DE102010011828A1

DE102010011828A1 - Schaltbarer Hebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010011828A1
Application number: DE102010011828A
Authority: DE
Inventors: Norbert Nitz; Robert Heinemann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2011-09-22
Also published as: WO2011113702A1; US20120325168A1; CN102812213A; US8794205B2; CN102812213B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Hebel (1) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, der am einen Ende (5) ein Lager (6) zu dessen schwenkbeweglicher Abstützung und am anderen Ende (7) eine Anlage (9) für ein Gaswechselventil hat, wobei ein Querbalken (2) des Hebels (1) eine Aussparung (10) mit zwei Nockenrollen (11, 12) aufweist, die auf einer in Bohrungen (13, 14) von dessen Seitenwänden (3, 4) gelagerten sowie axial verschiebbaren Achse (15) sitzen, wobei sich aus der Bohrung (13) der ersten Seitenwand (3) eine auf der Achse (15) laufende Hohlachse (16) nach innen erstreckt, auf der die erste Nockenrolle (11) axial fest vor einer Innenseite (17) der ersten Seitenwand (3) geführt ist und welche erste Nockenrolle (11) einem dauernden Anlauf eines ersten Niedrighubnockens (18) eines Nockenpakets (19) dient, wobei die zweite Nockenrolle (12) axial fest auf der Achse (15) verläuft und durch diese in zwei Positionen verlagerbar ist, wobei eine erste Position einer Schaltung auf einen großen Ventilhub dient und hierbei die zweite Nockenrolle (12) über die Achse (15) in eine mittige Stellung in der Aussparung (10) verschiebbar ist, so dass ein Anlauf eines Großhubnockens (20) des Nockenpakets (19) ermöglicht ist, wobei eine zweite Position einer Abschaltung des großen Ventilhubs dient und hierbei die zweite Nockenrolle (12) über die Achse (15) vor die zweite Seitenwand (4) verschiebbar ist, so dass ein Anlauf eines weiteren Niedrighubnockens (21) des Nockenpakets (19) ermöglicht ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Hebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, bestehend aus durch einen Querbalken verbundenen Seitenwänden, welcher Hebel am einen Ende ein Lager zu dessen schwenkbeweglicher Abstützung und am anderen Ende, an einer Unterseite des Querbalkens, eine Anlage für wenigstens ein Gaswechselventil hat, wobei der Querbalken zwischen den Enden eine Aussparung besitzt, die von einer in Bohrungen der Seitenwände gelagerten Nockenrollenachse überbrückt ist, wobei der Hebel zur Umschaltung auf einen großen Ventilhub mit zumindest einem Großhubnocken und zur Umschaltung auf einen niedrigen oder 0-Ventilhub mit wenigstens einem Niedrig- oder 0-Hubnocken in Kontakt bringbar ist.
Schaltbare Hebel der vorgenannten Art sind der Fachwelt hinreichend bekannt und müssen an dieser Stelle nicht näher beschrieben werden. Letztlich weisen diese Hebel zwei Arme auf, von denen ein erster Arm einem Kontakt mit einem Großhubnocken und ein zweiter Arm, in einer Aussparung des ersten Arms oder seitlich sitzend, einem Kontakt mit bspw. einem Niedrighubnocken dient. Zur Schaltung auf den Großhubnocken sind Koppelkolben vorgesehen, die in einem der Hebel verlaufen und zum Koppelzweck abschnittsweise in den anderen Hebel verlagert werden. Der Arm für den Kontakt mit dem Großhubnocken weist üblicherweise Gleitflächen für den Nockenkontakt auf, wobei der Arm für den Kontakt mit dem Niedrighubnocken entweder eine Nockenrolle oder ebenfalls eine Gleitfläche besitzt.
Es wird festgestellt, dass die Hebel nach dem vorgenannten Stand der Technik zu kompliziert aufgebaut sind, aus zu vielen Einzelteilen bestehen und zu groß bauen. Im Betrieb wird wegen deren rel. hoher Masse unerwünscht viel Reibarbeit verrichtet. Je nach Aufbau kommt es aufgrund unsymmetrischer Beaufschlagung auch zu einer unerwünschten Kippneigung des Hebels. Im Koppelbereich ist ein Koppelspiel einzuhalten, also ein minimaler Leerweg des Koppelmittels bis zum Erreichen dessen Mitnehmerfläche am anderen Arm für den Koppelfall. Die Einstellung dieses Koppelspiels, welches sich im Betrieb auch vergrößern kann, als auch das Garantieren eines sicheren Verfahrens des Koppelmittels bei ausgelöstem Koppelbefehl, erweisen sich als unerwünscht aufwändig.
