DE102007022826A1

DE102007022826A1 - Bauteil für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007022826A1
Application number: DE102007022826A
Authority: DE
Inventors: Joachim Krause; Joachim Seitz
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2008-11-20
Also published as: DE502008001776D1; ATE487855T1; CN101680314B; EP2156022B1; CN101680314A; WO2008138776A1; EP2156022A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Bauteil (1) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, das auf unterschiedliche Hübe für ein Gaswechselventil schaltbar ist, mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Element (2, 3), die relativ zueinander verschwenkbeweglich sind, wobei in einer Bohrung (4) des ersten Elements (2) im Entkoppelfall ein über Hydraulikmitteldruck lozierbarer Koppelkolben (5) verläuft, der für einen Koppelfall über einen Trennspalt (6) zwischen beiden Elementen (2, 3) hinweg abschnittsweise unter eine Mitnehmerfläche (7) des anderen Elements (3) über die Kraft einer Schraubendruckfeder (8) verschiebbar ist, welche Schraubendruckfeder (8) zwischen einer koppelbaren Stirn (9) des Koppelkolbens (5) und einem Stoppmittel (10) eingespannt ist, wobei das Stoppmittel (10) über seine radiale Außenfläche (11) in der Bohrung (4) befestigt ist und wobei der Koppelkolben (5) im Entkoppelfall mit seiner koppelfernen Stirn (9) an einer Innenstirn (12) des Stoppmittels (10) einen federnden Anschlag erfährt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Bauteil für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, das auf unterschiedliche Hübe für wenigstens ein Gaswechselventil schaltbar ist, mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Element, die relativ zueinander axial- oder verschwenkbeweglich sind, wobei in einer Bohrung eines der Elemente im Entkoppelfall [kleiner oder Null-Ventilhub] zumindest ein über Hydraulikmitteldruck lozierbarer Koppelkolben verläuft, der für einen Koppelfall [großer Ventilhub], über einen Trennspalt zwischen beiden Elementen hinweg, abschnittsweise in oder unter eine Mitnehmerfläche des anderen Elements über die Kraft zumindest einer Schraubendruckfeder verschiebbar ist, welche Schraubendruckfeder zwischen einer koppelfernen Stirn des Koppelkolbens und einem Stoppmittel eingespannt ist.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiges Bauteil, hier als abschaltbarer Schlepphebel ausgelegt, geht aus der U.S. 5,544,626 hervor. Wie beispielsweise aus 1 zu entnehmen ist, erfolgt eine Verlagerung des im ersten Element (Außenhebel) angeordneten Koppelkolbens in Entkoppelrichtung über Hydraulikmitteldruck und in Koppelrichtung über eine zwischen dessen koppelferner Stirn und einem Stoppmittel eingespannte Schraubendruckfeder.
Das Stoppmittel ist hier als endseitig in die Bohrung für den Koppelkolben eingepresste Scheibe dargestellt. Zum einen liegt auf der Hand, dass aufgrund der in die Koppelbohrung eingepressten Scheibe als einenendiges Stoppmittel für den Koppelkolben es zu Verformungen im Bohrungsbereich kommen kann. Außerdem besteht die Gefahr, dass diese Scheibe als Stoppmittel sich während des Betriebes des schaltbaren Bauteils löst und somit das Bauteil unerwünscht ausfällt.
Nachteilig ist es des weiteren, dass bei Beaufschlagung des Koppelkolbens über Hydraulikmittel dieser relativ „hart" an die Scheibe als Stoppmittel schlagen kann. Insbesondere kann der Koppelkolben eine relativ hohe Auftreffgeschwindigkeit bei „Fehlschaltungen" haben, die an dieser Stelle nicht näher erläutert werden müssen. Auch können unerwünschte Druckspitzen im Hydrauliksystem auftreten, die zu dem unerwünscht „harten" Anschlagen des Koppelkolbens an dessen Stoppmittel führen. Anders gesagt können aufgrund der relativ großen Kontaktsteifigkeit sehr große und unerwünschte Impulskräfte auftreten. Diese können ggf. auch zu unerwünschten Verformungen des Koppelkolbens führen.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Bauteil der vorgenannten Gattung zu schaffen, bei dem die zitierten Nachteile mit einfachen Mitteln beseitigt sind.
