt.
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Daraufhin
nähert
sich das an der Oberfläche der
Nockenwelle 2 anhaftende Öl der zweiten Kante 11b der
Vertiefung 11, während
sich die Nockenwelle 2 dreht. Hier streift die zweite Kante 11b das Öl von der
Oberfläche
der Nockenwelle 2 ab, weil sich die zweite Kante 11b in
eine parallel zur Achse der Lageroberfläche O5 verlaufende Richtung
erstreckt. Allerdings streift die zweite Kante 11b das Öl nicht schräg zur Richtung
der Breite der Lageroberfläche 5 hin
ab, wie dies bei dem in den 8A, 8B und 9 gezeigten
herkömmlichen
Typ der Struktur der Fall ist, sondern sie streift das Öl nach unten
hin ab. Dementsprechend wird das abgestreifte Öl, auch unter Einwirkung der
Schwerkraft, zunächst
von der Vertiefung 11 aufgenommen. Hierdurch wird die Schmierungsleistung
sichergestellt.
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Genauer
gesagt, ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel keine Schneidkante
vorhanden, die scharf und bogenförmig
gestaltet ist, wie dies bei dem herkömmlichen in den 8A, 8B und 9 gezeigten
Typ der Fall ist, so dass das Öl
nicht von der Oberfläche
der Nockenwelle durch eine Schneidkantenwirkung abgestreift wird.
Der Begriff „Schneidkantenwirkung" bezieht sich dabei
auf eine Operation, bei der das an der Oberfläche der Welle anhaftende Öl schräg abgestreift
wird, wobei sich ein Kontaktpunkt relativ zur Oberfläche der
Welle 2 nach und nach in Richtung der Breite der Lageroberfläche 5 bewegt,
während
sich die Welle 2 dreht.
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Sodann
wird das von der zweiten Kante 11b nach unten abgestreifte Öl auch aufgrund
der Schwerkraftwirkung zunächst
von der Vertiefung 11 aufgenommen, weil auf das Öl keine
Beschleunigungskraft in die Richtung der Breite einwirkt. Das aufgenommene Öl haftet
sodann nach und nach an der Oberfläche der Nockenwelle 2 an
und wird durch die Nockenwelle 2 aus der Vertiefung 11 herausgezogen,
wenn diese sich nach oben dreht. Hierdurch verbessert sich die Schmierung
der Kontaktfläche
zwischen der Nockenwelle 2 und der Lageroberfläche 5.
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Bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
die das Öl
abstreifende zweite Kante 11b im übrigen entlang einer parallel
zur Achse der Lageroberfläche
O5 verlaufenden Richtung ausgebildet. Somit ist die Länge, die
als Abstreifelement der zweiten Kante 11b wirkt, geringer
als die Länge
der Schneidkante 10 bei dem in den 8A, 8B und 9 gezeigten
herkömmlichen
Typ, bei dem die Kante schräg
zur Achse O5 verläuft
und gebogen ist. Dementsprechend ist die Menge des bei dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
abgestreiften Öls
geringer als bei dem herkömmlichen
Ausführungstyp.
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Was
die Lagerstruktur des bevorzugten Ausführungsbeispiels betrifft, so
wird im übrigen
beim Eindrücken
der Vertiefung 11 in das untere Wellenlager 3 die
Fläche
des Lagers, die mit der Oberfläche der
Nockenwelle 2 in Kontakt steht, an dem Bereich der Vertiefung 11 im
Vergleich zur Lageroberfläche beim
herkömmlichen
Ausführungstyp
ohne Vertiefung 11 verringert. Hierdurch erhöht sich
der Lagerdruck. Daher wird beim bevorzugten Ausführungsbeispiel die Breite der
Lageroberfläche
L1 größer gewählt als
beim herkömmlichen
Ausführungstyp,
so dass die durch das Vorsehen der Vertiefung 11 verlorene
Fläche
kompensiert wird, um so sicherzustellen, dass sich der Umfang des
Lagerdrucks nicht verändert.
Dies bedeutet, dass eine Breite L1 einer Rippe 12 (1A),
die beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
zusammen mit der Lageroberfläche 5 ausgebildet
ist, größer ist
als die Standardbreite L2 der Rippe 12 (8A)
beim herkömmlichen
Ausführungstyp.
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Wie
bereits beschrieben wurde, ist es gemäß der Lagerstruktur der vorliegenden
Erfindung möglich,
ein Abstreifen des Öls
durch die Schneidkante zu verhindern.
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Die
Art des die Lageroberfläche
anschneidenden Loches ist im Hinblick auf die Bedeutung der vorliegenden
Erfindung nicht wichtig. Neben der beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
gezeigten Senkbohrung 6 kann beispielsweise auch ein einfaches
Bolzenloch oder ein Versenkloch Verwendung finden.
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Die
Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele
beschrieben. Natürlich
kann ein Fachmann auf diesem Gebiet aber verschiedene offensichtliche Änderungen
vornehmen und Elemente der Erfindung können durch gleichwertige Elemente
ersetzt werden, ohne dass hierdurch die grundlegende Reichweite
der vorliegenden Erfindung überschritten
würde.
Die Erfindung soll also nicht durch die speziellen, offenbarten Ausführungsbeispiele
eingeschränkt
werden, sondern sie umfasst alle Ausführungsbeispiele, die in die Reichweite
der beigefügten
Ansprüche
fallen.