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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit
einem Stößel sowie
einer von diesem beaufschlagten, hohlen Stößelstange, die an einem Ende
eine erste Anlage für
einen wenigstens mittelbar anlegbaren Druckkolben eines hydraulischen
Spielausgleichselements des einem periodischen Antrieb wie einem
Nocken folgbaren Stößels besitzt,
wobei an deren anderem Ende eine zweite Anlage für ein Folgeglied wie ein Kipphebel appliziert
ist, wobei die erste Anlage einen Durchtritt für aus dem Druckkolben während eines
Betriebes der Brennkraftmaschine in ein Inneres der Stößelstange
leitbares Hydraulikmittel und die zweite Anlage einen Durchtritt
für das
Hydraulikmittel zum Folgeglied aufweist.
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Hintergrund
der Erfindung
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Ein
derartiger Ventiltrieb geht aus der
U.S. 6,196,175 B1 hervor. Dessen Stößel ist
als schaltbarer Rollenstößel ausgebildet.
Er hat relativ stark begrenzte Ein bauraumverhältnisse, so dass eine nur ungenügend große Hydraulikmittelmenge
von dessen Druckkolben eingeschlossen werden kann. Das Hydraulikmittel
reicht in verschiedenen Fällen
wie Wiederbefeuerung der Brennkraftmaschine nach längerem Stillstand, „Taxi-Betrieb" usw. jedoch für eine ordnungsgemäße Spielausgleichsfunktion
des Spielausgleichselements nicht aus. Somit besteht ein relativ
hohes Risiko eines Nachsaugens von Luft in den Hochdruckraum des
Spielausgleichselements mit den der Fachwelt bekannten Nachteilen
wie Klappergeräuschen,
Verschleiß etc..
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Bei
OHV-Ventiltrieben mit Rollenstößel und Stößelstange
ist es zudem üblich,
die geodätisch hoch
liegenden weiteren Teile wie Kipphebel, Nockenanlaufstellen etc. über eine
hohl ausgeführte Stößelstange
zu schmieren. Dies geht wiederum aus der vorgenannten
U.S. 6,196,175 hervor, wobei auch die
U.S. 3,908,615 eine hohl
ausgeführte
Stößelstange
offenbart. Auch zeigt die
U.S.
5,351,662 einen als Rollenstößel ausgebildeten Stößel, bei
dem ersichtlich ist, dass dessen hydraulische Spielausgleichseinrichtung
konstruktiv bedingt nur eine sehr geringe Hydraulikmittelmenge einschließen kann.
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Aufgabe der
Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, einen Ventiltrieb der vorgenannten Art
zu schaffen, bei welchem die geschilderten Nachteile beseitigt sind.
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Lösung der
Aufgabe
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe dadurch gelöst,
dass in dem Inneren der Stößelstange ein
Rückschlagventilkörper verläuft, der
axial frei beweglich zwischen einem der ersten Anlage zugewandten,
komplementären
Ventilsitz und einem der zweiten Anlage zugewandten Anschlag für diesen wie
einer Scheibe verläuft,
welcher Anschlag wenigstens einen Durchlass dergestalt hat, dass
bei Anlage des Rückschlagventilkörpers an
diesem ein gedrosselter Hydraulikmitteldurchtritt in Richtung zur
zweiten Anlage vorliegt.
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Hierdurch
sind die eingangs beschriebenen Nachteile wirkungsvoll eliminiert.
Somit wird beim Abstellen der Brennkraftmaschine das im Inneren
der Stößelstange
akkumulierte Öl
als zusätzlicher
Vorrat gehalten. Nach dem Start der Brennkraftmaschine kann dieses
Hydraulikmittel durch die beim Start auftretenden Schwingungen der
Brennkraftmaschine freigegeben werden und in den Vorratsraum des Druckkolbens
fließen.
