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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Nockenfolger zur variablen Betätigung
zumindest eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, mit
einer Rollenachse, einer Rolle, die in ihrer Rollenbohrung relativ zur
Rollenachse zwischen einer ersten Axialposition und einer zweiten
Axialposition verschiebbar gelagert ist und voneinander verschiedene
Erhebungen zweier auf einer Nockenwelle benachbart angeordneter
Nocken wechselweise auf das Gaswechselventil überträgt,
einer einen Druckmittelraum bildenden Zylinder-Kolben-Einheit zum
Verschieben der Rolle aus der ersten Axialposition in die zweite
Axialposition und einem Federmittel zum Verschieben der Rolle aus
der zweiten Axialposition in die erste Axialposition.
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Hintergrund der Erfindung
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Gattungsgemäße
Nockenfolger sind aus der
DE
197 00 736 A1 und aus der
JP 05-044410 A vorbekannt. Sie weisen gegenüber
Nockenfolgern, die zur wechselweisen Übertragung unterschiedlicher Nockenerhebungen
zueinander verschiebbare und mittels einer spielbehafteten Bolzenverriegelung
miteinander koppelbare Gehäuseteile besitzen, einen erheblichen
Vorteil dahingehend auf, dass das unvermeidlich streuende Bolzenspiel
zu voneinander abweichenden und den Ladungswechsel der Brennkraftmaschine
beeinträchtigenden Erhebungen der Gaswechselventile führt.
Ein weiterer Vorteil derartiger Nockenfolger besteht darin, dass
die voneinander verschiedenen Erhebungen der Nocken nicht vollständig
ineinander verschachtelt werden müssen, wie es aufgrund
des zu vermeidenden Anlagewechsels der Nocken an den zugehörigen
Nockenabgriffsflächen der Gehäuseteile bei den
vorgenannten Nockenfolgern mit formschlüssig wirkender
Bolzenverriegelung der Fall ist.
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Die
aus den genannten Druckschriften bekannten Nockenfolger sind jedoch
bezüglich ihres konstruktiven Aufbaus mit einigen Nachteilen
verbunden. Konkret betrifft dies die konstruktive Reihenschaltung
bestehend aus dem den Druckmittelraum begrenzenden Kolben der Zylinder-Kolben-Einheit und
der vom Kolben hubbeaufschlagten Rolle. Eine solche Reihenschaltung
führt nicht nur zu einem ausladenden Bauraumbedarf des
Nockenfolgers in Richtung der Rollenachse, sondern aufgrund der
Massenwirkung der bewegten Komponenten auch zu einer Beeinträchtigung
der erzielbaren Umschaltgeschwindigkeit der Rolle. Da jedoch deren
Umschaltvorgang innerhalb des gemeinsamen Grundkreiswinkels der
Nocken vollständig abgeschlossen sein muss und die hierfür
zur Verfügung stehende Zeit bekanntlich mit zunehmender
Drehzahl der Brennkraftmaschine abnimmt, würde eine zu
geringe Umschaltgeschwindigkeit zu einer deutlichen Beschränkung der
Umschaltdrehzahl und folglich des thermodynamischen Potenzials der
durch den Nockenfolger erzielten Ventiltriebsvariabilität
führen.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Nockenfolger
der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die genannten Nachteile
mit einfachen Mitteln beseitigt sind. Folglich soll sich der Nockenfolger
gegenüber dem zitierten Stand der Technik durch eine möglichst
kompakte Bauweise einerseits und eine möglichst geringe
Masse insbesondere der mit der Rolle axial mitbewegten Komponenten
anderseits auszeichnen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1
gelöst, während vorteilhafte Weiterbildungen und
Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar
sind. Demnach soll es sich bei dem Kolben der Zylinder-Kolben-Einheit
um die Rolle selbst handeln, wobei die Rolle eine den Druckmittelraum begrenzende
Stirnwand und einen von der Stirnwand ausgehenden Ringkragen aufweist,
dessen Außenmantelfläche als Nockenabgriffsfläche
dient und dessen Innenmantelfläche die Außenmantelfläche
eines Außenabschnitts des Zylinders der Zylinder-Kolben-Einheit
leckagearm oder druckmitteldicht umfasst.
