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Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, das ein Gehäuse mit einem Gehäuseboden und einen in dem Gehäuse linear verlagerbar angeordneten, aus dem Gehäuse herausragenden Druckkolben aufweist, in dem ein Vorratsraum für ein Fluid vorliegt und der gemeinsam mit dem Gehäuse einen über ein Rückschlagventil mit dem Vorratsraum strömungsverbindbaren Druckraum für das Fluid einschließt, wobei der Vorratsraum über eine Fluidverbindung mit einem Fluidanschluss des Ventilspielausgleichselements strömungsverbunden ist, wobei in dem Druckraum eine Spielausgleichsfeder angeordnet ist, die einerseits an dem Gehäuse und andererseits an dem Druckkolben angreift, wobei der Druckkolben über eine Lagerfläche für einen Schlepphebel des Ventiltriebs verfügt, die von einer Durchtrittsausnehmung für das Fluid durchgriffen ist, und wobei ein Steuerventil vorliegt, das in einer ersten Schaltstellung eine Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum und der Durchtrittsausnehmung freigibt und in einer zweiten Schaltstellung vollständig unterbricht. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine.
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Das hydraulische Ventilspielausgleichselement stellt einen Bestandteil des Ventiltriebs beziehungsweise der Brennkraftmaschine dar. Es bildet ein Drehlager beziehungsweise eine Lagerstelle für einen Schlepphebel des Ventiltriebs, insbesondere einen Rollenschlepphebel, aus. Beispielsweise weist der Schlepphebel einerseits ein Lagergegenelement auf, über welches er mit dem Ventilspielausgleichselement verbunden ist, insbesondere auf diesem beziehungsweise dessen Lagerfläche aufliegt. Die Lagerfläche ist zum Beispiel teilkugelflächenförmig, insbesondere halbkugelflächenförmig. Das Lagergegenelement ist bevorzugt zur wenigstens teilweisen Aufnahme der Lagerfläche ausgebildet. Insbesondere verfügt es über eine an die Kontur der Lagerfläche angepasste Form. Neben dem Lagergegenelement verfügt der Schlepphebel über eine Kontaktstelle, an welcher er mit einem Gaswechselventil des Ventiltriebs, insbesondere einem Einlassventil oder einem Auslassventil, in Wirkverbindung steht oder zumindest in Wirkverbindung bringbar ist.
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Beispielsweise ist es vorgesehen, dass der Schlepphebel zwischen dem Lagergegenelement und der Kontaktstelle periodisch von einem Nocken des Ventiltriebs kraftbeaufschlagt wird. Weil der Schlepphebel an dem Ventilspielausgleichselement drehbar gelagert ist, bewirkt diese Kraftbeaufschlagung eine Betätigung des Gaswechselventils. Das hydraulische Ventilspielausgleichselement ist dazu vorgesehen, ein Spiel des Ventiltriebs, insbesondere des Schlepphebels, beispielsweise ein infolge von Verschleiß, thermischer Dehnung oder Fertigungstoleranzen auftretendes Spiel, selbsttätig auszugleichen.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
US 4 840 153 A bekannt. Diese betrifft ebenfalls ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement. Weiterhin beschreibt die Druckschrift
EP 1 298 287 A2 eine hydraulische Spieleinstellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die einen Körper aufweist, der eine erste darin ausgeformte Sacklochbohrung aufweist; weiter eine Stößelanordnung, die verschiebbar in der ersten Sacklochbohrung aufgenommen ist; eine Druckkammer, die durch die erste Sacklochbohrung und die Stößelanordnung definiert wird; eine Strömungsmittelkammer, die in der Stößelanordnung angeordnet ist; und eine Hydraulikströmungsmittelversorgung in der Strömungsmittelkammer; wobei die Stößelanordnung eine Ventilöffnung definiert, die eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Druckkammer und der Strömungsmittelkammer vorsieht; ein Rückschlagventilglied, welches betriebsmäßig mit der Ventilöffnung assoziiert ist, um die Ventilöffnung ansprechend auf eine jeweilige relative Vergrößerung oder eine relative Verringerung des Druckes in der Druckkammer zu öffnen oder zu schließen; Vorspannmittel, die normalerweise die Stößelanordnung aus der ersten Sacklochbohrung herausdrücken; Federmittel, die betreibbar sind, um das Rückschlagventilglied zu einer offenen Position hin entgegen der Kraft des Strömungsmittels vorzuspannen, welches aus der Druckkammer über das Rückschlagventilglied und durch die Ventilöffnung zur Strömungsmittelkammer fließt; und Mittel, die betreibbar sind, um die Bewegung des Rückschlagventilgliedes zu der offenen Position hin, weg von der Ventilöffnung, zu begrenzen. Dabei sollen die Federmittel eine ausreichende Kraft ausüben, um das Rückschlagventilglied während der Montage der Spieleinstellvorrichtung offen zu halten, die jedoch nicht ausreicht, um wesentlich die Zeitsteuerung des Öffnens und Schließens der Ventilöffnung während des Betriebs des Verbrennungsmotors zu beeinflussen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Ventilspielausgleichselementen Vorteile aufweist, insbesondere eine bedarfsgerechte Schmierung der Lagerstelle zwischen Ventilspielausgleichselement und Schlepphebel ermöglicht.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem hydraulischen Ventilspielausgleichselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass das Steuerventil als druckgesteuertes Ventil ausgebildet ist, wobei das Steuerventil derart ausgelegt ist, dass es bei einem kleineren ersten Fluiddruck in dem Vorratsraum die Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum und der Durchtrittsausnehmung freigibt und bei einem größeren zweiten Fluiddruck unterbricht.