Lösung der Aufgabe
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Stoppmittel so ausgelegt ist, dass der Koppelkolben im Entkoppelfall mit seiner koppelfernen Stirn an dessen Innenstirn einen federnden Anschlag/eine Dämpfung erfährt. Alternativ kann das Stoppmittel selbst, wie im Stand der Technik, „hart" ausgebildet sein und der Koppelkolben besitzt im Bereich seiner koppelfernen Stirn ein Feder- oder Dämpfungsmittel.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das Stoppmittel in die Bohrung für den Koppelkolben „hineinverlegt" wird und entweder direkt mit seiner radialen Außenfläche in einer Ringnut der Bohrung sitzt oder an einem in die Bohrung einragenden Vorsprungelement wie einem in der Ringnut der Bohrung verlaufenden Sicherungsring/Sprengring eine Anlage findet.
Somit sind die vorbeschriebenen Nachteile mit einfachen Mitteln beseitigt. Aufgrund der erfindungsgemäß federnden Ausbildung des Stoppmittels sind die Impulskräfte bei Auftreffen des Koppelkolbens auf diesem deutlich reduziert. Somit ist der Verschleiß vermindert und gleichzeitig ist garantiert, dass das Stoppmittel nicht unerwünscht aus der Bohrung für den Koppelkolben „wandert".
Als schaltbares Bauteil ist beispielsweise an einen ab- oder umschaltbaren Schlepphebel gedacht. Des weiteren bezieht sich der Schutzbereich der Erfindung auch auf schaltbare Ventiltriebsbauteile wie schaltbare Tassenstößel, schaltbare Abstützelemente oder schaltbare Rollen- oder Pilzstößel.
Gemäß einer besonders bevorzugten Variante soll bei Anschlag des Koppelkolbens an einer Innenstirn des Stoppmittels ein federnder radialer Hebelarm gebildet sein. Dieser liegt einfach gesagt zwischen einer äußeren Kontaktkante der koppelfernen Stirn des Koppelkolbens an der Innenstirn des Stoppmittels und einer radial innenliegenden Kontaktkante am axial gegenüber befindlichen „Einspannbereich" des Stoppmittels in der Bohrung. Wird beispielsweise die koppelferne Stirn des Koppelkolbens deutlich angefast, so wird die Kontaktkante relativ weit in Richtung zur Axiallinie des Koppelkolbens verlegt und somit der Hebelarm vergrößert. Der Fachmann wird hier durch entsprechende Auswahl des Materials des Stoppmittels (beispielsweise Stahlblech) und dessen Dimensionierung, gemeinsam mit Versuchsmaßnahmen, eine optimale Auslegung in diesem Anschlagbereich finden.
Der vorgenannte Hebelarm kann auch dadurch geschaffen bzw. vergrößert werden, indem das Stoppmittel selbst in einer Radialerweiterung der Bohrung für das Koppelmittel verläuft und mit seiner Außenstirn in bohrungsferne Richtung dort einen Anschlag findet.
Alternativ ist es denkbar und vorgesehen, dass scheibenähnliche Stoppmittel auch mit einem von dessen Innenrand ausgehenden Ringkragen zu versehen, der an einem Grund einer Bohrung des Koppelmittels anschlägt. Somit liegt hier auch ein relativ langer federnder radialer Hebelarm vor.
Das Stoppmittel kann, wie genannt, teller- oder scheibenähnliche Geometrie haben und alternativ auch aus Kunststoff oder dergleichen bestehen. Es ist ebenfalls denkbar und vorgesehen, das Stoppmittel mit radialen Federzungen zu versehen, die von dessen Außenfläche ausgehen oder sich von dessen zentrischer Bohrung radial nach außen erstrecken. Somit kann das Stoppmittel generell tellerfederähnliche Geometrie aufweisen.
