DE102011076497A1

DE102011076497A1 - Arrangement for coupling movable elements of switchable device for vehicle, has coupling element that is slightly tapered towards guide when mechanical stress arises in contact region between coupling element and guide in coupled state

Info

Publication number: DE102011076497A1
Application number: DE201110076497
Authority: DE
Inventors: Oliver Popp
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-11-29

Abstract

The coupling arrangement has a guide (3) that is provided in one of the movable elements of a switchable device. A coupling element (4) is movably arranged and pushed away from the guide to couple with one end portion of movable element (2) in push state. The coupling element is slightly tapered towards the end of guide along longitudinal direction when mechanical stress arises in contact region (5) between coupling element and guide in coupled state.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Koppeln zueinander beweglicher Elemente einer schaltbaren Einrichtung für ein Fahrzeug mit zumindest einer Führung in zumindest einem der Elemente, in der zumindest ein Koppelelement verschiebbar angeordnet und in herausgeschobenem Zustand an seinem aus der Führung herausgeschobenen Endabschnitt mit einem anderen Element koppelbar ist.The invention relates to an arrangement for coupling mutually movable elements of a switchable device for a vehicle with at least one guide in at least one of the elements, in which at least one coupling element slidably disposed and in pushed out state at its pushed out of the guide end portion with another element can be coupled ,

Eine derartige Anordnung ist aus DE 103 60 098 A1 bekannt. Dort ist ein Koppelmechanismus für relativ zueinander bewegliche Elemente, insbesondere für einen schaltbaren Nockenfolger oder eine schaltbare Abstützeinrichtung eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine beschrieben. In einem ersten Element ist in einer Führungsbohrung wenigstens ein Kolben zur Koppelung angeordnet, der für einen Koppelfall abschnittsweise in eine fluchtende Aufnahme am zweiten Element verlagerbar ist. Nachteilig wirkt sich bei dieser Ausgestaltung der Umstand aus, dass es aufgrund des zwischen Kolben und Führungsbohrung notwendigen Spiels im Koppelfall zum Verkippen des Kolbens in der Führungsbohrung kommt. Hierbei wird der Kolben an seinem in Koppelfall in der Führungsbohrung verbleibenden Endabschnitt an dieser angepresst. Dabei treten im Kontaktbereich zwischen Kolben und Führungsbohrung hohe mechanische Spannungen auf, wodurch Risse und/oder Abplatzer entstehen können.Such an arrangement is made DE 103 60 098 A1 known. There, a coupling mechanism for relatively movable elements, in particular for a switchable cam follower or a switchable support means of a valve train of an internal combustion engine is described. In a first element at least one piston is arranged for coupling in a guide bore, which is displaceable for a coupling case in sections in an aligned receptacle on the second element. A disadvantage of this embodiment, the fact that it comes to tilting of the piston in the guide bore due to the necessary between the piston and guide bore game in the coupling case. Here, the piston is pressed against its remaining in coupling case in the guide bore end portion of this. In the process, high mechanical stresses occur in the area of contact between the piston and the guide bore, which may result in cracks and / or spalling.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Anordnung der vorgenannten Art im Koppelfall im Kontaktbereich zwischen Koppelelement und Führung auftretende mechanische Spannungsspitzen zu vermeiden. The invention is therefore based on the object to avoid occurring in an arrangement of the aforementioned type in the coupling case in the contact region between the coupling element and guide mechanical stress peaks.

Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, das Koppelelement an seinem in der Führung verbleibenden Endabschnitt zu seinem Ende hin zumindest abschnittsweise geringfügig verjüngt auszubilden. Durch das sich verjüngende Profil wird im Kontaktbereich die Anlage von Koppelelement und Führung verbessert und eine Vergleichmäßigung der mechanischen Spannungsverteilung erreicht. Auf diese Weise werden mechanische Spannungsspitzen an der Kontaktstelle bzw. an den Kontaktstellen sicher vermieden.To solve the problem it is proposed to form the coupling element at its end remaining in the guide end section towards its end at least partially tapered slightly. Due to the tapered profile, the system of coupling element and guide is improved in the contact area and a homogenization of the mechanical stress distribution is achieved. In this way, mechanical stress peaks at the contact point or at the contact points are reliably avoided.

