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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb, der mindestens eine Grundnockenwelle aufweist, auf der drehfest und axial verlagerbar mindestens ein Nockenträger vorgesehen ist, wobei der Grundnockenwelle eine Rasteinrichtung zugeordnet ist, die mit einer dem Nockenträger zugeordneten Rastausnehmung zum Erzeugen einer axialen Haltekraft zusammenwirkt, und wobei die Grundnockenwelle einen wenigstens bereichsweise in einem teilbaren Lager, insbesondere Gleitlager, angeordneten Lagersitz aufweist.
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Der Ventiltrieb der eingangs genannten Art wird für Brennkraftmaschinen eingesetzt, bei welchen das Arbeitsspiel von Gaswechselventilen einzelner Zylinder oder aller Zylinder der Brennkraftmaschine zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften beeinflusst werden soll. Der mindestens eine Nockenträger, welcher auch als Nockenstück bezeichnet werden kann, ist drehfest und axial verlagerbar auf der Grundnockenwelle angeordnet. Dem Nockenträger sind üblicherweise mehrere, also zumindest zwei, Ventilbetätigungsnocken zugeordnet. Jeder dieser Ventilbetätigungsnocken weist eine Exzentrizität auf, welcher der Betätigung eines der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine bei einer bestimmten Drehwinkelposition der Grundnockenwelle dient. Die Ventilbetätigungsnocken laufen demnach gemeinsam mit der Grundnockenwelle um, sodass das jeweilige Gaswechselventil der Brennkraftmaschine zumindest einmal pro Umdrehung der Grundnockenwelle von dem jeweils zugeordneten Ventilbetätigungsnocken beziehungsweise dessen Exzentrizität betätigt wird. Der Ventilbetätigungsnocken wirkt dazu vorzugsweise mit einem Rollenschlepphebel eines Gaswechselventils zusammen, indem er mit diesem in Anlagekontakt tritt.
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Vorzugsweise sind mehrere Ventilbetätigungsnocken vorgesehen, welche unterschiedlichen Nockengruppen zugeordnet sein können. Die Ventilbetätigungsnocken einer Nockengruppe unterscheiden sich nun beispielsweise hinsichtlich der Winkellage ihrer Exzentrizität und/oder der Erstreckung derselben in radialer Richtung (Höhe) und/oder in Umfangsrichtung (Länge). Durch das axiale Verlagern des Nockenträgers kann dieser in wenigstens zwei Axialpositionen, beispielsweise in eine erste und eine zweite Axialposition, gebracht werden. In der ersten Axialposition wird das Gaswechselventil von einem ersten der Ventilbetätigungsnocken und in der zweiten von einem zweiten der Ventilbetätigungsnocken betätigt, welche derselben Nockengruppe zugeordnet sind. Durch das Verlagern des Nockenträgers können somit insbesondere der Öffnungszeitpunkt, die Öffnungsdauer und/oder der Hub des Gaswechselventils, insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, ausgewählt werden. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Ventilbetätigungsnocken pro Nockengruppe und eine entsprechende Anzahl von Axialpositionen vorgesehen sein.
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Das Verlagern des Nockenträgers in axialer Richtung erfolgt beispielsweise mit Hilfe einer Stelleinrichtung, die eine Schaltkulisse an dem Nockenträger und einen ortsfest angeordneten Aktuator, üblicherweise an einem Gehäuse der Brennkraftmaschine, insbesondere an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, umfasst. Der Aktuator verfügt beispielsweise über einen ausfahrbaren Mitnehmer, der sich mit einer, insbesondere schrauben- oder spiralförmigen, Kulissenbahn beziehungsweise Verschiebenut der Schaltkulisse in Eingriff bringen lässt. Die Kulissenbahn ist an der Schaltkulisse vorgesehen, welche dem Nockenträger zugeordnet ist. Beispielsweise liegt die Schaltkulisse an dem Nockenträger vor oder ist mit diesem zum axialen Verlagern zumindest wirkverbunden. Die Kulissenbahn ist vorzugsweise als Radialnut ausgebildet, welche den Umfang der Schaltkulisse durchgreift, also randoffen in dieser ausgebildet ist. Die Schaltkulisse weist insoweit wenigstens eine Kulissenbahn auf, in welche der Mitnehmer des Aktuators zum Verlagern des Nockenträgers einbringbar ist. Die momentane Position des Nockenträgers kann als Istposition und eine gewünschte Position als Sollposition bezeichnet werden. Die Sollposition wird aus den möglichen Axialpositionen des Nockenträgers ausgewählt. Nachfolgend wird der Aktuator derart betätigt beziehungsweise angesteuert, dass der Nockenträger in Richtung der Sollposition verlagert wird, sodass im Anschluss an das Verlagern die Istposition mit der Sollposition übereinstimmt.
