DE19710577A1

DE19710577A1 - Hydraulisches Spielausgleichselement

Info

Publication number: DE19710577A1
Application number: DE19710577A
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl Ing Deberle; Walter Dipl Ing Speil
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2017-03-15
Also published as: DE19710577B4; WO1998041741A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spielausgleichselement, insbesondere für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine.

Hintergrund der Erfindung

Derartige Spielausgleichselemente sind der Fachwelt hinreichend bekannt (siehe INA-Druckschrift: "Hydraulische Ventilspielausgleichselemente; Bauformen, Funktion, Anwendungsbeispiele" 1988) und müssen an dieser Stelle nicht näher erläutert werden. Dabei ist in aller Regel deren Ventilmittel in Richtung zum Vorratsraum durch ein Federmittel beaufschlagt. Während einer Grundkreis phase wird der während einer Hochdruckphase des Spielausgleichselements funktionsbedingt aus seinem Hochdruckraum gepreßte Anteil an Hydraulikmittel über eine Ventilsitzbohrung und das offene Ventilmittel in den Hochdruckraum nachgesaugt. Während dieser Phase findet somit ein Ausgleich aller im Ventil trieb auftretenden unerwünschten Spiele statt. Kommt es nun während der eben genannten Grundkreisphase (bei Spiel = 0) zu unerwünschten Be- oder Entla stungen des Spielausgleichselements, beispielsweise hervorgerufen durch Transversalschwingungen der Nockenwelle bzw. Unrundheiten des Nocken grundkreises und anderes, so kann dies zum Aufpumpen des Spielausgleichs elements und somit zum "Verhärten" des Hochdruckraumes führen. Dieses "Verhärten" kann eine unkontrollierte Entlastung des vom Spielausgleichsele ment beaufschlagten Gaswechselventils erzeugen. Im ungünstigsten Fall kommt es während der Grundkreisphase sogar zum Öffnen des betreffenden Gaswech selventils.

Da dieser Nachteil der Fachwelt bekannt ist und immer strengere Gesetzgebun gen den Motorenhersteller zwingen die Abgasqualität zu verbessern, hat die Fachwelt bisher versucht, diesen Mangel u. a. dadurch zu beheben, indem sie das Spielausgleichselement während seiner Grundkreisphase geringfügig ela stisch auslegte. Beispielsweise sind hierfür nachgiebige Glieder wie Kolben am Hochdruckraum bzw. dem Ventilschaft zugeordnete, elastisch verformbare Puffer vorgeschlagen. Diese Maßnahmen sind jedoch relativ aufwendig in ihrer Herstellung, da die Toleranzen extrem fein eingestellt werden müssen und nicht garantiert ist, daß diese über die Lebensdauer des Elements hinweg erhalten bleiben. Zusätzlich ist ein unnötiger und masseerhöhender Teileaufwand im Ventiltrieb zur Erzielung des angestrebten Erfolgs notwendig.

Gefördert wird das Auftreten des unerwünschten Entlastens des Ventiltriebs bzw. des Öffnens der Gaswechselventile während der Grundkreisphase noch durch die drastische Reduzierung der Ventilfederkräfte, hervorgerufen durch den Wunsch nach einem möglichst reibungsarmen Ventiltrieb.

Insgesamt gesehen ist bei Auftreten der obengenannten ungünstigen Betriebs zuständen mit einem unrunden Motorlauf, einer schlechteren Abgaszusammen setzung sowie mit Fehlzündungen (Mißfiring) zu rechnen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vor genannten Gattung zu schaffen, bei welcher die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind und insbesondere mit geringem Aufwand eine gewisse Nachgiebigkeit des Spielausgleichselements in der Grundkreisphase geschaffen ist, wobei gleichzei tig ein sehr schnelles und sicheres Schließen des Ventilmittels (vorzugsweise Kugel) bei beginnendem Nockenhub festzustellen ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach den Merkmalen des kennzeichnen den Teiles des Anspruchs 1 gelöst, wobei zweckmäßige Konkretisierungen der Erfindung Gegenstand der Unteransprüche sind, welche auch selbständig schutzfähige Maßnahmen beinhalten können.

Somit ist ein Ventilmittel vorgeschlagen, bei dem auf die bisher verwendete Schließfeder verzichtet wird. Bei Belastung des Spielausgleichselements wäh rend der obengenannten Grundkreisphase ist eine gewisse "Nachgiebigkeit" des Stößels und somit des Ventiltriebs dadurch geschaffen, daß eine Teilmenge an Hydraulikmittel aus dem Hochdruckraum in den Vorratsraum strömen kann, ohne daß das Ventilmittel unerwünscht schließt.

