DE102016207175A1

DE102016207175A1 - Schwenklager eines hydraulischen Spielausgleichselements

Info

Publication number: DE102016207175A1
Application number: DE102016207175.0A
Authority: DE
Inventors: Marco Junker; Steffen Gumbrecht
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2017-11-02
Also published as: US20170314429A1; US10428699B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schwenklager (1) eines hydraulischen Spielausgleichselements (2), insbesondere eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, wobei das Schwenklager (1) einen in eine axiale Richtung (a) vorspringenden ersten Abschnitt (3) mit einer zumindest abschnittsweise konvexen Oberfläche (4) sowie einen zweiten Abschnitt (5) mit einer zumindest abschnittsweise konkaven Oberfläche (6) zum zumindest teilweisen Aufnehmen des ersten Abschnitts (3) aufweist. Um die Herstellung eines solchen Schwenklagers zu optimieren und die damit einhergehenden Kosten zu minimieren, sieht die Erfindung vor, dass der erste Abschnitt (3) zumindest teilweise als Kugel ausgebildet ist, wobei der zweite Abschnitt (5) die Kugel (3) mit Hinterschnitt in axiale Richtung (a) umgreift.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Schwenklager eines hydraulischen Spielausgleichselements, insbesondere eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, wobei das Schwenklager einen in eine axiale Richtung vorspringenden ersten Abschnitt mit einer zumindest abschnittsweise konvexen Oberfläche sowie einen zweiten Abschnitt mit einer zumindest abschnittsweise konkaven Oberfläche zum zumindest teilweisen Aufnehmen des ersten Abschnitts aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Ein gattungsgemäßes Schwenklager ist aus der DE 199 50 585 A1 bekannt. Ähnliche Lösungen zeigen die DE 37 25 245 A1 und die DE 195 05 406 A1 . Das Schwenklager erlaubt es, Schwenkbewegungen bei der Übertragung der Bewegung beispielsweise eines Kipphebels auf einen Ventilschaft auszuführen.
Der genannte zweite Abschnitt des Schwenklagers ist dabei insbesondere als Kugelpfanne (sog. „Elefantenfuß“) ausgebildet, die den bevorzugt als Kugel ausgebildeten ersten Abschnitt des Gehäuse des hydraulischen Ventilspielausgleichselements (HLA = Hydraulic Lash Adjuster) aufnimmt, um Spiel im Ventiltrieb einer Verbrennungskraftmaschine auszugleichen.
Das Schwenklager fungiert also als Gelenk, bestehend aus Kugel und Kugelpfanne, und hat die Funktion, alle rotatorischen Freiheitsgrade zuzulassen und gleichzeitig translatorisch hohe Kräfte übertragen zu können. Diese Kräfte übertragen beispielsweise die Hubbewegung der Nockenwelle über Kraftübertragungshebel (z.B. Kipphebel) auf die Ventile, um diese zu öffnen.
Die definierte Bewegung der Ventile dient vor allem zur exakten Einhaltung der Gaswechselintervalle im Verbrennungsraum und somit letztlich einem einwandfreien Betrieb des Motors. Die Kugelpfanne ist für den Einbaufall verliersicher am Gehäuse des Spielausgleichselements zu befestigen, damit aus Gründen der Montagefreundlichkeit sowie der Funktionssicherheit die Kugelpfanne in ihrer Position gehalten wird. Die Halterung der Kugelpfanne muss eine Ölzugänglichkeit für die Schmierung des Kugel-Pfannen-Kontakts aufweisen.
In Ventiltrieben wird also zum hydraulischen Ventilspielausgleich ein hydraulisches Abstützelement eingesetzt. Dieses kann sowohl ventil- als auch nockenseitig eingebaut werden. Es besitzt, wie erwähnt, die Kugel, um den Winkelausgleich des Ventiltriebs zu ermöglichen. Das Anschlussbauteil in Form der Kugelpfanne muss verliersicher an die Kugel montiert werden, wodurch insbesondere verhindert werden kann, dass während der Montage im Motor Bauteile in das Innere des Motors fallen und dort Schäden verursachen.
