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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verbindungselement zur verliersicheren Halterung
eines hebelartigen Nockenfolgers, der zur Betätigung eines Gaswechselventils
einer Brennkraftmaschine dient, an einem Abstützelement mit einem sphärischen
Ende. Auf diesem ist der Nockenfolger mittels einer kalottenförmigen Einformung
schwenkbeweglich gelagert. Dabei liegt das aus Flachmaterial bestehende
Verbindungselement mit einem zentralen Abschnitt an einer dem Abstützelement
zugewandten Unterseite eines Bodens an, der die kalottenförmige Einformung umgibt
und Seitenwände
des Nockenfolgers verbindet. Das Verbindungselement bildet mit zwei
zueinander beabstandeten Schenkeln sowie einen diese verbindenden
Steg eine in Längsrichtung
des Nockenfolgers U-förmige
Ausnehmung, die eine ringförmige
Nut unterhalb des sphärischen
Endes gabelartig umgreift.
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Hintergrund
der Erfindung
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Derartige
Verbindungselemente ermöglichen bekanntermaßen die
Erzeugung einer Baueinheit, die beispielsweise einen Schlepphebel
als Nockenfolger und ein Abstützelement
beinhaltet. Mit einer solchen Baueinheit wird dann das Risiko einer
potenziellen Fehlmontage beim Kunden minimiert. Diese könnte unter
anderem darin bestehen, dass der Schlepphebel um 180° verdreht
im Ventiltrieb montiert wird. In diesem Fall wären die Kontaktpartner Kugelkopf
des Abstützelements
und Kalotte des Schlepphebels sowie Ventilschaftende und entsprechende
Gegenfläche
am Schlepphebel vertauscht. Eine solche Fehlmontage würde zumindest
zu einer Ventiltriebsfehlfunktion und im schlimmsten Fall sogar
zu einem gravierenden Motorschaden führen. Weitere Anforderungen
an dieses Verbindungselement bestehen darin, dass auf der einen
Seite eine Trennung von Schlepphebel und Abstützelement durch Transporteinflüsse sicher
ausgeschlossen ist und auf der anderen Seite das Verbindungselement keinen
nachteiligen Beitrag zur Ventiltriebsreibung bei der Schwenkbewegung
des Schlepphebels auf dem Abstützelement
leistet.
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In
der
DE 196 17 523
C2 sind verschiedene Varianten eines Verbindungselements,
welches die vorgenannten Anforderungen vorteilhaft erfüllt, vorgeschlagen.
Dieses Verbindungselement greift zur verliersicheren Verbindung
von Schlepphebel und Abstützelement
in die ringförmige
Nut unterhalb des sphärischen
Endes ein. Die Materialstärke
des Verbindungselements ist dabei so auf die Breite der Nut abgestimmt,
dass es in allen Schwenkstellungen des Schlepphebels in der Nut
frei bewegbar ist. Somit kann der Schlepphebel eine Schwenkbewegung
in Betätigungsrichtung
des Gaswechselventils ausführen,
die nicht durch Reibungseinflüsse
des Verbindungselements behindert ist. Bei einer dieser Varianten
gemäß den
3 und
4 der genannten Schrift besteht das Verbindungselement
aus Flachmaterial und umgreift den Schlepphebel an der kalottenförmigen Einformung
U-förmig
mit zwei in Richtung des Gaswechselventils weisenden Schenkeln.
Diese gehen an ihrem Ende in Haltenasen über, die zur Fixierung des
Verbindungselements in Längsrichtung
des Schlepphebels hinter das die kalottenförmige Einformung umgebende
Material geschnappt sind. Ferner bilden bei dieser Variante die
Schenkel eine U-förmige Ausnehmung
und umgreifen die ringförmige
Nut gabelförmig.
Die U-förmige Ausnehmung
ist dabei zum Gaswechselventil hin offen ausgebildet.
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Bei
der Montage des Schlepphebels mit dem Abstützelement ist es allgemein üblich, das
sphärische
Ende des Abstützelements
hinter eine Ausnehmung des in die Nut eingreifenden Verbindungselements
zu clipsen. Das Verbindungselement ist dabei bereits an dem Schlepphebel
montiert. Ein solcher Montagevorgang ist nunmehr auch nur in dieser
Art und Weise bei der vorgenannten Variante der zitierten Schrift
möglich
und durchzuführen.
