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Die
Erfindung betrifft ein System umfassend eine Hilfsnockenwelle mit
mindestens zwei verdickten Wellenabsätzen, welche zum Verstellen
eines variablen Ventiltriebs für
Verbrennungskraftmaschinen dient.
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Aufgrund
der begrenzten Ressourcen an fossilen Energieträgern, insbesondere aufgrund
der begrenzten Vorkommen an Mineralöl als Rohstoff für die Gewinnung
von Brennstoffen für
den Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen, ist man bei der Entwicklung
von Verbrennungsmotoren ständig
bemüht, den
Kraftstoffverbrauch zu minimieren, wobei eine verbesserte d.h. effektivere
Verbrennung im Vordergrund der Bemühungen steht.
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Eine
Möglichkeit
den Verbrennungsprozess eines Ottomotors zu optimieren, besteht
in der Verwendung eines variablen Ventiltriebs. Im Gegensatz zu
konventionellen Ventiltrieben, bei denen sowohl der Hub der Ventile
als auch die Steuerzeiten, d.h. die Öffnungs- und Schließzeiten
der Einlass- und Auslassventile, bedingt durch die nicht flexible,
da nicht verstellbare Mechanik des Ventiltriebes als unveränderliche
Größen vorgegeben
sind, können
diese den Verbrennungsprozess und damit den Kraftstoffverbrauch
beeinflussenden Parameter mittels variabler Ventiltriebe mehr oder
weniger stark variiert werden. Die ideale Lösung wäre eine voll variable Ventilsteuerung,
die für
jeden beliebigen Betriebspunkt des Ottomotors speziell abgestimmte
Werte für den
Hub und die Steuerzeiten zulässt.
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Spürbare Kraftstoffeinsparungen
können aber
auch mit nur teilweise variablen Ventiltrieben erzielt werden. Ein
solcher Ventiltrieb ist beispielsweise der VALVETRONIC Ventiltrieb
von BMW, wie er in der Motortechnischen Zeitung, Jahrgang 2001,
Heft 6, Seite 18 beschrieben wird.
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Bei
diesem Ventiltrieb kann die Schließzeit des Einlassventils und
der Einlassventilhub variiert werden. Hierdurch ist eine drosselfreie
und damit verlustfreie Laststeuerung möglich.
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Die
während
des Ansaugvorganges in den Brennraum einströmende Gemischmasse wird dabei nicht
wie bei konventionellen Ottomotoren mittels einer im Ansaugtrakt
angeordneten Drosselklappe gesteuert d.h. bemessen, sondern über den
Einlassventilhub und die Öffnungsdauer
des Einlassventils.
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Hierzu
wird der Ventiltrieb mit einer Exzenterwelle als Hilfsnockenwelle
ausgestattet. Diese Exzenterwelle kann mittels eines Antriebs über eine Schnecke
verstellt d.h. verdreht werden, wobei dieses Verdrehen der Exzenterwelle
eine Veränderung des
Ventilhubs des Einlassventils bewirkt.
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Die
Exzenterwelle selbst ist im Zylinderkopf zwischen den beiden obenliegenden
Nockenwellen gelagert. Diese Lagerung erfolgt nach dem Stand der Technik
mit Wälzlagern,
wobei die Lagerung im einzelnen wie folgt ausgebildet ist. In den
Zylinderkopf werden Lagersättel
eingearbeitet, in die erste Metallschalen eingelegt werden, welche
eine Hälfte
des äußeren Wälzlagerringes
bilden. Dabei verfügen
die Metallschalen in der Regel über
eine Nase, die von einer Bohrung im Lagersattel aufgenommen wird
und mit der die Schale gegen Verdrehen gesichert wird. Durch diese
Verdrehsicherung wird verhindert, dass der aus einer ersten und
einer zweiten Metallschale bestehende Außenring wandert und einer der
beiden Stöße, an denen
sich die Teilflächen
der beiden Metallschalen gegenüberliegen,
in einem hochbelasteten Bereich der Lagerung zu liegen kommen.
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Die
Exzenterwelle, die über
mindestens zwei verdickte Wellenabsätze zur Aufnahme der Lager verfügt, wird
an diesen Wellenabsätzen
mit einem an einer Seite offenen Ringband aus in einem Käfig laufenden
und als Wälzkörper dienenden
Nadeln versehen und in den bereits montierten ersten Metallschalen
angeordnet. Eine entsprechende Anzahl an Lagerdeckeln wird zusammen
mit zweiten Metallschalen, welche die andere Hälfte des äußeren Wälzlagerringes bilden, gegenüber den
Lagersätteln
angeordnet und verschraubt. Dabei bilden die beiden Metallschalen
den Außenring
des Wälzlagers
und die Exzenterwelle selbst den Innenring des Wälzlagers, wobei die Nadeln
als Wälzkörper dienen
und zwischen Metallschalen und Exzenterwelle laufen.
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Aufgrund
der Vielzahl der Bauteile, aus denen die Wälzlager aufgebaut sind, ist
ein vorgegebenes Lagerspiel nur schwer zu realisieren. Zum einen addieren
sich die Toleranzen der einzelnen Bauteile und zum anderen nimmt
die Anzahl der Fugen zwischen den Bauteilen mit einer steigenden
Anzahl an Bauteilen zu. Die Folge ist ein Lagerspiel, das sehr stark
variiert, nur schwer beherrschbar ist und deshalb zu unerwünschten
Geräuschen
beim Betrieb des Ventiltriebes führen
kann.