Gemäß den oben genannten vorbekannten Lösungen ist es bekannt, Federelemente einzusetzen, die die Kugel gegen die Pfanne drücken und so für ein spielfreies Zusammenwirken der beiden Teile sorgt. Bei dieser vorbekannten mehrteiligen Lösung zieht also ein Federring Kugel und Pfanne gegeneinander; der Federring wird hierbei beispielsweise in einer Nut festgelegt, die in eines der Teile eingearbeitet ist.
Generell vorstellbar wäre auch eine Fixierung der Kugel in der Pfanne durch eine Umbördelung. Hierbei würde dann die für die Halterung benötigte Querschnittsverjüngung an der Pfanne nach dem kraftfreien Positionieren der Kugel in der Pfanne erzeugt.
Insofern ist bei den vorbekannten Lösungen ein erheblicher Aufwand bei der Produktion der benötigten Bauteile zu treiben, was entsprechend kostenintensiv ist.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Schwenklager so auszubilden, dass die Herstellung derselben optimiert wird und die mit der Herstellung einhergehenden Kosten minimieren werden können. Weiterhin soll für eine gute Schmierung des Gleitkontakts zwischen den Gleitpartnern gesorgt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt zumindest teilweise als Kugel ausgebildet ist, wobei der zweite Abschnitt (also die Pfanne) die Kugel mit Hinterschnitt in axiale Richtung umgreift.
Der erste Abschnitt (also die Kugel) und der zweite Abschnitt sind dabei bevorzugt nach ihrer Herstellung frei von plastischen Umformungen. Hierunter ist zu verstehen, dass die genannten Bauteile fertig bearbeitet sind und anschließend keiner plastischen Verformung (namentlich einer Umbördelung) unterzogen sind.
Der erste Abschnitt (also die Kugel) und der zweite Abschnitt sind dabei bevorzugt jeweils als einstückige Teile ausgebildet, wobei die Kugel zusammen mit dem zweiten Abschnitt nach Art einer Schnappverbindung miteinander verbunden sind.
Hierdurch ist ein einfaches Fügen der beiden Teile (Kugel und Pfanne) durch Aufeinanderpressen und Einschnappen möglich.
Der zweite Abschnitt ist dabei bevorzugt in seinem die Kugel mit Hinterschnitt umfassenden Bereich als unterbrechungsfrei umlaufender Rand ausgebildet. Hierfür ist bevorzugt vorgesehen, dass der umlaufende Rand eine radiale Dicke aufweist, die zwischen 3 % und 10 % des Durchmessers der Kugel beträgt. Besagter umlaufender Rand ist also dünn ausgebildet, so dass er beim Fügen von Kugel und Pfanne leicht verformt werden kann.
Die zur Aufnahme der Kugel vorhandene Öffnung des zweiten Abschnitts weist dabei besonders bevorzugt – gesehen in axiale Richtung – eine unrunde Kontur auf.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die zur Aufnahme der Kugel vorhandene Öffnung des zweiten Abschnitts, gesehen in axiale Richtung, eine elliptische Kontur auf. Eine Alternative hierzu sieht vor, dass die zur Aufnahme der Kugel vorhandene Öffnung des zweiten Abschnitts, gesehen in axiale Richtung, eine Kontur aufweist, die über dem Umfang der Öffnung betrachtet an drei oder mehr Stellen einen maximalen Abstand von der Achse aufweist; hierbei ist besonders bevorzugt der umlaufende Rand als Gleichdick ausgebildet. Der umlaufende Rand weist in diesem Falle also auf allen Radialstrahlen, die die axiale Richtung schneiden, gleiche Weiten auf (sowohl was die radial innenliegende als auch was die radial außenliegende Seite des umlaufenden Randes anbelangt).
