DE102008059192A1

DE102008059192A1 - Schaltbares hydraulisches Spielausgleichselement mit kugelförmigen Verriegelungsstiften

Info

Publication number: DE102008059192A1
Application number: DE102008059192A
Authority: DE
Inventors: Richard Orem Best; Florin Canton Bugescu
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2009-06-25
Also published as: US7992532B2; US20090159030A1

Abstract

Das schaltbare hydraulische Spielausgleichselement (10) verwendet Kugeln (36) die zum Verriegeln und Entriegeln der schaltbaren Elemente des hydraulischen Spielausgleichselementes (10) radial beweglich sind. Ein in axialer Richtung verschiebbarer Kolben (46) wirkt auf die Kugel (36), um die Kugel (36) sowohl in Eingriff mit dem Innengehäuse (16) zu pressen als auch eine Lösung der Kugel (36) vom Innengehäuse (16) zu ermöglichen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft schaltbare hydraulische Spielausgleichselemente, insbesondere die in solchen schaltbaren hydraulischen Spielausgleichselementen verwendeten Verriegelungsvorrichtungen.
Gebiet der Erfindung
Schaltbare hydraulische Spielausgleichselemente bieten eine bessere Motoreffizienz verglichen mit herkömmlichen Ventiltrieben. Das in Ventiltrieben mit oben liegenden Nockenwellen verwendete schaltbare hydraulische Spielausgleichselement wird normalerweise durch zwei Verriegelungsstifte aktiviert bzw. deaktiviert, welche hydraulisch verschoben werden, um das Außengehäuse der Vorrichtung zu verriegeln bzw. zu entriegeln,. Derartige Stifte bewegen sich in einer planen radialen Richtung.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Konzept für die Aktivierung und Deaktivierung des schaltbaren Elementes in einem hydraulischen Spielausgleicheselement zur Verfügung zu stellen. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Bauhöhe des schaltbaren hydraulischen Spielausgleichselements zu verkleinern.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden ohne weiteres durch die Lektüre der folgenden Beschreibung der Erfindung deutlich.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgaben der Erfindung werden durch die Verwendung von radial beweglichen Kugeln als Verriegelungselemente gelöst, wobei die Kugeln durch einen axial beweglichen, am Außengehäuse des Spielausgleichselementes gelagerten Kolben betätigt werden.
Im Allgemeinen kann die Erfindung als ein die folgenden Merkmale aufweisendes schaltbares hydraulisches Spielausgleichselement definiert werden:

• ein zylindrisches Außengehäuse mit einer ersten, inneren, zylindrischen axialen Sackbohrung,
• ein an einem offenen Ende der ersten Bohrung verschiebbar angeordnetes zylindrisches Innengehäuse, welches eine zweite, innere, zylindrische axiale Sackbohrung aufweist,
• einen an einem offenen Ende der zweiten Bohrung verschiebbar angeordneten Kolben des Spielausgleichselements,
• eine in der ersten Bohrung zwischen einem Boden des Innengehäuses und einem geschlossenen Ende der ersten Bohrung angeordnete Lost-Motion-Feder,
• eine sich durch eine Seitenwand des Außengehäuses hindurch erstreckende radiale Öffnung,
• eine innere Vertiefung in einer Seitenwand des Innengehäuses,
• eine in der radialen Öffnung angeordnete Kugel, die radial beweglich angeordnet ist zwischen einer verriegelten Stellung, in der die Kugel mit der Vertiefung und der radialen Öffnung im Eingriff steht, so dass das Innengehäuse mit dem Außengehäuse verriegelt ist, und einer entriegelten Stellung, in der die Kugel sich in der radialen Öffnung befindet und von der Vertiefung los kommt, so dass das Innengehäuse von dem Außengehäuse entriegelt ist.
• einen axial beweglichen, an der Außenseite des Außengehäuses gelagerten Kolben, der eine radiale Anlagefläche und eine radiale äußere Vertiefung aufweist, wobei der Kolben an der Außenseite des Außengehäuses axial beweglich angeordnet ist zwischen einer ersten Stellung, in der die Anlagefläche die Kugel in Eingriff mit der inneren Vertiefung verschiebt, so dass die Kugel sich in der verriegelten Stellung befindet, und einer zweiten Stellung, in der die äußere Vertiefung sich im Eingriff mit der Kugel befindet und die Kugel von der ersten Vertiefung los kommt, so dass die Kugel sich in der entriegelten Stellung befindet, und
• eine Kugelrückstellfeder, die an der radialen Öffnung in einer Seitenwand der ersten Bohrung angeordnet ist und die Kugel in Richtung der entriegelte Stellung vorspannt.

