DE102008013566A1

DE102008013566A1 - Schaltbares Bauteil für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008013566A1
Application number: DE102008013566A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Clawson Shewell
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2008-10-30
Also published as: US7793630B2; US20080264370A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein schaltbares Bauteil (1) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine wie ein Rollenstößel, mit einem Gehäuse (2), in dessen Bohrung (3) ein demgegenüber relativ axial bewegliches Innenelement (4) verläuft, wobei dem Innenelement (4) wenigstens ein Koppelmittel (6) zugeordnet ist, das im Entkoppelfall mit seiner Außenstirn (7) unmittelbar vor einer Ringfläche (8) zwischen beiden Bauteilen (2, 4) liegt und im Koppelfall abschnittsweise mit einer Mitnehmerfläche (9) in der Bohrung (3) des Gehäuses (2) in Eingriff ist und wobei zwischen den Bauteilen (2, 4) ein diese axial voneinander weg beaufschlagendes Lost-Motion-Federmittel (10) appliziert ist, wobei als Koppelmittel (6) wenigstens eine sichelähnliche, radial ausschwenkbare Klinke vorgesehen ist, die in einer Aussparung (11) im Außenmantel (5) wenigstens mittelbar des Innenelements (4) sitzt und an einem Ende (12) gelenkig mit dem Innenelement (4) verbunden ist, wobei als Mitnehmerfläche (9) in der Bohrung (3) des Gehäuses (2) eine Ringnut vorliegt und wobei das Koppelmittel (6) in Koppelrichtung über die Kraft eines mechanischen Federmittels (13) aus- sowie in Entkoppelrichtung über in die Mitnehmerfläche (9) vor dessen Außenstirn (7) leitbares Hydraulikmittel einschwenkbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein schaltbares Bauteil für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, mit einem hohlzylindrischen Gehäuse, in dessen Bohrung ein demgegenüber relativ axial bewegliches Innenelement mit seinem Außenmantel verläuft, wobei dem Innenelement wenigstens ein Koppelmittel zugeordnet ist, das im Entkoppelfall [Null- oder Kleinhub] mit seiner Außenstirn unmittelbar vor einer Ringfläche zwischen beiden Bauteilen liegt und im Koppelfall [Vollhub] abschnittsweise, die Ringfläche übergreifend, mit einer Mitnehmerfläche in der Bohrung des Gehäuses in Eingriff ist und wobei zwischen den Bauteilen ein diese axial voneinander weg beaufschlagendes Lost-Motion-Federmittel appliziert ist.
Hintergrund der Erfindung
Derartig schaltbare Bauteile, beispielsweise schaltbare Rollenstößel, die einenends von einer untenliegenden Nockenwelle beaufschlagt werden und anderenends über ihr Innenteil gegen eine Stößelstange agieren, sind der Fachwelt hinreichend bekannt und müssen an dieser Stelle nicht näher erläutert werden. Üblicherweise weist deren Innenteil wenigstens einen Koppelkolben auf, der für den Koppelfall radial nach außen in eine entsprechende Bohrung/Aufnahme des Gehäuses verlagerbar ist.
Nachteilig ist es bei dem vorbekannten Stand der Technik, dass dieser aufgrund der Höhe der Kolben unnötig Bauraum in Axialrichtung beansprucht. Des Weiteren liegt im Kopplungsfall nur eine relativ geringe Kontaktfläche vor, so dass hier die Hertz'sche Pressung unnötig erhöht ist und es gegebenenfalls zu unerwünschten plastischen Verformungen während des Betriebes kommen kann. Des Weiteren erweist sich eine maschinelle Bearbeitung des Kolben-in-Bohrung-Koppelmechanismus als relativ aufwändig und teuer.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein schaltbares 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 als Koppelmittel wenigstens eine sichelähnliche, radial ausschwenkbare Klinke vorgesehen ist, die in einer Aussparung im Außenmantel wenigstens mittelbar des Innenelements sitzt und an einem Ende gelenkig mit dem Innenelement mittel- oder unmittelbar verbunden ist, wobei als Mitnehmerfläche in der Bohrung des Ge häuses entweder eine Ringnut oder ein Ringnutsegment im Umfangsabschnitt des Koppelmittels vorliegt und wobei das Koppelmittel in Koppelrichtung über die Kraft eines mechanischen Federmittels aus- sowie in Entkoppelrichtung über in die Mitnehmerfläche vor dessen Außenstirn leitbares Servomittel wie Hydraulikmittel einschwenkbar ist.