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Aus
der
DE 100 17 441
A1 ist eine Vorrichtung zur Hubverstellung eines Gasventils
im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bekannt. Zur Erzielung
einer Bauraum sparenden Konstruktion unter Vermeidung eines reibungsbehafteten
Verkantens wird vorgeschlagen, dass der Schwenkhebel einerseits
während
einer nockengesteuerten und gegen eine Rückstellfeder bewirkten Schwenkbewegung über eine
hebelendseitige Linienberührung
mit einer Kurvenscheibe und ferner über mit Stützflächen an Wellenabständen der
Steuerwelle beiderseits der Kurvenscheibe andererseits gleitbeweglich
zusammenwirkenden Schwenkhebel-Kulissen geführt ist. Die Hilfsnockenwelle
ist mit zwei verdickten Wellenabsätzen versehen, welche zum Verstellen
des variablen Ventiltriebs dient. Ferner weist das System zwei Lager
auf, die auf den Wellenabsätzen
angeordnet sind. Diese Lager sind nicht als Gleitlager ausgebildet.
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Des
Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines
derartigen Systems umfassend eine Hilfsnockenwelle mit mindestens
zwei verdickten Wellenabsätzen,
wobei die Hilfsnockenwelle zum Verstellen eines variablen Ventiltriebs
für Verbrennungskraftmaschinen
dient.
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Vor
diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ein System mit einer Hilfsnockenwelle bereitzustellen, mit dem die
nach dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden und mit dem
insbesondere ein geräuschfreier
Betrieb des variablen Ventiltriebes ermöglicht wird.
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Eine
weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
zur Herstellung eines derartigen, eine Hilfsnockenwelle und umfassenden Systems
bereitzustellen.
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Gelöst wird
die erste Teilaufgabe durch ein System, das dadurch gekennzeichnet
ist, dass mindestens zwei für
einen schmierstofffreien Trockenlauf geeignete Gleitlager vorgesehen
sind, die als einstückig
ausgebildete Gleitlagerbuchsen und/oder als aus zwei mindestens
teilweise miteinander verbundenen Lagerhalbschalen ausgeführt sind,
wobei die Gleitlager auf den Wellenabsätzen vormontiert und untrennbar
mit der Hilfsnockenwelle verbunden sind.
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Durch
die Verwendung von Gleitlagern können
wesentlich präzisere
Lagerspiele bei der Herstellung bzw. Montage erzielt werden. Die
gesamte Lagerung umfasst nur ein Bauteil, nämlich das Gleitlager selbst
und weist nur eine Fuge, nämlich
zwischen Lagersattel bzw. Lagerdeckel und Gleitlager auf, wodurch
wesentlich geringere Fertigungstoleranzen ermöglicht werden. Eine unerwünschte Geräuschentwicklung
wurde nicht beobachtet.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass die erfindungsgemäße Gleitlager-Konstruktion
weniger Bauraum benötigt,
so dass bereits verbaute Wälzlager
in herkömmlichen
Welle-Lager-Systemen grundsätzlich
durch Gleitlager ersetzt werden können, um zu dem erfindungsgemäßen System
aus Welle und Gleitlagern zu gelangen.
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Hierzu
wäre dann
lediglich eine Ausführung der
Gleitlagerschale bzw. -schalen mit einer entsprechenden Dicke erforderlich,
da die Abmessung des herkömmlich
Nadel-Wälzlagers
in radialer Richtung größer als
die eines Gleitlagers ist.
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Darüber hinaus
hat sich gezeigt, dass ein Gleitlager im Hinblick auf die vorliegende
Beanspruchung besser geeignet ist, da die Exzenterwelle bei dem
in Rede stehenden Anwendungsfall d.h. bei der Verwendung in einem
variablen Ventiltrieb keine umlaufende Welle ist, sondern lediglich
in und über
einen Winkelbereich von bis zu 50° verdreht
wird. Dies führt
zu einer einseitigen Belastung des Lagers.
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Die
Tatsache, dass es sich bei der Exzenterwelle nicht um eine umlaufende
Welle handelt, ist auch der Grund dafür, dass das Gleitlager für den schmierstofffreien
Betrieb geeignet sein muss d.h. über
gute Trockenlaufeigenschaften verfügen sollte. Selbst wenn eine
Zwangsschmierstoffversorgung vorgesehen wäre oder man von einer wenn
auch nur geringen Ölversorgung
infolge des vorliegenden Schmierölnebels
ausgehen kann, könnte
sich wegen des fehlenden Umlaufens der Welle kein hydrodynamischer
Schmierölfilm
auf der Gleitlagerfläche
ausbilden.
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Vorteilhaft
sind in bestimmten Anwendungsfällen
Ausführungsformen
des Systems, bei denen die Gleitlager einstückig ausgebildete Gleitlagerbuchsen
sind. So können
diese zylinderförmigen,
auf ihrem Umfang geschlossenen Gleitlager bei gebauten Exzenterwellen
bereits bei der Montage der Wellen berücksichtigt und auf den für sie vorgesehenen Wellenabsätzen angeordnet
werden. Die Gleitlager sind dann untrennbar mit der Welle verbunden,
ohne dass die Gefahr besteht, dass die Gleitlager beim Transport
oder bei der Endmontage der Welle verloren gehen.
