DE102021101220A1

DE102021101220A1 - Trägermodul für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlastbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102021101220A1
Application number: DE102021101220.1A
Authority: DE
Inventors: Dimitri Schott; Harald Elendt; Michael Knorr; Andreas Moeller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-01-21
Filing date: 2021-01-21
Publication date: 2022-07-21
Also published as: CN114810265A

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Trägermodul (1) für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlastbrennkraftmaschine, mit einem Achsstück (2), das zumindest eine Baugruppe (3) mit wenigstens einem Nockenkipphebel (4) und einem Ventilkipphebel (5) an dem wenigstens einen Nockenkipphebel (4) aufweist, welche Kipphebel (4, 5) bei der Vorder- und bei der Hinterseite (6, 8) je einen gemeinsamen Überlappungsabschnitt (10, 11) besitzen, wobei bei einem der Überlappungsabschnitte (10, 11) eine achsstückparallele Aufnahme (13, 12) in jedem der Kipphebel (5, 4) liegt, in einer von denen ein Koppelschiebermittel (14) sitzt, das für einen Koppelfall über ein Servomittel, abschnittsweise über eine Trennfläche (15) zwischen den Kipphebeln (4, 5) hinweg, in die Aufnahme (12, 13) des anderen Kipphebels (4, 5) verlagerbar ist, wobei bei dem anderen Überlappungsabschnitt (11, 10) eine Nockenrückstellfeder (16) von den beiden Kipphebeln (4, 5) eingehaust ist, die als wenigstens eine Schraubendruckfeder vorliegt, welche, über die Trennfläche (15) zwischen den Kipphebeln (4, 5) hinweg, abschnittsweise in je einer segmentartigen Einformung (17, 18) einer Außenwand (19, 20) jedes Kipphebels (4, 5) steht und zwischen sich diagonal gegenüberliegenden Grundabschnitten (21, 22) der Einformungen (17, 18) eingespannt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein zylinderindividuelles Trägermodul für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlastbrennkraftmaschine, mit einem Achsstück, das zumindest eine Baugruppe mit wenigstens einem Nockenkipphebel und einem Ventilkipphebel an dem wenigstens einen Nockenkipphebel, relativ verschwenkbeweglich zueinander, aufweist, wobei der Nockenkipphebel an einer Vorderseite der Baugruppe eine Nockenanlauffläche und der Ventilkipphebel an einer Hinterseite der Baugruppe eine Ventilkontaktfläche haben, welche Kipphebel bei der Vorder- und bei der Hinterseite je einen gemeinsamen Überlappungsabschnitt besitzen, wobei bei einem der Überlappungsabschnitte eine achsstückparallele Aufnahme in jedem der Kipphebel liegt, in einer von denen ein Koppelschiebermittel sitzt, das für einen Koppelfall über ein Servomittel abschnittsweise über eine Trennfläche zwischen den Kipphebeln hinweg in die Aufnahme des anderen Kipphebels verlagerbar ist und wobei zwischen den Kipphebeln eine Nockenrückstellfeder eingespannt ist.
Unter „Schwerlast-Brennkraftmaschine“ ist eine Maschine zu verstehen, wie sie insbesondere zum Antrieb eines Lkw, Transporters, Leichttransporters, landwirtschaftlichen Arbeitsgeräts, Schiffs, Bergbau- oder Baustellengeräts etc. verwendet wird.
Als nächstkommend wird die zum Anmeldezeitpunkt noch nicht veröffentlichte DE 10 2020 113 222.0 betrachtet. Das hieraus hervorgehende Trägermodul hat zwei Baugruppen. Eine erste, einlassseitige Baugruppe mit genau einem Nockenkipphebel, der abschnittsweise Wand-an-Wand mit einem Ventilkipphebel verläuft und eine zweite, auslassseitige Baugruppe, mit zwei Nockenkipphebeln, welche einen Ventilkipphebel einfassen (s. 1). Beide Baugruppen verlaufen auf einem gemeinsamen Achsstück am Zylinder und werden über respektive e-Aktoren geschaltet. Als Nockenrückstellfeder, auch Lost-Motion-Feder genannt, ist jedem Kipphebelpaar eine Drehschenkelfeder zugeordnet, welche zwischen den Kipphebeln verspannt ist und mit ihrem Windungspaket um das Achsstück verläuft.
