DE10144988C1 - Hubvariabler Ventiltrieb in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einer Doppelschenkelfeder - Google Patents

Abstract

Hubvariabler Ventiltrieb in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Doppelschenkelfeder (1), wobei die Doppelschenkelfeder (1) aus mindestens einer ersten und einer zweiten Schenkelfeder (2, 3), die weitestgehend koaxial zu einer gemeinsamen Federachse (1a) angeordnet sind, besteht und die erste Schenkelfeder (2) einen ersten Federschenkel (4) und die zweite Schenkelfeder (3) einen zweiten Federschenkel (5) aufweisen, wobei die Wicklungsrichtungen der ersten und der zweiten Schenkelfeder (2, 3) im Bereich der Umkehr der Wicklungsrichtung miteinander einen gemeinsamen Zwischenschenkel (6) bilden, der von einem Positionierelement (8) eingefasst ist, welcher mit einem Abschnitt des Zylinderkopfes verbindbar ist, wobei an dem Positionierelement (8) zumindest zwei Positionierlaschen (10, 10') angeordnet sind. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Positionierelementes (8) gestattet eine einfache und hochpräzise Montage der Doppelschenkelfeder.

Description

Die Erfindung betrifft einen hubvariablen Ventiltrieb in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einer Doppelschenkelfeder, gemäß den Merkmalen im O­ berbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein hubvariabler Ventiltrieb für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine ist bei­ spielsweise in der EP 103 91 03 A2 beschrieben. In dieser Schrift ist eine Vorrich­ tung zur Hubverstellung eines Gaswechselventils im Zylinderkopf einer Brennkraft­ maschine, bei der ein gesteuert verstellbarer Schwenkhebel über eine eine Leer­ hubkurve und eine Hubkurve umfassende Steuerbahn mittels eines Übertragungs­ elements auf ein Gaswechselventil einwirkt, bei der zur Erzielung einer bauraum­ sparenden Konstruktion vorgeschlagen wird, dass der Schwenkhebel in seinen von einem Nocken einer Nockenwelle und einer Rückstellfeder bewirkten Schwenkbe­ wegung mittels eines koaxial zur Drehachse einer eine Kurvenscheibe zur Hubver­ stellung tragenden Steuerwelle drehbeweglich gelagerten Anlenkhebels geführt ist.

Bei der Rückstellfeder handelt es sich um eine Doppelschenkelfeder mit zwei Fe­ derschenkeln und einem Zwischenschenkel. Der Zwischenschenkel ist von einem Positionierelement mit einer Montagebohrung eingefasst. Die Rückstellfeder wird mit einer Schraube, die durch die Montagebohrung geführt wird, an einem Befesti­ gungssteg des Zylinderkopfes, bzw. einer zum Zylinderkopf zugehörigen Lagerbrü­ cke gegen die Federkraft der Federschenkel festgeschraubt. Bei der Montage der Doppelschenkelfeder kann es zu einem leichten Verkippen um die Schraubenachse, bzw. eine Verschiebung in Federachsrichtung in der Größenordnung des Spiels zwischen dem Montagebohrungsdurchmesser und dem Schraubendurchmesser kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Lagefixierung der Rückstellfeder bei der Montage zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentan­ spruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung führt bei der Montage am Befestigungssteg an Zylinderkopf, bzw. Lagerbrücke zu einer exakten Positionierung der Doppel­ schenkelfeder in Federachsrichtung, wodurch beim Betrieb der Brennkraftmaschine der Verschleiß zwischen dem Positionierelement und dem Befestigungssteg mini­ miert wird. Weiter ist sichergestellt, dass auch die Schwenkhebel, jeder Feder­ schenkel stützt sich an einem Schwenkhebel ab, mit der gleichen Kraft beaufschlagt werden.

