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Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Abstützelement, unter anderem zum Spielausgleich eines Ventilantriebs einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 103 30 510 A1 ist ein Abstützelement für einen schaltbaren Schlepphebel eines Ventilantriebs einer Brennkraftmaschine bekannt, welches in einem Gehäuse zwei getrennte Strömungswege für ein Hydraulikmittel aufweist. Der erste Strömungsweg dient zur Versorgung einer hydraulischen Spielausgleichseinrichtung, während über den zweiten Strömungsweg die Versorgung von Koppelmitteln in einem aufliegenden, schaltbaren Schlepphebel mit dem Hydraulikmittel erfolgt. Ein Rückschlagventil innerhalb der hydraulischen Spielausgleichseinrichtung ist mit einer Kugel gebildet, die in der Schließstellung des Rückschlagventils eine Bohrung in einem Boden eines Arbeitskolbens verschließt. Eine Ventilfeder drückt die Kugel axial mit einer definierten mechanischen Vorspannkraft gegen das offene Ende der Bohrung im Kolbenboden, wobei sich die Ventilfeder zwischen der Kugel und einer topfförmigen Kappe abstützt. Ein radial nach außen gerichteter Flansch der Kappe liegt mit einer definierten Kraft an einer unterseitigen axialen Vertiefung des Arbeitskolbens an, wobei sich eine Druckfeder zur Erzeugung der notwendigen Andruckkraft zwischen dem Flansch der Kappe und einer Bodenfläche eines Zylinderraumes des Gehäuses des Abstützelements abstützt. Wenngleich dieses Abstützelement viele Vorteile aufweist, wird es dennoch als nachteilig angesehen, dass das Rückschlagventil neben der Kugel sowie der unterseitigen Bohrung im Boden des Arbeitskolbens zwei weitere Bauteile in Form der Ventilfeder und der topfförmigen Kappe benötigt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein universell einsetzbares, kappen- und ventilfederloses Abstützelement zum Spielausgleich eines Ventilantriebs einer Brennkraftmaschine vorzustellen, das zudem eine verlängerte Gebrauchsdauer bei einem zugleich reduzierten Herstellungsaufwand aufweist. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Abstützelements anzugeben.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sich die Ausfallwahrscheinlichkeit, der Montageaufwand sowie der Prüfaufwand von insbesondere eng tolerierten, komplexen Baugruppen im Allgemeinen durch eine Verringerung der Anzahl der Einzelbauteile reduzieren lässt.
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Die Erfindung betrifft daher ein hydraulisches Abstützelement, unter anderem zum Spielausgleich eines Ventilantriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem hohlzylindrischen Gehäuse, welches mit seiner Außenmantelfläche in eine Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine einbaubar ist, und welches in seiner radial innen ausgebildeten axialen Bohrung einen koaxial zu einer Längsmittelachse verschiebbaren Kolben aufnimmt, wobei der Kolben aus einem im Wesentlichen hohlzylindrischen Druckteil und einem sich axial daran anschließenden topfförmigen Arbeitsteil zusammengesetzt ist, wobei zumindest ein axial endseitiger Kopf des Druckteils über einen Gehäuserand herausragt und als Auflager für einen Nockenfolger dient, wobei ein Innenraum des Druckteils sowie ein Innenraum des Arbeitsteils einen Vorratsraum für ein Hydraulikmittel bilden, wobei ein Hochdruckraum für das Hydraulikmittel durch einen Boden des topfförmigen Arbeitsteils sowie durch die Bohrung des Gehäuses begrenzt ist, wobei der Vorratsraum sowie der Hochdruckraum über ein Rückschlagventil mit einer Kugel zur Gewährleistung eines selbsttätigen Spielausgleichs des Ventilantriebs hydraulisch miteinander verbunden sind, wobei sich der Kolben mit dem Boden des topfförmigen Arbeitsteils mittels einer Druckfeder an einem Gehäuseboden abstützt, und bei dem radial zwischen dem Druckteil des Kolbens sowie dem Gehäuse ein Sicherungsring angeordnet ist, welcher eine axiale Ausfahrbegrenzung des Kolbens bewirkt.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei diesem Abstützelement vorgesehen, dass die Kugel im Boden des Arbeitsteils in einer axial ausgerichteten Kugelführung axial verschiebbar aufgenommen ist, dass die Kugelführung einen vorratsraumseitigen ersten Kugelsitz und einen hochdruckraumseitigen zweiten Kugelsitz aufweist, und dass die beiden Kugelsitze einstückig mit dem Boden des Arbeitsteils des Kolbens ausgebildet sind.
