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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Pumpenelement mit einer mittels eines Betätigungsteils und einer Feder bewegbaren Kolben aufnehmenden Kolbenführungseinheit, wobei die Kolbenführungseinheit an oder in einem Gehäuse befestigbar ist und die Feder den Kolben über einen Federteller gegenüber der Kolbenführungseinheit mit Federkraft beaufschlagt. Ferner betrifft die Erfindung ein hydraulisches System zur Steuerung von Gaswechselventilen an Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit einem derartigen Pumpenelement.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein derartiges Pumpenelement kann zum Druckaufbau in hydraulischen Systemen verwendet werden, wie z. B. bei einem hydraulischen Ventiltrieb für Hubkolbenbrennkraftmaschinen. Ein derartiges Pumpenelement wird mit oder in einem Gehäuse befestigt, welches ebenso Teile des hydraulischen Systems aufnehmen kann, insbesondere das hydraulische Medium, über welches der Druck innerhalb des Systems weitergeleitet wird.
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Zum Druckaufbau im Gehäuse wird der Kolben des Pumpenelementes in einer Kolbenführungseinheit bewegt, wobei die Kolbenführungseinheit am Gehäuse befestigt ist. Der Kolben wird mittelbar über ein Betätigungsteil oder unmittelbar von außen in Bewegung versetzt. Diese Bewegung ist in der Regel keine reine Axialbewegung, sodass am Zylinder beziehungsweise Betätigungsteil ebenso eine zumindest teilweise radiale Bewegung stattfindet, die eine Gleitlagerung erfordert.
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Daran ist problematisch, dass diese Gleitlagerung einerseits außerhalb des hydraulischen Mediums führenden Gehäuses angeordnet ist und somit das hydraulische Medium nicht als Schmiermittel einsetzbar ist. Somit kann die Gleitlagerung, die beispielsweise zwischen dem Kolben und einem Schlepphebel angeordnet ist, nicht mittels des im Gehäuse vorhandenen hydraulischen Mediums geschmiert werden.
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Dabei erweist sich insbesondere der Federteller als besonders hinderlich, weil dieser unmittelbar oder mittelbar am Kolben befestigt werden muss, aber auch mit einer vorspannenden Feder in Kontakt gebracht wird. Mit einer entsprechenden Leckage kann somit das schmierende hydraulische Mittel bis zum Federteller gelangen, jedoch nicht über diesen hinaus.
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Aus
DE 10 2010 021 394 A1 ist ein Pumpenelement bekannt, welches einen Federteller aufweist, der gegenüber der Kolbenführungseinheit vorgespannt ist und gleichzeitig verhindert, dass Schmiermittel auf die der Feder gegenüberliegenden Seite gelangt.
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Gerade bei Großmotoranwendungen des sog. UniAir-Systems, bei denen die Pumpenkomponenten vertikal hängend nach unten angeordnet sind, führt zwar die Schwerkraft dazu, dass das Schmiermittel am Federteller ankommt, jedoch am Umfang desselben nach unten abtropft und damit eine Schmierung einer Gleitlagerung, die unmittelbar unter dem Federteller angeordnet ist, unmöglich macht. Diese Gleitlagerung ist jedoch unverzichtbar bei Großmotoranwendungen, weil das Gehäuse mit seinen hydraulischen Leitungen aus Kostengründen nicht größer ausgelegt werden sollte als erforderlich, womit eine Weiterleitung der betätigenden Kraft auch über mechanische (nicht-hydraulische) Mittel, wie z. B. Stangen oder Hebel, ebenfalls erforderlich ist. Erschwerend kommt hinzu, dass die Gleitlagerung verschiedene Ausbildungen annehmen kann, darunter Kugelkopflagerungen, scharnierartige Lagerungen oder dergleichen.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin ein Pumpenelement der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine Schwerkraft basierte Schmierung in Vertikalrichtung unterstützt wird, ohne die übrigen Funktionen der Pumpenelement zu tangieren.
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Diese Aufgabe wird bei einem Pumpenelement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Federteller wenigstens eine Öffnung zum Durchlass von Schmiermittel aufweist.
