DE10318295A1

DE10318295A1 - Schlepphebel eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10318295A1
Application number: DE10318295A
Authority: DE
Inventors: Bodo Dipl.-Ing. Rörig; Anteo Opipari Engineer; Joachim Dipl.-Ing. Seitz
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2004-11-11
Also published as: US20070006837A1; DE502004011872D1; ATE487852T1; US7328675B2; WO2004094791A1; EP1616082B1; EP1616082A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein auf unterschiedliche Nockenhübe umschaltbarer Schlepphebel (1). Dieser besteht aus einem Außenhebel (2), zwischen dessen Armen (3) ein Innenhebel (4) verschwenkbeweglich gelagert ist. Besonderes Merkmal ist es, dass im Innenhebel (4), ausgehend von einem Ende (9), eine Sackbohrung (16) mit einem darin längs verlagerbaren Koppelmittel (5) vorgesehen ist, welches für den Koppelfall unter eine Mitnehmerfläche (18) eines Querbalkens (15) des Außenhebels (2) abschnittsweise verlagerbar ist. Gleichzeitig sind Höhenanschlagmittel (34) am Innenhebel (4) appliziert, die als dessen einfache, fingerartige Verlängerung an dem Ende (9) ausgebildet sind und sich über den Querbalken (15) hinweg erstrecken.

Description

Gebiet der Erfindung
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 Komplementärfläche für ein Abstützelement appliziert sowie an einer Oberseite des Außenhebels wenigstens eine Gegenlauffläche für einen Großhubnocken und an einer Oberseite des Innenhebels eine Gegenlauffläche für einen Klein- bzw. 0-Hubnocken vorgesehen ist.

Ein derartiger Schlepphebel ist aus der DE-OS 27 53 197 vorbekannt. Als Koppelmittel ist 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.

Auch geht aus der DE 102 11 038 A1 eine schaltbare Hebelanordnung hervor, in deren Außenhebel ein Schieber zur Kopplung angeordnet ist. Dieser Schieber kann über extern angeordnete elektromagnetische Mittel verlagert werden. Auch hier ist klar, dass diese externe Beaufschlagung des Schiebers den notwendigen Bauraum für den schaltbaren Schlepphebel im Zylinderkopfbereich unnötigerweise erhöht. Auch baut der vorgenannte Schlepphebel somit unerwünscht lang. Zudem wird festgestellt, daß wegen des relativ kurzen Innenhebels bei dessen Kopplung mit dem Außenhebel mit relativ großen Kräften und somit Bauteilbelastungen im Kopplungsbereich zu rechnen ist.

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

Lösung der Aufgabe

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Arme des Außenhebels im Bereich des Endes bei der Komplementärfläche durch einen Querbalken verbunden sind, wobei im Innenhebel eine oberhalb der Komple mentärfläche verlaufende, und von dem anderen Ende ausgehende, glattflächige Sackbohrung mit einem darin längs verlagerbaren Schieber als Koppelmittel appliziert ist, welcher Schieber für die Kopplung der Hebel so aus der Sackbohrung verlagerbar ist, daß er abschnittsweise eine als Unterseite ausgebildete Mitnehmerfläche des Querbalkens untergreift, wobei der Innenhebel an seiner Oberseite, bis auf die Gegenlauffläche, weitgehend glattflächig ist und sich von diesem, zumindest weitestgehend fluchtend zu seiner Oberseite auf der Seite seiner Komplementärfläche, wenigstens ein fingerartiges Höhenanschlagmittel für den Außenhebel über den Querbalken hinweg erstreckt und wobei der Innenhebel im Bereich des Endes auf der Seite des Gaswechselventils verschwenkbeweglich mit den Armen des Außenhebels verbunden ist.

Somit liegt ein schaltbarer Schlepphebel vor, bei welchem die zitierten Nachteile mit einfachen Mitteln beseitigt sind.

Der Schlepphebel baut insgesamt gesehen, auch in seine Hochrichtung, sehr kompakt, so dass bei einer nachträglichen Implementierung in an sich fertige Zylinderköpfe für nichtschaltbare Ventiltriebe hier keine größeren Probleme zu erwarten sind bzw. mehrere Motorenbaureihen bedient werden können.