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Durch diese Bauform des Abstützelements können eine ansonsten vorzusehende Ventilfeder sowie eine Haltekappe für die Ventilfeder und die Kugel ersatzlos entfallen, wodurch sich die Bauteilzahl und damit einhergehend der Fertigungsaufwand sowie die Ausfallwahrscheinlichkeit des Abstützelements beträchtlich reduzieren. Insbesondere das vergleichsweise aufwendige Einsetzen der bei herkömmlichen Bauformen notwendigen filigranen Ventilfeder entfällt, welches auch zu einer erheblichen Verminderung des Prüfaufwands im Rahmen der Qualitätssicherung führt. Die Kugelführung ist bevorzugt als zylindrische Bohrung ausgeführt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Abstützelements ist vorgesehen, dass der erste Kugelsitz bei anliegender Kugel hydraulisch vollständig schließt. Hierdurch wird der Hochdruckraum bei anliegender Kugel hermetisch dicht gegenüber dem Vorratsraum verschlossen, so dass das praktisch inkompressible und den Hochdruckraum im Idealfall vollständig ausfüllende Hydraulikmittel bei einer axialen Abwärtsbewegung des Kolbens in Richtung des Gehäusebodens wie eine in Längsrichtung starre beziehungsweise mechanisch feste Verbindung wirkt.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung dieses Abstützelements ist vorgesehen, dass der zweite Kugelsitz bei dort anliegender Kugel zumindest teilweise geöffnet bleibt. Hierdurch ist gewährleistet, dass das Hydraulikmittel unter Überwindung eines lediglich geringen Strömungswiderstandes aus dem Vorratsraum in den Hochdruckraum strömen kann und der Kolben zumindest bis zu einer durch die Ausfahrbegrenzung und/oder den Nockenfolger beziehungsweise einen Schlepphebel limitierten Höhe aus dem Gehäuse des Abstützelements ausfahren kann.
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In weiterer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der zweite Kugelsitz mindestens einen radial nach innen gerichteten Vorsprung aufweist oder durch diesen gebildet ist. Hierdurch wird ein Herausfallen der Kugel aus der Kugelführung im Arbeitsteil des Kolbens verhindert. Der oder die Vorsprünge können zum Beispiel die Form einer Sinus-Halbwelle oder eines Halbkreises aufweisen. Zwischen dem Vorsprung und dem Bohrungsrand und/oder den Vorsprüngen ist jeweils ein Durchströmraum für das Hydraulikmittel gebildet. Vorzugsweise werden drei Vorsprünge zur Ausbildung des zweiten Kugelsitzes ausgebildet.
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Außerdem kann bei diesem Abstützelement vorgesehen sein, dass die axiale Materialstärke des Bodens des Arbeitsteils des Kolbens gleich groß oder größer ist als der Durchmesser der Kugel des Rückschlagventils. Hierdurch ist ein zuverlässiger Sitz der Kugel innerhalb der Kugelführung sichergestellt. Darüber hinaus ist eine herstellungstechnisch problemlose einstückige Ausbildung der Kugelsitze am Boden des Arbeitsteils des Kolbens durch geeignete Umformprozesse möglich.
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Die verfahrensbezogene Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den folgenden Schritten gelöst:
- a) Herstellen eines topfförmigen Arbeitsteils eines Kolbens des hydraulischen Abstützelements, welches in seinem Boden eine axial ausgerichtete Kugelführung aufweist, welche einen zylindrischen Abschnitt und einen daran anschließende endseitige Verjüngung aufweist, wobei die Verjüngung einen kleineren Durchmesser als eine in die Kugelführung einzusetzende Kugel aufweist und einen vorratsraumseitigen ersten Kugelsitz bildet,
- b) Einsetzen der Kugel in die Kugelführung des Arbeitsteils des Kolbens,
- c) Umformen des Bodens des Arbeitsteils des Kolbens an dessen hochdruckraumseitiger Unterseite im Bereich der Kugelführung zur Ausbildung von mindestens einem nach radial innen weisenden Vorsprung zur Bildung eines hochdruckraumseitigen zweiten Kugelsitzes, wodurch die Kugel in der Kugelführung im Zusammenwirken mit dem vorratsraumseitigen ersten Kugelsitz unverlierbar jedoch axial beweglich aufgenommen ist, und
- d) axiales Einsetzen des Kolbens in ein Gehäuse des Abstützelements.
