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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Abstützelement für einen
Gaswechselventiltrieb einer Brennkraftmaschine. Das Abstützelement
ist einteilig, starr und im wesentlichen zylindrisch ausgebildet,
liegt mit seiner Außenmantelfläche an der Innenmantelfläche
einer hohlzylindrischen Ausnehmung der Brennkraftmaschine an und
weist ein am Grund der Ausnehmung aufliegendes erstes Ende, ein
zur schwenkbeweglichen Lagerung eines hebelartigen Nockenfolgers ausgebildetes
zweites Ende sowie einen am zweiten Ende mündenden Hohlraum
für Schmiermittel auf.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein
derartiges Abstützelement geht aus der als gattungsbildend
betrachteten
JP 2004052605
A hervor und ist dort als massiv hergestelltes Bauteil mit
einer den Hohlraum für das Schmiermittel bildenden Tieflochbohrung
ausgebildet. Die mit einer derartigen konstruktiven Gestaltung des
Abstützelements verbundenen Nachteile sind für
den Fachmann offensichtlich. Bei diesen Nachteilen handelt es sich
im wesentlichen um den mit der umfangreichen Zerspanung zur Herstellung
der Außenkontur und der Tieflochbohrung des Abstützelements
verbundenen Zeit- und Kostenaufwand sowie auch die mit dem hohen Werkstoffeinsatz
infolge der Massivbauweise verbundenen Materialkosten.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Abstützelement
der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die genannten Nachteile
mit einfachen Mitteln beseitigt sind. Demnach soll das Abstützelement
als kostengünstig herstellbares Leichtbauteil ausgebildet
sein.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen
und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar
sind. Demnach soll es sich bei dem Abstützelement um ein
umgeformtes Hohlteil mit einer Wandung handeln derart, dass die
Außenkontur und die Innenkontur der Wandung im wesentlichen
geometrisch ähnlich sind. Bezogen auf den sehr geringen
Materialeinsatz weist ein derartiges Abstützelement nicht
nur eine hervorragende und für dessen bekannte Funktionszwecke
im Gaswechselventiltrieb ausreichende Steifigkeit auf, sondern ist
gleichermaßen auch als Leichtbauteil in einem Kaltumformverfahren
wie Fließpressen oder Tiefziehen besonders kostengünstig
herstellbar. Da die den Hohlraum für das Schmiermittel
begrenzende Innenkontur zur Außenkontur der Wandung im
wesentlichen geometrisch ähnlich ist, kann zudem der auf
diese Weise gebildete Hohlraum optional auch als druckloses Schmiermittelreservoir
mit hohem Volumen dienen. Ein solches Schmiermittelreservoir kann
Grundlage für die zusätzliche Schmierung von Kontaktstellen
im Ventiltrieb bei dynamischen Schräglagen der Brennkraftmaschine
sein, wie beispielsweise Kreis-, Bergauf- oder Bergabfahrten eines
von der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs.
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In
Weiterbildung der Erfindung soll der Gaswechselventiltrieb mit mechanischer
Ventilspieleinstellung versehen sein, wobei zur Einstellung des Ventilspiels
eine Gruppensortierung des Abstützelements mit voneinander
verschiedenen Einbauhöhen zwischen dem ersten Ende und
dem zweiten Ende vorgesehen ist. Als Alternative zur Ventilspieleinstellung
mittels eines solchen, vorzugsweise im 100stel Millimeterbereich
höhengestuften Abstützelements kann entweder die
mechanische Ventilspieleinstellung an anderen Kontaktstellen im
Gaswechselventiltrieb vorgenommen werden oder eine automatische Ventilspielnachstellung,
insbesondere mittels eines hydraulischen Ventilspielausgleichselements,
außerhalb des Abstützelements vorgesehen sein.
