DE102010019065A1

DE102010019065A1 - Schaltbarer Hebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010019065A1
Application number: DE102010019065A
Authority: DE
Inventors: Matthias Becker; Robert Heinemann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-05-03
Filing date: 2010-05-03
Publication date: 2011-11-03
Also published as: US20110265750A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein schaltbarer Hebel (1) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit zwei Seitenwänden (2), deren Enden (3, 4) durch einen Querbalken (5) verbunden sind, wobei im Querbalken (5) am einen Ende (3) eine Gaswechselventilanlage (6) und am anderen Ende (4) ein Lager (7) zu dessen schwenkbeweglicher Abstützung vorliegt, wobei zwischen den Enden (3, 4) in den Seitenwänden (2) eine Achse (8) unverschieblich gehalten ist, auf der zwei darauf axial verlagerbare Nockenrollen (9) verlaufen, die in eine erste Position über ein erstes Servomittel (10) so aufeinander zu verlagerbar sind, dass sie an einer Längsmittelebene des Hebels (1) aneinander laufen und in eine zweite Position über ein zweites Servomittel (11) gleichartig voneinander weg verlagerbar sind, wobei eine der Pogroßen Ventilhub] und die andere der Positionen einem Niedrig- oder Nullhubnockenanlauf [Schaltung auf niedrigen oder 0-Ventilhub] dient.

Description

Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Hebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit zwei Seitenwänden, deren Enden durch einen Querbalken verbunden sind, wobei im Querbalken am einen Ende eine Gaswechselventilanlage und am anderen Ende ein Lager zu dessen schwenkbeweglicher Abstützung vorliegt, wobei zwischen den Enden in den Seitenwänden eine Achse gehalten ist, auf der zwei Nockenrollen verlaufen, die in eine erste Position über ein erstes Servomittel relativ aufeinander zu und in eine zweite Position über ein zweites Servomittel relativ voneinander weg verlagerbar sind, wobei eine der Positionen einem Großhubnockenanlauf [Schaltung auf großen Ventilhub] und die andere der Positionen einem Niedrig- oder Nullhubnockenanlauf [Schaltung auf niedrigen oder 0-Ventilhub] dient.
Als Nächstkommend wird der aus der nachveröffentlichten DE 102010011828.1 hervorgehende Hebel betrachtet. Auffällig ist, das die Achse über externe Mittel aufwändig zu deren Verlagerung beaufschlagt werden muss. Damit einher geht, dass der vorgenannte Hebel seitlich relativ viel Bauraum benötigt und dass es zumindest bei dem in 5 gezeigten Schaltzustand zu einer unsymmetrischen Krafteinleitung bei Nockenhub kommt. Auch wird festgestellt, dass der Hebel aufgrund der auf der Achse nebeneinander positionierten sowie verschieblichen Nockenrollen in seinem Mittenbereich relativ weit ausbaucht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Hebel der eingangs genannten Art dahingehend fortzubilden, dass er nicht mehr die aufgezeigten Nachteile besitzt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Achse axial unverschieblich in den Seitenwänden gehalten ist, wobei die Nockenrollen darauf in eine erste Position über ein erstes Servomittel so aufeinander zu verlagerbar sind, dass sie an einer Längsmittelebene des Hebels aneinander laufen und in eine zweite Position über ein zweites Servomittel gleichartig voneinander weg verlagerbar sind.
Somit liegt ein Hebel ohne die eingangs genannten Nachteile vor. Ein besonders herausragendes Merkmal der Erfindung ist die letztlich teleskopartige Ineinanderschachtelung der Nocken- mit den Stützrollen (Anspruch 1 i. V. mit Anspruch 2), so dass es möglich ist, seitlich Bauraum zu sparen. Gleichzeitig findet eine symmetrische Krafteinleitung in den Hebel bei Nockenhub statt, so dass der Hebel keine oder nur eine unwesentliche Kippneigung hat. Die Nockenrollen können breitbauend vorliegen, so dass die Bauteilbelastung durch die Flächenpressung minimiert ist. Zudem sind einfache interne Beaufschlagungsmittel für die Nockenrollen zu deren Verlagerung vorgeschlagen (Hydraulikmittel/Druckfeder) und es kann auf separate Druckräume für das Hydraulikmittel aufgrund der Ausbildung dieser axial zwischen den Stütz- und Nockenrollen verzichtet werden. Es liegt auf der Hand, dass somit gleichzeitig eine hervorragende Schmierung des dichtenden Drehabgriffs zwischen dem inneren Ringmantel der jeweiligen Nockenrolle und einem Außenmantel der Stützrolle kreiert ist.