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Die
erfindungsgemäßen Maßnahmen
können
gleichermaßen
in einem oberen, der zweiten, aber auch einem unteren, der ersten
Anlage zugewandten Bereich der Stößelstange appliziert werden. Bei
erstgenannter Anordnung wird das darunter liegende Hydraulikmittel
nach dem Prinzip „Pipette" gehalten. Im zweitgenannten
Fall bewirken die erfindungsgemäßen Mittel
größtenteils
eine Akkumulation des über
diesen in der Stößelstange
befindlichen Hydraulikmittels. Ggf. können die vorgeschlagenen Maßnahmen
auch in einem mittleren Bereich der Stößelstange Anwendung finden.
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Auch
ist vom Schutzbereich der Erfindung eine Lösung mit eingeschlossen, bei
welcher die Stößelstange
zwar als Zusatzölreservoir
benutzt wird, jedoch an sich kein Durchleiten von Hydraulikmittel durch
diese zu einem Folgeglied wie einem Kipphebel vorgesehen ist.
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Als
Rückschlagventilkörper ist
vorzugsweise eine Kugel wie beispielsweise eine sehr preiswerte Wälzlagerkugel
vorgesehen. Ggf. kommt hier jedoch auch eine kegelige oder plattenförmige Ausbildung des
Rückschlagventilkörpers in
Frage; bei entsprechender Anpassung des Ventilsitzes.
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Aufgrund
des unmittelbar nach dem Anlassvorgang der Brennkraftmaschine zusätzlich in
den Vorratsraum des Druckkolbens aus der Stößelstange laufenden Hydraulikmittels
sind die eingangs beschriebenen Klappergeräusche vermieden. Auch beim
sogenannten „Taxi-Betrieb", also einem extremen
Kurzstre ckenverkehr, ist garantiert, dass im Vorratsraum stets eine
ausreichende Hydraulikmittelmenge angehäuft ist, so dass ein Nachsaugen
von Luft vermieden oder zumindest gegenüber dem Stand der Technik deutlich
verringert ist.
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Die
vorgeschlagene Stößelstange
kann eine bis auf ihre beidendigen Anlagen einteilige Ausbildung,
jedoch auch eine mehrteilige, wie aus mehreren ineinander gesteckten,
gebauten Abschnitten, haben. Diese Abschnitte sind zweckmäßigerweise als
Kugelköpfe
ausgebildet. Anstelle dieser erschließen sich dem Fachmann auch
noch weitere Anlagen wie pfannenartige, zylinderartig ausgewölbte usw.
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Der
axial frei bewegliche Rückschlagventilkörper wie
die Kugel fällt
nach einer Variante der Erfindung somit nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine
schwerkraftbedingt auf seinen Ventilsitz auf der Seite der ersten
Anlage. Wie eingangs gesagt, wird das Hydraulikmittel, je nach Anordnung
der gesamten Vorrichtung, entweder nach dem Prinzip „Pipette" unterhalb der Kugel
gehalten oder nach dem Prinzip eines klassischen Rückschlagventils
oberhalb dieser.
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Der
erfindungsgemäß gleichfalls
vorgeschlagene Anschlag für
den Rückschlagventilkörper dient gleichzeitig
als Drossel zur Begrenzung des Hydraulikmittelstromes in Richtung
zum Durchtritt an der zweiten Anlage, wenn die Brennkraftmaschine
betrieben wird. Dabei kann für
alle hier vorgeschlagenen Lösungen
die Scheibe beispielsweise aus einem dünnwandigen, gestanzten Blechteil
bestehen, welches mit Perforierungen versehen ist. Als Perforierungen
für den
Hydraulikmitteldurchtritt in Richtung zum Folgeglied kommen eine
Vielzahl von Ausgestaltungen in Frage. Beispielsweise kann der Anschlag
mit blattfederähnlichen
Zungen versehen sein, zwischen denen Durchlässe in Richtung zum Durchtritt
gebildet sind. Eine Drosselwirkung des Hydraulikmittels wird gleichfalls
durch dessen Umströmen
am Rückschlagventilkörper erzielt.
