DE102022102040A1

DE102022102040A1 - Ventiltriebsanordnung mit einem hydraulischen Abstützelement

Info

Publication number: DE102022102040A1
Application number: DE102022102040.1A
Authority: DE
Inventors: Oliver Witter; Marcus Romeis; David Lang; Klaus Feldner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-01-28
Filing date: 2022-01-28
Publication date: 2023-08-03

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Ventiltriebsanordnung (1) mit einem in einer Aufnahme (2) eines Zylinderkopfes (3) einer Brennkraftmaschine angeordneten hydraulischen Abstützelement (4), welches ein topfartiges Gehäuse (5) hat, das über seinen Außenmantel (6) in der Aufnahme (2) steckt und in dessen Bohrung (7) ein demgegenüber axial beweglicher Druckkolben (8) unmittelbar verläuft, der mit seinem einer Lagerung eines Schlepphebels dienenden Kopf (9) einen Rand (10) des Gehäuses (5) überragt, welches Gehäuse (5) über dessen Boden (11) auf einem Grund (12) der Aufnahme (2) steht und zwischen einem kopffernen Ende (13) des Druckkolbens (8) und dem Boden (11) des Gehäuses (5) ein Hochdruckraum (14) für Hydraulikmittel gebildet sowie eine Druckfeder (15) eingespannt ist, wobei der Boden (11) einen Durchtritt (16) für das Hydraulikmittel von einem Vorrats- in den Hochdruckraum (17, 14) hat, an welchem Durchtritt (16) ein sich in den Hochdruckraum (14) öffnendes Rückschlagventil (18) sitzt, wobei die Aufnahme (2) des Zylinderkopfes (3) von wenigstens einer Zuleitung (19) für das Hydraulikmittel zur Versorgung des Vorratsraums (17) geschnitten ist und wobei der Vorratsraum (17) im Bereich eines Ringspaltes zwischen dem Außenmantel (6) des Gehäuses (5) und der Aufnahme (2) des Zylinderkopfes (3) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebsanordnung mit einem in einer Aufnahme eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine angeordneten hydraulischen Abstützelement, welches ein topfartiges Gehäuse hat, das über seinen Außenmantel in der Aufnahme steckt und in dessen Bohrung ein demgegenüber axial beweglicher Druckkolben unmittelbar verläuft, der mit seinem einer Lagerung eines Schlepphebels dienenden Kopf einen Rand des Gehäuses überragt, welches Gehäuse über dessen Boden auf einem Grund der Aufnahme steht und zwischen einem kopffernen Ende des Druckkolbens und dem Boden des Gehäuses ein Hochdruckraum für Hydraulikmittel gebildet sowie eine Druckfeder eingespannt ist, wobei der Boden einen Durchtritt für das Hydraulikmittel von einem Vorrats- in den Hochdruckraum hat, an welchem Durchtritt ein sich in den Hochdruckraum öffnendes Rückschlagventil sitzt und wobei die Aufnahme des Zylinderkopfes von wenigstens einer Zuleitung für das Hydraulikmittel zur Versorgung des Vorratsraums geschnitten ist.
Ein gattungsgemäßes Abstützelement ist in der DE 10 2008 005 768 A1 beschrieben. Dieses hat im Boden seines Gehäuses einen Durchtritt für Hydraulikmittel in einen darüber liegenden Hochdruckraum (sog. „Untenansaugung“). Eine Zuleitung für das Hydraulikmittel liegt unterhalb von einem Grund der Zylinderkopfaufnahme. Teile hiervon dienen gleichzeitig als Vorratsraum. Ein mit dem Gehäuse teleskopartig zusammengesteckter Druckkolben hat keine Ölspeicherfunktion und besteht aus Vollmaterial.
Ein Abstützelement mit seitlicher Zuleitung für das Hydraulikmittel an das Gehäuse heran geht aus der EP 2 020 758 B1 hervor. Dessen Druckkolben fasst einen Vorratsraum für Hydraulikmittel ein, welcher einen axial darunter liegenden Hochdruckraum speist.