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Außerdem
soll das zweite Ende des Abstützelements zur Aufnahme in
eine kalottenartige Einformung des Nockenfolgers sphärisch
ausgebildet sein. Dabei ist zweckmäßigerweise
ein Durchmesserverhältnis des der Innenmantelfläche
der Ausnehmung entsprechenden Außendurchmessers des Abstützelements
zum Durchmesser des sphärischen Endes von 1,001 bis 1,55
vorzusehen. Die bei dem erstgenannten Durchmesserverhältnis
bezüglich des Außendurchmessers oder Nenndurchmessers
des Abstützelements nur geringfügig kleinere Dimensionierung
des sphärischen Endes oder des sogenannten Kugelkopfes
ermöglicht zum einen ein kostengünstiges Außenschleifen
des Abstützelements im spitzenlosen Durchlaufverfahren
und zum anderen eine besonders steife Querkraftabstützung
am Abstützelement aufgrund des verhältnismäßig
großen Kugelkopfes. Demgegenüber berücksichtigt
das zweitgenannte Durchmesserverhältnis die technisch sinnvolle
Umformgrenze der Wandung des Abstützelements im Hinblick
auf den dann verhältnismäßig kleinen
Kugelkopf.
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In
einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der
Erfindung soll das Abstützelement einen am sphärischen
zweiten Ende angrenzenden Hinterstich aufweisen, der zur Aufnahme
eines sich am Abstützelement und am Nockenfolger abstützenden und
beide verliersicher aneinander halternden Verbindungselements dient.
Die verliersichere Halterung des Nockenfolgers am Abstützelement
verhindert insbesondere bei endseitig gelagerten Schlepphebeln eine
Fehlmontage der Schlepphebel in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine,
beispielsweise derart, dass die Ventilbetätigungsfläche
des Schlepphebels nicht auf dem Gaswechselventil, sondern auf dem
Kugelkopf des Abstützelements positioniert wird.
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Außerdem
kann es vorgesehen sein, dass die Wandung einen das erste Ende verschließenden und
am Grund der Ausnehmung aufliegenden Boden aufweist. Dieser Ausgestaltung
gewährleistet insbesondere bei sehr hoch belasteten Abstützelementen eine
gleichmäßigere Lastverteilung am Grund der Ausnehmung,
so dass die zulässige Materialbeanspruchung der das Abstützelement
aufnehmenden und zumeist aus Aluminiumwerkstoff gefertigten Zylinderköpfe
der Brennkraftmaschine nicht überschritten wird. Zudem
kann das Abstützelement bedarfsweise mit bereits befülltem
Hohlraum an die Zylinderkopfmontagestation angeliefert werden. Voraussetzung
hierfür ist lediglich eine definierte Transportlage des
Abstützelements mit nach oben weisender Mündung
des Hohlraums, um das Auslaufen des Schmiermittels zu verhindern.
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In
weiterer Fortbildung der Erfindung soll der Hohlraum an einen die
Ausnehmung schneidenden Schmiermittelversorgungskanal der Brennkraftmaschine
angeschlossen sein. In diesem Fall dient der Hohlraum gewissermaßen
als hydraulisches Verbindungsglied zwischen der Schmiermittelversorgung der
Brennkraftmaschine und schmiermittelbeaufschlagten Kontaktstellen
im Ventiltrieb, wie beispielsweise einer mit Schmiermittel angespritzten
Nockenrolle des Nockenfolgers. Die Anbindung des Abstützelements
an die Schmiermittelversorgung der Brennkraftmaschine ist insbesondere
bei einem hängend im Zylinderkopf angeordneten Abstützelement
in Verbindung mit einem vom Abstützelement mittig gelagerten
Kipphebel, der einenends vom Nocken beaufschlagt ist und anderenends
das Gaswechselventil betätigt, zweckmäßig.
Denn bei dieser Ventiltriebsarchitektur würde die Schwerkraft
einerseits der Befüllung des Hohlraums als druckloses Schmiermittelreservoir
entgegenwirken und andererseits ein permanentes Auslaufen des Hohlraums
begünstigen.
