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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle, die in einem Gehäuse der Brennkraftmaschine drehbar gelagert ist, einem drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle geführten Nockenträger, sowie einer Einrichtung zum axialen Verschieben des Nockenträgers auf der Nockenwelle in entgegengesetzten Richtungen, wobei die Einrichtung einen am Nockenträger angebrachten Schneckentrieb und zwei in Eingriff mit dem Schneckentrieb bringbare Eingriffselemente aufweist, wobei sich die Eingriffselemente mit einer rechtsgängigen Nut oder einer linksgängigen Nut des Schneckentriebs in Eingriff bringen lassen, die Nuten am Umfang des Schneckentriebs nebeneinander angeordnet sind und in eine Auslaufnut übergehen.
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Zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften von Brennkraftmaschinen sind Ventiltriebe bekannt, bei denen das Arbeitsspiel beeinflusst werden kann, um beispielsweise eine drehzahlabhängige Veränderung der Öffnungszeiten oder des Hubs der Gaswechselventile zu ermöglichen.
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Aus der
DE 10 2007 010 149 A1 ist ein Ventiltrieb der eingangs genannten Art bekannt. Bei diesem ist der axial verschiebbare Nockenträger mit mehreren, konkret drei Nockenprofilen versehen, so dass durch entsprechende Wahl des jeweiligen Nockenprofils das Arbeitsspiel des jeweiligen Ventiles der Brennkraftmaschine, sei es Einlassventil oder Auslassventil, das mit dem jeweiligen Nockenprofil zusammenwirkt, beeinflusst werden kann.
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Nachteilig ist bei dem bekannten Ventiltrieb, dass zur Erzielung der Axialverschiebung des Nockenträgers, der die Nockenprofile aufweist, mehrere Eingriffselemente, konkret drei Eingriffselemente, erforderlich sind, die einzeln und getrennt voneinander angesteuert werden müssen. Diese Art der Ansteuerung bedingt einen erhöhten Teileaufwand und benötigt einen erheblichen Bauraum.
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Ventiltriebe für Gaswechselventile von Brennkraftmaschinen mit axial verschiebbaren Nockenträgern, die unterschiedliche Nockenprofile aufnehmen, sind ferner aus der
DE 10 2004 011 586 A1 und
DE 101 48 177 A1 bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass eine axiale Verschiebung des Nockenträgers zwischen zwei Positionen mit minimalem Bau- und Steuerungsaufwand sowie bei geringem Bauraum der Einrichtung zum axialen Verschieben des Nockenträgers gewährleistet ist.
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Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass die Einrichtung zum axialen Verschieben des Nockenträgers ferner ein Stellelement und eine schwenkbar im Stellelement gelagerte Wippe mit den Eingriffselementen, Mittel zum Festlegen des Stellelements in einer Ausgangsstellung, in der sich die Eingriffselemente außer Eingriff mit dem Schneckentrieb befinden, und Mittel zum Bewegen des Stellelements aus der Ausgangsstellung aufweist, die Auslaufnut eine Steuerrampe aufweist, sowie die Mittel zum Festlegen des Stellelements in der Ausgangsstellung über ein Steuermittel lösbar sind, wobei das eine Eingriffselement beim Bewegen des Stellelements aus der Ausgangsstellung, bezogen auf die Drehrichtung der Nockenwelle, vor der Steuerrampe auf die Auslaufnut aufsetzt und beim Drehen der Nockenwelle die Wippe schwenkt und das andere Eingriffselement in die linksgängige Nut oder rechtsgängige Nut eingreift, ferner beim weiteren Drehen der Nockenwelle das andere Eingriffselement die linksgängige Nut bzw. rechtsgängige Nut und die sich anschließende Auslaufnut durchläuft, wobei die Wippe die Steuerrampe der Auslaufnut kontaktiert und verschwenkt wird, wobei die Wippe das Stellelement in seine Ausgangsstellung überführt.