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Um den Nockenträger in der momentanen Istposition zu halten, wenn das Verlagern nicht durchgeführt werden soll und die Istposition mit der Sollposition übereinstimmt, ist die Rasteinrichtung vorgesehen. Diese wirkt mit der Rastausnehmung zum Halten des Nockenträgers zusammen, beispielsweise indem sie in die Rastausnehmung wenigstens bereichsweise eingreift. Die Rasteinrichtung ist dabei üblicherweise der Grundnockenwelle zugeordnet beziehungsweise an dieser befestigt oder gelagert. Die Rastausnehmung ist dagegen dem Nockenträger zugeordnet, insbesondere an diesem ausgebildet. Durch das Zusammenwirken der Rasteinrichtung mit der Rastausnehmung wird die axiale Haltekraft erzeugt, welche einer Verlagerung des Nockenträgers entgegenwirkt. Vorzugsweise ist jeder der Axialpositionen eine derartige Rastausnehmung zugeordnet, so dass die Rasteinrichtung durch das Zusammenwirken mit der Rastausnehmung dem Nockenträger in der momentan vorliegenden Axialposition beziehungsweise Istposition hält. Nur durch Aufbringen einer ausreichenden Stellkraft in axialer Richtung, insbesondere mit Hilfe der Stelleinrichtung, kann mithin das Verlagern des Nockenträgers erfolgreich durchgeführt werden.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Ventiltrieben für Brennkraftmaschinen, wie sie beispielsweise in der
DE 10 2010 022 709 A1 beschrieben sind, ist die Rastausnehmung im Längsschnitt gesehen oval. Die Berandung der Rastausnehmung weist also im Längsschnitt gesehen in axialer Richtung stets eine von Null verschiede Krümmung auf, welche sich über die gesamte Randerstreckung kontinuierlich ändert.
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Eine derartige Form der Rastausnehmung ist vor allem aufgrund der Wärmeausdehnung der Grundnockenwelle notwendig, um ein sicheres Halten des Nockenträgers zu gewährleisten. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das Gehäuse der Brennkraftmaschine beziehungsweise der Zylinderkopf, an welchem der Aktuator befestigt ist, aus einem Material besteht, das von dem Material der Grundnockenwelle verschieden ist oder zumindest einen abweichenden Wärmeausdehnungskoeffizient aufweist. Beispielsweise besteht das Gehäuse aus Aluminium und die Grundnockenwelle aus Stahl.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine vorzustellen, bei welcher ein im Vergleich zum Stand der Technik kürzer bauender Nockenträger und mithin ein Ventiltrieb mit geringerem Platzbedarf, insbesondere in axialer Richtung, realisiert ist.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Rastausnehmung in zumindest einer Raststellung des Nockenträgers an wenigstens zwei voneinander beabstandeten Kontaktstellen an einem Rastelement der Rasteinrichtung anliegt, dass das Lager einen Lagerring aufweist, der in radialer Richtung sowohl in eine Wellenausnehmung der Grundnockenwelle als auch in eine Lagerausnehmung des Lagers eingreift, und dass der Lagersitz in axialer Richtung benachbart zu einem Zylinder der Brennkraftmaschine, insbesondere zwischen zwei Zylindern der Brennkraftmaschine, angeordnet ist.
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Bei der im Längsschnitt oval ausgestalteten Rastausnehmung liegt das beispielsweise als Kugel ausgebildete Rastelement stets lediglich an einer Kontaktstelle auf. Entsprechend ist die Haltekraft in axialer Richtung zumindest innerhalb eines gewissen Spiels des Nockenträgers begrenzt. Er kann also innerhalb dieses Spiels mit einer vergleichsweise geringen Kraft verlagert werden, ohne dass das Rastelement aus der Rastausnehmung heraus gelangt. Auf diese Weise wird der Effekt der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen von Gehäuse und Grundnockenwelle teilweise ausgeglichen, sodass weiterhin ein sicheres Halten möglich ist.
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Dagegen ist es nun vorgesehen, dass das Rastelement an zumindest zwei in axialer Richtung voneinander beabstandeten Kontaktstellen mit einem Grund beziehungsweise der Berandung der Rastausnehmung in Berührkontakt tritt. Entsprechend wird das Rastelement und mithin der Nockenträger in axialer Richtung bei gleicher Haltekraft mit deutlich verringertem Spiel gehalten als bei der ovalen Ausgestaltung. Die Kontaktstellen können Bestandteil desselben Kontaktbereichs sein, der sich vorzugsweise in axialer Richtung erstreckt und in dem das Kontaktelement an dem Grund beziehungsweise der Berandung anliegt. Bevorzugt liegen die Kontaktstellen jedoch nicht in demselben Kontaktbereich. Mit Bezug auf einen Mittelpunkt des, beispielsweise kugelförmigen, Rastelements sind die Kontaktstellen in axialer Richtung vorzugsweise um mindestens 1°, mindestens 2,5°, mindestens 5°, mindestens 10°, mindestens 15°, mindestens 20°, mindestens 25°, mindestens 30°, mindestens 35°, mindestens 40° oder mindestens 45° voneinander beabstandet.
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Die Rastausnehmung kann in Umfangsrichtung durchgehend ausgeführt sein. Alternativ kann selbstverständlich die Rastausnehmung lediglich im Bereiche der Rasteinrichtung beziehungsweise eines der Rasteinrichtung zugeordneten Rastelements angeordnet sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Grundnockenwelle einen wenigstens bereichsweise in einem teilbaren Lager, insbesondere Gleitlager, angeordneten Lagersitz aufweist. Die Grundnockenwelle ist mit Hilfe des wenigstens einen Lagers drehbar gelagert. Die Lagerung kann dabei an der Brennkraftmaschine, insbesondere an einem Gehäuse der Brennkraftmaschine, beispielsweise an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, vorgesehen sein. Das Lager ist teilbar ausgebildet, besteht also aus mehreren Lagerteilen, insbesondere einem ersten und einem zweiten Lagerteil, welche die Grundnockenwelle im Bereich des Lagersitzes zwischen sich aufnehmen. Dabei liegt die Grundnockenwelle beispielweise in einer von dem Lager aufgenommenen Lagerbuche beziehungsweise Lagerschale ein, welche ebenfalls teilbar ausgebildet sein kann.