Bevorzugt besitzt das Außengehäuse eine Axialnut, in der der Kolben verschiebbar angeordnet ist.
Eine an einem Ende des Kolbens vorgesehene Kolbenfeder spannt den Kolben in Richtung der ersten Stellung vor.
Vorzugsweise ist der Kolben ein zylindrischer, das Außengehäuse umgebender Ring.
Weiterhin ist es bevorzugt, das Spielausgleichselement mit einer Mehrzahl von radialen Öffnungen zu versehen, wobei in jeder Öffnung eine Kugel angeordnet ist. Dementsprechend weist das Innengehäuse jeweils eine Vertiefung für jede der Kugeln auf, und der Kolben wirkt gleichmäßig auf alle Kugeln ein.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Seitenwand der ersten Bohrung mit einer radialen Nut zur Unterbringung der Kugelrückstellfedern versehen. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung mit zwei Kugelrückstellfedern und zwei radialen Nuten, jeweils eine für die Aufnahme einer der Rückstellfedern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus einer oder mehrerer der folgenden Zeichnungen leichter zu verstehen sein. Es zeigen:
1: eine perspektivische Außenansicht des erfindungsgemäß ausgebildeten schaltbaren, hydraulischen Spielausgleichselementes;
2: einen Querschnitt durch das gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildete schaltbare, hydraulische Spielausgleichselement, in der verriegelten Stellung;
3: eine die verriegelte Stellung zwischen Kolben, Außengehäuse und Innengehäuse darstellende Detailzeichnung, in axialer Richtung;
4: eine Detailzeichnung des schaltbaren, hydraulischen Spielausgleichselementes in der verriegelten Stellung, in einem Querschnitt in radialer Richtung;
5: eine Schnittdarstellung des schaltbaren, hydraulischen Spielausgleichselementes in axialer Richtung, in der entriegelten Stellung;
6: eine Detailzeichnung der Kugel in der entriegelten Stellung;
7: eine Darstellung der Kugelrückstellfedern und der Kugel, und
8: eine Darstellung des Innengehäuses mit einem Anschlag für Fehlschaltungssituationen.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt ein schaltbares hydraulisches Spielausgleichselement 10 dar, welches ein mit einer ersten, inneren, zylindrischen axialen Sackbohrung 14 versehenes Außengehäuse 12 aufweist. Ein zylindrisches Innengehäuse 16 des Spielausgleichselementes 10 ist verschiebbar an einem offenen Ende 18 der Sackbohrung 14 gelagert. Im Innengehäuse 16 ist eine zweite, innere, zylindrische axiale Sackbohrung 20 vorgesehen. An einem offenen Ende 24 des Innengehäuses 16 ist verschiebbar ein Kolben 22 des Spielausgleichelementes gelagert. Zwischen einem Boden 28 des Innengehäuses 16 und einem geschlossenen Ende 30 der ersten Sachbohrung 14 ist eine Lost-Motion-Feder 26 angeordnet (siehe 2).
