DE19648141A1

DE19648141A1 - Stößel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19648141A1
Application number: DE1996148141
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Haas; Gerhard Dipl Ing Dr Maas; Oliver Dipl Ing Schnell
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1996-11-21
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 1998-05-28
Also published as: DE19781318D2; WO1998022699A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Stößel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, der auf unterschiedliche Ventilhübe schaltbar ausgelegt ist, nach den ober begriffsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiger Stößel ist aus der DE-OS 43 14 619 vorbekannt und muß an dieser Stelle nicht näher beschrieben werden. Nachteilig ist es bei diesem, daß keine Mittel vorgesehen sind, um Fehlschaltungen dessen Kolben als Koppel mittel auszuschließen. So besitzen dessen Druckmittel beaufschlagte Kolben keinerlei Information darüber, wann es technisch sinnvoll ist, die Ringfläche zwischen den Stößelteilen zu übergreifen. Da ein derartiger Stößel in aller Regel in einer Nockengrundkreisphase geschaltet wird, in welcher seine beiden Abschnitte im Bodenbereich zueinander fluchtend sind, kann es beispielsweise bei hohen Drehzahlen bzw. anderen Einflüssen wie Druckmittelschwankungen und ähnlichem dazu kommen, daß die Koppelmittel beim Verlassen des Grund kreises des Nockens, d. h. mit dessen Anlaufflanke, nicht ihre Koppel- bzw. Entkoppelposition erreicht haben. Überschneidet in einem derartigen Über gangszustand das jeweilige Koppelmittel die Ringfläche zwischen den Einheiten lediglich gering, so kann der Nockenhub am äußeren Stößel abreißen und es kommt zu einer erheblichen Bauteilbeanspruchung bzw. zu einer extremen Ge räuschentwicklung.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Stößel der vorgenannten Gattung zu schaffen, bei dem die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind und insbesondere mit einfachen Mitteln ein Mechanismus geschaffen wird, über den Fehlschaltun gen während der eben genannten Betriebszustände ausgeschlossen sind bzw. eine Axialverschieblichkeit der Koppelmittel lediglich in der Grundkreisphase ermöglicht ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst, wobei zweckmäßige Konkretisierungen der Erfindung Gegenstand der Unteransprüche sind. Durch die in Anspruch 1 aufgezeigte Kulissenanordnung mit Torsionsfederelement und "signalgebender" Ringnut im Nockengrundkreis wird dem Stößel auf technisch einfache Art und Weise übermittelt, zu welchem Zeitpunkt der Nockengrundkreis mit diesem kommuniziert. Somit werden die eingangs genannten negativen Fehlschaltungen weitestgehend ausgeschlossen und ein Koppeln und Entkoppeln wird über die Kulissenelemente lediglich in der Grundkreisphase gestattet. Anstatt der hier aufgezeigten erfindungsgemäßen Nut im Nockengrundkreis können auch weitere die Kulisse beeinflussende Elemente wie Erhebungen oder ähnliches vorgesehen sein, wichtig ist es lediglich, die Koppelelemente außerhalb ihrer vorgesehenen Koppelphase in ihren undefinierten Schaltpositionen und -bewe gungen zu verhindern bzw. diese Elemente in ihren Endlagen zu fixieren. Auch erfolgt durch die spezielle Ausgestaltung der Kulisse eine Zwangsbewegung des jeweiligen Koppelelements in Koppel- oder Entkoppelrichtung bei Erreichen bzw. Überschreiten des Nutendes.

Als Kulissenelement ist ein Zahn vorgeschlagen, welcher mit entsprechend keilförmig ausgestalteten Ringnuten im zweiten Schieber zusammenwirkt. Diese Keilform bewirkt die Zwangsbewegung der Schieber in eine definierte Endlage, unterstützt durch eine "Vortordierung" der Schraubenfeder.

Als Torsionsfederelement ist in Fortbildung der Erfindung eine Schraubenfeder vorgesehen, deren eine Federwindung radial als Zunge die Schraubenfeder überragt. Anstatt dieser "Zunge" ist auch jedes weitere technische Element denkbar, welches ausgehend von der Signalbahn am Nockengrundkreis der Kulisse eine Drehbewegung derart übermittelt, daß diese wahlweise die Koppel elemente arretiert bzw. in ihrer Axialbewegung freigibt. Diese "Zunge" kann als in sich federndes Element ausgelegt sein. Somit wird verhindert, daß in Positio nen, wo einerseits die Koppelelemente arretiert sein sollen und andererseits die Arretierung (Kulisse) nicht in die Koppelelemente eingreifen kann, eine unzuläs sige Belastung der Koppelelemente auftritt.