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Hierdurch ist eine fertigungstechnisch rationellere Herstellung des Abstützelements gegeben, da alle Fertigungsschritte im Gegensatz zu den vorbekannten Lösungen nicht isoliert nur an dem Arbeitsteil des Kolbens durchgeführt werden, sondern beginnend mit der in der Regel obligatorischen Wärmevorbehandlung an der gesamten Baugruppe Kugel-Arbeitsteil des Kolbens vollzogen werden können. Das Verfahren ermöglicht die Schaffung eines nur noch zweiteiligen Arbeitsteils durch ein kappenloses und ventilfederloses Design des Abstützelements.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Umformen im Verfahrensschritt c) durch Fließpressen des zumindest bereichsweise ungehärteten Arbeitsteils des Kolbens oder des komplett ungehärteten Arbeitsteils des Kolbens erfolgt. Aufgrund des nicht in allen Bereichen vollständig gehärteten Arbeitsteils des Kolbens wird der Umformprozess des Arbeitsteils erheblich erleichtert, wobei jedoch unter Umständen eine abschließende Wärmebehandlung zum Härten des Arbeitsteils und/oder der Kugel erforderlich ist. Das Umformen erfolgt in dieser Konstellation im Bereich des zweiten, hochdruckraumseitigen Kugelsitzes des Arbeitskolbens zur Ausformung der radialen Vorsprünge, so dass der Arbeitskolben zumindest in dieser Zone nicht vollständig gehärtet sein sollte. Eine den ersten, vorratsraumseitigen Kugelsitz bildende Verjüngung der hohlzylindrischen Kugelführung kann unter Umständen gleichzeitig, vorher oder nachher zum Beispiel durch Umformen ausgebildet werden, wobei der Arbeitsteil des Kolbens in diesem Bereich zumindest nicht vollständig gehärtet sein sollte.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens kann das Umformen im Verfahrensschritt b) durch Taumelumformen oder durch Radialpunktumformen des zumindest bereichsweise gehärteten Arbeitsteils des Kolbens erfolgt. Hierdurch kann die notwendige Umformung am bereits gehärteten Arbeitsteil des Kolbens vollzogen werden, so dass in der Regel weitere Behandlungsschritte zum Härten entbehrlich werden, sich der Umformprozess jedoch aufwendiger gestaltet.
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Entsprechend einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass vor dem Verfahrensschritt a) oder nach dem Verfahrensschritt d) zumindest die Kugel, das Arbeitsteil und/oder ein Druckteil des Kolbens zumindest bereichsweise einer Wärmebehandlung zu deren Härtung unterzogen werden. Hierdurch ist eine flexible Gestaltung des Ablaufs des erfinderischen Verfahrens möglich.
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Für den vollständigen Zusammenbau des Abstützelements kann vorgesehen sein, dass zumindest eine auf das Arbeitsteil des Kolbens wirkende Druckfeder, das umgeformte Arbeitsteil des Kolbens mit der darin aufgenommenen Kugel, das Druckteil des Kolbens sowie ein Sicherungsring in eine Bohrung des Gehäuses des Abstützelements eingesetzt und mittels des Sicherungsrings darin axial gesichert werden. Hierdurch sind lediglich relativ große und leicht zu handhabende Komponenten beziehungsweise eine Baugruppe in Form von Arbeitsteil und Kugel zum fertigen Abstützelement zu integrieren.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt in
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1 einen Längsschnitt durch ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Abstützelement,
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2 eine hochdruckraumseitige Draufsicht auf das Arbeitsteil des Kolbens des Abstützelements mit radial nach innen weisenden Vorsprüngen, und
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3 bis 5 schematische Darstellungen zum Ablauf der Herstellung eines hochdruckraumseitigen Kugelsitzes am Arbeitsteil des Kolbens.