Ggf. kommt auch eine beidseitige hydraulische Beaufschlagung der Nockenrollen infrage. Auch ist an alternative Beaufschlagungsmittel zur Verlagerung der Nockenrollen entgegen Hydraulikmitteldruck wie magnetische oder elektromagnetische Mittel etc. gedacht.
Die in Fortbildung der Erfindung vorgeschlagenen Stützrollen grenzen zweckmäßigerweise direkt an die Seitenwände des Hebels. Sie können, müssen jedoch nicht, drehbar gegenüber der Achse vorliegen. Nach der Erfindung sind die Nockenrollen in ihren beiden Positionen auf den Stützrollen abgestützt, so dass es bei Nockenhub zu einer gleichzeitigen Krafteinleitung über die Nocken- und Stützrollen kommt. Als Servomittel zur Darstellung der ersten Position ist bevorzugt Hydraulikmittel aus dem Kreislauf der Brennkraftmaschine vorgesehen. Es kann jedoch auch Bremsflüssigkeit oder ein separater Hydraulikmittelkreislauf eingesetzt werden.
Als Federmittel zur Herstellung der zweiten Position ist wenigstens eine zwischen den Nockenrollen eingespannte, mitrotierende Schraubendruckfeder vorgeschlagen. Zweckmäßigerweise sitzt diese in Ringtaschen der Innenstirnen der Nockenrollen. Dabei ist es vorteilhaft, diese Ringtaschen radial höher als die Stützrollen zu legen, so dass ausreichend Bautiefe für diese vorhanden ist.
Ein weiterer Unteranspruch bezieht sich auf Maßnahmen zur Zuleitung des Hydraulikmittels in den Druckraum. Es erweist sich als besonders zweckmäßig, das Hydraulikmittel vom Lager für den Hebel heranzuleiten, welches Lager als Kalotte für einen Kopf eines Abstützelements ausgebildet sein kann. Über bspw. gebohrte Quer- und Längskanäle und einen Drehabgriff an der Achse wird das Hydraulikmittel auf einfache Weise in die Achse und von dort zu den Druckräumen geführt. Sollte der Hebel nicht aus Stahlblech stanzbiegetechnisch hergestellt sondern bspw. gegossen sein, so können die Kanäle auch mit eingegossen vorliegen. Auch ist für den Quer- und Längskanal an dessen separate Ausbildung und nachträgliche Anordnung am Außenmantel des Hebels gedacht.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Konkretisierung der Erfindung verläuft auf der Achse ein Mittenanschlag für die Nockenrollen. Dieser kann als einfacher, in einer Ringnut sitzender Sprengring o. dgl. ausgebildet sein. Alternativ kommt auch ein Ringbund auf der Achse infrage.
Bevorzugt ist an eine Gleitlagerung für die Nockenrollen auf der Achse gedacht, wobei auch eine Nadellagerung in Betracht kommt. Sollten Stützrollen appliziert sein, so gilt für diese das Gleiche.
Als nockenfolgender Hebel kommt hauptsächlich, jedoch nicht ausschließlich, entweder ein auf einem Abstützelement lagerbarer Schlepp- oder ein auf einer Schwingachse anordenbarer Schwinghebel infrage. Bei ausreichend Bauraum kann das vorgeschlagene Rollenschiebesystem auch an einem Kipphebel oder Rollenstößel appliziert werden.
Aufgrund der optional vorgesehenen Stützflächen bspw. auf Oberseiten der Seitenwände kann der Hebel bei Nockengrundkreisdurchlauf so abgestützt werden, dass die respektiven Nockengrundkreise kontaktfrei zu den Nockenrollen sind, was den Kraftaufwand zu deren Verlagerung minimiert. Als Gegenstützflächen kommen bspw. Stütznocken an der Nockenwelle oder vom Zylinderkopf abstehende und über die Seitenwände kragende Elemente infrage.
Ein weiterer Beitrag in Richtung Absenkung der Bauteilkosten ist dann geleistet, wenn, so wie vorgeschlagen, die beiden Stützrollen zueinander identisch sind.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 eine räumliche Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Hebel;
2 eine Draufsicht nach 1;
3 einen Querschnitt durch den Hebel im Bereich der Achse mit den Nockenrollen in erster Position (niedriger Nockenhub) und
4 den Querschnitt wie zuvor, jedoch mit den Nockenrollen in zweiter Position (großer Nockenhub).
