DE102009012927A1

DE102009012927A1 - Schaltbares Bauteil eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009012927A1
Application number: DE102009012927A
Authority: DE
Inventors: Robert Heinemann; Sandra SCHÄFER
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2010-09-16
Also published as: US20100229811A1; US8235017B2

Abstract

Vorgeschlagen ist ein schaltbares Bauteil (1) eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (2), in dessen Bohrung (3) ein Innenelement (4) teleskopartig aufgenommen ist, wobei in einer Radialbohrung (5) des Innenelements (4) wenigstens ein von einer Verdrehsicherung (6) geführter Koppelkolben (7) in einem Entkoppelfall sitzt, dem, ausgehend von seiner Außenstirn (8), an einer Axialseite (9) eine abschnittsweise Abflachung (10) immanent ist, wobei der Bohrung (3) des Gehäuses (2) ein Fenster (11) mit einer komplementären Eingriffsfläche (12) hat, gegenüber welcher in einem Koppelfall der Koppelkolben (7) bei Nockengrundkreisdurchlauf mit dessen Abflachung (10) verlagerbar ist und wobei eine Kante (13) zwischen der Außenstirn (8) und der Abflachung (10) des Koppelkolbens (7) mit einer Fase (14) versehen ist, welche Fase (14) als Oberflächenabschnitt eines Ellipsoids vorliegt, dessen Längsachse parallel zur Abflachung (10) verläuft.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein schaltbares, vorzugsweise als Stößel oder Abstützelement ausgebildetes Bauteil eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, in dessen Bohrung ein Innenelement teleskopartig aufgenommen ist, wobei in einer Radialbohrung des Innenelements wenigstens ein von einer Verdrehsicherung geführter Koppelkolben in einem Entkoppelfall sitzt, dem, ausgehend von seiner Außenstirn, an einer Axialseite eine abschnittsweise Abflachung immanent ist, wobei der Bohrung des Gehäuses ein Fenster oder eine Ringnut/ein Ringnutsegment mit einer komplementären Eingriffsfläche hat, gegenüber welcher in einem Koppelfall der Koppelkolben bei Nockengrundkreisdurchlauf mit dessen Abflachung verlagerbar ist und wobei eine Kante zwischen der Außenstirn und der Abflachung des Koppelkolbens mit einer Fase versehen ist.
Hintergrund der Erfindung
Als nächstkommendes Dokument wird die DE 2005 020 580 A1 betrachtet. Hieraus geht ein als Rollenstößel ausgebildetes schaltbares Bauteil hervor, dessen Koppelkolben im Abschnitt einer Kante zwischen dessen Außenstirn und Abflachung zylindrisch ausgewölbt ist. Eine Rotationssicherung für den Koppelkolben ist durch das aus 2 des o. g. Dokuments hervorgehende Ringelement geschaffen, welches unter der Abflachung des Koppelkolbens liegt und am Außenmantel des Innenelements geführt ist. Durch die vorgenannte Maßnahme soll bei einem unvermeidlichen Verkippen des Koppelkolbens auf dessen Eingriffsfläche im Gehäuse ein Zweipunktkontakt vermieden werden. Der Koppelbereich bei dem vorgenannten Stand der Technik muss jedoch äußerst aufwändig feintoleriert werden, um stets zu garantieren, dass zur Kopplung, bei Nockengrundkreisdurchlauf und interner Anschlagposition des Innenelements, eine Oberkante des Ringelements wie dargestellt geringfügig höher als die gegenüberliegende Eingriffsfläche des Gehäuses der Koppelkolben ist. Hierdurch ist auch bei maximaler, an sich unerwünschter Verdrehung des Koppelkolbens dessen sicheres, klemmfreies Ausfahren in Koppelstellung garantiert und gleichzeitig verhindert, dass dieser mit einem Randabschnitt dessen Kante auf die Eingriffsfläche des Gehäuses schlägt.
