DE102005036918A1

DE102005036918A1 - Verbindungselement zur verliersicheren Halterung eines hebelartigen Nockenfolgers

Info

Publication number: DE102005036918A1
Application number: DE102005036918A
Authority: DE
Inventors: Stephan Dipl.-Ing. Möck; Helmut Dipl.-Ing. Engelhardt
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2007-02-08
Also published as: EP1913239A1; EP1913239B1; CN101258306B; WO2007017132A1; CN101258306A; US20080196682A1; US7721695B2

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Verbindungselement (10) aus Flachmaterial zur verliersicheren Halterung eines hebelartigen Nockenfolgers (2), der zur Betätigung eines Gaswechselventils (4) einer Brennkraftmaschine dient, an einem Abstützelement (6), das ein aus einem zylindrischen Abschnitt (22) stufenlos oder hinterschnittsfrei übergehendes sphärisches Ende (7) aufweist, auf dem der Nockenfolger (2) mittels einer kalottenförmigen Einformung (8) in Richtung des Gaswechselventils (4) um einen Drehpunkt (9) schwenkbeweglich gelagert ist. Das Verbindungselement (10) umgreift den zylindrischen Abschnitt (22) mit elastisch verformbaren und von zentralen Stegen (19) ausgehenden Vorsprüngen (21) parallel zur Schwenkachse des Nockenfolgers (2), derart, dass das Verbindungselement (10) lediglich reibschlüssig mit dem zylindrischen Abschnitt (22) verbunden ist. Die Vorsprünge (21) sollen als von den zentralen Stegen (19) abgewinkelte und sich in eine vom Nockenfolger (2) abgewandte Richtung erstreckende Laschen (20) ausgebildet sein, so dass die Vorsprünge (21) als solche formelastisch sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement aus Flachmaterial zur verliersicheren Halterung eines hebelartigen Nockenfolgers, der zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine dient, an einem Abstützelement, das ein aus einem zylindrischen Abschnitt stufenlos oder hinterschnittsfrei übergehendes sphärisches Ende aufweist, auf dem der Nockenfolger mittels einer kalottenförmigen Einformung in Richtung des Gaswechselventils um einen Drehpunkt schwenkbeweglich gelagert ist. Dabei umgreift das Verbindungselement den zylindrischen Abschnitt mit elastisch verformbaren und von zentralen Stegen ausgehenden Vorsprüngen parallel zur Schwenkachse des Nockenfolgers derart, dass das Verbindungselement lediglich reibschlüssig mit dem zylindrischen Abschnitt verbunden ist.
Hintergrund der Erfindung
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 in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine minimiert. Diese Fehlmontage 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. Dies würde zumindest zu einer Ventiltriebsfehlfunktion und im schlimmsten Fall sogar zu einem gravierenden Motorschaden führen.
Gegenüber Verbindungselementen, die formschlüssig in eine ringförmige Nut unterhalb des Kugelkopfs eingreifen, sind reibschlüssig wirkende Verbindungselemente in den Fällen vorteilhaft einsetzbar, bei denen die ringförmige Nut als Hinterschnitt nicht oder nicht wirtschaftlich herstellbar ist. Weitere Anforderungen an ein solches Verbindungselement bestehen nicht nur darin, dass eine Trennung von Schlepphebel und Abstützelement durch Transporteinflüsse sicher ausgeschlossen ist, sondern dass der Schlepphebel und das Abstützelement mit Hilfe des Verbindungselements auch während der Montage der Baueinheit in die Brennkraftmaschine dem betriebsgemäßen Zustand entsprechend zueinander ausgerichtet bleiben. Insofern kommt dem Verbindungselement auch die Aufgabe zu, den Schlepphebel gegen Verkippung um seine Längsachse durch geeignete seitliche Abstützung auf dem Abstützelement weitgehend zu sichern, um eine einwandfreie Querausrichtung des Schlepphebels an der zu montierenden Nockenwelle zu gewährleisten. Ein Verkippen des Schlepphebels um seine Längsachse ist nachfolgend als Kippbewegung im Gegensatz zu dessen Schwenkbewegung in Richtung des Gaswechselventils bezeichnet.