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Alternativ
kann der Anschlag auch aus einem Fliesspressbauteil hergestellt
sein. Auch können
vom Außenmantel
dieses Anschlags nach innen weisende Ausnehmungen als Durchtritte
vorliegen.
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In
Fortbildung der Erfindung ist es vorgeschlagen, in das Innere der
Stößelstange
ein topfartiges Einsatzteil einzubauen, das die erfindungsgemäßen Mittel
aufweist. Somit erübrigen
sich aufwändige Änderungsmaßnahmen
an bisher ausgeführten Stößelstangen.
Zweckmäßig kann
es auch sein, wenn das Einsatzteil selbst mit der zweiten Anlage versehen
ist oder zumindest nachträglich
versehen wird.
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Um
eine einfache Wegbegrenzung bei Einbau des Einsatzteils in das Innere
der Stößelstange darzustellen,
ist es vorgeschlagen, einen Ringabsatz an einer Durchmesserverringerung
des Inneren der Stößelstange
zu schaffen, an welchem eine Stirn des Einsatzteils anschlägt.
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Anstelle
des vorgenannten Einsatzteils kann es auch vorgesehen sein, die
Stößelstange,
ausgehend von der zweiten Anlage, mit zwei Durchmesserverringerungen
darzustellen, wobei an einem Ringabsatz einer ersten Durchmesserverringerung
eine Anlage für
die Scheibe als Anschlag geschaffen und an einem weiteren Ringabsatz
einfach der Ventilsitz gebildet ist. Die Scheibe kann beispielsweise
durch einfache Maßnahmen
wie Einpressen, Einklipsen, aber auch Verschweißen, Verlöten o. ä. mit dem Inneren der Stößelstange
verbunden werden. Wichtig ist lediglich, dass diese ortsfest in
der Stößelstange verbleibt
und bei Anlage des Rückschlagventilkörpers einen
gedrosselten Hydraulikmitteldurchtritt in Richtung zum Folgeglied
gestattet.
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Alternative
Maßnahmen
sind Gegenstand eines nebengeordneten Anspruchs sowie der auf ihn gerichteten
Unteransprüche.
Demnach kann der beispielsweise als Kugel ausgebildete Rückschlagventilkörper in
Richtung zu seinem Ventilsitz auch über ein Federmittel wie wenigstens
eine Schraubendruckfeder beaufschlagt werden. Selbstverständlich erschließen sich
dem Fachmann an dieser Stelle noch weitere in die Stößelstange
relativ einfach integrierbare Federmittel wie kleine Blattfedern
u. dgl.
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Aufgrund
der Federmittel erfolgt ein von der Schwerkraft unabhängiges,
extrem schnelles Schließen
des Rückschlagventilkörpers beim
Abstellen der Brennkraftmaschine. Bei anliegendem Hydraulikmitteldruck
hebt der Rückschlagventilkörper entgegen der
Kraft der ihn beaufschlagenden Schraubendruckfeder ab und gestattet
an seinem Außenmantel
einen gedrosselten Durchtritt des Hydraulikmittels in Richtung zum
weiteren Durchtritt am Folgeglied.
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In
Fortbildung ist es vorgeschlagen, wiederum ein separates, hülsenartiges
Einsatzteil in das Innere der Stößelstange
einzubringen und an diesem den Ventilsitz und eine Anlage für die Schraubendruckfeder
zu generieren. Aufgrund dieses Einsatzteiles kann das Innere der
Stößelstange
komplett ungestuft ausgebildet werden. Es erübrigen sich aufwändige Bearbeitungsmaßnahmen
an der Stößelstange
selbst. Anstelle des Einsatzteiles ist es vorgeschlagen, das Innere
der Stößelstange
mit wenigstens einem Ringabsatz zu versehen, an dem der Ventilsitz
für den
Rückschlagventilkörper wie
die Kugel dargestellt ist. Bei dieser Variante kann sich erfindungsgemäß die Schraubendruckfeder
anderenends an einer Innenstirnseite der beispielsweise als Kugelkopf
ausgebildeten zweiten Anlage in einfacher Art und Weise abstützen. Denkbar
und vorgesehen ist es zudem, den Durchtritt an der zweiten Anlage
so auszubilden, dass hier ebenfalls eine Drosselung des Hydraulikmittels
vorliegt.