Aufgabe ist es, ein Abstützelement mit einem Vorratsraum zu kreieren, bei dem das Risiko eines Nachsaugens von Luft in dessen Hochdruckraum drastisch minimiert ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Vorratsraum im Bereich eines Ringspalts zwischen dem Außenmantel des Gehäuses und der Aufnahme des Zylinderkopfes gebildet ist.
Besonders bevorzugt ist es, den Vorratsraum entweder durch Ausbildung einer deutlichen Ringnut im Außenmantel des Gehäuses, radial nach außen begrenzt durch die Aufnahme des Zylinderkopfes, oder durch Darstellung einer die Aufnahme radial erweiternden Ringtasche, radial nach innen begrenzt durch den Außenmantel des Gehäuses, zu schaffen. Klar ist, dass auch eine Kombination der beiden eben genannten Maßnahmen vom Schutzbereich erfasst ist.
Der zumindest hauptsächliche Bereich einer Bevorratung Hydraulikmittels ist somit um den Außenmantel des Gehäuses verlagert, was zu einer signifikanter Volumenvergrö-ßerung führt. Auch nach längerer Nichtbefeuerung der Brennkraftmaschine, wie sie bspw. bei Hybridfahrzeugen zu verzeichnen ist, mit dem Resultat eines abgesunkenen („auf Block gefahrenen“) Druckkolbens bei gleichzeitig teilweise entleerter Ölgalerie, steht nach Wiederbefeuerung der Brennkraftmaschine stets noch eine ausreichend große Menge an Hydraulikmittel im Ringspalt zwischen der Aufnahme des Zylinderkopfes und dem Außenmantel unterhalb der Zuleitung für eine „Untenansaugung“ in den Hochdruckraum zur Verfügung. Ein Nachsaugen von Luft in den Hochdruckraum mit den bekannten Nachteilen ist vermieden.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind vergleichsweise simpel und erfordern nur einen geringen Änderungsaufwand an bestehenden Ventiltriebsanordnungen. Der Druckkolben selbst kann einfacher gestaltet werden und ggf. auch aus einem leichtbauenden Vollmaterial wie Metallschaum, einem Verbundwerkstoff oder dergleichen bestehen.
Bei beiden Ausführungen (Ringnut, Ringtasche) ist klar, dass am Außenmantel des Gehäuses zumindest zwei axial beabstandete Dichtflächen gebildet sind, wobei die obere Dichtfläche axial oberhalb der Zuleitung liegt, um Ölaustritte in den Zylinderkopfbereich zu vermeiden.
Gegebenenfalls kann im Boden des Gehäuses, stromabwärts vor dem Durchtritt, noch eine Einsenkung als zusätzliches Hydraulikmittelreservoir liegen, wobei auch der Grund der Aufnahme eine derartige Einsenkung besitzen kann.
Gemäß einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung ist es vorgeschlagen, den Vorratsraum so auszubilden, dass dessen eingeschlossenes Volumen gleich oder größer dem Volumen des Hochdruckraumes ist. Eingeschlossen hierin (Vorratsraum) können auch die weiteren Ölpfade bis hin zum Rückschlagventil sein. Somit ist besonders sicher ein ausschließliches Nachsaugen von Öl unter allen Bedingungen garantiert.
Der wenigstens eine Axialkanal bzw. -pfad nach den Unteransprüchen 5, 6 kann bspw. auch wendelförmig / schräg oder dergleichen im Außenmantel des Gehäuses verlaufen. Alternativ kann dieser auch in seiner respektiven Gegenfläche in der Aufnahme des Zylinderkopfes appliziert sein.
Die nahe einer Zylinderkopfstirnseite befindliche bzw. geodätisch hoch angeordnete Lage einer Mündung der Zuleitung in die Aufnahme ist ein weiterer Beitrag zur Bevorratung eines vergleichsweise großen Volumens an Hydraulikmittel vor dem Hochdruckraum des Abstützelements.
Auch ist es vorgeschlagen, über miteinander kommunizierende Radialdurchtritte im Gehäuse und Druckkolben (Ringnut-Bohrung-Design) eine Minimalmenge an Hydraulikmittel durch ein Inneres des Druckkolbens zu dessen Kopf zum Zweck einer Schmierung des Gelenkbereichs am aufliegenden Schlepphebel zu schaffen.
Besonders vorteilhaft erweist sich die Erfindung bei axial vergleichsweise kurzbauenden Abstützelementen.
Zur Zeichnung:

• 1 zeigt in einem Längsschnitt eine erste Variante einer Ventiltriebsanordnung mit einem in einer Aufnahme eines Zylinderkopfes verlaufenden Abstützelement, dessen Gehäuse am Außenmantel eine Ringnut zur Ausbildung eines Vorratsraums aufweist;
• 2 zeigt das Abstützelement nach 1 in einer räumlichen Ansicht;
• 3 zeigt eine ähnliche Lösung wie 1, jedoch mit einer Ringtasche in der Aufnahme des Zylinderkopfes zur Ausbildung des Vorratsraums und
• 4 zeigt das Abstützelement nach 3 in einer räumlichen Darstellung.

Aus 1 geht eine Ventiltriebsanordnung 1 mit einem in einer Aufnahme 2 eines Zylinderkopfes 3 einer Brennkraftmaschine angeordneten hydraulischen Abstützelement 4 hervor, wobei Letztgenanntes als Einzelheit in 2 dargestellt ist.
Das Abstützelement 4 hat ein topfartiges Gehäuse 5, das über seinen Außenmantel 6 in der Aufnahme 2 steckt. In einer Bohrung 7 des Gehäuses 5 verläuft ein demgegenüber axial beweglicher Druckkolben 8. Dieser überragt mit seinem einer schwenkbeweglichen Lagerung eines Schlepphebels (nicht dargestellt) dienenden Kopf 9 einen Rand 10 des Gehäuses 5.
Das Gehäuse 5 steht über dessen Boden 11 auf einem Grund 12 der Aufnahme 2. Der Druckkolben 8 ist an seiner dem Kopf 9 abgewandten Axialseite durch ein Ende 13 verschlossen. Zwischen diesem und dem Boden 11 des Gehäuses 5 ist ein Hochdruckraum 14 für Hydraulikmittel gebildet, in welchem eine Druckfeder 15 eingespannt ist, die somit auf den Druckkolben 8 in Ausschieberichtung einwirkt.
Der Boden 11 des Gehäuses 5 hat einen zentrischen Durchtritt 16 für das Hydraulikmittel, an dessen Innenseite ein sich in den Hochdruckraum 14 öffnendes Rückschlagventil 18 üblicher Bauart sitzt.
Zu erkennen ist, dass die Aufnahme 2 geodätisch hochliegend bzw. nahe einer Stirnseite des Zylinderkopfes von einer Zuleitung 19 für das Hydraulikmittel geschnitten ist. Ein Vorratsraum 17 für das Hydraulikmittel ist, ebenso bei der Variante nach den 3, 4, im Bereich eines Ringspaltes zwischen dem Außenmantel 6 des Gehäuses 5 und der Aufnahme 2 des Zylinderkopfes 3 gebildet.
Gemäß der Lösung nach den 1, 2 verläuft im Außenmantel 6 des Gehäuses 5 eine Ringnut 20, welche eine radial äußere Begrenzung von der Aufnahme 2 des Zylinderkopfes 3 erfährt. Der Vorratsraum 17 ist somit ein Ringraum. Die Ringnut 20 hat eine Höhe, welche ca. 50 % einer Höhe des Gehäuses 5 entspricht. Wie aus 1 entnehmbar, liegt ein oberer Ringabsatz 23 der hier zweigestuften Ringnut 20 auf Höhe der Zuleitung 19. Die Ringnut 20 ist somit unmittelbar von der Zuleitung 19 stromabwärts gespeist.