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Erfindungsgemäß ist der Kolben des Pumpenelements mittels eines Betätigungsteils und einer Feder bewegbar. Die Federkraft der Feder wird zur Beaufschlagung des Kolbens verwendet, wobei in einem unbetätigten Zustand der Kolben in einer Anfangsposition gehalten wird. Dabei fungiert das Betätigungsteil lediglich als Kopplungselement zu einem anderen Betätigungskraft übertragenden Teil, welches mit dem Betätigungsteil in einer Wirkverbindung steht. Beispielsweise können das Betätigungsteil als Stößelkopf und das mit diesem wechselwirkende Teil als Pfannenelement ausgeführt sein.
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Die Kolbenführungseinheit weist zumindest zwei Funktionen auf, nämlich zum einen die Befestigung an das Gehäuse sicherzustellen, und zum anderen den Kolben in seiner Bewegungsrichtung führbar zu halten. Der Federteller wird verwendet, um die Federkraft der Feder, die gegenüber der Kolbenführungseinheit zunächst den Federteller, aber mit diesem auch den Kolben mit Federkraft beaufschlagt, zumal der Kolben mittelbar oder unmittelbar mit dem Federteller verbunden ist.
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Erfindungsgemäß weist der Federteller wenigstens eine Öffnung zum Durchlass von Schmiermittel auf. Das Schmiermittel kann hierbei aus dem hydraulischen Medium bestehen, welches im Gehäuse enthalten ist. Die Öffnung ist derart ausgestaltet, dass das Schmiermittel ohne Weiteres der Schwerkraft folgend auf die andere (untere) Seite des Federtellers gelangen kann. Beispielsweise können die Größe der Öffnung oder auch andere Eigenschaften der Öffnung auf mögliche mitgeführte Kleinstpartikel abgestellt werden, um eine Verstopfung zu verhindern. Ferner ist es möglich, nicht nur eine, sondern eine Vielzahl von Öffnungen vorzusehen, sodass eine ausreichende Schmiermittelversorgung sichergestellt ist. Es bieten sich der Einfachheit halber runde Löcher, d. h. Bohrungen, an, die am Federteller eingebracht werden können.
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Vorteilhafterweise weist der Federteller eine Ausnehmung auf, in der der Kolben oder ein mit diesem verbindbares Bauteil angeordnet ist. Diese Ausnehmung kann zentrisch im Federteller angeordnet sein. Wichtig ist, dass die Ausnehmung im Gegensatz zur Öffnung dazu vorgesehen ist, den Kolben oder das mit diesem verbindbare Bauteil am beziehungsweise im Federteller anzuordnen und mit diesem zu verbinden. Somit kann die Federkraft von der Feder über den Federteller auf den Kolben übertragen werden.
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Das verbindbare Bauteil kann dabei insbesondere ein Stößelkopf, ein Kugelkopf oder der Zapfen eines Scharniers sein.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Federteller einen Auflagebereich auf, der die Ausnehmung radial umfasst. Auf diese Weise wird die Federkraft gleichmäßig auf den Federteller übertragen, sodass Verkippungen beziehungsweise Verklemmungen des Federtellers wirksam entgegengewirkt werden kann. Eine Verkippung des Federtellers hätte zur Folge, dass die Führung des Kolbens innerhalb der Kolbenführungseinheit nicht gewährleistet werden und es somit zu erhöhter Reibung beziehungsweise erhöhtem Kraftstoffverbrauch kommen könnte.
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Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine Öffnung zwischen Auflagebereich und der Ausnehmung angeordnet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Schmiermittelfluss, der von der Feder, als auch vom Kolben unterstützt wird, möglichst ohne weitere Hindernisse durch die wenigstens eine Öffnung hindurchfließen kann. Aufgrund der Nähe zur Feder oder dem Kolben bleibt der Schmiermittelfluss auch ausreichend groß, um eine Gleitfläche auf der anderen Seite des Federtellers schmieren zu können.
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Vorteilhafterweise wird die Ausnehmung mit wenigstens einem Befestigungsbereich des Federtellers begrenzt. Jedoch können auch mehrere Befestigungsbereiche am Federteller vorgesehen sein, die beispielsweise kranzartig angeordnet oder zumindest in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei die Befestigungsbereiche in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind.
