DE10360098B4

DE10360098B4 - Koppelmechanismus

Info

Publication number: DE10360098B4
Application number: DE10360098.1A
Authority: DE
Inventors: Dieter Schmidt; Peter Sailer; Dipl.-Ing. Schnell Oliver
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2003-12-20
Filing date: 2003-12-20
Publication date: 2015-03-12
Anticipated expiration: 2023-12-21
Also published as: CA2490297A1; DE10360098A1

Abstract

Koppelmechanismus (1) für relativ zueinander bewegliche Elemente (2, 3), insbesondere für einen schaltbaren Nockenfolger (4), eine schaltbare Nockenfolgergruppe oder eine schaltbare Abstützeinrichtung eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, wobei bei Kopplung der Elemente (2, 3) ein großer Ventilhub und bei deren Entkopplung ein demgegenüber kleinerer Ventilhub erzielbar ist, wobei in einem ersten Element (2) eine Führungsbohrung (5) für wenigstens einen Kolben (6) zur Kopplung angeordnet ist, welcher Kolben (6) für den Koppelfall abschnittsweise über eine Trennfläche (7) zwischen den Elementen (2, 3) hinweg in eine fluchtende Aufnahme (8) des zweiten Elements (3) verlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktzone (9) zwischen dem Kolben (6) und der Aufnahme (8) bei Nockenhub und Kopplung der Elemente (2, 3) deutlich von einem Kantenabschnitt (10) der Aufnahme (8) an der Trennfläche (7) beabstandet liegt, wobei die Kontaktzone (9) des Kolbens (6) durch einen in Koppelrichtung axial außen liegenden Kantenbereich (11) des Kolbens (6) an dessen äußerer Stirnseite (12) determiniert ist und der Kolben (6), ausgehend von dessen Kontaktzone (9) und zumindest an diesem Umfangsabschnitt oder an dieser Seite sowie bezogen auf eine Orthogonale zur Trennfläche (7), sich in Richtung zu seiner inneren Stirnseite (13) verjüngt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Koppelmechanismus für relativ zueinander bewegliche Elemente, insbesondere für einen schaltbaren Nockenfolger, eine schaltbare Nockenfolgergruppe oder eine schaltbare Abstützeinrichtung eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, wobei bei Kopplung der Elemente ein großer Ventilhub und bei deren Entkopplung ein demgegenüber kleinerer Ventilhub erzielbar ist, wobei in einem ersten Element eine Führungsbohrung für wenigstens einen Kolben zur Kopplung appliziert ist, welcher Kolben für den Koppelfall abschnittsweise über eine Trennfläche zwischen den Elementen hinweg in eine fluchtende Aufnahme des zweiten Elements verlagerbar ist.
Außerdem betrifft die Erfindung einen schaltbaren Nockenfolger eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine mit einem Koppelmechanismus.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiger Koppelmechanismus ist in der als gattungsbildend betrachteten Druckschrift US 2002/0046718 A1 offenbart. Durch das im Koppelfall notwendige Spiel des Kolbens in der Aufnahme des äußeren Elements verkippt dieser dort. Dies erfolgt stets bei Nockenhub, wobei eine Unterseite des Kolbens an eine entsprechende Gegenfläche der Aufnahme des äußeren Elements anschlägt. Aufgrund der Verkippung des Kolbens verschiebt sich eine Kontaktzone aus dem Inneren der Aufnahme an einen Kantenabschnitt von dieser zur Trennfläche zwischen den Elementen heraus. Im Falle eines Eingreifens des Kolbens in eine Bohrung als Aufnahme liegt dann lediglich ein Punktkontakt vor. Bei einem abgeflachten Kolben, welcher beispielsweise in eine Ringnut als Aufnahme im äußeren Element geschoben wird, ist ein Zweipunktkontakt feststellbar.