Aufgabe ist es, ein Trägermodul mit einem kompakten und kraftvollen Nockenrückstellfedermechanismus zu kreieren.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Nockenrückstellfeder als wenigstens eine Schraubendruckfeder vorliegt, welche bei dem anderen Überlappungsabschnitt verläuft und vollständig von den beiden Kipphebeln eingehaust ist, wobei die Schraubendruckfeder, über die Trennfläche zwischen den Kipphebeln hinweg, abschnittsweise in je einer segmentartigen Einformung einer Außenwand jedes Kipphebels steht und zwischen sich diagonal gegenüberliegenden Grundabschnitten der Einformungen eingespannt ist.
Somit ist ein Trägermodul geschaffen, dessen Nockenrückstelleinheit vergleichsweise bauraumsparend ist und eine hohe Leistungsdichte hat. Sie ist bspw. auch vergleichsweise hohen Drehzahlen der Schwerlastbrennkraftmaschine gewachsen. Die wenigstens eine Schraubendruckfeder benötigt nur wenig Bauraum, lässt sich simpel in die Einformungen montieren und ist vergleichsweise preiswert.
Das Trägermodul kann einlass- und / oder auslassventilseitig im Zylinderkopf je Zylinder verbaut werden. Dabei können über den Ventilkipphebel auch bspw. zwei Gaswechselventile zumindest mittelbar gleichzeitig aktuiert werden (Brücke). Das Trägermodul soll dabei weitestgehend extern fertig vormontiert an den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine geliefert und dort verbaut werden.
Besondere Vorteil ist, dass je nach Anforderung auch ein Schraubendruckfederpaket verbaut werden kann. Hierbei ist an eine ineinander geschachtelte, simultan wirkende Verbauung gedacht. Die zumindest eine weitere Schraubendruckfeder kann jedoch auch so eingesetzt sein, dass sie erst ab einem gewissen Verdrehwinkel der beiden Kipphebel zueinander zum zusätzlichen Einsatz kommt, was dann zur Steigerung der Gesamtfederkennlinie führt.
Wie vorgeschlagen, soll der überwiegend größere Teil der Einformung, und somit auch der größere Teil der Schraubendruckfeder, im Nockenkipphebel liegen. Die hierbei erzielte Materialschwächung ist nahezu ohne Belang, da in diesem Kipphebelbereich (vorzugsweise „hinterer“, ventilseitiger Überlappungsabschnitt (Hinterseite des Trägermoduls)) keine Ventilfeder- und Gasdruckkräfte auf den Nockenkipphebel wirken.
Gemäß einer Fortbildung der Erfindung sind geschickte, interne Anschlagmaßnahmen der beiden Kipphebel zueinander vorgeschlagen. Demnach ragt bspw. von einem „unteren“ Grundabschnitt der Einformung im Ventilkipphebel ein diesen seitlich verbreiternder Ansatz über die Trennfläche zwischen den Kipphebeln hinweg in die Einformung des Nockenkipphebel. Dessen „untere“, druckfederferne Außenstirn schlägt im Verdrehbegrenzungsfall (Nockengrundkreisdurchlauf und fluchtende Position der beiden Koppelschieberaufnahmen) am gegenüberliegenden, „unteren“ Grundabschnitt der Einformung im Nockenkipphebel an. Diese Maßnahmen sind alternativ auch an „oberen“ Grundabschnittbereichen der Aufnahmen denkbar, wobei der verbreiternde Ansatz auch selbstverständlich von dem Nockenkipphebel ausgehen kann.
Vorteihaft ist es zudem, wenn die beiden die Schraubendruckfeder einhausenden Aufnahmen eine zu dieser komplementäre Formgebung haben und somit besonders bevorzugt die Geometrie von Zylinderschalensegmenten besitzen, die beim beispielsweise Gießen oder Schmieden oder einer MIM-Ausbildung der Kipphebel in einem Zug mit eingeformt werden.
In Konkretisierung der Erfindung sind Kappen o. Scheiben o. dgl. als Fußpunkte für die Schraubendruckfeder vorgeschlagen. Die Kappen, bspw. aus Stahlblech bestehend, sorgen für einen geraden Stand der Schraubendruckfeder und verringern den Verschleiß im Kontaktbereich zu den Aufnahmen.