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Das Abstützelement 10 gemäß 1 weist ein im Wesentlichen topfförmiges Gehäuse 12 mit einem Gehäuseboden 14 auf. Das Abstützelement 10 ist mit der Außenmantelfläche 16 des Gehäuses 12 in eine Aufnahme eines nicht dargestellten Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine einsetzbar. In einer zylindrischen Bohrung 18 des Gehäuses 12 ist ein aus einem topfförmigen Arbeitsteil 20 und einem weitgehend zylindrischen Druckteil 22 axial zusammengesetzter Kolben 24 entlang einer Längsmittelachse 26 verschiebbar aufgenommen.
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Das Arbeitsteil 20 des Kolbens 24 weist einen im Wesentlichen ebenen Boden 28 und eine hohlzylindrischen Wandung 30 auf, deren Außenmantelfläche 32 an einer Innenfläche 34 der zylindrischen Bohrung 18 weitgehend druckdicht anliegt. Eine Stirnseite 38 der Wandung 30 des Arbeitsteils 20 liegt an einer Stirnseite 36 des Druckteils 22 an. An dem von der Stirnseite 36 des Druckteils 22 wegweisenden Endes des Druckteils 22 ist als kalottenförmigen Kopf 40 ausgebildet, welcher als Auflager für einen nicht dargestellten schaltbaren Nockenfolger eines Ventilantriebs der Brennkraftmaschine dient. Die Versorgung des Nockenfolgers mit einem Hydraulikmittel erfolgt über eine zentrisch zur Längsmittelachse 26 des Abstützelements 10 in den Kopf 40 eingebrachten koaxialen zylindrischen Bohrung 42.
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Das im Bereich seiner Stirnseite 38 offene Arbeitsteil 20 sowie das im Bereich seiner Stirnseite 36 gleichfalls offene Druckteil 22 des Kolbens 24 bilden jeweils in etwa zylindrische Innenräume 44, 46 aus, die gemeinsam einen Vorratsraum 48 für das Hydraulikmittel definieren. Bei dem Hydraulikmittel handelt es sich bevorzugt um ein Schmieröl, das ohnehin zur Schmierung der Brennkraftmaschine notwendig ist und mit geringem Aufwand aus Schmierölgalerien beziehungsweise Schmierölbohrungen eines Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine abgezweigt werden kann.
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Die Zuführung des Hydraulikmittels in den Vorratsraum 48 erfolgt über eine Radialbohrung 50 im Gehäuse 12 des Abstützelements 10 und einen Durchlass 52 im Druckteil 22 des Kolbens 24. Die Radialbohrung 50 steht zu diesem Zweck mit nicht dargestellten Schmierölbohrungen in dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine in hydraulischer Verbindung, so dass in dem Vorratsraum 48 der normale Schmieröldruck der Brennkraftmaschine vorherrscht. Um die Zirkulation des Hydraulikmittels zu erleichtern, ist zwischen dem Druckteil 22 des Kolbens 20 und dem Gehäuse 12 des Abstützelements 10 ein Ringspalt 49 vorgesehen.
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Zumindest der kalottenförmige Kopf 40 ragt in jedem Betriebszustand des Abstützelements 10 über einen Gehäuserand 54 des Gehäuses 12 hinaus, wobei ein Sicherungsring 56 im Bereich einer Ringnut 58 des Druckteils 22 des Kolbens 24 und/oder der zumindest bereichsweise formschlüssig am kalottenförmigen Kopf 40 anliegende Schlepphebel eine axiale Ausfahrwegbegrenzung für den Kolben 24 bilden.
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Der Boden 28 des topfförmigen Arbeitsteils 20 des Kolbens 24 begrenzt zusammen mit dem Gehäuseboden 14 und der axialen Bohrung 18 des Gehäuses 12 einen Hochdruckraum 60 für das Hydraulikmittel, in dem dieses unter einem deutlich höheren Druck als in dem Vorratsraum 48 steht. Zwischen einer hochdruckraumseitigen Ringnut 62 im Boden 28 des Arbeitsteils 20 und dem Gehäuseboden 14 ist eine Druckfeder 64 koaxial angeordnet, mittels welcher der Kolben 24 in der axialen Bohrung 18 des Gehäuses 12 gegenüber dem Nockenfolger und/oder dem Sicherungsring 56 mechanisch federnd vorgespannt ist.
