DE102005020580A1

DE102005020580A1 - Schaltbarer Nockenfolger

Info

Publication number: DE102005020580A1
Application number: DE102005020580A
Authority: DE
Inventors: André Dipl.-Ing. Kuckuk
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-05-03
Filing date: 2005-05-03
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2025-05-04
Also published as: US7299778B2; DE102005020580B4; US20060249113A1; CA2545488A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein schaltbarer Nockenfolger (1) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit zwei teleskopartig ineinander gesteckten und axial relativ zueinander beweglichen Elementen (2, 3). In dem inneren Element (2) verläuft eine Bohrung (4) mit wenigstens einem Kolben (5). Dieser hat, ausgehend von seiner dem äußeren Element (3) zugewandten ersten Stirn (6), an seinem Außenmantel (7) abschnittsweise eine gestufte Mitnehmerfläche (8) und ist für einen Koppelfall mit dieser Mitnehmerfläche (8) auf eine plane Gegenfläche (10) des anderen Elements (3) verlagerbar. Die Mitnehmerfläche (8) des Kolbens (5) ist, ausgehend von dessen erster in Richtung zu dessen zweiter Stirn (6, 11), als generell in Richtung auf eine Axiallinie des Kolbens (5) konusähnlich zulaufend dargestellt. Außerdem ist die Mitnehmerfläche (8) mit ihrem Kantenbereich (12) an der ersten Stirn (6) zusätzlich mit einer orthogonal zur Axiallinie des Kolbens (5) verlaufenden, zylindrisch auswärts (bezogen auf einen Einstich des Radius (R)) gerichteten Kontur (13) versehen. DOLLAR A Somit treten bei Kopplung des Kolbens (5) und dessen unvermeidlicher Verkippung nicht mehr die im Stand der Technik gefürchteten "Kantenträger" auf. Die Fertigungstoleranzen im Koppelbereich können gröber ausgeführt werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Nockenfolger oder eine schaltbare Abstützeinrichtung für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit zwei teleskopartig ineinander gesteckten und axial relativ zueinander beweglichen Elementen, wobei in einem der Elemente eine senkrecht zur Axiallinie in Richtung zum anderen Element sich erstreckende Bohrung mit wenigstens einem im Entkoppelfall der Elemente dort verlaufenden Kolben appliziert ist, dem, ausgehend von seiner dem anderen Element zugewandten erster Stirn, an seinem Außenmantel abschnittsweise eine gestufte Mitnehmerfläche immanent ist, wobei der Kolben für einen Koppelfall, abschnittsweise über eine Trennfläche zwischen den Elementen hinweg, mit der Mitnehmerfläche auf eine plane Gegenfläche des anderen Elements verlagerbar ist.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiger Nockenfolger, hier als Rollenstößel ausgebildet, geht aus der als gattungsbildend betrachteten DE 102 10 747 A1 hervor. Durch das im Koppelfall notwendige Spiel der zwei Kolben in ihren Aufnahmen verkippen diese dort. Dies erfolgt stets bei Nockenhub, wobei eine Unterseite der Kolben an eine entsprechende Gegenfläche der ringförmigen Aufnahme des äußeren Elements anschlägt. Aufgrund der Verkippung der Kolben verschiebt sich eine Kontaktzone aus dem Inneren der Gegenfläche der Ringnut (radial außen) an einen Kantenabschnitt dieser zur Trennfläche zwischen den Elementen (radial innen). In diesem Fall liegt dann lediglich ein Zweipunktkontakt vor.

Dieser Zweipunktkontakt im Kantenabschnitt führt zu einer extremen Erhöhung der Kontaktkräfte. Kommen noch unerwünscht große Form-, Rechtwinkligkeits- und Parallelitätsabweichungen hinzu, so wird der vorgenannte Effekt verstärkt. Aufgrund der hohen Belastungen genau am Kantenabschnitt nimmt das Spiel im Koppelbereich über den Betriebszeitpunkt des Nockenfolgers unerwünscht zu. Der Kantenbereich wird deformiert. Dies kann schlimmstenfalls zu einem Verklemmen zwischen den beiden Elementen bzw. zu einem Ausfall der Koppelfunktion führen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Nockenfolger der vorgenannten Art zu schaffen, bei welchem die zitierten Nachteile beseitigt sind.