Zur Aktuierung des wenigstens einen Kolbens als Koppelschiebermittel ist an einen e-Aktor oder an Drucköl gedacht. Es ist hierbei vorgesehen, in der vorzugsweise im „vorderen“, nockenseitigen Überlappungsabschnitt liegenden Aufnahme jedes Kipphebels einen Koppelkolben zu applizieren, wobei, im Fall des e-Aktors, der Koppelkolben im Ventilkipphebel an seiner dem Nockenkipphebel abgewandten Außenstirn von einem Anker des e-Aktors kontaktiert ist. Letztgenannter ist dabei vorzugsweise in einer lateral dem Ventilkipphebel vorgeordneten Tragplatte verbaut, welche mit dem Achsstück oder direkt mit dem Zylinderkopf verschraubt ist.
Eine optimierte Gleitlagerung der beiden Kipphebel auf dem Achsstück ist schließlich Gegenstand eines weiteren Unteranspruchs. Demnach soll der hochbelaste Ventilkipphebel über einen seitlichen Rohransatz verbreitert sein und über diesen auf dem Achsstück verlaufen. Der gering belastete Nockenkipphebel hingegen ist auf einem Außenmantel des Rohransatzes gleitgelagert. Der bis dato vorzufindende Trennspalt der Gleitlagerung der beiden Kipphebel auf dem Achsstück ist entfallen.
Zur Zeichnung:

• 1 zeigt eine räumliche Ansicht auf das Trägermodul mit einer einlassseitigen Baugruppe;
• 2 zeigt als Einzelheit den Ventilkipphebel mit seiner „inneren“ Seitenwand;
• 3 zeigt als Einzelheit den Nockenkipphebel mit seiner „inneren“ Seitenwand;
• 4 zeigt eine schematische Seitenansicht auf die Baugruppe nach 1 von „außen“ und
• 5 zeigt den Schnitt nach der Schnittlinie A-A der 4.

Die 1, 4 u. 5 zeigen in verschiedenen Darstellungen ein Trägermodul 1 für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlastbrennkraftmaschine. Dargestellt ist beispielhaft eine einlassseitige Baugruppe 3.
Die Baugruppe 3 umfasst ein Achsstück 2 mit einem Nockenkipphebel 4 und einem Ventilkipphebel 5 hierauf. Die Kipphebel 4, 5 liegen Wand-an-Wand und sind relativ verschwenkbeweglich zueinander. Dabei ist in 1 noch eine Nockenwelle 36 mit einem Nocken 35 eingezeichnet. Letztgenannter aktuiert eine Nockenkontaktfläche 7 am Nockenkipphebel 4, welche als Rolle vorliegt.
Die aus 1 hervorgehende Strich-Punkt-Linie steht für eine Unterteilung der Baugruppe 3 in eine Vorderseite 6 und eine Hinterseite 7. Der Ventilkipphebel 5 wirkt an der Hinterseite 7 über eine Ventilkontaktfläche 9 entweder auf ein Gaswechselventil oder auf eine Brücke zur gleichzeitigen Betätigung mehrerer Gaswechselventile ein (nicht gezeichnet).
Die Kipphebel 4, 5 besitzen bei der Vorder- und bei der Hinterseite 6, 8 je einen gemeinsamen Überlappungsabschnitt 10, 11. Im vorderen Überlappungsabschnitt 10 (s. a. 4) liegt in jedem Kipphebel 4, 5 eine achsstückparallele Aufnahme 12, 13. Nicht im Detail erkennbar ist, dass in der Aufnahme 13 des Ventilkipphebels 5 ein als Kolben ausgebildetes Koppelschiebermittel 14 verläuft. Dieses ist für einen gewünschten Koppelfall der Kipphebel 4, 5 miteinander über einen e-Aktor 29, der in 1 durch die Pfeilangabe angedeutet ist, abschnittsweise, über eine Trennfläche 15 zwischen den Hebeln 4, 5 hinweg, in die Aufnahme 12 des Nockenkipphebels 4 verlagerbar.
Der e-Aktor 29 verläuft in einer Tragplatte 30, welche den Ventilkipphebel 5 flankiert. Die Tragplatte 30 hat mehrere Bohrungen 37, worüber sie mit dem Achsstück 2 verschraubt / verstiftet werden kann. Das Achsstück 2 kann separat oder gemeinsam mit der Tragplatte 30 mit dem Zylinderkopf gefügt werden.
