DE10257705A1

DE10257705A1 - Schlepphebel eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10257705A1
Application number: DE10257705A
Authority: DE
Inventors: Bodo Dipl.-Ing. Rörig; Michael Dipl.-Ing. Haas
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2004-06-24
Also published as: US20050247279A1; WO2004053303A1; US6976461B2; AU2003300512A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein schaltbarer Schlepphebel (1) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, der kompakt aufgebaut ist. Über dessen Innenhebel (5) ist zum einen eine Anlage auf einem Gaswechselventil und zum anderen eine Lagerung auf einem Kopf eines Abstützelements herstellbar. Ein Außenhebel (2) umschließt den Innenhebel (5) mit seinen Armen (3a, 3b) in Längsrichtung und wird im Entkoppelfall vom Innenhebel (5) abgeschwenkt. Dabei ist der Außenhebel (2) verdrehbeweglich auf einer Querachse (14) gelagert, welche axial oberhalb der Anlage (8) für das Gaswechselventil durch das Innenelement (5) führt. Gleichzeitig sind quer verlagerbare Koppelmittel (6) axial oberhalb einer Komplementärfläche (9) zur Abstützung auf dem Abstützelement appliziert.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Schlepphebel eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, der auf unterschiedliche Hübe für wenigstens ein Gaswechselventil umschaltbar ist, mit einem Außenhebel und einem zwischen dessen Armen verlaufenden Innenhebel, wobei beide Hebel relativ zueinander verschwenkbeweglich und über Koppelmittel miteinander koppelbar sind, so daß bei Kopplung ein großer und bei Entkopplung ein kleiner oder 0-Ventilhub generiert ist, wobei an einer Unterseite des Schlepphebels an einem Ende eine Anlage für ein Gaswechselventil und am anderen Ende eine Komplementärtläche für ein Abstützelement appliziert sowie an einer Oberseite des Außenhebels wenigstens eine Gegenlauffläche für einen Großhub- und an einer Oberseite des Innenhebels eine Gegenlauffläche für einen Klein- bzw. 0-Hubnocken vorgesehen ist.

Ein derartiger Schlepphebel ist aus der als gattungsbildend betrachteten DE 27 53 197 A1 vorbekannt. Als Koppelmittel ist hier eine Klinke vorgesehen, welche unterhalb des Innenhebels angreift und über einen aufwändigen Gestängemechanismus verlagerbar ist. Die Klinke erhöht in nachteiliger Art und Weise die Bauhöhe des schaltbaren Schlepphebels. Gleichfalls erweist sich die externe Beaufschlagung über das Gestänge als relativ aufwändig. Des weiteren wird festgestellt, dass als Gegenlaufflächen auf Oberseiten des Schlepphebels Gleitflächen vorgesehen sind. Aufgrund dieser Gleitflächen ist die Reibarbeit erhöht.

Auch sind der Fachwelt relativ gattungsnahe Lösungen bekannt, so beispielsweise aus der U.S. 5,544,626 , 1, bei welchen der Koppelmechanismus oberhalb des Abstützelements appliziert und in Längsrichtung verlaufend ausgebildet ist. Aufgrund der eben genannten Längsverriegelung kann es ebenfalls zu Bauraumproblemen kommen. Gleichfalls erfordert die dort offenbarte Schraubendruckfeder unterhalb des Abschalthebels als Lost-Motion-Feder einen relativ großen Bauraum in Richtung Zylinderkopf.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen kompakt bauenden Schlepphebel der vorgenannten Art zu schaffen, bei welchem die zitierten Nachteile mit einfachen Mitteln beseitigt sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Hebel in etwa eine gleiche Länge haben und sich im wesentlichen endseitig nicht überragen, wobei der Innenhebel die Anlage und die Komplementärfläche aufweist und oberhalb seiner Anlage von einer Querachse durchragt ist, auf welcher Querachse je ein Arm des Außenhebels verschwenkbeweglich gelagert ist, wobei die Koppelmittel im Bereich oberhalb der Komplementärfläche im Innenhebel positioniert und für den Koppelfall bei wenigstens einer Relativstellung der Hebel zueinander quer nach außen derartig verlagerbar sind, daß sie abschnittsweise in einer Aussparung des Außenhebels verlaufen und wobei aus den Armen des Außenhebels ein diese verbindender Querbalken hervorgeht.