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Länge des kleinsten innenliegenden Umfangs des umlaufenden Randes des zweiten Abschnitts größer oder gleich ist der Länge des Umfangs der Kugel. Dies ermöglicht es, mit besonders geringen und möglicherweise schädigenden Verformungen das Fügen von Kugel und Pfanne zu bewerkstelligen und dennoch einen stabilen Verbund zu erzeugen.
Demnach besteht ein wesentlicher Aspekt der vorgeschlagenen Lösung darin, dass der als zweiter Abschnitt des Schwenklagers bezeichnete Teil auf die Kugel aufgeschnappt wird, wodurch Kugel und Kugelpfanne nach Art einer Schnappverbindung zusammenhalten.
Durch die weiter vorgeschlagene Ausgestaltung mit unrunder Öffnung ergibt sich folgender wesentlicher Vorteil: Da der zweite Abschnitt des Schwenklagers, also die Pfanne, zur Aufnahme der Kugel, aufgrund der Anforderungen an die Verschleißbeständigkeit an die Kontaktflächen einer Wärmebehandlung unterzogen werden muss, steht nur ein geringes Maß an Elastizität des Werkstoffs für das Aufschnappen zur Verfügung. Da dieses spröde Werkstoffverhalten in Kombination mit den Fertigungstoleranzen des ersten und zweiten Abschnitts des Schwenklagers (Pfanne und Kugel) bei runder Ausbildung der Öffnung der Pfanne keine sichere Haltefunktion durch Aufschnappen sicherstellen kann, wird vorgeschlagen, die zu überdrückende Form an der Pfanne nicht kreisrund, sondern mit einer unrunden Kontur versehen auszuführen.
Diese Kontur kann hierbei flexibel gewählt werden. Denkbar sind beispielsweise elliptisch, sternförmige (ähnlich Torx^®) oder n-eckige (ähnlich Inbus^®) Konturen.
Vorteilhaft ist dabei vorgesehen, dass die Länge der Kontur (d. h. die Länge des kleinsten innenliegenden Umfangs des umlaufenden Randes des zweiten Abschnitts) mindestens den Umfang der Kugel besitzt und die unrunde Kontur an mindestens einer Stelle den Durchmesser der Kugel unterschreitet. Beim Aufschnappen der Kugel in die Pfanne führt die durch die Kontur eingebrachte Strukturelastizität zum reversiblen Auffedern der Pfanne.
Somit ergibt sich eine besonders einfache Montage bzw. Demontage des Schwenklagers durch ein werkzeugloses Aufschnappen der Pfanne auf die Kugel.
Es ist eine einteilige Bauform der Kugelpfanne möglich, was eine wirtschaftliche Fertigung ermöglicht.
Es ist ein schlankes Design der Kugelpfanne mit einem geringen Außendurchmesser möglich; dies ermöglicht eine hohe Freigängigkeit der Kugelpfanne in Neigerichtung (beispielsweise bei Anordnung des Spielausgleichelements im Kipphebel).
Vorteilhaft ist weiterhin eine spanlose Fertigungsmöglichkeit als Fließpressteil mit hoher Ausbringungsrate.
Wärmebehandlungsverfahren zur Verschleißreduzierung an den Kontaktflächen können eingesetzt werden.
Schließlich ist eine gute Ölzugänglichkeit zum Bereich zwischen Kugel und Pfanne gegeben, was die Lebensdauer erhöht und die Reibung mindert.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 in einem Radialschnitt ein Spielausgleichselement eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, wobei ein zweiter Abschnitt (Kugelpfanne) eines Schwenklagers in einer montierten und in einer noch nicht montierten Stellung dargestellt ist,
2a in perspektivischer Ansicht den zweiten Abschnitt eines Schwenklagers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2b den Radialschnitt des Abschnitts des Schwenklagers gemäß 2a,
2c die Draufsicht auf den Abschnitt des Schwenklagers gemäß 2a,
3a in perspektivischer Ansicht den zweiten Abschnitt eines Schwenklagers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
3b den Radialschnitt des Abschnitts des Schwenklagers gemäß 3a und
3c die Draufsicht auf den Abschnitt des Schwenklagers gemäß 3a.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 ist ein Spielausgleichselement 2 eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine dargestellt. Betreffend den generellen Aufbau eines solchen Spielausgleichselements sowie dessen Einsatz wird auf die oben genannten vorbekannten Lösungen gemäß der DE 199 50 585 A1 , der DE 37 25 245 A1 und der DE 195 05 406 A1 ausdrücklich Bezug genommen. Zur Betätigung eines Ventilschaft 12 weist das Spielausgleichselement 2 in seinem unteren Abschnitt ein Schwenklager 1 auf, das aus einem ersten Abschnitt 3 in Form einer Kugel und einem zweiten Abschnitt 5 in Form einer Kugelpfanne besteht. Die Kugel 3 weist eine konvexe Oberfläche 4 auf, die im montierten Zustand der Anordnung im Gleitkontakt mit der konkaven Oberfläche 6 der Kugelpfanne 5 steht.