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Vorteilhafterweise ist/sind der wenigstens eine Befestigungsbereich, beziehungsweise die Befestigungsbereiche aus einer Ebene des Auflagebereichs herausgewölbt. Dies erleichtert die Befestigung des Federtellers insoweit, dass sich dieser mittels eines Befestigungsrings an einem zylindrischen Körper, wie z. B. dem Kolben, befestigen lässt, indem zunächst der Federteller auf beispielsweise den Kolben aufgezogen wird und anschließend der Befestigungsring am Kolben befestigt wird, um gegenüber dem Federteller einen Formfluss zu erzeugen.
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Vorteilhafterweise mündet die wenigstens eine Öffnung in die Ausnehmung. Somit ist ein Federteller auf besonders effiziente Weise herstellbar, weil trotz der Mündung Befestigungsbereiche entstehen, die in Umfangsrichtung voneinander getrennt sind. Ferner ist es nicht mehr notwendig, dass das Schmiermittel in den Auflagebereich des Federtellers vordringen muss, sondern kann am Kolben oder am Betätigungsteil durch die Öffnung beziehungsweise durch den Federteller hindurch weiterfließen, ohne mit dem Federteller unnötig in Berührung zu kommen. Diese Option erweist sich auch deshalb als sehr vorteilhaft, weil im Befestigungsbereich Öffnungen angeordnet werden können, ohne die Funktion der Befestigung nachteilig zu beeinflussen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Vielzahl von zwei, drei, vier oder mehr Öffnungen vorgesehen, die symmetrisch, insbesondere sternförmig, angeordnet sind. Eine symmetrische Anordnung macht die Installation des Federtellers sehr einfach, da auf dessen Orientierung nicht geachtet werden muss. Ferner kann die Anzahl der Öffnungen derart gewählt werden, dass eine strukturelle Integrität des Federtellers nicht tangiert wird, aber ein genügend großer Durchflussquerschnitt für das Schmiermittel zur Verfügung gestellt wird.
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Der bereits beispielhaft erwähnte Befestigungsring kann insbesondere als ein offener Befestigungsring ausgeführt sein, der beispielsweise in eine umlaufende Nut am Kolben einschnappt. Der Federteller ist beispielsweise mittels eines solchen Befestigungsrings am Pumpenelement befestigt. Der Befestigungsring stellt einen Formschluss zur Übertragung der Federkraft auf den Kolben her. Dies kann auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Methoden geschehen. Beispielsweise könnte der Befestigungsring alternativ in einer Nut des Federtellers einrasten.
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Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Pumpenelement als Bestandteil in einem hydraulischen System zur Steuerung von Gaswechselventilen an Hubkolbenkraftmaschinen verwendet. Es ist dazu vorgesehen, mechanische Betätigungskraft, die beispielsweise von einem Hebel oder dergleichen weitergeleitet wird und von der Hubkolbenbrennkraftmaschine stammt, in das Gehäuse mit dem Leitungssystem zur hydraulischen Kraftübertragung weiterzuleiten.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren und der Figurenbeschreibung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine entlang der Betätigungsrichtung geschnittene Pumpeneinheit,
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2 die Pumpeneinheit aus 1 in perspektivischer Ansicht,
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3 des Federteller aus 1 in verschiedenen Ansichten, und
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4 den Federteller aus 3 in eingebautem Zustand.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Pumpeneinheit im Längsschnitt entlang der Betätigungsrichtung B. Die Pumpeneinheit besteht aus einer Kolbenführungseinheit 2, der Feder 9, dem Kolben 3, dem Federteller 6, dem Befestigungsring 15 und dem als Stößelkopf ausgeführten Betätigungsteil 4. Alternativ kann das Betätigungsteil 4 materialschlüssig mit dem Kolben 3 ausgeführt, also in diesen integriert sein, um die Bauteilvielfalt zu reduzieren.
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Die Hülse 12 überträgt Bewegungskraft auf das Pfannenelement 5, in welchem das Betätigungsteil 4 gelagert ist. Auf diese Weise wird in Bewegungsrichtung B Kraft übertragen, wobei die Hülse 12 und das Pfannenelement 5 nicht notwendigerweise konzentrisch zur Bewegungsrichtung angeordnet sein müssen, sondern bei der Betätigung in der Gleitlagerung zwischen Pfannenelement 5 und Betätigungsteil 4 eine teilweise Radialbewegung ausführen.
