DE102008025034A1

DE102008025034A1 - Hydraulisches Abstützelement

Info

Publication number: DE102008025034A1
Application number: DE200810025034
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Christgen; Peter Sailer; Volker Schmidt
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-05-24
Filing date: 2008-05-24
Publication date: 2009-11-26

Abstract

Vorgeschlagen ist ein hydraulisches Abstützelement (6a, 6b, 6c, 6d) zur schwenkbeweglichen Lagerung eines hebelartigen Nockenfolgers (1) eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine. Das Abstützelement umfasst einen Ausgleichskolben (8), einen Druckkolben (10) und ein Gehäuse (7) mit einer Einlassöffnung (21) für Hydraulikmittel. Zur Entlüftung des Abstützelements dient ein in dessen Umgebung führender Entlüftungskanal (24).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Abstützelement zur schwenkbeweglichen Lagerung eines hebelartigen Nockenfolgers eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, umfassend:

– einen Ausgleichskolben, der einenends mit einem Schwenklager und anderenends mit einer hohlzylindrischen Ausnehmung versehen ist;
– einen hohlen, mit einem Rückschlagventil versehenen Druckkolben, der in der Ausnehmung längsbeweglich gelagert ist und mit seiner ersten Stirnseite einen am Grund der Ausnehmung verlaufenden Druckraum begrenzt, der über das Rückschlagventil mit einem vom Druckkolben umschlossenen Vorratsraum für Hydraulikmittel verbunden ist;
– ein mit einem Gehäuseboden und einer Gehäusewand becherförmig ausgebildetes und in eine Aufnahme der Brennkraftmaschine einsetzbares Gehäuse, in dem der Ausgleichskolben und der Druckkolben aufgenommen sind, wobei der Ausgleichskolben längsbeweglich an der Gehäusewand gelagert ist und der Druckkolben an seiner zweiten Stirnseite unter Bildung eines vom Gehäuse, dem Druckkolben und dem Ausgleichskolben begrenzten Ringraums zumindest mittelbar am Gehäuseboden abgestützt ist,
– und eine im Gehäuseboden verlaufende Einlassöffnung zur Versorgung des Vorratsraums mit Hydraulikmittel.