Es ist daher Aufgabe dieser Erfindung, einen schaltbaren Hebel der vorgenannten Art ohne die aufgeführten Nachteile zu schaffen. Der für die Massenproduktion vorgesehene Hebel soll einfach aufgebaut sein, leicht bauen, aus relativ wenigen, leicht montierbaren Einzelteilen bestehen und einfach sowie sicher zu schalten sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass auf der Achse in der Aussparung zwei Nockenrollen sitzen, welche Achse axial verschiebbar vorliegt, wobei sich aus der Bohrung der ersten Seitenwand eine auf der Achse laufende Hohlachse axial nach innen erstreckt, auf welcher eine erste der Nockenrollen axial fest vor einer Innenseite der ersten Seitenwand geführt ist und welche erste Nockenrolle einem dauernden Anlauf eines ersten Niedrig- oder Nullhubnockens eines Nockenpakets dient, wobei die zweite Nockenrolle axial fest auf der Achse verläuft und durch diese in zwei Positionen verlagerbar ist, wobei eine erste Position der Schaltung auf den großen Ventilhub dient und hierbei die zweite Nockenrolle über die Achse in eine mittige Stellung in der Aussparung verschiebbar ist, so dass ein Anlauf des Großhubnockens des Nockenpakets ermöglicht ist, wobei eine zweite Position der Abschaltung des großen Ventilhubs [Schaltung auf niedrigen oder 0-Ventilhub] dient und hierbei die zweite Nockenrolle über die Achse vor die zweite Seitenwand verschiebbar ist, so dass ein Anlauf eines weiteren Niedrig- oder Nullhubnockens des Nockenpakets ermöglicht ist und wobei sich dabei [zweite Position] die Nockenrollen in etwa gleich beabstandet zur Längsmittelachse des Hebels gegenüberliegen.
Somit liegt ein schaltbarer Hebel vor, bei dem die eingangs genannten Nachteile beseitigt sind. Im gewünschten Schaltfall wird bei Nockengrundkreisdurchlauf somit die Achse mit der zweiten Nockenrolle, wobei die erste Nockenrolle unverschieblich vorliegt, über ein Servomittel wie einen elektromagnetischen Aktor oder über Hydraulikmittel bzw. Druckfederkraft zwischen zwei Positionen verschoben.
Als Anschläge zur Determinierung der zwei Positionen der Achse sind auf letztgenannter bspw. einfache Sicherungsringe vorgeschlagen, welche im Anschlagfall an einer Außenseite der entsprechenden Seitenwand zur Anlage kommen.
Der Schutzbereich der Erfindung bezieht sich auch auf ein System, bestehend aus dem Hebel und dem auflaufenden Nockenpaket.
Ggf. kann anstelle der ersten Nockenrolle auch eine Gleitfläche appliziert sein. Auch ist eine Umschaltung auf drei unterschiedliche Nockenhübe denkbar und vorgesehen (0-, Klein- und Großhub).
Der Hebel, welcher gemäß einer Fortbildung der Erfindung aus Stahlblech, Feinguß oder einem MIM-Werkstoff oder dgl. besteht, baut relativ leicht und benötigt vergleichsweise wenig Bauraum. Aufgrund des Wegfalls der Koppelschieber ist auch das Koppelspiel nicht mehr einzustellen und es kann im Hebel auf aufwändige Kanäle für Hydraulikmittel zur Zuleitung von Letztgenanntem zum Koppelschieber verzichtet werden. Wegen des Rollenkontakts bei beiden Schaltmodi ist mit vergleichsweise wenig Reibarbeit zu rechnen.
Es ist weiterhin vorgeschlagen, beide Nockenrollen mit einer Gleit- oder einer Wälzlagerung auf der Achse verlaufen zu lassen. Alternativ hierzu kann auch nur eine der Nockenrollen mit einer Gleit- und die andere Nockenrolle mit einer Wälzlagerung versehen sein. Beispielsweise kann nur die zweite mit der Achse feste Nockenrolle die Gleitlagerung besitzen.
Um eine ungehinderte Verschiebung der Achse gegenüber der ersten Nockenrolle zu ermöglichen, ist es vorgesehen, die erste Nockenrolle auf einer Hohlachse verlaufen zu lassen, die in der Bohrung der ersten Seitenwand sitzt und durch welche die Achse relativ zu dieser verdreh- und verschiebbar verläuft.