Wahlweise kann die verdrehbare Hülse am äußeren bzw. inneren Abschnitt des Stößels angeordnet sein. Die Schieber als Koppelmittel sind dabei so ausgebil det, daß diese radial von außen mit einem Servomittel wie Hydraulikmittel beaufschlagt werden können, wobei ein erster Schieber einen weiteren Schieber beaufschlagt und beide Schieber somit für den Koppelfall eine Ringfläche zwischen den Abschnitten übergreifen. Zusätzlich ist es vorgeschlagen, die Schieber entgegen Hydraulikmitteldruck über einen dritten Schieber, welcher federbeaufschlagt ist zurückzustellen. Denkbar ist es jedoch auch, daß die Schieber gleichfalls über Hydraulikmitteldruck zurückgestellt werden. Auch kann sich die Erfindung auf eine Anordnung der Schieber beziehen, so wie sie sich aus der beschreibungseinleitend genannten DE-OS 43 14 619 dem Fach mann erschließt. Hierbei erfolgt eine Beaufschlagung der Schieber zentral radial von innen nach außen oder umgekehrt. Als Servomittel zur Verlagerung der Schieber in eine Richtung ist z. B. ein magnetisches, pneumatisches, elektri sches, das genannte hydraulische u. a. Mittel denkbar.

Zweckmäßigerweise sind die Schieber als Kolben ausgebildet und deren Auf nahmen als Bohrungen. Diese Variante erweist sich hinsichtlich der Fertigungs technik als relativ einfach. Es kann auch vorgesehen sein, daß in den Bohrungen separate Hülsen verlaufen, in deren Bohrung selbst sich dann die Schieber bewegen sollen. Diese Hülsen können dann besonders verschleißfest ausgebil det sein.

Schließlich ist eine nicht näher bezeichnete Verdrehsicherung für den zweiten Schieber vorgeschlagen. Dabei bietet sich beispielsweise eine Feder-Nut-Ver bindung oder ähnliches an.

Die Erfindung bezieht sich prinzipiell auf alle denkbaren Nockenfolger, z. B. schaltbare Schlepp-, Schwing- oder Kipphebel u. a.Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Stößel in dessem oberen Be reich mit anlaufendem Nocken und

Fig. 2 eine Ansicht des zweiten Schiebers mit Querschnitt im Be reich dessen Axialnut.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Der Stößel 1 besteht aus einem äußeren kreisringförmigen Abschnitt 2, der konzentrisch und axialbeweglich zu diesem einen kreisförmigen Abschnitt 3 einschließt. Dabei wird der kreisringförmige Abschnitt 2 im Bereich seines Bodens 4 von zwei Nocken 5 großen Hubes beaufschlagt. Der kreisförmige Abschnitt 3 hingegen wird im Bereich seines Bodens 6 von einem zentralen Nocken 7 kleinen Hubes bzw. 0-Hubes beaufschlagt. Beide Abschnitte 2, 3 weisen in einer Grundkreisphase der Nocken 5, 7 zueinander fluchtende und radial angeordnete Aufnahmen 9, 8 auf. Diese Aufnahmen 9, 8 sind als Bohrun gen hergestellt.

Aus dem linken Bildabschnitt geht hervor, daß in der Aufnahme 9 ein erster Schieber 10 verläuft. Dieser erste Schieber 10 ist als Kolben ausgebildet und kann radial von außen nach innen über aus einer Bohrung 11 anliegendes Servomittel (Hydraulikmittel) verschoben werden. Dem Schieber 10 ist radial innen in der Aufnahme 8 ein zweiter Schieber 12 zugeordnet. Dieser zweite Schieber 12 ist wiederum als Kolben hergestellt und erstreckt sich im Entkoppel fall der Abschnitte 2, 3 über eine gesamte Länge der Aufnahme 8.

In Aufnahmerichtung weiter gesehen ist hinter dem zweiten Schieber 12 in der Aufnahme 9 ein dritter Schieber 13 positioniert. Dieser Schieber 13 ist radial nach innen über ein nicht näher zu beschreibendes Federmittel 14 angefedert. Eine Beaufschlagung des ersten Schiebers 10 mit Hydraulikmittel aus der Boh rung 11 bewirkt dessen Verschiebung radial nach innen, wobei der erste und zweite Schieber 11, 12 mit Mantelflächen 15, 16 eine zwischen den Abschnit ten 2, 3 befindliche Ringfläche 17 übergreifen. Hierdurch ist eine Kopplung des gesamten Stößels 1 auf den Hub der Nocken 5 hergestellt. Für einen Entkoppel fall wird der Hydraulikdruck in der Bohrung 11 gedrosselt, so daß das Kolben paket bestehend aus drittem, zweitem sowie erstem Schieber 13, 12, 10 über die Kraft des Federmittels 14 hier radial von rechts nach links geschoben wird. Somit vollzieht der kreisringförmige Abschnitt 2 einen Leerhub gegenüber dem kreisförmigen Abschnitt 3 und der gesamte Stößel 1 folgt lediglich dem Hub des Nockens 7. Der kreisförmige Abschnitt 3 ist im Bereich seines nockenfernen Abschnitts wenigstens einem nicht dargestellten Gaswechselventil wahlweise über ein hydraulisches Spielausgleichselement zugewandt.