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Der Hochdruckraum 60 ist mittels eines Rückschlagventils 66 hydraulisch vom Vorratsraum 48 getrennt, so dass der vorstehend erläuterte konstruktive Aufbau des Abstützelements 10 insoweit den bekannten Ausführungsformen von so genannten "Hydrostößeln" zum Spielausgleich von Ventilantrieben in Brennkraftmaschinen entspricht und auf eine eingehendere Erläuterung der Spielausgleichsfunktion des Abstützelements 10 entlang der Längsmittelachse 26 an dieser Stelle verzichtet werden kann.
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Das ventilfederlose und kappenlose Rückschlagventil 66 weist eine Kugel 68 auf, die entlang der Längsmittelachse 26 in einer hohlzylindrischen Kugelführung 70 zwischen einem vorratsraumseitigen beziehungsweise dem Vorratsraum 48 zugewandten ersten Kugelsitz 72 und einem hochdruckraumseitigen beziehungsweise dem Hochdruckraum 60 zugewandten zweiten Kugelsitz 74 axial verschiebbar aufgenommen ist.
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Bei am ersten Kugelsitz 72 anliegender Kugel 68 ist das Rückschlagventil 66 hermetisch dicht geschlossen, so dass das im Hochdruckraum 60 eingeschlossene, inkompressible Hydraulikmittel gegenüber jeder Abwärtsbewegung des Kolbens 24 in Richtung des Gehäusebodens 14 wie eine mechanisch starre Verbindung wirkt. Im Fall einer entgegengesetzten Aufwärtsbewegung des Kolbens 24 wird hingegen die Kugel 68 durch das in den Hochdruckraum 60 einströmende Hydraulikmittel vom ersten Kugelsitz 72 abgehoben und gegen den zweiten Kugelsitz 74 gedrückt. Der zweite Kugelsitz 74 bleibt auch bei anliegender Kugel 68 zumindest teilweise geöffnet und erlaubt dadurch einen Durchtritt des Hydraulikmittels, so dass der Aufwärtsbewegung des Kolbens 24 ein nur vergleichsweise geringer Strömungswiderstand entgegensteht und sich das Abstützelement 10 sozusagen aufpumpt. Hierdurch schiebt sich der Kolben 24 des Abstützelements 10 entlang der Längsmittelachse 26 geringfügig aus dem Gehäuse 12 heraus, wodurch der gewünschte dynamische Spielausgleich in Bezug zu dem am Kopf 40 anliegenden Nockenfolger der Brennkraftmaschine stattfindet.
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Um das Herausfallen der Kugel 68 aus dem Rückschlagventil 66 beziehungsweise aus dem Boden 28 des Arbeitsteils 20 des Kolbens 24 zu verhindern, verfügt der zweite Kugelsitz 74 über vier kleine, radial nach innen gerichtete Vorsprünge 76, 78, 90, 92, von denen in 1 lediglich zwei Vorsprünge 76, 78 sichtbar sind. Erfindungsgemäß sind die beiden Kugelsitze 72, 74 integral beziehungsweise einstückig mit oder am Boden 28 des Arbeitsteils 20 des Kolbens 24 ausgebildet, so dass das Rückschlagventil 66 für seine ordnungsgemäße Funktion weder eine Ventilfeder noch eine Kappe zur Lagesicherung der Kugel 68 benötigt.