Hierdurch sind die eingangs zitierten Nachteile beseitigt. Insbesondere liegt ein kompakt bauender, schaltbarer Schlepphebel vor, der relativ reibungsarm ist und dessen Koppelmechanismus eine einfache Beaufschlagung hat. Zu erwähnen ist, dass aufgrund der speziellen konstruktiven Ausgestaltung der ggf. abzukoppelnde Hebel (Außenhebel) außen liegt und somit die Lost-Motion-Bewegung im Abkoppelfall ausführt.

Über den Querbalken werden zum einen die Arme des Außenhebels, zumindest vor Endmontage, gehalten. Zum anderen ist ein einfacher Endanschlag für den Außenhebel aus einer Abkoppelbewegung in Richtung Nockengrundkreis zurück am Innenhebel realisiert, so dass die Koppelmittel nach erfolgtem Anschlag und sofern gewünscht ihre Koppelposition einnehmen können.

Klar ist, dass wenigstens eine Gegenlauffläche des Außenhebels von einem Großhubnocken kontaktierbar ist. Vorteilhafter ist es jedoch in aller Regel, beide Gegenlaufflächen mit Großhubnocken zu beaufschlagen. Gleichfalls kann als Koppelmittel im Bereich der Komplementärfläche des Innenelements auch lediglich ein Schieber vorgesehen sein, der axial nach außen verlagert wird. Zur Vermeidung unnötiger Materialbelastung und einer Kippneigung ist es jedoch vorteilhafter, zwei im Innenelement angeordnete Schieber als Koppelmittel zu applizieren, welche für den Koppelfall axial nach außen verlagert werden können.

Selbstverständlich kann der vorgenannte Querbalken auch an einem anderen Längenabschnitt des Außenhebels angeordnet sein und auch so ausgestaltet, dass er die Arme des Außenhebels lediglich hält, wobei dann Anschläge anderweitig vorgesehen sein können.

Besonders vorteilhaft ist es, den Querbalken einteilig mit dem Außenhebel zu versehen. Denkbar ist es jedoch auch, die Arme des Außenhebels separat auszubilden und dann über einen beispielsweise angeschweißten Querbalken zu verbinden.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, lediglich die Gegenlauffläche des Innenhebels als drehbare Rolle auszugestalten. Dies macht den Schlepphebel zum einen billiger und zum anderen hat es Bauraumvorteile. Nimmt man also an, dass der Schlepphebel statistisch bzw. empirisch gesehen häufiger in seinem Abkoppelmodus betrieben wird, so ist es ein guter Kompromiß, lediglich den im Abkoppelmodus aktiven Niedrighubnocken mit einer Rolle als Gegenlauffläche zu versehen.

Ggf. können jedoch auch sämtliche Gegenlaufflächen bzw. nur die Gegenlaufflächen des Außenhebels mit Rollen versehen sein.

Als Lost-Motion-Feder ist vorzugsweise wenigstens eine Drehschenkelfeder vorgesehen, die sich aufgrund ihrer Kompaktheit hervorragend im erfindungsgemäßen Schlepphebel adaptieren läßt. Gemäß der Erfindung soll die Drehschenkelfeder die Querachse umschließen und mit ihrem entsprechenden Schenkel auf den Außenhebel in Nockenrichtung einwirken. Je nach Anwendungsfall können auch mehrere Drehschenkelfedern appliziert werden.

Weitere Unteransprüche beziehen sich auf die Ausgestaltung und Anordnung der Schieber als Koppelmittel. Zweckmäßigerweise erhalten diese zur Verlagerung in eine Richtung Hydraulikmittel über die Komplementärfläche durch das Innenelement. Zur Komplementärfläche wird das Hydraulikmittel zweckmäßi gerweise aus dem Abstützelement herangeleitet. Selbstverständlich sind auch andere Zuleitmaßnahmen denkbar.

Einfach gesagt können die Schieber als Koppelmittel drucklos ver- bzw. drucklos entriegelt vorliegen. In die jeweils andere, dem Hydraulikmitteldruck entgegengesetzte Richtung sollen die Schieber über Druckfederkraft verlagerbar sein. Denkbar ist jedoch auch eine Verschiebung in beide Richtungen über Hydraulikmittel oder eine andere geeignete Servoeinrichtung. Vorzugsweise sollen die Schieber kolbenartige Geometrie haben. Denkbar sind jedoch auch hiervon abweichende Ausbildungen, so im Querschnitt mehreck-, kugelförmige und ähnliche. Auch sind Klinken und ähnliche Koppelglieder vom Schutzbereich mit umschlossen, wobei anstelle der Bohrung für die Schieber auch mehrkantähnliche Querschnitte etc. denkbar sind, welche vorzugsweise komplementär zu den Schiebern ausgebildet sind.