Eine Befestigung der Hohlachse an der ersten Seitenwand bietet sich über einen von der Hohlachse abstehenden Radialkragen an, der an einer Außenseite der ersten Wand verlaufen kann. Ein weiterer Radialkragen hält die erste Nockenrolle innerhalb der Aussparung axial fest gegenüber einer Innenseite der ersten Seitenwand. Bevorzugt besteht die Hohlachse aus dünnwandigem Stahlblech.
Es ist zur Erzielung unterschiedlicher Schaltzustände auch denkbar und vorgesehen, beide Rollen aufeinander zu oder als Paket miteinander zu verlagern.
Als Lagermöglichkeit für den Hebel am einen Ende ist an eine Abstützung auf einem Kopf eines hydraulischen oder mechanischen Abstützelements gedacht (Schlepphebel). Auch ist es vorgesehen, den Hebel an dem einen Ende auf einer Schwingachse zu lagern (Schwinghebel). Alternativ kann der Hebel auch als Kipphebel vorliegen, dessen Rollenpaket dann endseitig sitzt.
Im Querschnitt kann der Hebel U-, umgekehrt U-förmig oder H- bzw. T-ähnlich vorliegen. Er soll gemäß einer weiteren Konkretisierung der Erfindung lediglich in seinem Mittenbereich bei den Nockenrollen in Draufsicht ausgebaucht und an dessen Enden hingegen demgegenüber „eingezogen” dargestellt sein, was Bauraum spart. Ggf. kann der Querbalken anstelle der mittigen Aussparung für die Rollen auch durchgehend und im Mittenabschnitt entsprechend in Richtung zu Unterseite ausgewölbt vorliegen.
Zur Zeichnung:
1 offenbart den Hebel mit auflaufendem Nockenpaket;
2 zeigt den Hebel in Seitenansicht;
3 bietet eine Draufsicht auf den Hebel und aus den
4, 5 gehen die Nockenrollen mit der Achse in ihren zwei Schaltzuständen hervor.
Dargestellt ist ein schaltbarer Hebel 1 für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine. Dieser besteht, wie am besten aus den 2, 3 zu entnehmen ist, aus zwei durch einen Querbalken 2 an einer Unterseite 8 verbundenen Seitenwänden 3, 4. An einem Ende 5 hat der Hebel 1 ein als Kalotte in dessen Querbalken 2 ausgebildetes Lager 6 zu dessen schwenkbeweglicher Abstützung gegenüber einem Kopf eines Abstützelements. An einem anderen Ende 7 weist der Querbalken 2 eine Anlage 9 für ein Gaswechselventil auf.
Der Hebel 1 baut relativ kompakt. Er besitzt in Draufsicht einen mittig ausgebauchten Abschnitt 37 mit der Aussparung 10 und zwei demgegenüber eingezogene Abschnitte 38, 39 an den Enden 5, 7.
Der Querbalken 2 besitzt zwischen den Enden 5, 7 eine Aussparung 10. In dieser verlaufen zwei Nockenrollen 11, 12, die auf einer in Bohrungen 13, 14 der Seitenwände 3, 4 gelagerten sowie axial verschiebbaren Achse 15 sitzen. Zu erkennen ist aus den 4, 5, dass die erste Nockenrolle 11 über eine Nadellagerung 25 und die zweite Nockenrolle 12 über eine Gleitlagerung 26 auf der Achse 15 verlaufen. Eine Fixierung der letztgenannten Nockenrolle 12 auf der Achse 15 erfolgt über einen Sicherungsring 28, der in einer Ringnut 27 der Achse 15 und gleichzeitig in einer Ringnut 29 einer Bohrung 30 der zweiten Nockenrolle 12 sitzt.
Aus der Bohrung 13 der ersten Seitenwand 3 erstreckt sich eine auf der Achse 15 laufende Hohlachse 16 axial nach innen, auf welcher die erste Nockenrolle 11 axial fest vor einer Innenseite 17 der ersten Seitenwand 3 geführt ist. Die erste Nockenrolle 11 dient einem dauernden Anlauf eines ersten Niedrighubnockens 18 eines Nockenpakets 19 (s. a. 1).