Zur Zeichnung:
Dargestellt ist ein als Schlepphebel ausgebildeter schaltbarer Hebel 1 für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine. Dieser hat in Draufsicht eine kastenförmige Geometrie und besteht aus zwei aufrechten Seitenwänden 2, deren Enden 3, 4 durch einen Querbalken 5 an ihrer Unterseite verbunden sind. Die Seitenwände 2 haben einen ausgebauchten Mittenabschnitt 30, an welchen Mittenabschnitt sich aufeinander zu weisende Zwischenstücke 31 anschließen, die in geraden Endabschnitten 32 auslaufen.
Im Querbalken 5 liegt am einen Ende 3 eine Gaswechselventilanlage 6 und am anderen Ende 4 ein als kalottenförmige Einformung ausgebildetes Lager 7 zur schwenkbeweglichen Abstützung des Hebels 1 vor. Zwischen den Enden 3, 4 ist in den Seitenwänden 2 eine Achse 8 unverschieblich gehalten. Auf dieser verlaufen gleitgelagert zwei axial verschiebbare Nockenrollen 9.
3 offenbart eine erste Position der Nockenrollen 9, in welcher sie an einer Längsmittelebene des Hebels 1 aneinander laufen. Zur deren korrekten Mittenausrichtung ist ein Sprengring auf der Achse 8 als Anschlagelement 29 eingezeichnet. Diese Position dient einem Niedrighubnockenanlauf [Schaltung auf niedrigen Ventilhub].
4 zeigt eine zweite Position der Nockenrollen 9, in welcher sie voneinander weg verlagert sind. Diese Position dient einem Großhubnockenanlauf [Schaltung auf großen Ventilhub].
Auf der Achse 8, angrenzend an die Seitenwände 2, sind ein Paar sich diametral gegenüberliegende Stützrollen 12 kleineren Außendurchmessers als die Nockenrollen 9 axial fest appliziert (s. 3, 4). Die Nockenrollen 9 weisen an ihren Außenstirnen 13 je eine zylindrische Tasche 14 auf, über deren inneren Ringmantel 15 sie „saugend” auf einem Außenmantel 16 der jeweiligen Stützrolle 12 in beiden Positionen gelagert sind.
Axial zwischen einem Grund 17 der jeweiligen Tasche 14 und einer Innenstirn 18 der angrenzenden, gleitgelagerten Stützrolle 16 ist ein Druckraum 19 für über die Achse 8 heranleitbares Hydraulikmittel als ein erstes Servomittel 10 (s. 3) dargestellt. Gleichzeitig ist zwischen Innenstirnen 20 der Nockenrollen 9 ein als Schraubendruckfeder vorliegendes mechanisches Federmittel als ein zweites Servomittel 11 eingespannt. Zu erkennen ist, dass an den Innenstirnen 20 der Nockenrollen 9 sich gegenüberliegende Ringtaschen 21 verlaufen, in welchen das Federmittel 11 sitzt und an deren Böden 22 es endseitig abgestützt ist. Die Ringtaschen 21 verlaufen in einem Radialbereich oberhalb der Stützrollen 12, so dass ausreichend Bauraum vorliegt.
Zur Herstellung der ersten Position sind die Nockenrollen 9 über in den Druckraum 19 leitbaren Hochdruck an Hydraulikmittel 10, entgegen der Kraft des Federmittels 11, aufeinander zu verlagerbar. Zur Herstellung der zweiten Position sind die Nockenrollen 9, bei abgeschaltetem Hochdruck an Hydraulikmittel 10, über die Kraft des Federmittels 11 voneinander weg verlagerbar.
Eine Heranleitung des Hydraulikmittels 10 erfolgt, wie aus 2 näher hervorgeht, über eine Zuleitung 23 im Hebel 1. Die Zuleitung 23 geht von dem Lager 7 am anderen Ende 4 aus und wird über einen Kopf eines Abstützelements gespeist, auf welchem der Hebel 1 mit seinem Lager 7 im Einbau liegt. Die Zuleitung 23 besteht aus einem Querkanal 24 im Querbalken 5, der an einem Außenende in einen Längskanal 25 der respektiven Seitenwand 2 mündet, welcher Längskanal 25 mit einem Ringnut-Bohrung-Übertritt 26 in der Achse 8 kommuniziert. Von Letztgenanntem ist die Zuleitung 23 zu einem Axialkanal 27 in der Achse 8 weitergeführt. Von dem Axialkanal 27 zweigt je Druckraum 19 ein Radialdurchtritt 28 ab, der axial nahe der Innenstirn 18 der entsprechenden Stützrolle 12 positioniert ist.