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Vorteilhaft
sind in bestimmten Anwendungsfällen
Ausführungsformen
des Systems, bei denen die Gleitlager jeweils aus zwei Lagerhalbschalen
aufgebaut sind. Diese Ausführungsform
ist die bei geschmiedeten, einstückig
ausgeführten
Exzenternockenwellen die einzige praktikable Lösung, da die Lagerstellen,
die durch die Wellenabsätze
gebildet werden, bedingt durch die nach außen hinausragenden Nocken nicht
mehr in der Weise frei zugänglich
sind, dass zylinderförmige,
auf ihrem Umfang geschlossenen Gleitlagerbuchsen über das
eine oder das andere freie Ende der Welle aufgeschoben werden können.
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Vorteilhaft
sind auch Ausführungsformen
des Systems, bei denen die Gleitlager zu einem Teil einstückig ausgebildete
Gleitlagerbuchsen und zu einem Teil aus zwei Lagerhalbschalen aufgebaute Gleitlager
sind. Verfügt
beispielsweise eine geschmiedete, einstückig ausgeführte Exzenterwellen über Lagerstellen,
die von ihren freien Wellenenden her frei zugänglich sind, können diese
mit den rohrförmigen,
geschlossenen Gleitlagerbuchsen bestückt werden, während die
nicht frei zugänglichen
Lagerstellen mit aus zwei Lagerhalbschalen aufgebauten Gleitlagern
versehen werden.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Systems, bei denen bei den aus zwei Lagerhalbschalen aufgebauten
Gleitlagern, deren Lagerhalbschalen sich mit ihren jeweils zwei
Teilflächen
in zwei Bereichen – dem
sogenannten Stoß – gegenüberliegen, die
Lagerhalbschalen in mindestens einem dieser beiden Bereiche verbunden
sind. Durch die Verbindung der Lagerhalbschalen im Bereich mindestens eines
Stoßes
wird verhindert, dass die Lagerhalbschalen während des Transports und der
Endmontage verloren gehen. Es wird eine kompakte, untrennbare Einheit
bzw. Baugruppe von Welle und Lagern geschaffen. Die eingebrachte
Verbindung der Halbschalen hat lediglich die genannte Befestigungsfunktion
im Rahmen des Transports und der Montage. Es ist unschädlich, wenn
diese Verbindung nach einer erfolgten Endmontage des Systems sich
wieder löst und
zwei voneinander getrennte Halbschalen vorliegen, denn die Verbindung
der Schalen wird primär mit
dem Ziel vorgesehen, der Endmontage eine untrennbare bauliche Einheit
zur Verfügung
zu stellen, die in einem Arbeitsgang im ganzen montiert wird.
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Vorteilhaft
sind dabei Ausführungsformen des
Systems, bei denen die Lagerhalbschalen formschlüssig, vorzugsweise durch eine
Verklinkung, miteinander verbunden sind. Diese Art der Verbindung stellt
sogar eine dauerhafte, während
des Betriebes beständige
Verbindung dar und zeichnet sich dadurch aus, dass kein Hilfsstoff,
nämlich
Klebstoff oder Schweißnahtmaterial,
zum Ausbilden einer Verbindung erforderlich ist. Das Vorsehen von
Ruhephasen, während
der die eingebrachte Verbindung aushärten kann, ist nicht erforderlich.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Systems, bei denen die Lagerhalbschalen stoffschlüssig miteinander
verbunden sind. Dabei sind Ausführungsformen
des Systems vorteilhaft, bei denen die Lagerhalbschalen mittels
Schweißen,
vorzugsweise mittels Laserschweißen, stoffschlüssig miteinander verbunden
sind. Diese Art der Verbindung ist unter Kostengesichtspunkten zu
bevorzugen.
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Vorteilhaft
sind aber auch Ausführungsformen
des Systems, bei denen die Lagerhalbschalen mittels Kleben stoffschlüssig miteinander
verbunden sind. Auch wenn eine Klebeverbindung längere Aushärtungszeiten als eine Schweißverbindung
benötigt, ist
das Vorsehen dieser Art von Verbindung im Hinblick auf die Werkzeugkosten,
insbesondere der Schweißanlage,
vorteilhaft. Im Einzelfall ist abzuwägen zwischen den Werkzeugkosten
und den Kosten, den die Zwischenlagerung aufgrund der notwendigen und
längeren
Aushärtung
einer Klebeverbindung verursacht.
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Vorteilhaft
sind aber auch Ausführungsformen
des Systems, bei denen die Gleitlager Polymerverbundlager mit einer
ein Polymer oder eine Polymermischung aufweisenden Gleitschicht
sind, da diese Lagerart über
besonders gute Trocknlaufeigenschaften verfügt. Die weniger guten Wärmeleiteigenschaften
dieser Lager sind im vorliegenden Anwendungsfall nicht von Nachteil,
da es sich bei der Exzenterwelle nicht um eine schnellumlaufende
Welle handelt, bei der eine große
Menge an Reibungswärme
abzuführen
wäre. Des
weiteren ist die Welle ausreichend weit vom Brennraum angeordnet,
so dass sie auch von dieser Wärmequelle
unbeeinflusst bleibt.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Systems, bei denen Haltemittel vorgesehen sind, die die Gleitlager
in Bezug auf die Hilfsnockenwelle axial fixieren.