Dies liegt darin begründet,
dass ein Aufschieben des Verbindungselements in Längsrichtung
auf den Schlepphebel bei bereits in der kalottenförmigen Einformung gehaltenem
sphärischen
Ende des Abstützelements nicht
möglich
ist, da die zur Fixierung erforderlichen Haltenasen den unteren
Schenkel des Verbindungselements vor Erreichen der Endposition aufspreizen und
mit dem Kolbenumfang des Abstützelements
unterhalb der ringförmigen
Nut kollidieren würden.
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Voraussetzung
für ein
einwandfreies Einclipsen des Abstützelements hinter die Ausnehmung
des Verbindungselements ist nun allerdings dessen elastische Verformung
im Bereich der Ausnehmung. Die erforderliche Elastizität kann durch
geeignete Geometrie der Ausnehmung sowie geeignete Eigenschaften
und Stärke
des Verbindungselementmaterials problemlos erreicht werden. Dennoch
verbleibt ein Montagespalt quer zur Betätigungsrichtung des Schlepphebels
zwischen Verbindungselement und ringförmiger Nut im Abstützelement.
Folglich wird der Schlepphebel auch nicht vom Verbindungselement bei
einer Schwenkbewegung quer zu seiner Betätigungsrichtung vollständig behindert,
wobei diese Schwenkbewegung dann bis zu 15° betragen kann. Ein solches
Abkippen des Schlepphebels um seine Längsachse kann ebenfalls in
der montierten Brennkraftmaschine auftreten, nämlich bei Kontaktverlust zwischen
Schlepphebel und dem betätigenden
Nocken. Ursachen für
einen solchen Kontaktverlust können
ein unerwünschtes
Einsinken der zumeist verwendeten Abstützelemente mit hydraulischem Ventilspielausgleich
oder ein Abheben des Schlepphebels vom betätigenden Nocken in Folge einer Überdrehzahl
der Brennkraftmaschine sein.
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Diesbezüglich sind
insbesondere Schlepphebel mit sehr schmaler Nockenkontaktfläche zu beachten.
Diese finden Verwendung bei bauraumbeengten Mehrventilmotoren oder
auch bei variablen Ventilsteuerungen, bei denen ein aus mehreren
Nocken unterschiedlichen Hubes bestehendes Nockenpaket axial auf
seiner Nockenwelle verschiebbar gelagert ist und von dem ein zum
Betriebszustand der Brennkraftmaschine passender Nocken in Eingriff
mit dem Schlepphebel gebracht wird. Der Schlepphebel ist dann hinsichtlich
eines weiteren oder vollständigen
Abkippens vom Abstützelement
besonders gefährdet,
da er sich bei erneutem Kontakt zu seinem Nocken aufgrund der schmalen
Nockenkontaktfläche nicht
mehr ausreichend am Nocken auszurichten vermag.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verbindungselement der vorgenannten
Art zu schaffen, bei welchem die zitierten Nachteile beseitigt sind,
so dass insbesondere bei Nockenfolgern mit schmaler Nockenkontaktfläche ein
stabiles Ausrichten am betätigenden
Nocken in allen Betriebszuständen
der Brennkraftmaschine gewährleistet
werden kann.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen den Unteransprüchen entnehmbar
sind.
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Demnach
wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
die U-förmige
Ausnehmung die Nut orthogonal zur Verschwenkrichtung des Nockenfolgers
im wesentlichen spielfrei umgreift, wobei die Schenkel in um etwa
90° abgewinkelte
Haltekrallen und der Steg in eine um etwa 90° abgewinkelte Stützwand übergehen,
welche Haltenasen aufweisen, die zur Halterung des Verbindungselements
am No ckenfolger auf einer dem Abstützelement abgewandten Oberseite
des Bodens eingerastet sind, wobei die Haltekrallen an Innenseiten
der Seitenwände
des Nockenfolgers derart abgestützt
sind, dass die U-förmige
Ausnehmung hinsichtlich ihrer Lage in Querrichtung zum Nockenfolger
und ihrer Form im wesentlichen fixiert ist.