Eine angestrebte Absenkung der Fertigungskosten in der Massenproduktion führt jedoch zwangsläufig auch zu einer Entfeinerung der Tolerierung bzw. zur Auswahl von Fertigungsprozessen, die eine größere Abweichung vom Sollmaß der Bauteile mit sich bringen. Bei einem schaltbaren Bauteil nach der DE 10 2005 020 580 A1 führt dies bei ungünstigster Toleranzlage dazu, dass bei Anschlagposition des Innenelements (Nockengrundkreisdurchlauf) eine Oberkante dessen Ringelements tiefer als die Eingriffsfläche des Gehäuses liegt und der in seiner Aufnahme des Innenelements maximal verdrehte Koppelkolben federkraftbeaufschlagt mit einem Kantenbereich an einen Innenrand der Eingriffsfläche anschlägt, ohne dessen Koppelposition zu erreichen. Zumindest kommt es bei dem zuletzt dargelegten Zustand zu einem unerwünschten Verschleiß des Koppelkolbens sowie des Innenrandes der Eingriffsfläche.
Zudem wird auf die U.S. 6,578,535 B2 verwiesen. Diese offenbart in 5 einen Koppelkolben, dessen Kante mit einer planen Fase versehen ist.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein schaltbares Bauteil der vorgenannten Art zu schaffen, bei dem die zitierten Nachteile beseitigt sind. Insbesondere soll ein Bauteil geschaffen werden, dessen Koppelkolben auch bei ungünstiger Toleranzlage sicher und verschleißarm koppelt.
Lösung der Aufgabe
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Fase als Oberflächenabschnitt eines Ellipsoids vorliegt, dessen Längsachse parallel zur Abflachung verläuft.
Somit sind die eingangs beschriebenen Nachteile beseitigt. Aufgrund der elliptischen oder kugeligen Oberfläche der Fase mit ”eingezogenen” Randbereichen ”schlüpft” der Koppelkolben auch dann auf die Eingriffsfläche am gegenüberliegenden Gehäuse, wenn dieser maximal verdreht ist und mit seinem einen Randbereich sogar unter dem Innenrand der Eingriffsfläche liegt. Mit dem vorbeschriebenen Verschleiß ist nicht mehr zu rechnen. Gleichzeitig liegt auf der Hand, dass aufgrund der bogenförmig gekrümmten Fase am Koppelkolben Letztgenannter unmittelbar bei Koppelbeginn mit einer breiten Aufstandsfläche trägt.
Im Falle einer Ausbildung der Eingriffsfläche des Gehäuses in einer Ringnut oder einem Ringnutsegment soll der Verlauf der Fase dem Radius eines Bodens der Ringnut oder des Ringnutsegment angepasst sein, so dass hier Kantenkontakt vermieden ist.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist auch darin zu sehen, dass die zur Verfügung stehende Kontaktfläche der Abflachung bei Kopplung nicht minimiert ist.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen kann zumindest der Koppelbereich des schaltbaren Bauteils gröber toleriert werden, was letztlich einen Beitrag in Richtung Absenkung der Fertigungskosten darstellt.
Gemäß einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung läuft die Abflachung des Koppelkolbens, ausgehend von dessen Kante in Richtung zu dessen Innenstirn, unter einem geringen Winkel auf eine weitere Axialseite des Koppelkolbens zu. Aufgrund dieser geringfügig ”rückwärts verlaufenden” Abwinklung der Abflachung ist garantiert, dass eine Kontaktzone bei Kopplung außerhalb des inneren Kantenbereich der Eingriffsfläche liegt.
Weitere Unteransprüche beziehen sich auf zweckmäßige Gestaltungsmöglichkeiten der Verdrehsicherung für den Koppelkolben. Nach einer ersten bevorzugten Variante ist das schon eingangs erwähnte Ringelement vorgesehen, auf dem der Koppelkolben mit seiner Abflachung liegt. Alternativ hierzu ist es auch denkbar und vorgesehen, in die Radialbohrung des Innenelements einen Stift einragen zu lassen, der mit einer entsprechenden Längsnut am Außenmantel des Koppelkolbens in Eingriff ist.
Zwar sind die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch bei einem schaltbaren Bauteil denkbar, bei dem lediglich ein Koppelkolben vorgesehen ist. Vorteilhafter im Hinblick auf eine Flächenpressung sowie Verkippung ist es jedoch, wenn beispielsweise zwei sich diametral im Innenelement gegenüberliegende Koppelkolben vorgesehen sind. Gegebenenfalls können auch mehr als zwei umfangsmäßig gleichverteilte Koppelkolben appliziert werden. Die Radialbohrung für den Koppelkolben kann dabei als Durchgangs- oder Sackbohrung ausgebildet sein.