Somit liegt ein schaltbares Bauteil für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine vor, bei dem die eingangs genannten Nachteile beseitigt sind.
Als schaltbares Bauteil kommen insbesondere ein schaltbarer Rollen- oder Flachstößel aber auch ein Abstützelement infrage. Gegebenenfalls kann der klinkenartige Koppelmechanismus auch bei schaltbaren Tassenstößeln oder anderen schaltbaren Ventiltriebsbauteilen wie schaltbaren Hebelsystemen Verwendung finden.
Vorzugsweise soll das schaltbare Bauteil als abschaltbares Bauteil ausgebildet sein, so dass im Entkoppelfall das entsprechende Gaswechselventil geschlossen bleibt. Gegebenenfalls ist der Koppelmechanismus auch bei umschaltbaren Varianten denkbar und vorgesehen.
Aufgrund des vorgeschlagenen radial ausschwenkbaren Klinkenmittels als Koppelmittel wird die Bauhöhe des schaltbaren Bauteils verringert. Außerdem liegt im Koppelfall, insbesondere bei der Variante, bei welcher mehrere ausschwenkbare Koppelmittel verwendet werden, nur eine relativ geringe Flächenpressung und somit Bauteilbelastung vor. Des Weiteren liegt auf der Hand, dass das wenigstens eine Koppelmittel, aber auch der gesamte Koppelbereich des schaltbaren Bauteils, beispielsweise in einem einfachen Feinstanzvorgang o. dgl. dargestellt werden können. Außerdem ist nicht mehr mit einer derartig feinen Tolerierung wie bei den aus dem Stand der Technik vorbekannten Kolben-in-Bohrung-Koppellösungen zu rechnen, so dass die Fertigungskosten absenkbar sind.
Vorzugsweise werden mehrere umfangsverteilte klinkenartige Koppelmittel (bspw. zwei oder drei) appliziert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das wenigstens eine klinkenartige Koppelmittel in Koppelrichtung über die Kraft eines Federmittels wie einer Haarnadelfeder o. dgl. ausgelenkt und in dessen Entkoppelrichtung über Hydraulikmitteldruck radial nach innen eingeschwenkt wird. Als Federmittel kommen auch weitere Elemente wie Schrauben-, Spiral-, Torsionsfedern etc. in Frage. Gegebenenfalls kann das wenigstens eine klinkenartige Koppelmittel auch über Hydraulikmittel ausgelenkt und über Federkraft zurückverlagert werden. Alternativ ist auch dessen beidseitige Verlagerung über Hydraulikmitteldruck denkbar und vorgesehen.
Zwar ist es möglich, das wenigstens eine klinkenartige Koppelmittel direkt in einer Aussparung im Außenmantel des Innenelements anzuordnen. Vorzugsweise soll der Koppelbereich jedoch gebaut dargestellt sein und somit aus einer scheibenartigen Abschlussplatte bestehen, oberhalb derer eine Trägerplatte mit dem wenigstens einen klinkenartigen Koppelmittel verläuft. Beide Bauteile sind über geeignete Befestigungsmaßnahmen mit einer unteren Stirn des Innenelements verbunden. Hierfür bietet sich beispielsweise ein einfacher stumpfartiger Ansatz o. ä. an.
Als einfache Verbindungsmaßnahme der vorgenannten Bauteile zur Darstellung des Koppelbereichs ist es vorgeschlagen, wenigstens eines der Bauteile (Abschlussplatte, Trägerplatte) beispielsweise über einen Verstemmvorgang, aber auch durch Aufpressen, Verschweißen u. ä. mit dem stumpfartigen Ansatz zu verbinden. Selbstverständlich können die klinkenartigen Koppelmittel über geeignete Wärmebehandlungsmaßnahmen und/oder aufgetragene Schichten entsprechend verschleißgeschützt werden.