Die Freigängigkeit der federbelasteten Kugel ist derartig ausgestaltet, daß mit einem enorm schnellen und sicheren Schließen der Kugel bei Nockenhub zu rechnen ist. Als Federmittel ist an dieser Stelle zwar eine Schraub- oder Spiralfe der angeführt, denkbar sind jedoch auch andere Federmittel, wie plattenartige und ähnliche. Das schnelle Schließen der Kugel wird bei Nockenhub durch die sich im Hochdruckraum ausbildende Saugwirkung durch Vorbeiströmen des Hydraulikmittels zwischen der Ventilsitzbohrung und der Kugel sowie durch den sich im Hochdruckraum ausbildenden Überdruck bewirkt.

Das als Abstützung für das mechanische Federmittel erfindungsgemäß vor geschlagene Halteteil ist vorzugsweise als dünnwandige Blechscheibe mit mittigem Durchlaß für das Hydraulikmittel ausgebildet. Diese Blechscheibe kann nach einer vorteilhaften Fortbildung der Erfindung als Federscheibe ausge bildet sein, welche einen in Bohrungsrichtung gekröpften Rand aufweist. Durch diese Kröpfung erfolgt eine hervorragende und einfache kraftschlüssige Befesti gung des Halteteils gegenüber der Bohrung des jeweiligen Elements.

Denkbar ist es jedoch auch, in die Bohrung des jeweiligen Elements einen Ringabschnitt einzufügen, welcher das Halteteil für das Federmittel gegenüber dem Boden des Vorratsraums fixiert. Dabei soll dieser Ringabschnitt durch an sich bekannte Verfahren wie Verstemmen, Verschweißen, Verlöten, Verkleben und ähnliches gegenüber der Bohrung befestigt werden.

Jedoch ist es auch Gegenstand der Erfindung, das Halteteil gegenüber der Bohrung über einen in dieser befestigten Sicherungsring zu fixieren. Gegebe nenfalls kann dieser Sicherungsring auf ein zwischen diesem und dem Halteteil verlaufendes Scheibenteil einwirken.

Auf der Seite der Kugel kann eine Windung der Feder selbstverständlich ver größert sein, was die Führung der Kugel in Axialrichtung verbessert.

Ein Einsatz des Spielausgleichselements mit der hier erzielten erfindungsgemä ßen Leerhubfunktion ist nicht nur bei Tassenstößeln denkbar und vorgesehen. Er bezieht sich gleichermaßen auch auf Applikationen in Nockenfolgern wie Schlepp-, Kipp- oder Schwinghebel und ähnliches.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes hydrauli sches Spielausgleichselement, hier in einen Tassen stößel eingebaut und

Fig. 2-6 einen Druckkolben des hydraulischen Spielaus gleichselements, in dem das erfindungsgemäße Halteteil in verschiedenen Ausgestaltungen darge stellt ist.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein in einen Tassenstößel 1 eingebautes hydraulisches Spielaus gleichselement 2, so wie es von seinem prinzipiellen Aufbau und der Wirkungs weise her der Fachwelt ausreichend bekannt ist.

Der Tassenstößel 1 verläuft in einer Bohrung 3 eines Zylinderkopfes 4. Das Spielausgleichselement 2 besteht aus einem hohlzylindrischen Gehäuse 5, welches axial beweglich gegenüber einem Druckkolben 6 ist. Gehäuse 5 und Druckkolben 6 sind ineinander gesteckt ausgebildet. Der Druckkolben 6 weist eine erste Stirnseite 7 auf, die gegen einen Boden 8 des Tassenstößels 1 ange legt ist. Mit einer Stirnseite 9 kommuniziert das Gehäuse 5 unmittelbar mit einem Ende eines Gaswechselventils 10. Gleichzeitig schließt der Druckkolben 6 einen zentrischen Vorratsraum 11 für Hydraulikmittel ein. In Richtung zum Gaswechselventil 10 ist der Vorratsraum 11 durch einen Boden 12 begrenzt. Der Boden 12 besitzt eine zentrische Ventilsitzbohrung 13. Diese ist von ihrer vorratsraumfernen Seite durch ein Ventilmittel 14 wie eine Kugel verschlossen. Axial zwischen dem Boden 12 und der Stirnseite 9 verläuft ein Hochdruckraum 15 für Hydraulikmittel.