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Das Ventilspielausgleichselement verfügt über das Gehäuse sowie den Druckkolben. Der Druckkolben ist in dem Gehäuse linear verlagerbar angeordnet und ragt wenigstens bereichsweise aus dem Gehäuse heraus. An dem aus dem Gehäuse herausragenden Bereich des Druckkolbens ist die Lagerfläche vorgesehen, auf welcher der Schlepphebel gelagert ist beziehungsweise gelagert werden kann. Die Lagerfläche ist beispielsweise teilkugelflächenförmig, beispielsweise halbkugelflächenförmig. Die Lagerfläche wird von der Durchtrittsausnehmung durchgriffen, durch welche das Fluid, beispielsweise Schmiermittel oder dergleichen, der Lagerstelle zuführbar ist. Beispielsweise wird die Lagerfläche mittig von der Durchtrittsausnehmung durchgriffen. Auf ihrer der Lagerfläche abgewandten Seite mündet die Durchtrittsausnehmung in den Vorratsraum für das Fluid ein. Der Vorratsraum ist in dem Druckkolben ausgebildet.
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Der Druckkolben begrenzt gemeinsam mit dem Gehäuse den Druckraum, welcher über das Rückschlagventil mit dem Vorratsraum strömungsverbindbar ist. Das bedeutet, dass die Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum und dem Druckraum von dem Rückschlagventil entweder verschlossen, insbesondere vollständig verschlossen, oder zumindest teilweise, insbesondere vollständig, freigegeben ist. Bevorzugt lässt das Rückschlagventil eine Strömung zwischen dem Vorratsraum und dem Druckraum lediglich in eine Richtung zu, nämlich aus dem Vorratsraum in Richtung des Druckraums. Eine Fluidströmung aus dem Druckraum in Richtung des Vorratsraums wird dagegen von dem Rückschlagventil verhindert.
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Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Rückschlagventil für unterschiedliche Strömungsrichtungen unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte einstellt, um stets einen Fluidaustausch zwischen dem Vorratsraum und dem Druckraum zuzulassen. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass bei einer Fluidströmung aus dem Vorratsraum in den Druckraum das Rückschlagventil einen größeren Durchströmungsquerschnitt und mithin einen größeren Massenstrom des Fluids aus dem Vorratsraum in den Druckraum zulässt als bei einer Fluidströmung aus dem Druckraum in den Vorratsraum.
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Der Vorratsraum ist über die Fluidverbindung mit dem Fluidanschluss des Ventilspielausgleichselements strömungsverbunden, insbesondere permanent strömungsverbunden. Das bedeutet, dass dem Vorratsraum über den Fluidanschluss und die Fluidverbindung das Fluid zugeführt werden kann, insbesondere von einer Fluidquelle, beispielsweise einer Fluidfördereinrichtung, bevorzugt einer Pumpe. Beispielsweise ist der Fluidanschluss hierzu an einen Fluidkreislauf, insbesondere einen Schmiermittelkreislauf, des Ventiltriebs angeschlossen. Das Zuführen des Fluids über den Fluidanschluss ist vorgesehen, weil das Fluid durch die Durchtrittsausnehmung aus dem Ventilspielausgleichselement austreten kann und nachfolgend zur Schmierung der Lagerstelle verwendet wird.
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Zum Ausgleich des Ventilspiels ist die Spielausgleichsfeder vorgesehen. Diese greift einerseits an dem Gehäuse und andererseits an dem Druckkolben an. Bevorzugt stützt sie sich auf ihrer dem Druckkolben abgewandten Seite an dem Gehäuseboden des Gehäuses ab. Die Spielausgleichsfeder ist zum Beispiel als Druckfeder ausgestaltet, welche eine von dem Gehäuseboden fort gerichtete Federkraft auf den Druckkolben bewirkt. Die Spielausgleichsfeder drängt insoweit den Druckkolben in die von dem Gehäuseboden abgewandte Richtung.