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In
einer ersten Variante ist es vorgesehen, dass der Schmiermittelversorgungs kanal
den Grund der Ausnehmung schneidet, wobei das erste Ende des Abstützelements
eine kreisringförmige Stirnfläche aufweist, die
am Grund der Ausnehmung aufliegt und eine Schmiermittelöffnung
zum Hohlraum begrenzt. Eine solche Öffnung kann auch in
dem Fall, in dem das Abstützelement nicht an die Schmiermittelversorgung
der Brennkraftmaschine angeschlossen ist, vorteilhaft sein. Dieser
Vorteil betrifft den Härteprozess eines einsatzgehärteten
Abstützelements, da dann die Öffnung ein vollständiges
Fluten des Hohlraums mit kohlenstoffhaltigen Härtegasen
und folglich ein über die charakteristische Einhärtungstiefe
von typischerweise 0,3 mm hinausgehendes, verschleißfestes
Durchhärten der Wandung sicherstellt.
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In
einer zweiten Variante soll der Schmiermittelversorgungskanal die
Innenmantelfläche der Ausnehmung schneiden, wobei das Abstützelement
an seiner Außenmantelfläche mit zumindest einer Schmiermittelöffnung
zum Hohlraum versehen ist. Im Hinblick auf eine schleifgerechte
Gestaltung des Abstützelements ist es diesbezüglich
vorteilhaft, wenn die Schmiermittelöffnung in einer zwischen
zwei Abschnitten der Außenmantelfläche eingeformten
Ringnut angeordnet ist.
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Schließlich
sollen die vorgenannten Ausgestaltungen, soweit technisch möglich
und sinnvoll, in beliebiger Weise miteinander kombinierbar sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der
Erfindung teilweise vereinfacht dargestellt sind. Soweit nicht anders
erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale
oder Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen jeweils
im Längsschnitt:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Abstützelements im Einbaufall;
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Abstützelements in isolierter Darstellung;
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3 ein
drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Abstützelements in isolierter Darstellung;
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4 ein
viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Abstützelements im Einbaufall;
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5 ein
fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Abstützelements in isolierter Darstellung und
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6 das
Abstützelement gemäß 1,
angeschlossen an eine Schmiermittelversorgung der Brennkraftmaschine.
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Ausführliche Beschreibung
der Zeichnungen
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In 1 ist
ein für das Verständnis der Erfindung wesentlicher
Ausschnitt eines Gaswechselventiltriebs 1 einer Brennkraftmaschine
mit mechanischer Ventilspieleinstellung offenbart. Dargestellt ist ein
in einer hohlzylindrischen Ausnehmung 2 der Brennkraftmaschine
angeordnetes Abstützelement 3a, das zur schwenkbeweglichen
Lagerung eines hebelartigen Nockenfolgers 4, hier in Form
eines an sich bekannten Rollenschlepphebels dient. Der Schlepphebel 4 überträgt
den Hub eines die Rolle 5 beaufschlagenden und hier nicht
dargestellten Nockens auf ein ebenfalls nicht dargestelltes Gaswechselventil.
Bei dem Abstützelement 3a handelt es sich um ein
umgeformtes Hohlteil, das einteilig, starr und im wesentlichen zylindrisch
ausgebildet ist und eine Wandung 6 aufweist, deren Außenkontur
und Innenkontur im wesentlichen geometrisch ähnlich sind. Hierunter
ist zu verstehen, dass die Außenkontur und die Innenkontur – abgesehen
von geringfügigen lokalen Wandstärkenänderungen – parallel
zueinander verlaufen. Das mit seiner zylindrischen Außenmantelfläche 7 an
der Innenmantelfläche 8 der hohlzylindrischen
Ausnehmung 2 anliegende Abstützelement 3a weist
ein erstes Ende 9 mit einer kreisringförmigen Stirnfläche 10 auf,
die am Grund 11 der Ausnehmung 2 aufliegt. Ein
gegenüberliegendes zweites Ende 12 ist sphärisch
ausgebildet und weist einen Kugelkopf 13 auf, der in einer
am Schlepphebel 4 endseitig angeordneten kalottenartigen
Einformung 14 aufgenommen ist. Sowohl die Formgebung des
eine zentrische Öffnung 15 aufweisenden Kugelkopfes 13 als auch
diejenige des im Durchmesser reduzierten ersten Endes 9 des
Abstützelements 3a erfolgen im Rollierverfahren.
