EP1472438A1 - Schaltelement für einen ventiltrieb einer brennkraftmaschine - Google Patents

Schaltelement für einen ventiltrieb einer brennkraftmaschine

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EP1472438A1
EP1472438A1 EP03702437A EP03702437A EP1472438A1 EP 1472438 A1 EP1472438 A1 EP 1472438A1 EP 03702437 A EP03702437 A EP 03702437A EP 03702437 A EP03702437 A EP 03702437A EP 1472438 A1 EP1472438 A1 EP 1472438A1
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Description

Bezeichnung der Erfindung
Schaltelement für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Schaltelement für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise zur Ventilabschaltung, mit einem Außenteil sowie einem in dessen Bohrung axial beweglichen Innenelement, wobei das Außenteil und das Innenelement in einer durch eine Lost-Motion-Feder erzielten axial entfernten Relativstellung wenigstens je eine zueinander fluchtende Aufnahme besitzen, wobei in einer der Aufnahmen in Richtung zur anderen Aufnahme ein oder mehrere ver- schiebliche Koppelmittel zur Kopplung des Innenelements mit dem Außenteil bei der Relativstellung zueinander appliziert sind, wobei zwischen dem Innenelement und dem Außenteil ein erster Höhenanschlag zur Definierung der Relativstellung appliziert ist und wobei in das Innenelement ein hydraulisches Spielausgleichselement mit einem Druckkolben eingebaut ist, welcher Druckkolben axial aus diesem heraus durch einen zweiten Höhenanschlag fixiert ist. Hintergrund der Erfindung
Ein derartiges Schaltelement geht aus der als gattungsbildend betrachteten DE 199 15 531 hervor. Es ist hier als schaltbarer Nockenfolger für einen Stößel- stangentrieb dargestellt. Dabei ist ein Höhenanschlag zur Definierung der Relativstellung über ein im Innenelement angeordnetes kolbenähnliches Element hergestellt. Dieses ragt radial außen in eine Längsnut des Außenteils. Im axial auseinander gefahrenen Zustand des Innenelements zum Außenteil schlägt das Element an einem Ende der Längsnut an. Somit soll eine fluchtende Zu- Ordnung einer im Außenteil positionierten Koppelbohrung für einen im Innenelement angeordneten Kolben zur Kopplung geschaffen sein.
Nachteilig ist es bei dem vorgenannten Stand der Technik, dass eine Einstellung des Spiels der Kopplung relativ kompliziert und aufwändig ist. Es ist klar, dass die entsprechende Aufnahme im Außenteil (hier Koppelbohrung) zur Aufnahme des Kolbens geringfügig spielbehaftet gegenüber einem Außenmantel des Kolbens ausgebildet sein muss. Dieses Spiel und eine Höhenlage schwankt fertigungsbedingt von Schaltelement zu Schaltelement. Die relativ breite Varianz dieses mechanischen Leerwegs bei den Schaltelementen ist jedoch unerwünscht.
Um daher das Koppelspiel einzustellen bzw. dessen Varianz in einem erträglichen Maß zu halten, werden die Kolben zur Verriegelung gruppiert. Dies ist fertigungs- und messtechnisch äußerst aufwändig. Beispielsweise werden Schaltelemente komplett montiert, anschließend wird das Spiel gemessen, um daraufhin das Schaltelement wiederum zu demontieren und einen entsprechenden Kolben zur Kopplung zuzupaaren. Gleichfalls ist es denkbar, den Höhenanschlag an der Längsnut des Außenelements zu gruppieren.