Der zweite Schieber 12 ist nach der Erfindung mittig von einer verdrehbaren Hülse 18 umfaßt. Diese Hülse 18 ist von einer Schraubenfeder 19 umschlossen, die hier als Torsionsfederelement 20 dient. Dabei ist das Torsionsfederelement 20 an seinem einen Ende 21 an der Hülse 18 befestigt. Am anderen Ende 22 ist es am Boden 6 des kreisförmigen Abschnitts 3 arretiert. Eine Wicklung 23 des Torsionsfederelements 20 ist radial herausgeführt und bildet eine Zunge 24. Diese Zunge 24 ist in Richtung der Nocken 5, 7 durch Tordierung der Schrau benfeder 19 und anschließende Befestigung im Bereich ihrer Enden 21, 22 angefedert. Der Zunge 24 liegt am Außenmantel 25 des zentralen Nockens 7 eine Nut 26 gegenüber. Diese Nut 26 verläuft über einen in Drehrichtung des Nockens 7 gesehenen ersten Teilabschnitt bzw. gesamten Teilabschnitt dessen Grundkreises.

Die Hülse 18 besitzt radial innen einen Zahn 27. Dieser ragt im entkoppelten Zustand der Abschnitte 2, 3 in eine von zwei Ringnuten 28 der Mantelfläche 16 des zweiten Schiebers 12. In der in Fig. 1 gezeigten Schaltstellung ragt dieser Zahn 27 in die dem ersten Schieber 10 abgewandte Ringnut 28. Die Hülse 18 mit Zahn 27 und der zweite Schieber 12 mit Axialnuten 28 bildet im Sinne der Erfindung eine Kulissenanordnung 29.

Soll nun der Stößel 1 auf den Hub der Nocken 5 gekoppelt werden, so wird über die Bohrung 11 Hydraulikmittel an den ersten Schieber 10 und somit mittelbar an den zweiten und dritten Schieber 12, 13 angelegt. Das Torsions federelement 20 ist über seine Zunge 24 in permanentem Kontakt mit dem Außenmantel 25 des Nockens 7. Mit beginnendem Grundkreis (nicht darge stellt) erreicht die Zunge 24 die Nut 26. Durch diese Schwenkbewegung wird die Hülse 18, die mit der Zunge 24 verbunden ist, soweit verdreht, daß der Zahn 27 in einer Axialnut 30, welche die Ringnuten 28 verbindet, verläuft. Somit ist für diesen Grundkreisbereich die Axialverschieblichkeit der Schieber 10, 12, 13 gegeben. Fehlschaltungen während anderer Nockenphasen sind ausgeschlossen. Sollte ungünstigenfalls während der Verschiebebewegung der Schieber 10, 12, 13 der Zahn 27 auf einem zwischen den Ringnuten 28 befind lichen Abschnitt stehen, so wird über die federnde Zunge 24 ein gewisser Ausgleich erzielt und somit eine Bauteilzerstörung bzw. Geräuschentwicklung vermieden. Auch sorgt die keilförmige Ausgestaltung der Ringnuten 28 in Ver bindung mit der Geometrie des Zahnes 27 dafür, daß sich in den meisten aller ungünstigen Schaltfälle der zweite Schieber 12 über Keilwirkung eine seiner Endpositionen sucht.