Bei dem hier an der Hinterseite 8 der Baugruppe 3 liegenden Überlappungsabschnitt 11 ist eine als Schraubendruckfeder vorliegende Nockenrückstellfeder 16 leicht schräg angestellt verbaut (s. 5, i. V. mit 2, 3). Diese ist erkennbar von den beiden Kipphebeln 4, 5 vollständig eingehaust und erstreckt sich über die Trennfläche 15 zwischen den Kipphebeln 4, 5 hinweg. Zu deren Unterbringung und Einspannung hat eine Außenwand 19, 20 jedes Kipphebels 4, 5 eine zylinderschalensegmentartige Einformung 17, 18. Die Einformung 17 im Nockenkipphebel 4 (s. rechte Bildhälfte der 4) ist tiefer als die Einformung 18 im Ventilkipphebel 5. Somit ist die Schraubendruckfeder 16 mit dem größeren Teil deren Durchmessers von der Einformung 17 des Nockenkipphebels 5 umfasst.
5 zeigt die Baugruppe 3 im Entkoppelmodus, bei welchem der Nockenkipphebel 4, so wie auch in 4 gezeichnet, eine Leerhubbewegung gegenüber dem Ventilkipphebel 5 vollzieht und das respektive Gaswechselventil somit geschlossen bleibt. Mit Beginn der Ablaufflanke des Nockens 35 führt die sich an einem (unteren) Grundabschnitt 22 des Ventilkipphebels 5 einerseits und an einem (oberen) Grundabschnitt 21 des Nockenkipphebels 4 andererseits abstützende Schraubendruckfeder 16 den Nockenkipphebel 4 an der ablaufenden Nockenflanke bis zum Erreichen einer Grundposition der beiden Kipphebel 4, 5 zueinander nach.
5 zeigt i. V. mit 2 zudem, dass von dem (unteren) Grundabschnitt 22 des Ventilkipphebels 5 ein Ansatz 23 über die Trennfläche 15 zwischen den Kipphebeln 5, 4 hinweg in die Einformung 17 des Nockenkipphebels 4 ragt. Durch Anschlag dessen druckfederferner Außenstirn 24 am gegenüberliegenden (unteren) Grundabschnitt 25 der Einformung 17 ist die Grundposition der Kipphebel 4, 5 zueinander definiert.
Zudem offenbart 5, dass die Schraubendruckfeder 16 beidenendig in stabilisierenden Kappen 27, 28 aus Blech aufgenommen ist, welche auf den sich diagonal gegenüberliegenden Grundabschnitten 21, 22 der respektiven Einformungen 17, 18 liegen.
Schließlich geht aus den 2, 3 hervor, dass die Bohrung 31 des Ventilkipphebels 5, aus der Außenwand 20 heraus, durch einen Rohransatz 32 verlängert ist. Über diese verbreiterte Gleitlagerung verläuft der Ventilkipphebel 5 auf dem Achsstück 2. Der Nockenkipphebel 4 ist im verbauten Zustand über seine Bohrung 34 auf einem Außenmantel 33 des Rohransatzes 32 gleitgelagert. Zu erkennen sind zudem die Einformungen 17, 18 in den Kipphebeln 4, 5 und der abstehende Grundabschnitt 22 des Ventilkipphebels 5.