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Um die integrale Ausbildung des Rückschlagventils 66 im Zuge eines einfachen Umformprozesses des Arbeitsteils 20 des Kolbens 24 zu ermöglichen, ist die axiale Materialstärke 80 des Bodens 28 des Arbeitsteils 20 allenfalls geringfügig kleiner, gleich oder größer als ein Durchmesser 82 der Kugel 68. Der Durchmesser 82 der Kugel 68 ist etwas kleiner als der in 4 bezeichnete Durchmesser 102 der Kugelführung 70 im Boden 28 des Arbeitsteils 20. Der erste Kugelsitz 72 ist im Bereich der vorratsraumseitigen Oberseite 84 und der zweite Kugelsitz 74 ist im Bereich der hochdruckraumseitigen Unterseite 86 des Bodens 28 integral am Arbeitsteil 20 des Kolbens 24 ausgebildet. Die Oberseite 84 des Bodens 28 ist hierbei zum Vorratsraum 48 und die Unterseite 86 ist zum Hochdruckraum 60 gerichtet. Ein in 1 nicht erkennbarer so genannter axialer Kugelhub 108 ist durch den axialen Weg entlang der Längsmittelachse 26 definiert, den die Kugel 68 zwischen beiden Kugelsitzen 72, 74 maximal, also bis sie jeweils an einem der Kugelsitze 72, 74 anliegt, zurücklegen kann. Dieser in 5 erkennbare Kugelhub 108 beträgt höchstens einige Zehntelmillimeter.
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Das ventilfederlose sowie haltekappenlose Rückschlagventil 66 des Abstützelements 10 führt im Vergleich zu bekannten Abstützelementen zu einem konstruktiv bedingten, erhöhten Vorhubverlust im Ventilantrieb der Brennkraftmaschine, also einem geringfügigen axialen Einsinken des hydraulischen Abstützelements 10, wenn eine Kraft in axialer Richtung von oben auf den Kopf 40 des Druckteils 22 einwirkt, wie es im Ventilantrieb zum Beispiel unmittelbar zu Beginn des Nockenfolgerhubs der Fall ist. Dieser erhöhte Vorhubverlust erklärt sich daraus, dass das Rückschlagventil 66 erst schließt, wenn das Hydraulikmittel aus dem Hochdruckraum 60 in den Vorratsraum zu 48 strömen beginnt und dabei die Kugel 68 des Rückschlagventils 66 zunehmend mitnimmt. Dieser Vorhubverlust muss daher durch eine entsprechende Öffnungskurve des Kugelhubs im Rückschlagventil 66 berücksichtigt werden. Bei bekannten Ventilantrieben sollte zu diesem Zweck ein möglichst kleiner und exakt reproduzierbarer Kugelhub vorgegeben sein. Bei variablen Ventilantrieben, die zum Beispiel ein Schiebenockensystem mit entsprechenden radialen Toleranzen der Nockenwelle verwenden, kann hingegen ein größerer Kugelhub vorteilhaft sein, um den Grundkreisschlag der Nockenwelle besser auszugleichen.
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Ergänzend oder alternativ kann der Kugelhub auch durch eine Variation der Oberflächengeometrie der beiden Kugelsitze 72, 74 beeinflusst werden. Hierdurch wird im Ergebnis ein universeller Einsatz des Abstützelements 10 in einer Vielzahl von unterschiedlichen Typen von Ventilantrieben von Brennkraftmaschinen ermöglicht.
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2 zeigt eine Draufsicht auf die hochdruckraumseitige Unterseite 86 das Arbeitsteil 20 des Kolbens 24 mit den schon erwähnten radialen Vorsprüngen. In der Unterseite 86 des Bodens 28 des Arbeitsteils 20 des Kolbens 24 ist die Ringnut 62 zur radialen Lagesicherung der hier nicht dargestellten Druckfeder ausgebildet. Der hochdruckraumseitige, zweite Kugelsitz 74 weist die vier radial nach innen weisende Vorsprünge 76, 78, 90, 92 zur axialen Lagesicherung der Kugel 68 in Verbindung mit dem ersten, hier verdeckten Kugelsitz 72 auf. Die Vorsprünge 76, 78, 90, 92 sind jeweils einstückig am Arbeitsteil 20 des Kolbens 24 ausgebildet und gleichmäßig zu einander beabstandet sowie umfangsseitig um den zweiten Kugelsitz 74 beziehungsweise um die als Bohrung ausgeführte Kugelführung 70 herum gruppiert.