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Hierdurch
sind die genannten Nachteile mit einfachen Mitteln beseitigt. Die
Ausführung
des Verbindungselements gewährleistet,
dass der Nockenfolger verliersicher mit dem Abstützelement verbunden und gleichzeitig
dessen Verkippmöglichkeit
um seine Längsrichtung
minimiert ist. Letzteres wird hauptsächlich dadurch erreicht, dass
die U-förmige Ausnehmung
die Nut orthogonal zur Verschwenkrichtung des Nockenfolgers spielfrei
umgreift. Voraussetzung hierfür
ist, dass das Abstützelement
im wesentlichen gleichzeitig mit dem Verbindungselement am Nockenfolger
montierbar ist. Dies erfolgt in einem Zwischenmontageschritt derart,
dass sich das Verbindungselement zunächst nur einseitig, d.h. entweder
mit den Haltekrallen oder mit der Stützwand hinter dem Boden, der
die kalottenförmige
Einformung umgibt, befindet. In diesem Montagezustand besteht noch
ausreichender Abstand zwischen der U-förmigen Ausnehmung des Verbindungselements und
der Unterseite des Bodens, so dass jetzt das Abstützelement
mit seiner ringförmigen
Nut zwischen die Schenkel der U-förmigen Ausnehmung eingeschoben
werden kann. In einem letzten Montageschritt wird dann das sphärische Ende
des Abstützelements
mit der kalottenförmigen
Einformung des Nockenfolgers zur Anlage gebracht, während gleichzeitig
die Haltenasen der Haltekrallen und der Stützwand hinter den Boden geclipst
werden.
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Somit
sind eine elastische Verformung des Verbindungselements, wie sie
bei einem nachträglichen
Einclipsen des Abstützelements
erfolgt, sowie der damit verbundene Montagespalt zwischen Verbindungselement
und ringförmiger
Nut nicht mehr erforderlich. Der geringe Elastizitätsbedarf
ermöglicht ferner
die Verwendung eines Verbindungselements hoher Materialstärke, welches
ein Verkippen des Nockenfolgers neben der Spielfreiheit zur ringförmigen Nut
auch durch hohe Bauteilsteifigkeit wirksam behindert. Die Materialstärke der
Schen kel kann dennoch problemlos so beschränkt sein, dass sie geringer
als die axiale Breite der Nut ist, so dass das Verbindungselement
bei Schwenkbewegungen des Nockenfolgers in Betätigungsrichtung des Gaswechselventils
in der Nut geometrisch frei beweglich ist. Insofern nimmt das Verbindungselement
verformungsfrei an der Schwenkbewegung des Nockenfolgers teil und
erzeugt darüber
hinaus keine zusätzliche Reibleistung
bei Betätigung
des Gaswechselventils.
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Die
Haltekrallen sind an einem Endabschnitt, der die Haltenase beinhaltet,
vorzugsweise S-förmig gekrümmt oder
gleichwirkend ausgebildet. Eine derartige Form der Haltekrallen
bewirkt eine verlängerte und
hinsichtlich einer Torsion stabilere Abstützung der Haltekrallen an den
Innenseiten der Seitenwände des
Nockenfolgers. Überdies
wird bei einer ersten beispielhaften Ausführungsform des Verbindungselements
die Montage der Baueinheit erleichtert, da ein spielbehaftetes,
aber während
des Montagevorgangs verliersicheres Einhängen des Verbindungselements
hinter den Boden, der die kalottenförmige Einformung umgibt, ermöglicht wird.
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Gemäß eines
zweiten zweckmäßigen Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist es vorgesehen, die S-förmigen oder gleichwirkend ausgebildeten
Endabschnitte der Haltekrallen mit seitlichen Zapfen zu versehen,
die in entsprechend nutförmige
Ausnehmungen in den Innenseiten der die Haltekrallen stützenden
Seitenwände
des Nockenfolgers eingreifen. Durch diese formschlüssige Ausbildung
ergibt sich eine zusätzliche
Sicherung gegen ein ungewolltes Lösen des Verbindungselements
vom Nockenfolger. Hierfür
besteht beispielsweise in den oben erwähnten kritischen Betriebszuständen der
Brennkraftmaschine ein nie gänzlich
auszuschließendes
Restrisiko.
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Das
Verbindungselement soll ferner zur Montage auf dem Nockenfolger
vorzugsweise aus einem federnden Werkstoff, wie federharter Stahl
bestehen. Alternativ können
auch Leichtmetall oder Kunststoff, der mit Fasern oder Partikeln
verstärkt
ist, verwendet werden.
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Der
hebelartige Nockenfolger ist zweckmäßigerweise ein Schlepphebel.