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Bevorzugt liegt der Druckkolben bezüglich seiner Längsmittelachse in Umfangsrichtung durchgehend dicht an dem Gehäuse an, sodass der Druckraum von dem Gehäuse zusammen mit dem Druckkolben fluiddicht begrenzt ist. Das bedeutet, dass dem Druckraum lediglich über das Rückschlagventil Fluid aus dem Vorratsraum zuführbar ist. Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass der Druckkolben derart in dem Gehäuse angeordnet ist, dass ein geringer Leckagestrom des Fluids zwischen dem Gehäuse und dem Druckkolben hindurch aus dem Druckraum entweichen kann.
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Das Rückschlagventil des Ventilspielausgleichselements weist beispielsweise ein Rückschlagventilelement und einen Rückschlagventilsitz auf, wobei das Rückschlagventilelement von einer Rückschlagventilfeder in Richtung des Rückschlagventilsitzes gedrängt wird. Dabei kann es vorgesehen sein, dass sich die Rückschlagventilfeder auf ihrer dem Rückschlagventilelement abgewandten Seite an einem topfförmigen Halteelement abstützt, das einen Haltekragen aufweist, über den die Spielausgleichsfeder an dem Druckkolben angreift.
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Auf diese Art und Weise kann das Rückschlagventil äußerst platzsparend realisiert werden. Beispielsweise stützt sich die Rückschlagventilfeder auf einem Boden im Inneren des topfförmigen Halteelements ab. Der Haltekragen ragt auf der dem Boden des Halteelements abgewandten Seite in radialer Richtung nach außen. Er liegt einerseits an dem Druckkolben an.
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Andererseits greift die Spielausgleichsfeder an ihm an. Entsprechend wird der Haltekragen und mithin das Halteelement von der Spielausgleichsfeder in Richtung des Druckkolbens beziehungsweise an den Druckkolben gedrängt.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Druckkolben mehrteilig ist und über ein die Lagerfläche aufweisendes Stützteil und ein das Rückschlagventil aufweisendes Ventilteil verfügt. Das Stützteil und das Ventilteil können fest beziehungsweise starr miteinander verbunden, beispielsweise kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass das Stützteil eine dem Ventilteil zugewandte Stirnfläche aufweist, welche an einer dem Stützteil zugewandten Stirnfläche des Ventilteils anliegt. Die Lagerflächen fluchten bevorzugt miteinander, weisen also dieselben Abmessungen auf. Selbstverständlich kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass das Ventilteil in das Stützteil eingreift, insbesondere in dieses eingepresst ist, oder umgekehrt.
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Es ergibt sich die folgende Funktion des Ventilspielausgleichselement: Wird das Ventilspielausgleichselement nicht oder lediglich geringfügig von dem Schlepphebel kraftbeaufschlagt, ist also die von der Spielausgleichsfeder auf den Druckkolben ausgeübte Federkraft größer als die von dem Schlepphebel über die Lagerfläche in den Druckkolben eingeleitete Kraft, so drängt die Spielausgleichsfeder den Druckkolben in die von dem Gehäuseboden abgewandte Richtung, sodass sich das Volumen des Druckraums vergrößert. Entsprechend tritt eine Fluidströmung aus dem Vorratsraum in Richtung des Druckraums auf, sodass das Rückschlagventil öffnet und die Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum und dem Druckraum freigibt.
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Wird dagegen das Ventilspielausgleichselement von dem Schlepphebel mit einer größeren Kraft beaufschlagt, insbesondere einer Kraft, die größer ist als die von der Spielausgleichsfeder bewirkte Federkraft, so wirkt insgesamt auf den Druckkolben eine Kraft, die diesen in Richtung des Gehäusebodens drängt. Hierdurch würde eine Verkleinerung des Volumens des Druckraums und entsprechend eine Fluidströmung aus dem Druckraum in Richtung des Vorratsraums auftreten. Folglich unterbricht das Rückschlagventil die Strömungsverbindung zwischen dem Druckraum und dem Vorratsraum, sodass das Volumen des Druckraums – bei Annahme eines inkompressiblen Fluids – konstant gehalten wird. Entsprechend kann die von dem Schlepphebel auf das Ventilspielausgleichselement ausgeübte Kraft den Druckkolben nicht oder allenfalls geringfügig und/oder mit geringer Geschwindigkeit in Richtung des Gehäusebodens verlagern.