Die Beabstandung der Positionierlaschen gem. Anspruch 2 richtet sich nach der Materialstärke des Befestigungsstegs, an dem das Befestigungselement mit der Doppelschenkelfeder befestigt wird. Sinnvollerweise ist das Spiel zwischen den Po­ sitionierlaschen und dem Befestigungssteg kleiner als fünf Millimeter. Dieser Tole­ ranzbereich gewährleistet bereits eine weitgehende Lagefixierung in Federachsen­ richtung. Die Winkelausrichtung für die Doppelschenkelfeder an dem Befestigungs­ steg ist bereits bei diesem Toleranzbereich beinahe ausreichend gesichert.

Die Montagebohrung gemäß Anspruch 3 weist in vorteilhafter Weise zwei Funktio­ nen gleichzeitig auf. Als erstes dient sie der gleichzeitigen Montage von Doppel­ schenkelfeder und Positionierelement am Befestigungssteg. Zweitens wird die Dop­ pelschenkelfeder in dem Positionierelement durch das in die Montagebohrung ein­ geführte Montageelement, einer Schraube, zusätzlich justiert und gehalten.

Durch eine Oberflächengestaltung gemäß Anspruch 5 ist eine definierte Steifigkeit, oder eine definierte Weichheit für das Positionierelement im Auflagebereich der Doppelschenkelfeder auf dem Positionierelement erreichbar. Durch diese Maßnah­ me ist ferner eine Reduzierung der Federbeanspruchung erzielbar. Ferner wird durch die entsprechende Ausgestaltung eine Verringerung der Deformation der Doppelschenkelfeder beim Brennkraftmaschinen-Betrieb erreicht, wodurch eine Reduzierung der Querkräfte auf den Zwischenschenkel resultieren.

Eine weitere Verbesserung der Lagepositionierung in Federachsrichtung ist durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 6 gewährleistet. Das noch verbleibende Spiel zwischen Befestigungssteg und Positionierlaschen wird durch diese Ausgestaltung eliminiert. Die erhabenen Bereiche sind etwas größer ausgelegt als die Toleranz zwischen Befestigungssteg und Positionierlaschen, wodurch eine Federwirkung zwi­ schen den Positionierlaschen und dem Befestigungssteg auftritt. Diese Maßnahme führt in vorteilhafter Weise zu einer exakten Ausrichtung des gesamten Positionier­ elementes mitsamt der Doppelschenkelfeder in Federachsrichtung.

Eine einfache und kostengünstige Fertigung des Positionierelementes ist für den Fall einer Ausgestaltung gemäß der Ansprüche 7 und 8 möglich.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in zwei Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Doppelschenkelfeder mit einem Positionierelement,

Fig. 2 zeigt eine geometrische Ausgestaltung eines Positionierelementes.

Fig. 1 zeigt perspektivisch eine Doppelschenkelfeder 1 mit einer Federachse 1a, die einstückig aus einer ersten Schenkelfeder 2 und einer zweiten Schenkelfeder 3 her­ gestellt ist, deren Wicklungsrichtungen gegenläufig sind. Ein Federende der ersten Schenkelfeder 2 bildet einen ersten Federschenkel 4 und ein Federende der zwei­ ten Schenkelfeder 3 bildet einen zweiten Federschenkel 5. Am gemeinsamen Fede­ rende, der Bereich, in dem auch die Richtungsumkehr der Wicklungen stattfindet, ist ein gemeinsamer Zwischenschenkel 6 ausgebildet. Der erste Federschenkel 4 und der zweite Federschenkel 5 spannen eine erste Ebene in Richtung der Federachse 1a auf. Der gemeinsame Zwischenschenkel 6 spannt eine zweite Ebene, auf der der Federachse 1a gegenüberliegenden Seite auf.

Der Zwischenschenkel 6 ist von einem Positionierelement U-förmig umschlossen, welches eine Verlängerung des Zwischenschenkels 6 bildet. Das Positionierelement 8 ist aus Blech gefertigt und verfügt über eine Bohrung 9, die zur Montage der Dop­ pelschenkelfeder an einem nicht dargestellten Befestigungssteg an einem Zylinder­ kopf bzw. Lagerbrücke dient. Die Bohrung 9 ist in dem Positionierelement 8 derart angeordnet, dass der Zwischenschenkel 6 die Bohrung 9 im Inneren eines Positio­ nierelementes 8 umschlingt.