Schließlich ist es vorgeschlagen, die Hebel aus einem Leichtbauwerkstoff wie beispielsweise Blech zu fertigen. Im Falle der Ausbildung aus Blech ist insbesondere an einen Stanz-Biegevorgang gedacht.

Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 in einer räumlichen Ansicht einen erfindungsgemäßen Schlepphebel;
2 eine Unteransicht auf den Schlepphebel nach 1;
3 eine Draufsicht auf den Schlepphebel nach 1 und die
4–5 Querschnitte durch den Schlepphebel im Bereich dessen Komplementärfläche.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 offenbart einen schaltbaren Schlepphebel 1. Dieser besteht aus zwei parallelen Armen 3a, 3b, welche einen Außenhebel 2 bilden. An ihrer Unterseite 7 sind die Arme 3a, 3b über einen Querbalken 16 verbunden.
Zwischen den Armen 3a, 3b verläuft, in etwa mit einer gleichen Länge, ein Innenhebel 5. Der Außenhebel 2 erfährt in Nockenrichtung über den Querbalken 16 einen Anschlag am Innenhebel 5. Dabei hat der Innenhebel 5 (siehe auch 2) an einem Ende eine Anlage 8 zur Beaufschlagung eines Gaswechselventils. Am gegenüberliegenden Ende ist in die Unterseite 7 eine hier kalottenartig ausgebildete Komplementärtläche 9 für einen Kopf eines Abstützelements hergestellt. Somit wird der Schlepphebel 1 über die Komplementärfläche 9 auf dem vorgenannten Kopf gelagert. Denkbar ist in diesem Bereich jedoch auch eine Schwenkachse zur Lagerung des Schlepphebels 1 (Schwinghebel).
Oberseiten 10a, 10b der Arme 3a, 3b sind gemäß 1 mit als Gleitflächen ausgebildeten Gegenlaufflächen 11a, 11b für Großhubnocken hergestellt. Der Innenhebel 5 hingegen hat an seiner Oberseite 12 eine drehbare Rolle als Gegenlauffläche 13. Als Nocken kommt hier ein Niedrighub- bzw. 0-Hub-Nocken in Betracht.
Des weiteren kann sich der Fachmann den 1 bis 3 entnehmen, dass im Bereich der Anlage 8 eine Querachse 14 verläuft. Diese geht direkt durch eine Bohrung des Innenhebels 5 in etwa oberhalb der Anlage 8 (hiervon abweichende Gestaltungen sind auch denkbar). Zwischen den Armen 3a, 3b und dem Innenhebel 5 ist in diesem Bereich auf der Querachse 14 noch so viel Platz, um zwei Drehschenkelfedern 17a, 17b anzuordnen. Diese untergreifen mit je einem Schenkel 18a, 18b den entsprechenden Arm 3a, 3b des Außenhebels 2 und wirken als Lost-Motion-Federn. Für spezielle Anwendungsfälle sind jedoch auch Schraubendruckfedern oder ähnliches denkbar und vorgesehen.
Oberhalb der Komplementärtläche 9 bzw. zumindest in deren Nähe, ist eine quer verlaufende Bohrung 27 im Innenhebel 5 appliziert (siehe insbesondere 4, 5). Im Entkoppelfall verlaufen in dieser Bohrung 27 vollständig zwei sich gegenüberliegende und als kolbenartige Schieber ausgebildete Koppelmittel 6a, 6b (4) bzw. 6c, 6d (5).
Die Schieber 6a, 6b werden nach 4 in ihrer Koppelrichtung über Hydraulikmittel verlagert. Dieses ist aus dem Kopf des zeichnerisch nicht dargestellten Abstützelements und weiter durch eine im Innenhebel 5 angeordnete Zuführung 33 unmittelbar vor Stirnflächen 22a, 22b der entsprechenden Schieber 6a, 6b leitbar. Liegt ausreichend großer Druck an Hydraulikmittel an, so werden die Schieber 6a, 6b abschnittsweise in eine entsprechende Aussparung 15a, 15b des gegenüberliegenden Armes 3a, 3b verlagert. Eine Rückstellung ist über die Kraft von Druckfedern 23a, 23b vorgesehen, welche die Schieber 6a, 6b zweckmäßigerweise umschließen und axial innen gegen Ringabsätze 24a, 24b der Schieber 6a, 6b wirken und axial außen sich an Innenringflächen 25a, 25b von separaten Hülsen 26a, 26b abstützen.
Gemäß der Ausgestaltung nach 5 ist eine Verlagerung der Schieber 6c, 6d in ihrer Koppelrichtung über die Kraft zumindest einer Druckfeder 30 realisiert. Eine Rückverlagerung erfolgt hier über Hydraulikmittel, was wiederum aus dem Kopf des Abstützelements über die Komplementärtläche 9 durch den Innenhebel 5 vor äußere Stirnflächen 29a, 29b der Schieber 6c, 6d leitbar ist.
Wie 1 näher zeigt, müssen die Aussparungen 15a, 15b für die Koppelmittel 6 nicht unbedingt aus einer Bohrung bestehen. Hiernach ist es vorgesehen, eine fingerartige Verlängerung 21a, 21b der Oberseiten 10a, 10b der Arme 3a, 3b am Abstützelementende vorzusehen. Diese haben an ihrer Unterseite 20a, 20b entsprechend kreissegmentartige Aussparungen 15a, 15b.
Aus 3 kann der Fachmann sich zudem entnehmen, dass auch die Gegenlaufflächen 11a, 11b der Arme 3a, 3b mit Rollen versehen sein können. Alternativ hierzu ist es denkbar und vorgesehen, dann die Gegenlauffläche 13 des Innenhebels 5 als Gleitfläche auszubilden.
Zur Einstellung des Spiels der Kopplung sind mehrere Maßnahmen denkbar, die jedoch an dieser Stelle nicht näher erläutert werden. Zum einen kann ein Durchmesser der Rollen gruppiert werden. Andererseits kann eine Gruppierung der Koppelmittel 6 erfolgen bzw. eine Gruppierung über den Außenhebel 2 hergestellt werden.