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Alternativ sitzt die Grundnockenwelle unmittelbar in dem teilbaren Lager, steht also in Berührkontakt beziehungsweise Gleitkontakt zu den Lagerteilen, ohne dass ein Lagerring vorgesehen ist. Das Lager ist besonders bevorzugt als Gleitlager ausgebildet. Das Lager nimmt den Lagersitz der Grundnockenwelle wenigstens bereichsweise auf. Der Lagersitz ist also ein Bereich der Grundnockenwelle, insbesondere ein Bereich eines Außenumfangs der Grundnockenwelle, welcher nach einer Montage in axialer Richtung zumindest teilweise in dem Lager vorliegt.
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Es kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass der Lagersitz in axialer Richtung benachbart zu einem Zylinder der Brennkraftmaschine, insbesondere zwischen zwei Zylinder der Brennkraftmaschine, angeordnet ist. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschinen ist der Lagersitz der Grundnockenwelle üblicherweise in axialer Richtung überlappend mit dem Zylinder der Brennkraftmaschine angeordnet. Insbesondere ist dabei ein mittiges Anordnen von Lagersitz und Zylinder in axialer Richtung vorgesehen. Dagegen soll nun der Lagersitz in axialer Richtung versetzt zu dem Zylinder angeordnet sein, also beispielsweise in axialer Richtung benachbart zu diesem. Besonders bevorzugt ist er jedoch zwischen zwei Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnet, insbesondere mittig zwischen den beiden Zylindern. Auf diese Weise kann eine besonders platzsparende Anordnung des Lagers der Grundnockenwelle erzielt werden.
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Vorzugsweise ist ein Lagerring vorgesehen, der in radialer Richtung sowohl in eine Wellenausnehmung der Grundnockenwelle als in eine Lagerausnehmung des Lagers eingreift. Vorzugsweise soll die Grundnockenwelle sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung bezüglich ihrer Drehachse gelagert sein. Zu diesem Zweck sind bei bekannten Ventiltrieben beispielsweise Radialvorsprünge an der Grundnockenwelle vorgesehen, welche mit einem Gegenelement zum Halten der Grundnockenwelle in axialer Richtung zusammenwirken, das an der Brennkraftmaschine ortsfest befestigt ist. Ein derartiger Radialvorsprung erschwert jedoch das Aufbringen der Nockenträger, welche üblicherweise über eine Innenverzahnung verfügen, die mit einer Außenverzahnung der Grundnockenwelle zum drehfesten Halten des Nockenträgers an der Grundnockenwelle zusammenwirkt, wobei die axiale Verlagerbarkeit sichergestellt ist. Zudem benötigen der Radialvorsprung und das Gegenelement Bauraum in axialer Richtung, der beispielsweise zu Lasten der Nockenträger geht.
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Entsprechend kann, um eine besonders einfache Montage des wenigstens eine Nockenträgers auf der Grundnockenwelle zu ermöglichen und zudem den Bauraum des Nockenträgers zu verringern, der Lagerring vorgesehen sein. Das Lager ist insoweit sowohl als Radiallager als auch als Axiallager ausgebildet, dient also dem Halten der Grundnockenwelle sowohl in radialer als auch in axialer Richtung. Entsprechend ist kein zusätzliches Axiallager notwendig. Vielmehr wird der Einsatzbereich eines bereits bestehenden Radiallagers auf den eines Axiallagers erweitert. Besonders bevorzugt ist kein reines Axiallager zur Lagerung der Grundnockenwelle vorgesehen. Der Lagerring umgreift die Grundnockenwelle in Umfangsrichtung wenigstens bereichsweise. Dabei liegt er sowohl in der Wellenausnehmung der Grundnockenwelle als auch der Lagerausnehmung des Lagers vor. Die Wellenausnehmung ist bevorzugt über den gesamten Umfang der Grundnockenwelle ausgebildet, um eine mechanische Schwächung beziehungsweise eine ungleichmäßige Ausgestaltung zu vermeiden.
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Die bevorzugte Anordnung des Lagersitzes benachbart zu dem Zylinder der Brennkraftmaschine beziehungsweise seine Anordnung zwischen zwei Zylindern, ermöglicht es die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen von Grundnockenwelle und dem Gehäuse, insbesondere dem Zylinderkopf, auf einfache Art und Weise zu kompensieren. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das den Lagerring aufweisende Lager, insbesondere nur dieses, wie beschrieben angeordnet ist. In diesem Fall ist bevorzugt nur einem einzigen Lager der Lagerring zugeordnet. Besonders vorteilhaft ist dieses Lager in axialer Richtung mittig oder in etwa mittig an dem Gehäuse, also beispielsweise dem Zylinderkopf, befestigt.