Es ist klar, dass anstelle der anspruchsgemäß vorgeschlagenen Schraubendruckfeder zur Beaufschlagung des Koppelkolbens in Koppelrichtung auch ein Schraubendruckfederpaket, aber auch andere mechanische Federmittel wie Spiralfedern oder dergleichen, appliziert werden können.
Alternativ zu dem am Stoppmittel selbst ausgebildeten federnden radialen Hebelarm kann es auch vorgesehen sein, vom scheibenartigen Stoppmittel Federzungen in Koppelkolbenrichtung abstehen zu lassen, gegen die der Koppelkolben mit seiner koppelfernen Stirn im Anschlagfall „anläuft". Ein „Zurückschlagen" des Koppelkolbens wegen des federnden Anschlagbereichs wird durch das diesem vorgelagerte Hydraulikmittel hinreichend gut verhindert bzw. geringfügig in Kauf genommen.
Das tellerähnliche Stoppmittel kann, wie gesagt, direkt radial außen in einer entsprechenden Ringnut verlaufen, so dass sich dessen Einpressen erübrigt. Es kann jedoch auch axial nach außen an einem Spreng- oder Sicherungsring anliegen, der wahlweise auch in einer Radialerweiterung der Bohrung sitzen kann. Alternativ bieten sich andere Anschläge an, wie einfach aus der Bohrung herausgearbeitete Vorsprünge.
Um eine einfache Montage des scheibenartigen Stoppmittels zu gewährleisten, ist es in Konkretisierung der Erfindung vorgeschlagen, dieses beispielsweise mit einer oder mehreren Öffnungen für einen Eingriff eines Montagewerkzeugs zu versehen. Selbstverständlich kann über diese Öffnungen auch ein Eingriff eines Demontagewerkzeugs erfolgen.
Der Koppelkolben selbst kann ein- oder mehrteilig dargestellt sein und wahlweise gestuft oder ungestuft vorliegen. Im Falle dessen gestufter Ausbildung kann dieser in Koppelrichtung einen einfachen Anschlag an einem Stufenbereich seiner Koppelbohrung finden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 in einem Längsschnitt ein schaltbares Bauteil, hier als abschaltbarer Schlepphebel ausgebildet;
2 einen vergrößert dargestellten Schnitt nach 1 im Koppelbereich;
3 eine alternative Ausgestaltung zu 2 und
4 ebenfalls eine alternative Ausgestaltung zu 2.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 offenbart gemeinsam mit den 2 bis 4 ein Bauteil 1 eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, das auf unterschiedliche Hübe für wenigstens ein Gaswechselventil umschaltbar ist. Das Bauteil 1 ist hier, wie der Fachmann unschwer erkennt, als abschaltbarer Schlepphebel ausgebildet.
Das Bauteil 1 besteht aus einem ersten und einem zweiten Element 2, 3, die zueinander verschwenkbeweglich vorliegen. Das erste Element 2 ist als Außenhebel ausgebildet, wohingegen das zweite Element 3 als demgegenüber im Entkoppelfall abschwenkbarer Innenhebel vorliegt. Beide Elemente 2, 3 verlaufen einenends auf einer gemeinsamen Achse 30, wobei das zweite Element 3 eine als drehbare Rolle ausgebildete Anlauffläche 32 für einen Hubnocken hat.
Das Element 2 hat an einer Unterseite 27 einenends eine Anlage 28 für ein Gaswechselventil. Anderenends ist eine kalottenförmige Anlage 29 zur Abstützung auf einem Kopf eines Abstützelements ausgebildet.