Lösung der Aufgabe

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Mitnehmerfläche des Kolbens, ausgehend von dessen erster in Richtung zu dessen zweiter Stirn, als generell in Richtung auf eine Axiallinie des Kolbens konusähnlich zu laufend dargestellt ist, wobei die Mitnehmerfläche, mit ihrem Kantenbereich an der ersten Stirn sowie wenigstens über einen Teilabschnitt ihrer Länge, zusätzlich mit einer orthogonal zur Axiallinie des Kolbens verlaufenden, zylindrisch auswärts (bezogen auf einen Einstich des Radius (R)) gewölbten Kontur versehen ist.

Durch die vorgenannten Maßnahmen sind die eingangs geschilderten Nachteile wirkungsvoll vermieden. Bei der unvermeidlichen Verkippung der Kolben im Koppelfall ist die Kontaktzone nunmehr sehr sicher von dem gefährdeten Kantenabschnitt radial innen nach radial außen auf die Gegenfläche, die vorzugsweise Bestandteil einer Ringnut sein soll, verlagert.

Die somit quasi rückwärts gewandte, kegel- bzw. keilähnliche Gestaltung der Mitnehmerfläche in Verbindung mit der Ausbildung eines Radius an dieser lässt sich fertigungstechnisch relativ einfach darstellen. Hier ist an spanlose bzw. spangebende Verfahren gleichermaßen gedacht.

Aufgrund der vorgeschlagenen Geometrie an dem wenigstens einen Kolben zur Kopplung, in Verbindung mit der Geometrie der vorzugsweise flach ausgebildeten Gegenfläche, können bei Kopplung die eingeleiteten Kräfte hervorragend und verschleißarm aufgenommen werden. Die zulässige Flächenpressung im Koppelbereich wird nicht überschritten.

Zudem haben die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen den Vorteil, dass die Fertigungstoleranzen für eine Geometrie der Mitnehmerfläche des Kolbens entfeinert werden können. Da somit in der Fertigung und während der Montage der Winkel der Mitnehmerfläche nicht mehr hinsichtlich seiner Streuung genau überwacht werden muss, sind die Fertigungskosten reduzierbar.

Der vorgenannte Winkel der Mitnehmerfläche soll vorzugsweise in einem Bereich von 5' < α ≤ 5° liegen. Denkbar ist jedoch auch ein unterster Bereich von α = 0°.

Der Schutzbereich dieser Erfindung ist auf jedwede Art von schaltbaren Nockenfolgern oder von schaltbaren Abstützeinrichtungen bezogen. Denkbar ist auch, dass die Erfindung Einsatz bei Nockenfolgergruppen und bei schaltbaren Hebelsystemen findet. Ausdrücklich bezieht sich der Schutzbereich dieser Erfindung beispielsweise auf schaltbare Rollenstößel, schaltbare Pilzstößel, schaltbare Tassenstößel und schaltbare Abstützelemente. Diese können wahlweise mit einem hydraulischen oder mit einem mechanischen Spielausgleich versehen sein.

Anstelle der zylindrischen Kontur der Mitnehmerfläche, die in Querrichtung des jeweiligen Kolbens verlaufen soll, ist auch an eine ballige Geometrie dieser gedacht.

Gemäß einer weiteren Konkretisierung der Erfindung soll nur der Abschnitt der Mitnehmerfläche des Kolbens mit der zylindrischen Kontur versehen sein, welcher überwiegend bei Kopplung in Kontakt mit der Gegenfläche ist. Dies kann sich günstig auf die Fertigungskosten auswirken.

Zudem ist es vorgeschlagen, zumindest die erste Stirn des Kolbens ballig abzuflachen. Dies hat bei Anschlag des Kolbens am Grund der Ringnut unter anderem den Vorteil, dass dieser sich leicht hydraulisch wieder in die Gegenrichtung bewegen lässt.