Im Stand der Technik sind bereits Verbindungselemente vorgeschlagen, die anstelle des Formschlusses reibschlüssig mit dem Abstützelement verbunden sind. Aus der als gattungsbildend betrachteten US 6,047,675 A geht ein aus Flachmaterial bestehendes Verbindungselement hervor, welches mit einem im Bereich des sphärischen Endes hinterschnittsfreien Abstützelement reibschlüssig verbunden ist. Dieses Verbindungselement weist auf den zylindrischen Abschnitt unterhalb des sphärischen Endes gerichtete Vorsprünge auf, die das Abstützelement so umklammern, dass eine Kippbewegung des auf dem Abstützelement gelagerten Schlepphebels weitgehend verhindert wird, während dessen Schwenkbewegung in Betätigungsrichtung des Gaswechselventils zugelassen ist.

Das in der zitierten Druckschrift vorgeschlagene Verbindungselement weist dennoch einige wesentliche Nachteile auf. So handelt es sich um flach ausgebildete Vorsprünge, die sich lediglich in einer zur Schwenkachse des Schlepphebels parallelen Ebene erstrecken. Daraus folgt einerseits, dass ein die korrekte Querausrichtung des Schlepphebels auf dem Abstützelement begünstigender Hebelarm zwischen den Kontaktpunkten der Vorsprünge und dem Drehpunkt des Schlepphebels nachteilig klein ist. Andererseits ist es aufgrund der nicht nur flachen sondern auch kurzen Vorsprünge erforderlich, dass die zur Montage des Verbindungselements erforderliche Aufspreizung der Vorsprünge infolge deren begrenzter Materialelastizität weitgehend durch elastische Verformung der Stege aufgebracht wird, von welchen die Vorsprünge ausgehen. Jedoch besteht hierbei das Risiko eines unerwünschten gegenseitigen Verzuges der Stege, beispielsweise in Form einer Aufwellung, Torsion oder Verschränkung. Eine solche Deformation des Verbindungselements kann aufgrund höhenversetzter Vorsprünge ebenfalls zu einer Fehlausrichtung des Schlepphebels führen. In Verbindung mit dem erwähnten kurzen Hebelarm besteht darüber hinaus ein erhöhtes Risiko, dass das Verbindungselement in Kipprichtung des Schlepphebels verrutscht.

Dieser nachteilige Effekt kann sich unter Einbeziehung der Bauteiltoleranzen weiter verschärfen. Die Ursache hierfür ist ebenfalls in den eben, kurz und folglich vergleichsweise steif ausgebildeten Vorsprüngen zu sehen, so dass sowohl eine fertigungsbedingte Abstandsänderung der Vorsprünge zueinander als auch ein schwankender Durchmesser des zylindrischen Abschnitts durch zusätzliche Verformung der Stegabschnitte, von denen die Vorsprünge ausgehen, kompensiert werden müssen.

Ein korrekt auf dem Abstützelement ausgerichteter Schlepphebel kann schließlich nicht nur für den Transport und die Montage der Baueinheit sondern auch für einen ausfallsicheren Betrieb in der Brennkraftmaschine von Bedeutung sein. So kann im Falle eines Kontaktverlusts zwischen Schlepphebel und betätigendem Nocken die den Schlepphebel ausrichtende Wirkung des Nockens aufgehoben sein. Ursachen für einen solchen Kontaktverlust können ein unerwünschtes Einsinken der zumeist verwendeten Abstützelemente mit hydraulischem Ventilspielausgleich oder ein Abheben des Schlepphebels vom Nocken infolge einer Überdrehzahl der Brennkraftmaschine sein. In der Phase des Kontaktverlusts würde dann ein „schiefziehendes" Verbindungselement den Schlepphebel in Kipprichtung drängen. 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 einer weiteren Kippbewegung oder eines 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.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verbindungselement der vorgenannten Art zu schaffen, bei welchem die zitierten Nachteile mit einfachen Mitteln beseitigt sind. Demnach soll gegenüber den im Stand der Technik bekannten Verbindungselementen gewährleistet werden, dass einerseits der Nockenfolger auf dem Abstützelement ausreichend verliersicher gehalten ist und andererseits die betriebsgemäße Querausrichtung des Nockenfolgers auf dem Abstützelement eine erhöhte Robustheit aufweist. Unter Robustheit ist hier die Stabilität der erforderlichen Querausrichtung des Nockenfolgers unter Einwirkung von Störeinflüssen zu verstehen, zu denen beispielsweise die zuvor genannten Bauteiltoleranzen zählen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1, wäh rend vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Vorsprünge als von den zentralen Stegen abgewinkelte sich in eine vom Nockenfolger abgewandte Richtung erstreckende Laschen ausgebildet sind, so dass die Vorsprünge als solche formelastisch sind.