Eine einfache Verbindungsmöglichkeit des klinkenartigen Koppelmittels mit dem Innenelement (wenigstens mittelbar) oder mit der Trägerplatte direkt ist Gegenstand eines weiteren Unteranspruchs. Demnach kann das Koppelmittel, welches sichel- oder bremsbackenähnliche Geometrie hat, an einem Ende (o. ggf. einem anderen Abschnitt) einen Lagerzapfen aufweisen, der in einer entsprechend als Gelenkpfanne ausgebildeten Gegenfläche der Aussparung der Trägerplatte aufgenommen ist. Gegebenenfalls kann die Gelenkpfanne auch am Koppelmittel ausgebildet sein und die entsprechende Gegenfläche in der Trägerplatte verlaufen. Es ist jedoch auch denkbar und vorgesehen, in diesem Bereich eine Stift-Lagerauge-Verbindung oder ähnliches vorzusehen. Gegebenenfalls ist es auch denkbar und vorgesehen, die klinkenartigen Koppelmittel nicht radial auszuschwenken, sondern diese einfach radial „auszuschieben".
Um ein einfaches Ableiten von überschüssigem Hydraulikmittel zu ermöglichen, weist die Abschlussplatte Perforierungen wie Bohrungen/Stanzungen auf.
Wie anspruchsgemäß vorgeschlagen, soll die Mitnehmerfläche in der Bohrung des Gehäuses für die klinkenartigen Koppelmittel vorzugsweise als Ringnut oder Ringnutsegment ausgebildet sein. Im Falle von Ringnutsegmenten muss sichergestellt sein, dass jedes Segment eine entsprechende Zuführung für das Hydraulikmittel hat. Alternativ hierzu kann die Bohrung des Gehäuses auch entsprechende Vorsprünge o. dgl. besitzen, in oder unter die das jeweilige Koppelmittel im Koppelfall eingreift.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein als Rollenstößel ausgebildetes schaltbares Bauteil und
2 einen Querschnitt durch das schaltbare Bauteil gemäß 1 im Bereich dessen Koppelabschnitts.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Dargestellt ist ein schaltbares Bauteils 1 für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine. Dieses ist hier als schaltbarer Rollenstößel ausgebildet. Das Bauteil 1 hat ein hohlzylindrisches Gehäuse 2, in dessen Bohrung 3 axial beweglich ein Innenelement 4 aufgenommen ist. An einer Unterseite hat das Gehäuse 2 eine als Rolle ausgebildete Nockenanlauffläche 31. Gegenüberliegend hierzu weist das Innenelement 4 eine Anlage 32 für wenigstens eine Stößelstange auf. Des Weiteren ist zu erkennen, dass im Inneren des Innenelements 4 eine hydraulische Spielausgleichseinrichtung an sich bekannter Bauart vorliegt.
Im Bereich einer unteren Stirn 15 hat das Innenelement 4 einen stumpfartigen Ansatz 16. An diesem Ansatz 16 ist beispielsweise über eine Verstemmung eine Abschlussplatte 17 angeordnet. Die Abschlussplatte 17 hat umfangsverteilte Perforierungen 27 für ein ungehindertes Abführen von Hydraulikmittel (siehe unten). Auf der Abschlussplatte 17, ebenfalls am Ansatz 16 befestigt, verläuft eine Trägerplatte 18. Diese weist umfangsverteilt drei Aussparungen 11 auf. Jede Aussparung 11 hat an einer Seitenfläche 22 je eine als Gelenkpfanne 21 ausgebildete Einformung. In der entsprechenden Gelenkpfanne 21 ist je ein als radial ausschwenkbare Klinke ausgebildetes Koppelmittel 6 über einen an dessen Ende 12 verlaufenden Lagerzapfen 20 gelenkig aufgenommen.
Gegen eine Innenstirn 26 des jeweiligen Koppelmittels 6 agiert ein Federmittel 13, das hier als Haarnadelfeder (Biegefeder) ausgebildet ist. Dieses Federmittel 13 wirkt mit einem äußeren Schenkel 25 gegen eine Innenstirn 26 des jeweiligen Koppelmittels 6 und mit einem inneren Schenkel 25 gegen einen entsprechenden Grund 24 der respektiven Aussparung 11 in der Trägerplatte 18.