Dieser Schlepphebel kann eine Gleitfläche oder besonderes bevorzugt auch
eine drehbar gelagerte Rolle als Nockenkontaktfläche haben. Schließlich soll
der Schlepphebel einen generell U-förmigen Querschnitt haben. Anstelle
des U-förmigen Querschnitts
kann auch lediglich ein U-ähnlicher
Querschnitt bzw. ein H-Querschnitt oder ähnliches vorgesehen sein. In
Kombination hierzu ist ausgeführt,
dass der Schlepphebel aus Blechwerkstoff besteht. Denkbar sind an
dieser Stelle natürlich
auch weitere für
die Funktion geeignete Werkstoffe, so auch Kunststoffe bzw. umformtechnisch
erzielte Schlepphebel, wobei vom Schutzbereich dieser Erfindung
auch die U-Form ohne Kombination mit dem Blechwerkstoff eingeschlossen
ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung ist anhand der beiliegenden Zeichnungen, in der Ausführungsbeispiele
dargestellt sind, näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für das erfindungsgemäße Verbindungselement,
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2 eine
perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels für das erfindungsgemäße Verbindungselement,
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3 eine
perspektivische Darstellung des Verbindungselements gemäß 2 in
montiertem Zustand des Ventiltriebs bei längsgeschnittenem Nockenfolger,
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4 eine
Rückansicht
des Ventiltriebs im Teilschnitt mit dem Verbindungselement aus 1.
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Ausführliche
Beschreibung der Zeichnung
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Die 3 und 4 zeigen
einen Nockenfolger 1 und ein diesen schwenkbar lagerndes
Abstützelement 2,
das hier mit einem nicht näher
dargestellten hydraulischen Ventilspielausgleich ausgeführt ist.
Der Nockenfolger 1 wird in an sich bekannter Weise über einen
Nocken 3 mittels einer mit dem Nockenfolger 1 verbundenen
und drehbar gelagerten Rolle 4 in Betätigungsrichtung eines Gaswechselventils 5 angetrieben.
Selbstverständlich
kann anstelle der Rolle 4 auch eine mit dem Nockenfolger 1 starr
verbundene Gleitfläche
als Nockenkontakt vorgesehen sein. Der Nockenfolger 1 ist
in den dargestellten Ausführungen
ein Schlepphebel, der einen U-förmigen
Querschnitt besitzt und vorzugsweise aus Blechwerkstoff in einem
Umformverfahren hergestellt ist.
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Wie
aus den genannten Figuren weiter ersichtlich, weist der Nockenfolger 1 eine
kalottenförmige
Einformung 6 auf, mittels der er auf einem sphärischen
Ende 7 des Abstützelements 2 gelagert
ist, auf. Unterhalb des sphärischen
Endes 7 befindet sich eine ringförmige Nut 8, in die
das Verbindungselement 9 oder 10, wie es in den
Ausführungsbeispielen nach 1 beziehungsweise 2 als
Einzelkomponente dargestellt ist, eingreift. Das Verbindungselement 9, 10 liegt
mit einem zentralen Abschnitt 11 an einer dem Abstützelement 2 zugewandten
Unterseite 12 eines Bodens 13 an, der die kalottenförmige Einformung 6 umgibt.
Der zentrale Abschnitt 11 weist zwei Schenkel 14 auf,
die durch einen Steg 15 miteinander verbunden sind und
eine in Längsrichtung
des Nockenfolgers 1 U-förmige
Ausnehmung 16 bilden. Insbesondere aus 4 ist
ersichtlich, dass dabei die Schenkel 14 die Nut 8 senkrecht
zur Betätigungsrichtung
des Nockenfolgers 1 spielfrei umgreifen.
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Die
Schenkel 14 gehen in einer Längsrichtung des Nockenfolgers 1 in
um etwa 90° abgewinkelte
Haltekrallen 17 über.
An den Steg 15 schließt sich
eine ebenfalls um etwa 90° abgewinkelte Stützwand 18 an.
Dabei sind an den Haltekrallen 17 und an der Stützwand 18 Haltenasen 19, 20 ausgebildet,
die auf einer dem Abstützelement 2 abgewandten
Oberseite 21 des Bodens 13 im fertig montierten
Zustand der aus Nockenfolger 1, Abstützelement 2 und Verbin dungselement 9, 10 gebildeten Baueinheit
eingerastet sind. Dadurch wird das Verbindungselement 9, 10 gemeinsam
mit dem Abstützelement 2 in
längsrichtung
des Abstützelements 2 am Nockenfolger 1 gehaltert.
Die Fixierung des Verbindungselements 9, 10 in
Längsrichtung
des Nockenfolgers 1 erfolgt dabei mittels der Haltekrallen 17 und der
Stützwand 18,
welche mit unteren Abschnitten 22, 23 Stirnseiten 24, 25 des
Bodens 13 umgreifen. Eine Ausrichtung der U-förmigen Ausnehmung 16 in Querrichtung
zum Nockenfolger 1 erfolgt schließlich derart, dass die Haltekrallen 17 an
Innenseiten 26 der Seitenwände 27 des Nockenfolgers 1 abgestützt sind.