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Eine
derartige Funktionsintegration der Rolle in die Zylinder-Kolben-Einheit
ermöglicht nicht nur den kostensparenden Entfall des zur
Rolle separaten Kolbens gemäß dem zitierten Stand
der Technik, sondern aufgrund der Verlegung des für den
Druckaufbau im Druckmittelraum erforderlichen Dichtspalts zwischen
den Außenabschnitt des Zylinders und den Ringkragen der
Rolle auch eine möglichst bauraumsparende Konstruktion
des Nockenfolgers in Richtung der Rollenachse.
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In
Weiterbildung der Erfindung lässt sich diese kompakte Bauweise
noch dadurch verbessern, dass die Stirnwand der Rolle auf der dem
Druckmittelraum abgewandten Seite zumindest eine zylindrische Ausnehmung
zur rollenseitigen Abstützung des als zumindest eine Schraubendruckfeder
ausgebildeten Federmittels aufweist. Die Bauraumeinsparung in Richtung
der Rollenachse resultiert in diesem Fall daraus, dass der vom Federmittel
beanspruchte Bauraum nicht vollständig neben der Rolle
vorzusehen ist, da das Federmittel je nach Axialposition der Rolle
zumindest teilweise in der zylindrischen Ausnehmung verläuft.
Bei dieser kann es sich entweder um eine einzige, kreisringförmige
Ausnehmung zur Aufnahme einer zur Rollenachse konzentrischen Schraubendruckfeder
oder um mehrere, kreisförmig verteilt angeordnete Ausnehmungen
zur Aufnahme einer entsprechenden Anzahl exzentrisch zur Rollenachse
angeordneter Schraubendruckfedern handeln.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung soll es sich bei dem
Nockenfolger um einen in der Brennkraftmaschine schwenkbeweglich
gelagerten Hebel mit voneinander beabstandet verlaufenden Seitenwänden
handeln, wobei die Zylinder-Kolben-Einheit und das Federmittel vollständig
zwischen den Seitenwänden angeordnet sind. Derartige Hebel sind
dem Fachmann insbesondere als endseitig auf einem Abstützelement
oder einer Schwinghebelachse gelagerte Schlepp- bzw. Schwinghebel
oder als mittig auf einem Abstützelement oder einer Kipphebelachse
gelagerte Kipphebel bekannt. Alternativ hierzu kann der Nockenfolger
jedoch auch in einer Längsführung nach Art eines
Tassenstößels gelagert sein.
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Im
Falle der bevorzugten Ausbildung des Nockenfolgers als Hebel ist
es ferner vorgesehen, dass der Zylinder drehbar auf der Rollenachse
gelagert und mittels einer Gleitscheibe an einer der Seitenwände
axial abgestützt ist. In diesem Fall, in dem der Zylinder
der Rotation der Rolle folgen kann, ist die Rollenachse zweckmäßigerweise
in entsprechenden Achsöffnungen der Seitenwände
beispielsweise durch stirnseitiges Verstemmen axial und radial festzulegen.
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In
weiterer konstruktiver Ausgestaltung der Erfindung soll die Rolle
mittels eines rohrförmigen Innenabschnitts des Zylinders
auf der Rollenachse gelagert sein, wobei die Innenmantelfläche
des Innenabschnitts zur Lagerung des Zylinders auf der Rollenachse
dient und wobei die Rollenbohrung auf der Außenmantelfläche
des Innenabschnitts verschiebbar gelagert ist. Dabei kann es vorgesehen
sein, dass der Innenabschnitt des Zylinders auf der Rollenachse festgelegt
ist. In diesem Fall kann eine Festlegung der Rollenachse, beispielsweise
durch das vorgenannte stirnseitige Verstemmen oder durch Einpressen
in die Achsöffnungen entfallen, da der auf der Rollenachse
beispielsweise durch Verpressen festgelegte Innenabschnitt des Zylinders
ein Auswandern der Rollenachse aus dem Nockenfolger verhindert.
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Der
Zylinder kann außerdem so gestaltet sein, dass er am druckmittelraumfernen
Ende des Innenabschnitts einen sich radial auswärts erstreckenden
Bund aufweist, der das Federmittel rollenachsenseitig abstützt.