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Abweichend von den hier lediglich exemplarisch gezeigten vier Vorsprüngen 76, 78, 90, 92, die um die Längsmittelachse 26 jeweils um 90° zueinander versetzt positioniert sind, können auch drei oder mehr als vier Vorsprünge im Bereich des zweiten Kugelsitzes 74 ausgeformt sein. Die Vorsprünge 76, 78, 90, 92 weisen bevorzugt die Formgebung einer Sinushalbwelle oder eines Halbkreises auf, können aber auch mit einer hiervon abweichenden Geometrie ausgeformt sein. Durch die Vorsprünge 76, 78, 90, 92 wird das Herausfallen der Kugel 68 aus der zylindrischen Kugelführung 70 verhindert. Darüber hinaus gewährleisten die vier Vorsprünge 76, 78, 90, 92 bei an diesen anliegender Kugel 68 einen definierten Durchfluss des Hydraulikmittels.
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Die 3 bis 5, auf die im weiteren Fortgang der Beschreibung zugleich Bezug genommen wird, zeigen jeweils schematische Darstellungen des Ablaufs des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens. Das Arbeitsteil 20 des Kolbens 24 verfügt bereits über die Ringnut 62, eine den ersten Kugelsitz 72 bildende abschnittsweise ballige radiale Verjüngung 100 der zylindrischen Kugelführung 70 sowie den zylindrischen Innenraum 44 als ein Teil des ganzen Vorratsraums 48.
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Wie 3 zeigt, wird in einem ersten Verfahrensschritt zunächst die Kugel 68 entlang der Längsmittelachse 26 in die Kugelführung 70 des vorgefertigten Arbeitsteils 20 des Kolbens 24 eingesetzt, wobei der erste Kugelsitz 72 durch die radiale Verjüngung 100 ein Durchfallen der Kugel 68 verhindert, beziehungsweise als ein Anschlag für die Kugel 68 dient. Der erste Kugelsitz 72 wird bevorzugt zuvor im Zuge eines zur Fertigung des Arbeitsteils 20 geeigneten Herstellungsverfahrens, wie beispielsweise Fließpressen oder Gießen, einstückig mit diesem ausgebildet.
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In der in 4 gezeigten Position ist die Kugel 68 vollständig in die Kugelführung 70 eingesetzt, so dass der Umformprozess zur Herstellung zumindest des hochdruckraumseitigen, zweiten Kugelsitzes 74 beginnen kann. Der Durchmesser 82 der Kugel 68 ist vorzugsweise geringfügig kleiner als ein Durchmesser 102 der zylindrischen Kugelführung 70, wodurch sich ein Radialspiel und eine leichtgängige axiale Verschiebbarkeit der Kugel 68 zwischen den Kugelsitzen 72, 74 ergibt.
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In einem sich anschließenden Verfahrensschritt erfolgt ausgehend von 4 die Umformung des Arbeitsteils 20 des Kolbens 24 im Bereich der Unterseite 86 des Bodens 28 des Arbeitsteils 20, bis die radialen Vorsprünge, von denen in 5 lediglich zwei Vorsprünge 76, 78 sichtbar sind, vollständig ausgeformt sind und die Kugel 68 zwischen den beiden Kugelsitzen 72, 74 in ihrer axialen Lage gesichert ist. Die Umformung erfolgt hierbei in Abhängigkeit vom lokalen Härtegrad des Arbeitsteils 20 des Kolbens 24 beispielsweise in Richtung der beiden Pfeile 104, 106 zum Beispiel durch Fließpressumformen, Taumelumformen, Radialpunktumformen oder andere geeignete Umformverfahren.
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Wie 5 zeigt, ist der Umformprozess des Arbeitsteils 20 des Kolbens 24 dann abgeschlossen und der zweite Kugelsitz 74 mit seinen hier lediglich sichtbaren radialen Vorsprüngen 76, 78 ist vollständig ausgeformt, wobei unter Umständen zumindest noch die umgeformten Bereiche, insbesondere die radialen Vorsprünge und/oder die Kugel 68, einem abschließenden Härteprozess unterzogen werden müssen. In 5 ist auch der maximale axiale Kugelhub 108 der Kugel 68 erkennbar, nämlich die Strecke zwischen der in 5 mit einer durchgezeichneten Linie angedeuteten zweiten Position der Kugel 68, in der diese am zweiten Kugelsitz 74 anliegt, und der mit einer gestrichelten Linie symbolisierten ersten Position der Kugel 68, in der diese am ersten Kugelsitz 72 dicht schließend anliegen würde.