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Mit Hilfe der vorstehend genannten Merkmale, insbesondere einer Kombination von mehreren dieser Merkmale, besonders bevorzugt aller dieser Merkmale, kann ein besonders klein bauender Ventiltrieb erzielt werden. Insbesondere wird die spezielle Ausgestaltung der Rastausnehmung durch die weiteren Merkmale erst ermöglicht. Vor allem durch die Lagerung mit Hilfe des den Lagerring aufweisenden Lagers ist die spezielle Ausgestaltung der Rastausnehmung realisierbar. Besonders bevorzugt ist dabei das Lager, welches den Lagerring aufweist, in axialer Richtung mittig an der Grundnockenwelle vorgesehen beziehungsweise stellt ein mittleres Lager dar, welchem auf jeder Seite dieselbe Anzahl weiterer Lager zugeordnet ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Rastausnehmung im Längsschnitt gesehen V-förmig, rund oder rechteckig ist. Grundsätzlich soll die Rastausnehmung im Querschnitt nicht oval sein, sondern eine der genannten Formen aufweisen. Unter der V-Form ist bevorzugt zu verstehen, dass die Rastausnehmung – wiederum im Längsschnitt gesehen – zumindest bereichsweise von zwei gegenüberliegenden, gegeneinander angewinkelten geraden Linien begrenzt ist. Die geraden Linien weisen dabei eine Krümmung von Null auf. Bevorzugt sind die beiden Linien bezüglich einer Drehachse der Grundnockenwelle um denselben Winkel angewinkelt. Selbstverständlich können jedoch auch unterschiedliche Winkel vorgesehen sein. Die geraden Linien gehen bevorzugt von derselben ersten Position in radialer Richtung aus und erstrecken sich bis hin zu derselben zweiten Position in radialer Richtung, die weiter außenliegend vorliegt. An einem Scheitelpunkt der Rastausnehmung kann eine Verbindung zwischen den beiden geraden Linien durch eine beliebig gestaltete Kurve hergestellt sein. Diese Kurve verläuft beispielsweise entlang eines Teilkreises. Alternativ kann sie auch als gerade Linie vorliegen, welche parallel zu der Drehachse der Grundnockenwelle angeordnet ist, sodass die Rastausnehmung im Wesentlichen die Form eines abgeschnittenen V aufweist. Bedingt durch die V-förmige Ausgestaltung der Rastausnehmung weist diese eine geringere Erstreckung in axialer Richtung auf als dies für die aus dem Stand der Technik bekannten Rastausnehmungen mit gekrümmtem Verlauf der sie begrenzenden Linie der Fall ist. Entsprechend kann auch der Nockenträger in axialer Richtung deutlich kleiner ausfallen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rastelement der Rasteinrichtung in radialer Richtung nach außen mit einer Federkraft beaufschlagt ist, wobei das Rastelement und ein die Federkraft bewirkendes Federelement zumindest bereichsweise in einem Führungsteil angeordnet sind, dass in der Grundnockenwelle aufgenommen ist. Das Rastelement greift zum Erzeugen der axialen Haltekraft in die Rastausnehmung wenigstens bereichsweise ein. Es liegt beispielsweise in Form einer Kugel vor. Zusätzlich ist das Federelement vorgesehen, welches das Rastelement mit einer in radialer Richtung nach außen gerichteten Federkraft beaufschlagt. Bedingt durch diese Federkraft wird das Rastelement in die Rastausnehmung hineingedrängt. Die Federkraft ist dabei jedoch derart bemessen, dass bei einer beabsichtigten Verlagerung des Nockenträgers das Rastelement aus der Rastausnehmung herausgedrängt wird, sodass die Verlagerung durchgeführt werden kann. Erreicht der Nockenträger nach der Verlagerung seine gewünschte Istposition, so greift das Rastelement in die dieser Istposition zugeordnete Rastausnehmung ein.
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Zumindest das Federelement, besonders bevorzugt jedoch auch wenigstens bereichsweise das Rastelement, ist in dem Führungsteil aufgenommen. Das Führungsteil sorgt für eine Führung des Rastelements und des Federelements in radialer Richtung, verhindert also insbesondere eine Verlagerung in axialer Richtung beziehungsweise ein Ausknicken des Federelements. Entsprechend weist bevorzugt eine Führungsausnehmung des Führungsteils Innenabmessungen auf, welche den Außenabmessungen des Federelements zumindest näherungsweise entsprechen oder allenfalls geringfügig größer sind. Das Führungsteil ist in der Grundnockenwelle aufgenommen. Dabei weist die Grundnockenwelle beispielsweise eine Führungsöffnung auf, welche die Grundnockenwelle wenigstens bereichsweise in radialer Richtung durchgreift. Ist die Grundnockenwelle als Hohlwelle ausgebildet, so durchgreift die Führungsöffnung einer Wandung der Grundnockenwelle in radialer Richtung auf einer Seite vollständig. Auf der der Führungsöffnung gegenüberliegenden Seite der Grundnockenwelle ist dagegen beispielsweise lediglich ein Sitz für das Führungsteil ausgebildet, welche ausgehend von einem zentralen Hohlraum der Grundnockenwelle die Wand lediglich bereichsweise durchgreift. beispielsweise ist das Führungsteil in der Führungsöffnung und/oder dem Sitz durch Ausbildung einer Presspassung klemmend gehalten.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Nockenträger in wenigstens einer Axialposition in axialer Richtung unmittelbar benachbart zu dem Lager angeordnet ist oder dieses in axialer Richtung zumindest bereichsweise übergreift. Wie bereits eingangs erläutert, kann der Nockenträger zwischen mehreren Axialpositionen verlagert werden. Um den Bauraum des Ventiltriebs in axialer Richtung zu verkleinern, ist es nun vorgesehen, dass der Nockenträger in wenigstens einer dieser Axialpositionen in axialer Richtung unmittelbar an das Lager angrenzt beziehungsweise sogar mit diesem überlappt beziehungsweise in dieses eingreift. Dies ist mit der aus dem Stand der Technik bekannten Konfiguration nicht möglich, weil hier stets das Gegenelement notwendig ist, welches mit dem Radialvorsprung zusammenwirkt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass beidseitig des Lagers jeweils ein Nockenträger angeordnet ist. Beispielsweise liegt das Lager beziehungsweise der Lagersitz in axialer Richtung gesehen in etwa in der Mitte der Grundnockenwelle. Üblicherweise ist nun jedem Zylinder der Brennkraftmaschine wenigstens ein Nockenträger zugeordnet, sodass insgesamt mehrere Nockenträger auf der Grundnockenwelle angeordnet sind. Diese Nockenträger sollen nun beidseitig des Lagers auf der Grundnockenwelle vorliegen. Besonders bevorzugt sind sie dabei gemäß den vorstehenden Ausführungen anordenbar. Entsprechend liegen beide Nockenträger in jeweils wenigstens einer Axialposition unmittelbar benachbart zu dem Lager vor beziehungsweise grenzen an dieses an oder übergreifen wenigstens einen Bereich des Lagers sogar beziehungsweise greifen in den Bereich des Lagers ein.