Ein weiterer Höhenanschlag ist beim o. g. Stand der Technik für einen Druckkolben des Spielausgleichselements vorgesehen und als Ring ausgebildet. Sind zwei Kolben zur Kopplung vorgesehen, so wie es aus der DE 42 06 166 hervorgeht, erweisen sich die o. g. Anschlagmaßnahmen quasi als unmöglich. Hier wird die fluchtende Lage der sich im Innenelement diametral gegenüber liegenden Koppelbohrungen über Anlage der beiden axial beweglichen Teile des Schaltelements am Nockengrundkreis realisiert. Eine Einstellung des Spiels der Kopplung erfolgt hier fertigungs- und messtechnisch äußerst aufwändig über eine Paarung von entsprechenden Schaltelementen (hier Tassenstößel) mit Nockenpaaren bzw. -wellen. Ggf. wird eine zu große Spielabweichung zugelassen werden müssen.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Schaltelement der vorgenannten Art zu schaffen, bei welchem die zitierten Nachteile mit einfachen Mitteln beseitigt sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
• dass die Höhenanschläge als jeweils mindestens ein ringartiges Element wie ein Sicherungsring ausgebildet und übereinander liegend in der Bohrung des Außenteils angeordnet sind, wobei in die Bohrung des Außenteils gesehen der untere Sicherungsring den zweiten Höhenanschlag und der darüberliegende erste Sicherungsring den ersten Höhenanschlag bildet, wobei bei Montage der
Sicherungsringe dickenvariable erste und dickenkonstante zweite Sicherungsringe vorgesehen sind und wobei das Sicherungsringpaket über den ersten Sicherungsring aus der Bohrung heraus an einem Anschlag wie einem Ringabsatz der Bohrung anliegt.
Durch die mindestens zwei bzw. zwei Sicherungsringe ergibt sich ein einfacher, kippfreier sowie einstellbarer Höhenanschlag sowie gleichzeitig eine Verliersicherung für den Druckkolben des hydraulischen Spielausgleichselements. Vorzugs- weise sollen zwei Koppelmittel (Kolben) im Innenelement vorgesehen sein. Gleichermaßen bezieht sich der Schutzbereich der Erfindung jedoch auch auf eine Ausgestaltung mit nur einem Kolben bzw. mit einer Mehrzahl von Kolben.
Der nebengeordnete Anspruch 8 bezieht sich alternativ auf ein Verfahren zur Einstellung des Koppelspiels bei einem Schaltelement nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Durch die vorgenannten Maßnahmen sind die eingangs zitierten Nachteile mit einfachen Mitteln und wirkungsvoll beseitigt. Zum einen ist bei Montage des Schaltelements garantiert, dass der Druckkolben des Spielausgleichselements und somit auch das Innenelement nicht verloren geht (zweiter Höhenanschlag). Zum anderen ergibt sich durch die dickenvariabel bereitgehaltenen ersten Sicherungsringe als erste Höhenanschläge eine sehr einfache Möglichkeit, den Leerweg des wenigstens einen Koppelelements (Kolben) gegenüber seiner umschließenden Aufnahme einzustellen. Vorzugsweise wird dieser Leerweg so eingestellt, dass jede Aufnahme das entsprechende Koppelmittel in beide Axialrichtungen gleichbe- abstandet umschließt. Sollte die Aufnahme eine Bohrung und keine Ringnut sein, so ist es besonders vorteilhaft, wenn die Bohrung das entsprechende Koppelmittel konzentrisch umfaßt.
Anstelle der Sicherungsringe erschließen sich dem Fachmann an dieser Stelle noch weitere leicht montierbare Anschlagmittel, wie Scheiben, einsetzbare Stifte, Keile, Ringe usw.. Auch können diese Mittel selbstverständlich an einem anderen Höhenabschnitt als dem randseitigen des Schaltelements angeordnet sein. Ggf. können mehrere Sicherungsringe zueinander gepaart werden, um das Koppelspiel bzw. die Verliersicherung zu realisieren.