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Das vorstehend erläuterte Zuführen des Fluids zu der Lagerstelle, insbesondere zu deren Schmierung und/oder Kühlung, ist nicht in jedem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine notwendig, verursacht jedoch einen hohen Fluidmassenstrom, der dem Ventilspielausgleichselement zugeführt beziehungsweise in dem Fluidkreislauf umgesetzt werden muss. Aus diesem Grund ist das Steuerventil vorgesehen, mittels welchem die Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum und der Durchtrittsausnehmung unterbrochen werden kann. Konkret wird in der ersten Schaltstellung die Strömungsverbindung zumindest teilweise, insbesondere vollständig, freigegeben und in der zweiten Schaltstellung vollständig unterbrochen. In der zweiten Schaltstellung kann also kein Fluid mehr aus dem Vorratsraum in Richtung der Durchtrittsausnehmung austreten beziehungsweise die Durchtrittsausnehmung durchströmen. Auf diese Art und Weise kann der Fluidbedarf des Ventilspielausgleichselements und mithin des Ventiltriebs in zumindest einigen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine deutlich reduziert werden.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuerventil ein in dem Druckkolben verlagerbares, insbesondere linear verlagerbares, Steuerventilelement und einen Steuerventilsitz aufweist, wobei der Steuerventilsitz von dem Druckkolben oder einem in dem Druckkolben angeordneten, insbesondere in dem Druckkolben eingepressten, Einsetzteil ausgebildet ist. Das Steuerventil weist als wesentliche Bestandteile das Steuerventilelement und den Steuerventilsitz auf. Liegt das Steuerventilelement an dem Steuerventilsitz an, so ist die Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum und der Durchtrittsausnehmung vollständig unterbrochen. Liegt dagegen das Steuerventilelement von dem Steuerventilsitz beabstandet vor, so ist die Strömungsverbindung wenigstens teilweise freigegeben. Der Steuerventilsitz liegt beispielsweise an dem Druckkolben selbst vor beziehungsweise wird von diesem ausgebildet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Steuerventilsitz an dem Einsetzteil vorgesehen ist, welches in dem Druckkolben vorliegt. Beispielsweise ist das Einsetzteil in den Druckkolben eingepresst, ist also kraftschlüssig mit diesem verbunden.
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Das Steuerventilelement kann grundsätzlich eine beliebige Gestalt aufweisen. Beispielsweise ist es kugelförmig. Mit einer derartigen Gestalt wird ein geringer Druckverlust bei geöffnetem Steuerventil realisiert. Bevorzugt ist das Steuerventilelement in radialer Richtung durchgehend von einem Innenumfang des Druckkolbens beabstandet, liegt also nicht oder zumindest nicht auf gegenüberliegenden Seiten an diesem an. Selbstverständlich kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass das Steuerventilelement in Umfangsrichtung wenigstens bereichsweise an dem Druckkolben anliegt. Bei einer derartigen Ausführungsform kann das Steuerventilelement wenigstens einen Strömungskanal aufweisen, welcher bevorzugt von dem Steuerventilelement und dem Druckkolben beziehungsweise dessen Innenumfang gemeinsam begrenzt ist.
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Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Steuerventilelement über eine Steuerventilfeder an dem Druckkolben gelagert ist, wobei die Steuerventilfeder das Steuerventilelement von dem Steuerventilsitz fort und in Richtung des Vorratsraum oder in diesen hineindrängt. Die Steuerventilfeder greift einerseits an dem Steuerventilelement und andererseits an dem Druckkolben an. Beispielsweise stützt sich die Steuerventilfeder an einer der Lagerfläche gegenüberliegenden Wandung des Druckkolbens ab. Bevorzugt umgreift die Steuerventilfeder die der Lagerfläche abgewandte Seite der Durchtrittsausnehmung in Umfangsrichtung bezüglich der Längsmittelachse des Druckkolbens wenigstens bereichsweise, insbesondere vollständig. Die Steuerventilfeder drängt das Steuerventilelement von der Lagerfläche und mithin von dem Steuerventilsitz fort, insbesondere also in Richtung des Vorratsraums oder sogar in diesen hinein.
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Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuerventil als druckgesteuertes Ventil ausgebildet ist, wobei das Steuerventil derart ausgelegt ist, dass es bei einem kleineren ersten Fluiddruck in den Vorratsraum die Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum und der Durchtrittsausnehmung freigibt und bei einem größeren zweiten Fluiddruck unterbricht. Die Schaltstellung beziehungsweise der Schaltzustand des Steuerventils ist also abhängig von dem in dem Vorratsraum vorliegenden Fluiddruck. Das Steuerventil beziehungsweise seine Steuerventilfeder ist hierzu so ausgelegt, dass die Strömungsverbindung vorliegt, solange der Fluiddruck in dem Vorratsraum dem ersten Fluiddruck entspricht oder zumindest kleiner ist als der zweite Fluiddruck, welcher größer ist als der erste Fluiddruck. Überschreitet dagegen der Fluiddruck den ersten Fluiddruck beziehungsweise erreicht oder überschreitet er den zweiten Fluiddruck, so unterbricht das Steuerventil die Strömungsverbindung.