Dieser vorgenannte Punktkontakt im Kantenabschnitt führt zu einer extremen Erhöhung der Kontaktfläche. Kommen noch unerwünscht große Form-, Rechtwinkligkeits- und Parallelitätsabweichungen hinzu, so wird der vorgenannte Effekt verstärkt. Aufgrund der extrem hohen Belastungen genau am Kantenabschnitt nimmt das Spiel im Koppelbereich über den Betriebszeitraum des Nockenfolgers unerwünscht zu. Es kommt zu einer Deformation des Kantenabschnitts. Dies kann schlimmstenfalls zu einem Verklemmen zwischen den beiden Elementen führen.
Aus der Druckschrift EP 0 652 353 B1 ist eine Vorrichtung zum Betreiben von Ventilen einer Brennkraftmaschine mit einem als tonnenförmiger Schaltbolzen ausgebildeten Kolben bekannt, der im mittleren Bereich zwischen seinen beiden Stirnseiten einen größeren Durchmesser aufweist und in einen Kolbenhebel hineinragt. Zwischen dem Kolben und einer Führungsbohrung des Kolbenhebels verläuft eine Kontaktzone längs eines Kreises am äußeren Umfang des Kolbens in einem axialen Abstand von der benachbarten Kolben-Stirnseite, also nicht an einer äußeren Stirnseite des Kolbens.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Nockenfolger der vorgenannten Art mit einem Koppelmechanismus zu schaffen, bei welchem eine Zunahme des Spiels im Koppelbereich über den Betriebszeitraum in einfacher Weise verhindert werden kann.
Lösung der Aufgabe
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach einem ersten Vorschlag bei einem Koppelmechanismus dadurch gelöst, dass eine Kontaktzone zwischen dem Kolben und der Aufnahme bei Nockenhub und Kopplung der Elemente deutlich von einem Kantenabschnitt der Aufnahme an der Trennfläche beabstandet liegt, wobei die Kontaktzone des Kolbens durch einen in Koppelrichtung axial außen liegenden Kantenbereich des Kolbens an dessen äußerer Stirnseite determiniert ist und der Kolben, ausgehend von dessen Kontaktzone und zumindest an diesem Umfangsabschnitt oder an dieser Seite sowie bezogen auf eine Orthogonale zur Trennfläche, sich in Richtung zu seiner inneren Stirnseite verjüngt.
Bei einem schaltbaren Nockenfolger wird die Aufgabe in entsprechender Weise erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen dem Kolben und dessen Gegenfläche in der Aufnahme eine Kontaktzone vorgesehen ist, welche bei Nockenhub und Kopplung der Elemente von einem Kantenabschnitt der Aufnahme an der Trennfläche deutlich beabstandet ist, wobei die Kontaktzone des Kolbens durch einen in Koppelrichtung axial außen liegenden Kantenbereich des Kolbens an dessen äußerer Stirnseite determiniert ist und der Kolben, ausgehend von dessen Kontaktzone und zumindest an diesem Umfangsabschnitt oder an dieser Seite sowie bezogen auf eine Orthogonale zur Trennfläche, sich in Richtung zu seiner inneren Stirnseite verjüngt.
Demnach ist die Kontaktzone in die Aufnahme nach innen verlagert. Vorzugsweise hat also der Kolben im Bereich seines Kantenbereichs zu seiner äußeren Stirnseite Kontakt zur Aufnahme.
Durch die vorgenannten Maßnahmen sind die eingangs geschilderten Nachteile wirkungsvoll vermieden. Bei der unvermeidlichen Verkippung des Kolbens in seiner Aufnahme im Koppelfall ist die Kontaktzone nunmehr von dem gefährdeten Kantenabschnitt konstruktiv weg verlagert.