Aufgrund des unmittelbar oberhalb der Komplementärfläche für das Abstützelement liegenden Koppelmittels (Schieber) mit seinem Druckraum sind nur sehr kurze Hydraulikpfade vorliegend. Auch wird festgestellt, daß wegen der günstigen Hebelverhältnisse im Kopplungsbereich nur mit einer relativ geringen Bauteilbelastung zu rechnen ist. Die Sackbohrung für das Koppelmittel läßt sich zudem in einem Arbeitsgang einfach herstellen, wobei es besonders vorteilhaft ist, daß der Innenhebel „flach" von diesem ausgehende Höhenanschläge hat. Es kann für den Koppelfall eine hervorragende Lagezuordnung der Sackbohrung zu der Mitnehmerfläche und gleichzeitig eine Verliersicherung dargestellt werden.

Der Schieber soll zwar für seinen Koppelfall längs nach außen verlagert werden, denkbar ist es jedoch auch, diesen zur Herstellung einer Kopplung nach innen zu verschieben. Für den Koppelfall greift der Schieber in einfacher Art und Weise vorzugsweise unter eine Unterseite eines in dem Bereich liegenden Querbalkens des Außenhebels. Denkbar ist es jedoch auch, in dem Querbalken eine entsprechende Aussparung für den Schieber vorzusehen.

Dem Schieber können Stoppmittel zur Begrenzung seiner Kopplungsbewegung am Querbalken gegenüberliegen. So ist eine Hülse in der Sackbohrung vorgesehen, an deren einer Stirnseite der Schieber eine Wegbegrenzung erfährt. Es können jedoch auch nasenartige Ansätze oder Anschläge allgemeiner Art an der Unterseite des Querbalkens vorliegen. Im Falle einer Bohrung o. ä. als Kopplungsfläche im Querbalken kann die Bohrung mit einem Anschlag versehen sein. Hierfür bietet es sich auch an, die Bohrung gestuft auszubilden.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der Schieber in nur eine Verlagerungsrichtung über den Hydraulikmitteldruck verschoben wird und in seine andere Richtung über die Kraft eines Federmittels wie einer Schraubendruckfeder. Denkbar ist es jedoch auch, diesen in beide Richtungen hydraulisch zu verlagern oder in wenigstens eine Richtung die Kraft eines anderen Servomittels wie beispielsweise eines Elektromagneten, eines Magneten und ähnliches vorzusehen.

Aufgrund der einteiligen Ausbildung des Ringerweiterung des Schiebers mit dem eigentlichen die Kopplung bewerkstelligenden Abschnitt nach einem weiteren Unteranspruch liegt ein preiswert zu fertigender Schieber vor. Ggf. ist auch eine mehrteilige Ausbildung denkbar.

Um den Fertigungsaufwand zu minimieren, insbesondere bei einer Blechausbildung, kann die Sackbohrung für den Schieber auch alternativ in einem separaten Einsatzstück appliziert sein. Dieses wird durch dem Fachmann geläufige Verbindungsmaßnahmen mit dem Innenhebel verbunden, so beispielsweise durch Schweißen, Verstemmen, Einpressen oder ähnliches. Eine einteilige Herstellung wird jedoch bevorzugt.

Anstelle der Schraubendruckfeder für den Schieber sind auch andere druckausübende Mittel wie Tellerfedern, Spiralfedern etc. denkbar. Auch ist ein Einsatz magnetischer Mittel denkbar.

Gemäß einer weiteren Fortbildung der Erfindung ist es vorgeschlagen, von einer Oberseite des Querbalkens im Bereich des Schiebers einen nasenartigen Ansatz ausgehen zu lassen. Aufgrund dieses Ansatzes wird ein unerwünschtes Ausfahren des Schiebers bei der Entkoppelbewegung des Außenhebels über die Oberseite des Querbalkens verhindert.

Zudem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Hebel aus einem Leichtbauwerkstoff wie Blech zu fertigen. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Gesamtmasse des Schlepphebels sowie die Fertigungskosten hierfür aus. Denkbar ist jedoch auch eine gießtechnische Ausbildung (Feinguß) des Schlepphebels. Alternativ kann der Schlepphebel auch in einem Metallspritzgußverfahren (MIM – „Metal Injection Moulding) gefertigt werden.

Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine räumliche Ansicht eines erfindungsgemäßen Schlepphebels und
2 einen Längsschnitt durch den vorgenannten Schlepphebel entlang dessen Längsmittellinie.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die Figuren offenbaren einen auf unterschiedliche Nockenhübe umschaltbaren Schlepphebel 1. Dieser besteht aus einem Außenhebel 2, der an einem Ende 9 durch einen Querbalken 15 verbunden ist. Ein Innenhebel 4 liegt zwischen Armen 3 des Außenhebels 2 und ist im Bereich eines weiteren Endes 7 gelenkig mit dem Außenhebel 2 verbunden. Hierfür verläuft der Innenhebel 4 auf einer Achse 32, die axial außen in Bohrungen der Arme 3 des Außenhebels 2 sitzt.
Als Lost-Motion-Feder 33 ist eine Drehschenkelfeder vorgesehen, welche die Achse 32 innerhalb des Innenhebels 4 umschließt und mit ihren nicht näher zu erläuternden Armen im Entkoppelfall des Außenhebels 2 vom Innenhebel 4 eine Rückstellbewegung auf den Außenhebel 2 ausübt.
In etwa im Bereich einer Mitte haben die Arme 3 des Außenhebels 2 an ihrer Oberseite 11 je eine Gegenlauffläche 12 für Großhubnocken. Diese Gegenlauffläche 12 ist als Gleitfläche ausgebildet. Der Innenhebel 4 hingegen besitzt im Bereich dieser Mitte, im Abschnitt seiner Oberseite 13, ebenfalls eine Gegenlauffläche 14 für einen Kleinhubnocken. Diese Gegenlauffläche 14 ist hier als drehbare Rolle dargestellt. Zu erkennen ist zudem, dass der Außenhebel 2 im Bereich des Endes 7 durch einen Querbalken 31 geschlossen ist, so dass er insgesamt gesehen in Draufsicht ein rechteckähnliches Profil bildet.
An einer Unterseite 6 (siehe 2) hat der Innenhebel 4 im Bereich des Endes 7 eine Anlage 8 für ein Gaswechselventil. Am gegenüberliegenden Ende 9 ist in die Unterseite 6 des Innenhebels 4 eine Komplementärfläche 10 kalottenförmiger Art eingebracht. Über diese Komplementärfläche 10 liegt der Innen- und somit der gesamte Schlepphebel 4, 1 auf einem Kopf eines zeichnerisch nicht dargestellten Abstützelements auf. Zu erkennen ist auch, dass die Komplementärfläche 10 unterhalb von einem Druckraum 19 liegt, der einenends von einem Grund 16a einer glattflächigen Sackbohrung 16 und anderenends von einer Kolbenfläche 20 einer Ringerweiterung 17a eines Schiebers Koppelmittel 5 begrenzt ist. Von der Komplementärfläche 10 geht ein Pfad 20a schräg nach hinten in Hebelrichtung aus, welcher den Druckraum 19 schneidet und diesen somit mit Hydraulikmittel versorgt.
Der Schieber 17 besteht aus der genannten Ringerweiterung 17a, die unmittelbar in der Sackbohrung 16 verläuft. An die Ringerweiterung 17a schließt sich in Richtung aus der Sackbohrung 16 heraus ein dünnwandigerer Abschnitt 23 an. Dieser hat axial außen eine Stirnseite 35.