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Sofern im Rahmen dieser Beschreibung von dem Fluiddruck in dem Vorratsraum die Rede ist, so kann ein Absolutdruck gemeint sein. Bevorzugt wird unter dem Fluiddruck jedoch ein Druck relativ zu einem weiteren Druck verstanden, also ein Relativdruck bezüglich des weiteren Drucks. Der weitere Druck ist beispielsweise der Druck in der Durchtrittsausnehmung oder ein Umgebungsdruck.
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Beispielsweise ist es hierbei vorgesehen, dass das Steuerventil vollständig geöffnet ist, solange der Fluiddruck kleiner oder gleich dem ersten Fluiddruck ist. Ebenso ist das Steuerventil vollständig geschlossen, sobald der Fluiddruck dem zweiten Fluiddruck entspricht oder diesen überschreitet. Liegt dagegen ein Fluiddruck vor, welcher größer ist als der erste Fluiddruck und kleiner als der zweite Fluiddruck, so kann das Steuerventil eine Schaltstellung einnehmen, in welcher die Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum und der Durchtrittsausnehmung lediglich teilweise freigegeben ist, also mit einem geringeren Durchströmungsquerschnitt als bei vollständig geöffnetem Steuerventil.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Steuerventilsitz an einem bezüglich einer Längsmittelachse des Druckkolbens umlaufenden Wandvorsprung vorliegt. Der Wandvorsprung ist in Umfangsrichtung bezüglich der Längsmittelachse umlaufend ausgestaltet, liegt also in Umfangsrichtung unterbrechungsfrei vor und umgreift den gesamten Umfang des Steuerventilsitzes. Der Wandvorsprung kann Bestandteil des Druckkolbens oder an diesem befestigt sein. In ersterem Fall ist er bevorzugt einstückig und/oder materialeinheitlich mit dem Druckkolben ausgebildet. Ist der Wandvorsprung dagegen separat von dem Druckkolben ausgebildet, so kann er nachträglich in diesen eingesetzt sein. Beispielsweise ist hierzu der Wandvorsprung Bestandteil des Einsetzteils beziehungsweise ist von diesem gebildet. Bei einer derartigen Variante kann der Wandvorsprung materialuneinheitlich mit dem Druckkolben vorliegen, also aus einem anderen Material bestehen als dieser. Zudem ist der Wandvorsprung üblicherweise nicht einstückig mit dem Druckkolben ausgebildet.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wandvorsprung durch Umformen des Druckkolbens, insbesondere durch Ausbilden einer Sicke, hergestellt ist. Bei dem Umformen wird eine Seitenwand des Druckkolbens in Richtung des Vorratsraums umgeformt, also üblicherweise in radialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse des Druckkolbens nach innen. Beispielsweise wird hierbei an einem Außenumfang des Druckkolbens die Sicke ausgestaltet, sodass sich der Innenumfang zur Ausbildung des Wandvorsprungs in Richtung des Vorratsraums, also in radialer Richtung nach innen, wölbt. Der Wandvorsprung liegt in anderen Worten in Form einer Wölbung vor.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Vorratsraum beabstandet zu dem Steuerventil und/oder zu dem Rückschlagventil eine Einschnürung aufweist. Unter der Einschnürung ist eine Verringerung des Querschnitts bezüglich der Längsmittelachse zu verstehen. Beiderseits der Einschnürung – in axialer Richtung gesehen – weist der Vorratsraum einen größeren Querschnitt auf als im Bereich der Einschnürung. Beispielsweise mündet die Fluidverbindung zwischen dem Fluidanschluss und dem Vorratsraum in die Einschnürung ein, durchgreift also eine Wandung des Druckkolbens im Bereich der Einschnürung.
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Die Einschnürung kann analog zu den vorstehenden Ausführungen zu dem Wandvorsprung durch Umformen des Druckkolbens, insbesondere durch Ausbilden einer Sicke, hergestellt sein. Das bedeutet, dass ein Außenumfang des Druckkolbens im Bereich der Einschnürung von dem Gehäuse beabstandet vorliegt, während er beidseitig der Einschnürung jeweils an dem Gehäuse anliegt, insbesondere dicht anliegt. Mithilfe der Einschnürung kann insoweit auf einfache Art und Weise die Fluidverbindung zwischen dem Fluidanschluss und dem Vorratsraum hergestellt werden, wobei die Fluidverbindung in radialer Richtung außenseitig von einer Innenumfangsfläche des Gehäuses und in radialer Richtung innenseitig von einer Außenumfangsfläche des Druckkolbens begrenzt ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Einschnürung Innenabmessungen aufweist, die größer sind als Innenabmessungen des Steuerventilsitzes. Die Querschnittsverringerung ist im Bereich der Einschnürung also nicht so stark ausgeprägt wie im Bereich des Steuerventilsitzes. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Innenabmessung der Einschnürung größer sind als Abmessungen des Steuerventilelements, insbesondere in senkrecht auf der Längsmittelachse stehender Richtung, und/oder dass die Innenabmessungen des Steuerventilsitzes kleiner sind als die Abmessungen des Steuerventilelements.