In Fig. 2 ist eine geometrische Ausgestaltungsvariante des Positionierelementes 8 ohne Doppelschenkelfeder dargestellt. Die Bezugszeichen aus Fig. 1 gelten für die . gleichen Bauteile ebenfalls in Fig. 2. Das Positionierelement 8 ist wie zuvor be­ schrieben einstückig und materialeinheitlich aus Blech gefertigt. Es besteht im We­ sentlichen aus zwei Teilen, einerseits einem Schenkelhaltebereich 8a und anderer­ seits einem Positionierbereich 8b mit zwei Positionierlaschen 10, 10'. Der Schenkel­ haltebereich 8a und der Positionierbereich 8b sind zueinander in einer Ebene nor­ mal zur Federachse 1a zueinander in einem Winkel angeordnet. Damit eine volle Abstützung des Positionierelementes 8 nach der Montage gewährleistet ist, ist das dem Schenkelhaltebereich 8a abgewandte Ende des Positionierbereichs erhaben umgeformt, und bildet eine Abstützung 7. Die Abstützung 7 liegt in der selben Ebe­ ne wie der Schenkelhaltebereich 8a. Der Schenkelhaltebereich 8a ist in seinem Querschnitt betrachtet U-förmig gebogen, und verfügt über die Montagebohrung 9. In dem U-förmigen Teil des Schenkelhaltebereichs 8a, wird der Zwischenschenkel 6 vor der Montage eingelegt bzw. eingespannt. Der Zwischenschenkel 6 wird derart eingelegt oder -gespannt, dass sein U-förmiger Bereich, der Bereich der Wick­ lungsumkehr, die Montagebohrung 9 umschlingt. Bei einer späteren Montage wer­ den von der Befestigungsschraube somit sowohl das Positionierelement 8 als auch die Doppelschenkelfeder 1 in ihrer Lage gehalten.

Direkt an den Schenkelhaltebereich 8a schließt sich der Positionierbereich 8b an. Im Wesentlichen wird die ebene Struktur des Schenkelhaltebereichs 8a im Mittenbe­ reich des Positionierbereichs 8b weitergeführt. Direkt nach dem Übergang vom Schenkelhaltebereich 8a zum Positionierbereich 8b sind die Randbereiche des Ble­ ches derart umgeformt, so dass die Flächen der Positionierlaschen 10, 10' weitge­ hend normal zur Federachse 1a ausgerichtet sind. Die lichte Weite zwischen den Positionierlaschen 10, 10' entspricht der Materialstärke des Befestigungssteges, an dem das Positionierelement montiert wird, zuzüglich einer Toleranz von höchstens fünf Millimeter. Da die Beabstandung der Positionierlaschen 10, 10' voneinander gegenüber der Befestigungsstegbreite mit einem Aufmaß bemessen ist, ist immer noch eine leichte Verschiebung des Positionierelementes 8 in Federachsrichtung 1a möglich. Um diese Verschiebung zu minimieren bzw. zu eliminieren, sind die Positi­ onierlaschen 10, 10' derart umgeformt, dass sie zylinderkopfseitig einen erhabenen Bereich, hier eine Ausbeulung, aufweisen. Die gemeinsame Deformationshöhe der erhabenen Bereiche ist größer als das Aufmaß zwischen der Beabstandung der Positionierlaschen 10, 10' und der Befestigungsstegbreite. Durch die gezielte Aus­ gestaltung der erhabenen Bereiche 12, 12' können beliebige Federvorspannungen erzielt werden, auch Mehrpunktauflagen sind weitere Ausgestaltungsvarianten.