Dabei kann es insbesondere im Falle des auf der Rollenachse festgelegten
Zylinders zweckmäßig und im Falle einer oder mehrerer
exzentrisch zur Rollenachse angeordneter Federmittel erforderlich
sein, dass der Bund als Axialgleitlager für das Federmittel
dient.
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Weiterhin
ist es vorgesehen, dass die Rollenachse zur Druckmittelführung
hohlzylindrisch ausgebildet ist, eine erste Druckmittelbohrung aufweist,
die an einen im Nockenfolger verlaufenden ersten Druckmittelkanal
angeschlossen ist, und eine zweite Druckmittelbohrung aufweist,
die über einen im Innenabschnitt des Zylinders verlaufenden
zweiten Druckmittelkanal an den Druckmittelraum angeschlossen ist.
In Abhängigkeit des rotativen Freiheitgrads des Zylinders
auf der Rollenachse und/oder zugunsten eines radial ungerichteten
Einbaus der Rollenachse in den Nockenfolger kann es dabei zweckmäßig
sein, dass die erste Druckmittelbohrung und der erste Druckmittelkanal über
eine erste Umlaufnut und/oder dass die zweite Druckmittelbohrung und
der zweite Druckmittelkanal über eine zweite Umlaufnut
miteinander verbunden sind.
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Schließlich
sollen die vorgenannten Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung,
sofern es möglich und zweckmäßig ist,
beliebig 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 die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
vereinfacht dargestellt ist. Sofern nicht anders erwähnt,
sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile
mit gleichen Bezugszahlen versehen. Aus Gründen der Darstellung
sind diese etwa gleichmäßig auf die Figuren verteilt.
Es zeigen:
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1 einen
Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Nockenfolgers
mit in der ersten Axialposition befindlicher Rolle im Halbschnitt
und
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2 einen
erfindungsgemäßen, gegenüber 1 im
Detail modifizierten Nockenfolger mit in der zweiten Axialposition
befindlicher Rolle im Halbschnitt.
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Ausführliche Beschreibung
der Zeichnungen
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In 1 ist
ein für das Verständnis der Erfindung wesentlicher
Ausschnitt eines Nockenfolgers 1 zur variablen Betätigung
eines oder mehrerer, hier nicht dargestellter Gaswechselventile
einer Brennkraftmaschine offenbart. Der Nockenfolger 1 ist
hier als in der Brennkraftmaschine schwenkbeweglich gelagerter Hebel
ausgebildet und weist zwei voneinander beabstand verlaufende Seitenwände 2 und 3 mit zueinander
fluchtenden Achsöffnungen 4 und einer darin aufgenommenen
Rollenachse 5 auf. Eine relativ zur Rollenachse 5 zwischen
einer ersten Axialposition gemäß 1 und
einer zweiten Axialposition gemäß 2 verschiebbar
gelagerte Rolle 6 dient zur wechselweisen Übertragung voneinander
verschiedener Erhebungen zweier auf einer Nockenwelle 7 benachbart
angeordneter Nocken 8 und 9 auf das oder die Gaswechselventile.
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Die
axiale Betätigung der Rolle 6 in Richtung der
zweiten Axialposition erfolgt mittels einer Zylinder-Kolben-Einheit
mit einem hydraulisch beaufschlagbaren Druckmittelraum 10,
wobei es erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass
es sich bei dem Kolben der Zylinder-Kolben-Einheit und der Rolle 6 um
dasselbe Bauteil handelt. Die Rolle 6 weist eine den Druckmittelraum 10 begrenzende
Stirnwand 11 und einen von der Stirnwand 11 ausgehenden
Ringkragen 12 auf, dessen Außenmantelfläche 13 als
Nockenabgriffsfläche dient und dessen Innenmantelfläche 14 die
Außenmantelfläche 15 einen Außenabschnitts 16 des
Zylinders 17 der Zylinder-Kolben-Einheit im Hinblick auf
einen ausreichend schnellen Druckaufbau im Druckmittelraum 10 mit
hinreichender Dichtwirkung umfasst. Aus Gründen der toleranzbehafteten
Bauteileherstellung kann eine gewisse Leckage an Hydraulikmittel
an dieser Stelle jedoch unvermeidbar, zwecks Schmierung und/oder
Kühlung des hochbeanspruchten Kontakts zwischen Rolle 6 und
Nocken 8 oder 9 gleichzeitig aber auch erwünscht
sein.