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Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass das Steuermittel über die Wippe die beiden Eingriffselemente gleichzeitig aktiviert bzw. ansteuert. Je nach Stellung des Nockenträgers und damit des durch die Nockenprofile gebildeten Nockenpakets wird ein Eingriffselement, vorliegend das eine Eingriffselement, das für die Umschaltung nicht benötigt wird, durch Schwenken der Wippe beim Überfahren der Steuerrampe zurückgeschwenkt und nur das andere Eingriffselement bewirkt durch Eingreifen in die rechtsgängige oder linksgängige Nut - je nach Stellung des Nockenträgers - und anschließendes Eingreifen in die Auslaufnut die Verschiebung des Nockenträgers. Passiert dieses andere Eingriffselement die Steuerrampe der Auslaufnut wird die Wippe zurückgeschwenkt und das Stellelement in seine festgelegte Ausgangsstellung zurück bewegt. Da nur ein gemeinsames Steuermittel für die Eingriffselemente erforderlich ist, statt üblicherweise zweier Steuermittel zum Beaufschlagen von zwei Eingriffselementen, um zwei unterschiedliche Stellungen des Nockenträgers zu bewirken, ist bei dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb nur ein einziges gemeinsames Steuermittel für die Eingriffselemente erforderlich. Dieses Steuermittel benötigt nur geringen Bauraum und es lässt sich dieses Steuermittel einfach ansteuern, insbesondere elektrisch ansteuern. Der bauliche Aufwand zum Bilden der Einrichtung zum axialen Verschieben des Nockenträgers ist damit gegenüber bekannten Gestaltungen wesentlich reduziert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wippe in unterschiedlichen festgelegten Stellungen, insbesondere unterschiedlichen Raststellungen, schwenkbar im Stellelement gelagert ist. Hierdurch ist auf konstruktiv einfache Art und Weise sichergestellt, dass die Wippe nur bei Überschreiten eines definierten, in diese eingeleiteten Moments von der jeweiligen festgelegten Stellung in eine andere Stellung verschwenkt wird und in dieser festgelegt ist, sofern kein die Rastierung aufhebendes erhöhtes Moment in die Wippe in dieser Stellung eingeleitet wird. Insbesondere ist die Wippe in drei Stellungen festlegbar; in einer ersten Mittelstellung der Wippe, die sie in der Ausgangsstellung des Stellelements einnimmt und zwei Schwenkstellungen der Wippe, wobei die Wippe sich in der einen Schwenkstellung dann befindet, wenn sie in die eine Nut eingreift und in der anderen Schwenkstellung festgelegt ist, wenn sie in die andere Nut eingreift. Die vorgesehenen Schwenkungen lassen sich mit der Wippe dann vorzugsweise bewerkstelligen, wenn die Wippe in einem spitzen Winkel angeordnete Schenkel aufweist, die die Eingriffselemente aufweisen, insbesondere die Wippe symmetrisch zur Winkelhalbierenden der beiden Schenkel gestaltet ist.
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Beim Lösen des in der Ausgangsstellung befindlichen Stellelements mittels des Steuermittels bewegen die Mittel zum Bewegen des Stellelements aus der Ausgangsstellung die Wippe gegen den Schneckentrieb, wobei das eine Eingriffselement vor dem anderen Eingriffselement den Schneckentrieb im Bereich der Auslaufnut kontaktiert, und durch Schwenken der Wippe das andere Eingriffselement in die rechtsgängige Nut oder die linksgängige Nut des Schneckentriebs schwenkt. Beim Drehen der Nockenwelle bewirkt der Kontakt des einen Eingriffselements mit der Steuerrampe eine weitere Verschwenkung der Wippe in deren rastierte Schwenkstellung, in der das Eingriffselement in die zugeordnete Nut eingreift. Der das Eingriffselement aufweisende Schenkel der Wippe ist hierbei im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Nockenwelle orientiert. Beim weiteren Drehen der Nockenwelle wird der Schneckentrieb axial bezüglich der Nockenwelle verschoben, wobei sich der Ventilhub ändert. Das Eingriffselement gelangt in den Bereich der Auslaufnut, die sich gegebenenfalls in Drehrichtung des Schneckentriebs geringfügig verbreitert. Es wird über das Eingriffselement und die Wippe das Stellelement zurückgedrückt. Die Wippe schwenkt dabei zurück in die Mittelstellung und rastiert in der dann wieder festgelegten Ausgangsstellung des Stellelements.
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Bevorzugt erfolgt das Festlegen des Stellelements in dessen jeweiligen Ausgangsstellung mittels lösbarer Rast- oder Sperrelemente. Insbesondere weist das Steuermittel eine bewegliche Steuernadel auf, die in einer definierten Stellung die Rast- bzw. Sperrelemente in deren das Stellelement festlegenden Stellung positioniert. Durch einfaches Verfahren der Steuernadel kann diese in eine bezüglich der Rast- bzw. Sperrelemente veränderte Position bewegt werden, mit der Konsequenz, dass die Rast- bzw. Sperrfunktion dieser Elemente aufgehoben ist und das Stellelement aus der Ausgangsstellung bewegt werden kann. Hierbei sind die Mittel zum Bewegen des Stellelements aus der Ausgangsstellung vorzugsweise als Federmittel, insbesondere als Druckfeder ausgebildet. Bei baulich einfachster Gestaltung der Federmittel kann somit das Verschieben des Stellelements erfolgen.