Im Übergangsbereich vom Schenkelhaltebereich 8a zum Positionierbereich 8b be­ findet sich eine, in die Oberfläche eingebrachte Struktur 11, hier eine Sicke. Diese Sicke 11 dient der Versteifung bzw. zur Erzielung einer definierten Weichheit des gesamten Positionierelementes 8 und verbessert darüber hinaus die Anbindung zwischen diesem und der Doppelschenkelfeder 1. Anstelle der einen Sicke sind auch die Anbringung mehrerer Sicken je nach den mechanischen Erfordernissen möglich. Ebenso können die erhabenen Bereiche 12, 12' vollkommen andere geo­ metrische Ausgestaltungen erfahren, je nachdem welche Vorspannung bzw. welche Einbauverhältnisse vorliegen. Die Größe der Positionierlaschen 10, 10' ist in weiten Bereichen variabel, so dass auch hier für jede vorliegende Geometrie die ideale geometrische Anpassung stattfinden kann.

Das Positionierelement 8 kann beispielsweise auch aus hochfesten, faserverstärk­ ten Kunststoffen gefertigt werden, auch das direkte Anspritzen eines Positionierele­ mentes 8 aus Kunststoff oder auch Metall direkt an den Zwischenschenkel 6 ist möglich.

In weiteren Ausführungsformen kann die Doppelschenkelfeder 1 auch aus zwei se­ paraten Schenkelfedern 2, 3 hergestellt sein, wobei in diesem Fall jeweils ein Drah­ tende, entsprechend einem Federschenkel 4, 5, von dem Positionierelement 8 zu­ sammengefügt und gehalten wird. Darüber hinaus ist auch eine lange Doppel­ schenkelfeder 1 für mehrere Zylinder denkbar.

Bezugszeichenliste

1

Doppelschenkelfeder

1

a Federachse

2

Erste Schenkelfeder

3

Zweite Schenkelfeder

4

Erster Federschenkel

5

Zweiter Federschenkel

6

Zwischenschenkel

7

Abstützung

8

Positionierelement

8

a Schenkelhaltebereich

8

b Positionierbereich

9

Montagebohrung

10

,

10

' Positionierlasche

11

Struktur

12

,

12

' Erhabener Bereich

Claims (8)

1. Hubvariabler Ventiltrieb in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Doppelschenkelfeder (1), wobei die Doppelschenkelfeder (1) aus zumindest einer ersten und einer zweiten Schenkelfeder (2, 3), die wei­ testgehend koaxial zu einer gemeinsamen Federachse (1a) angeordnet sind, besteht und die erste Schenkelfeder (2) einen ersten Federschenkel (4) und die zweite Schenkelfeder (3) einen zweiten Federschenkel (5) aufweisen, wo­ bei die Wicklungsrichtungen der ersten und der zweiten Schenkelfeder (2, 3) entgegengesetzt sind und die erste und die zweite Schenkelfeder (2, 3) im Be­ reich der Umkehr der Wicklungsrichtung miteinander einen gemeinsamen Zwischenschenkel (6) bilden, der von einem Positionierelement (8) eingefasst ist, welches mit einem Abschnitt des Zylinderkopfes verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Positionierelement (8) zumindest zwei Positionierlaschen (10, 10') angeordnet sind.

2. Hubvariabler Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierlaschen (10, 10') weitestgehend senkrecht zur Federachse (1a) der Doppelschenkelfeder (1) ausgerichtet und in Federachsrichtung voneinander beabstandet sind.

3. Hubvariabler Ventiltrieb nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierelement (8) eine Montageboh­ rung (9) aufweist.

4. Hubvariabler Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagebohrung (9) weitestgehend parallel zu den Positionierlaschen (8) ausgerichtet sind.

5. Hubvariabler Ventiltrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierelement (8) zwischen den Posi­ tionierlaschen (10, 10') und der Montagebohrung (9) eine Struktur (11) auf­ weist.

6. Hubvariabler Ventiltrieb nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Positionierlasche (10, 10') zy­ linderkopfseitig zumindest einen erhabenen Bereich (12, 12') aufweist.

7. Hubvariabler Ventiltrieb nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierelement (8) mit den Positionier­ laschen (10, 10') einstückig und materialeinheitlich ist.

8. Hubvariabler Ventiltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierelement (8) aus einem Blech gefertigt ist.