Hierdurch sind die genannten Nachteile mit einfachen Mitteln beseitigt. Die als abgewinkelte Laschen ausgebildeten Vorsprünge umgreifen den zylindrischen Abschnitt an Kontaktpunkten, die vom Drehpunkt des Nockenfolgers vergleichsweise weit beabstandet sind. Der so erzeugte Hebelarm ist ausreichend groß, um die betriebsgemäße Querausrichtung des Nockenfolgers auf dem Abstützelement zu begünstigen und gegen Verrutschen zu stabilisieren. Gleichzeitig wird aufgrund der in sich formelastischen Vorsprünge sichergestellt, dass die für die reibschlüssige Verbindung am zylindrischen Abschnitt erforderliche elastische Verformung des Verbindungselements hauptsächlich durch die Laschen selber und nur unwesentlich durch die Stege, von denen die Laschen ausgehen, aufgebracht wird. Auch dadurch, dass die formelastischen Vorsprünge hervorragend zur Kompensation der genannten Bauteiltoleranzen geeignet sind, wird das Risiko der eingangs erläuterten Deformation der Stege, die zur Fehlausrichtung des Nockenfolgers führen können, minimiert.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sollen die zentralen Stege zu einem geschlossenen und im wesentlichen ebenen Ringabschnitt gehören, der an einer dem Abstützelement zugewandten ersten Seite eines die kalottenförmige Einformung umgebenden Bodens des Nockenfolgers anliegt. Zur Befestigung des Verbindungselements auf dem Nockenfolger weist der Ringabschnitt abgewinkelte und in Längsrichtung des Nockenfolgers orientierte Haltekrallen auf, die mit Haltenasen auf einer dem Abstützelement abgewandten zweiten Seite des Bodens eingerastet sind. Durch diese Ausgestaltung wird eine steife Anbindung des Verbindungselements am Nockenfolger erzielt. Der ausreichend große Hebelarm wird dann dadurch erzeugt, dass die Laschen den zylindrischen Abschnitt des Abstützelements an Kontaktpunkten umgreifen, deren auf eine Längsachse des Abstützelements projizierter Abstand zum Drehpunkt größer als ein auf die Längsachse projizierter Abstand des ebenen Ringabschnitts zum Drehpunkt ist.