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Durch die größeren Innenabmessungen der Einschnürung hinsichtlich der Abmessungen des Steuerventilelements wird sichergestellt, dass das Fluid stets zuverlässig in den Vorratsraum einströmen kann, insbesondere wenn die von dem Fluidanschluss ausgehende Fluidverbindung über die Einschnürung in den Vorratsraum einmündet. Durch die bezüglich der Abmessungen des Steuerventilelements kleineren Innenabmessungen des Steuerventilsitzes wird ein zuverlässiges Unterbrechen der Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum und der Durchtrittsausnehmung sichergestellt.
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Schließlich kann im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass in dem Druckkolben ein Führungselement für das Steuerventilelement angeordnet ist. Das Führungselement kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein. Beispielsweise führt es das Steuerventilelement in axialer Richtung, lässt also lediglich eine Verlagerung des Steuerventilelements in axialer Richtung zu. Es kann jedoch auch dazu vorgesehen sein, eine Verlagerung des Steuerventilelements in die von dem Steuerventilsitz abgewandte Richtung zu begrenzen, sodass es als Endanschlag für das Steuerventilelement dient.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, mit einem hydraulischen Ventilspielausgleichselement gemäß den vorstehenden Ausführungen. Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung des Ventiltriebs beziehungsweise des Ventiltriebs beziehungsweise des Ventilspielausgleichselements wurde bereits hingewiesen. Sowohl der Ventiltrieb als auch das Ventilspielausgleichselement können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine mit einem hydraulischen Ventilspielausgleichselement, insbesondere mit einem hydraulischen Ventilspielausgleichselement gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei das hydraulische Ventilspielausgleichselement ein Gehäuse mit einem Gehäuseboden und einen in dem Gehäuse linear verlagerbar angeordneten, aus dem Gehäuse herausragenden Druckkolben aufweist, in dem ein Vorratsraum für ein Fluid vorliegt und der gemeinsame mit dem Gehäuse einen über ein Rückschlagventil mit dem Vorratsraum strömungsverbindbaren Druckraum für das Fluid einschließt, wobei der Vorratsraum über eine Fluidverbindung mit einem Fluidanschluss des Ventilspielausgleichselements strömungsverbunden ist, wobei in dem Druckraum eine Spielausgleichsfeder angeordnet ist, die einerseits an dem Gehäuse und andererseits an dem Druckkolben angreift, und wobei der Druckkolben über eine Lagerfläche für einen Schlepphebel des Ventiltriebs verfügt, die von einer Durchtrittsausnehmung für das Fluid durchgriffen ist.
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Dabei ist ein Steuerventil vorgesehen, dass in eine bestimmte Schaltstellung verlagert wird, die aus wenigstens einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung ausgewählt wird, wobei in der ersten Schaltstellung eine Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum und der Durchtrittsausnehmung freigegeben und in der zweiten Schaltstellung vollständig unterbrochen ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass das Steuerventil als druckgesteuertes Ventil ausgebildet ist, wobei das Steuerventil derart ausgelegt ist, dass es bei einem kleineren ersten Fluiddruck in dem Vorratsraum die Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum und der Durchtrittsausnehmung freigibt und bei einem größeren zweiten Fluiddruck unterbricht. Wiederum wird auf die vorstehenden Ausführungen hingewiesen, gemäß welchen der Ventiltrieb, das Ventilspielausgleichselement und/oder das Verfahren weitergebildet sein können.
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Die Erfindung sieht vor, dass das Steuerventil als druckgesteuertes Ventil ausgebildet ist, wobei das Steuerventil bei einem kleineren ersten Fluiddruck in dem Vorratsraum die Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum und der Durchtrittsausnehmung freigibt und bei einem größeren zweiten Fluiddruck unterbricht, und wobei der Fluiddruck in dem Vorratsraum durch Einstellen eines an dem Fluidanschluss anliegenden Versorgungsdrucks auf einen bestimmten Fluiddruck eingestellt wird, der zumindest aus dem ersten Fluiddruck und dem zweiten Fluiddruck ausgewählt wird.
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Hierauf wurde zuvor bereits hingewiesen. Das Einstellen des Versorgungsdrucks erfolgt beispielsweise durch Anpassen eines Drucks in dem Fluidkreislauf des Ventiltriebs beziehungsweise der Brennkraftmaschine, an welchen der Fluidanschluss des Ventilspielausgleichselements angeschlossen ist. Durch das Einstellen des Versorgungsdrucks auf den jeweiligen Fluiddruck kann die gewünschte Schaltstellung des Steuerventils eingestellt werden, sodass die Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum und der Durchtrittsausnehmung entweder freigegeben oder vollständig unterbrochen ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
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1 ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, wobei ein Steuerventil in einer ersten Schaltstellung vorliegt, und
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2 das Ventilspielausgleichselement, wobei das Steuerventil in einer zweiten Schaltstellung vorliegt.