Zwischen beiden Elementen 2, 3 verläuft quer ein Trennspalt 6. Dabei ist in einer Bohrung 4 des Elements 2 ein gestuft ausgebildeter Koppelkolben 5 appliziert. Dieser untergreift in dem in 1 offenbarten Koppelzustand eine als Unterseite ausgebildete Mitnehmerfläche 7 am stirnseitigen Endbereich des als Innenhebel ausgebildeten zweiten Elements 3.
Der dargestellte Koppelzustand ist über die Kraft einer Schraubendruckfeder 8 bewerkstelligt. Diese stützt sich koppelseitig an einer koppelfernen Stirn 9 des Koppelkolbens ab (hier Grund 20). Anderenends wirkt sie gegen eine Innenstirn 12 eines als dünnwandige Blechfederscheibe ausgebildeten Stoppmittels 10. Wie zu erkennen ist, sitzt die Schraubendruckfeder 8 in einer Bohrung 19 des Koppelkolbens 5 (koppelseitig).
Gemäß der Erfindung ist das als dünnwandige Blechscheibe vorliegende Stoppmittel 10 so ausgelegt, dass der Koppelkolben 5 an diesem im Entkoppelfall mit seiner koppelfernen Stirn 9 einen federnden Anschlag erfährt. Aufgrund dieses federnden Anschlags liegt eine „erträgliche" Kontaktsteifigkeit vor und die Impulskräfte sind vermindert. Somit ist nicht mehr mit den relativ hohen Bauteilspannungen wie im Stand der Technik zu rechnen.
Das Stoppmittel 10 gemäß den 1, 2 ist so ausgebildet, dass es, ausgehend von seinem Innenrand 18, mit einem sich in Koppelkolbenrichtung erstreckenden Ringkragen 17 versehen ist. Die Schraubendruckfeder 8 ist mit ihrem koppelfernen Bereich um diesen Ringkragen 17 gelegt und somit durch diesen einfach geführt.
Gemäß den 1, 2 ist die Bohrung 4 für den Koppelkolben 5 endseitig mit einer Radialerweiterung 25 versehen. Die Radialerweiterung 25 hat eine Ringnut 15, in der ein Vorsprungelement 16 sitzt. Dieses Vorsprungelement 16 ist als einfacher Spreng- oder Sicherungsring dargestellt.
Das Stoppmittel 10 liegt im Bereich seiner radialen Außenfläche 11 mit seiner Außenstirn 11a axial innen an dem Vorsprungelement 16 an (1, 2, 4). Das Bezugszeichen „H" kennzeichnet hierbei den federnden radialen Hebelarm. Gemäß 1 ist dieser radiale Hebelarm „H" noch dadurch vergrößert, dass der Koppelkolben 5 im Bereich seiner koppelfernen Stirn 9 deutlich angefast ist, so dass dessen Kontaktkante 13 relativ weit radial in Richtung zu dessen Axiallinie verlagert ist.
Gemäß 2 liegt diese deutliche Fase, bis auf den konstruktiv notwendigen Übergangsbereich im Abschnitt der Kontaktkante 13, nicht vor.
Aus 3 geht hervor, dass das Stoppmittel 10 auch mit Öffnungen 24 versehen sein kann. Diese dienen beispielsweise einem Eingriff eines Montagewerkzeugs. So kann für den Montagefall das Stoppmittel 10 zusammengedrückt und anschließend in dessen entsprechende Ringnut 15 eingeschnappt werden. Ggf. kann über diese Öffnungen auch Luft/Hydraulikmittel abgeleitet werden.
Des weiteren geht aus 3 hervor, dass das Stoppmittel 10, ausgehend von seinem Innenrand 18, mit einem domartigen Ringkragen 17 versehen ist, der durch einen Boden 21 verschlossen ist. An letztgenanntem Boden 21 liegt der Koppelkolben 5 im Entkoppelfall über seinen Grund 20 an. Der Fachmann erkennt, dass der Abstand der Kontaktkante 13 zur Kontaktkante 14 hier besonders groß ist, so dass ein relativ großer radialer Hebelarm „H" vorliegt. Ggf. kann das Stoppmittel 10 hier und nach den anderen Ausgestaltungen auch mit Schlitzen versehen sein, die entweder von dessen Außenfläche 11 ausgehen oder sich radial von innen nach außen erstrecken.