Hintergrund der Erfindung
Ein derartiges Abstützelement, das über die im Gehäuseboden verlaufende Einlassöffnung an die Hydraulikmittelversorgung der Brennkraftmaschine angeschlossen ist, geht aus der als gattungsbildend betrachteten DE 299 24 858 U1 hervor. Das Abstützelement ist dort „hängend” in die Aufnahme der Brennkraftmaschine eingesetzt, so dass das als Kugelkopf ausgebildete Schwenklager nach unten, d. h. in Schwerkraftrichtung weist und einen als Kipphebel ausgebildeten Nockenfolger mittig abstützt. Der zitierten Druckschrift sind jedoch keinerlei Vorkehrungen entnehmbar, die im Betrieb der Brennkraftmaschine eine unzulässig hohe Ansammlung von Luftblasen im Vorratsraum des Abstützelements verhindern. Bekanntermaßen führen Luftblasen, die vom Vorratsraum in den Druckraum angesaugt werden, zu einer stark erhöhten Kompressibilität des hydraulischen Spielausgleichselements, welche als störendes Ventiltriebsgeräusch infolge erhöhter Aufsetzgeschwindigkeiten des zugehörigen Gaswechselventils wahrnehmbar ist.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Abstützelement der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass der genannte Nachteil mit einfachen Mitteln beseitigt ist und folglich dem Druckraum ein stets ausreichend mit Hydraulikmittel gefüllter und von Luftblasen möglichst freier Vorratsraum zur Verfügung steht.
Zusammenfassung der Erfindung
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 das Ab stützelement weiterhin eine den Vorratsraum mit dem Ringraum verbindende Übertrittsöffnung und einen vom Ringraum in die Umgebung des Abstützelements führenden Entlüftungskanal umfassen. Es sei anzumerken, dass der Begriff „eine” Übertrittsöffnung selbstverständlich auch die Existenz mehrerer Übertrittsöffnungen beinhaltet. Ein wesentlicher Unterschied zu dem im zitierten Stand der Technik vorgeschlagenen Abstützelement, dessen Druckkolben mit der gesamten zweiten Stirnseite hydraulisch dichtend am Gehäuseboden abgestützt ist, besteht folglich in der den Vorratsraum mit dem Ringraum verbindenden Übertrittsöffnung, die stromabwärts der Hydraulikmittelversorgung ein wirksames Abscheiden von Luftblasen aus dem Vorratsraum in die Umgebung des Abstützelements ermöglicht.
In Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Abstützelement ein weiteres Rückschlagventil umfasst, das in Richtung des Vorratsraums öffnend die Einlassöffnung verschließt. Ein derartiges Abstützelement stellt nicht nur während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine ausreichende Entlüftung des Vorratsraumes sicher, sondern ist auch während Lagerung und Transport vor Montage in die Brennkraftmaschine gegen Auslaufen von herstellseitig eingefülltem Hydraulikmittel ausreichend geschützt.
In einer fertigungstechnisch bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung soll der Druckkolben unmittelbar am Gehäuseboden abgestützt sein, wobei die Übertrittsöffnung als im Gehäuseboden verlaufende Sicke ausgebildet ist. Optional oder alternativ kann jedoch die Übertrittsöffnung auch als Ausnehmung an der zweiten Stirnseite des Druckkolbens ausgebildet sein.
Der in die Umgebung des Abstützelements führende Entlüftungskanal kann durch die Spielpassung zwischen dem Ausgleichskolben und der Gehäusewand gebildet sein. Optional oder alternativ kann er auch durch eine im Ringraum mündende Auslassöffnung in der Gehäusewand gebildet sein. Auch dabei besteht die Möglichkeit, dass der Entlüftungskanal weiterhin durch eine Spielpassung mit angepasstem Drosselquerschnitt zwischen der Gehäusewand und der Aufnahme der Brennkraftmaschine gebildet ist. Vorzugsweise sind jedoch eine oder mehrere mit der Auslassöffnung kommunizierende Längsanformungen am Außenumfang der Gehäusewand zur Bildung des Entlüftungskanals vorgesehen.
Außerdem soll das Abstützelement weiterhin ein am Außenumfang der Gehäusewand verlaufendes Sicherungsmittel umfassen, das zur kraft- oder formschlüssigen Axialfixierung des Abstützelements in der Aufnahme der Brennkraftmaschine dient. Im Rahmen von Montage- und Wartungsarbeiten ist somit das zumeist hängend in der Brennkraftmaschine montierte Abstützelement gegen Herausfallen aus der Aufnahme gesichert. Bei dem Sicherungsmittel kann es sich um einen in einer Umfangsnut der Gehäusewand angeordneten Sicherungsring aus Elastomer- oder Stahlwerkstoff oder auch um ein an der Gehäusewand angeformtes und sich in der Aufnahme verkrallendes Rändel handeln.