Als schaltbares Bauteil kommt ein Rollen-, Gleit- oder Tassenstößel bzw. ein Abstützelement für einen Schlepphebel infrage. Denkbar und vorgesehen ist jedoch auch, die erfindungsgemäßen Maßnahmen bei einem schaltbaren Schlepphebelsystem zu treffen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein als Abstützelement ausgebildetes schaltbares Bauteil;
2 das Bauteil wie vorgenannt, jedoch im Längsschnitt;
3 den aus 2 ersichtlichen Koppelkolben vergrößert und in einer räumlichen Ansicht und
4 eine stark vergrößerte Ansicht auf das Gehäuse nach 1 mit stirnseitiger Ansicht des Koppelkolbens.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die 1, 2 offenbaren ein als Abstützelement ausgebildetes, schaltbares Bauteil 1 eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine. Das Bauteil 1 hat ein topfartiges Gehäuse 2, in dessen Bohrung 3 teleskopartig ein Innenelement 4 aufgenommen ist. Ein nicht bezeichneter Kopf des Innenelements 4 dient einer einenendigen Lagerung eines Schlepphebels.
Das Innenelement 4 hat in einem unteren Abschnitt eine Radialbohrung 5. In dieser liegen sich diametral zwei druckfederbeaufschlagte Koppelkolben 7 gegenüber. Gezeigt ist in 2 eine Koppelposition der Koppelkolben 7.
Dem Koppelkolben 7 liegt bei Kopplung radial außen ein Fenster 11 im Gehäuse 2 mit einer unten verlaufenden Eingriffsfläche 12 gegenüber. Zur Darstellung der Kopplung schlägt das Innenelement 4 bei Nockengrundkreisdurchlauf an einem in der Bohrung 3 des Gehäuses 2 angeordneten Anschlagmittel 18 (hier Sicherungsringpaket) an. Die axiale Ausfahrbewegung des Innenelements 4 gegenüber dem Gehäuse 2 wird durch die Kraft eines als Druckfederpaket ausgebildeten Lost-Motion-Federmittels 17 erzeugt.
Wie 3 näher offenbart, ist der Koppelkolben 7, ausgehend von dessen Außenstirn 8 an einer Axialseite 9, mit einer abschnittsweisen Abflachung 10 versehen. Gleichzeitig ist eine Außenstirn 8 des Koppelkolbens 7 leicht ballig ausgeführt. Zudem ist, was jedoch aufgrund des geringen Winkels hier nicht sichtbar ist, die Abflachung 10 des Koppelkolbens 7, ausgehend von dessen Kante 13 in Richtung zu dessen Innenstirn 15a, unter einem geringen Winkel auf eine weitere Axialseite 16 des Koppelkolbens 7 zulaufend ausgeführt. Aufgrund dieser Gestaltung wird bei Anlage der Abflachung 10 des Koppelkolbens 7 auf der Eingriffsfläche 12 des Fensters 11 ein Verschleiß im Bereich eines Innenrandes 20 des Fensters 11 durch Kantenkontakt (zwangsweises Verkippen des Koppelkolbens 7) vermieden.
Wie zudem die 3, 4 zeigen, ist die Kante 13 des Koppelkolbens 7 mit einer Fase 14 versehen, die als Oberflächenabschnitt eines Ellipsoids oder eine Kugel vorliegt. Randbereiche 19 der Fase 14 haben somit einen eingezogenen Verlauf, wobei die Abflachung 10 hinsichtlich ihrer Kontaktfläche auf der Eingriffsfläche 12 am Fenster 11 nicht oder nicht wesentlich minimiert ist (bei Schaffung eines stark eingezogenen Randbereichs über eine plane Fase würde ansonsten diese Kontaktfläche stark gekürzt werden).
Ist der Koppelkolben 7 bei besonders ungünstig zusammenfallenden Toleranzfeldern unmittelbar vor Kopplung maximal verdreht und tiefliegend, so dass dessen Fase 14 mit einem Randbereich 19 tiefer liegt, als ein Innenrand 20 der Eingriffsfläche 12 des Fensters 11, erreicht der Koppelkolben 7, aufgrund dessen als Oberfläche eines Ellipsoids ausgebildeter Fase 14, trotz allem seine Koppelposition, indem er vereinfacht gesagt auf die Eingriffsfläche 12 des Fensters 11 ”schlüpft” bzw. sich „eindreht”. Ein Blockieren der Einkoppelbewegung des Koppelkolbens 7 bzw. zumindest ein Verschleiß im Kantenbereich sind vermieden.