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Bei Betätigung wird das Betätigungsteil 4 in der Betätigungsrichtung B, also in Richtung des Gehäuses 1, bewegt, wobei die Feder 9 weiter angespannt und der Kolben 3 in der Kolbenführungseinheit 2 ebenfalls entlang der Bewegungsrichtung B bewegt wird. Dabei wird im Kompressionsraum 8 das hydraulische Medium zusammengepresst und die Betätigungskraft in eine hydraulische Kraft konvertiert.
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Das Gehäuse 1 kann eine komplexe Form haben, wobei die unterschiedlichen hydraulischen Einheiten mit Hydraulikleitungen verbunden sind, die zur Kraftübertragung eingesetzt werden. So kann beispielsweise ein hydraulischer Ventiltrieb bewerkstelligt werden, bei dem innerhalb des Gehäuses sowohl Schaltventile, Pumpeneinheiten beziehungsweise Ventilbremsen untergebracht werden.
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Die Pumpeneinheit ist mit dem Gehäuse 1 über die Kolbenführungseinheit 2 verschraubt. Alternative Befestigungsformen, wie zum Beispiel Einpressen, sind ebenfalls möglich.
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Das hydraulische Medium kann durch den Leckspalt 7, der vom Kolben 3 und der Kolbenführungseinheit 2 gebildet wird, aus dem hydraulischen Drucksystem ausfließen, wobei es der Schwerkraft folgend am Kolben 3 nach unten zum Federteller 6 weiterfließt. Das hydraulische, flüssige Medium kann durch die Öffnungen 11 hindurchfließen, ohne von dem Federteller 6 zurückgehalten zu werden. Ferner fließt es über den Befestigungsring 15, der einen Formschluss für den Federteller 6 gewährleistet, um anschließend auf das Betätigungsteil 4 zu gelangen. Von dort gelangt es ohne Weiteres in die Gleitlagerung zwischen dem Betätigungsteil 4 und dem Pfannenelement 5.
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Insbesondere bei Großmotoranwendungen ist ein möglicher Stößelstangentrieb bei einer unten liegenden Nockenwelle auch unterhalb der Pumpeneinheit angeordnet, sodass die Entfernung zunächst mit Stößelstangen, beziehungsweise auch der Hülse 12 überbrückt wird, aber in jedem Fall eine Gleitlagerung erforderlich ist. Aufgrund der Dimensionen ist es sehr nachteilig, Schmiermittel, wie zum Beispiel Öl, vonseiten der Nockenwelle oder einer anderen Quelle über den Stößelstangentrieb herbeizuführen. Mittels des Pumpenelementes und dessen Federteller ist jedoch eine Ölversorgung aus dem Gehäuse 1 heraus möglich.
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2 zeigt das eingebaute Pumpenelement in dem willkürlich geschnittenen Gehäuse 1, welches, wie bereits ausgeführt, eine Mehrzahl von Aufnahmen hydraulischer Einheiten aufweisen kann.
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Die 3a, 3b und 3c zeigen den Federteller 6 der Pumpeneinheit aus den 1 und 2 aus verschiedenen Perspektiven. Der Federteller 6 weist in einem radial außen gelegenen scheibenförmigen Bereich den Auflagebereich 14 für die Feder 9 auf, der die Ausnehmung 13 für die Anordnung des Betätigungsteils 4 umfasst. Der Federteller 6 umfasst den Kolben 3 und wird durch den Befestigungsring auch in einer Nut im Kolben 3 fixiert. Dadurch wird verhindert, dass noch eine zusätzliche Kraft durch die Feder auf den Presssitz des Betätigungsteils 4 aufgebracht wird.
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Es sind insgesamt vier Öffnungen 11 vorgesehen, die sich paarweise gegenüberliegen, beziehungsweise sternförmig angeordnet sind. Dadurch wird ein gleichmäßiger Schmiermitteldurchtritt erzielt.
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Die Öffnungen 11 münden ferner in die Ausnehmung 13, wodurch die Ausnehmung 13 radial erweitert wird. Zwischen den Öffnungen 11 sind jeweils Befestigungsbereiche 10 angeordnet, die aus der Scheibenebene des Auflagebereichs 14 herausgewölbt sind und in Bewegungsrichtung B eine Kehle ausbilden. Damit ist gewährleistet, dass die Befestigung des Federtellers 6 einem problemlosen Schmiermitteldurchtritt durch die Öffnungen 11 nicht im Wege steht.