Sofern es möglich und zweckmäßig ist, sollen die vorgenannten Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung auch beliebig miteinander kombinierbar sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen.
Es zeigen:
1 ein erstes Abstützelement mit Spaltentlüftung zwischen Gehäuse und Ausgleichskolben und einem als Elastomerring ausgebildeten Sicherungsmittel im Längsschnitt;
2 ein zweites Abstützelement, ebenfalls mit der vorgenannten Spaltentlüftung, mit einem als Rändel auf der Gehäusewand ausgebildeten Sicherungsmittel im Längsschnitt;
3 ein drittes Abstützelement, ebenfalls mit der vorgenannten Spaltentlüftung, mit einem als Sprengring ausgebildeten Sicherungsmittel und einem weiteren Rückschlagventil im Längsschnitt,
4 ein viertes Abstützelement mit einer Auslassöffnung und Längsanformungen am Außenumfang der Gehäusewand in perspektivischer Darstellung;
5 einen bekannten Kipphebel-Ventiltrieb in teilgeschnittener Darstellung und
6 eine Detailansicht des Abstützelements gemäß 5.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die nachfolgende Beschreibung der Erfindung geht von den 5 und 6 aus, in denen ein im Stand der Technik bekannter Kipphebel-Ventiltrieb offenbart ist. Dargestellt ist ein hebelartiger Nockenfolger 1 in Form eines Kipphebels, der an seinem ersten Endabschnitt eine von einer Nockenwelle 2 betätigte Rolle 3 aufweist, mit seinem zweiten Endabschnitt ein in Schließrichtung federkraftbeaufschlagtes Gaswechselventil 4 hubbeaufschlagt und in seinem Mittelabschnitt schwenkbeweglich auf einem in einer Aufnahme 5 der Brennkraftmaschine ortsfest angeordneten Abstützelement 6 gelagert ist.
Das mit einer hydraulischen Ventilspielausgleichsvorrichtung versehene oder kurz hydraulische Abstützelement 6 besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 7, einem Ausgleichskolben 8 und einem mit einem Rückschlagventil 9 versehenen Druckkolben 10. Der Ausgleichskolben 8 ist einenends mit einem kugelkopfförmigen Schwenklager 11, das mit einer kalottenförmigen Gelenkpfanne 12 des Kipphebels 1 ein Drehgelenk bildet, und anderenends mit einer hohlzylindrischen Ausnehmung 13 versehen. Der hohl ausgebildete Druckkolben 10 ist in der Ausnehmung 13 längsbeweglich gelagert und begrenzt mit seiner ersten Stirnseite 14 einen am Grund der Ausnehmung 13 verlaufenden Druckraum 15, der über das Rückschlagventil 9 mit einem von Druckkolben 10 umschlossenen Vorratsraum 16 für Hydraulikmittel verbunden ist. Das mit einem Gehäuseboden 17 und einer Gehäusewand 18 becherförmige Gehäuse 7 bildet mit dem darin aufgenommenen Ausgleichskolben 8 und dem Druckkolben 10 eine in die Aufnahme 5 montierbare Baueinheit. Dabei ist der Ausgleichskolben 8 längsbeweglich an der Gehäusewand 18 gelagert, und der von einer im Druckraum 15 verlaufenden Rückstellfeder 19 kraftbeaufschlagte Druckkolben 10 ist an seiner zweiten Stirnseite 20 am Gehäuseboden 17 abgestützt.
Die zweite Stirnseite 20 des Druckkolbens 10 wirkt mit dem Gehäuseboden 17 hydraulisch dichtend zusammen, so dass der über eine zentral im Gehäuseboden 17 verlaufende Einlassöffnung 21 an die Hydraulikmittelversorgung 33 der Brennkraftmaschine angeschlossene Vorratsraum 16 vollständig von einem Ringraum 22, der vom Gehäuse 7, dem Druckkolben 10 und dem Ausgleichskolben 8 begrenzt wird, separiert ist. Es ist leicht nachvollziehbar, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine über die Hydraulikmittelversorgung 33 in den Vorratsraum 16 geförderte Luftblasen nicht oder nicht ausreichend aus dem Vorratsraum 16 entweichen, sondern je nach Volumenanteil am Hydraulikmittel in den Druckraum 15 angesaugt werden können. Zu den Folgen eines aufgrund von Luftblasen zu kompressiblen Druckraums 15 zählen bekanntermaßen störende Ventiltriebsgeräusche infolge erhöhter Aufsetzgeschwindigkeiten des Gaswechselventils 4. Das Risiko eines Eintritts von Luftblasen in den Druckraum 15 nimmt außerdem dann zu, wenn das Abstützelement 6 nicht genau in Schwerkraftrichtung hängend (wie dargestellt), sondern geneigt dazu ausgerichtet ist, da die Oberfläche des Hydraulikmittels an der Neigung teilnimmt und folglich die Höhe der Hydraulikmittelsäule über dem Rückschlagventil 9 abnimmt.