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Grundnockenwelle nur mittels des Lagers und zumindest eines Radiallagers gelagert ist. Neben dem Lager ist also lediglich das wenigstens eine Radiallager vorgesehen, um die Grundnockenwelle drehbar bezüglich der Brennkraftmaschine zu lagern. Es kann jedoch vorgesehen sein, dass mehrere der erfindungsgemäßen Lager vorliegen. In jedem Fall ist jedoch bevorzugt kein reines Axiallager der Grundnockenwelle zugeordnet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Lagerring bezüglich der Grundnockenwelle gegen Verdrehen gesichert ist, insbesondere mittels eines Sicherungsvorsprungs, der in eine Sicherungsvertiefung der Grundnockenwelle eingreift. Es ist also vorgesehen, dass der Lagerring gemeinsam mit der Grundnockenwelle umläuft beziehungsweise drehfest mit ihr verbunden ist. Insoweit soll er bezüglich des Lagers und mithin in der Lagerausnehmung drehbar angeordnet sein. Um den Lagerring in Umfangsrichtung gegenüber der Grundnockenwelle festzusetzen, ist beispielsweise der Sicherungsvorsprung vorgesehen, der Teil des Lagerrings ist und sich in radialer Richtung nach innen erstreckt. Dabei greift der Sicherungsvorsprung in die Sicherungsvertiefung ein, welche in der Grundnockenwelle ausgebildet ist. Die Sicherungsvertiefung weist dabei in Umfangsrichtung dieselben oder zumindest in etwa dieselben Abmessungen auf wie der Sicherungsvorsprung, sodass nachfolgend des Eingreifens keine Verlagerung des Lagerrings bezüglich der Grundnockenwelle in Umfangsrichtung mehr möglich ist.
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Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Sicherungsvertiefung einen Grund der Wellenausnehmung durchgreift. Wie bereits ausgeführt, liegt der Lagerring in der Wellenausnehmung vor und mithin wenigstens bereichsweise auf dem Grund der Wellenausnehmung auf. Es ist nun vorgesehen, dass die Sicherungsvertiefung von der Wellenausnehmung ausgeht, mithin also in diese einmündet. Dabei durchgreift die Sicherungsvertiefung den Grund der Wellenausnehmung. Zusätzlich kann er in axialer Richtung größere Abmessungen aufweisen, also größer sein, als die Wellenausnehmung.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
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1 eine erste Ansicht eines Bereichs einer Brennkraftmaschine, welche einen Ventiltrieb aufweist,
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2 einen Längsschnitt durch eine Nockenwelle des Ventiltriebs,
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3 eine Detaillängsschnittansicht der aus der 2 bekannten Nockenwelle im Bereich eines Nockenträgers,
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4 die Nockenwelle des Ventiltriebs der Brennkraftmaschine, die eine Grundnockenwelle und mehrere Nockenträger aufweist und mittels eines Lagers bezüglich der Brennkraftmaschine drehbar gelagert ist,
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5 einen Lagerring, welcher nach seiner Montage in eine Wellenausnehmung der Grundnockenwelle und in eine Lagerausnehmung des Lagers eingreift,
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6 eine Detailansicht eines Bereichs der Nockenwelle, in welcher die Wellenausnehmung mit dem darin angeordneten Lagerring zu erkennen ist,
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7 eine Schnittdarstellung eines Bereichs der Nockenwelle, wobei wiederum der Lagerring erkennbar ist, der in der Wellenausnehmung der Grundnockenwelle und in einer Lagerausnehmung des Lagers angeordnet ist, und
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8 eine Detailansicht der Nockenwelle, wobei ein Sicherungsvorsprung des Lagerrings erkennbar ist, der in eine Sicherungsvertiefung der Grundnockenwelle eingreift.
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Die 1 zeigt einen Bereich einer Brennkraftmaschine 1, genauer gesagt eines Zylinderkopfs 2 der Brennkraftmaschine 1. Die Brennkraftmaschine 1 weist in dem Zylinderkopf 2 einen Ventiltrieb 3 auf, welcher in der hier dargestellten Ausführungsform 2 Nockenwellen 4 und 5 aufweist. Jede der Nockenwellen 4 und 5 besteht aus einer Grundnockenwelle 6 und mehrere Nockenträgern 7. In der hier dargestellten Ausführungsform sind jeweils acht Nockenträger 7 vorgesehen. Jeweils zwei dieser Nockenträger 7 ist eine Schaltkulisse 8 zugeordnet, welche zwischen den beiden Nockenträgern 7 vorliegt und beispielsweise einstückig mit diesen ausgebildet ist. Die Nockenträger 7 sowie die Schaltkulissen 8 sind drehfest, jedoch axial verlagerbar auf der Grundnockenwelle 6 angeordnet. Das axiale Verlagern wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Aktuators durchgeführt, der einen Mitnehmer aufweist, der in eine nicht näher gekennzeichnete Verschiebenut der Schaltkulissen 8 einbringbar ist. Üblicherweise ist jeder Schaltkulisse 8 ein derartiger Aktuator zugeordnet. Entsprechend können die Schaltkulissen 8 und der diesen jeweils zugeordnete Nockenträger 7 unabhängig voneinander auf der Grundnockenwelle 6 verlagert werden. Die drehfeste Anordnung der Nockenträger 7 und der Schaltkulissen 8 auf der Grundnockenwelle 6 wird mit Hilfe von Außenverzahnungen der Grundnockenwelle 6 sowie Innenverzahnungen der Nockenträger 7 und/oder der Schaltkulissen 8 realisiert. An den Nockenwellen 4 und 5 ist jeweils ein Teil eines Getriebes 9 angeordnet, über welches die Nockenwellen 4 und 5 antreibbar sind. Jedem der Getriebe 9 kann dabei zusätzlich eine Verstelleinrichtung zugeordnet sein, um einen Winkelversatz zwischen jeder der Nockenwellen 4 und 5 und beispielsweise einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 einzustellen.