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Die
Haltekrallen 17 sind jeweils an einem Endabschnitt 28,
der die Haltenase 19 beinhaltet, vorzugsweise S-förmig gekrümmt oder
gleichwirkend ausgebildet. Dies bewirkt einerseits eine verlängerte und
hinsichtlich einer Torsion stabilere Abstützung der Haltekrallen 17 an
den Innenseiten 26 der Seitenwände 27 des Nockenfolgers 1.
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Andererseits
wird durch derartig geformte Haltekrallen 17 die Montage
der das Verbindungselement 9 beinhaltenden Baueinheit erleichtert,
da das Verbindungselement 9 zunächst spielbehaftet, aber verliersicher
hinter den Boden 13, der die kalottenförmige Einformung 6 umgibt,
einseitig eingehangen werden kann. In diesem Montagezustand besteht noch
ausreichender Abstand zwischen der U-förmigen Ausnehmung 16 des
Verbindungselements 9 und der Unterseite 12 des
Bodens 13, so dass jetzt das Abstützelement 2 mit seiner
ringförmigen
Nut 8 zwischen die Schenkel 14 eingeschoben werden kann.
In einem letzten Montageschritt wird dann das sphärische Ende 7 des
Abstützelements 2 mit
der kalottenförmigen
Einformung 6 des Nockenfolgers 1 zur Anlage gebracht,
während
gleichzeitig die Haltenasen 19, 20 der Haltekrallen 17 und
der Stützwand 18 auf
die Oberseite 21 des Bodens 13 geclipst werden.
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Wie
in 2 gut erkennbar ist, sind die S-förmig gekrümmten oder
gleichwirkend ausgebildeten Haltekrallen 17 des Verbindungselements 10 zusätzlich mit
seitlichen Zapfen 29 versehen. Diese Zapfen 29 sind
formschlüssig
in nutförmige
Ausnehmungen 30 in den Innenseiten 26 der Seitenwände 27 des No ckenfolgers 1 eingeschnappt.
Hierdurch ergibt sich eine zusätzliche
Sicherung gegen ein ungewolltes Lösen des Verbindungselements 10 vom
Nockenfolger 1.
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Da
die ringförmige
Nut 8 des Abstützelements 2 zwischen
die Schenkel 14 des am Nockenfolger 1 vormontierten
Verbindungselements 9, 10 eingeschoben wird, kann
das Verbindungselements 9, 10 mit hoher Materialstärke bei
geringer Elastizität ausgeführt werden,
um ein Verkippen des Nockenfolgers 1 neben der Spielfreiheit
zur Nut 8 auch durch hohe Bauteilsteifigkeit wirksam zu
behindern.
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Die
Schenkel 14 besitzen dennoch eine Materialstärke, die
geringer ist als die axiale Breite der Nut 8. Somit ist
das Verbindungselement 9, 10 bei Schwenkbewegungen
des Nockenfolgers 1 in Betätigungsrichtung des Gaswechselventils 5 in
der Nut 8 frei beweglich, so dass es sich bei Betrieb der
Brennkraftmaschine weder verformt noch einen Beitrag zu deren Reibleistung
beisteuert.
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Als
Werkstoffe für
das erfindungsgemäße Verbindungselement 9, 10 kommen
natürlich
beliebige Werkstoffe in Frage, solange sie den technischen und auch
finanziellen Ansprüchen
genügen.
So sind neben federnden Stahl- und Leichtmetallwerkstoffen selbstverständlich auch
Kunststoffe, die eine Partikel- oder Faserverstärkung aufweisen können, möglich. Diese
haben aufgrund ihrer geringen Dichte einen vernachlässigbaren
Anteil an den bewegten Massen des Ventiltriebs.
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- 1
- Nockenfolger
- 2
- Abstützelement
- 3
- Nocken
- 4
- Rolle
- 5
- Gaswechselventil
- 6
- kalottenförmige Einformung
- 7
- sphärisches
Ende
- 8
- Nut
- 9
- Verbindungselement
- 10
- Verbindungselement
- 11
- zentraler
Abschnitt
- 12
- Unterseite
- 13
- Boden
- 14
- Schenkel
- 15
- Steg
- 16
- U-förmige Ausnehmung
- 17
- Haltekralle
- 18
- Stützwand
- 19
- Haltenase
- 20
- Haltenase
- 21
- Oberseite
- 22
- unterer
Abschnitt
- 23
- unterer
Abschnitt
- 24
- Stirnseite
- 25
- Stirnseite
- 26
- Innenseite
- 27
- Seitenwand
- 28
- Endabschnitt
- 29
- Zapfen
- 30
- Ausnehmung