Wesentlich ist, dass der zweite Abschnitt 5 die Kugel 3 mit Hinterschnitt in axiale Richtung a umgreift. Hierzu wird auf einen Bereich 7 des zweiten Abschnitts 5 hingewiesen, der – gesehen in axiale Richtung a – die Kugel 3 mit Hinterschnitt umfasst.
Sowohl die Kugel 3 als auch die Kugelpfanne 5 sind nach ihrer Herstellung (d. h. nach der spanenden oder spanlosen Bearbeitung, Wärmebehandlung und Feinbearbeitung) frei von plastischen Umformungen geblieben.
Dies gilt insbesondere auch für den Montagevorgang von Kugel 3 und Kugelpfanne 5, bei der beide Teile relativ zueinander in axiale Richtung a aufeinander zu bewegt und zusammengedrückt werden; dies ist durch den Pfeil in 1 angedeutet.
Damit besagter Montagevorgang ohne plastische Umformungen erfolgen kann, ist ein umlaufende Rand 8 an der Kugelpfanne 5 angeordnet der relativ dünn ausgebildet ist. In 1 eingetragen ist die radiale Dicke d des umlaufenden Rands 8 sowie der Durchmesser D der Kugel 3. Die radiale Dicke d des umlaufenden Rands 8 beträgt dabei in der Größenordnung von 5 % des Durchmessers D der Kugel 3.
Demgemäß schnappt die Kugelpfanne bei der besagten axialen Relativbewegung auf die Kugel 3 auf, so dass sich ein fester Verbund zwischen den beiden Bauteilen 3 und 5 ergibt.
Um mit besonders geringen und ohne möglicherweise schädigende Verformungen den genannten Aufschnappvorgang ausführen zu können, sind vorteilhaft besondere Maßnahmen ergriffen, die in den 2 und 3 illustriert sind.
Hier ist in zwei verschiedenen Ausführungsbeispielen der zweite Abschnitt 5, also die Kugelpfanne, des Schwenklagers 1 dargestellt. Zur Aufnahme der Kugel 3 weist die Kugelpfanne 5 eine Öffnung 9 auf, in die die Kugel bei der Montage der beiden Teile eintritt.
Wie sich aus den jeweiligen 2c und 3c ergibt, ist die Öffnung 9 nicht kreisrund ausgeführt, sondern sie weist eine unrunde Form auf.
Bei der Lösung nach 2c ist eine elliptische Form vorgesehen; aus 3c ist ersichtlich, dass die Öffnung 9 eine Kontur mit drei besonders weit von der Achse a beabstandeten Bereichen aufweist. Eingetragen sind in 3c drei Stellen 10, bei denen der umlaufende Rand 8 mit seiner radial innen liegenden Oberfläche einen maximalen Abstand b von der Achse a aufweist (bei der elliptischen Lösung gemäß 2c sind dies entsprechend zwei derartige Stellen 10).
