DE102012220240A1

DE102012220240A1 - Hydrostatische Ventilspielausgleichsmechanik

Info

Publication number: DE102012220240A1
Application number: DE201210220240
Authority: DE
Inventors: Andreas Rinnert
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-02-27

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Ventilspielausgleichsmechanik mit einer Kolbenführungsbuchse, einem Kolbenelement das in der Kolbenführungsbuchse axial verlagerbar aufgenommenen ist, und einer die Kolbenführungsbuchse zumindest teilweise aufnehmenden Aufnahme, wobei die Kolbenführungsbuchse in ihrem Außenumfangsbereich mit einem Gewindeabschnitt versehen und über diesen Gewindeabschnitt in die Aufnahme eingeschraubt ist, und in einem Zwischenbereich zwischen einer Stirnfläche der Kolbenführungsbuchse und einer in der Aufnahme gebildeten Ringschulter ein Ringelement aufgenommen ist das jenen Zwischenbereich ausfüllt. Durch das erfindungsgemäße Konzept wird es auf vorteilhafte Weise möglich, den unter der Kolbenführungsbuchse liegenden Raum für den alternierenden Öldruck unzugänglich zu machen und damit die alternierende Axialbelastung des Gewindeabschnitts zu reduzieren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Ventilspielausgleichsmechanik mit einer Kolbenführungsbuchse, einem Kolbenelement das in der Kolbenführungsbuchse axial verlagerbar aufgenommenen ist, und einer die Kolbenführungsbuchse zumindest teilweise aufnehmenden Aufnahme, wobei die Kolbenführungsbuchse in ihrem Außenumfangsbereich mit einem Gewindeabschnitt versehen und über diesen Gewindeabschnitt in eine in der Aufnahme ausgebildete Gewindebohrung eingeschraubt ist.
Aus DE 10 2007 008 409 A1 ist ein Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine bekannt, welcher einen durch eine Nockenwelle angetriebenen Schlepphebel aufweist, der sich einerseits auf einem Ventilschaft, andererseits auf einer Ventilspielausgleichsmechanik abstützt. Die Ventilspielausgleichsmechanik umfasst eine Kolbenführungsbuchse und ein darin aufgenommenes Kolbenelement. Das Kolbenelement begrenzt gemeinsam mit der Kolbenführungsbuchse eine Druckkammer die bodenseitig durch einen integral mit der Kolbenführungsbuchse ausgebildeten Wandungsabschnitt verschlossen ist. Die Kolbenführungsbuchse ist in eine Aufnahmebohrung eingesetzt die unmittelbar in einem Zylinderkopf ausgebildet ist. Alternativ zu der beschriebenen Ausführungsform der Kolbenführungsbuchse mit integraler Bodenwandung ist es auch möglich, die Kolbenführungsbuchse mit einem Außengewindeabschnitt zu versehen und in eine entsprechende Gewindebohrung des Zylinderkopfes einzuschrauben. Der bodenseitige Abschluss der das Kolbelement stützenden Druckkammer wird dann im Zusammenspiel mit dem Bodenbereich der Gewindebohrung des Zylinderkopfes realisiert.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Ventilspielausgleichsmechanik der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher sich eine Verringerung der mechanischen Belastung der Gewindeverbindung zwischen der Kolbenführungsbuchse und der Aufnahme ergibt.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine hydrostatische Ventilspielausgleichsmechanik mit:

– einer Kolbenführungsbuchse,
– einem Kolbenelement das in der Kolbenführungsbuchse axial verlagerbar aufgenommenen ist, und
– einer die Kolbenführungsbuchse zumindest teilweise aufnehmenden Aufnahme,
– wobei die Kolbenführungsbuchse in ihrem Außenumfangsbereich mit einem Gewindeabschnitt versehen und über diesen Gewindeabschnitt in die Aufnahme eingeschraubt ist, und
– in einem Zwischenbereich zwischen einer Stirnfläche der Kolbenführungsbuchse und einer in der Aufnahme gebildeten Ringschulter ein Ringelement aufgenommen ist das jenen Zwischenbereich ausfüllt.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, den unter der Kolbenführungsbuchse liegenden Raum für den alternierenden Öldruck unzugänglich zu machen und damit die alternierende Axialbelastung des Gewindeabschnitts zu reduzieren.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Bereich der Stirnfläche ein Stirnprofil ausgebildet. Dieses Stirnprofil ist vorzugsweise so gestaltet, dass dieses einen ersten, zur Längsachse der Kolbenführungsbuchse koaxialen Einpressringsteg bildet, der sich beim Einschrauben der Kolbenführungsbuchse in die Aufnahme unter plastischer Verformung des Ringelements in dieses eingräbt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist möglich, das Stirnprofil so auszubilden, dass dieses zudem einen zweiten Einpressringsteg bildet, der sich beim Einschrauben der Kolbenführungsbuchse ebenfalls in das Ringelement eingräbt und die Dichtwirkung unter Bildung einer Labyrinthstruktur weiter erhöht.
In vorteilhafter Weise ist wenigsten einer der Einpressringstege hinsichtlich seines Querschnitts derart gestaltet, dass dieser im Rahmen des Eindringens in das Ringelement dieses Ringelement radial nach außen belastet. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise die Ausfüllung des Zwischenbereiches zwischen der Stirnseite der Kolbenführungsbuchse und der Ringschulter der Aufnahme unterstützt.
Das Ringelement ist vorzugsweise aus einem Stahlwerkstoff gebildet der vorzugsweise eine geringere Härte aufweist als das die Kolbenführungsbuchse. Alternativ hierzu ist es auch möglich, das Ringelement aus einem Buntmetall, insbesondere Bronze zu fertigen. Es ist auch möglich das Ringelement aus einem Verbundmaterial zu fertigen. So ist es insbesondere möglich das Ringelement so auszubilden, dass dieses einen Ringkern hoher Steifigkeit aufweist und im Bereich seiner Stirnflächen mit Materiallagen von geringerer Steifigkeit, z.B. Kupferlagen versehen ist.
Das Ringelement ist vorzugsweise so gestaltet, dass der Innendurchmesser des Ringelements zumindest geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Kolbenelements. Hierdurch wird erreicht, dass das Kolbenelement innerhalb der Kolbenführungsbuchse zumindest teilweise axial durch das Ringelement hindurchwandern kann.
Erfindungsgemäß wird zur Reduzierung der dynamischen Axialbelastung der Kolbenführungsbuchse ein Ringelement verwendet das vorzugsweise aus einem hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften mit dem Material der Kolbenführungsbuchse vergleichbaren, insbesondere gleichartigen Material besteht. Das erfindungsgemäße Konzept führt allgemein zu einer Reduzierung der axialen Kräfte auf eine eingeschraubte Kolbenführung in hochdruckbelasteten, hydraulischen Systemen. Durch die Verwendung des Ringelementes wird es möglich, den bei der Verschraubung einer Kolbenführung bislang bei zerspanender Fertigung des Gewindes erforderlichen restlichen Freiraum unter der Führung auszufüllen. Damit wird vermieden, dass pulsierende Drücke die in einem entsprechenden hydraulischen System auftreten, der Vorspannung der eingeschraubten Kolbenführung entgegen wirken. Durch das erfindungsgemäße Konzept ergibt sich eine Reduzierung der axialen Belastung durch Öldruck auf eine eingeschraubte Kolbenführung. Die erfinderische Lösung der Aufgabe besteht im wesentlichen in der Verwendung eines eingepressten Ringes aus gleichem Material, um den unter der Kolbenführung liegenden Freiraum für den Öldruck unzugänglich zu machen. Die Führung erhält hier zusätzlich eine Kontur, welche sich in den weichen Ring während des Anschraubens eingräbt und ein Labyrinth für den hohen Öldruck darstellt, welches im Betriebszustand (z.B. bei 90°C) durch die Ausdehnung des Ringes verschlossen wird. Die Konstruktion besteht im wesentlichen in der Struktur in der Führung/Kolbenführungsbuchse, welche sich in den Ring eingräbt, sowie den eingepressten Ring an sich, welcher den bislang vorhandenen Zwischenraum ausfüllt. Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich für vielfältigste Ausführungsformen von eingeschraubten Kolbenführungen, bei welchen die Verschraubung durch einen auftretenden Öldruck zusätzlich belastet wird.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine Axialschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Ventilspielausgleichsmechanik;
2 eine Detaildarstellung zur weiteren Veranschaulichung des Aufbaus der hydrostatischen Ventilspielausgleichsmechanik nach 1;
3a, 3b und 3c Detaildarstellungen zur Veranschaulichung alternativer Varianten der Gestaltung des Stirnprofils der Stirnseite der Kolbenführungsbuchse.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
Die Darstellung nach 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ventilspielausgleichsmechanik. Diese umfasst eine Kolbenführungsbuchse 1, ein Kolbenelement 2 das in der Kolbenführungsbuchse 1 axial verlagerbar aufgenommenen ist, und eine die Kolbenführungsbuchse 1 zumindest teilweise aufnehmende Aufnahme 3, die hier als unmittelbar in einem Zylinderkopf ausgebildete Stufenbohrung ausgeführt ist.
