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Die
vorliegende Erfindung betrifft Ventiltriebanordnungen zur Steuerung
von Ventilen bei Kolbenmotoren mit innerer Verbrennung, insbesondere von
Kraftfahrzeugen, sowie Rollenstößel für zugehörige Nocken.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere die Ventiltriebanordnungen mit einem
Kipphebel und eine mit einer Rolle versehen Nockenfolgeranordnung,
die eine Lagerachse und eine Rolle aufweist, die frei drehbar auf
der Achse gelagert ist, wobei die Rolle dazu vorgesehen ist, rollend
mit einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung
in der Weise zusammenzuwirken, dass die Drehbewegung der Nockenwelle
eine periodische Bewegung des Kipphebels bewirkt, um unmittelbar
oder mittelbar das Öffnen und
das Schließen
der Motorventile zu bewirken.
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Bei
den Ventiltriebanordnungen und den bekannten Rollenstößeln ist
die Berührung
zwischen dem Nocken und dem Stößel ein "rollender oder wälzender" Kontakt, um die
Reibung zwischen diesen Elementen zu vermindern. Die Rolle weißt im allgemeinen
die Gestalt eines Rings auf, dessen Außenfläche auf den Nocken rollt und
der mit einer Bohrung versehen ist, die mit der Lagerachse ein Gleitlager bildet,
um mit dem Kipphebel unmittelbar oder über ein zusätzliches dazwischen liegendes
mechanisches Element wie einer Stoßstange zusammenzuwirken.
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Im
Allgemeinen geschieht die Schmierung zwischen der Rolle und der
Lagerachse mittels Schmierkanälen,
die in der Welle vorgesehen sind und an der zylindrischen Außenfläche münden. Um die
Schmierung sicher zu stellen werden auch Ölstrahlen verwendet, um die
Reibung zwischen dem Nocken und der Rolle zu vermindern, wobei das Öl durch
Kapillarwirkung zwischen die Bohrung der Rolle und die Lagerachse
eindringt.
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Entsprechend
den Verwendungen der Rollenstößel und
abhängig
von bestimmten Betriebsparametern, wie der Schmierung, dem verwendeten Schmiermitteln
und den auftretenden Kräften
oder der Rauheit der Kontaktflächen
kann die Radkraft zwischen der Rolle und der Lagerachse größer sein, als
die tangentiale Reibkraft an dem Nocken und der Rolle, was ein Antreiben
der Rolle durch den Nocken verhindert. Es entsteht so eine Gleitbewegung
zwischen dem Nocken und der Außenfläche der
Rolle, was insbesondere zu einer vorzeitigen Abnutzung der miteinander
in Berührung
stehenden Teile, Energieverlusten ebenso wie zu deutlichen Risiken
führt, dass
die Teile fressen, was ein Wechsel der Anordnung erforderlich machen
kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, diese Nachteile zu beseitigen,
indem ein Rollenstößel vorgeschlagen
wird, der effizient und zuverlässig
ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es ferner, einen Rollenstößel mit einer relativ geringen
trägen
Masse zu schaffen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist der Rollenstößel mit
einer Bohrung zur Lagerung auf einer Lagerachse und mit einer äußeren Berührungsfläche für Nocken
einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung
versehen, wobei die Rolle dazu eingerichtet ist, wälzend oder
rollend mit den Nocken zusammenzuwirken. Die Länge der Bohrung ist deutliche
kleiner als die Breite der Außenumfangsfläche.
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Ein
derartiger Rollenstößel mit
Bohrung zeigt verhältnismäßig kleine
Dimensionen und gestattet auf dieses Weise eine Verkleinerung der
Kontaktflächen
zwischen der Rolle und der Welle ebenso, wie eine Verbesserung der
Wirksamkeit der Schmierung, die zwischen der Rolle und der Achse
vorgesehen ist, was die Verminderung des Reibmoments zwischen der
Rolle und der Achse gestattet.
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Mit
anderen Worten, eine derartige Anordnung erleichtert das Eindringen
des Schmiermittels zwischen die Lagerachse und die Rolle, was so
nachhaltig die Abnutzung der Teile und ein eventuelles Risiko zu
fressen vermindert. Ferner gestattet diese Anordnung eine deutliche
Verminderung des Risikos, dass zwischen dem Nocken und der Rolle
eine Gleitbewegung auftritt, und verbessert so Zuverlässig keit der
Anordnung.
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Im Übrigen gestattet
es eine derartige Gestaltung, die Abmessungen der Rolle zu optimieren und
die Masse ebenso wie die Trägheit
der Anordnungen deutlich zu vermindern.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
die Beziehung zwischen der Breite der Außenfläche und der Länge der
Bohrung der Rolle größer als 1
und kleiner oder gleich 2, 5.