Aus 1 ist noch entnehmbar, dass Oberseiten 33 der Seitenwände 2 Stützflächen 34 aufweisen. Über diese ist der Hebel 1 bei Nockengrundkreisdurchlauf derartig an Stütznocken der bei Einbau darüber liegenden Nockenwelle abstützbar, dass dessen Nockenrollen 9 bei dem Nockengrundkreisdurchlauf spielbehaftet zum Grundkreis der gegenlaufenden Nocken verlaufen und somit relativ leicht verschiebbar sind.
Soll der Hebel 1 bei Nockengrundkreisdurchlauf auf niedrigen Nockenhub umgeschaltet werden (mittig darüber laufender Niedrighubnocken), so wird, wie in 3 gezeigt, der Druckraum 19 mit Hydraulikmittel 10 geflutet, so dass die Nockenrollen 9 aufeinander zu bewegt werden und mit ihren Innenstirnen 20 aneinander zur Anlage kommen. Sodann sind die beidseitig vom mittigen Niedrighubnocken liegenden Großhubnocken außer Eingriff (erste Position).
Zur Rückschaltung (zweite Position) wird bei Nockengrundkreisdurchlauf der Hochdruck an Hydraulikmittel 10 im Druckraum 19 reduziert, so dass das mitrotierende Federmittel 11 die Nockenrollen 9 voneinander wegdrückt, bis sie zur Anlage an den Stützrollen 12 kommen und diese mit ihren zylindrischen Taschen 14 übergreifen. Somit liegen die Nockenrollen 9 nur unter den respektiven Großhubnocken und der Hebel 1 folgt diesen.
Bezugszeichenliste

1: Hebel
2: Seitenwand
3: eines Ende
4: anderes Ende
5: Querbalken
6: Gaswechselventilanlage
7: Lager
8: Achse
9: Nockenrolle
10: erstes Servomittel, Hydraulikmittel
11: zweites Servomittel, Federmittel
12: Stützrolle
13: Außenstirn Nockenrolle
14: Tasche
15: Ringmantel
16: Außenmantel Stützrolle
17: Grund
18: Innenstirn Stützrolle
19: Druckraum
20: Innenstirn Nockenrolle
21: Ringtasche
22: Boden
23: Zuleitung
24: Querkanal
25: Längskanal
26: Ringnut-Bohrung-Übertritt
27: Axialkanal
28: Radialdurchtritt
29: Anschlagelement
30: Mittenabschnitt
31: Zwischenstück
32: Endabschnitt
33: Oberseite
34: Stützfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010011828 [0002]

Claims

Schaltbarer Hebel (1) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit zwei Seitenwänden (2), deren Enden (3, 4) durch einen Querbalken (5) verbunden sind, wobei im Querbalken (5) am einen Ende (3) eine Gaswechselventilanlage (6) und am anderen Ende (4) ein Lager (7) zu dessen schwenkbeweglicher Abstützung vorliegt, wobei zwischen den Enden (3, 4) in den Seitenwänden (2) eine Achse (8) unverschieblich gehalten ist, auf der zwei darauf axial verlagerbare Nockenrollen (9) verlaufen, die in eine erste Position über ein erstes Servomittel (10) so aufeinander zu verlagerbar sind, dass sie an einer Längsmittelebene des Hebels (1) aneinander laufen und in eine zweite Position über ein zweites Servomittel (11) gleichartig voneinander weg verlagerbar sind, wobei eine der Positionen einem Großhubnockenanlauf [Schaltung auf großen Ventilhub] und die andere der Positionen einem Niedrig- oder Nullhubnockenanlauf [Schaltung auf niedrigen oder 0-Ventilhub] dient.