Somit ist garantiert, dass im entsprechenden Koppelfall die Koppelmittel in der sie umschließenden Aufnahme des Außenteils, über eine Vielzahl von Schaltelementen hinweg, stets einen gleichen Leerweg zurücklegen. Vorzugsweise sind, wie genannt, zwei Kolben als Koppelmittel vorgesehen, welche in der als Radialbohrung ausgebildeten Aufnahme des Innenelements verlaufen und sich dort diametral gegenüberliegen. Hierdurch liegt ein besonders kippsicherer Mechanismus vor, der bei Kopplung nur eine geringe Bauteilbelastung erzeugt. Anstelle der Radialbohrung im Innenelement ist auch eine Sackbohrung oder eine ähnliche Ausgestaltung denkbar.
In Fortbildung der Erfindung ist es vorgeschlagen, die Aufnahme des Außenteils, wie vorhergehend erwähnt, als Ringnut in dessen Bohrung zu fertigen. Dies hat insbesondere fertigungstechnische Vorteile. Anstelle der Ringnut können auch Bohrungen angeordnet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Konkretisierung der Erfindung ist das Innenelement gegenüber dem Außenteil beispielsweise über ein stiftartiges Element verdrehgesichert. Somit haben die Koppelmittel in Bezug auf ihre Aufnahme über den gesamten Betriebszeitraum des Schaltelements hinweg eine gleiche Positionierung wie bei der Einstellung des Koppelspiels. Hierdurch wirken sich Toleranzen, im Falle der Ausbildung der Aufnahme als umlaufende Ringnut, nicht mehr aus.
Gleichfalls ist es vorgeschlagen, die Ringnut, im Falle der Verwendung von zwei Kolben als Koppelmittel, von zwei sich diametral gegenüberliegenden Öldurchläs- sen wie Bohrungen schneiden zu lassen. Sind zwei Zuleitungen in einer Ölgalerie einer Umgebungskonstruktion wie beispielsweise einem Zylinderkopf oder einer mit der Brennkraftmaschine verbundenen Führung für das Schaltelement vorgesehen, die sich gegenüberliegen, so ist es egal, welcher Öldurchlaß des Schaltelements mit welcher Zuleitung kommuniziert. Wichtig sind gleich lange Ölwege zur Erzielung gleicher Schaltzeiten. Im Falle nur einer Zuleitung ist allerdings ein gerichteter Einbau des Schaltelements notwendig. Hier können entsprechende Mar- kierungen an diesem zur Erleichterung der Montage angebracht werden. Selbstverständlich können die Öldurchlässe im Außenteil auch an einem anderen Um- fangsabschnitt dieses angeordnet sein, so dass sie nicht zu den Kolben im Koppelfall fluchten. Für den Fall, dass das Schaltelement als Nockenfolger in einem Stößelstangentrieb gefertigt ist, wie es in weiterer zweckmäßiger Fortbildung der Erfindung vorgeschlagen ist, und dieser Nockenfolger eine Rolle als Nockengegenläufer hat, sowie zur Zuordnung der Zuleitungen aus der Umgebungskonstruktion zu den Öldurchlässen, ist es notwendig, das Schaltelement verdrehzusichern. Hier sind zweckmäßige Verdrehsicherungsmaßnahmen wie Anflachungen am Außenmantel des Außenteils vorgeschlagen.
Anstelle der Kolben als Koppelmittel können auch andere Elemente wie Klinken, Kugeln, Keile und ähnliche einen Formschluss erzeugende Elemente eingesetzt werden. Ggf. ist auch ein Form-Kraftschluss denkbar.
Der Schutzbereich dieser Erfindung bezieht sich ausdrücklich auf alle Arten von Schaltelementen in Ventiltrieben wie die vorgenannten Nockenfolger in Stößelstangentrieben, Tassenstößel bzw. Abstützelemente für Schlepphebel etc..
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch ein als Rollenstößel für einen Stößelstangentrieb ausgebildetes Schaltelement und
Figur 2 einen um 90° gedrehten Teillängsschnitt nach Figur 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die Figuren 1 , 2 offenbaren ein Schaltelement 1 für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine. Dieses ist hier als Rollenstößel für einen Stößelstangentrieb ausgebildet. Es besteht aus einem Außenteil 2, in dessen Bohrung 3 ein axial bewegliches Innenelement 4 verläuft. Das Innenelement 4 und das Außenteil 2 sind durch eine nicht näher zu erläuternde Lost-Motion-Feder 5 voneinander weg beaufschlagt.