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Vorteilhaft
sind darüber
hinaus Ausführungsformen
des Systems, bei denen Haltemittel vorgesehen sind, die ein Verdrehen
der Gleitlager um die Achse der Hilfsnockenwelle verhindern.
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Des
weiteren sind Ausführungsformen
des Systems vorteilhaft, bei denen Haltemittel vorgesehen sind,
die das Gleitlager in radialer Richtung mit einer auf den Wellenabsatz
gerichteten Kraft beaufschlagen.
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Haltemittel,
die die Gleitlager axial fixieren und/oder gegen ein Verdrehen und/oder
in radialer Richtung mit einer Kraft beaufschlagen, sorgen für die gewünschte Positionierung
der Gleitlager. Eine axiale Fixierung stellt sicher, dass die Gleitlager
bei der Endmontage in den für
sie vorgesehenen Lagersätteln
zu liegen kommen. Die Sicherung gegen ein Verdrehen der Lager gegenüber der
Welle gewährleistet,
dass bei aus zwei Lagerschalen bestehenden Gleitlagern die Gleitlager
nicht mit ihren Teilflächen d.h.
Stößen in Bereichen
hoher Belastung zu liegen kommen. Eine Beaufschlagung der Lager
mit einer radial gerichteten Kraft kann beim Verbinden zweier Lagerhalbschalen
nützlich
sein, um so die Lagerschalen in eine der Einbauposition ähnliche
Position zu bringen, in der sich jeweils die beiden Teilflächen der
Schalen gegenüberliegen
und in der Regel berühren.
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Vor
diesem Hintergrund ist eine axiale Fixierung bei beiden Gleitlagerarten
vorteilhaft, während die
beiden anderen Haltemaßnahmen
schon auf die Verwendung von Lagerhalbschalen gerichtet ist.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Systems, bei denen die Haltemittel als zweigeteilter, eine untere
Hälfte
und eine obere Hälfte
umfassender Käfig
ausgebildet sind, der zur Aufnahme der Hilfsnockenwelle und der
Gleitlager in einer der Einbausituation des Systems ähnlichen
Position fähig
ist, wobei vorzugsweise die untere Hälfte mit einer entsprechenden
Anzahl von Lagersätteln
und die obere Hälfte
mit einer entsprechenden Anzahl von Lagerdeckeln zur Aufnahme der
Gleitlager ausgestattet ist. Die untere Hälfte und die obere Hälfte können nach Einbringen
der Welle und der Lager miteinander verbunden werden, beispielsweise
durch Federbügel. Diese
spezielle Ausführungsform
der Haltmittel wird in Zusammenhang mit den Figuren näher beschrieben.
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Vorteilhaft
sind dabei Ausführungsformen des
Systems, bei denen der Käfig
in dem Bereich, in dem die Lagerhalbschalen miteinander verbunden sind
bzw. zu verbinden sind, mit Fenstern versehen ist, so dass dieser
Bereich der Lagerhalbschalen zugänglich
ist. Das Fenster ermöglicht
das Verbinden der Lagerhalbschalen, während die Welle und die auf ihr
angeordneten Lagerhalbschalen in dem Käfig in einer der Einbausituation
des Systems ähnlichen
Position fixiert sind. Damit übernimmt
der Käfig
neben der Funktion als Haltmittel auch die Aufgabe einer Haltevorrichtung
für das
Einbringen einer Schweiß- oder
Klebeverbindung. Der Käfig
kann aber auch gleichzeitig als Transportgefäß verwendet werden. Das System
aus Welle und Lagern verbleibt nach der Herstellung in dem Käfig und
wird in dieser Form an den Verwender ausgeliefert. Im Rahmen der
Endmontage des Systems im Zylinderkopf wird dieses dann aus dem
Käfig entnommen
und verbaut. Die Vorteile eines derartig ausgebildeten Käfigs bei
der Herstellung des Systems und die Herstellungsschritte im einzelnen
werden näher
im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.
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Vorteilhaft
können
aber auch Ausführungsformen
des Systems sein, bei denen die Haltemittel als Klammer oder als
aus einer der Anzahl der Gleitlager entsprechenden Anzahl von Klammern
ausgebildet sind, die zur Aufnahme der Hilfsnockenwelle und der
Gleitlager in einer der Einbausituation des Systems ähnlichen
Position fähig
sind. Im Vergleich zu einem Käfig
haben Klammern einen geringeren Platzbedarf und gehen im günstigsten
Fall nicht über die
Außenmaße der Welle
hinaus, weshalb diese Ausführungsform
der Haltemittel im Hinblick auf den Transport wesentlich platzsparender
und damit kostengünstiger
ist. Des weiteren sind Klammern leichter, insbesondere schneller
handhabbar, was sich insbesondere bei Exzenterwellen mit nur wenigen Lagerstellen
günstig
auf die Fertigungszeiten auswirkt.
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Vorteilhaft
sind dabei Ausführungsformen des
Systems, bei denen die Klammer bzw. die Klammern mit Rückstellelementen
ausgestattet ist bzw. sind, die ein selbsttätiges Schließen der
Klammer bewirken. Ein Verspannen der beiden Klammerhälften entfällt.