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Ein
durch die Innenkontur der Wandung 6 begrenzter und an der Öffnung 15 mündender
Hohlraum 16 dient in diesem Ausführungsbeispiel
als druckloses Reservoir für Schmiermittel, das sich aus dem
im Betrieb der Brennkraftmaschine gebildeten Schmiermittelnebel
abscheiden und über eine Öffnung 17 in
der kalottenartigen Einformung 14 in den Hohlraum 16 gelangen
kann. Zur verliersicheren Halterung des Schlepphebels 4 am
Abstützelement 3a dient ein Verbindungselement 18 in
Form einer an sich bekannten federharten Blechklammer, die einerseits
mit Schenkeln 19 am Schlepphebel 4 verschnappt
ist und andererseits einen an den Kugelkopf 13 angrenzenden
Hinterstich 20 spielbehaftet, jedoch verliersicher umgreift.
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Gegenüber
dem Abstützelement 3a mit kreisringförmiger
Stirnfläche 10 weist ein in 2 dargestelltes
Abstützelement 3b einen das erste Ende 9 verschließenden
und mithin flächig am Grund 11 der Ausnehmung 2 aufliegenden
Boden 21 auf. Zum Zwecke der Ventilspieleinstellung ist
ferner eine mit H bezeichnete Einbauhöhe des Abstützelements 3b dargestellt,
die in bekannter Weise als Maß zwischen dem ersten Ende 9 und
einem Kontrolldurchmesser D des Kugelkopfes 13 am zweiten
Ende 12 angegeben ist. Die Einstellung des Ventilspiels
erfolgt dann durch Entnahme eines Abstützelements 3b mit
entsprechender Einbauhöhe H aus einer Gruppensortierung,
deren Einbauhöhenbandbreite mit den das Ventilspiel beeinflussenden
Bauteiltoleranzen und mit dem über der Lebensdauer der Brennkraftmaschine
zu erwartenden Verschleiß des Ventiltriebs 1 korrespondiert.
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In 3 sind
mit D2 der Durchmesser des Kugelkopfes 13 und mit D1 der
Außendurchmesser eines Abstützelements 3c bezeichnet.
Wie bereits eingangs ausführlich erläutert, soll
das Verhältnis von D1 zu D2 1,001 bis 1,55 betragen, wobei
dieses Verhältnis bei allen hier dargestellten Ausführungsbeispielen
etwa 1,4 beträgt.
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Um
eine von Luftpolstern freie Montage und Demontage der in den 2 und 3 dargestellten Abstützelemente 3b und 3c in
die bzw. aus der Ausnehmung 2 der Brennkraftmaschine zu
begünstigen, können diese an ihrer zylindrischen
Außenmantelfläche 7 mit geeigneten, hier
jedoch nicht dargestellten Entlüftungs- bzw. Belüftungskanälen
versehen sein. Diese können beispielsweise als wendelförmiger Steigkanal
ausgebildet sein, wobei es bei dem Abstützelement 3c gemäß 3 ausreichend
ist, den Steigkanal lediglich zwischen dem Boden 21 und
einer, wie nachfolgend erläutert, an die Schmiermittelversorgung
der Brennkraftmaschine angeschlossenen Ringnut 22 verlaufen
zu lassen.