Bezugszeichenliste

1): Trägermodul
2): Achsstück
3): Baugruppe
4): Nockenkipphebel, Kipphebel
5): Ventilkipphebel, Kipphebel
6): Vorderseite
7): Nockenanlauffläche
8): Hinterseite
9): Ventilkontaktfläche
10): Überlappungsabschnitt
11): Überlappungsabschnitt
12): Aufnahme
13): Aufnahme
14): Koppelschiebermittel
15): Trennfläche
16): Nockenrückstellfeder, Schraubendruckfeder
17): Einformung
18): Einformung
19): Außenwand
20): Außenwand
21): Grundabschnitt
22): Grundabschnitt
23): Ansatz
24): Außenstirn
25): Grundabschnitt
26): Grundabschnitt
27): Kappe
28): Kappe
29): e-Aktor
30): Tragplatte
31): Bohrung
32): Rohransatz
33): Außenmantel
34): Bohrung
35): Nocken
36): Nockenwelle
37): Bohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102020113222 [0003]

Claims

Zylinderindividuelles Trägermodul (1) für einen schaltbaren Ventiltrieb einer Schwerlastbrennkraftmaschine, mit einem Achsstück (2), das zumindest eine Baugruppe (3) mit wenigstens einem Nockenkipphebel (4) und einem Ventilkipphebel (5) an dem wenigstens einen Nockenkipphebel (4), relativ verschwenkbeweglich zueinander, aufweist, wobei der Nockenkipphebel (4) an einer Vorderseite (6) der Baugruppe (3) eine Nockenanlauffläche (7) und der Ventilkipphebel (5) an einer Hinterseite (8) der Baugruppe (3) eine Ventilkontaktfläche (9) haben, welche Kipphebel (4, 5) bei der Vorder- und bei der Hinterseite (6, 8) je einen gemeinsamen Überlappungsabschnitt (10, 11) besitzen, wobei bei einem der Überlappungsabschnitte (10, 11) eine achsstückparallele Aufnahme (13, 12) in jedem der Kipphebel (5, 4) liegt, in einer von denen ein Koppelschiebermittel (14) sitzt, das für einen Koppelfall über ein Servomittel, abschnittsweise über eine Trennfläche (15) zwischen den Kipphebeln (4, 5) hinweg, in die Aufnahme (12, 13) des anderen Kipphebels (4, 5) verlagerbar ist, wobei bei dem anderen Überlappungsabschnitt (11, 10) eine Nockenrückstellfeder (16) von den beiden Kipphebeln (4, 5) vollständig eingehaust ist, die als wenigstens eine Schraubendruckfeder vorliegt, welche, über die Trennfläche (15) zwischen den Kipphebeln (4, 5) hinweg, abschnittsweise in je einer segmentartigen Einformung (17, 18) einer Außenwand (19, 20) jedes Kipphebels (4, 5) steht und zwischen sich diagonal gegenüberliegenden Grundabschnitten (21, 22) der Einformungen (17, 18) eingespannt ist.
Trägermodul nach Anspruch 1, wobei die Einformungen (17, 18) in den beiden Kipphebeln (4, 5) Zylinderschalensegmente sind, wobei die Einformung (17) im Nockenkipphebel (4) eine größere Tiefe als die Einformung (18) im Ventilkipphebel (5) hat und die Schraubendruckfeder (16) mit dem größeren Teil deren Durchmessers von der Einformung (17) des Nockenkipphebels (5) umfasst ist.
Trägermodul nach Anspruch 1, wobei von einem der sich diagonal gegenüberliegenden und die Schraubendruckfeder (16) abstützenden Grundabschnitte (22, 21) der einen Einformung (18, 17) in einem der Kipphebel (5, 4) ein Ansatz (23) über die Trennfläche (15) zwischen den Kipphebeln (5, 4) hinweg in die Einformung (18, 17) des anderen der Kipphebel (4, 5) ragt, über Anlage dessen druckfederferner Außenstirn (24) am gegenüberliegenden Grundabschnitt (25) der anderen Einformung (17) ein Verdrehanschlag für die Kipphebel (4, 5) zur Darstellung deren Grundposition zueinander geschaffen ist.
Trägermodul nach Anspruch 1, wobei die Schraubendruckfeder (16) beidenendig in Kappen (27, 28) aufgenommen ist, welche auf den sich diagonal gegenüberliegenden Grundabschnitten (21, 22) der respektiven Einformungen (17, 18) liegen.
Trägermodul nach Anspruch 1, wobei als Servomittel zur Verlagerung des Koppelschiebermittels (14) entweder je zu verbindendem Kipphebelpaar [ein Nockenkipphebel (4) und ein Ventilkipphebel (5)] ein e-Aktor (29) oder Hydraulikmittel vorgesehen ist.
Trägermodul nach Anspruch 5, wobei im Fall des e-Aktors (29) dieser in einer mit dem Achsstück (2) gefügten Tragplatte (30) parallel zum Achsstück (2) verläuft.
Trägermodul nach Anspruch 1, wobei eine Bohrung (31) des Ventilkipphebels (5) auf dem Achsstück (2) an der Seite des Nockenkipphebels (4) über einen von dessen Außenwand (20) abstehenden Rohransatz (32) verlängert ist, auf dessen Außenmantel (33) der Nockenkipphebel (4) über seine Bohrung (34) unmittelbar gelagert ist.