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Besonders einfach lässt sich die Steuernadel verfahren, wenn hierfür ein Elektromagnet vorgesehen ist. Mittels dieses Elektromagneten lässt sich die Steuernadel zumindest in der Richtung verfahren, in der das Stellelement gelöst wird. Bei einfachster baulicher Gestaltung und Ansteuerung des Elektromagneten ist es somit nur erforderlich, diesen im Sinne eines Verfahrens der Steuernadel in einer Richtung zu bestromen, womit die Rast- bzw. Sperrelemente deaktiviert werden und das Stellelement unter Einwirkung der Feder aus dessen Ausgangsstellung in Richtung des Schneckentriebs bewegt wird. Das Fixieren des Stellelements bei dessen Zurückschieben erfolgt in einfachster Art und Weise dadurch, dass bei nicht bestromtem Elektromagneten und damit in Wirkstellung befindlichen Rast- bzw. Sperrelementen das Stellelement über den Schneckentrieb entgegen der Kraft der Federmittel zurückgeschoben wird, in dessen Ausgangsstellung, in der es durch die Rast- bzw. Sperrelemente festgelegt wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das anhand der Zeichnung näher erläutert ist, ohne hierauf beschränkt zu sein.
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Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ventiltriebs, veranschaulicht in der Ausgangsstellung des Stellelements,
- 2 den in 1 veranschaulichten Ventiltrieb, bei gelöstem Stellelement und in die eine der beiden Nuten des Schneckentriebs eingreifendem Eingriffselement,
- 3 bei dem Ventiltrieb gemäß den 1 und 2 das sich im Bereich der Auslaufnut befindende Eingriffselement, somit den axial verschobenen Nockenträger/gewechselten Ventilhub,
- 4 bei dem Ventiltrieb gemäß den 1 bis 3 das Zurückschwenken der Wippe und das Überführen des Stellelements in dessen rastierte Ausgangsstellung beim weiteren Drehen der Nockenwelle,
- 5 bei dem Ventiltrieb gemäß der 1 bis 4 die Ausgangssituation entsprechend der Darstellung der 2 beim Einführen des anderen Eingriffselements in die andere, die Rückstellbewegung des Nockenträgers und damit die erneute Ventilhubumschaltung bewirkende Nut.
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Der in 1 gezeigte Ventiltrieb 1 für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine besitzt pro Zylinder und dessen Einlass- bzw. Auslassventilen einen Nockenträger 2, der in einem Zylinderkopf 3 der Brennkraftmaschine gelagert ist und in Richtung des Doppelpfeiles A axial hin und her verschiebbar ist. Der Nockenträger 2 weist beidseitig dessen Lagerung im Zylinderkopf 3 zwei Nockengruppen 4 und 5 auf, wobei jede Nockengruppe 4 bzw. 5 durch zwei aneinander grenzende Nocken 6 und 7 gebildet ist. Die Nocken 6 und 7 weisen unterschiedliche Nockenkonturen oder Nockenprofile auf und lassen sich durch die genannte axiale Verschiebung des Nockenträgers 2 wahlweise mit einer Rolle 8 eines nicht veranschaulichten Schlepphebels des diesem Schlepphebel zugeordneten Ventils des Ventiltriebs in Anlagekontakt bringen.
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Um den Nockenträger 2 drehfest und axial verschiebbar mit einer Nockenwelle 9 zu verbinden, weist der hohlzylindrische Nockenträger 2 an seinem inneren Umfang eine Längsverzahnung auf, die mit einer komplementären Außenverzahnung auf der Nockenwelle 9 kämmt.
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Mit dem Nockenträger 2 ist im Bereich der Nockengruppe 4 ein Schneckentrieb 10 verbunden, der als Steuerscheibe ausgebildet ist. Die axiale Verschiebung des Nockenträgers 2 auf der Nockenwelle 9 erfolgt jeweils mit Hilfe dieses Schneckentriebes 10 und wird immer dann vorgenommen, wenn ein durchgängiger Grundkreisabschnitt 11 der Nockengruppen 4 bzw. 5 während eines Drehwinkels der Nockenwelle 9 von etwa 180° den Rollen 8 der Schlepphebel gegenüberliegt.