Ein sich verjüngendes Profil am Koppelement lässt sich auf einfache Weise durch eine Fase erreichen. Dadurch kann an hochbelasteten Stellen im Kontaktbereich, wie insbesondere an einer Kante, beispielsweise an dem in der Führung verbleibenden Ende des Koppelelements, ein Teil der mechanische Spannung von der Kante weg zum Ansatz der Fase hin verlagert und so mechanische Spannungsspitzen geglättet werden. Zugleich wird mittels der Fase der tragende Bereich vergrößert. Denkbar ist auch, mehrere hintereinander liegende Fasen am Koppelement auszubilden, die im Profil ähnlich dem Graph einer Spline-Funktion verlaufen. A tapered profile on the coupling element can be achieved in a simple manner by a chamfer. As a result, part of the mechanical stress can be displaced away from the edge toward the shoulder of the chamfer at high-load locations in the contact region, in particular at an edge, for example at the end of the coupling element remaining in the guide, so that mechanical stress peaks can be smoothed. At the same time, the bearing area is enlarged by means of the chamfer. It is also conceivable to form a plurality of successive chamfers on the coupling element, which run in profile similar to the graph of a spline function.

Bevorzugt sind dabei zur Minimierung der mechanischen Spannungen im Kontaktbereich Fasenwinkel und Fasenlänge an die Geometrie von Führung und Koppelelement, insbesondere an das Spiel zwischen Führung und Koppelelement, angepasst. Beispielsweise kann der Fasenwinkel desto größer ausgeführt sein, je größer die Verkippung des Koppelelements in der Führung ist. Außerdem werden die mechanischen Spannungen umso mehr zum Ansatz der Fase hin verlagert je größer die Fasenlänge ist. In order to minimize the mechanical stresses in the contact region, chamfer angle and chamfer length are preferably adapted to the geometry of guide and coupling element, in particular to the clearance between guide and coupling element. For example, the chamfer angle can be made larger the greater the tilt of the coupling element in the guide. In addition, the greater the chamfer length, the more the mechanical stresses are shifted towards the base of the chamfer.

Vorzugsweise ist die Fase umlaufend am Koppelement ausgebildet. Dadurch ist sie besonders leicht herstellbar, beispielsweise durch Drehen.Preferably, the chamfer is formed circumferentially on the coupling element. As a result, it is particularly easy to produce, for example by turning.

Denkbar ist auch die Verjüngung als ein Profil aus einer Kombination von Rundung und Fase oder Rundung und Konus auszubilden. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zur Vermeidung eines Kantentragens die Kante am Ansatz der Fase abgerundet ausgeführt.Also conceivable is the taper as a profile of a combination of rounding and bevel or rounding and cone form. In a particularly preferred embodiment of the invention, the edge at the base of the chamfer is rounded to avoid an edge wear.

In einer alternativen Ausgestaltung weist das Koppelelement ein sich durch Krümmung verjüngendes Profil auf. Beispielsweise kann ein in Form einer Evolvente verlaufendes Profil vorgesehen sein.In an alternative embodiment, the coupling element has a profile that tapers by curvature. For example, a profile running in the form of an involute can be provided.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich vorzugsweise auf Anordnungen zum Koppeln in schaltbaren Nockenfolgern, insbesondere schaltbaren Rollenstößeln, schaltbaren Nockenfolgergruppen bzw. schaltbaren Abstützeinrichtungen für Nockenfolger oder Nockenfolgergruppen. The present invention preferably relates to arrangements for coupling in switchable cam followers, in particular switchable roller tappets, switchable cam follower groups or switchable support devices for cam followers or cam follower groups.

Denkbar ist auch, die Erfindung in anderen schaltbaren Einrichtungen, wie z.B. in einer Nockenwellenverstellvorrichtung, in Motorbremssystemen oder auch in Pumpenantrieben einzusetzen.It is also conceivable, the invention in other switchable devices, such. in a camshaft adjusting device, in engine braking systems or in pump drives.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:Further features of the invention will become apparent from the following description and from the drawings, in which an embodiment of the invention is shown in simplified form. Show it:

1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung, 1 a sectional view of an inventive arrangement,

2 eine vergrößerte Teilansicht der Anordnung aus 1, 2 an enlarged partial view of the arrangement 1 .