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Aufgrund der aufgestülpten Befestigungsbereiche 10 ergibt sich eine sehr leichte Befestigungsmethode mittels des Befestigungsrings 15, der im als Stößelkopf ausgebildeten Betätigungsteil 4 einliegt. Bei der Installation wird zunächst der Federteller 6 über das Betätigungsteil 4 und dann über den Kolben 3 gezogen, wonach der gegebenenfalls offene Befestigungsring 15 über das Betätigungsteil 4 bewegt wird, um in einer Nut des Kolbens 3 einzuschnappen und fortan einen Formschluss für den Federteller 6 zu bilden.
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Der Verlauf der Vorspannungskraft der Feder 9 verläuft somit von der Feder 9 über den Auflagebereich 14 des Federtellers 6 in die Befestigungsbereiche 10 und von diesen wiederum auf den Befestigungsring 15, der die Kraft über das Betätigungsteil 4 auf den Kolben 3 überträgt.
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4 zeigt den Federteller 6 in Bewegungsrichtung B, wobei dieser teilweise durch die Hülse 12 und das Pfannenelement 5 abgedeckt wird. Teile der Öffnungen 11 sind aus dieser Blickrichtung noch zu erkennen, womit ein ungehinderter Schmiermittelfluss demonstriert werden kann. Vorteilhafterweise können weitere Kontaktstellen der Pumpe oder des Stößelstangentriebs auf dem Weg zur Nockenwelle oder einer anderen Kraftquelle mit Schmiermittel versorgt werden.
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Das in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel, eingeschlossen der im Text aufgeführten möglichen Variationen des Ausführungsbeispiels, kann an mehreren Stellen weiterentwickelt werden. Beispielsweise ist es nicht zwingend, dass der Leckspalt 7 zwischen der Kolbenführungseinheit 2 und dem Kolben 3 angeordnet ist, sondern es sind auch andere Leckagen, die beispielsweise lediglich am Kolben oder an der Kolbenführungseinheit alleine oder in Verbindung mit anderen Bauteilen zu realisieren sind, möglich.
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Ferner können die Befestigungsmethoden des Federtellers erheblich variieren und weitere Bauteile einschließen, wie z. B. Schrauben, Unterlagsscheiben oder dergleichen.
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Darüber hinaus sind die Gleitlagerungen, die mit Schmiermittel versorgt werden müssen, ebenfalls in jeder erdenklichen Form ausführbar, beispielsweise Kugelkopfpfannenanordnungen, Scharniere oder dergleichen. Des Weiteren sind neben einem hydraulischen Ventiltrieb auch andere Typen von hydraulischen Systemen denkbar, deren Bestandteil ein erfindungsgemäßes Pumpenelement sein kann. Die erforderlichen Randbedingungen für die Pumpeneinheit sind eine regelmäßig wiederkehrende Betätigungskraft und ein im Gehäuse angeordnetes hydraulisches System, welches die Kraft weiterleiten soll.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Pumpenelement mit einer mittels eines Betätigungsteils und einer Feder bewegbaren Kolben aufnehmenden Kolbenführungseinheit, wobei die Kolbenführungseinheit an oder in einem Gehäuse befestigbar ist und die Feder den Kolben über einen Federteller gegenüber der Kolbenführungseinheit mit Federkraft beaufschlagt. Ziel ist es, eine Schmierung für Gleitlagerungen eines Stößelstangentriebes ausgehend vom Gehäuse zu bewerkstelligen. Dazu wird vorgeschlagen, den Federteller mit wenigstens einer Öffnung zum Durchlass von Schmiermittel vorzusehen. Somit ist eine Schmierung vonseiten des Stößelstangentriebes nicht erforderlich und kann auf einfache Weise vom hydraulischen System übernommen werden.
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Bezugszeichenliste
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- B
- Bewegungsrichtung
- 1
- Gehäuse
- 2
- Kolbenführungseinheit
- 3
- Kolben
- 4
- Betätigungsteil
- 5
- Pfannenelement
- 6
- Federteller
- 7
- Leckspalt
- 8
- Kompressionsraum
- 9
- Feder
- 10
- Befestigungsbereich
- 11
- Öffnung
- 12
- Hülse
- 13
- Ausnehmung
- 14
- Auflagebereich
- 15
- Befestigungsring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010021394 A1 [0006]