In 2 ist das schaltbare hydraulische Spielausgleichselement 10 in einer verriegelten Stellung dargestellt. Das Außengehäuse 12 weist radiale Öffnungen 32 und das Innengehäuse 16 eine Vertiefung 34 auf. Kugeln 36 sind im Eingriff mit der inneren Vertiefung 34 und der radialen Öffnung 32, so dass das Innengehäuse 16 mit dem Außengehäuse 12 verriegelt ist. Eine obere Kugelrückstellfeder 38 und eine untere Kugelrückstellfeder 40 sind jeweils oberhalb und unterhalb der Kugel 36 positioniert und sind in einer oberen radialen Nut 42 bzw. in einer unteren radialen Nut 44 aufgenommen. Der Kolben 46 ist mit einer radialen äußern Vertiefung 48 und einer radialen Anlagefläche 50 versehen. Wenn die radiale Anlagefläche 50 gegen die Kugel 36 drückt, presst sie die Kugel 36 in die innere Vertiefung 34 hinein und hält somit die verriegelte Stellung aufrecht. Wenn der Kolben 46 in der Axialnut 52 axial nach unten verschoben wird, kommt die radiale äußere Vertiefung 48 in Eingriff mit der Rückseite der Kugel 36 und die Kugelrückstellfedern 40 und 42 bewirken, dass die Kugel 36 sich von der inneren Vertiefung 34 löst, wodurch das Außengehäuse 12 von dem Innengehäuse 16 entriegelt wird. Die Kolbenfeder 54 spannt den Kolben 46 nach oben vor, wodurch die Kugel 36 in die verriegelte Stellung vorgespannt wird. Wenn Öl aus dem konventionellen Öldrucksystem durch den Öldurchlass 56 gepumpt wird, wirkt es auf den Druckraum 58 und verschiebt den Kolben 46 nach unten.
Wie aus der Figur zu sehen ist, ist die verriegelte Stellung die Normalstellung, weil die Kolbenfeder 54 den Kolben 46 nach oben vorspannt.
3 zeigt eine vergrößerte Darstellung der verriegelten Stellung, wobei deutlicher zu sehen ist, wie die Anlagefläche 50 die Kugel 36 in die Vertiefung 34 presst.
4 ist eine radiale Ansicht durch die Kugeln 36, wobei zu erkennen ist, wie der Kolben 46 die Kugeln 36 nach innen in Eingriff mit der inneren Vertiefung 34 am Innengehäuse 16 presst.
In 5 ist das Spielausgleichselement 10 in der entriegelten Stellung dargestellt. In dieser entriegelten Stellung übt die durch den Öldurchlass 56 gepumpte Hydraulikflüssigkeit einen nach unten gerichteten Druck auf den Druckraum 58 aus, wobei der Kolben 46 nach unten verschoben wird, so dass die äußere Vertiefung 48 mit der Kugel 36 in Eingriff kommt und die Kugelrückstellfedern 40 und 42 die Kugel 36 nach außen in Eingriff mit der äußern Vertiefung 48 pressen.
6 ist eine Detaildarstellung der entriegelten Stellung der Kugel 36 und des Kolbens 46. Wie zu sehen ist, haben sich die Federn 38 und 40 in den Nuten 42 und 44 gegenüber ihrer Lage in 3 verschoben.
7 zeigt die Kugelrückstellfedern 38 und 40 mit der Kugel 36, aus dem Inneren der ersten Sackbohrung 14 nach außen hin gesehen.
In 8 ist der Anschlag 60 dargestellt, welcher für Fehlschaltungssituationen vorgesehen ist. In der vorliegenden Lösung bildet die Feder den Stopper und das Innengehäuse 16 ist mit dem Anschlag 60 versehen, der gegen den Boden 28 des Außengehäuses 12 anschlägt.