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In einem abschließenden, in den Figuren nicht dargestellten Verfahrensschritt erfolgt die Endmontage des in 1 gezeigten Abstützelements. Dies kann zum Beispiel durch das Einsetzen der Druckfeder 64, des umgeformten Arbeitsteils 20 mit der darin aufgenommenen Kugel 68, des Druckteils 22 des Kolbens 24 sowie des Sicherungsrings 56 zur Lagesicherung der gesamten Anordnung in die Bohrung 18 des Gehäuses 12 des Abstützelements 10 geschehen.
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Ein Abweichen von der hier lediglich exemplarisch aufgezählten Abfolge von Verfahrensschritten zur Endmontage des Abstützelements kann zur weiteren Optimierung des Produktionsprozesses gegebenenfalls von Vorteil sein.
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Durch den Fortfall der bei bekannten Bauarten üblichen Ventilfeder sowie der zur Lagesicherung von Kugel und Ventilfeder notwendigen Haltekappe verringern sich die Herstellungskosten des Abstützelements beträchtlich. Weiterhin ist eine Fehlmontage der filigranen Ventilfeder wegen deren Abwesenheit ausgeschlossen, wodurch auch der ansonsten zur Sicherstellung einer einwandfreien Montage der Ventilfeder zu betreibende hohe Aufwand im Prüffeld entfällt. Ebenso wird eine Verlagerung der Ventilfeder bei größeren Kugelhüben vermieden, was ansonsten leicht zu Fehlfunktionen des Abstützelements und damit einhergehend zu schwerwiegenden Problemen im Ventilantrieb der Brennkraftmaschine führen kann.
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Die beschriebene Konstruktion des Rückschlagventils 66 kann bei einflutigen oder zweiflutigen hydraulischen Abstützelementen genutzt werden. Darüber hinaus kann die Konstruktion des Rückschlagventils 66 auch bei anderen hydraulischen Abstützelementen genutzt werden, beispielsweise solche, die nicht zum Spielausgleich eines Ventilantriebs einer Brennkraftmaschine verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hydraulisches Abstützelement
- 12
- Gehäuse
- 14
- Gehäuseboden
- 16
- Außenmantelfläche des Gehäuses
- 18
- Axiale Bohrung im Gehäuse
- 20
- Arbeitsteil des Kolbens
- 22
- Druckteil des Kolbens
- 24
- Kolben
- 26
- Längsmittelachse
- 28
- Boden des Kolbens
- 30
- Wandung des Kolbens
- 32
- Außenmantelfläche der Wandung des Arbeitsteils des Kolbens
- 34
- Innenfläche der axialen Bohrung im Gehäuse
- 36
- Stirnseite der Wandung des Arbeitsteils des Kolbens
- 38
- Stirnseite des Druckteils
- 40
- Kalottenförmiger Kopf
- 42
- Bohrung im Kopf
- 44
- Innenraum im Arbeitsteil
- 46
- Innenraum im Druckteil
- 48
- Vorratsraum, gebildet durch Innenräume 44, 46
- 49
- Ringspalt
- 50
- Radialbohrung im Gehäuse
- 52
- Durchlass im Druckteil des Kolbens
- 54
- Gehäuserand
- 56
- Sicherungsring
- 58
- Ringnut im Druckteil des Kolbens
- 60
- Hochdruckraum
- 62
- Ringnut im Boden des Arbeitsteils
- 64
- Druckfeder
- 66
- Rückschlagventil
- 68
- Kugel
- 70
- Kugelführung
- 72
- Vorratsraumseitiger erster Kugelsitz
- 74
- Hochdruckraumseitiger zweiter Kugelsitz
- 76
- Erster Vorsprung am zweiten Kugelsitz
- 78
- Zweite Vorsprung am zweiten Kugelsitz
- 80
- Materialstärke des Bodens des Arbeitsteils des Kolbens
- 82
- Durchmesser der Kugel
- 84
- Oberseite des Bodens des Arbeitsteils
- 86
- Unterseite des Bodens des Arbeitsteils
- 90
- Dritter Vorsprung am zweiten Kugelsitz
- 92
- Vierter Vorsprung am zweiten Kugelsitz
- 100
- Verjüngung am ersten Kugelsitz
- 102
- Durchmesser der Kugelführung
- 104
- Pfeil
- 106
- Pfeil
- 108
- Kugelhub
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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