Im Bereich des Abschnitts 23 verläuft in der Sackbohrung 16 ein Stoppmittel 18a. Dieses ist hier als dünnwandiger Ring hergestellt, der mit seinem Außenmantel direkt in der Sackbohrung 16 befestigt ist. 2 zeigt dabei den Anschlagzustand (Kopplung) des Schiebers 17 am Stoppmittel 18a. Somit wird dieses an einem weiteren unerwünschten Ausfahren gehindert.
Zu erkennen ist zudem, daß der Abschnitt 23 von einem Federmittel 22 umschlossen ist. Dieses stützt sich axial innen an der Ringerweiterung 17a ab. Axial außen erfährt das Federmittel 22 eine Anlage an einer Hülse 24, welche direkt von dem Abschnitt 23 durchragt ist und mit ihrem Außenmantel in einer Bohrung des Stoppmittels 18a verläuft.
2 zeigt den Koppelzustand des Außenhebels 2 mit dem Innenhebel 4. Sollen beide Hebel 2, 4 bei einem Grundkreisdurchlauf der beaufschlagenden Nocken entkoppelt werden, so wird der Druckraum 19 derartig von Hydraulikmitteldruck entlastet, dass der Schieber 17 über die Kraft seines Federmittels 22 axial nach innen in die Sackbohrung 16 einfährt. Er untergreift somit nicht mehr eine Mitnehmerfläche 18 des Querbalkens 15 des Außenhebels 2. Somit folgt der Schlepphebel 1 lediglich dem Hub des den Innenhebel 4 beaufschlagenden Kleinhubnockens. Der Außenhebel 2 vollzieht eine Leerhubbewegung gegenüber dem Innenhebel 4. Eine Kopplung des Schiebers 17 erfolgt in dem Fachmann geläufiger Art und Weise über Hydraulikmitteldruck entgegen der Kraft des Federmittels 22.
Wie aus 1 hervorgeht, ist es des weiteren vorgesehen, an der Oberseite 13 des Innenhebels 4 im Bereich des Endes 9 zwei die Arme 27 des Innenhebels 4 verlängernde Höhenanschlagmittel 34 anzuordnen. Diese gehen hier fluchtend als „glatte" Verlängerungen der Oberseite 13 in Richtung zum Ende 9 und sind als Finger ausgebildet. Sie ragen über eine Oberseite 38 des Querbalkens 15 des Außenhebels 2. Somit erfährt der Außenhebel 2 bei seiner Rückschwenkbewegung aus dem abgekoppelten Zustand heraus eine hervorragende Lagefixierung gegenüber dem Innenhebel 4. Der Schieber 17 kann im Bedarfsfall "punktgenau" die Mitnehmerfläche 18 des Außenhebels 2 untergreifen.
Wie zudem zu erkennen ist, geht von der Oberseite 38 des Querbalkens 15 ein nasenartiger Ansatz 37 aus. Bei der Abschwenkbewegung des Außenhebels 2 im Entkoppelfall liegt somit die äußere Stirnseite 35 des Schiebers 17 stets einer Innenseite 36 des Ansatzes 37 resp. Querbalkens 15 gegenüber. Ein unerwünschtes Ausfahren des Schiebers 17 über die Oberseite 38 des Querbalkens 15 ist somit verhindert.