4 zeigt eine alternative Ausgestaltung gemäß den vorgenannten Varianten. Dabei ist das Stoppmittel 10, das hier wiederum tellerähnlich ausgebildet ist, mit von seiner Außenfläche 11 ausgehenden Radialschlitzen 22 versehen, zwischen denen Federzungen 23 gebildet sind, die in Koppelkolbenrichtung abstehen. Bei Auftreffen des Koppelkolbens 5 im Entkoppelfall erfolgt somit eine Anlage dessen koppelferner Stirn 9 an den Federzungen 23. Somit ist wiederum die Aufprallenergie des Koppelkolbens 5 hinreichend gut abgebaut.

1: Bauteil
2: erstes Element
3: zweites Element
4: Bohrung
5: Koppelkolben
6: Trennspalt
7: Mitnehmerfläche
8: Schraubendruckfeder
9: koppelferne Stirn
10: Stoppmittel
11: Außenfläche
11a: Außenstirn
12: Innenstirn
13: Kontaktkante (außen)
14: Kontaktkante (innen)
15: Ringnut
16: Vorsprungelement
17: Ringkragen
18: Innenrand
19: Bohrung des Koppelkolbens
20: Grund
21: Boden Ringkragen
22: Radialschlitz
23: Federzunge
24: Öffnung
25: Radialerweiterung
26: Ringstufe
27: Unterseite
28: Anlage Gaswechselventil
29: Anlage Abstützelement
30: Achse
31: Oberseite
32: Anlauffläche
H: radialer Hebelarm

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5544626 [0002]

Claims

Bauteil (1) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, das auf unterschiedliche Hübe für wenigstens ein Gaswechselventil schaltbar ist, mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Element (2, 3), die relativ zueinander axial- oder verschwenkbeweglich sind, wobei in einer Bohrung (4) eines der Elemente (2, 3) im Entkoppelfall [kleiner oder 0-Ventilhub] zumindest ein über Hydraulikmitteldruck lozierbarer Koppelkolben (5) verläuft, der für einen Koppelfall [großer Ventilhub], über einen Trennspalt (6) zwischen beiden Elementen (2, 3) hinweg, abschnittsweise in oder unter eine Mitnehmerfläche (7) des anderen Elements (3, 2) über die Kraft zumindest einer Schraubendruckfeder (8) verschiebbar ist, welche Schraubendruckfeder (8) zwischen einer koppelfernen Stirn (9) des Koppelkolbens (5) und einem Stoppmittel (10) eingespannt ist, wobei das Stoppmittel (10) über seine radiale Außenfläche (11) in der Bohrung (4) befestigt ist und wobei das Stoppmittel (10) so ausgelegt ist, dass der Koppelkolben (5) im Entkoppelfall mit seiner koppelfernen Stirn (9) an einer Innenstirn (12) des Stoppmittels (10) einen federnden Anschlag/eine Dämpfung erfährt.
Bauteil nach Anspruch 1, wobei am Stoppmittels (10) ein federnder radialer Hebelarm (H) gebildet ist, der zwischen einer radial außen liegenden Kontaktkante (13) der koppelfernen Stirn (9) des Koppelkolbens (5) an der Innenstirn (12) des Stoppmittels (10) und einer radial innen lie genden Kontaktkante (14) am axial gegenüber befindlichen „Einspannbereich" des Stoppmittels (10) in der Bohrung (4) liegt (1–3).
Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Stoppmittel (10), zumindest im Bereich dessen radialer Außenfläche (11), als teller- oder scheibenähnliche, dünnwandige Blech- oder Kunststofffederscheibe ausgebildet ist und über dessen radiale Außenfläche (11) entweder direkt in einer Ringnut (15) der Bohrung (4) sitzt oder über dessen Außenstirn (11a), im Bereich der radialen Außenfläche (11), an einem radial in die Bohrung (4) einragenden Vorsprungelement (16) wie einem in der Ringnut (15) der Bohrung (4) verlaufenden Sicherungsring/Sprengring axial innen anliegt.
Bauteil nach Anspruch 3, wobei das Stoppmittel (10) entweder mittig gelocht oder tellerfederähnlich radialgeschlitzt dargestellt ist.
Bauteil nach Anspruch 4, wobei das Stoppmittel (10) einen Ringkragen (17) aufweist, der sich von dessen Innenrand (18) in etwa orthogonal in Richtung zum Koppelkolben (5) erstreckt.
Bauteil nach Anspruch 5, wobei der Ringkragen (17) des Stoppmittels (10) in die Schraubendruckfeder (8), diese einenends führend, ragt.
Bauteil nach Anspruch 5, wobei die koppelferne Stirn (9) des Koppelkolbens (5) mit einer Bohrung (19) versehen ist, in der die Schraubendruckfeder (8) einenends unmittelbar abgestützt ist, wobei der Ringkragen (17) des Stoppmittels (10) im Anschlagfall an einem Grund (20) oder einem grundnahen Abschnitt der Bohrung (19) des Koppelkolbens (5) anliegt.
Bauteil nach Anspruch 7, wobei der Ringkragen (17) des Stoppmittels (10) mit einem geschlossenen Boden (21) ausgebildet ist.
Bauteil nach Anspruch 3, mit Rückbezug auf Anspruch 1, wobei das Stoppmittel (10) mit von dessen radialer Außenfläche (11) oder Innenrand (18) ausgehenden Radialschlitzen (22) zur Ausbildung von umfangsmäßig dazwischen gebildeten Federzungen (23) versehen ist, welche Federzungen (23) axial in Koppelkolbenrichtung so abstehen, dass der Koppelkolben (5) mit dessen koppelferner Stirn (9) unmittelbar auf den Federzungen (23) angefedert verläuft (4).
Bauteil nach Anspruch 3, wobei dem Stoppmittel (10) eine oder mehrere Öffnungen/Durchbrüche (24) wie Bohrungen/Ausstanzungen für einen Eingriff eines Montagewerkzeugs immanent sind.
Bauteil nach Anspruch 3, wobei im Fall des in die Bohrung (4) für den Koppelkolben (5) einragenden Vorsprungelements (16) wie dem Sicherungsring dieses von einer Radialerweiterung (25) der Bohrung (4) für den Koppelkolben (5) ausgeht, wobei das Stoppmittel (10) [Blech- oder Kunststofffederscheibe] mit dessen Innenstirn (12) nahe dessen radialer Außenfläche (11) auf einer zwischen den Bohrungsabschnitten gebildeten Ringstufe (26) sitzt.
Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Element (2) ein Außenhebel und das zweite Element (3) ein Innen- oder Seitenhebel eines (ab)schaltbaren Schlepphebels sind, welches erste oder zweite Element (2, 3) an einer Unterseite (27) einenends eine Anla ge (28) für ein Gaswechselventil und anderenends das erste Element (2) eine Anlage (29) für ein Abstützelement hat und wobei das zweite Element (3) abschwenkbar gegenüber dem ersten Element (2) ist und auf einer Achse (30) verschwenkbeweglich an diesem verläuft, wobei das erste Element (2), im Bereich oberhalb oder seitlich der Anlage (29) für das Abstützelement, die längs nach innen verlaufende Bohrung (4) und das zweite Element (3), im angrenzenden, stirnseitigen Trennspaltbereich, die Mitnehmerfläche (7) für den Koppelkolben (5) hat und wobei wenigstens das zweite Element (3) an seiner Oberseite (31) eine Anlauffläche (32) für einen Hubnocken aufweist.