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Zur
Rückstellung der Rolle 6 aus der zweiten in die
erste Axialposition dient ein Federmittel, das hier in Form mehrerer,
kreisförmig auf der Stirnwand 11 verteilter und
exzentrisch zur Rollenachse angeordneter Schraubendruckfedern 18 rollenseitig
in zylindrischen Ausnehmungen 19 auf der dem Druckmittelraum 10 abgewandten
Seite der Stirnwand 11 abgestützt ist. Die Anzahl
der Ausnehmungen 19 ist gleich oder größer
der Anzahl der Schraubendruckfedern 18, wobei es sich in
letzterem Fall um eine Maßnahme zur Gewichtserleichterung
der Rolle 6 handelt.
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Der
Lageraufbau im Bereich der Rollenachse 5 ist so gestaltet,
dass die Rolle 6 nicht unmittelbar auf der Rollenachse 5,
sondern mit ihrer Rollenbohrung 20 auf der Außenmantelfläche 21 eines
rohrförmigen Innenabschnitts 22 des Zylinders 17 axial
und radial gleitend gelagert ist. Bei der Lagerung des Zylinders 17 auf
der Rollenachse 5 besteht zum einen die Möglichkeit,
dass die Innenmantelfläche 23 des Innenabschnitts 22 gleitend
auf der Rollenachse 5 gelagert ist, und zum anderen die
Möglichkeit, dass der Zylinder 17 mit seinem Innenabschnitt 22 auf
der Rollenachse 5 festgelegt ist. In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Rollenachse 5 in beiden Fällen sowohl gegen
Verschieben als auch gegen Verdrehen in den Achsöffnungen 4 der
Seitenwände 2, 3 mittels bekannter Befestigungsverfahren
wie stirnseitiges Verstemmen festgelegt. Falls der Zylinder 17 gleitend auf
der Rollenachse 5 gelagert ist, kann der Zylinder 17 in
Abhängigkeit der Reibungsverhältnisse der beteiligten
Kontaktflächen an der Rotation der Rolle 6 teilnehmen.
Für diesen Fall ist eine Gleitscheibe 24 vorgesehen,
die den Zylinder 17 an einem den Außenabschnitt 16 mit
dem Innenabschnitt 22 verbindenden Boden 25 axial
gegen die Seitenwand 3 abstützt. Im Falle des
beispielsweise durch Aufpressen auf der Rollenachse 5 festgelegten
Zylinders 17 kann die Gleitscheibe 24 entfallen
oder auch durch einen den Zylinder 17 axial auf der Rollenachse 5 positionierenden
Distanzring ersetzt werden.
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Der
als dünnwandiges Tiefzielteil ausgebildete Zylinder 17 weist
am druckmittelraumfernen Ende des Innenabschnitts 22 einen
sich radial auswärts erstreckenden Bund 26 auf,
an dem die Schraubendruckfedern 18 rollenachsenseitig abgestützt
sind. Im Hinblick auf die Montierbarkeit der Zylinder-Kolben-Einheit
handelt es sich bei dem Bund 26 um ein separat zum Zylinder 17 hergestelltes
und, nach Montage der Rolle 6, am Innenabschnitt 22 befestigtes
Bauteil. Dessen Oberfläche ist zumindest seitens der Schraubendruckfedern 18 mit
guten Gleiteigenschaften versehen und dient als Axialgleitlager für
die gegebenenfalls darauf rotierenden Schraubendruckfedern 18.
Denkbar ist es jedoch auch, den Bund 26 einteilig am Zylinder 17 auszubilden,
mit einer Gleitschicht zu versehen und nach Montage der Rolle 6 beispielsweise
in einem Umbördelvorgang an den Innenabschnitt 22 anzuformen.