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Vorteilhaft
sind dabei Ausführungsformen des
Systems, bei denen die Klammer bzw. die Klammern in dem Bereich,
in dem die Lagerhalbschalen miteinander verbunden sind, mit Fenstern
versehen ist bzw. sind, so dass dieser Bereich der Lagerhalbschalen
zugänglich
ist. Die Vorteile der Fenster bei der Herstellung der Verbindung
der Lagerhalbschalen wurden bereits oben im Zusammenhang mit dem Käfig als
Haltemittel erläutert.
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Die
zweite Teilaufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet
ist, dass mindestens zwei für
einen schmierstofffreien Trockenlauf geeignete Gleitlager, die aus
Gleitlagerbuchsen und/oder aus zwei Lagerhalbschalen bestehen, mindestens
teilweise miteinander verbunden werden, wobei die Gleitlager auf
den Wellenabsätzen der
Hilfsnockenwelle vormontiert und untrennbar mit dieser verbunden
werden.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Verfahrens, bei denen auf den Wellenabsätzen der Hilfsnockenwelle Gleitlagerbuchsen
als Gleitlager angeordnet werden.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Verfahrens, bei denen auf den Wellenabsätzen der Hilfsnockenwelle aus
zwei Lagerhalbschalen aufgebaute Gleitlager als Gleitlager angeordnet
werden.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Verfahrens, bei denen auf den Wellenabsätzen der Hilfsnockenwelle zu
einem Teil aus zwei Lagerhalbschalen aufgebaute Gleitlager und zu
einem Teil Gleitlagerbuchsen als Gleitlager angeordnet werden.
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Die
Vorteile dieser verschiedenen Ausführungsformen wurden bereits
im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen des Systems beschrieben.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Verfahrens, bei denen bei den aus zwei Lagerhalbschalen aufgebauten
Gleitlagern, deren Lagerhalbschalen sich mit ihren jeweils zwei
Teilflächen
in zwei Bereichen gegenüberliegen,
die Lagerschalen in mindestens einem dieser beiden Bereiche verbunden werden.
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Diese
Verbindung kann formschlüssig,
vorzugsweise durch eine Verklinkung, erfolgen oder eine stoffschlüssige Verbindung
sein, wobei die Lagerschalen stoffschlüssig mittels Schweißen, insbesondere
mittels Laserschweißen,
oder mittels Kleben miteinander verbunden werden können, wie
bereits oben ausgeführt.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Verfahrens, bei denen das System mit Haltemitteln versehen wird,
die die Gleitlager in Bezug auf die Hilfsnockenwelle axial fixieren
und/oder mit Haltemitteln versehen wird, die ein Verdrehen der Gleitlager um
die Achse der Hilfsnockenwelle verhindern und/oder mit Haltemitteln
versehen wird, die das Gleitlager in radialer Richtung mit einer
auf den Wellenabsatz gerichteten Kraft beaufschlagen. Durch die Verwendung
derartiger Haltemittel, welche die Lager gewissermaßen in eine
Position bringen, die ihrer späteren
Betriebsposition entspricht, wird die für das Einbringen der Verbindung
zweier Lagerhalbschalen notwendige Positionierung realisiert.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Verfahrens, bei denen als Haltemittel ein zweigeteilter, eine
untere Hälfte
und eine obere Hälfte
umfassender Käfig
verwendet wird, der zur Aufnahme der Hilfsnockenwelle und der Gleitlager
in einer der Einbausituation des Systems ähnlichen Position fähig ist.
Als Aufnahmen für
die Lagerhalbschalen können Lagerböcke, insbesondere
Lagersättel
bzw. Lagerdeckel in der unteren bzw. oberen Käfighälfte vorgesehen werden.
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Vorteilhaft
sind dabei Ausführungsformen des
Verfahrens, bei denen
- – erste Lagerhalbschalen in
der unteren Hälfte des
Käfigs
angeordnet
werden,
- – die
Hilfsnockenwelle auf diesen ersten Lagerhalbschalen
angeordnet
wird,
- – zweite
Lagerhalbschalen auf der Hilfsnockenwelle gegenüber den ersten Lagerhalbschalen angeordnet
werden, und
- – die
obere Hälfte
des Käfigs
gegenüber
der unteren Hälfte
des Käfigs
angeordnet
wird, so dass die Lagerschalen auf der Hilfsnockenwelle fixiert
werden.
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Wenn
die Lagerhalbschalen mit einem Presssitz im Lagersattel und Lagerdeckel
des Käfigs sitzen,
ist eine axiale Fixierung ohne weiteres gegeben und ein Verdrehen
der Schalen ebenfalls ausgeschlossen. Die Beaufschlagung der Lagerschalen
mit einer Kraft in radialer Richtung erfolgt unmittelbar über den
Lagersattel bzw. Lagerdeckel.