1: Schlepphebel
2: Außenhebel
3a, b: Arm
4: nicht vergeben
5: Innenhebel
6a–d: Koppelmittel, Schieber
7: Unterseite
8: Anlage
9: Komplementärfläche
10a, b: Oberseite
11a, b: Gegenlauffläche
12: Oberseite
13: Gegenlauffläche
14: Querachse
15a, b: Aussparung
16: Querbalken
17a, b: Drehschenkelfeder
18a, b: Schenkel
19: nicht vergeben
20a ,b: Unterseite
21a, b: Verlängerung
21a, b: Stirnfläche
23a, b: Druckfeder
24a, b: Ringabsatz
25a, b: Innenringfläche
26a, b: Hülse
27: Bohrung
28a, b: Zuführung
29a, b: Stirnfläche
30: Druckfeder
31a, b: Ende
35 32a,b: Stirnfläche
33: Zuführung

Claims

Schlepphebel (1) eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, der auf unterschiedliche Hübe für wenigstens ein Gaswechselventil umschaltbar ist, mit einem Außenhebel (2) und einem zwischen dessen Armen (3a, 3b) verlaufenden Innenhebel (5), wobei beide Hebel (2, 5) relativ zueinander verschwenkbeweglich und über Koppelmittel (6a–6d) miteinander koppelbar sind, so daß bei Kopplung ein großer und bei Entkopplung ein kleiner oder 0-Ventilhub generiert ist, wobei an einer Unterseite (7) des Schlepphebels (1) an einem Ende eine Anlage (8) für ein Gaswechselventil und am anderen Ende eine Komplementärtläche (9) für ein Abstützelement appliziert sowie an einer Oberseite (10a, 10b) des Außenhebels (2) wenigstens eine Gegenlauffläche (11a, 11b) für einen Großhub- und an einer Oberseite (12) des Innenhebels (5) eine Gegenlauffläche (13) für einen Klein- bzw. 0-Hubnocken vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (2, 5) in etwa eine gleiche Länge haben und sich im wesentlichen endseitig nicht überragen, wobei der Innenhebel (5) die Anlage (8) und die Komplementärfläche (9) aufweist und oberhalb seiner Anlage (8) von einer Querachse (14) durchragt ist, auf welcher Querachse (14) je ein Arm (3a, 3b) des Außenhebels (2) verschwenkbeweglich gelagert ist, wobei die Koppelmittel (6a –6d) im Bereich oberhalb der Komplementärtläche (9) im Innenhebel (5) positioniert und für den Koppelfall bei wenigstens einer Relativstellung der Hebel (2, 5) zueinander quer nach außen derartig verlagerbar sind, daß sie abschnittsweise in einer Aussparung (15a, 15b) des Außenhebels (2) ver laufen und wobei aus den Armen (3a, 3b) des Außenhebels (2) ein diese verbindender Querbalken (16) hervorgeht.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querbalken (16) in etwa im Bereich einer Quermittelebene an der Unterseite (7) angeordnet ist, wobei für den Koppelfall der Außenhebel (2) über den Querbalken (16) einen Anschlag am Innenhebel (5) erfährt.
Schlepphebel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querbalken (16) einteilig mit den Armen (3a, 3b) verbunden ist.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenlauffläche (13) des Innenhebels (5) als drehbare Rolle und die wenigstens eine Gegenlauffläche (11a, 11b) des Außenhebels (2) als Gleitfläche hergestellt ist.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenlaufflächen (13; 11a, 11b) beider Hebel (5, 2) als drehbare Rolle hergestellt sind.