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Im
Falle der Verwendung einer Kugel als Rückschlagventilkörper ist
es für
eine Dichtwirkung besonders vorteilhaft, wenn deren Ventilsitz in
einem Winkel von 30 bis 45° verläuft.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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Die
Erfindung ist zweckmäßigerweise
anhand der Zeichnung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematischen Ansicht eines Ventiltriebs mit einem Stößel und
einer Stößelstange;
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2–4 eine
erste Ausgestaltung der Stößelstange
mit axial frei beweglichem Rückschlagventilkörper und
die
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5, 6 eine
alternative Ausgestaltung der Stößelstange
mit einem von einer Druckfeder beaufschlagten Rückschlagventilkörper.
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Ausführliche
Beschreibung der Zeichnung
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1 offenbart
einen OHV-Ventiltrieb mit einem nockengetriebenen Stößel 2,
welcher an einem Ende auf eine hohle Stößelstange 3 einwirkt.
Die Stößelstange 3 hat
an diesem Ende eine erste Anlage 5, die als Kugelkopf ausgebildet
ist und auf einem Druckkolben 6 eines hydraulischen Spielausgleichselements 7 des
Stößels 2 aufsitzt.
An ihrem anderen Ende 8 hat die Stößelstange 3 eine zweite
Anlage 9, die ebenfalls als Kugelkopf ausgebildet ist und
auf ein als Kipphebel ausgebildetes Folgeglied 10 einwirkt.
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Die
Stößelstange 1 besitzt
eine generell hohle Ausbildung, so dass durch ihr Inneres 12 Hydraulikmittel
zum Folgeglied 10 geleitet werden kann. Das Hydraulikmittel
wird aus dem vom Druckkolben 6 eingeschlossenen Raum, über einen
ersten Durchtritt 11 im Bereich des einen Endes 4 der
Stößelstange 3, das
Innere 12 der Stößelstange 3 und
einen zweiten Durchtritt 13 im Bereich des anderen Endes 9 zu Schmierstellen
am Folgeglied 10 geleitet. Dabei ist in 1 schematisch
eine ansteigende Hydraulikmittelsäule dargestellt, so wie sie
nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine vorliegt.
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Wie
beschreibungseinleitend dargelegt, fällt nach dem Abstellen der
Brennkraftmaschine die Hydraulikmittelsäule im Druckkolben 6 unter
ein ausreichendes Minimum ggf. ab, so dass nach dem Wiederbefeuern
der Brennkraftmaschine nicht ausreichend Hydraulikmittel in einen
zum hydraulischen Spielausgleichselement 7 gehörenden,
darunter liegenden Hochdruckraum für einen Spielausgleich nachgesaugt
werden kann. Hier kommt es ungünstigstenfalls
zu einem Nachsaugen von Luft.
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Aufgrund
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Maßnahmen
werden die o. g. Nachteile vermieden, gerade wie sie bei sehr kleinen
Vorratsräumen
für Hydraulikmittel,
beispielsweise bei engen Bauraumverhältnissen, vorkommen können.