Die zweite Nockenrolle 12 verläuft wie vorgenannt axial fest auf der Achse 15 und ist durch diese in zwei Positionen verlagerbar. Dabei dient eine erste Position einer Schaltung auf einen großen Ventilhub. Hierbei wird die zweite Nockenrolle 12 über die von einem Servomittel (s. Pfeile stirnseitig vor der Achse 15 in den 4, 5) beaufschlagte Achse 15 in eine mittige Stellung in der Aussparung 10 verschoben (s. 5). Somit ist ein Anlauf eines Großhubnockens 20 des Nockenpakets 19 ermöglicht.
Eine zweite Position der Nockenrolle 12 dient einer Abschaltung des großen Ventilhubs und einer Schaltung auf niedrigen Ventilhub. Hierbei wird die zweite Nockenrolle 12 über die Achse 15 vor die zweite Seitenwand 4 verschoben (s. 4), so dass ein Anlauf eines weiteren Niedrighubnockens 21 des Nockenpakets 19 ermöglicht ist (s. a. 1). Zu erkennen ist, dass sich hierbei die Nockenrollen 11, 12 in etwa gleich beabstandet zur Längsmittelachse des Hebels 1 gegenüberliegen, so dass von einer symmetrischen Beaufschlagung gesprochen werden kann, wobei auch in der ersten Position nur eine unwesentlich unsymmetrische Beaufschlagung festzustellen ist.
Die Hohlachse 16 liegt als dünnwandiges Blechrohr vor und sitzt drehfest in der Bohrung 13. Über einen axial außen liegenden Radialkragen 22 ist die Hohlachse 16 an einer Außenseite 23 der ersten Seitenwand 3 gehalten. Axial innen hat die Hohlachse 16 einen weiteren Radialkragen 24, zwischen dem und der Innenseite 17 der ersten Seitenwand 3 die erste Nockenrolle 11 geführt ist.
Zur Darstellung der zwei Positionen überragt die Achse 15 mit ihren beiden Enden 31, 32 den Hebel 1 lateral. Zu erkennen ist am besten aus den 4, 5, dass vom Außenmantel 33 der Achse 15 beidseitig Anschlagvorsprünge 34, 35 abstehen, die als einfache Sprengringe vorliegen. Bei Anlage des ersten Anschlagvorsprungs 34 an der Außenseite 23 der ersten Seitenwand 3 ist die zweite Position (Niedrighub) und bei Anlage des zweiten Anschlagvorsprungs 35 an einer Außenseite 36 der zweiten Seitenwand 4 ist die erste Position determiniert.
Bezugszeichenliste

1: Hebel
2: Querbalken
3: Seitenwand
4: Seitenwand
5: eines Ende
6: Lager
7: anderes Ende
8: Unterseite
9: Anlage
10: Aussparung
11: erste Nockenrolle
12: zweite Nockenrolle
13: Bohrung erste Seitenwand
14: Bohrung zweite Seitenwand
15: Achse
16: Hohlachse
17: Innenseite
18: erster Niedrighubnocken
19: Nockenpaket
20: Großhubnocken
21: zweiter Niedrighubnocken
22: Radialkragen
23: Außenseite
24: Radialkragen
25: Nadellagerung
26: Gleitlagerung
27: Ringnut
28: Sicherungsring
29: Ringnut
30: Bohrung
31: Ende Achse
32: Ende Achse
33: Außenmantel
34: Anschlagvorsprung
35: Anschlagvorsprung
36: Außenseite
37: ausgebauchter Abschnitt
38: eingezogener Abschnitt
39: eingezogener Abschnitt

Claims

Schaltbarer Hebel (1) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, bestehend aus durch einen Querbalken (2) verbundenen Seitenwänden (3, 4), welcher Hebel (1) am einen Ende (5) ein Lager (6) zu dessen schwenkbeweglicher Abstützung und am anderen Ende (7), an einer Unterseite (8) des Querbalkens (2), eine Anlage (9) für wenigstens ein Gaswechselventil hat, wobei der Querbalken (2) zwischen den Enden (5, 7) eine Aussparung (10) mit zwei darin verlaufenden Nockenrollen (11, 12) aufweist, die auf einer in Bohrungen (13, 14) der Seitenwände (3, 4) gelagerten sowie axial verschiebbaren Achse (15) sitzen, wobei sich aus der Bohrung (13) der ersten Seitenwand (3) eine auf der Achse (15) laufende Hohlachse (16) axial nach innen erstreckt, auf welcher Hohlachse (16) die erste Nockenrolle (11) axial fest vor einer Innenseite (17) der ersten Seitenwand (3) geführt ist und welche erste Nockenrolle (11) einem dauernden Anlauf eines ersten Niedrig- oder Nullhubnockens (18) eines Nockenpakets (19) dient, wobei die zweite Nockenrolle (12) axial fest auf der Achse (15) verläuft und durch diese in zwei Positionen verlagerbar ist, wobei eine erste Position einer Schaltung auf einen großen Ventilhub dient und hierbei die zweite Nockenrolle (12) über die Achse (15) in eine mittige Stellung in der Aussparung (10) verschiebbar ist, so dass ein Anlauf eines Großhubnockens (20) des Nockenpakets (19) ermöglicht ist, wobei eine zweite Position einer Abschaltung des großen Ventilhubs [Schaltung auf niedrigen oder 0-Ventilhub] dient und hierbei die zweite Nockenrolle (12) über die Achse (15) vor die zweite Seitenwand (4) verschiebbar ist, so dass ein Anlauf eines weiteren Niedrig- oder Nullhubnockens (21) des Nockenpakets (19) ermöglicht ist und wobei sich dabei [zweite Position] die Nockenrollen (11, 12) in etwa gleich beabstandet zur Längsmittelachse des Hebels (1) gegenüberliegen.