Dies ist insbesondere bei Brennkraftmaschinen in Boxerbauweise der Fall, bei denen die Abstützelemente des Auslass-Ventiltriebs unterhalb der Abstützelemente des Einlass-Ventiltriebs und gegenüber der Schwerkraftrichtung geneigt hängend angeordnet sind. Derartige Boxermaschinen sind auch das bevorzugte Einsatzgebiet für erfindungsgemäße Abstützelemente, wie sie im folgenden beschrieben sind. Gegenüber dem bis hierhin beschriebenen Stand der Technik handelt es sich dabei insbesondere um Abstützelemente für einen Schlepphebel-Ventiltrieb mit Nockenfolgern in Form von endseitig gelagerten Schlepphebeln. Hierzu sei anzumerken, dass die in Schlepphebel-Ventiltrieben üblicherweise verwendeten Abstützelemente, deren kugelkopfförmige Schwenklager nicht an den Druckraum, sondern an den Vorratsraum angrenzen, bei hängend geneigtem Einbau problematisch bezüglich des Eintritts von Luftblasen in den Druckraum sein können.
Ein erstes erfindungsgemäßes Abstützelement 6a ist in 1 offenbart. Wie durch die Pfeile symbolisiert, dient zur Entlüftung des Vorratsraums 16 eine diesen mit dem Ringraum 22 verbindende Übertrittsöffnung 23 und ein in die Umgebung des Abstützelements 6a führender Entlüftungskanal 24. Bei der Übertrittsöffnung 23 handelt es sich um eine im Gehäuseboden 17 verlaufende Sicke, während der Entlüftungskanal 24 durch die Spielpassung zwischen dem Ausgleichskolben 8 und der Gehäusewand 18 gebildet ist. Das Abstützelement 6a ist in der Aufnahme 5 der Brennkraftmaschine über ein am Außenumfang der Gehäusewand 18 verlaufendes Sicherungsmittel axialfixiert, das hier als in einer Umfangsnut 25 der Gehäusewand 18 angeordneter und durch Verpressen in der Aufnahme 5 kraftschlüssig wirkender Elastomerring 26 ausgebildet ist.
Das in 2 dargestellte Abstützelement 6b unterscheidet sich von dem Abstützelement 6a lediglich dadurch, dass das Sicherungsmittel als an der Gehäusewand 18 angeformtes und durch die gestrichelte Linie symbolisiertes Rändel 27 ausgebildet ist, das sich in der Aufnahme 5 formschlüssig verkrallt.
Das in 3 gezeigte Abstützelement 6c weist ein weiteres Rückschlagventil 28 auf, welches in Richtung des Vorratsraums 16 öffnend die Einlassöffnung 21 verschließt. Hierdurch kann ein Auslaufen von Hydraulikmittel und ein gleichzeitiges Eindringen von Luft in den Vorratsraum 16 vor Montage des Abstützelements 6c in die Aufnahme 5 (siehe 1 und 2) wirksam verhindert werden. Zur Fixierung des weiteren Rückschlagventils 28 am Gehäuseboden 17 dient eine sich am Druckkolben 10 abstützende Feder 29, deren Federkraft geringer als die der Rückstellfeder 19 ist, um die Ausgleichsfunktion des Ausgleichskolbens 8 nicht zu beeinträchtigen. Gegenüber den Abstützelementen 6a und 6b ist in diesem Fall ein in einer Umfangsnut 25 der Gehäusewand 18 angeordneter Stahlsprengring 30 als Sicherungsmittel vorgesehen. Der Sprengring 30 wirkt in bekannter Weise mit einer Gegennut am Innenumfang der hier nicht dargestellten Aufnahme 5 formschlüssig zusammen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abstützelements 6d geht aus 4 hervor. Dieses weist die Sicke 23 gemäß den 1, 2 oder 3 und den hier ebenfalls durch Pfeile symbolisierten (mehrflutigen) Entlüftungskanal 24 auf, der durch eine im Ringraum 22 mündende Auslassöffnung 31 in der Gehäusewand 18 und mit der Auslassöffnung 31 kommunizierende Längsanformungen 32 in Form von Abflachungen am Außenumfang der Gehäusewand 18 gebildet ist. Es sind insgesamt vier Längsanformungen 32 vorgesehen, von denen drei am Außenumfang um 120° versetzt oberhalb des Sprengrings 30 angeordnet sind und die – zwecks gezielter Drosselung – über die Umfangsnut 25 mit lediglich einer unterhalb des Sprengrings 30 verlaufenden Längsanformung 32 kommunizieren.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass die Sicherungsmittel in Form des Sprengrings 30, des Elastomerrings 26 und des Rändels 27 einerseits nur optional sind und andererseits auch bei den jeweils anderen Ausführungsbeispielen eingesetzt werden können. Unabhängig davon kann auch das in 3 dargestellte weitere Rückschlagventil 28 in den Ausführungsbeispielen gemäß den 1, 2 und 4 vorgesehen sein. Ferner kann der in den 1, 2 und 3 durch die Spielpassung zwischen dem Ausgleichskolben 8 und der Gehäusewand 18 gebildete Querschnitt des Entlüftungskanals 24 durch eine oder mehrere Anformungen, wie beispielsweise Abflachungen oder Längsnuten am Innenumfang der Gehäusewand 18 und/oder am Außenumfang des Ausgleichskolbens 8 erweitert werden. Schließlich ist es nicht erforderlich, dass sich der Ausgleichskolben 8 unmittelbar am Gehäuseboden 17 abstützt. Alter nativ kann beispielsweise auch eine Zwischenscheibe vorgesehen sein, in der die Übertrittsöffnung 23 verläuft.