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So
kann den 2–4 entnommen
werden, dass im Inneren 12 der Stößelstange 3 ein hier als
Kugel ausgebildeter Rückschlagventilkörper 14 angeordnet
ist. Dieser verläuft
im Bereich der zweiten Anlage 9. Der Rückschlagventilkörper 14 ist
zwischen einem der ersten Anlage 5 zugewandten, komplementären Ventilsitz 15 und
einem der zweiten Anlage 9 zugewandten, als Scheibe ausgebildeten
Anschlag 16 axial frei beweglich. Die Scheibe 16 hat, wie
näher aus 3 hervorgeht,
sternförmig
verteilte Durchlässe 17 und
ist beispielsweise als dünnwandiges
Blechteil ausgebildet.
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Aus 2 geht
näher hervor,
dass im Inneren 12 der Stößelstange 3 ein topfartiges
Einsatzteil 18 befestigt ist. Dieses sitzt mit seiner Stirn 22 auf
einem Ringabsatz 23 einer Durchmesserverringerung 24 des
Inneren 12 der Stößelstange 3.
Es hat an seinem anderen Ende die zweite Anlage 9 mit dem Durchtritt 13.
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An
einem der ersten Anlage 5 zugewandten Randbereich 19 des
Einsatzteils 18 ist, wie gesagt, der Ventilsitz 15 für den Rückschlagventilkörper 14 geschaffen.
Dieser läuft
zweckmäßigerweise
in einem Winkel von 30°–45°, so dass
eine gute Dichtwirkung bei Anlage des Rückschlagventilkörpers 14 an diesem
realisiert ist. Der scheibenartige Anschlag 16 in der Bohrung 20 des
Einsatzteils verläuft
auf einer Ringschulter 21.
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Während eines
normalen Betriebes der Brennkraftmaschine ist über den im Inneren 12 der Stößelstange 3 anliegenden
Hydraulikmitteldruck der Rückschlagventilkörper 14 abgehoben
und liegt an dem Anschlag 16 von unten an.
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Aufgrund
der Durchlässe 17 strömt eine
gedrosselte Hydraulikmittelmenge am Außenmantel 33 (siehe
auch 5, 6) des Rückschlagventilkörpers 14 über die
Durchtritte 17 in Richtung zum Folgeglied 10.
Wird die Brennkraftmaschine abgestellt, fällt der Rückschlagventilkörper 14 schwerkraftbedingt
auf seinen Ventilsitz 15. Hierdurch wird bei den in den
Figuren gezeigten Varianten das unterhalb des Rückschlagventilkörpers 14 befindliche
Hydraulikmittel nach dem Prinzip „Pipette" gehalten. Der Fachmann wird durch die
ihm geläufigen
Berechnungs- und Auslegungsmethoden die Stößelstange 3 und ggf.
auch den Stößel 2 entsprechend
darstellen, so dass das Pipettenprinzip verwirklicht werden kann.
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Wird
die Brennkraftmaschine angelassen, so kommt es, wie Versuche ergeben
haben, aufgrund der auftretenden Schwingungen zu einem „schnellen" Abheben des Rückschlagventilkörpers 14 von seinem
Ventilsitz 15. Somit wird das Pipetten-Prinzip aufgehoben
und die akkumulierte Hydraulikmittelmenge strömt zusätzlich in den vom Druckkolben 6 eingeschlossenen
Vorratsraum und steht für
einen ordnungsgemäßen Spielausgleich
zur Verfügung.
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Werden
die erfindungsgemäßen Maßnahmen
im Bereich der ersten Anlage 5 der Stößelstange 3 appliziert,
so kann die darüber
liegende Hydraulikmittelmenge nach dem klassischen Prinzip „Rückschlagventil" verwendet werden.
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4 offenbart
eine ähnliche
Ausgestaltung wie 2. Jedoch sind im Inneren 12 der
Stößelstange 3 zwei
Durchmesserverringerungen 26, 27 vorgesehen. An
einem Ringabsatz 28 der ersten Durchmesserverringerung 26 ist
der Anschlag 16 angeordnet. An einem weiteren Ringabsatz 29 der
Durchmesserverringerung 27 ist für den Rückschlagventilkörper 14 der
Ventilsitz 15 dargestellt. Somit kann auf das vorher genannte
separate Einsatzteil 18 verzichtet werden.