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Der Schneckentrieb 10 ist derart veranschaulicht, dass die gesamte Abwicklung, somit die gesamte über den Schwenkwinkel von 360° erstreckende Umfangskontur in der flächigen Bildebene der Figur verdeutlicht ist. Hierbei entspricht der Aufbau des Schneckentriebes 10 im Wesentlichen demjenigen des Schneckentriebs nach der
DE 10 2007 010 149 A1 , sofern nicht nachfolgend auf abweichende bauliche Gestaltungen im Detail eingegangen wird:
- Der Schneckentrieb 10 weist eine rechtsgängige Nut 12 und eine linksgängige Nut 13 auf, die am Umfang des Schneckentriebs 10 nebeneinander angeordnet sind und in eine Auslaufnut 14 übergehen bzw. sich dort vereinigen. Die Auslaufnut 14 weist in ihrem Endbereich, zwischen den zusammenlaufenden Nuten 12 und 13, eine Steuerrampe 15 auf, in deren Bereich die Auslaufnut 14 den maximalen Abstand von der Drehachse 16 des Schneckentriebes 10 besitzt, verglichen mit dem radialen Abstand des sonstigen Bereiches des Nutgrundes der Auslaufnut 14 und des Nutgrundes der Nuten 12 und 13.
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Benachbart des Schneckentriebes 10 ist ein Aktuatorgehäuse 17 angeordnet, das mit dem Zylinderkopfgehäuse 3 verbunden, somit ortsfest angeordnet ist. Im Aktuatorgehäuse 17 ist ein Stellelement 18 axial verschiebbar gelagert. Zum Festlegen des Stellelements 18 weist dieses in seinem der Nockenwelle 9 abgewandten Bereich mehrere deren Wandung 20 durchsetzende Löcher zur Aufnahme von Rastkugeln 21 auf, insbesondere von drei Rastkugeln 21, die jeweils um 120° zueinander versetzt angeordnet ist. Diese Rastkugeln 21 des Stellelements 18 sind mittels des konisch zulaufenden Endes 22 einer Steuernadel 23, die axial und in Längsachsen 19 des Stellelements 18 verschieblich ist, radial nach außen beweglich, wobei die Rastkugeln 21 in Vertiefungen des Aktuatorgehäuses 17 eingreifen und hierdurch das Stellelement 18 relativ zum Aktuatorgehäuse festlegen.
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Das Stellelement 18 besteht aus einem ferromagnetischen Material. Mit dem Stellelement 18 wirkt ein Elektromagnet 25 zusammen, der in dem Aktuatorgehäuse 17 angeordnet ist.
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Im Bereich des dem Elektromagneten 25 abgewandten Endes des Stellelementes 18 ist in diesem um eine Achse 24 eine Wippe 26 schwenkbar gelagert. Während die Verschiebeachse des Stellelements 18 senkrecht zur Drehachse 16, durch diese verlaufend, angeordnet ist, ist die Achse 24 der Wippe 26 senkrecht zur Verschiebeachse des Stellelements 18 und senkrecht zur Drehachse 16 der Nockenwelle 9 angeordnet. Die Wippe weist zwei in einem Winkel von etwa 60° angeordnete Schenkel auf, deren freie Enden Eingriffselemente 27 und 28 bilden, die in Wirkverbindung mit dem Schneckentrieb 10 bringbar sind. Die Wippe 26 ist in drei Stellungen rastierbar, nämlich in der in 1 gezeigten Mittelstellung sowie den in 2 und 5 gezeigten ausgeschwenkten Stellungen. Um die Wippe 26 in diesen drei Stellungen rastierend zu positionieren, weist die Wippe 26 vertiefte Bereiche 29 auf, mit denen eine Rastkugel 30 in Kontakt bringbar ist, die unter Einwirkung einer im Stellelement 18 gelagerten Druckfeder 31 steht.
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Beim Bestromen des Elektromagneten 25 wird die Steuernadel 23 angezogen. Hierbei werden die Rastkugeln 21 in dem Stellelement 18 entlastet und das Stellelement 18 mittels der Schraubendruckfeder 32, die sich an dem Stellelement 18 und dem Aktuatorgehäuse 17 abstützt, aus seiner Ausgangsstellung in Richtung des Schneckentriebs 10 bewegt. Bewegt 17 sich das Stellelement 18 in dieser Richtung, wird die Bestromung des Elektromagneten 25 unterbrochen, so dass die Steuernadel 23 wieder absinkt, insbesondere aufgrund deren Gewichts. Es ist gleichfalls denkbar, diese Rückführung der Steuernadel 23 bei nicht bestromtem Elektromagneten 25 durch einen Permanentmagneten zu bewirken.