3–4 verschiedene Einzelansichten eines Koppelelements der Anordnung aus 1. 3 - 4 various individual views of a coupling element of the arrangement 1 ,

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

In 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung zum Koppeln zweier zueinander beweglicher Elemente beispielhaft in einer schaltbaren Abstützeinrichtung eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Abstützeinrichtung weist zwei zueinander bewegliche Elemente 1, 2 nämlich ein sogenanntes Innengehäuse und ein sogenanntes Außengehäuse auf. Außen- und Innengehäuse sind beweglich zueinander ineinandergeschachtelt angeordnet und durch die erfindungsgemäße Anordnung über Koppelelemente 4 miteinander koppelbar. Das Außengehäuse ist in der Regel ortsfest in einem nicht dargestellten Zylinderkopf eingebaut, während das Innengehäuse im Außengehäuse beweglich und durch eine Lost-Motion-Feder gegen einen Endanschlag am Außengehäuse verspannt angeordnet ist. Das Innengehäuse weist an seinem freien Endabschnitt einen halbkugelförmigen Abstützbereich auf, an dem ein nicht dargestellter Nockenfolger, insbesondere ein Schlepp- oder Kipphebel, abstützbar ist. Dieser überträgt die von einer nicht dargestellten Nockenwelle erzeugte Hubbewegung auf ein nicht dargestelltes Gaswechselventil der Brennkraftmaschine.In 1 an arrangement according to the invention for coupling two mutually movable elements is exemplified in a switchable support means of a valve train of an internal combustion engine. The support device has two mutually movable elements 1 . 2 namely a so-called inner housing and a so-called outer housing. Outer and inner housings are arranged so that they can be nested in relation to one another and, due to the arrangement according to the invention, via coupling elements 4 Coupled with each other. The outer housing is usually installed fixed in a cylinder head, not shown, while the inner housing is arranged movable in the outer housing and braced by a lost-motion spring against an end stop on the outer housing. The inner housing has at its free end portion to a hemispherical support region on which a cam follower, not shown, in particular a towing or rocker arm, can be supported. This transmits the stroke generated by a camshaft, not shown, to an unillustrated gas exchange valve of the internal combustion engine.

Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst zwei im Außengehäuse diametral gegenüberliegende jeweils als eine radiale Bohrung ausgeführte Führungen 3, in denen jeweils ein Koppelelement 4 hin- und herverschiebbar angeordnet ist. Das Verschieben der Koppelelemente 4 kann beispielsweise hydraulisch durch Beaufschlagung mit Druckmittel und/oder mechanisch durch Federkraft erfolgen. Die Koppelelemente 4 sind als zylindrische Koppelkolben ausgeführt. In gekoppeltem Zustand sind Außen- und Innengehäuse über die Koppelkolben starr miteinander verbunden. In entkoppeltem Zustand sind dagegen die Koppelkolben zurückgezogen in den Führungen 3 im Außengehäuse angeordnet. Dadurch ist eine Relativbewegung von Außen- und Innengehäuse möglich und die vom Nockenfolger übertragene Hubbewegung wird in eine Leerhubbewegung des Innengehäuses relativ zum Außengehäuse umgesetzt. Das Innengehäuse arbeitet dabei gegen die im Außengehäuse angeordnete Lost-Motion-Feder. Alternativ kann die Koppelung von Außen- und Innengehäuse in kinematischer Umkehr der Anordnung auch von innen nach außen erfolgen.The arrangement according to the invention comprises two guides which are diametrically opposed in the outer housing and each run as a radial bore 3 , in each of which a coupling element 4 is arranged displaceable back and forth. The shifting of the coupling elements 4 For example, hydraulically by applying pressure and / or mechanically by spring force. The coupling elements 4 are designed as cylindrical coupling piston. In the coupled state, the outer and inner housings are rigidly connected to one another via the coupling pistons. In decoupled state, however, the coupling piston are withdrawn in the guides 3 arranged in the outer housing. As a result, a relative movement of the outer and inner housing is possible and the stroke transmitted by the cam follower is converted into a Leerhubbewegung the inner housing relative to the outer housing. The inner housing works against the arranged in the outer housing Lost Motion spring. Alternatively, the coupling of outer and inner housing in kinematic reversal of the arrangement can also be done from the inside out.