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Unmittelbar
vor der Endmontage wird die untere Hälfte des Käfigs entfernt und die Welle
mit den auf ihr angeordneten Gleitlagern zusammen mit der oberen
Hälfte
des Käfigs
in die untere Gehäusehälfte des
Zylinderkopfes eingesetzt. Danach wird die obere Hälfte des
Käfigs
entfernt und die obere Gehäusehälfte des
Zylinderkopfes montiert. An diesem Montageablauf lässt sich
erkennen, dass das System aus Welle und Lagern im Käfig tatsächlich in
einer der späteren
Einbausituation ähnlichen
Position angeordnet ist und die untere bzw. obere Hälfte des
Käfigs gewissermaßen eine
Platzhalterfunktion für
die untere bzw. obere Gehäusehälfte des
Zylinderkopfes haben. Zudem kann die obere Käfighälfte als Montagehilfe verwendet
werden, indem sie beim Einsetzen der Welle mit den auf ihr angeordneten
Lagern als Halt- und Greifarm dient. Damit auch bei einer entfernten
unteren Käfighälfte die
Lager gegen ein Verdrehen gegenüber
der Welle gesichert sind, kann eine Arretierung vorgesehen werden,
die beispielsweise aus einem an dem Haltemittel angeordneten Arretierungsmittel
und einem mit diesem Arretierungsmittel zusammenarbeitenden zweiten
Arretierungsmittel, welches an der Welle vorgesehen ist, aufgebaut
ist.
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Vorteilhaft
sind aber auch Ausführungsformen
des Verfahrens, bei denen
- – erste Lagerhalbschalen in
der unteren Hälfte des
Käfigs
angeordnet
werden,
- – die
Hilfsnockenwelle auf diesen ersten Lagerhalbschalen
angeordnet
wird,
- – zweite
Lagerhalbschalen in der oberen Hälfte des
Käfigs
angeordnet
werden, und
- – die
obere Hälfte
des Käfigs
gegenüber
der unteren Hälfte
des Käfigs
angeordnet
wird, so dass die Lagerschalen auf der Hilfsnockenwelle fixiert
werden.
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Im
Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen Verfahren werden die zweiten
Lagerschalen in die obere Hälfte
des Käfigs
eingesetzt und dann mit dieser zusammen auf die untere Hälfte des
Käfigs
gesetzt.
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Vorteilhaft
sind dabei Ausführungsformen des
Verfahrens, bei denen die obere Hälfte des Käfigs und die untere Hälfte des
Käfigs
miteinander verspannt werden, vorzugsweise mittels Federelementen.
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Vorteilhaft
sind auch Ausführungsformen
des Verfahrens, bei denen die Gleitlager mittels einer Klammer bzw.
einer der Anzahl der Gleitlager entsprechenden Anzahl von Klammern
auf der Nockenwelle in einer der Einbausituation des Systems ähnlichen
Position fixiert werden. Die Vorteile der Verwendung von Klammern
wurden bereits weiter oben beschrieben.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von vier Ausführungsbeispielen
gemäß den 1 bis 7 näher beschrieben.
Hierbei zeigt:
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1 schematisch
eine erste Ausführungsform
des Systems mit Hilfsnockenwelle und Lagern,
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2 schematisch
eine zweite Ausführungsform
des Systems mit Hilfsnockenwelle und Lagern,
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3 schematisch
ein aus zwei Lagerhalbschalen gefertigtes Gleitlager,
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4 schematisch
eine Schweißnaht
des in 3 dargestellten Gleitlagers,
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5 schematisch
eine erste Ausführungsform
der Haltemittel,
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6 einen
Querschnitt der in 5 dargestellten Haltemittel
entlang der Linie A-A, und
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7 schematisch
eine zweite Ausführungsform
der Haltemittel in einer perspektivischen Darstellung.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform
des Systems 1 mit Hilfsnockenwelle 2 und Lagern 3.
Es handelt sich um eine gebaute Welle 2, die aus mehreren
Einzelteilen aufgebaut bzw. montiert wird. Dabei werden auf eine
zylinderförmige
Stange der Antriebskranz 9, die Wellenabsätze 7 und
die Nocken 4 aufgeschrumpft. Bei gebauten Wellen 2 ist
es somit möglich
bei der Montage bereits Gleitlager 3 zu integrieren, wobei
Gleitlagerbuchsen 6 verwendet werden können, da die Buchsen 6 über die
noch frei zugänglichen
Enden 8',8'' der Welle 2 ohne weiteres auf
die zu ihrer Aufnahme bestimmten Wellenabsätze 7 aufgeschoben
werden können,
bevor dann die Nocken 4 folgen und den entsprechenden Wellenabsatz 7 unzugänglich machen.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform des
Systems 1 mit Hilfsnockenwelle 2 und Lagern 3. Es
handelt sich um eine geschmiedete, einstückig ausgeführte Welle 2. Diese
Welle 2 besteht wie die in 1 dargestellte
Welle 2 aus Antriebskranz 9, mehreren Wellenabsätzen 7 und
Nocken 4. Im Gegensatz zu der gebauten Welle ist diese
Welle 2 aber aus einem Stück gearbeitet. Es ist somit
nicht möglich Gleitlager 3 in
Form von Gleitlagerbuchsen zu verwenden, da die Wellenabsätze 7 über die
freien Enden 8',8'' der Welle 2 nicht ohne
weiteres zugänglich sind.
Die Nocken 4 verhindern die freie Zugänglichkeit der Wellenabsätze 7 und
ein Aufschieben von Buchsen.