Von einem unteren Ringabsatz 24 der Ringnut 20 führen mehrere umfangsverteilte Axialkanäle 36 am Außenmantel 6 des Gehäuses 5 in Bodenrichtung (s. a. 2). Sie schneiden hierbei eine konische Außenringkante 31 (Anfasung) im Übergangsbereich vom Außenmantel 6 des Gehäuses 5 zu dessen Boden 11. Somit ist in diesem Kantenbereich ein Übergangsraum 32 gebildet, welcher in Fluidverbindung mit den vorgenannten Axialkanälen 36 steht. Wie in diesem Kontext am besten aus 2 entnehmbar, sind in einer Außenfläche 25 des Bodens 11 des Gehäuses 5 mehrere Radialkanäle 26 eingeformt, welche vom Übergangsraum 32 zu dem Durchtritt 16 im Boden 11 führen.
Alternativ zur vorgenannten Lösung ist es zur Bildung des Vorratsraums 17 vorgesehen (s. 3, 4), in der Aufnahme 2 des Zylinderkopfes 3 eine Ringtasche 21 anzuordnen, welche vom Grund 12 der Aufnahme 2 ausgeht. Radial innen erfährt diese Ringtasche 21 eine Begrenzung am Außenmantel 6 des Gehäuses 5.
Die vorgenannte Ringtasche 21 steht über mehrere im Außenmantel 6 des Gehäuses 5 eingebrachte Axialpfade 27 (s. a. 4) in Fluidverbindung mit der Zuleitung 19. Die Bodengestaltung des Gehäuses 5 ist analog zur vorgenannten Lösung. Zu bemerken ist, dass gemäß 3 der Boden 11 des Gehäuses 5 mit einer Einsenkung 37 versehen ist, die als zusätzlichen Reservoir für das Hydraulikmittel betrachtet werden kann.
Gemäß 3 ist das Gehäuse 5 über einen Sprengring als Fixierelement 28 in der Aufnahme 2 des Zylinderkopfes 3 gehalten. Das Fixierelement 28 sitzt in einer als Ringnut ausgebildeten Halterung 29 des Außenmantels 6 des Gehäuses 5 und liegt zur Ausfahrbegrenzung an einer Anschlagschulter 30 der Ringtasche 21 der Aufnahme 2 an. Ein unerwünschtes „Aufpumpen“ des gesamten Abstützelements 4 (Ausfahren) unter Einfluss von Hydraulikmitteldruck ist somit vermieden. Alternativ ist bspw. an Anschläge auf dem Zylinderkopf oder ein Einpressen des Gehäuses 5 gedacht.
Schließlich zeigt 3, dass das Gehäuse 5 und der Druckkolben 8 miteinander in Fluidverbindung stehende Radialübertritte 33, 34 haben. Diese liegen einfach gesagt als Bohrung-Ringnut-Verbindungen vor und dienen einer Versorgung einer Schmierbohrung 35 im Kopf 9 mit Hydraulikmittel.
Bezugszeichenliste