Als Gegenfläche am anderen Element, so beispielsweise an einem äußeren kreiszylindrischen Element, ist es in Fortbildung der Erfindung vorgesehen, eine Ringfläche zu verwenden, die Bestandteil einer umlaufenden Ringnut ist. Somit kann auf Verdrehsicherungen der Elemente zueinander verzichtet werden. Gleichzeitig liegt bei Kopplung ein guter Linienkontakt vor, was die Flächenbelastungen senkt. Denkbar ist es jedoch auch, anstelle der Ringfläche nur Ringsegmentflächen vorzusehen bzw. ferner ist auch an eine Bohrung gedacht, in welche der jeweilige Kolben im Koppelfall einfährt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 einen schaltbaren Nockenfolger im Längsschnitt,
2 einen Koppelmechanismus mit gestuftem und konusartig zulaufenden Kolben im Koppelfall ohne zylindrische Auswölbung und
3 den erfindungsgemäßen Kolben als Einzelheit.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 offenbart einen Längsschnitt durch einen Nockenfolger 1. Dieser ist hier als Rollenstößel ausgebildet. Er besteht aus einem äußeren, hohlzylindrischen Element 3, das mit einem inneren Element 2 axial relativ zueinander beweglich, teleskopartig zusammengesteckt ist. Radial durch das innere Element 2 verläuft eine Bohrung 4 mit zwei sich im Entkoppelfall diametral gegenüberliegenden Kolben 5. Ferner hat das innere Element 2 noch eine nicht näher zu erläuternde hydraulische Spielausgleichseinrichtung 16.
Anhand der 2, 3 soll näher auf die Erfindung eingegangen werden. Zu erkennen ist, dass der jeweilige Kolben 5, ausgehend von seiner dem radial äußeren Element 3 zugewandten ersten Stirn 6, an seinem Außenmantel 7 (hier Unterseite) abschnittsweise eine gestufte Mitnehmerfläche 8 hat. Diese ist sozusagen „rückwärtskonisch" ausgebildet. Sie geht von einer ersten in Richtung zu einer zweiten Stirn 6, 11 des Kolbens 5 generell auf dessen Axiallinie konusähnlich zu.
Der in den 2, 3 angedeutete Winkel α der Schrägung der Mitnehmerfläche 8 soll vorzugsweise in einem Winkel von 5' < α ≤ 5° liegen. Dabei ist der Kolben 5 in 2 in seinem in eine Ringnut 15 des äußeren Elements 3 eingefahrenen Zustand offenbart (siehe auch 1). Somit liegt eine Kopplung der Elemente 2, 3 für einen großen Ventilhub vor. Zusätzlich besitzt, wie 3 näher offenbart, die Mitnehmerfläche 8, an ihrem Kantenbereich 12 an der ersten Stirn 6 sowie wenigstens über einen sich anschließenden Teilabschnitt ihrer Länge, eine orthogonal zur Axiallinie des Kolbens 5 verlaufende, zylindrisch auswärts gewölbte Kontur 13. Diese abgerundete Kontur 13 kann beispielsweise während einer Endphase der Fertigung des entsprechenden Kolbens 5 durch einen Schleif- oder ähnlichen Vorgang geschaffen werden.
Summa summarum liegt somit bei Kopplung des Koppelmittels 5 in die Ringnut 15 des äußeren Elements 3, somit auf die als Ringfläche 14 ausgebildete Gegenfläche 10, ein durch dessen Verkippung ansonsten vorliegender Kontaktbereich an einer Kante der Ringnut 15 zur Trennfläche 9 radial außerhalb dieser Kante (innerhalb der Ringnut 15). Der Verschleiß im Kantenbereich ist, wie eingangs näher dargelegt, vermieden. Gleichzeitig liegt bei Kopplung eine gut beherrschbare, nur relativ geringe Flächenpressung vor. Auch können die Fertigungstoleranzen, insbesondere für die Geometrie der Mitnehmerfläche 8 des entsprechenden Kolbens 5, entfeinert werden. Dabei zeigt 2 genau den Verkippungszustand des Kolbens 5 bei Belastung. Zudem ist 3 entnehmbar, dass die radial äußere, erste Stirn 6 des Kolbens 5, ausgehend von deren Mitte M, ballig ausgebildet ist.