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Diese
Art von Welle 2 kann somit nur mit aus zwei Lagerhalbschalen 5 bestehenden
Gleitlagern 3 versehen werden, die auf den Wellenabsätzen 7 angeordnet
werden können.
Vorzugsweise werden bei den aus zwei Lagerhalbschalen 5', 5'' aufgebauten Gleitlagern 3, deren
Lagerhalbschalen 5', 5'' sich mit ihren jeweils zwei Teilflächen in
zwei Bereichen gegenüberliegen,
die Lagerhalbschalen 5', 5'' in mindestens einem dieser beiden
Bereiche verbunden. Damit wird das System 1 aus Welle 2 und
Lager 3 zu einer unlösbaren
Einheit verbunden (siehe 3 und 4).
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3 zeigt
schematisch ein aus zwei Lagerhalbschalen 5', 5'' gefertigtes
Gleitlager 3. Die beiden Lagerhalbschalen 5', 5'' sind in den Bereichen 12,
in denen ihre Teilflächen 10, 11 gegenüberliegen,
jeweils mittels einer Schweißnaht 15 stoffschlüssig verbunden.
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4 zeigt
schematisch eine Schweißnaht 15 des
in 3 dargestellten Gleitlagers 3. Dabei handelt
es sich um ein Polymerverbundlager 3 mit einer ein Polymer
oder Polymermischung aufweisenden Gleitschicht 14, die
auf einem Sintergerüst
aufgetragen ist, das sich auf einem Stützkörper 13 befindet.
In dem Bereich 12, in dem die Teilfläche 10 der ersten
Lagerhalbschale 5' der
Teilfläche 11 der
zweiten Lagerhalbschale 5'' gegenüberliegt,
sind die beiden Lagerhalbschalen 5', 5'' mittels
einer Schweißnaht 15 stoffschlüssig verbunden.
Es ist gut zu erkennen, dass sich die Schweißnaht 15 nur im Bereich des
Stützkörpers 13 erstreckt
und ausreichenden Abstand von der Gleitschicht 14 hat,
so dass diese nicht durch die Schweißnaht 15 beeinträchtigt wird
oder durch einen zu großen
Wärmeeintrag
während
des Schweißvorganges
Schaden nimmt.
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Das
Verfahren und die für
das Verfahren verwendeten Werkzeuge werden im folgenden anhand der 5, 6 und 7 beschrieben.
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5 zeigt
schematisch eine erste Ausführungsform
der Haltemittel 20, wobei diese Haltemittel 20 in
Form eines Käfigs 21 ausgebildet
sind. Der Käfig 21 besteht
aus einer unteren Hälfte 22 und
einer oberen Hälfte 23.
Grundsätzlich
sind die beiden folgenden Verfahrensabläufe zu bevorzugen.
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Es
werden zunächst
erste Lagerhalbschalen 5'' in der unteren
Hälfte 22 des
Käfigs 21 angeordnet, wobei
sie jeweils von einem in der unteren Hälfte 22 angeordneten
Lagersattel 24 aufgenommen bzw. gehalten werden. Anschließend wird
die Hilfsnockenwelle 2 auf diesen ersten Lagerhalbschalen 5'' angeordnet. Danach werden zweite
Lagerhalbschalen 5' auf
der Hilfsnockenwelle 2 gegenüber den ersten Lagerhalbschalen 5'' angeordnet und die obere Hälfte 23 des
Käfigs 21 gegenüber der
unteren Hälfte 22 des
Käfigs 21 positioniert,
so dass die Lager 3 auf der Hilfsnockenwelle 2 fixiert
werden. Die zweiten, oberen Lagerschalen 5' werden dabei von Lagerdeckeln 25,
die in der oberen Hälfte 23 des
Käfigs 21 angeordnet
sind, aufgenommen bzw. gehalten.
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Alternativ
können
die zweiten, oberen Lagerhalbschalen 5' aber auch zunächst in der oberen Hälfte 23 des
Käfigs 21 angeordnet
werden und zusammen mit dieser oberen Hälfte 23 des Käfigs 21 gegenüber der
unteren Hälfte 22 des
Käfigs 21 positioniert
werden, so dass die Lagerschalen 5', 5'' auf der
Hilfsnockenwelle 2 fixiert werden.
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Damit
sind die Lagerhalbschalen 5', 5'' auf der Hilfsnockenwelle 2 in
einer der Einbausituation des Systems (1) ähnlichen
Position fixiert.
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Der
Käfig 21 verfügt in dem
Bereich, in dem die Lagerhalbschalen 5', 5'' miteinander
verbunden werden über
Fenster 26, so dass dieser Bereich der Lagerhalbschalen 5', 5'' zugänglich ist. Das Fenster 26 ermöglicht das
Verbinden der Lagerhalbschalen 5', 5'',
beispielsweise mit einer Schweißnaht,
während
die Welle 2 und die auf ihr angeordneten Lagerhalbschalen 5', 5'' in dem Käfig 21 in einer der
Einbausituation des Systems 1 ähnlichen Position fixiert sind.