Zur Verdeutlichung zeigt 2 einen vergrößerten Ausschnitt A aus 1 mit einem der Koppelkolben in einer Führung 3 der erfindungsgemäßen Anordnung. In 1 und 2 ist die Abstützeinrichtung in gekoppeltem Zustand dargestellt. Zum Koppeln ist der Koppelkolben an einem Endabschnitt aus der Führung herausschiebbar, während sich der von dem herausgeschobenen Endabschnitt abgewandte Endabschnitt des Koppelkolbens weiter in der Führung 3 befindet. Am Innengehäuse sind Ausnehmungen ausgebildet, die in einem Koppelzustand den Führungen 3 jeweils gegenüberliegen. Die Koppelbewegung des Koppelkolbens erfolgt im Wesentlichen quer zur Relativbewegung von Innen- und Außengehäuse. Dabei greift der Koppelkolben an seinem aus der Führung 3 herausgeschobenen Endabschnitt an einer Koppelzone 7 in die komplementär ausgebildete Ausnehmung am Innengehäuse formschlüssig ein, wenn diese dem Koppelkolben gegenüberliegt. Die Koppelzone 7 wird hier durch eine stirnseitige Verriegelungsstufe am Koppelkolben gebildet. In gekoppeltem Zustand wirkt die vom Nockenfolger auf das Innengehäuse übertragene Abstützkraft (2), wie schematisch durch einen Pfeil angedeutet, im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse 9 des Koppelkolbens. Dieser stützt sich hierbei an seiner in Wirkrichtung der Abstützkraft liegenden Längsseite an einer Abstützstelle 8 am innenliegenden Endbereich der Führung 3 des Außengehäuses ab. Dadurch bildet der Koppelkolben an seinem aus der Führung 3 herausgeschobenen Endabschnitt zwischen dem Kraftangriffspunkt der Abstützkraft einerseits und der Abstützstelle 8 am Endbereich andererseits einen Hebelarm. Auf diese Weise entsteht am Koppelkolben ein Moment, das ein Verkippen des in der Führung 3 mit notwendigem Spiel geführten Koppelkolbens bewirkt. Dieser wird hierdurch an seinem in der Führung 3 befindlichen Endabschnitt in einem Kontaktbereich 5 in Kipprichtung an die Führung 3 angepresst. Erfindungsgemäß ist im Kontaktbereich 5 am Koppelkolben eine Fase an seinem führungsseitigen Endabschnitt ausgebildet, an der sich der Koppelkolben entlang der Längsachse 9 in Richtung seines Endes hin geringfügig verjüngt. For clarity shows 2 an enlarged section A from 1 with one of the coupling pistons in a guide 3 the inventive arrangement. In 1 and 2 the support device is shown in the coupled state. For coupling, the coupling piston can be pushed out of the guide at one end section, while the end section of the coupling piston facing away from the pushed-out end section continues in the guide 3 located. On the inner housing recesses are formed, which in a coupling state the guides 3 each opposite. The coupling movement of the coupling piston takes place substantially transversely to the relative movement of the inner and outer housings. In this case, the coupling piston engages on his from the leadership 3 pushed out end portion at a coupling zone 7 in the complementary recess formed on the inner housing a positive fit, when this is opposite to the coupling piston. The coupling zone 7 is formed here by a front-side locking step on the coupling piston. In the coupled state, the supporting force transmitted by the cam follower to the inner housing ( 2 ), as indicated schematically by an arrow, substantially perpendicular to the longitudinal axis 9 of the coupling piston. This is based here on its lying in the effective direction of the supporting force longitudinal side at a support point 8th at the inner end portion of the guide 3 of the outer housing. As a result, the coupling piston forms at its out of the guide 3 pushed out end portion between the force application point of the supporting force on the one hand and the support point 8th on the other hand, a lever arm at the end region. In this way, a moment arises on the coupling piston, which is a tilting of the guide 3 effected with necessary clearance guided coupling piston. This is thereby at his in the lead 3 located end portion in a contact area 5 in tilt direction to the guide 3 pressed. According to the invention is in the contact area 5 formed on the coupling piston a chamfer at its guide-side end portion, at which the coupling piston along the longitudinal axis 9 slightly tapered towards its end.

3 und 4 zeigen verschiedene Einzelansichten des als Koppelkolben ausgebildeten Koppelelements 4. Der Koppelkolben weist an seinem Endabschnitt, der sich im Koppelfall in aus der Führung 3 herausgeschobener Stellung befindet, die Koppelzone 7 auf. An seinem von der Koppelzone 7 abgewandten Endabschnitt, der in herausgeschobenem Zustand in der Führung 3 verbleibt, ist am Ende des Koppelkolbens eine schlitzartige stirnseitige Aussparung 10 zur Anbindung von Federmitteln vorgesehen. Am führungsseitigen Ende des Koppelkolbens ist eine Fase mit dem Fasenwinkel α umlaufend ausgeführt. 3 and 4 show various individual views of the coupling piston formed as a coupling element 4 , The coupling piston has at its end portion, in the coupling case in from the leadership 3 pushed out position is the coupling zone 7 on. At his from the coupling zone 7 remote end portion, in the pushed out state in the leadership 3 remains, is a slot-like frontal recess at the end of the coupling piston 10 intended for connection of spring means. At the guide end of the coupling piston a chamfer with the chamfer angle α is performed circumferentially.