1: Nockenfolger
2: Element
3: Element
4: Bohrung
5: Kolben
6: erste Stirn
7: Außenmantel
8: Mitnehmerfläche
9: Trennfläche
10: Gegenfläche
11: zweite Stirn
12: Kantenbereich
13: Kontur
14: Ringfläche
15: Ringnut
16: Spielausgleichseinrichtung
R: Radius zylindrische Kontur
M: Mitte Stirn
α: Winkel Mitnehmerfläche

Claims

Schaltbarer Nockenfolger (1) oder schaltbare Abstützeinrichtung für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit zwei teleskopartig ineinander gesteckten und axial relativ zueinander beweglichen Elementen (2, 3), wobei in einem der Elemente (2, 3) eine senkrecht zur Axiallinie in Richtung zum anderen Element (3, 2) sich erstreckende Bohrung (4) mit wenigstens einem im Entkoppelfall der Elemente (2, 3) dort verlaufenden Kolben (5) appliziert ist, dem, ausgehend von seiner dem anderen Element (3) zugewandten erster Stirn (6), an seinem Außenmantel (7) abschnittsweise eine gestufte Mitnehmerfläche (8) immanent ist, wobei der Kolben (5) für einen Koppelfall, abschnittsweise über eine Trennfläche (9) zwischen den Elementen (2, 3) hinweg, mit der Mitnehmerfläche (8) auf eine plane Gegenfläche (10) des anderen Elements (3, 2) veriagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerfläche (8) des Kolbens (5), ausgehend von dessen erster in Richtung zu dessen zweiter Stirn (6, 11), als generell in Richtung auf eine Axiallinie des Kolbens (5) konusähnlich zulaufend dargestellt ist, wobei die Mitnehmerfläche (8), mit ihrem Kantenbereich (12) an der ersten Stirn (6) sowie wenigstens über einen Teilabschnitt ihrer Länge, zusätzlich mit einer orthogonal zur Axiallinie des Kolbens (5) verlaufenden, zylindrisch auswärts (bezogen auf einen Einstich des Radius (R)) gewölbten Kontur (13) versehen ist.
Nockenfolger oder Abstützeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur der Abschnitt der Mitnehmerfläche (8) des Kolbens (5) mit der zylindrischen Kontur (13) versehen ist, welcher statistisch bzw. empirisch gesehen bei Kopplung am häufigsten Kontakt mit der Gegenfläche (10) hat.
Nockenfolger oder Abstützeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Stirn (6) des Kolbens (5), ausgehend von deren Mitte (M), ballig abgeflacht verläuft.
Nockenfolger oder Abstützeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche (10) des anderen Elements (3, 2) eine Ringfläche (14) als Bestandteil einer umlaufenden Ringnut (15) ist.
Nockenfolger oder Abstützeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerfläche (8) des Kolbens (5) unter einem Winkel (α) im Bereich von 5' < α ≤ 5° zur Axiallinie des Kolbens (5) verläuft.
Nockenfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Nockenfolger (1) ein zumindest mittelbar auf einen Kipphebel einwirkender Rollen- oder Pilzstößel vorgesehen ist, wobei zwei sich diametral gegenüberliegende Kolben (5) in einer als Durchgangsbohrung ausgebildeten Bohrung (4) des inneren Elements (2) vorgesehen sind, die für den Koppelfall mit ihrer Mitnehmerfläche (8) auf die Gegenfläche (10) des äuße ren Elements (3) verlagerbar sind, welche Gegenfläche (10) eine Ringfläche (14) als Bestandteil einer umlaufenden Ringnut (15) ist.
Nockenfolger oder Abstützeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenfolger (1) oder die Abstützeinrichtung mit einer hydraulischen Spielausgleichseinrichtung (16) versehen sind.