Bezugszeichenliste

1

Stößel

2

Abschnitt

3

Abschnitt

4

Boden

5

Nocken

6

Boden

7

Nocken

8

Aufnahme

9

Aufnahme

10

erster Schieber

11

Bohrung

12

zweiter Schieber

13

dritter Schieber

14

Federmittel

15

Mantelfläche

16

Mantelfläche

17

Ringfläche

18

Hülse

19

Schraubenfeder

20

Torsionsfederelement

21

Ende

22

Ende

23

Wicklung

24

Zunge

25

Außenmantel

26

Nut

27

Zahn

28

Ringnut

29

Kulissenanordnung

30

Axialnut

31

innere Stirnfläche

32

Aussparung

33

Innenmantel

Claims

1. Stößel (1) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine der auf unterschied liche Ventilhübe schaltbar ausgelegt ist, mit einem äußeren kreisringförmigen Abschnitt (2), der konzentrisch einen kreisförmigen und relativ zu diesem axial beweglichen Abschnitt (3) einschließt und beide Abschnitte (2, 3) von Nocken (5, 7) unterschiedlichen Hubes im Bereich ihrer Böden (4, 6) im Hubsinn beaufschlagbar sind bzw. wenigstens ein Abschnitt (2 oder 3) von wenigstens einem Nocken (5 oder 7) im Hubsinn beaufschlagbar ist, wobei beide Ab schnitte (2, 3) im Bereich ihrer Böden (4, 6) zumindest eine bevorzugt in einer Nockengrundkreisphase zueinander fluchtende radial bzw. sekantenartig ver laufende Aufnahme (9, 8) aufweisen, wobei in der Aufnahme (9) des kreisring förmigen Abschnitts (2) ein erster in Richtung zur Aufnahme (8) des kreisförmi gen Abschnitts (3) über ein Servomittel verlagerbarer Schieber (10) positioniert ist, welcher für den Entkoppelfall der Abschnitte (2, 3) mit seiner inneren Stirnfläche (31) unmittelbar vor einer Ringfläche (17) zwischen den Abschnitten (2, 3) verläuft und für den Koppelfall auf einen sich bevorzugt über eine gesam te Länge der Aufnahme (8) des kreisförmigen Abschnitts (3) erstreckenden zweiten Schieber (12) derartig einwirkbar ist, daß vorzugsweise beide Schieber (10, 12) mit ihren Mantelflächen (15, 16) die Ringfläche (17) übergreifen, dadurch gekennzeichnet,

- daß einer der Schieber (12, 10) innerhalb seiner Aufnahme (8, 9) von einer verdrehbaren Hülse (18) umschlossen ist,
- daß im Bereich dieser Hülse (18) der Boden (6, 4) eine Aussparung (32) auf weist, durch die ein die Hülse (18) umschließendes Torsionsfederelement (20) mit seiner in Nockenrichtung angefederten Zunge (24) ragt,
- daß die Zunge (24) mit einer Nut (26) im Außenmantel (25) des zugeord neten Nockens (7, 5) kommuniziert, welche Nut (26) sich zumindest über einen in Drehrichtung des Nockens (7, 5) gesehenen ersten Teilbereich dessen Grundkreises erstreckt, in welchem eine Axialverlagerung der Schie ber (10, 12) für den Koppel- und Entkoppelfall möglich ist,
- daß das Torsionsfederelement (20) einenends an der Hülse (18) und andere nends am entsprechenden Abschnitt (3, 2) bzw. dessen Boden (6, 4) befe stigt ist, wobei zwischen der Hülse (18) und dem Schieber (12, 10) eine Kulissenanordnung (29) verläuft und
- daß die Kulissenanordnung (29) derartig ausgestaltet ist, daß diese eine axiale Freigängigkeit des entsprechenden Schiebers (12, 10) nur dann gestattet, wenn die Hülse (18) über die in ihrer Nut (26) des Nockens (7, 5) verlaufende Zunge (24) verdreht ist.

2. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Schieber (12) an seiner Mantelfläche (16) oder die Hülse (18) an ihrem Innenmantel (33) zwei axial benachbarte und bevorzugt zahnähnlich ausgebildete Ringnuten (28) als Kulissenanordnung (29) aufweist, die durch zumindest eine Axialnut (30) verbunden sind,
- daß sich in eine der Ringnuten (28) vom jeweils anderen Bauteil (18, 12) ein komplementärer Zahn (27) erstreckt und
- daß die Hülse (18) für den Fall der Axialverlagerung des Schiebers (12) durch die in der Nut (26) des Nockens (7) verlaufende Zunge (24) derartig verdrehbar ist, daß in der Axialnut (30) der entsprechende Zahn (27) ver läuft.

3. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verdrehbare Hülse (18) dem im kreisförmigen Abschnitt (3) verlaufenden zweiten Schieber (12) zugeordnet ist.

4. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Torsionsfeder element (20) als Schrauben- oder ähnliche Feder (19) hergestellt ist, bei welcher zumindest eine Wicklung (23) ihren Außendurchmesser zur Bildung der Zunge (24) überragt.

5. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Schieber 10) in der Aufnahme (9) des kreisringförmigen Abschnitts (2) ein dritter Schie ber (13) axial hinter dem zweiten Schieber (12) gegenüberliegt, der im Entkop pelfall unmittelbar vor der Ringfläche (17) verläuft und in Richtung der weiteren Schieber (12, 10) über ein Federmittel (14) angefedert ist.

6. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber (10, 12, 13) als Kolben und deren Aufnahmen (9, 8) als Bohrungen hergestellt sind.

7. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schieber (12) in seiner Aufnahme (8) eine Verdrehsicherung besitzt.