1): Ventiltriebsanordnung
2): Aufnahme
3): Zylinderkopf
4): Abstützelement
5): Gehäuse
6): Außenmantel
7): Bohrung
8): Druckkolben
9): Kopf
10): Rand
11): Boden
12): Grund
13): Ende
14): Hochdruckraum
15): Druckfeder
16): Durchtritt
17): Vorratsraum
18): Rückschlagventil
19): Zuleitung
20): Ringnut
21): Ringtasche
22): Mündung
23): oberer Ringabsatz
24): unterer Ringabsatz
25): Außenfläche
26): Radialkanal
27): Axialpfad
28): Fixierelement
29): Halterung
30): Anschlagschulter
31): Außenringkante
32): Übergangsraum
33): Radialübertritt
34): Radialübertritt
35): Schmierbohrung
36): Axialkanal
37): Einsenkung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008005768 A1 [0002]
EP 2020758 B1 [0003]

Claims

Ventiltriebsanordnung (1) mit einem in einer Aufnahme (2) eines Zylinderkopfes (3) einer Brennkraftmaschine angeordneten hydraulischen Abstützelement (4), welches ein topfartiges Gehäuse (5) hat, das über seinen Außenmantel (6) in der Aufnahme (2) steckt und in dessen Bohrung (7) ein demgegenüber axial beweglicher Druckkolben (8) unmittelbar verläuft, der mit seinem einer Lagerung eines Schlepphebels dienenden Kopf (9) einen Rand (10) des Gehäuses (5) überragt, welches Gehäuse (5) über dessen Boden (11) auf einem Grund (12) der Aufnahme (2) steht und zwischen einem kopffernen Ende (13) des Druckkolbens (8) und dem Boden (11) des Gehäuses (5) ein Hochdruckraum (14) für Hydraulikmittel gebildet sowie eine Druckfeder (15) eingespannt ist, wobei der Boden (11) einen Durchtritt (16) für das Hydraulikmittel von einem Vorrats- in den Hochdruckraum (17, 14) hat, an welchem Durchtritt (16) ein sich in den Hochdruckraum (14) öffnendes Rückschlagventil (18) sitzt und wobei die Aufnahme (2) des Zylinderkopfes (3) von wenigstens einer Zuleitung (19) für das Hydraulikmittel zur Versorgung des Vorratsraums (17) geschnitten ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsraum (17) im Bereich eines Ringspaltes zwischen dem Außenmantel (6) des Gehäuses (5) und der Aufnahme (2) des Zylinderkopfes (3) gebildet ist.
Ventiltriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorratsraum (17) wenigstens eine Ringnut (20) im Außenmantel (6) des Gehäuses (5) vorgesehen ist, welcher Vorratsraum (17) eine radial äußere Begrenzung von der Aufnahme (2) des Zylinderkopfes (3) erfährt. (1, 2).
Ventiltriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorratsraum (17) wenigstens eine die Aufnahme (2) des Zylinderkopfes (3) radial erweiternde Ringtasche (21) vorgesehen ist, welcher Vorratsraum (17) eine radial innere Begrenzung am Außenmantel (6) des Gehäuses (5) erfährt (3, 4).
Ventiltriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumen des Vorratsraums (17) gleich oder größer einem Volumen des Hochdruckraumes (14) ist.
Ventiltriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (19) für das Hydraulikmittel die Aufnahme (2) nahe ihrer Mündung (22) schneidet, wobei ein oberer Ringabsatz (23) der Ringnut (20), oder wenigstens ein in die Ringnut (20) führender oberer Kanal, auf Höhe der Zuleitung (19) liegt, wobei, ausgehend von einem unteren Ringabsatz (24) der Ringnut (20), zumindest ein unterer Axialkanal (36) am Außenmantel (6) des Gehäuses (5) appliziert ist, der zumindest mittelbar zu wenigstens einem in eine Außenfläche (25) des Bodens (11) des Gehäuses (5) geformten Radialkanal (26) führt, welcher mit dem Durchtritt (16) im Boden (11) in Fluidverbindung steht.
Ventiltriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (19) für das Hydraulikmittel die Aufnahme (2) nahe ihrer Mündung (22) schneidet, wobei die Ringtasche (21) in der Aufnahme (2) des Zylinderkopfes (3) von deren Grund (12) ausgeht und wobei im Außenmantel (6) des Gehäuses (5) wenigstens ein die Zuleitung (19) mit der Ringtasche (21) verbindender Axialpfad (27) appliziert ist.
Ventiltriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) über eine Fixierelement (28) wie einen Sprengring, einen Stift oder einen Radialvorsprung in der Aufnahme (2) des Zylinderkopfes (3) gehalten ist, welches Fixierelement (28) in einer Halterung (29) eines der Kontaktpartner [Außenmantel (6) des Gehäuses (5), Aufnahme (2)] sitzt [Variante mit Sprengring oder Stift] und an einer Anschlagschulter (30) des jeweils anderen Kontaktpartners anliegt.
Ventiltriebsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenringkante (31) des Bodens (11) des Gehäuses (5) zur Bildung eines Übergangsraums (32) von dem unteren Kanal (36) [Rückbezug nach Anspruch 5] oder der Ringtasche (21) [Rückbezug nach Anspruch 6] zu dem Radialkanal (26) konusartig angeschrägt ist.
Ventiltriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) und der Druckkolben (8) mit miteinander in Fluidverbindungstehenden Radialübertritten (33, 34) versehen sind, welche von der Zuleitung (19) mit Hydraulikmittel gespeist sind, wobei der Radialübertritt (34) des Druckkolbens (8) stromabwärts zu einer Schmierbohrung (35) in dessen Kopf (9) führt.