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Die 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hydraulischen Ventilspielausgleichselement 1, wie es beispielsweise für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann. Das Ventilspielausgleichselement 1 verfügt über ein Gehäuse 2 mit einem Gehäuseboden 3 und ist in dem hier dargestellten Längsschnitt bezüglich einer Längsmittelachse 4 im Wesentlichen U-förmig. Neben dem Gehäuse 2 weist das Ventilspielausgleichselement 1 einen Druckkolben 5 auf, der in dem Gehäuse 2 linear verlagerbar angeordnet ist, insbesondere in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse 4.
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Der Druckkolben 5 ragt bereichsweise aus dem Gehäuse 2 heraus, nämlich auf der dem Gehäuseboden 3 abgewandten Seite. Hierzu weist das Gehäuse 2 eine entsprechende Öffnung 6 auf. In dem außerhalb des Gehäuses 2 angeordneten Bereich des Druckkolbens 5 ist eine Lagerfläche 7 vorgesehen. Die Lagerfläche 7 dient dem Abstützen beziehungsweise drehbaren Lagern eines hier nicht dargestellten Schlepphebels des Ventiltriebs. Die Lagerfläche 7 bildet insoweit eine Lagerstelle für den Schlepphebel. Sie wird von einer Durchtrittsausnehmung 8 durchgriffen, durch welche ein Fluid aus dem Druckkolben 5 ausgebracht werden kann.
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In dem Druckkolben 5 ist ein Vorratsraum für das Fluid vorgesehen. Der Vorratsraum 9 steht über eine Fluidverbindung 10 in Strömungsverbindung mit einem Fluidanschluss 11 des Ventilspielausgleichselements 1. An dem Fluidanschluss 11 wird dem Ventilspielausgleichselement 1 das Fluid zur Verfügung gestellt, beispielsweise mittels einer Fluidquelle. Bevorzugt ist der Fluidanschluss 11 an einen Fluidkreislauf des Ventiltriebs oder der Brennkraftmaschine angeschlossen.
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Die Fluidverbindung 10 verläuft zumindest bereichsweise zwischen einem Innenumfang 12 des Gehäuses 2 und einem Außenumfang 13 des Druckkolbens 5. Zur Ausbildung der Fluidverbindung 10 weist der Vorratsraum 9 beispielsweise eine Einschnürung 14 auf, welche durch Ausbilden einer Sicke hergestellt sein kann. Im Bereich der Einschnürung 14 mündet ein Strömungskanal 15 in den Druckkolben 5 ein beziehungsweise ist in einer Wandung des Druckkolbens 5 ausgebildet. Über den Strömungskanal 15 ist der Vorratsraum 9 mit dem Fluidanschluss 11 strömungsverbunden. Der Strömungskanal 15 stellt dabei einen Teil der Fluidverbindung 10 dar.
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Der Druckkolben 5 begrenzt gemeinsam mit dem Gehäuse 2 und insbesondere dessen Gehäuseboden 3 einen Druckraum 16 für das Fluid. Der Druckraum 16 ist über ein Rückschlagventil 17 mit dem Vorratsraum 9 strömungsverbindbar. Das bedeutet, dass der Vorratsraum 9 und der Druckraum 16 bei geöffnetem Rückschlagventil 17 miteinander in Strömungsverbindung stehen, diese Strömungsverbindung jedoch bei geschlossenem Rückschlagventil 17 unterbrochen ist. Das Rückschlagventil 17 weist ein Rückschlagventilelement 18, einen Rückschlagventilsitz 19 sowie eine Rückschlagventilfeder 20 auf. Das Rückschlagventilelement 18 ist beispielsweise kugelförmig.
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Der Rückschlagventilsitz 19 liegt an dem Druckkolben 5 vor beziehungsweise wird von diesem ausgebildet. Die Rückschlagventilfeder 20 greift einerseits an dem Rückschlagventilelement 18 und andererseits an einem topfförmigen Halteelement 21 an. Insbesondere liegt die Rückschlagventilfeder 20 mit ihrem dem Rückschlagventilelement 18 abgewandten Ende an einem Boden 22 des Halteelements 21 an. Das Halteelement 21 verfügt über einen Haltekragen 23, der sich in radialer Richtung nach außen erstreckt.
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In dem Druckraum 16 ist eine Spielausgleichsfeder 24 angeordnet. Diese stützt sich einerseits an dem Gehäuse 2, insbesondere an dem Gehäuseboden 3, und andererseits an dem Druckkolben 5 ab. Beispielsweise greift sie dabei über den Haltekragen 23 an dem Druckkolben 5 an. Somit liegt der Haltekragen 23 einerseits an dem Druckkolben 5 und andererseits an der Spielausgleichsfeder 24 an.