Wie zu erkennen ist, gehen somit die Aussparungen 11 von einem Außenmantel 5a der Trägerplatte 18 aus. Gegebenenfalls können diese Aussparungen 11 auch direkt im Außenmantel 5 des Innenelements 4 verlaufen, so dass hier auf die „gebaute" Variante des Koppelbereichs auch verzichtet werden kann.
Offenbart ist der Koppelzustand der Koppelmittel 6. Hierfür ist in der Bohrung 3 des Gehäuses 2 eine entsprechende Mitnehmerfläche 9 appliziert. Diese ist als umlaufende Ringnut ausgebildet. Zur Verlagerung der Koppelmittel 6 in ihre Entkoppelrichtung (Einschwenken in die jeweilige Aussparung 11) wird Hydraulikmitteldruck verwendet. Hierfür hat das Gehäuse 2 zumindest eine Bohrung als Radialdurchtritt 28. Das Hydraulikmittel wird somit im gewünschten Entkoppelfall über die Radialbohrung 28 in die Mitnehmerfläche 9 und radial vor Außenstirnen 7 der Koppelmittel 6 geleitet. Um eine gute, allumfängliche Verteilung des Hydraulikmittels in der Mitnehmerfläche 9 zu gewährleisten, ist ein Grund 29 der Mitnehmerfläche 9 mit zwei axial beabstandeten, ringförmigen Umfangsvertiefungen 30 ausgebildet.
Eine Kopplung/Entkopplung erfolgt im Nockengrundkreisbereich. Soll der durch Hydraulikmitteldruck bewirkte Entkoppelzustand des schaltbaren Bauteils 1 aufgehoben werden, bei welchem die Koppelmittel 6 in ihren Aussparungen 11 außer Eingriff von der Mitnehmerfläche 9 sind, so wird der vorgenannte Hydraulikmitteldruck weitestgehend aufgehoben und die klinkenartigen Koppelmittel werden über die Kraft ihres Federmittels 13 radial nach außen in die Mitnehmerfläche 9 geschwenkt.
Fertigungstechnisch besonders einfach ist es, wenn die Bauteile des Koppelbereichs (Koppelmittel 6, Abschlussplatte 17, Trägerplatte 18) in einem einfachen Feinstanzvorgang dargestellt werden.
Bei der Variante der Erfindung, bei welcher das schaltbare Bauteil 1 als Abstützelement ausgebildet ist, wird das Gehäuse 2 mit seinem Außenmantel in einer Aufnahme der Brennkraftmaschine angeordnet und das Innenelement 4 hat im Bereich seiner Anlage 32 einen Kopf, auf dem ein hebelartiger Nockenfolger einenends abgestützt ist.

1: Bauteil
2: Gehäuse
3: Bohrung Gehäuse
4: Innenelement
5: Außenmantel Innenelement
5a: Außenmantel Trägerplatte
6: Koppelmittel
7: Außenstirn Koppelmittel
8: Ringfläche
9: Mitnehmerfläche
10: Lost-Motion-Feder
11: Aussparung
12: Ende
13: Federmittel
14: Koppelbereich
15: Stirn
16: Ansatz
17: Abschlussplatte
18: Trägerplatte
19: Verbindung
20: Lagerzapfen
21: Gelenkpfanne
22: Seitenfläche
23: Schenkel
24: Grund Aussparung
25: Schenkel
26: Innenstirn
27: Perforierung
28: Radialdurchtritt
29: Grund
30: Umfangsvertiefung
31: Nockenanlauffläche (Rolle)
32: Anlage

Claims

Schaltbares Bauteil (1) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, mit einem hohlzylindrischen Gehäuse (2), in dessen Bohrung (3) ein demgegenüber relativ axial bewegliches Innenelement (4) mit seinem Außenmantel (5) verläuft, wobei dem Innenelement (4) wenigstens ein Koppelmittel (6) zugeordnet ist, das im Entkoppelfall [Null- oder Kleinhub] mit seiner Außenstirn (7) unmittelbar vor einer Ringfläche (8) zwischen beiden Bauteilen (2, 4) liegt und im Koppelfall [Vollhub] abschnittsweise, die Ringfläche (8) übergreifend, mit einer Mitnehmerfläche (9) in der Bohrung (3) des Gehäuses (2) in Eingriff ist und wobei zwischen den Bauteilen (2, 4) ein diese axial voneinander weg beaufschlagendes Lost-Motion-Federmittel (10) appliziert ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Koppelmittel (6) wenigstens eine sichelähnliche, radial ausschwenkbare Klinke vorgesehen ist, die in einer Aussparung (11) im Außenmantel (5, 5a) wenigstens mittelbar des Innenelements (4) sitzt und an einem Ende (12) gelenkig mit dem Innenelement (4) mittel- oder unmittelbar verbunden ist, wobei als Mitnehmerfläche (9) in der Bohrung (3) des Gehäuses (2) entweder eine Ringnut oder ein Ringnutsegment im Umfangsabschnitt des Koppelmittels (6) vorliegt und wobei das Koppelmittel (6) in Koppelrichtung über die Kraft eines mechanischen Federmittels (13) aus- sowie in Entkoppelrichtung über in die Mitnehmerfläche (9) vor dessen Außenstirn (7) leitbares Servomittel wie Hydraulikmittel einschwenkbar ist.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Koppelbereich (14) des Innenelements (4) gebaut (mehrteilig) vorliegt.
Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur mehrteiligen Darstellung des Koppelbereichs (14) des Innenelements (4) Letzterem an dessen bohrungsseitiger Stirn (15) ein Befestigungsmittel wie ein stumpfähnlicher Ansatz (16) immanent ist, an welchem eine scheibenartige Abschlussplatte (17) befestigt ist, wobei axial zwischen der bohrungsseitigen Stirn (15) und der Abschlussplatte (17) eine Trägerplatte (18) eingebaut ist, die ebenfalls auf dem stumpfähnlichen Ansatz (16) befestigt ist sowie die vom Außenmantel (5a) ausgehende Aussparung (11) mit dem darin verlaufenden Koppelmittel (6) hat.
Bauteil nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelmittel (6) einen Ends entweder über eine Lagerzapfen-Gelenkpfanne- oder über eine Stift-Lagerauge-Verbindung (19) verschwenkbeweglich zumindest mittelbar gegenüber dem Innenelement (4) gelagert ist.
Bauteil nach Anspruch 4, mit Rückbezug auf Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Lagerzapfen-Gelenkpfanne-Verbindung (19) das Koppelmittel (6) einen Ends den Lagerzapfen (20) hat, wobei die Gelenkpfanne (21) in einer angrenzenden Seitenfläche (22) der Aussparung (11) der Trägerplatte (18) gebildet ist.
Bauteil nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Federmittel (13) eine mechanische Feder wie eine haarnadelähnliche Biegefeder appliziert ist, deren einer Schenkel (23) gegen einen Grund (24) der Aussparung (11) und deren anderer Schenkel (25) gegen eine Innenstirn (26) des Koppelmittels (6) wirkt.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entweder genau zwei sich diametral gegenüberliegende oder mehrere wie genau drei umfänglich gleichverteilte Koppelmittel (6) im Innenelement (4) verlaufen.
Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Bauelemente Abschlussplatte (17)/Trägerplatte (18) durch eine Befestigung wie eine Verstemmung oder Verschweißung oder durch Aufpressen/Aufschrumpfen mit dem stumpfähnlichen Ansatz (16) des Innenelements (4) verbunden sind.
Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Bauteile Trägerplatte (18)/Abschlussplatte (17)/Koppelmittel (6) durch Feinstanzen hergestellt sind.
Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussplatte (17) mit Perforierungen (27) versehen ist.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut/das Ringnutsegment als Mitnehmerfläche (9) von wenigstens einem Ra dialdurchtritt (28) wie einer Bohrung für das Hydraulikmittel geschnitten sind, wobei wenigstens eines der Teile Außenstirn (7) des Koppelmittels (6)/Grund (29) der Ringnut o. des Ringnutsegments als Mitnehmerfläche (9) mit einer oder mehreren Umfangsvertiefungen (30) für einen Hydraulikmitteldurchtritt dargestellt sind.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) als abschaltbarer Stößel wie ein Rollenstößel oder als abschaltbares Abstützelement für einen hebelartigen Nockenfolger dargestellt ist.