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Zu ihrer Lagerung verfügt jede der Nockenwellen 4 und 5 zumindest über Lager 10, 11 und 12, die teilbar ausgebildet sind. Insoweit besteht jedes der Lager 10, 11 und 12 aus einem ersten Lagerteil 13 und einem zweiten Lagerteil 14. In der vorliegenden Ausführungsform wird beispielsweise das erste Lagerteil 13 von einem Bereich eines Motorblocks der Brennkraftmaschine 1 gebildet. Bei der Montage der Brennkraftmaschine 1 werden nun die Nockenwellen 4 und 5 in das erste Lagerteil 13 eingelegt und nachfolgend das zweite Lagerteil 14 an dem ersten Lagerteil 13 derart befestigt, dass die beiden Lagerteile 13 und 14 gemeinsam jeweils eines der Lager 10, 11 und 12 für die Nockenwelle 4 und 5 ausbilden. In dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die zweiten Lagerteile 14 jeweils für die beiden Lager 10, die beiden Lager 11 und die beiden Lager 13 der Nockenwellen 4 und 5 gemeinsam beziehungsweise einstückig ausgebildet. Durch das Befestigen des jeweiligen zweiten Lagerteils 14 und dem ersten Lagerteil 13 werden also die Lager 10, die Lager 11 oder die Lager 12 der beiden Nockenwellen 4 und 5 gleichzeitig ausgebildet. Entsprechend sind nachfolgend die Nockenwellen 4 und 5 unverlierbar, jedoch drehbar, bezüglich der Brennkraftmaschine 1 gehalten.
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Zu ihrer Lagerung verfügen die Nockenwellen 4 und 5 jeweils über Lagersitze 16 und 17. Dabei ist der Lagersitz 15 in dem Lager 10, der Lagersitz 16 in dem Lager 11 und der Lagersitz 17 in dem Lager 12 wenigstens bereichsweise aufgenommen. Es ist erkennbar, dass die Lagersitze 15, 16 und 17 jeweils in axialer Richtung (bezogen auf Drehachsen 18 und 19 der Nockenwellen 4 und 5) jeweils zwischen zwei nicht näher gekennzeichneten Zylinder der Brennkraftmaschine 1 angeordnet sind. In der hier dargestellten Ausführungsform dienen alle Lager 10, 11 und 12 und eventuell vorgesehene weitere Lager der Lagerung der Nockenwellen 4 und 5 in radialer Richtung. Lediglich das Lager 11 ist zusätzlich zur Lagerung in axialer Lagerung ausgebildet, dient also neben seiner Funktion als Radiallager auch als Axiallager.
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Die 2 zeigt eine Längsschnittansicht durch die Brennkraftmaschine 1, wobei der Schnitt entlang der Drehachse 19 durch die Nockenwelle 5 verläuft. Die nachfolgenden Ausführungen sind entsprechend auf diese bezogen. Sie sind jedoch analog auf die Nockenwelle 4 übertragbar. In dieser Darstellung ist erkennbar, dass dem Lager 11 ein Lagerring 20 zugeordnet ist, der in radialer Richtung in eine Wellenausnehmung 21 und in eine Lagerausnehmung 22 des Lagers 11 eingreift. In der hier dargestellten Ausführungsform ist lediglich an einem der Lager 10, 11 und 12 ein derartiger Lagerring 20 vorgesehen. Selbstverständlich können jedoch auch Lagerringe 20 an mehreren der Lager 10, 11 und 12 vorliegen. Die Lager 10 und 12, denen kein Lagerring 20 zugeordnet ist, sind lediglich als reine Radiallager ausgebildet, können also keinerlei Kräfte in axialer Richtung (bezüglich der Drehachse 19 der Grundnockenwelle 6) aufnehmen. Die Grundnockenwelle 6 beziehungsweise die Nockenwelle 5 ist mithin nur mittels des Lagers 11, welchem der Lagerring 20 zugeordnet ist, in axialer Richtung gelagert. Auch weitere, der Nockenwelle 5 zugeordnete Lager sind lediglich als Radiallager ausgebildet.
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Um ein Halten der Nockenträger 7 in ihrer momentanen Position zu erzielen, ist der Grundnockenwelle 6 eine Rasteinrichtung 23 zugeordnet. Insbesondere ist jeder Einheit aus zwei Nockenträgern 7 und einer Schaltkulisse 8 eine derartige Rasteinrichtung 23 zugeordnet. Gleichzeitig sind für die Nockenträger 7 Rastausnehmungen 24, 25 und 26 vorgesehen. Dabei sind jeder Rasteinrichtung 23 jeweils die Rastausnehmung 24, 25 und 26 zugeordnet. An jeder Anordnung aus zwei Nockenträgern 7 und einer Schaltkulisse 8 sind also jeweils die drei Rastausnehmungen 24, 25 und 26 angeordnet. Die Rasteinrichtung 23 und die Rastausnehmungen 24, 25 sowie 26 wirken zum Erzeugen einer axialen Haltekraft zusammen. Zu diesem Zweck greift ein Rastelement 27, welches jeweils mittels eines Federelements 28 federkraftbeaufschlagt ist, in eine der Rastausnehmungen 24, 25 oder 26 ein.