Außerdem soll der Nockenfolger als Schlepphebel ausgebildet sein, der einen generell U-förmigen Querschnitt besitzt und spanlos aus Blechwerkstoff hergestellt ist. Auch als Verbindungselement ist zweckmäßigerweise ein spanlos hergestelltes Umformteil aus federhartem Blechwerkstoff vorzusehen. Ein solches Verbindungselement ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar sowie prozesssicher auf dem Nockenfolger montierbar. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist schließlich durch eine Kombination der im abhängigen Anspruch 5 genannten und zuvor erläuterten Merkmale gegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand der beiliegenden Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Verbindungselement in montiertem Zustand eines Ventiltriebs bei längs geschnittenem Nockenfolger
2 das Verbindungselement gemäß 1 in vergrößerter perspektivischer Darstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist ein Ausschnitt eines Ventiltriebs 1 einer Brennkraftmaschine im montierten Zustand offenbart. Dargestellt ist ein Nockenfolger 2, der auf an sich bekannte Weise über einen nicht gezeigten Nocken mittels einer mit dem Nockenfolger 2 verbundenen und drehbar gelagerten Rolle 3 in Betätigungsrichtung eines Gaswechselventils 4 angetrieben ist. Selbstverständlich kann anstelle der Rolle 3 auch eine mit dem Nockenfolger 2 starr verbundene Gleitfläche als Nockenkontakt vorgesehen sein. Der Nockenfolger 2 ist in dem Ausführungsbeispiel als Schlepphebel 5 ausgebildet, der in Längsrichtung einen generell U-förmigen Querschnitt besitzt und aus Blechwerkstoff in einem spanlosen Umformverfahren kostengünstig hergestellt ist. Ein in der Brennkraftmaschine ruhend gelagertes Abstützelement 6 weist ein sphärisches Ende 7 auf, auf dem der Nockenfolger 2 mittels einer kalottenförmigen Einformung 8 in Richtung des Gaswechselventils 4 um einen Drehpunkt 9 schwenkbeweglich gelagert ist.
Zur verliersicheren Halterung des Schlepphebels 5 am Abstützelement 6 ist ein Verbindungselement 10 vorgesehen, dass nachfolgend unter Einbeziehung der 2 näher erläutert ist. Das Verbindungselement 10 besteht als spanlos hergestelltes Umformteil aus federhartem Blechwerkstoff und weist einen geschlossenen Ringabschnitt 11 auf, der an einer dem Abstützelement 6 zugewandten ersten Seite 12 eines die kalottenförmige Einformung 8 umgebenden Bodens 13 des Schlepphebels 5 anliegt. Von dem Ringabschnitt 11 gehen um etwa 90° abgewinkelte und in Längsrichtung des Schlepphebels 5 orientierte Haltekrallen 14, 15 aus, die mit Haltenasen 16 auf einer dem Abstützelement 6 abgewandten zweiten Seite 17 des Bodens 13 eingerastet sind. Das Verbindungselement 10 ist auf diese Weise am Schlepphebel 5 fixiert, wobei an der Haltekralle 14 zusätzliche Winkel 18 vorgesehen sind, welche eine exakte Längsausrichtung des Verbindungselements 10 gegenüber dem Schlepphebel 5 unterstützen. Der Ringabschnitt 11 umfasst zentrale Stege 19, von denen abgewinkelte und als Laschen 20 ausgebildete Vorsprünge 21 in eine vom Schlepphebel 5 abgewandte Richtung ausgehen.
Das sphärische Ende 7 geht stufenlos und hinterschnittsfrei in einen zylindrischen Abschnitt 22 über, den die Laschen 20 parallel zu der durch den Drehpunkt 9 verlaufenden Schwenkachse des Schlepphebels 5 umgreifen. Zu diesem Zweck ist im nicht montierten Zustand des Verbindungselements 10 der lichte Abstand der Laschen 20 zueinander kleiner als der Durchmesser des zylindrischen Abschnitts 22. Beim Aufziehen des Verbindungselements 10 über das sphärische Ende 7 auf den zylindrischen Abschnitt 22 verformen sich die Laschen 20 elastisch und verbinden das Abstützelement 6 reibschlüssig mit dem am Schlepphebel 5 fixierten Verbindungselement 10. Hierdurch ist eine aus dem Schlepphebel 5, dem Abstützelement 6 und dem Verbindungselement 10 bestehende Baueinheit 23 gebildet, die den Schlepphebel 5 im nicht montierten Zustand des Ventiltriebs 1 verliersicher auf dem Abstützelement 6 hält. Darüber hinaus ist in diesem Zustand sichergestellt, dass der Schlepphebel 5 gegenüber dem Abstützelement 6 zumindest verkippungsarm ausgerichtet ist. Eine solche Ausrichtung wird durch das Verbindungselement 10 dadurch begünstigt und beispielsweise gegen Verrutschen stabilisiert, dass ein auf die Längsachse des Abstützelements 6 projizierter Hebelarm 24 zwischen Kontaktpunkten 25 der Laschen 20 und dem Drehpunkt 9 des Schlepphebels 5 ausreichend groß ist. Zum Vergleich ist in 1 ein erheblich kleinerer Hebelarm 26, wie er sich bei nicht abgewinkelten Vorsprüngen gemäß dem zitierten Stand der Technik ergeben würde, eingezeichnet.
Weiterhin geht aus 2 deutlich hervor, dass die Laschen 20 als solche formelastisch sind. Das bedeutet, dass die zum Aufziehen des Verbindungselements 10 auf den zylindrischen Abschnitt 22 des Abstützelements 6 erforderliche elastische Verformung weitestgehend von den Laschen 20 und nur im geringen Maße von den Stegen 19 oder dem Ringabschnitt 11 aufgenommen wird. Folglich ist das Risiko einer Aufwellung, Verschränkung, Torsion oder einer ähnlichen Deformation der Stege 19 oder des Ringabschnitts 11 mit entsprechend am zylindrischen Abschnitt 22 höhenversetzt angreifenden Laschen 20 minimiert und eine daraus resultierende Fehlausrichtung des Schlepphebels 5 auf dem Abstützelement 6 weitgehend ausgeschlossen.
Die Laschen 20 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel so gestaltet, dass sie im Anschluss an einen Übergangsradius eben sowie gegenüber den zentralen Stegen um jeweils 90° abgewinkelt sind und folglich parallel verlaufen. Als alternative Ausführungsformen sind dazu auch konisch zulaufende und/oder mehrfach oder vollständig gekrümmte Laschen möglich.