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Das Ventilspielausgleichselement 1 weist weiterhin ein Steuerventil 25 auf, mittels welchem die Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum 9 und der Durchtrittsausnehmung 8 wahlweise unterbrechbar beziehungsweise freigebbar ist. Das Steuerventil 25 verfügt über ein Steuerventilelement 26, einen Steuerventilsitz 27 sowie eine Steuerventilfeder 28. Die Steuerventilfeder 28 drängt das Steuerventilelement 26 von dem Steuerventilsitz 27 fort, insbesondere in Richtung des Vorratsraums 9. Das Steuerventilelement 26 liegt dabei grundsätzlich auf der dem Vorratsraum 9 zugewandten Seite des Steuerventilsitzes 27 vor.
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Das Steuerventil 25 ist als druckgesteuertes Ventil ausgebildet. Das Steuerventil 25 beziehungsweise dessen Steuerventilfeder 28 ist folglich derart ausgelegt, dass das Steuerventil 25 bei einem ersten Fluiddruck in dem Vorratsraum 9 die Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum 9 und der Durchtrittsausnehmung 8 freigibt und bei einem zweiten Fluiddruck unterbricht. Der zweite Fluiddruck ist dabei bevorzugt größer als der erste Fluiddruck. In der hier dargestellten Schaltstellung des Steuerventils 25 ist die Strömungsverbindung freigegeben, sodass Fluid gemäß den Pfeilen 29 und 30 durch das Steuerventil 25 hindurchströmen und aus der Durchtrittsausnehmung 8 austreten kann. Entsprechend liegt in dem Vorratsraum 9 ein Fluiddruck vor, welcher dem ersten Fluiddruck entspricht.
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Um eine zuverlässige Führung des Steuerventilelements 26 in dem Druckkolben 5 zu erzielen, kann ein Führungselement 31 vorgesehen sein. Dieses kann beispielsweise eine Längsführung des Steuerventilelements 26 bewirken und/oder als Endanschlag in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse 4 dienen.
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In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Steuerventilsitz 27 von dem Druckkolben 5 beziehungsweise dessen Wandung selbst ausgebildet.
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Er liegt dabei an einem Wandvorsprung 32 vor, der durch Umformen des Druckkolbens 5, insbesondere durch Ausbildung einer Sicke 33 an dem Druckkolben 5, hergestellt ist. Der Wandvorsprung 32 liegt in axialer Richtung beabstandet zu der Einschnürung 14 vor. Es ist angedeutet, dass das Steuerventilelement 26 einen Durchmesser D oder zumindest in radialer Richtung Abmessungen D aufweist. Ebenfalls in radialer Richtung weist der Steuerventilsitz 27 einen kleinsten Durchmesser d1 beziehungsweise kleinste Abmessungen in radialer Richtung d1 auf, während die Einschnürung 14 einen kleinsten Durchmesser d2 beziehungsweise kleinste Abmessungen d2 in radialer Richtung aufweist. Dabei gilt bevorzugt d1 < D < d2.
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Der Druckkolben 5 ist bevorzugt mehrteilig ausgestaltet und verfügt hierzu über ein die Lagerfläche 7 aufweisendes Stützteil 34 sowie ein das Rückschlagventil 17 aufweisendes Ventilteil 35. Das Stützteil 34 und das Ventilteil 35 können aneinander befestigt sein, insbesondere kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig. Selbstverständlich kann jedoch auch eine einteilige Ausgestaltung des Druckkolbens 5 vorgesehen sein.
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Die 2 zeigt das Ventilspielausgleichselement 1 bei einer zweiten Schaltstellung des Steuerventils 25. Auf die vorstehenden Ausführungen wird vollumfänglich Bezug genommen. Es wird deutlich, dass nun das Steuerventilelement 26 dicht an dem Steuerventilsitz 27 anliegt, sodass die Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum 9 und der Durchtrittsausnehmung 8 unterbrochen ist. Hierzu ist das Steuerventilelement 26 ausgehend von der zuvor anhand der 1 beschriebenen Schaltstellung in Richtung des Pfeils 36 in Richtung des Steuerventilsitzes 27 beziehungsweise der Durchtrittsausnehmung 8 verlagert. Diese Schaltstellung liegt gemäß den vorstehenden Ausführungen bevorzugt bei dem zweiten Fluiddruck vor, welcher größer ist als der erste Fluiddruck, bei welchem das Steuerventil 25 die Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsraum 9 und der Durchtrittsausnehmung 8 freigibt.
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Mithilfe des beschriebenen Ventilspielausgleichselements 1 kann auf einfache Art und Weise eine bedarfsgerechte Fluidversorgung der Lagerstelle sichergestellt werden, an welcher der Schlepphebel an dem Ventilspielausgleichselement 1 angreift. Hierdurch kann der Fluidverbrauch des Ventiltriebs deutlich reduziert werden.