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenlauffläche (13) des Innenhebels (5) als Gleitfläche und die wenigstens eine Gegenlauffläche (11a, 11b) des Außenhebels (2) als drehbare Rolle hergestellt ist.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querachse (14) zumindest an einer Seite axial zwischen Innen- und Außenhebel (5, 2) von einer Drehschenkelfeder (17a, 17b) als Lost-Motion-Feder umschlossen ist, deren einer Schenkel (18a, 18b) auf den benachbarten Arm (3a, 3b) des Außenhebels (2) in Nockenrichtung einwirkt.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelmittel (6a–6d) aus zwei im Innenhebel (5) verlaufenden Schiebern bestehen, die für den Koppelfall voneinander weg abschnittsweise in jeweils eine Aussparung (15a, 15b) des entsprechenden Arms (3a, 3b) des Außenhebels (2) verlagerbar sind (4, 5).
Schlepphebel nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Aussparung (15a, 15b) des Außenhebels (2) an einer Unterseite (20a, 20b) einer fingerartigen, stirnseitigen Verlängerung (21a, 21b) der Oberseite (10a, 10b) der Arme (3a, 3b) des Außenhebels (2) ausgebildet ist, wobei die jeweilige Aussparung (15a, 15b) kreissegmentartig eine Oberseite des entsprechenden Schiebers (6a–6d) übergreift.
Schlepphebel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verlagerung der Schieber (6a, 6b) für den Koppelfall über ein Servomittel wie Hydraulikmittel realisiert ist, das durch eine Zuführung (33) im Innenhebel (5), welche von der Komplementärtläche (9) ausgeht, unmittelbar vor sich gegenüberliegende innere Stirnflächen (22a, 22b) der Schieber (6a, 6b) leitbar ist, wobei eine Verlagerung der Schieber (6a, 6b) für den Entkoppelfall über ein Beaufschlagungsmittel wie Druckfedern (23a, 23b) hergestellt ist (4).
Schlepphebel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfedern (23a, 23b) als wenigstens eine jeden Schieber (6a, 6b) umschließende Schraubenfeder ausgebildet sind, welche axial innen gegen einen Ringabsatz (24a, 24b) des Schiebers (6a, 6b) wirken und axial außen gegen eine Innenringfläche (25a, 25b) einer Hülse (26a, 26b) anliegen, die in einer Bohrung (27) des Innenhebels (5) für die Schieber (6a, 6b) befestigt ist.
Schlepphebel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verlagerung der Schieber (6c, 6d) für den Entkoppelfall über ein Servomittel wie Hydraulikmittel realisiert ist, das durch zwei Zuführungen (28a, 28b) im Innenhebel (5), welche von der Komplementärfläche (9) ausgehen, unmittelbar vor axial äußere Stirnflächen (29a, 29b) der Schieber (6c, 6d) leitbar ist, wobei eine Verlagerung der Schieber (6c, 6d) für den Koppelfall über ein Beaufschlagungsmittel wie wenigstens eine Druckfeder (30) hergestellt ist, welche Druckfeder (30) mit jeweils einem Ende (31a, 31b) an sich gegenüberliegenden inneren Stirnflächen (32a, 32b) der Schieber (6) anliegt ( 5).
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Hebel (2, 5) zumindest größtenteils aus einem Leichtbauwerkstoff wie tiefgezogenem oder tiefziehfähigem Blech oder aus Kunststoff bzw. faserverstärktem Kunststoff besteht.