In der zeichnerisch dargestellten axial voneinander entfernten Position des Außenteils 2 zum Innenelement 4 fluchten deren Aufnahmen 6, 7 zueinander. Die Aufnahme 6 des Außenteils 2 ist als umlaufende Ringnut gefertigt. Die Aufnahme 7 im Innenelement 4 hingegen ist als radial verlaufende Durchgangsbohrung ausgebildet. In dieser sind zwei sich diametral gegenüberlie- gende Koppelmittel 8 angeordnet, die hier als Kolben ausgebildet sind. Die Koppelmittel 8 sind radial nach außen über die Kraft eines Druckfedermittels 10 beaufschlagt (Koppelrichtung). Radial nach innen, d. h. in Entkoppelrichtung, können die Koppelmittel 8 über Hydraulikmittel verlagert werden. Hierfür hat das Außenteil 2 zweckmäßigerweise zwei sich diametral gegenüberliegende Oldurchlässe 11 (siehe Figur 1). Diese sind hier als Bohrung gefertigt und um 90° zu den Koppelmitteln 8 in Umfangsrichtung versetzt. Zweckmäßigerweise kommunizieren die Oldurchlässe 11 mit zwei Zuleitungen für Hydraulikmittel aus einer nicht näher zu erläuternden Umgebungskonstruktion.
Des Weiteren kann sich der Fachmann den Figuren entnehmen, dass am Außenmantel 12 des Außenteils 2 Mittel 13 zur Verdrehsicherung appliziert sind. Diese sind hier als sich gegenüberliegende Anflachungen ausgebildet. Diese Maßnahme erweist sich zum einen notwendig, um die Oldurchlässe 11 mit ihren entsprechenden Zuleitungen zu verbinden und zum anderen, um eine Rolle 14 gegenüber einem nicht dargestellten Nocken auszurichten.
Des Weiteren ist zu erkennen, dass das Innenelement 4 gegenüber dem Außenteil 2 ebenfalls verdrehgesichert ist. Hierfür ist im Außenteil 2 eine Verdrehsicherung 15 (hier als Stift ausgebildet) befestigt, welche radial in die Boh- rung 3 des Außenteils 2 hineinragt. Das Innenelement 4 wiederum hat eine der Verdrehsicherung 15 zugewandte Längsaussparung 16, an deren Flanken die Verdrehsicherung 15 geführt ist. Das Außenteil 2 besitzt in einem bohrungsfernen Abschnitt eine Ringnut 17 mit einem Anschlag 18. In die Ringnut 17 sind zwei Sicherungsringe 19, 20 eingeschnappt. Diese bilden jeweils einen zweiten und ersten Höhenanschlag 21 , 22. Die Sicherungsringe 19, 20 insgesamt liegen am Anschlag 18 an. Dabei dient der zweite, untere Sicherungsring 19 einer Verliersicherung eines Druckkolbens 23 eines hydraulischen Spielausgleichselements 24, welches in das Innenelement 4 eingebaut ist. Über den ersten Sicherungsring 20, welcher auf dem zweiten Sicherungsring 19 liegt und bei Montage dickenvariabel bereitgehalten wird, erfolgt eine Einstellung des Koppelspiels der Koppelmittel 8 in der sie umgebenden Aufnahme 6.
Es ist klar, dass der Druckkolben 23 mit Innenelement 4 nach Montage des zweiten Sicherungsrings 19 nicht mehr aus der Bohrung 3 des Außenteils 2 über die Kraft einer Druckfeder 25 des Spielausgleichselements 24 bzw. der Lost-Motion-Feder 5 geschoben werden kann. Der Druckkolben 23 ist somit über seinen Rand 26 in Anlage an dem zweiten Sicherungsring 19.