Der Schutzbereich der Erfindung bezieht sich zwar insbesondere auf Koppelmechanismen in Nockenfolgern, Nockenfolgergruppen bzw. schaltbaren Abstützeinrichtungen für Nockenfolger oder Nockenfolgergruppen, jedoch geht er deutlich darüber hinaus. Generell können die erfindungsgemäßen Mittel auch in Nockenwellenverstellvorrichtungen, so beispielsweise in Verriegelungen bei derartigen Vorrichtungen, in Motorbremssystemen oder auch in Pumpenantrieben appliziert werden.
Eine einfache Maßnahme, um die Kontaktzone in das Innere der Aufnahme bei Kopplung zu verlagern, besteht darin, den Kolben selbst zu verändern. Ist dieser beispielsweise gestuft ausgebildet und greift im Koppelfall in eine Ringnut des äußeren Elements ein, so wie in der beschreibungseinleitend genannten US 2002/0046718 A1 offenbart, so wird erfindungsgemäß eine Anflachung als Koppelfläche am Kolben so ausgebildet, dass sie sich in Richtung zu einer inneren Stirnseite des Kolbens verjüngt. Somit hat dieser im Bereich der Anflachung eine quasi rückwärtsgewandte, kegel- bzw. keilähnliche Gestaltung im Längsschnitt.
Alternativ hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, den Kolben ohne Anflachung auszubilden, jedoch dessen Verjüngung als umlaufenden, rückwärtsgewandten Konus oder konusähnlich darzustellen.
Nach einem zweiten Vorschlag wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Kontaktzone zwischen dem Kolben und der Aufnahme bei Nockenhub und Kopplung der Elemente deutlich von einem Kantenabschnitt der Aufnahme an der Trennfläche beabstandet liegt, wobei die Kontaktzone des Kolbens durch einen in Koppelrichtung axial außen liegenden Kantenbereich des Kolbens an dessen äußerer Stirnseite determiniert ist und die Aufnahme, ausgehend von dem Kantenabschnitt an der Trennfläche und zumindest an diesem Umfangsabschnitt oder an dieser Seite sowie bezogen auf eine Orthogonale zur Trennfläche, als sich zumindest bis zu Kontaktzone verjüngende Aufnahme ausgebildet ist.
Damit ist eine weitere Variante geschaffen, bei welcher der Kolben zwar an seinem Außenmantel komplett zylindrisch hergestellt ist, wobei jedoch die entsprechende Aufnahme des äußeren Elements sich zumindest im Koppelbereich in Koppelrichtung verjüngt.
Ggf. kann die Kontaktzone auch durch eine kombinierte Schrägstellung der entsprechenden Kontaktflächen am Kolben und der Aufnahme „nach innen” verlagert werden.
Der Winkel der Verjüngung α soll in Ausgestaltung der Erfindung im Bereich zwischen 0° < α ≤ 5° liegen, wobei ein besonders bevorzugter Bereich zwischen 5' und 5° zu finden ist. Ggf. kann auch die 5°-Vorgabe geringfügig oder stärker überschritten sein.
Summa summarum ergeben sich somit eine Vielzahl von geometrischen Kombinationsmöglichkeiten zwischen Kolben und Aufnahme.
In Fortbildung der Erfindung ist es vorgesehen, in der Aufnahme einen Anschlag für das Koppelmittel zu applizieren. Aufgrund dieses Anschlags ist eine Endstellung des Kolbens im Koppelfall determiniert bzw. kann dieser nicht unerwünscht aus der Aufnahme des Außenteils ausfahren, sofern diese als Durchgangsöffnung gefertigt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen schaltbaren Nockenfolger im Längsschnitt,
2 einen Koppelmechanismus mit zylindrischem Kolben im Koppelfall,
3 einen Koppelmechanismus mit abgeflachtem Kolben im Koppelfall und
4 den letztgenannten Kolben mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt einen Längsschnitt durch einen schaltbaren Nockenfolger 4. Dieser ist hier als Rollenstößel ausgebildet. Er besteht aus einem äußeren Element 3, das mit einem inneren Element 2 zusammengesteckt ist. Das äußere Element 3 hat an einem Ende eine Anlauffläche für einen Nocken, wohingegen das innere Element 2 am gegenüberliegenden Ende auf eine Stößelstange im Hubsinn des Nockens einwirkt.