Damit übernimmt
der Käfig 21 neben
der Funktion als Haltemittel 20 auch die Aufgabe einer Haltevorrichtung
für das
Einbringen einer Schweiß-
oder Klebeverbindung. Der Käfig 21 kann
aber auch gleichzeitig als Transportgefäß verwendet werden. Das System 1 aus
Welle 2 und Lagern 3 verbleibt nach der Herstellung
in dem Käfig 21 und
wird in dieser Form ausgeliefert. Bei der Endmontage des Systems 1 im
Zylinderkopf wird dann die untere Hälfte 22 des Käfigs 21 demontiert
bzw. entfernt und das System 1 aus Welle 2 und
Lagern 3 zusammen mit der oberen Hälfte 23 in die untere
Gehäusehälfte des
Zylinderkopfes gesetzt. Anschließend wird die obere Gehäusehälfte 23 des
Käfigs 21 entfernt
und die obere Gehäusehälfte des
Zylinderkopfes montiert.
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6 zeigt
einen Querschnitt des in 5 dargestellten Käfigs 21 entlang
der Linie A-A. Es ist zu erkennen wie die obere Lagerhalbschale 5' von einem in
der oberen Hälfte 23 des
Käfigs
angeordneten Lagerdeckel 25 und die untere Lagerhalbschale 5'' von einem in der unteren Hälfte 22 des
Käfigs
angeordneten Lagersattel 24 aufgenommen bzw. gehalten wird.
Dadurch werden die Lagerhalbschalen 5', 5'' auf
der Exzenterwelle 2 in einer der Einbausituation des Systems 1 ähnlichen
Position fixiert und insbesondere mit einer radialen Kraft beaufschlagt.
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Die
Bereiche, in denen die Lagerhalbschalen 5', 5'' miteinander
verbunden werden, sind über Fenster 26 frei
zugänglich.
Es ist somit gewährleistet, dass
ausreichend Platz vorhanden ist, um eine Schweißnaht 15 einbringen
zu können.
Im vorliegenden Beispiel werden die beiden Lagerhalbschalen 5', 5'' an beiden Seiten mittels einer
Schweißnaht 15 miteinander
verbunden.
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Bei
der gezeigten Ausführungsform
sitzen beide Lagerhalbschalen 5', 5'' mit
einem Presssitz im Lagersattel 24 bzw. Lagerdeckel 25,
wodurch sowohl eine axiale Fixierung als auch eine Sicherung gegen Verdrehen der
Schalen 5', 5'' gegenüber der Welle 2 erzielt
wird. Während
des Schweißens
werden beide Lagerhalbschalen 5', 5'' über den
Lagersattel 24 bzw. Lagerdeckel 25 mit einer Kraft
in radialer Richtung auf den Wellenabsatz 7 der Welle 2 gedrückt.
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7 zeigt
schematisch eine zweite Ausführungsform
der Haltemittel 20 in einer perspektivischen Darstellung,
wobei die Haltemittel 20 bei dieser Ausführungsform
als Klammern 40 ausgebildet sind.
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Die
gezeigte Ausführungsform
ist mit drei einzelnen Klammern 40 ausgestattet. Jede Klammer 40 verfügt über zwei
Klammerbacken 41, 42, die gegeneinander verschwenkt
werden können
und wird durch zwei als Rückstellelemente
dienende Federn 43 in die Schließstellung gezwungen. Die Welle selbst
ist nicht dargestellt. Zur Veranschaulichung ist aber die Achse 16 der
Welle eingezeichnet, um die Lage der Halterung 20 relativ
zur Welle zu veranschaulichen.
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Damit
die Welle gegen ein Verdrehen gegenüber den Lagern gesichert ist,
wurde eine Arretierung vorgesehen, die aus einem an der Klammer 40 angeordneten
Arretierungsstift 44 und einem mit diesem Arretierungsmittel 44 zusammenarbeitenden
zweiten Arretierungsmittel, welches an der Welle vorgesehen wird,
besteht. Die Klammern 40 bzw. die Klammerbacken 41, 42 können so
ausgebildet werden, dass das System aus Welle und Lagern bei der
Endmontage dieser Baugruppe im Zylinderkopf zusammen mit der Klammer 40 in
die untere Gehäusehälfte des
Zylinderkopfes eingesetzt wird bevor die Klammer 40 entfernt
wird. Hierdurch wird eine exakte Positionierung des System gewährleistet.
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Wie
der in den 5 und 6 dargestellte Käfig ist
auch die Klammer 40 mit mehreren Fenstern 26 ausgestattet.
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- 1
- System
- 2
- Exzenterwelle,
Hilfsnockenwelle
- 3
- Gleitlager
- 4
- Nocken
- 5'
- obere
Lagerhalbschalen
- 5''
- untere
Lagerhalbschalen
- 6
- Gleitlagerbuchse
- 7
- Wellenabsatz
- 8'
- freies
Wellenende
- 8''
- freies
Wellenende
- 9
- Antriebskranz
- 10
- Teilfläche
- 11
- Teilfläche
- 12
- Stoßbereich
- 13
- Stützkörper
- 14
- Gleitschicht
- 15
- Schweißnaht
- 16
- Wellenachse
- 20
- Haltemittel
- 21
- Käfig
- 22
- untere
Hälfte
- 23
- obere
Hälfte
- 24
- Lagersattel
- 25
- Lagerdeckel
- 26
- Fenster
- 40
- Klammer
- 41
- Klammerbacke
- 42
- Klammerbacke
- 42
- Klammerbacke
- 43
- Rückstellelement
- 44
- Arretierungsstift