Die Fig. 1 zeigt, wie schon genannt, ein Spielausgleichselement 2, so wie es der Fachwelt an sich bekannt ist. Dessen Ventilmittel 14 ist normalerweise durch eine Druckfeder 16 in Richtung zum Vorratsraum 11 angefedert. Nach der Erfindung soll nunmehr auf diese Druckfeder 16 verzichtet werden. Das Ventilmittel 14 ist durch ein in seine Öffnungsrichtung wirkendes mechanisches Federmittel 17 (siehe Fig. 2 bis 6) beaufschlagt. Das mechanische Feder mittel 17 bewirkt bei Druckgleichheit im Hochdruckraum 15 und Vorratsraum 11 ein Offenbleiben der Ventilsitzbohrung 13, so daß bei den eingangs genann ten evtl. auftretenden Transversalschwingungen der Nockenwelle, bei Unrund heiten im Nockengrundkreis und anderem es zu einer gewissen Leerhubwir kung am Spielausgleichselement 2 kommt. Diese Leerhubwirkung rührt daher, daß bei den im Grundkreis unerwünscht auftretenden Druckspitzen im Hoch druckraum eine gewisse Menge Hydraulikmittel aus dem Hochdruckraum 15 über die offene Ventilsitzbohrung 13 in den Vorratsraum 11 strömen kann. Somit kommt es nicht zu den beschreibungseinleitend genannten unerwünsch ten Öffnungsbewegungen des Gaswechselventils 10. Das mechanische Feder mittel 17 ist so ausgelegt, daß auch bei geringfügig vorliegendem Überdruck im Hochdruckraum 15 gegenüber dem Vorratsraum 11 ein Offenbleiben der Ventilsitzbohrung 13 noch gewährleistet ist.

Aus Fig. 2 ist entnehmbar, daß das mechanische Federmittel 17 in Richtung zum Vorratsraum 11 an einem separaten Halteteil 18 abgestützt ist. Das Halte teil 18 verläuft hier mit seiner einen Stirnseite 19 auf dem Boden 12 des Druck kolbens 6. Eine Fixierung des Halteteils 18 ist dadurch hergestellt, daß inner halb einer Bohrung 20 des Druckkolbens 6 ein Ringabschnitt 21 angeordnet ist. Dieser Ringabschnitt 21 wirkt mit seiner einen Stirnseite 22 auf das Halteteil 18 ein. Der Ringabschnitt 21 ist hier beispielsweise durch eine Preßpassung, jedoch auch durch eine Klebeverbindung und ähnliches gegenüber der Bohrung 20 fixiert. Gleichzeitig geht aus Fig. 2 hervor, daß das Halteteil 18 einen zen trischen Durchlaß 23 für das Hydraulikmittel aufweist. Dieser Durchlaß 23 steht in unmittelbarer Verbindung mit der Ventilsitzbohrung 13.

Alternativ zu Fig. 2 ist es in Fig. 3 vorgeschlagen, das dünnwandige Halteteil 18 über einen Sicherungsring 24 zu fixieren. Der Sicherungsring 24 ist in einer Ringnut 25 der Bohrung 20 des Druckkolbens 6 angeordnet. Denkbar ist bei spielsweise eine Ausbildung als Sprengring für den Sicherungsring 24. Es kann jedoch auch zwischen Halteteil 18 und Sicherungsring 24 ein distanzüber brückendes Mittel wie eine Paßscheibe 26 verlaufen.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Befestigungsmöglichkeit für das Halteteil 18 auf dem Boden 12 des Druckkolbens 6. Dabei ist das Halteteil 18 von einem dünnwandigen Federblech 27 beaufschlagt. Das Federblech 27 weist einen in Bohrungsrichtung umgebördelten Rand 28 auf, welcher sich förmlich in die Bohrung 20 des Druckkolbens 6 krallt. Eine kragenförmige Stirnseite 29 des Federblechs 27 (in Ventilrichtung weisend) sitzt unmittelbar auf dem Halteteil 18 auf.

Fig. 5 offenbart eine ähnliche Ausgestaltung wie Fig. 4, jedoch sind hier dem Halteteil 18 die vorgenannt aufgezeigten federnden Eigenschaften selbst imma nent. Das Halteteil 18 besitzt wiederum den in Axialrichtung gekröpften Rand 28 zur ortsfesten Anordnung des Halteteils 18 in der Bohrung 20.

Schließt geht aus Fig. 6 eine Abwandlung der Ausgestaltung nach Fig. 2 hervor. Der Ringabschnitt 21 kann einteilig mit dem Halteteil 18 ausgebildet und wiederum über eine Klemm-, Klebe- oder ähnliche Verbindung gegenüber der Bohrung 20 lagefixiert sein.