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Gemäß den 5, 6,
die alternative Varianten zu den vorgenannten zeigen, ist der Rückschlagventilkörper 14 in
Schließrichtung
durch ein Federmittel 31 wie zweckmäßigerweise eine Schraubendruckfeder
beaufschlagt, so dass hier Schwerkrafteinflüsse u. a. keine besondere Rolle
spielen und es zu einem besonders schnellen Schließen des Rückschlagventilkörpers 14 nach
dem Abstellen der Brennkraftmaschine bei nicht anliegendem Hydraulikmitteldruck
kommt.
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Nach 5 ist
in das Innere 12 der Stößelstange 3 ein
hülsenartiges
Bauteil 36 mit beidendigen sowie radial nach innen weisenden
Kragen 37, 38 eingebaut. An dem Kragen 37 ist
ein Ventilsitz 30 geschaffen, wobei an dem Kragen 38 innen
eine anderenendige Anlage für
das Federmittel 31 vorliegt. Das Bauteil 36 kann
als Fliesspressteil, aber auch als billiges Blechumformteil dargestellt
sein. Eine Drosselung des Hydraulikmittelstromes erfolgt bei den
Ausgestaltungen nach den 5, 6 über die
Umströmung
des Rückschlagventilkörpers 14 an
dessen Außenmantel 33.
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Bei
anliegendem Hydraulikmitteldruck wird der Rückschlagventilkörper 14 entgegen
der Kraft dessen Federmittels 31 von seinem Sitz 30 abgehoben
und quasi in Schwebe gehalten. Sobald die Brennkraftmaschine abgestellt
ist und der Hydraulikmitteldruck nicht mehr vorliegt, schiebt das
Federmittel 31 den Rückschlagventilkörper 14 in
seinen Ventilsitz 30. Die somit hier darunter liegende
Hydraulikmittelmenge (im Inneren 12) wird nach dem Prinzip „Pipette" gehalten und steht
unmittelbar nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine zur sofortigen
Befüllung
des vom Druckkolben 6 eingeschlossenen Vorratsraums zur
Verfügung.
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Nach 6 wird
auf das separate Bauteil 36 (Einsatzteil) verzichtet. Der
Rückschlagventilkörper 14 findet
hier, wie in 4 beschrieben, eine Anlage an
einem Ventilsitz 30, welcher durch eine Durchmesserverringerung 39 des
Inneren 12 der Stößelstange 3 geschaffen
ist.
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- 1
- Ventiltrieb
- 2
- Stößel
- 3
- Stößelstange
- 4
- eines
Ende
- 5
- erste
Anlage
- 6
- Druckkolben
- 7
- Spielausgleichs
-
- element
- 8
- anderes
Ende
- 9
- zweite
Anlage
- 10
- Folgeglied
- 11
- Durchtritt
- 12
- Inneres
- 13
- Durchtritt
- 14
- Rückschlagventil
-
- körper
- 15
- Ventilsitz
- 16
- Anschlag
- 17
- Durchlass
- 18
- Einsatzteil
- 19
- Randbereich
- 20
- Bohrung
- 21
- Ringschulter
- 22
- Stirn
- 23
- Ringabsatz
- 24
- Durchmesserver
-
- ringerung
- 25
- Ende
- 26
- Durchmesserver
-
- ringerung
- 27
- Durchmesserver
-
- ringerung
- 28
- Ringabsatz
- 29
- Ringabsatz
- 30
- Ventilsitz
- 31
- Federmittel
- 32
- Kragen
- 33
- Außenmantel
- 34
- Innenmantel
- 35
- Innenmantel
- 36
- Bauteil
- 37
- Kragen
- 38
- Kragen
- 39
- Durchmesserver
-
- ringerung
- 40
- Innenstirnseite