1: hebelartiger Nockenfolger
2: Nockenwelle
3: Rolle
4: Gaswechselventil
5: Aufnahme
6, 6a–d: Abstützelement
7: Gehäuse
8: Ausgleichskolben
9: Rückschlagventil
10: Druckkolben
11: Schwenklager
12: Gelenkpfanne
13: Ausnehmung
14: erste Stirnseite des Druckkolbens
15: Druckraum
16: Vorratsraum
17: Gehäuseboden
18: Gehäusewand
19: Rückstellfeder
20: zweite Stirnseite des Druckkolbens
21: Einlassöffnung
22: Ringraum
23: Übertrittsöffnung/Sicke
24: Entlüftungskanal
25: Umfangsnut der Gehäusewand
26: Elastomerring
27: Rändel
28: weiteres Rückschlagventil
29: Feder
30: Sprengring
31: Auslassöffnung
32: Längsanformung
33: Hydraulikmittelversorgung der Brennkraftmaschine

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 29924858 U1 [0002]

Claims

Hydraulisches Abstützelement (6a, 6b, 6c, 6d) zur schwenkbeweglichen Lagerung eines hebelartigen Nockenfolgers (1) eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, umfassend: – einen Ausgleichskolben (8), der einenends mit einem Schwenklager (11) und anderenends mit einer hohlzylindrischen Ausnehmung (13) versehen ist; – einen hohlen, mit einem Rückschlagventil (9) versehenen Druckkolben (10), der in der Ausnehmung (13) längsbeweglich gelagert ist und mit seiner ersten Stirnseite (14) einen am Grund der Ausnehmung (13) verlaufenden Druckraum (15) begrenzt, der über das Rückschlagventil (9) mit einem vom Druckkolben (10) umschlossenen Vorratsraum (16) für Hydraulikmittel verbunden ist; – ein mit einem Gehäuseboden (17) und einer Gehäusewand (18) becherförmig ausgebildetes und in eine Aufnahme (5) der Brennkraftmaschine einsetzbares Gehäuse (7), in dem der Ausgleichskolben (8) und der Druckkolben (10) aufgenommen sind, wobei der Ausgleichskolben (8) längsbeweglich an der Gehäusewand (18) gelagert ist und der Druckkolben (10) an seiner zweiten Stirnseite (20) unter Bildung eines vom Gehäuse (7), dem Druckkolben (10) und dem Ausgleichskolben (8) begrenzten Ringraums (22) zumindest mittelbar am Gehäuseboden (17) abgestützt ist, – und eine im Gehäuseboden (17) verlaufende Einlassöffnung (21) zur Versorgung des Vorratsraums (16) mit Hydraulikmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (6a, 6b, 6c, 6d) weiterhin eine den Vorratsraum (16) mit dem Ringraum (22) verbindende Übertrittsöffnung (23) und einen vom Ringraum (22) in die Umgebung des Abstützelements (6a, 6b, 6c, 6d) führenden Entlüftungskanal (24) umfasst.
Abstützelement (6c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (6c) weiterhin ein weiteres Rückschlagventil (28) umfasst, das in Richtung des Vorratsraums (16) öffnend die Einlassöffnung (21) verschließt.
Abstützelement (6a, 6b, 6c, 6d) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkolben (10) unmittelbar am Gehäuseboden (17) abgestützt ist, wobei die Übertrittsöffnung (23) als im Gehäuseboden (17) verlaufende Sicke ausgebildet ist.
Abstützelement (6a, 6b, 6c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüftungskanal (24) durch die Spielpassung zwischen dem Ausgleichskolben (8) und der Gehäusewand (18) gebildet ist.
Abstützelement (6d) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüftungskanal (24) durch eine im Ringraum (22) mündende Auslassöffnung (31) in der Gehäusewand (18) gebildet ist.
Abstützelement (6d) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüftungskanal (24) durch eine mit der Auslassöffnung (31) kommunizierende Längsanformung (32) am Außenumfang der Gehäusewand (18) gebildet ist.
Abstützelement (6a, 6b, 6c, 6d) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (6a, 6b, 6c, 6d) weiterhin ein am Außenumfang der Gehäusewand (18) verlaufendes Sicherungsmittel (26, 27, 30) umfasst, das zur kraft- oder formschlüssigen Axialfixierung des Abstütz elements (6a, 6b, 6c, 6d) in der Aufnahme (5) der Brennkraftmaschine dient.
Abstützelement (6a, 6c, 6d) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungsmittel als in einer Umfangsnut (25) der Gehäusewand (18) angeordneter Sicherungsring (26, 30) aus Elastomer- oder Stahlwerkstoff ausgebildet ist.
Abstützelement (6b) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungsmittel als an der Gehäusewand (18) angeformtes Rändel (27) ausgebildet ist.