Bezugszeichenliste

1

Tassenstößel

2

hydraulisches Spielausgleichs element

3

Bohrung

4

Zylinderkopf

5

Gehäuse

6

Druckkolben

7

Stirnseite

8

Boden

9

Stirnseite

10

Gaswechselventil

11

Vorratsraum

12

Boden

13

Ventilsitzbohrung

14

Ventilmittel

15

Hochdruckraum

16

Druckfeder

17

mechanisches Federmittel

18

Halteteil

19

Stirnseite

19

a Stirnseite

20

Bohrung

21

Ringabschnitt

22

Stirnseite

23

Durchlaß

24

Sicherungsring

25

Ringnut

26

Paßscheibe, Scheibe

27

Federblech

28

Rand

29

Stirnseite

30

Nocken

31

Nockenwelle

32

Haltemittel

Claims

1. Hydraulisches Spielausgleichselement (2), insbesondere für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einem hohlzylindrischen Gehäuse (5) und einem relativ zum Gehäuse (5) axial beweglichen Druckkolben (6), wobei Gehäuse (5) und Druckkolben (6) ineinander gesteckt sind und eines der Elemente (Druck kolben (6) oder Gehäuse (5)) über eine erste Stirnseite (7) zumindest mittelbar mit einem oder mehreren Nocken (30) einer Nockenwelle (31) kommuniziert und das weitere Element (Gehäuse (5) oder Druckkolben (6)) mit einer weiteren Stirnseite (9) einem oder mehreren Gaswechselventilen (10) zugewandt ist, wobei axial zwischen Druckkolben (6) und Gehäuse (5) ein Hochdruckraum (15) für Hydraulikmittel verläuft, der aus einem bevorzugt von einem der Elemente (Druckkolben (6) oder Gehäuse (5)) eingeschlossenen Vorratsraum (11) mit dem Hydraulikmittel versorgbar ist, wobei der Vorratsraum (11) in Richtung zum Hochdruckraum (15) einen Boden (12) mit einer Ventilsitzboh rung (13) aufweist, welche Ventilsitzbohrung (13) auf der Seite des Hochdruck raumes (15) durch ein Ventilmittel (14) wie eine Kugel im Hochdruckfall ver schlossen ist, welches Ventilmittel (14) in Richtung zum Hochdruckraum (15) von einem Haltemittel (32) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß in Axialrichtung zwischen dem Ventilmittel (14) und dem Haltemittel (32) lediglich Hydraulikmittel angeordnet ist,
- daß das Ventilmittel (14) in Öffnungsrichtung durch ein mechanisches Feder mittel (17) wie eine Schrauben- oder Spiralfeder beaufschlagt ist,
- daß das Federmittel (17) anderenends durch die Ventilsitzbohrung (13) geführt und an einem bevorzugt dünnwandig ausgeführten Halteteil (18) wie einer Haltescheibe abgestützt ist,
- daß das Halteteil (18) an einer vorratsraumseitigen Stirnseite (19a) des Bodens (12) des Vorratsraums (11) befestigt ist und einen Durchlaß (23) für das Hydraulikmittel aufweist und
- daß die Kraft des Federmittels (17) so ausgelegt ist, daß bei Druckgleichheit im Vorratsraum (11) und im Hochdruckraum (15) die Ventilsitzbohrung (13) geöffnet ist.

2. Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Bohrung (20) des Elements (Druckkolben (6) oder Gehäuse (5)), welches den Vorratsraum (11) einschließt, ein dünnwandiger Ringabschnitt (21) befestigt ist, welcher Ringabschnitt (21) mit seiner in Bodenrichtung weisenden Stirnseite (22) das Halteteil (18) auf dem Boden (12) fixiert (Fig. 2, 6).

3. Spielausgleichselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringabschnitt (21) wahlweise durch Kleben, Schweißen, Einpressen bzw. Verstemmen in der Bohrung (20) des Elements (Druckkolben (6) oder Gehäuse (5)) befestigt ist.

4. Spielausgleichselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringabschnitt (21) einteilig mit dem Halteteil (18) verbunden ist (Fig. 6).

5. Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ringnut (25) einer Bohrung (20) des Elements (Druckkolben (6) oder Ge häuse (5)), welches den Vorratsraum (11) einschließt, ein Sicherungsring (24) befestigt ist, welcher Sicherungsring (24) zumindest mittelbar über eine auf dem Halteteil (18) angeordnete Scheibe (26) wie eine Paßscheibe bzw. unmittelbar das Halteteil (19) in Vorratsraumrichtung lagefixiert (Fig. 3).

6. Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gegen eine Bohrung (20) des Elements (Druckkolben (6) oder Gehäuse (5)), wel ches den Vorratsraum (11) einschließt, ein dünnwandiges Federblech (27) mit einem in Bohrungsrichtung abgewinkelten Rand (28) überwiegend kraftschlüssig angelegt ist, welches Federblech (27) mit seiner in Bodenrichtung weisenden Stirnseite (29), wahlweise abgewinkelt, das Halteteil (18) fixiert (Fig. 4).

7. Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteteil (18) selbst als Federblech hergestellt ist und einen in Bohrungsrichtung abgewinkelten Rand (28) aufweist, über welchen Rand (28) das Halteteil (18) überwiegend kraftschlüssig in einer Bohrung (20) des Elements (Druckkolben (6) oder Gehäuse (5)) befestigt ist, welches den Vorratsraum (11) einschließt (Fig. 5).