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Im
Gegensatz zu den Abstützelementen 3a und 3b gemäß 1 bzw. 2 ist
sowohl in 3 als auch in den nachfolgend
beschriebenen 4 bis 6 jeweils
der Hohlraum 16 an einen die Ausnehmung 2 schneidenden
Schmiermittelversorgungskanal 23 der Brennkraftmaschine
angeschlossen. In diesem Fall dient der im Betrieb der Brennkraftmaschine
anliegende Schmiermitteldruck der permanenten Kontaktschmierung
der kalottenartigen Einformung 14 und des Kugelkopfes 13,
wobei dann die in 1 dargestellte Öffnung 17 der
kalottenartigen Einformung 14 zweckmäßigerweise
zu verschließen ist. Optional kann jedoch eine an sich
bekannte, die Einformung 14 durchsetzende Spritzbohrung
zur Kühlung/Schmierung des Nockens und/oder der Rolle 5 vorgesehen
sein.
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Der
Hohlraum 16 des in 3 dargestellten Abstützelements 3c ist über
eine an seiner Außenmantelfläche 7 angeordnete
Schmiermittelöffnung 24 mit dem Schmiermittelversorgungskanal 23 verbunden,
der gemäß 4 die Innenmantelfläche 8 der Ausnehmung 2 schneidet.
Während sich das Abstützelement 3c von
einem in 4 dargestellten Abstützelement 3d durch
die Aus gestaltung des ersten Endes 9 mit Boden 21 bzw.
mit kreisringförmiger Stirnfläche 10 unterscheidet,
ist beiden Abstützelementen 3c und 3d die
zwischen zwei Abschnitten der Außenmantelfläche 7 eingeformte
Ringnut 22 gemeinsam, in der die Schmiermittelöffnung 24 zugunsten
einer besseren Schleifbarkeit der Außenmantelfläche 7 zurückversetzt
angeordnet ist.
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Wie
es an einem in 5 dargestellten Abstützelement 3e erkennbar
ist, kann jedoch bedarfsweise auch auf das Einformen der Ringnut 22 verzichtet
werden. Um einen permanenten Zufluss des Schmiermittels in den Hohlraum 16 auch
ohne Verdrehsicherungsmaßnahmen des Abstützelements 3e in
der Ausnehmung 2 zu gewährleisten, sind in diesem
Fall vier um 90° umfangsversetzte Schmiermittelöffnungen 24 vorgesehen,
so dass unabhängig von deren radialer Position stets mindestens
eine der Schmiermittelöffnungen 24 an den Schmiermittelversorgungskanal 23 angeschlossen
ist.
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Das
bereits für 1 erläuterte Abstützelement 3a ist
in dem Einbaufall gemäß 6 ebenfalls an
einen Schmiermittelversorgungskanal 23 angeschlossen. Dieser
schneidet hier den Grund 11 der Ausnehmung 2,
wobei die kreisringförmige Stirnfläche 10 zur
Begrenzung einer Schmiermittelöffnung 25 zum Hohlraum 16 dient.
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- 1
- Gaswechselventiltrieb
- 2
- Ausnehmung
- 3a–e
- Abstützelement
- 4
- Nockenfolger/Schlepphebel
- 5
- Rolle
- 6
- Wandung
- 7
- Außenmantelfläche
des Abstützelements
- 8
- Innenmantelfläche
der Ausnehmung
- 9
- erstes
Ende des Abstützelements
- 10
- kreisringförmige
Stirnfläche
- 11
- Grund
der Ausnehmung
- 12
- zweites
Ende des Abstützelements
- 13
- Kugelkopf
- 14
- kalottenartige
Einformung
- 15
- Öffnung
- 16
- Hohlraum
- 17
- Öffnung
der kalottenartigen Einformung
- 18
- Verbindungselement
- 19
- Schenkel
des Verbindungselements
- 20
- Hinterstich
- 21
- Boden
des Abstützelements
- 22
- Ringnut
- 23
- Schmiermittelversorgungskanal
- 24
- Schmiermittelöffnung
- 25
- Schmiermittelöffnung
- H
- Einbauhöhe
- D
- Kontrolldurchmesser
des Kugelkopfes
- D1
- Außendurchmesser
des Abstützelements
- D2
- Durchmesser
des Kugelkopfes
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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