Gegebenenfalls können zumindest die miteinander in Eingriff befindlichen Abschnitte des Koppelkolbens 7 und des Fensters 11 mit geeigneten Verschleißschutzmaßnahmen wie Wärmebehandlungen und/oder aufgetragenen Schichten versehen sein.
Summa summarum gelingt es aufgrund der möglichen Entfeinerung der Tolerierung zumindest im Koppelbereich des Bauteils 1 die Fertigungskosten zu verringern.

1: Bauteil
2: Gehäuse
3: Bohrung
4: Innenelement
5: Radialbohrung
6: Verdrehsicherung
7: Koppelkolben
8: Außenstirn
9: Axialseite
10: Abflachung
11: Fenster
12: Eingriffsfläche Fenster
13: Kante
14: Fase
15: Absatz
15a: Innenstirn
16: weitere Axialseite
17: Lost-Motion-Federmittel
18: Anschlagmittel
19: Randbereich
20: Innenrand
21: Außenmantel
22: Ringelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 2005020580 A1 [0002]
- DE 102005020580 A1 [0003]
- US 6578535 B2 [0004]

Claims

Schaltbares, vorzugsweise als Stößel oder Abstützelement ausgebildetes Bauteil (1) eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (2), in dessen Bohrung (3) ein Innenelement (4) teleskopartig aufgenommen ist, wobei in einer Radialbohrung (5) des Innenelements (4) wenigstens ein von einer Verdrehsicherung (6) geführter Koppelkolben (7) in einem Entkoppelfall sitzt, dem, ausgehend von seiner Außenstirn (8), an einer Axialseite (9) eine abschnittsweise Abflachung (10) immanent ist, wobei die Bohrung (3) des Gehäuses (2) ein Fenster (11) oder eine Ringnut/ein Ringnutsegment mit einer komplementären Eingriffsfläche (12) hat, gegenüber welcher in einem Koppelfall der Koppelkolben (7) bei Nockengrundkreisdurchlauf mit dessen Abflachung (10) verlagerbar ist und wobei eine Kante (13) zwischen der Außenstirn (8) und der Abflachung (10) des Koppelkolbens (7) mit einer Fase (14) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fase (14) als Oberflächenabschnitt eines Ellipsoids vorliegt, dessen Längsachse parallel zur Abflachung (10) verläuft.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fase (14) als Kugeloberfläche ausgebildet ist.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenstirn (8) des Koppelkolbens (7) ballig ist.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung (10) des Koppelkolbens (7), ausgehend von dessen Kante (13) in Richtung zu dessen Innenstirn (15a), unter einem geringen Winkel auf eine weitere Axialseite (16) des Koppelkolbens (7) zuläuft [sich verjüngt].
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenelement (4) in dessen durch ein Lost-Motion-Federmittel (17) bewirkter, axial ausgefahrener Position an einem Anschlagmittel (18) zur Darstellung einer fluchtenden Position seines Koppelkolbens (7) gegenüber dem Fenster (11) oder der Ringnut/dem Ringnutsegment [Koppelstellung] anliegt, wobei dem Koppelkolben (7) eine geringfügige Verdrehmöglichkeit um dessen Längsachse gegeben ist, die derartig groß ist, dass bei dessen maximal zulässiger Verdrehposition einer der Randbereiche (19) dessen Fase (14) unter einem angrenzenden Innenrand (20) der Eingriffsfläche (12) des Gehäuses (2) liegt.
Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehmöglichkeit des Koppelkolbens (7) toleranzbedingt ist.
Bauteil nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdrehsicherung (6) für den Koppelkolben (7) ein in einer Ringnut eines Außenmantels (21) des Innenelements (4) sitzendes Ringelement (22) appliziert ist, welches auf einem derartigen Höhenabschnitt verläuft, dass es unmittelbar an der Abflachung (10) des Koppelkolbens (7) liegt.
Bauteil nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdrehsicherung (6) für den Koppelkolben (7) eine in dessen Radialbohrung (5) angeordnete Stift-Nut-Verbindung vorgesehen ist.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, im Fall der Ringnut/des Ringnutsegments im Gehäuse (2), die Fase (14) des Koppelkolbens (7) dem Radius eines Bodens der Ringnut/des Ringnutsegments folgt.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der als Durchgangsbohrung gefertigten Radialbohrung des Innenelements genau zwei sich diametral gegenüberliegende Koppelkolben verlaufen.