Die Fase bewirkt eine teilweise Verlagerung der an der Kante am Ende des Koppelkolbens auftretenden mechanischen Spannung zum Ansatz der Fase hin. Der Ansatz der Fase ist zur Vermeidung einer Kante mit einer ringförmig umlaufenden Rundung 6 ausgebildet. Zugleich wird durch die Fase die Anlage zwischen Koppelkolben und Führung 3 verbessert und die Kontaktfläche vergrößert. Auf diese Weise kann die mechanische Spannungsverteilung im Kontaktbereich 5 vergleichmäßigt und es können Spannungsspitzen geglättet werden. Je nachdem wie stark der Koppelkolben in der Führung 3 verkippen kann, können der Fasenwinkel α und die Länge der Fase, zwischen ihrem Ansatz und dem Ende des Koppelkolbens, optimal angepasst werden, so dass die mechanischen Spannungen im Kontaktbereich 5 mit der Führung 3 minimiert werden. Dabei wird der Fasenwinkel α desto größer eingestellt, je größer die Verkippung ist. Hier sind die Fasenlänge und der Fasenwinkel α so gewählt, dass die mechanischen Spannungen zum Ansatz der Fase hin derart verlagert werden, dass der kritische Bereich an der Kante am führungsseitigen Ende des Koppelkolbens, insbesondere im Bereich der Aussparung 10, entlastet wird. Der Fasenwinkel α beträgt an die hier beispielhaft vorgegebene Geometrie von Koppelkolben und Führung 3 optimal angepasst ca. 2°.The chamfer causes a partial displacement of the occurring at the edge at the end of the coupling piston mechanical stress towards the approach of the chamfer. The approach of the chamfer is to avoid an edge with an annular circumferential rounding 6 educated. At the same time the plant between coupling piston and guide by the chamfer 3 improves and increases the contact area. On this way, the mechanical stress distribution in the contact area 5 evened out and stress peaks can be smoothed. Depending on how strong the coupling piston in the guide 3 can tilt, the chamfer angle α and the length of the chamfer, between its approach and the end of the coupling piston, can be optimally adapted so that the mechanical stresses in the contact area 5 with the leadership 3 be minimized. In this case, the chamfer angle α is set the larger the larger the tilt is. Here, the chamfer length and the chamfer angle α are chosen so that the mechanical stresses are shifted towards the approach of the bevel such that the critical region at the edge at the guide end of the coupling piston, in particular in the region of the recess 10 , is relieved. The chamfer angle α amounts to the here exemplified geometry of coupling piston and guide 3 optimally adjusted approx. 2 °.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Elementelement
22: Elementelement
33: Führungguide
44: Koppelelement coupling element
55: Kontaktbereich contact area
66: Rundungcurve
77: Koppelzone coupling zone
88th: Abstützstellesupport point
99: Längsachselongitudinal axis
1010: Aussparungrecess
αα: Fasenwinkelbevel angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10360098 A1 [0002]

Claims

Arrangement for coupling mutually movable elements ( 1 . 2 ) a switchable device for a vehicle with at least one guide ( 3 ) in at least one of the elements ( 1 . 2 ), in which at least one coupling element ( 4 ) slidably arranged and in pushed out state at his out of the leadership ( 3 ) pushed out end portion with another element ( 2 ) can be coupled, characterized in that in order to avoid being coupled in the contact area ( 5 ) with the leadership ( 3 ) occurring mechanical stress peaks the coupling element ( 4 ) at his in the leadership ( 3 ) remaining end portion is at least partially tapered slightly towards its end.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the taper is formed as at least one chamfer.

Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that to minimize the mechanical stresses in the contact area ( 5 ) the chamfer angle (α) and the chamfer length to the geometry of guidance ( 3 ) and coupling element ( 4 ) are adjusted.

Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the chamfer is formed circumferentially.

Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that at the base of the chamfer a rounding ( 6 ) is provided.

Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the coupling element ( 4 ) has a profile tapered by curvature.

Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the arrangement is formed in a switchable cam follower or in a switchable support means for such in a valve train of an internal combustion engine.