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Bezogen auf die Darstellung der 1 bedingt das Verfahren des Stellelements 18 aus der gezeigten Ausgangsstellung, dass die Wippe 26 in Kontakt mit dem Schneckentrieb 10 gelangt. Zunächst kontaktiert das Eingriffselement 27 die Auslaufnut 14, und zwar, bezogen auf die Drehrichtung der Nockenwelle 9, die Auslaufnut 14 vor deren Steuerrampe 15 und es kippt beim fortschreitenden Ausfahren des Stellelements 18 unter Einwirkung der Feder 32 und bei Überwindung der Rastierung der Wippe 26 mittels der Rastkugel 30 die Wippe 26 in die in 2 gezeigte Stellung. In dieser Stellung der Wippe 26 rastiert die Rastkugel 30 mit der Wippe 26 in deren äußeren vertieften Bereich 29. In dieser Stellung der Wippe 26 ist das Eingriffselement 28 in die linksgängige Nut 13 eingeschwenkt und greift somit in diese Nut ein.
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Demzufolge erfolgt die Verschiebung des Nockenträgers 2 aus der in den 1 und 2 gezeigten Stellung beim Drehen der Nockenwelle 9 ausschließlich mittels des Eingriffelementes 28, da das Eingriffselement 27 den Schneckentrieb 10 nach Einwirken der Steuerrampe 15 nicht mehr kontaktiert. Die axiale Verschiebung des Nockenträgers 2 erfolgt ausschließlich mittels des in die linksgängige Nut 13 eingreifenden Eingriffselements 28. Dieses Eingriffselement 28 durchläuft beim Drehen der Nockenwelle 9 die linksgängige Nut 13, gelangt von dort in die Auslaufnut 14, mit der Konsequenz, dass eine axiale Verschiebung des Nockenträgers 2 um das Maß X stattgefunden hat, somit nunmehr statt der Nocke 7 die Nocke 6 mit der Rolle 8 zusammenwirkt, demnach der Wechsel vom großen Ventilhub auf den kleinen Ventilhub stattgefunden hat. Diese Verschiebung des Nockenträgers 2 findet während der Grundkreisphase statt. Beim Bewegen entlang der Auslaufnut 14, insbesondere der Steuerrampe 15, wird die Wippe 26 aufgrund des Eingriffs des Eingriffselementes 28 zurückgeschwenkt und das Stellelement 18 hierbei in seine Endlage zurückgedrückt und verriegelt. Die Situation kurz vor der Verriegelung, bei der sich das andere Eingriffselement 27 am Umfang des Schneckentriebes 10 abstützt und die Wippe 26 nahezu in deren Mittelposition zurückgeschwenkt und das Stellelement 18 nahezu in dessen Ausgangsstellung überführt ist, ist in 4 veranschaulicht.
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Das Zurückschalten des Nockenpakets, somit das axiale Zurückbewegen des Nockenträgers 2 in die in 1 gezeigte Position, erfolgt analog, wie es zur 5 für den Ausgangszustand vor dem Zurückverfahren gezeigt ist. Statt dem zur 2 verdeutlichten Einfahren des Eingriffselements 28 in die linksgängige Nut 13 wird, wie der Darstellung der 5 zu entnehmen ist, nunmehr das Eingriffselement 27 in die rechtsgängige Nut 12 eingefahren, wobei das Eingriffselement 28 den Schneckentrieb 10 im Bereich der Auslaufnut 14 vor der Steuerrampe 15 kontaktiert. Der Bewegungsablauf erfolgt beim Zurückschieben entsprechend dem zu den 2 bis 4 beschriebenen, nur mit dem Unterschied, dass aufgrund des Eingriffs des Eingriffselements 27 in die rechtsgängige Nut 12 das Zurückschieben des Nockenträgers 2 erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventiltrieb
- 2
- Nockenträger
- 3
- Zylinderkopfgehäuse
- 4
- Nockengruppe
- 5
- Nockengruppe
- 6
- Nocken
- 7
- Nocken
- 8
- Rolle
- 9
- Nockenwelle
- 10
- Schneckentrieb
- 11
- Grundkreisabschnitt
- 12
- rechtsgängige Nut
- 13
- linksgängige Nut
- 14
- Auslaufnut
- 15
- Steuerrampe
- 16
- Drehachse
- 17
- Aktuatorgehäuse
- 18
- Stellelement
- 19
- Längsachse
- 20
- Wandung
- 21
- Rastkugel
- 22
- Ende
- 23
- Steuernadel
- 24
- Achse
- 25
- Elektromagnet
- 26
- Wippe
- 27
- Eingriffselement
- 28
- Eingriffselement
- 29
- Bereich
- 30
- Rastkugel
- 31
- Druckfeder
- 32
- Druckfeder