10: Schaltbares hydraulisches Spielausgleichselement
12: Zylindrisches Außengehäuse
14: Erste, innere, zylindrische axiale Sackbohrung
16: Zylindrisches Innengehäuse
18: Offenes Ende
20: Zweite, innere, zylindrische axiale Sackbohrung
22: Kolben des Spielausgleichselementes
24: Offenes Ende
26: Lost-Motion-Feder
28: Boden
30: Geschlossenes Ende
32: Radiale Öffnung
34: Innere Vertiefung
36: Kugel
38: Obere Kugelrückstellfeder
40: Untere Kugelrückstellfeder
42: Obere radiale Nut
44: Untere radiale Nut
46: Kolben
48: Radiale äußere Vertiefung
50: Radiale Anlagefläche
52: Axialnut
54: Kolbenfeder
56: Öldurchlass
58: Druckraum
60: Anschlag

Claims

Schaltbares hydraulisches Spielausgleichselement (10) das folgende Elemente aufweist: a) ein zylindrisches Außengehäuse (12) mit einer ersten, inneren, zylindrischenaxialen Sackbohrung (14), b) ein an einem offenen Ende (18) der ersten Bohrung (14) verschiebbar angeordnetes zylindrisches Innengehäuse (16), welches eine zweite, innere, zylindrische axiale Sackbohrung (20) aufweist, c) einen an einem offenen Ende (24) der zweiten Bohrung (20) verschiebbar angeordneten Kolben (22) des Spielausgleichselements (10), d) eine in der ersten Bohrung (14) zwischen einem Boden (28) des Innengehäuses (16) und einem geschlossenen Ende (30) der ersten Bohrung (14) angeordnete Lost-Motion-Feder (26), e) eine sich durch eine Seitenwand des Außengehäuses (12) hindurch erstreckende radiale Öffnung (32), f) eine innere Vertiefung (34) in einer Seitenwand des Innengehäuses (16), g) eine in der radialen Öffnung (32) angeordnete Kugel (36), die radial beweglich angeordnet ist zwischen einer verriegelten Stellung, in der die Kugel (36) mit der Vertiefung (34) und der radialen Öffnung (32) im Eingriff steht, so dass das Innengehäuse (16) mit dem Außengehäuse (12) verriegelt ist, und einer entriegelten Stellung, in der die Kugel (36) sich in der radialen Öffnung (32) befindet und von der Vertiefung (34) los kommt, so dass das Innengehäuse (16) von dem Außengehäuse (12) entriegelt ist. h) einen axial beweglichen, an der Außenseite des Außengehäuses (12) gelagerten Kolben (46), der eine radiale Anlagefläche (50) und eine radiale äußere Vertiefung (48) aufweist, wobei der Kolben (46) an der Außenseite des Außengehäuses (12) axial beweglich angeordnet ist zwischen einer ersten Stellung, in der die Anlagefläche (50) die Kugel (36) in Eingriff mit der inneren Vertiefung (34) verschiebt, so dass die Kugel (36) sich in der verriegelten Stellung befindet, und einer zweiten Stellung, in der die äußere Vertiefung (48) sich im Eingriff mit der Kugel (36) befindet und die Kugel (36) von der ersten Vertiefung (34) los kommt, so dass die Kugel (36) sich in der entriegelten Stellung befindet, und i) eine Kugelrückstellfeder (38, 40), die an der radialen Öffnung (32) in einer Seitenwand der ersten Bohrung (14) angeordnet ist und die Kugel (36) in Richtung der entriegelte Stellung vorspannt.
Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (12) eine Axialnut (52) aufweist, in der der Kolben (46) angeordnet ist.
Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende des Kolbens (46) eine Kolbenfeder (54) angeordnet ist, die den Kolben (46) in die erste Stellung hinein vorspannt.
Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (46) ein zylindrischer, das Außengehäuse (12) umgebender Ring ist.
Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kugelrückstellfedern an der radialen Öffnung (32) angeordnet sind, wobei eine dieser Federn (38) sich axial oberhalb und die andere (40) axial unterhalb der radialen Öffnung (32) befindet.
Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand der ersten Sackbohrung (14) eine radiale Nut zur Unterbringung der Kugelrückstellfeder aufweist.
Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Öffnung (32) durch eine Mehrzahl von radialen Öffnungen (32) dargestellt ist, in denen jeweils eine Kugel (36) angeordnet ist.
Spielausgleichselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (46) ein zylindrischer Ring ist, der das Außengehäuse (12) umgibt und auf alle Kugeln (36) einwirkt.
Spielausgleichselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kolbenfeder (54) an einem Ende des Kolbens (46) angeordnet ist, das Außengehäuse (12) umgibt und den Kolben (46) in die erste Stellung hinein vorspannt.
Spielausgleichselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand der ersten Sackbohrung (14) zwei radiale Nuten (42 und 44) aufweist, wobei jede dieser Nuten (42, 44) jeweils eine der Kugelrückstellfedern (38, 40) aufnimmt.