Hebel nach Anspruch 1, wobei in der ersten Position der Niedrig- oder Nullhub- und in der zweiten Position der Großhubnockenanlauf vorgesehen ist, wobei auf der Achse (8), angrenzend an die Seitenwände (2), ein Paar sich diametral gegenüberliegende Stützrollen (12) kleineren Außendurchmessers als die Nockenrollen (9) axial fest appliziert sind, welche Nockenrollen (9) an ihren Außenstirnen (13) je eine zylindrische Tasche (14) aufweisen, über deren Ringmantel (15) sie „saugend” auf einem Außenmantel (16) der jeweiligen Stützrolle (12) abschnittsweise gelagert sind, wobei axial zwischen einem Grund (17) der jeweiligen Tasche (14) und einer Innenstirn (18) der angrenzenden Stützrolle (16) ein Druckraum (19) für über die Achse (8) heranleitbares Hydraulikmittel als das erste Servomittel (10) dargestellt ist, wobei zwischen Innenstirnen (20) der Nockenrollen (9) ein mechanisches Federmittel als das zweite Servomittel (11) eingespannt ist, wobei zur Herstellung der ersten Position die Nockenrollen (9) über in den Druckraum (19) leitbaren Hochdruck an Hydraulikmittel, entgegen der Kraft des Federmittel (11), aufeinander zu verlagerbar sind und wobei zur Herstellung der zweiten Position die Nockenrollen (9), bei abgeschaltetem Hochdruck an Hydraulikmittel, über die Kraft des Federmittels (11) voneinander weg verlagerbar sind.
Hebel nach Anspruch 2, wobei als Federmittel (11) wenigstens eine Schraubendruckfeder eingesetzt ist, wobei an den Innenstirnen (20) der Nockenrollen (9) sich gegenüberliegende Ringtaschen (21) verlaufen, an deren Böden (22) das Federmittel (11) endseitig abgestützt ist.
Hebel nach Anspruch 3, wobei die Ringtaschen (21) in den Nockenrollen (9) in einem Radialbereich oberhalb der Stützrollen (12) verlaufen.
Hebel nach Anspruch 2, wobei im Hebel (1) eine Zuleitung (23) für das Hydraulikmittel geschaffen ist, die ausgeht von dem Lager (7) am anderen Ende (4) und hier aus einem Querkanal (24) im Querbalken (5) besteht, der an zumindest einem Außenende in einen Längskanal (25) der respektiven Seitenwand (2) mündet, welcher Längskanal (25) mit einem Ringnut-Bohrung-Übertritt (26) in der Achse (8) kommuniziert, von welchem die Zuleitung (23) weitergeführt ist zu einem Axialkanal (27) in der Achse (8) und wobei von dem Axialkanal (27) je Druckraum (19) wenigstens ein Radialdurchtritt (28) abzweigt, der axial nahe der Innenstirn (18) der entsprechenden Stützrolle (12) positioniert ist.
Hebel nach einem der Ansprüche 1–3, wobei mittig auf der Achse (8) ein Anschlagelement (29) wie ein Sprengring verläuft, an welchem die Nockenrollen (9) zur Darstellung der ersten Position mit Ihren Innenstirnen (20) zur Anlage kommen.
Hebel nach Anspruch 1 oder 2, wobei, im Fall des Rückbezugs nach Anspruch 1, die Nockenrollen (9) gleitgelagert auf der Achse (8) sitzen und, wobei im Fall des Rückbezugs nach Anspruch 2, wenigstens eines der Bauteile Nockenrollen (9)/Stützrollen (12) gleitgelagert auf der Achse (8) verlaufen.
Hebel nach Anspruch 1, wobei der Hebel (1) in Draufsicht kastenähnlich vorliegt und aus einem ausgebauchten Mittenabschnitt (30) mit der Achse (8) besteht, an den sich aufeinander zu weisende Zwischenstücke (31) der Seitenwände (2) anschließen, die in wenigstens annähernd geraden Endabschnitten (32) auslaufen, wobei der Hebel (1) im Querschnitt gesehen ein U- oder umgekehrtes U-Profil bildet und wobei der Hebel (1) [Seitenwände (2) mit Querbalken (5)] aus einem Leichtbauwerkstoff wie Stahlblech besteht oder in einem MIM-Verfahren hergestellt 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 anderen Ende (4) eine Kalotte als das Lager (7) für einen Kopf eines hydraulischen oder mechanischen Abstützelements hat und wobei er im Fall dessen Ausbildung als Schwinghebel an dem anderen Ende (4) ein Auge zur verschwenkbeweglichen Lagerung auf einer Achse besitzt.
Hebel nach Anspruch 1, wobei Oberseiten (33) der Seitenwände (2) Stützflächen (34) aufweisen, über welche der Hebel (1) bei Nockengrundkreisdurchlauf derartig an einer mit einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbundenen Gegenfläche oder an Stütznocken abstützbar ist, dass dessen Nockenrollen (9) bei dem Nockengrundkreisdurchlauf spielbehaftet zum Grundkreis der gegenlaufenden Nocken verlaufen.
Hebel nach Anspruch 1, wobei die beiden Nockenrollen (9) auf der Achse (8) untereinander austauschbar oder zumindest im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Geometrie und Dimensionierung gleich sind.