1: Schlepphebel
2: Außenhebel
3: Arm
4: Innenhebel
5: Koppelmittel
6: Unterseite
7: Ende
8: Anlage
9: Ende
10: Komplementärfläche
11: Oberseite
12: Gegenlauffläche
13: Oberseite
14: Gegenlauffläche
15: Querbalken
16: Sackbohrung
16a: Grund
17: Schieber
17a: Ringerweiterung
18: Mitnehmerfläche
18a: Stoppmittel
19: Druckraum
20: Kolbenfläche
20a: Pfad
21: nicht vergeben
22: Federmittel
23: Abschnitt
24: Hülse
25: nicht vergeben
26: nicht vergeben
27: Arm
28: Querabschnitt
29: nicht vorhanden
30: nicht vergeben
31: Querbalken
32: Achse
33: Lost-Motion-Feder
34: Höhenanschlagmittel
35: Stirnseite
36: Innenseite
37: Ansatz
38: Oberseite

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 (3) verlaufenden Innenhebel (4), wobei beide Hebel (2, 4) relativ zueinander verschwenkbeweglich und über Koppelmittel (5) miteinander koppelbar sind, so daß bei Kopplung ein großer und bei Entkopplung ein kleiner oder 0-Ventilhub generiert ist, wobei an einer Unterseite (6) des Schlepphebels (1) an einem Ende (7) eine Anlage (8) für ein Gaswechselventil und am anderen Ende (9) eine Komplementärfläche (10) für ein Abstützelement appliziert sowie an einer Oberseite (11) des Außenhebels (2) wenigstens eine Gegenlauffläche (12) für einen Großhubnocken und an einer Oberseite (13) des Innenhebels (4) eine Gegenlauffläche (14) für einen Klein- bzw. 0-Hubnocken vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (3) des Außenhebels (2) im Bereich des Endes (9) bei der Komplementärfläche (10) durch einen Querbalken (15) verbunden sind, wobei im Innenhebel (4) eine oberhalb der Komplementärfläche (10) verlaufende, und von dem anderen Ende (9) ausgehende, glattflächige Sackbohrung (16) mit einem darin längs verlagerbaren Schieber (17) als Koppelmittel (5) appliziert ist, welcher Schieber (17) für die Kopplung der Hebel (2, 4) so aus der Sackbohrung (16) verlagerbar ist, daß er abschnittsweise eine als Unterseite ausgebildete Mitnehmerfläche (18) des Querbalkens (15) untergreift, wobei der Innenhebel (4) an seiner Oberseite (13), bis auf die Gegenlauffläche (14), weitgehend glattflächig ist und sich von diesem, zumindest weitestgehend fluchtend zu seiner Oberseite (13) auf der Seite seiner Komplementärfläche (10), wenigstens ein fingerartiges Höhenanschlagmittel (34) für den Außenhebel (2) über den Querbalken (15) hinweg erstreckt und wobei der Innenhebel (4) im Bereich des Endes (7) auf der Seite des Gaswechselventils verschwenkbeweglich mit den Armen (3) des Außenhebels (2) verbunden ist.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (17) in seine Koppelrichtung über die Kraft von Hydraulikmittel verlagerbar ist, wobei hierfür in der Sackbohrung (16) ein Druckraum (19) für das Hydraulikmittel gebildet ist, der axial einerseits durch einen Grund (16a) der Sackbohrung (16) und andererseits durch eine Kolbenfläche (20) einer Ringerweiterung (17a) des Schiebers (17) begrenzt ist, wobei der Druckraum (19) von einem von der Komplementärfläche (10) ausgehenden Pfad (20a) mit Hydraulikmittel versorgbar ist.
Schlepphebel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verlagerung des Schiebers (17) in Entkoppelrichtung in die Sackbohrung (16) über die Kraft eines Federmittels (22) wie einer Schraubendruckfeder realisiert ist, welches Federmittel (22) den Schieber (17) an seinem Abschnitt (23) axial hinter dessen Ringerweiterung (17a) umschließt und einenends gegen die Ringerweiterung (17a) wirkt und anderenends an einer in der Sackbohrung (16) zumindest mittelbar befestigten Hülse (24) auf der Seite des Endes (9) abgestützt ist.
Schlepphebel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringerweiterung (17a) des Schiebers (17) einteilig mit diesem verbunden ist.
Schlepphebel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sackbohrung (16) Stoppmittel (18a) zur Wegbegrenzung des Schiebers (17) aus der Sackbohrung (16) heraus vorgesehen sind.
Schlepphebel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoppmittel (18a) aus einem Ringteil bestehen, das in der Bohrung (16) befestigt und von dem Abschnitt (23) des Schiebers (17) durchragt ist.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenhebel (4) zwei in etwa parallel zu den Armen (3) des Außenhebels (2) verlaufende Arme (27) hat, wobei die Sackbohrung (16) in einem die Arme (27) verbindenden und einteilig mit dem Innenhebel (4) ausgebildeten Querabschnitt (28) appliziert ist.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenhebel (4) zwei in etwa parallel zu den Armen (3) des Außenhebels verlaufende Arme (27) hat, wobei die Sackbohrung (16) in einem die Arme (27) verbindenden, separaten Querabschnitt (28) appliziert ist.
Schlepphebel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der separate Querabschnitt (28) durch ein Befestigungsverfahren wie Schweißen oder Einpressen mit dem Innenhebel (4) verbunden und wahlweise fließpresstechnisch gefertigt ist.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Oberseite (38) des Querbalkens (15) ein nasenartiger Ansatz (37) mit einer derartigen Höhe ausgeht, daß über einen vollständigen Entkoppelweg des Außenhebels (2) vom Innenhebel (4) eine äußeren Stirnseite (35) des Schiebers (17) einer Innenseite (36) des Ansatzes (37) gegenüberliegt.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Hebel (2, 4) zumindest größtenteils aus einem Leichtbauwerkstoff wie tiefgezogenem oder tiefziehfähigem Blech oder aus Kunststoff bzw. faserverstärktem Kunststoff besteht.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Hebel (2, 4) zumindest größtenteils aus Feinguß besteht.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Hebel (2, 4) zumindest größtenteils in einem Metallspritzgußverfahren (MIM) gefertigt ist.