Hebel nach Anspruch 1, wobei die Hohlachse (16) in der Bohrung (13) der ersten Seitenwand (3) als dünnwandiges Blechrohr dargestellt ist, das drehfest in der Bohrung (13) sitzt und über einen axial außen liegenden Radialkragen (22) an einer Außenseite (23) der ersten Seitenwand (3) gehalten ist wobei die Hohlachse (16) axial innen einen weiteren Radialkragen (24) hat, zwischen dem und der Innenseite (17) der ersten Seitenwand (3) die erste Nockenrolle (11) geführt ist.
Hebel nach Anspruch 1, wobei entweder a) beide Nockenrollen (11, 12) über eine gleiche Lagerungsart wie eine Nadel- oder eine Gleitlagerung auf der Achse () verlaufen oder wobei b) eine Nockenrolle (11) über eine Lagerungsart wie eine Nadel- und die andere Nockenrolle (12) über eine Lagerungsart wie Gleitlagerung (25, 26) auf der Achse (15) verläuft.
Hebel nach Anspruch 3, wobei zur Fixierung der Gleitlagerung (26) die Achse (15) im Umfassungsbereich von der zweiten Nockenrolle (12) eine Ringnut (27) hat, in welcher ein Sicherungsring (28) einsitzt, der gleichzeitig in einer respektiven Ringnut (29) einer Bohrung (30) der zweiten Nockenrolle (12) verläuft oder wobei die zweite Nockenrolle (12) durch beidseitig von dieser in einer Ringnut der Achse (15) sitzende Wellensicherungsringe gehalten ist.
Hebel nach Anspruch 1, wobei der Hebel (1) entweder als Schlepp- oder als Schwinghebel vorliegt, wobei er im Fall dessen Ausbildung als Schlepphebel an dem einen Ende (5) an seiner Unterseite (8) eine Kalotte als das Lager (6) für einen Kopf eines Abstützelements hat.
Hebel nach Anspruch 1, wobei der Hebel (1) im Querschnitt ein U- oder umgekehrtes U-Profil aufweist und aus dünnwandigem Stahlblech oder aus Feinguss besteht oder wobei der Hebel (1) in einem MIM-Verfahren dargestellt ist.
Hebel nach Anspruch 1, wobei die Achse (15) mit ihren beiden Enden (31, 32) den Hebel (1) lateral überragt und zur Darstellung der zwei Positionen vom Außenmantel (33) der Achse (15) beidseitig ein Anschlagvorsprung (34, 35) wie ein Ringbund oder ein Sprengring absteht, wobei bei Anlage eines ersten der Anschlagvorsprünge (34) an einer Außenseite (23) der ersten Seitenwand (3) die zweite Position und bei Anlage eines zweiten der Anschlagvorsprünge (35) an einer Außenseite (36) der zweiten Seitenwand (4) die erste Position determiniert sind.
Hebel nach Anspruch 1, wobei der Hebel (1) in Draufsicht aus einem mittig ausgebauchten Abschnitt (37) mit der Aussparung (10) und aus zwei demgegenüber eingezogen Abschnitten (38, 39) an den Enden (5, 7) besteht.