1: Ventiltrieb
2: Nockenfolger
3: Rolle
4: Gaswechselventil
5: Schlepphebel
6: Abstützelement
7: sphärisches Ende
8: kalottenförmige Einformung
9: Drehpunkt
10: Verbindungselement
11: Ringabschnitt
12: erste Seite
13: Boden
14: Haltekralle
15: Haltekralle
16: Haltenase
17: zweite Seite
18: Winkel
19: Steg
20: Lasche
21: Vorsprung
22: zylindrischer Abschnitt
23: Baueinheit
24: Hebelarm
25: Kontaktpunkt
26: Hebelarm

Claims

Verbindungselement (10) aus Flachmaterial zur verliersicheren Halterung eines hebelartigen Nockenfolgers (2), der zur Betätigung eines Gaswechselventils (4) einer Brennkraftmaschine dient, an einem Abstützelement (6), das ein aus einem zylindrischen Abschnitt (22) stufenlos oder hinterschnittsfrei übergehendes sphärisches Ende (7) aufweist, auf dem der Nockenfolger (2) mittels einer kalottenförmigen Einformung (8) in Richtung des Gaswechselventils (4) um einen Drehpunkt (9) schwenkbeweglich gelagert ist, wobei das Verbindungselement (10) den zylindrischen Abschnitt (22) mit elastisch verformbaren und von zentralen Stegen (19) ausgehenden Vorsprüngen (21) parallel zur Schwenkachse des Nockenfolgers (2) derart umgreift, dass das Verbindungselement (10) lediglich reibschlüssig mit dem zylindrischen Abschnitt (22) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (21) als von den zentralen Stegen (19) abgewinkelte und sich in eine vom Nockenfolger (2) abgewandte Richtung erstreckende Laschen (20) ausgebildet sind, so dass die Vorsprünge (21) als solche formelastisch sind.
Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zentralen Stege (19) zu einem geschlossenen und im wesentlichen ebenen Ringabschnitt (11) gehören, der an einer dem Abstützelement (6) zugewandten ersten Seite (12) eines die kalottenförmige Einformung (8) umgebenden Bodens (13) des Nockenfolgers (2) anliegt und in Längsrichtung des Nockenfolgers (2) orientierte Haltekrallen (14, 15) aufweist, die vom Ringabschnitt (11) abgewinkelt und mit Haltenasen (16) auf einer dem Abstützelement (6) abgewandten zweiten Seite (17) des Bodens (13) eingerastet sind, wobei die Laschen (20) den zylindrischen Abschnitt (22) des Abstützelements (6) an Kontaktpunkten (25) umgreifen, deren auf eine Längsachse des Abstützelements (6) projizierter Abstand (Hebelarm 24) zum Drehpunkt (9) größer als ein auf die Längsachse projizierter Abstand (Hebelarm 26) des Ringabschnitts (11) zum Drehpunkt (9) ist.
Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenfolger (2) als Schlepphebel (5) ausgebildet ist, einen generell U-förmigen Querschnitt besitzt und spanlos aus Blechwerkstoff hergestellt ist.
Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (10) als spanlos hergestelltes Umformteil aus federhartem Blechwerkstoff besteht.
Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (10) gemeinsam mit dem Nockenfolger (2) und dem Abstützelement (6) eine Baueinheit (23) mit folgenden Merkmalen bildet: – der Nockenfolger (2) ist als aus Blechwerkstoff spanlos hergestellter Schlepphebel (5) ausgebildet und besitzt einen generell U-förmigen Querschnitt; – das Verbindungselement (10) besteht als spanlos hergestelltes Umformteil aus federhartem Blechwerkstoff; – die zentralen Stege (19) gehören zu einem geschlossenen und im wesentlichen ebenen Ringabschnitt (11), der an einer dem Abstützelement (6) zugewandten ersten Seite (12) eines die kalottenförmige Einformung (8) umgebenden Bodens (13) des Schlepphebels (5) anliegt und in Längsrichtung des Schlepphebels (5) orientierte Haltekrallen (14, 15) aufweist, die vom Ringabschnitt (11) abgewinkelt und mit Haltenasen (16) auf einer dem Abstützelement (6) abgewandten zweiten Seite (17) des Bodens (13) eingerastet sind; – die Laschen (20) umgreifen den zylindrischen Abschnitt (22) an Kontaktpunkten (25), deren auf eine Längsachse des Abstützelements (6) projizierter Abstand (Hebelarm 24) zum Drehpunkt (9) größer als ein auf die Längsachse projizierter Abstand (Hebelarm 26) des Ringabschnitts (11) zum Drehpunkt (9) ist.