Die Kolbenführungsbuchse 1 ist in ihrem Außenumfangsbereich mit einem Gewindeabschnitt 1a versehen und über diesen Gewindeabschnitt 1a in einen komplementär in der Aufnahme 3 ausgebildete Gewindebohrungsabschnitt 3a der Stufenbohrung eingeschraubt.
Die Stufenbohrung bildet eine Ringschulter 3b. Die Kolbenführungsbuchse bildet eine der Ringschulter 3b zugewandte Stirnfläche 1b. In einem Zwischenbereich zwischen der Stirnfläche 1b der Kolbenführungsbuchse 1 und der in der Aufnahme 3 gebildeten Ringschulter 3b ist ein Ringelement 4 aufgenommen. Dieses Ringelement 4 füllt den zwischen der Stirnfläche 1b und der Ringschulter 3b liegenden Ringraum aus und bewirkt, dass die Stirnfläche 1b der Kolbenführungsbuchse vom alternierenden Öldruck entlastet wird.
Das Ringelement 4 ist als flache Ringscheibe ausgeführt. Der Innendurchmesser desselben entspricht im wesentlichen dem Innendurchmesser der Kolbenführungsbohrung 1c der Kolbenführungsbuchse 1. Der Außendurchmesser des Ringelementes 4 entspricht im wesentlichen dem Gewindekerndurchmesser des Gewindeabschnitts 1a der Kolbenführungsbuchse 1. Die Axialdicke des Ringelementes 4 entspricht im wesentlichen der Axialhöhe des Ringraumes der sich ergibt, wenn die Kolbenführungsbuchse 1 bis zum Erreichen ihrer Sollstellung in die Aufnahme 3 eingeschraubt ist. Insgesamt ist die Axialdicke des Ringelementes 4 so bemessen, dass bei Erreichen der Sollstellung der Kolbenführungsbuchse 1 in der Aufnahme 3 das Ringelement 4 eine Pressung erfährt, die größer ist, als der sich beim Betrieb des Ventilspielsausgleichsmechanismus im inneren der von der Kolbenführungsbuchse 1 einstellende Öldruck.
Der in 1 dargestellte Ventilspielausgleichsmechanismus umfasst weiterhin einen Federteller 6 der über einen Sperrring 7 an einem Halsabschnitt 2a des Kolbenelements 2 gesichert ist. An diesem Federteller 6 greift eine Spielausgleichsfeder 8 an. Die Spielausgleichsfeder 8 sitzt auf einem radial auskragenden Sitzflansch 1d der Kolbenführungsbuchse 1. Der Sitzflansch 1d bildet auf seiner der Spielausgleichsfeder 8 abgewandten Seite eine Sitzfläche 1e die als solche die maximale Einschraubtiefe der Kolbenführungsbuchse 1 in die Aufnahme 3 begrenzt. Der Axialüberstand des von der Stirnfläche 1b begrenzten Gewindeabschnitts 1a über die Sitzfläche 1e und die Lage der Ringschulter 3b gegenüber der den Sitzflansch 1d stützenden Sitzfläche 3c bestimmen die Axialdicke des Ringelements 4.
Die Detaildarstellung nach 2 zeigt einen Ausschnitt des Ventilspielausgleichsmechanismus nach 1. In der Kolbenführungsbuchse 1 ist das Kolbenelement 2 axial verlagerbar aufgenommenen. Die Kolbenführungsbuchse 1 sitzt über den Gewindeabschnitt 1a in der Aufnahme 3. Die Aufnahme 3 bildet eine Stufenbohrung.
Die Stufenbohrung bildet eine Ringschulter 3b. Die Kolbenführungsbuchse bildet eine der Ringschulter 3b zugewandte Stirnfläche 1b. In einem Zwischenbereich zwischen der Stirnfläche 1b der Kolbenführungsbuchse 1 und der in der Aufnahme 3 gebildeten Ringschulter 3b sitzt das Ringelement 4. Wie in 2 veranschaulicht, ist im Bereich der Stirnfläche 1b ein Stirnprofil 1c ausgebildet. Dieses Stirnprofil 1c ist so gestaltet, dass dieses einen ersten Einpressringsteg R1 und einen zweiten Einpressringsteg R2 bildet. Diese Einpressringstege R1, R2 erstrecken sich als schmale Ringstrukturen durchgängig über den Gesamtumfang der Stirnfläche 1b. Die Festigkeit der Ringstrukturen R1, R2 ist größer als die des Ringelementes 4. Die Ringstrukturen R1, R2 graben sich damit bis zum vollflächigen Aufsitzen der ansonsten vorzugsweise im wesentlichen planen Stirnfläche 1b auf dem Ringelement 4 in das Ringelement 4 unter plastischer Deformation desselben ein.
Wie aus den 3a, 3b und 3c ersichtlich, ist es möglich, wenigsten einen der Einpressringstege R1, R2 hinsichtlich seines Querschnitts derart zu gestalten, dass im Rahmen des Eindringens der Ringstege R1, R2 in das Ringelement 4 (nur bezüglich 3c dargestellt) dieses radial nach außen belastet wird.
In 3a ist eine Variante der Stirnfläche 1b veranschaulicht bei welcher die beiden Ringstege R1, R2 unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Der Ringsteg R1 weist einen Querschnitt in der Art eines gleichschenkligen Dreiecks auf. Dieser Ringsteg R1 verursacht im wesentlichen gleiche Materialverlagerungen nach innen und nach außen. Der Ringsteg R2 verursacht primär eine Materialverlagerung radial nach außen.
Bei der Variante nach 3b erstreckt sich der erste Ringsteg R1 in unmittelbarer Nachbarschaft der Endkante der Innenumfangsfläche 1f der Kolbenführungsbuchse 1. Der zweite Ringsteg R2 ist ähnlich der Variante nach 3a so ausgebildet, dass dieser sich in das Ringelement 4 (vgl. 2, oder 3c) eingräbt und dabei eine Vorspannung desselben nach außen bewirkt.
In 3c ist eine Variante dargestellt, bei welcher die Stirnfläche 1b insgesamt drei voneinander beabstandete Ringstege R1, R2, R3 bildet, die sich in verbautem Zustand in das zugeordnete Ringelement 4 unter plastischer Verformung desselben eingraben. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Ringelement 4 aus einem Buntmetall gebildet. Der Innendurchmesser DR des Ringelements 4 ist größer als der Innendurchmesser DK der das Kolbenelement 2 aufnehmenden Kolbenführungsbuchse 1.
Bezugszeichenliste