Des weiteren ist im Nockenfolger 4 ein Koppelmechanismus 1 an sich bekannter Bauart integriert. Dieser besteht aus einer radial durch das innere Element 2 sich erstreckenden Führungsbohrung 5 und einer zu dieser im Koppelfall fluchtenden Aufnahme 8 im äußeren Element 3. Des weiteren verläuft in der Führungsbohrung 5 ein Kolben 6 als Koppelmittel. Dieser ist über nicht näher zu erläuternde Mittel im gewünschten Koppelfall abschnittsweise radial nach außen, über eine Trennfläche 7 zwischen den Elementen 2, 3 hinweg, in die Aufnahme 8 verlagerbar. Zur Wegbegrenzung ist in der Aufnahme 8 ein Anschlagmittel 15 wahlweise appliziert.
Wie beschreibungseinleitend näher dargelegt und insbesondere in den 2, 3 gezeigt, hat die Aufnahme 8 gegenüber dem Kolben 6 ein Spiel. Aufgrund dieses Spiels ist bei Kopplung ein Formschluss mit relativ geringem Schmiegungsfaktor gegeben. Bei Nockenhub kommt es somit zwangsläufig zu einem Verkippen des Kolbens 6 in der Aufnahme 8 sowie in der Führungsbohrung 5 Dies führt, bei einem komplett zylindrischen Kolben 6 wie in 2 dargestellt, zu einem stark belastenden Punktkontakt des Kolbens 6 am unteren Kantenabschnitt 10 der Aufnahme 8 zur Trennfläche 7. Das Spiel im Koppelbereich nimmt verschleißbedingt zu Der Kantenabschnitt 10 wird nach und nach unerwünscht deformiert. Gegebenenfalls kann es zu einem Verklemmen der Elemente 2, 3 kommen.
Gleiches gilt für die Ausgestaltung nach 3, bei welcher der Kolben 6 eine untenliegende Anflachung 14 hat, die im Koppelfall in eine flache Gegenfläche einer allumlaufenden Ringnut als Aufnahme 8 des äußeren Elements 3 einfährt. Im Verkippungsfall ist hier mit einem Zweipunktkontakt zur Aufnahme 8 zu rechnen.
4 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, wonach eine Kontaktzone 9 zwischen dem Kolben 6 und dessen Gegenfläche in der Aufnahme 8 vom Kantenabschnitt 10 weg nach innen (in Koppelrichtung gesehen) verlagert ist. Demnach liegt diese Kontaktzone 9 innerhalb der Aufnahme 8 und ist bei vollständiger Kopplung unmittelbar im Kantenbereich 11 des Kolbens 6 zu seiner äußeren Stirnseite 12 zu finden. Dabei hat der Kolben 6 auf der Seite der Kontaktzone 9 eine Anflachung 14, welche einer angeflachten Gegenfläche der als Ringnut ausgebildeten Aufnahme 8 gegenüberliegt. Die Anflachung 14 ist, bezogen auf eine Orthogonale des Kolbens 6 zur Trennfläche 7, quasi rückwärtsgewandt angeschrägt. Der Winkel α dieser Anschrägung liegt im Bereich von 0° < α ≤ 5°, vorzugsweise kann er ab 5' ausgelegt werden.
Selbstverständlich kann diese rückwärtsgewandte Anschrägung auch allumlaufend ausgebildet sein, so dass ein rückwärtsgewandter Konus generiert ist, der beispielsweise dann in eine entsprechende Aufnahme 8 einfährt. Im Falle der Anflachung 14, wie in 4 offenbart, liegt im Koppelfall nunmehr zumindest ein Linienkontakt in der Kontaktzone 9 gegenüber dem vorherig nachteilig genannten Zweipunktkontakt vor.