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Die 3 zeigt eine Detailschnittansicht der aus der 2 bekannten Nockenwelle 5. Auch die nachfolgenden Ausführungen sind entsprechend auf die Nockenwelle 4 anwendbar. In der gezeigten Darstellung wird deutlich, dass ein Bereich des Rastelelements 27 sowie das Federelement 28 in einem Führungsteil 29, welches beispielsweise als Führungshülse vorliegt, angeordnet sind. Zum Durchtreten des Rastelements 27 durch eine Wandung 30 der als Hohlwelle vorliegenden Grundnockenwelle 6 liegt in dieser eine Führungsöffnung 31 vor, welche von dem Führungsteil 29 wenigstens teilweise in radialer Richtung durchgriffen wird und dieses in axialer und umfänglicher Richtung festsetzt. Die Abmessungen der Führungsöffnung 31 entsprechend also im Wesentlichen den Abmessungen des Führungsteils 29, insbesondere dessen Durchmesser. Auf der der Führungsöffnung 31 abgewandten Seite ist ein Sitz 32 für das Führungsteil 29 ausgebildet. Dieses durchgreift die Wandung 30 auf der der Führungsöffnung 31 gegenüberliegenden Seite der Nockenwelle 5 lediglich bereichsweise. Der Sitz 32 stützt also das Führungsteil 29 zusätzlich in radialer Richtung ab.
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Es wird nun deutlich, dass die Rastausnehmungen 24, 25 und 26 jeweils im Längsschnitt gesehen V-förmig sind. Das bedeutet, dass die im Längsschnitt gesehen von zwei gegenüberliegenden, gegeneinander angewinkelten geraden Linien 33 und 34 zumindest bereichsweise begrenzt sind. Die beiden Linien 33 und 34 werden von einer Kurve 35, beispielsweise einem Kreisabschnitt, miteinander verbunden. Bevorzugt schließen die geraden Linien 33 und 34 jeweils denselben Winkel mit der Drehachse 19 ein. Es können jedoch auch verschiedene Winkel vorgesehen sein. Auf diese Weise wird eine deutliche Verkleinerung der Rastausnehmungen 24, 25 und 26 in axialer Richtung im Vergleich mit aus dem Stand der Technik bekannten Rastausnehmungen erzielt. Entsprechend können auch die Nockenträger 7 beziehungsweise die Schaltkulissen 8 platzsparend ausgebildet sein. Die V-Form der Rastausnehmungen 24, 25 und 26 wird im Wesentlichen durch die Zuordnung des Lagerrings 20 zu dem Lager 11 erzielt. Dadurch wird eine Wärmedehnung der Grundnockenwelle 6 minimiert. Das Axiallager für die Nockenwelle 4 beziehungsweise 5 liegt nunmehr im Wesentlichen mittig an dieser vor, und nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, an einem Ende der Nockenwelle 4 beziehungsweise 5.
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Die 4 zeigt die bereits bekannte Nockenwelle 5, wobei sämtliche Ausführungen analog auf die Nockenwelle 4 übertragbar sind. Hier sind nun deutlich die Lagersitze 15, 16 und 17 erkennbar, wobei dem Lagersitz 16 der Lagerring 20 zugeordnet ist.
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Die 5 zeigt eine Detailansicht des Lagerrings 20. Es wird deutlich, dass dieser die Form eines Klemmrings aufweist und wenigstens einen Eingriffsbereich 36 zum Eingreifen in die Wellenausnehmung 21 aufweist, wobei hier zwei an gegenüberliegenden freien Enden des Lagerrings 20 angeordnete Eingriffsbereiche 36 vorliegen. Der Lagerring 20 ist in Umfangsrichtung unterbrochen. Dabei ist er derart ausgeführt, dass er mehr als die Hälfte der Grundnockenwelle 6 umgreift. Weiterhin verfügt der Lagerring 20 über einen Sicherungsvorsprung 37, der beispielsweise zwischen den Eingriffsbereichen 36, insbesondere mittig zwischen den Eingriffsbereichen 36, vorliegt und sich ebenso wie diese in radiale Richtung nach innen erstreckt, also in Richtung der Grundnockenwelle 6. In Umfangsrichtung erstrecken sich die Eingriffsbereiche 13 mit ihren voneinander abgewandten Enden vorzugsweise über die Hälfte der Erstreckung der Grundnockenwelle 3 in Umfangsrichtung hinaus, um ein sicheren Umgreifen zu gewährleisten.
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Zwischen den Eingriffsbereichen 36 und dem Sicherungsvorsprung 37 ist jeweils ein Zwischenbereich 38 vorgesehen. In diesem liegt der Lagerring 20 bevorzugt nicht auf einem Grund der Wellenausnehmung 21 auf, sondern weist einen Innendurchmesser auf, welcher größer ist als ein Außendurchmesser der Grundnockenwelle 6 im Bereich der Wellenausnehmung 21. Beispielsweise entspricht er also dem Außendurchmesser der Grundnockenwelle 6 unmittelbar in axialer Richtung neben der Wellenausnehmung 21. In einer anderen Ausführungsform sitzt der Lagerring 20 mit seinen Zwischenbereichen 38 in der Wellenausnehmung 21 ein. Dazu weist er in den Zwischenbereichen 38 einen Innendurchmesser auf, welcher einem Außendurchmesser der Grundnockenwelle 6 im Bereich der Wellenausnehmung 21 entspricht.