1: Kolbenführungsbuchse
1a: Gewindeabschnitt
1b: Stirnfläche
1c: Stirnprofil
1d: Sitzflansch
1e: Sitzfläche
1f: Innenumfangsfläche
2: Kolbenelement
3: Aufnahme
3a: Gewindebohrungsabschnitt
3b: Ringschulter
4: Ringelementes
6: Federteller
7: Sperrring
8: Spielausgleichsfeder
R1: Einpressringsteg
R2: Einpressringsteg
R3: Einpressringsteg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007008409 A1 [0002]

Claims

Ventilspielausgleichsmechanik mit: – einer Kolbenführungsbuchse (1), – einem Kolbenelement (2) das in der Kolbenführungsbuchse (1) axial verlagerbar aufgenommenen ist, und – einer die Kolbenführungsbuchse (1) zumindest teilweise aufnehmenden Aufnahme (3), – wobei die Kolbenführungsbuchse (1) in ihrem Außenumfangsbereich mit einem Gewindeabschnitt (1a) versehen und über diesen Gewindeabschnitt (1a) in die Aufnahme (3) eingeschraubt ist, und – in einem Zwischenbereich zwischen einer Stirnfläche (1b) der Kolbenführungsbuchse (1) und einer in der Aufnahme gebildeten Ringschulter (3b) ein Ringelement (4) aufgenommen ist.
Ventilspielausgleichsmechanik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Stirnfläche (1b) ein Stirnprofil ausgebildet ist.
Ventilspielausgleichsmechanik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnprofil einen ersten Einpressringsteg (R1) bildet,
Ventilspielausgleichsmechanik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnprofil einen zweiten Einpressringsteg (R2) bildet.
Ventilspielausgleichsmechanik nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigsten einer der Einpressstege (R1, R2) hinsichtlich seines Querschnitts derart gestaltet ist, dass dieser im Rahmen des Eindringens in das Ringelement (4) dieses radial nach außen belastet.
Ventilspielausgleichsmechanik nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (4) aus einem Stahlwerkstoff gebildet ist.
Ventilspielausgleichsmechanik nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (4) aus einem Buntmetall gebildet ist.
Ventilspielausgleichsmechanik nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (DR) des Ringelements (4) größer ist als der Außendurchmesser des Kolbenelements (2).