Bezugszeichenliste

1: Koppelmechanismus
2: erstes (inneres) Element
3: zweites (äußeres) Element
4: Nockenfolger
5: Führungsbohrung
6: Kolben
7: Trennfläche
8: Aufnahme
9: Kontaktzone
10: Kantenabschnitt
11: Kantenbereich
12: äußere Stirnseite
13: innere Stirnseite
14: Anflachung
15: Anschlagmittel
α: Winkel der Verjüngung

Claims

Koppelmechanismus (1) für relativ zueinander bewegliche Elemente (2, 3), insbesondere für einen schaltbaren Nockenfolger (4), eine schaltbare Nockenfolgergruppe oder eine schaltbare Abstützeinrichtung eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, wobei bei Kopplung der Elemente (2, 3) ein großer Ventilhub und bei deren Entkopplung ein demgegenüber kleinerer Ventilhub erzielbar ist, wobei in einem ersten Element (2) eine Führungsbohrung (5) für wenigstens einen Kolben (6) zur Kopplung angeordnet ist, welcher Kolben (6) für den Koppelfall abschnittsweise über eine Trennfläche (7) zwischen den Elementen (2, 3) hinweg in eine fluchtende Aufnahme (8) des zweiten Elements (3) verlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktzone (9) zwischen dem Kolben (6) und der Aufnahme (8) bei Nockenhub und Kopplung der Elemente (2, 3) deutlich von einem Kantenabschnitt (10) der Aufnahme (8) an der Trennfläche (7) beabstandet liegt, wobei die Kontaktzone (9) des Kolbens (6) durch einen in Koppelrichtung axial außen liegenden Kantenbereich (11) des Kolbens (6) an dessen äußerer Stirnseite (12) determiniert ist und der Kolben (6), ausgehend von dessen Kontaktzone (9) und zumindest an diesem Umfangsabschnitt oder an dieser Seite sowie bezogen auf eine Orthogonale zur Trennfläche (7), sich in Richtung zu seiner inneren Stirnseite (13) verjüngt.
Koppelmechanismus (1) für relativ zueinander bewegliche Elemente (2, 3), insbesondere für einen schaltbaren Nockenfolger (4), eine schaltbare Nockenfolgergruppe oder eine schaltbare Abstützeinrichtung eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, wobei bei Kopplung der Elemente (2, 3) ein großer Ventilhub und bei deren Entkopplung ein demgegenüber kleinerer Ventilhub erzielbar ist, wobei in einem ersten Element (2) eine Führungsbohrung (5) für wenigstens einen Kolben (6) zur Kopplung angeordnet ist, welcher Kolben (6) für den Koppelfall abschnittsweise über eine Trennfläche (7) zwischen den Elementen (2, 3) hinweg in eine fluchtende Aufnahme (8) des zweiten Elements (3) verlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktzone (9) zwischen dem Kolben (6) und der Aufnahme (8) bei Nockenhub und Kopplung der Elemente (2, 3) deutlich von einem Kantenabschnitt (10) der Aufnahme (8) an der Trennfläche (7) beabstandet liegt, wobei die Kontaktzone (9) des Kolbens (6) durch einen in Koppelrichtung axial außen liegenden Kantenbereich (11) des Kolbens (6) an dessen äußerer Stirnseite (12) determiniert ist und die Aufnahme (8), ausgehend von dem Kantenabschnitt (10) an der Trennfläche (7) und zumindest an diesem Umfangsabschnitt oder an dieser Seite sowie bezogen auf eine Orthogonale zur Trennfläche (7), als sich zumindest bis zur Kontaktzone (9) verjüngende Aufnahme (8) ausgebildet ist.
Koppelmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel α der Verjüngung insgesamt, bezogen auf die Orthogonale zur Trennfläche (7), im Bereich von 0° < α ≤ 5° liegt.
Koppelmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (8) zumindest im Bereich zwischen Kantenabschnitt (10) und Kontaktzone (9) als Bohrung hergestellt ist.
Koppelmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bereich zwischen Kantenabschnitt (10) und Kontaktzone (9) der Aufnahme (8) plan ausgebildet ist.
Koppelmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung des Kolbens (6) als umlaufender Konus oder konusähnlich dargestellt ist.
Koppelmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung des Kolbens (6) als Anflachung (14) realisiert ist.
Koppelmechanismus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (6) im Umfangsabschnitt außerhalb der Anflachung (14) zylindrisch ist.
Koppelmechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufnahme (8) ein Anschlagmittel (15) für den Kolben (6) vorgesehen ist.
Schaltbarer Nockenfolger (4) eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine mit einem Koppelmechanismus (1) für relativ zueinander bewegliche Elemente (2, 3), wobei bei Kopplung der Elemente (2, 3) ein großer Ventilhub und bei deren Entkopplung ein demgegenüber kleinerer Ventilhub erzielbar ist, wobei in einem ersten, inneren Element (2) eine Führungsbohrung (5) für wenigstens einen Kolben (6) zur Kopplung angeordnet ist und der Kolben (6) für den Koppelfall abschnittsweise über eine zwischen den Elementen (2, 3) befindliche Trennfläche (7) hinweg in eine fluchtende Aufnahme (8) des zweiten, äußeren Elements (3) verlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolben (6) und dessen Gegenfläche in der Aufnahme (8) eine Kontaktzone (9) vorgesehen ist, welche bei Nockenhub und Kopplung der Elemente (2, 3) von einem Kantenabschnitt (10) der Aufnahme (8) an der Trennfläche (7) deutlich beabstandet ist, wobei die Kontaktzone (9) des Kolbens (6) durch einen in Koppelrichtung axial außen liegenden Kantenbereich (11) des Kolbens (6) an dessen äußerer Stirnseite (12) determiniert ist und der Kolben (6), ausgehend von dessen Kontaktzone (9) und zumindest an diesem Umfangsabschnitt oder an dieser Seite sowie bezogen auf eine Orthogonale zur Trennfläche (7), sich in Richtung zu seiner inneren Stirnseite (13) verjüngt.
Schaltbarer Nockenfolger (4) eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine mit einem Koppelmechanismus (1) für relativ zueinander bewegliche Elemente (2, 3), wobei bei Kopplung der Elemente (2, 3) ein großer Ventilhub und bei deren Entkopplung ein demgegenüber kleinerer Ventilhub erzielbar ist, wobei in einem ersten, inneren Element (2) eine Führungsbohrung (5) für wenigstens einen Kolben (6) zur Kopplung angeordnet ist und der Kolben (6) für den Koppelfall abschnittsweise über eine zwischen den Elementen (2, 3) befindliche Trennfläche (7) hinweg in eine fluchtende Aufnahme (8) des zweiten, äußeren Elements (3) verlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolben (6) und dessen Gegenfläche in der Aufnahme (8) eine Kontaktzone (9) vorgesehen ist, welche bei Nockenhub und Kopplung der Elemente (2, 3) von einem Kantenabschnitt (10) der Aufnahme (8) an der Trennfläche (7) deutlich beabstandet ist, wobei die Kontaktzone (9) des Kolbens (6) durch einen in Koppelrichtung axial außen liegenden Kantenbereich (11) des Kolbens (6) an dessen äußerer Stirnseite (12) determiniert ist und die Aufnahme (8), ausgehend von dem Kantenabschnitt (10) an der Trennfläche (7) und zumindest an diesem Umfangsabschnitt oder an dieser Seite sowie bezogen auf eine Orthogonale zur Trennfläche (7), als sich zumindest bis zur Kontaktzone (9) verjüngende Aufnahme (8) ausgebildet ist.