Wenn man die Länge 11 (s. die 2b und 3b) des kleinsten innenliegenden Umfangs des Randes 8 betrachtet, ergibt sich, dass diese Länge mindestens so groß ist wie der maximale Kugelumfang. Demgemäß ist es in diesem Falle besonders einfach möglich, den Aufschnappvorgang der Kugelpfanne 5 auf die Kugel 3 zu bewerkstelligen, da hierfür vorübergehend lediglich die unrunde Kontur in eine runde Kontur verformt werden muss, was ohne plastische Effekte vonstatten gehen kann und somit besonders materialschonend ist.
Der umlaufende Rand 8 ist im Falle der Ausgestaltung nach 3 bevorzugt als Gleichdick gestaltet, d.h. jeweils diametral gegenüber liegende Punkte der Kontur haben einen gleichen Abstand voneinander.
Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung ist es möglich, die Schwenklagerung mit sehr wenigen Teilen zu realisieren, die zudem relativ einfach und kostengünstig gefertigt werden können.
Bezugszeichenliste

1: Schwenklager
2: Spielausgleichselement
3: erster Abschnitt (Kugel)
4: konvexe Oberfläche
5: zweiter Abschnitt (Kugelpfanne)
6: konkave Oberfläche
7: mit Hinterschnitt umfassender Bereich des zweiten Abschnitts
8: umlaufender Rand
9: Öffnung des zweiten Abschnitts
10: Stelle mit maximalem Abstand
11: Länge des kleinsten innenliegenden Umfangs
12: Ventilschaft
a: axiale Richtung
d: radiale Dicke
D: Durchmesser der Kugel
b: maximaler Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19950585 A1 [0002, 0037]
DE 3725245 A1 [0002, 0037]
DE 19505406 A1 [0002, 0037]

Claims

Schwenklager (1) eines hydraulischen Spielausgleichselements (2), insbesondere eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, wobei das Schwenklager (1) einen in eine axiale Richtung (a) vorspringenden ersten Abschnitt (3) mit einer zumindest abschnittsweise konvexen Oberfläche (4) sowie einen zweiten Abschnitt (5) mit einer zumindest abschnittsweise konkaven Oberfläche (6) zum zumindest teilweisen Aufnehmen des ersten Abschnitts (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (3) zumindest teilweise als Kugel ausgebildet ist, wobei der zweite Abschnitt (5) die Kugel (3) mit Hinterschnitt in axiale Richtung (a) umgreift.
Schwenklager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (3) und der zweite Abschnitt (5) nach ihrer Herstellung frei von plastischen Umformungen sind.
Schwenklager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (3) und der zweite Abschnitt (5) jeweils als einstückige Teile ausgebildet sind und die Kugel (3) zusammen mit dem zweiten Abschnitt (5) nach Art einer Schnappverbindung miteinander verbunden sind.
Schwenklager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (5) in seinem die Kugel (3) mit Hinterschnitt umfassenden Bereich (7) als unterbrechungsfrei umlaufender Rand (8) ausgebildet ist.
Schwenklager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Rand (8) eine radiale Dicke (d) aufweist, die zwischen 3 % und 10 % des Durchmessers (D) der Kugel (3) beträgt.
Schwenklager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Aufnahme der Kugel (3) vorhandene Öffnung (9) des zweiten Abschnitts (5), gesehen in axiale Richtung (a), eine unrunde Kontur aufweist.
Schwenklager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Aufnahme der Kugel (3) vorhandene Öffnung (9) des zweiten Abschnitts (5), gesehen in axiale Richtung (a), eine elliptische Kontur aufweist.
Schwenklager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Aufnahme der Kugel (3) vorhandene Öffnung (9) des zweiten Abschnitts (5), gesehen in axiale Richtung (a), eine Kontur aufweist, die über dem Umfang der Öffnung (9) betrachtet an drei oder mehr Stellen (10) einen maximalen Abstand (b) von der Achse (a) aufweist.
Schwenklager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Rand (8) als Gleichdick ausgebildet ist.
Schwenklager nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (11) des kleinsten innenliegenden Umfangs des umlaufenden Randes (8) des zweiten Abschnitts (5) größer oder gleich ist der Länge des Umfangs der Kugel (3).