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Die 6 zeigt eine Detailansicht der Nockenwelle 5 mit dem im Bereich des Lagersitzes 16 vorliegenden Lagerring 20. Erkennbar ist hier eine Sicherungsvertiefung 39 der Grundnockenwelle 6, in welche der Sicherungsvorsprung 37 eingreift. In Umfangsrichtung weist dabei die Sicherungsvertiefung 29 dieselben oder zumindest in etwa dieselben Abmessungen wie der Sicherungsvorsprung 37. Auf diese Weise ist der Lagerring 20 in Umfangsrichtung bezüglich der Grundnockenwelle 6 festgesetzt, läuft also gemeinsam mit dieser. Die hier dargestellte Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1 beziehungsweise der Nockenwelle 5 erstreckt sich die Wellenausnehmung 21 über den gesamten Umfang der Grundnockenwelle 6.
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Dabei weist sie zumindest zwei Zwischenflächen 40 auf und wird durch die Sicherungsvertiefung 39 unterbrochen. In Umfangsrichtung der Grundnockenwelle 6 folgen also ein Bereich der Wellenausnehmung 21, eine der Auflagenflächen 40, die Sicherungsvertiefung 39, eine weitere der Auflagenflächen 40 und ein weiterer Bereich der Wellenausnehmung 21 aufeinander. Die Zwischenflächen 40 weisen dabei in etwa dieselbe Erstreckung in Umfangsrichtung auf wie die Zwischenbereiche 38. Üblicherweise ist es dabei vorgesehen, dass die Zwischenbereiche 38 nicht auf den Zwischenflächen 40 aufliegen. Alternativ kann im Bereich der Zwischenflächen 40 der Lagersitz 16 der Grundnockenwelle 6 ohne Vertiefung ausgebildet sein, sodass der Lagerring 20 mit seinen Zwischenbereichen 38 auf der Außenkontur der Grundnockenwelle 6 und mithin den Zwischenflächen 40 aufsitzt. Alternativ kann im Bereich der Zwischenflächen 40 keine Vertiefung vorgesehen sein, so dass der Lagerring 20 mit seinen Zwischenbereichen 38 auf der Außenkontur der Grundnockenwelle 6 aufsitzt.
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Die 7 zeigt eine Detailschnittansicht eines Bereichs der Brennkraftmaschine 1, insbesondere des Ventiltriebs 3. Dabei wird deutlich dass die Wellenausnehmung 21 und die Lagerausnehmung 22 in axialer Richtung gesehen dieselben Abmessungen aufweisen wie der Lagerring 20. Entsprechend ist durch das gleichzeitige Einsetzen des Lagerrings 20 in die Wellenausnehmung 21 und in die Lagerausnehmung 22 die Grundnockenwelle 6 in axialer Richtung festgesetzt. Das Lager 11 ist beispielsweise als teilbares beziehungsweise geteiltes Lager ausgebildet, besteht also insoweit aus dem ersten Lagerteil 13 und dem zweiten Lagerteil 14. Dabei ist das erste Lagerteil 13 bevorzugt an einem Bereich der Brennkraftmaschine 1 befestigt. Nachfolgend wird die Grundnockenwelle 6 mit den an ihr angeordneten Nockenträgern 7 beziehungsweise Schaltkulissen 8 in das erste Lagerteil 13 eingelegt. Dann wird das zweite Lagerteil 14 zum Vervollständigen des Lagers 11 an dem ersten Lagerteil 13 befestigt. Entsprechend ist nachfolgend die Nockenwelle unverlierbar, jedoch drehbar, bezüglich der Brennkraftmaschine 1 gehalten.
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Es wird deutlich, dass beidseitig des Lagers 11 jeweils einer der Nockenträger 7 angeordnet ist. Die Nockenträger 7 sind jeweils in axialer Richtung, bevorzugt getrennt voneinander, zwischen mehreren Axialpositionen verlagerbar. In wenigstens einer dieser Axialpositionen ist es nun vorgesehen, dass jeder der Nockenträger 7 unmittelbar an das Lager 11 angrenzt oder (wie hier gezeigt) es in axialer Richtung übergreift beziehungsweise in einen Bereich des Lagers 11 eingreift.
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Die 8 zeigt eine weitere Detailschnittansicht der Brennkraftmaschine 1. In dieser Ausführungsform ist es vorgesehen, dass sich die Wellenausnehmung 21 über den gesamten Umfang der Grundnockenwelle 6 erstreckt. Entsprechend mündet sie in die Sicherungsvertiefung 39 in Umfangsrichtung ein. Anders ausgedrückt durchgreift die Sicherungsvertiefung 39 einen Grund 41 der Wellenausnehmung 21.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Zylinderkopf
- 3
- Ventiltrieb
- 4
- Nockenwelle
- 5
- Nockenwelle
- 6
- Grundnockenwelle
- 7
- Nockenträger
- 8
- Schaltkulisse
- 9
- Getriebe
- 10
- Lager
- 11
- Lager
- 12
- Lager
- 13
- erstes Lagerteil
- 14
- zweites Lagerteil
- 15
- Lagersitz
- 16
- Lagersitz
- 17
- Lagersitz
- 18
- Drehachse
- 19
- Drehachse
- 20
- Lagerring
- 21
- Wellenausnehmung
- 22
- Lagerausnehmung
- 23
- Rasteinrichtung
- 24
- Rastausnehmung
- 25
- Rastausnehmung
- 26
- Rastausnehmung
- 27
- Rastelement
- 28
- Federelement
- 29
- Führungsteil
- 30
- Wandung
- 31
- Führungsöffnung
- 32
- Sitz
- 33
- Linie
- 34
- Linie
- 35
- Kurve
- 36
- Eingriffsbereich
- 37
- Sicherungsvorsprung
- 38
- Zwischenbereich
- 39
- Sicherungsvertiefung
- 40
- Zwischenfläche
- 41
- Grund
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010022709 A1 [0006]