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Die
Versorgung des Druckmittelraums 10 mit Hydraulikmittel
erfolgt über einen in der Seitenwand 3 verlaufenden
und an die Schmiermittelversorgung der Brennkraftmaschine angeschlossenen
ersten Druckmittelkanal 27, dem eine erste Druckmittelbohrung 28 der
zur Druckmittelführung hohlzylindrisch ausgebildeten und
in den Seitenwänden 2, 3 radial gerichtet
festgelegten Rollenachse 5 gegenübersteht. Der
durch einen Verschlussstopfen 29 abgedichtete Hohl raum
der Rollenachse 5 ist über eine zweite Druckmittelbohrung 30 und
einen im Innenabschnitt 22 des Zylinders 17 verlaufenden
zweiten Druckmittelkanal, hier in Form einer Umlaufnut 31 und
einer Querbohrung 32, an den Druckmittelraum 10 angeschlossen.
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Ein
in 2 mit der Rolle 6 in der zweiten Axialposition
dargestellter Nockenfolger 1' unterscheidet sich von dem
zuvor erläuterten lediglich durch konstruktive Details.
Dabei handelt es sich zum einen um das Federmittel, das hier in
Form einer einzigen Schraubendruckfeder 18 konzentrisch
zur Rollenachse 5 in einer entsprechend kreisringförmigen zylindrischen
Ausnehmung 19' der hier im Halbschnitt im wesentlichen
S-förmig ausgebildeten Rolle 6 abgestützt
ist.
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Zum
anderen ist die Zu- und Ableitung von Hydraulikmittel in den bzw.
aus dem Druckmittelraum 10 so gestaltet, dass auf einen
radial gerichteten Einbau der Rollenachse 5 in den Seitenwänden 2, 3 bezüglich
des ersten Druckmittelkanals 27 verzichtet werden kann.
Zu diesem Zweck weist die Rollenachse 5 im Bereich der
ersten Druckmittelbohrung 28 eine erste Umlaufnut 33 auf,
so dass der Hohlraum der Rollenachse 5 permanenten Anschluss
an den ersten Druckmittelkanal 27 und folglich an die Schmiermittelversorgung
der Brennkraftmaschine hat. Dies gilt selbstverständlich
auch bei gegebenenfalls nicht in den Achsöffnungen 4 der
Seitenwände 2, 3 befestigter und rotierender
Rollenachse 5. Während die Umlaufnut 31 bei
dem in 1 dargestellten Nockenfolger 1 in den
Innenabschnitt 22 des Zylinders 17 eingearbeitet
ist, ist deren hydraulische Funktion bei dem Nockenfolger 1' durch
eine zweite Umlaufnut 34 an der Rollenachse 5 gegeben.
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- 1
- Nockenfolger
- 2
- Seitenwand
- 3
- Seitenwand
- 4
- Achsöffnung
- 5
- Rollenachse
- 6
- Rolle
- 7
- Nockenwelle
- 8
- Nocken
- 9
- Nocken
- 10
- Druckmittelraum
- 11
- Stirnwand
- 12
- Ringkragen
- 13
- Außenmantelfläche
des Ringkragens
- 14
- Innenmantelfläche
des Ringkragens
- 15
- Außenmantelfläche
des Außenabschnitts des Zylinders
- 16
- Außenabschnitt
des Zylinders
- 17
- Zylinder
- 18
- Federmittel/Schraubendruckfeder
- 19
- Ausnehmung
der Stirnwand
- 20
- Rollenbohrung
- 21
- Außenmantelfläche
des Innenabschnitts des Zylinders
- 22
- Innenabschnitt
des Zylinders
- 23
- Innenmantelfläche
des Innenabschnitts
- 24
- Gleitscheibe
- 25
- Boden
des Zylinders
- 26
- Bund
- 27
- erster
Druckmittelkanal
- 28
- erste
Druckmittelbohrung
- 29
- Verschlussstopfen
- 30
- zweite
Druckmittelbohrung
- 31
- Umlaufnut
- 32
- Querbohrung
- 33
- erste
Umlaufnut
- 34
- zweite
Umlaufnut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19700736
A1 [0002]
- - JP 05-044410 A [0002]