Vor Einstellung des Koppelspiels der Koppelmittel 8 gegenüber ihrer Aufnahme 6 muss dieses ermittelt werden. Dies erfolgt bei ausgefahrenen Koppelmitteln 8. Dabei wird einfach gesagt deren Leerweg in der Aufnahme 6 nach Belastung des Innenelements 4 und somit dessen Verschiebung in der Bohrung 3 bis zum Erreichen einer Unterseite 27 der Aufnahme 6 gemessen. Anschließend ist es für den Fachmann relativ einfach, aufgrund des gemessenen Leerwegs zurückzurechnen, bei welcher Höhe eine Mittenlage der Koppelmittel 8 in der Aufnahme 6 erreicht ist. Nachdem dieser Wert feststeht, wird ein entsprechend dicker erster Sicherungsring 20 direkt oberhalb des zweiten Sicherungsrings 19 in die Ringnut 17 eingeschnappt. Die Lost-Motion-Feder 5 drückt somit das Innenelement 4 mit seinem Rand 28 gegen den zweiten Sicherungsring 19. In dieser Position (Koppelstellung) ist das Koppelspiel eingestellt; vorteil hafter- weise so, dass das Koppelmittel 8 in der Aufnahme 6 in beide Axialrichtungen gleich geringe Verfahrwege hat. Insgesamt gesehen kann somit ein Leerweg, den das Innenelement 4 nach erfolgter Kopplung mit dem Außenteil 2 und bei beginnender Nockenbeaufschlagung relativ zum Außenteil 2 mit den Koppelmitteln 8 in den Aufnahmen 6 zurücklegt, gleichmäßig gering über eine Serie von Schaltelementen 1 in Brennkraftmaschinen gleichen Typs gehalten werden. Eine zu große und unerwünschte Varianz der Steuerzeiten ist ausgeschlossen.
Bezugszahlen
Schaltelement
Außenteil
Bohrung
Innenelement
Lost-Motion-Feder
Aufnahme Außenteil
Aufnahme Innenteil
Koppelmittel nicht vergeben
Druckfedermittel
Öldurchlaß
Außenmantel
Mittel
Rolle
Verdrehsicherung
Längsaussparung
Ringnut
Anschlag
Sicherungsring
Sicherungsring
Höhenanschlag
Höhenanschlag
Druckkolben
Spielausgleichselement
Druckfeder
Rand Druckkolben
Unterseite
Rand Innenelement

Claims

Patentansprüche
1. Schaltelement (1 ) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise zur Ventilabschaltung, mit einem Außenteil (2) sowie einem in dessen Bohrung
(3) axial beweglichen Innenelement (4), wobei das Außenteil (2) und das Innenelement (4) in einer durch eine Lost-Motion-Feder (5) erzielten axial entfernten Relativstellung wenigstens je eine zueinander fluchtende Aufnahme (6, 7) besitzen, wobei in einer der Aufnahmen in Richtung zur anderen Aufnahme ein oder mehrere verschiebliche Koppelmittel (8) zur Kopplung des Innenelements (4) mit dem Außenteil (2) bei der Relativstellung zueinander appliziert sind, wobei zwischen dem Innenelement (4) und dem Außenteil (2) ein erster Höhenanschlag (22) zur Definierung der Relativstellung appliziert ist und wobei in das Innenelement (4) ein hydraulisches Spielausgleichselement (24) mit ei- nem Druckkolben (23) eingebaut ist, welcher Druckkolben (23) axial aus diesem heraus durch einen zweiten Höhenanschlag (21) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenanschläge (21 , 22) als jeweils mindestens ein ringartiges Element wie ein Sicherungsring (19, 20) ausgebildet und übereinander liegend in der Bohrung (3) des Außenteils (2) angeordnet sind, wobei in die Bohrung (3) des Außenteils (2) gesehen der untere Sicherungsring (19) den zweiten Höhenanschlag (21) und der darüberliegende erste Sicherungsring (20) den ersten Höhenanschlag (22) bildet, wobei bei Montage der Sicherungsringe (20, 19) dickenvariable erste und dickenkonstante zweite Sicherungsringe (20, 19) vorgesehen sind und wobei das Sicherungsringpaket (20, 19) über den ersten Sicherungsring (20) aus der Bohrung (3) heraus an einem
Anschlag (18) wie einem Ringabsatz der Bohrung (3) anliegt.
2. Schaltelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Koppelmittel (8) zwei Kolben vorgesehen sind, welche in der als Radialbohrung ausgebildeten Aufnahme (7) des Innenelements (4) verlaufen und sich dort diametral gegenüberliegen.
3. Schaltelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (6) des Außenteils (2) als Ringnut in dessen Bohrung (3) gefertigt ist, wobei die Ringnut von zwei sich gegenüberliegenden Öldurchlässen (11) wie Bohrungen im Außenteil (2) geschnitten ist und wobei das Innenelement (4) über eine Verdrehsicherung (15) in der Bohrung (3) des Außenteils (2) geführt ist.
4. Schaltelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdrehsicherung (15) ein radial vorstehendes Element wie ein Stift angeordnet ist, welcher im Außenteil (2) oder Innenelement (4) befestigt und in ei- ner Längsaussparung (16) des gegenüberliegenden Bauteils (Innenelement
(4) oder Außenteil (2)) geführt ist.
5. Schaltelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Außenteil (2) Mittel (13) zur verdrehgesicherten Führung des gesamten Schaltelements (1 ) gegenüber einer Umgebungskonstruktion hat.
6. Schaltelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (13) zur verdrehgesicherten Führung aus einer oder mehreren Anflachungen am Außenmantel (12) des Außenteils (2) bestehen.
7. Schaltelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (1 ) als Nockenfolger in einem Stößelstangentrieb hergestellt ist.
8. Verfahren zur Einstellung des Koppelspiels bei einem Schaltelement (1 ) nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 , wobei als Höhenanschlag (21 , 22) jeweils mindestens ein ringartiges Element wie ein Sicherungsring (19, 20) vorgesehen ist, die Bohrung (3) des Außenteils (2) einen bohrungsfernen Anschlag (18) wie einen Ringabsatz hat und als Koppelmit- tel (8) zumindest ein Kolben vorgesehen ist, welcher in der als Radialbohrung ausgebildeten Aufnahme (7) des Innenelements (4) verläuft, mit folgenden Schritten, denen auch weitere Schritte zwischengelagert sein können: • a) Einschnappen des wenigstens einen zweiten Sicherungsringes (19) in einen Bereich axial unterhalb des Anschlages (18) derart, dass der Druckkolben (23) des Spielausgleichselements (24) mit seinem bohrungsfernen Rand (26) über die Kraft einer Druckfeder (25) des Spielausgleichselements (24) gegen den zweiten Sicherungsring (19) und dieser gegen den Anschlag (18) gedrückt ist;
• b) Verschieben des Innenelements (4) bei in die Aufnahme (6) des Außenteils (2) ausgefahrenem Koppelmittel (8) in Bohrungsrichtung soweit, bis das Koppelmittel (8) an einer Unterseite (27) der Aufnahme (6) anliegt;
• c) Messen des zurückgelegten Leerwegs des Innenelements (4) mit Koppelmittel (8) bis zum Kontakt an der Unterseite (27) und
• d) Zupaaren des wenigstens einen ersten Sicherungsringes (20) mit einer solchen Dicke, dass bei dessen anschließendem Einschnappen in einen Bereich axial unterhalb des Anschlages (18), in Anlage auf dem zweiten Sicherungsring (19), das Innenelement (4) über den zweiten Sicherungsring (19) so verschoben ist, dass das Koppelmittel (8) zumindest in beide Axial- richtungen gleichbeabstandet zu der Aufnahme (6) verläuft.
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