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Vorteilhafterweise
ist das Verhältnis
zwischen der Breite der Außenumfangsfläche und
der Länge
der Bohrung der Rolle größer oder
gleich 2 und kleiner oder gleich 2,5.
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Die
Anmelderin hat bei Anwendungen des Rollenstößels bei einer Nockenwelle
eines Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung beobachtet, dass
eine Dimensionierung der Rolle mit einem derartigen Verhältnis eine
signifikante Verminderung der Reibung zwischen der Rolle und der
Lagerachse gestattet, was wesentlich die Gefahr der Abnutzung und des
Fressens und ebenso die Energieverluste der Anordnung vermindert.
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Vorzugsweise
zeigt die Rolle im Querschnitt einen ersten Bereich mit einer Breite,
die im wesentlichen gleich der Breite der Außenfläche ist, wobei der erste Abschnitt
nach innen durch einen zweiten Teil verlängert ist, der eine deutlich
verminderte Breite oder Dicke aufweist. Der zweite Teil kann eine
im wesentlichen kegelstumpfförmige
gestaltet sein.
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Vorzugsweise
zeigt das Profil der Außenfläche einen logarithmischen
oder balligen Verlauf.
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Ein
derartiges Profil gestattet es einerseits, eine bessere Gleichförmigkeit
des Kontaktdrucks zwischen der Rolle und dem Nocken zu erzielen,
was die Bildung eines Ölfilms
zwischen den besagten Teilen begünstigt,
um dem Phänomen
des Fressens und der vorzeitigen Abnutzung entgegenzuwirken, und gestattet
andererseits die Abmessungen der Rolle zu optimieren, um zu einer
Anordnung zu gelangen, die eine verhältnismäßig geringe träge Masse
sowie eine verbesserte Kompaktheit in radialer Richtung zeigt.
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Die
Erfindung betrifft ferner Ventiltriebanordnungen zur Steuerung des
Ventils eines Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug,
mit einem Schwing- oder Kipphebel und einem Rollenstößel, wobei
die Rolle mit einer Bohrung versehen ist, um auf einer Lagerachse gelagert
zu werden, sowie eine Außenumfangsfläche aufweist,
die mit einem Nocken einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors in
Berührung
steht und wobei die Rolle dazu vorgesehen ist, durch Wälzkontakt mit
dem Nocken zusammen zu wirken. Die Länge der Bohrung ist deutlich
kleiner als die Breite der Außenumfangsfläche. Der
Rollenstößel steht
mittelbar der unmittelbar mit dem Schwing- oder Kipphebel in Verbindung,
damit eine Rotation der Nockenwelle ein periodisches Hin- und Herschwenken
des Kipphebels bewirkt.
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Im Übrigen sind
Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die
vorliegende Erfindung erschließt
sich leichter aufgrund eines Studiums der Figurenbeschreibung, in
der ein Ausführungsbeispiel
erläutert ist,
das keineswegs beschrän kend
verstanden werden soll und das durch die beigefügten Zeichnungen illustriert
ist. In der Zeichnung zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb;
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2 einen
Schnitt längs
der Achse II-II nach 1;
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3 eine
Ausschnittsdarstellung aus 2 und
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4 eine
Kurve, die den Verlauf der maximalen Leistungsverluste zwischen
den Elementen des Systems nach 1 als Funktion
ihrer Abmessungen zeigt.
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Gemäß 1 gehört zu der
Ventiltriebanordnung, die insgesamt mit 1 bezeichnet ist,
ein Kipphebel 2 in einer allgemeinen länglichen Form sowie ein Rollenstößel 3,
der über
eine Stoßstange 4 mit
dem Kipphebel 2 verbunden ist.
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Der
Kipphebel 2 weist zwei seitliche Hebel 5a und 5b auf,
und ist um eine geometrische Achse einer durchgehenden Achse 6 schwenkbar,
wobei die beiden Arme auf unterschiedlichen Seiten der Achse 6 rechtwinklig
zu einer Ebene angeordnet sind, die durch die geometrische Achse
der Achse hindurchführt
und die symmetrisch zu der Ebene liegen. Die Lagerachse kann fest
in einer Bohrung des Kipphebels, beispielsweise durch Löten oder
auch durch Einschrauben, fixiert sein.
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Das
Ende des Armes 5b des Kipphebels 2 trägt einen
Fortsatz oder Vorsprung 7, der vertikal nach unten gerichtet
ist. Der Vorsprung 7, der hier mit dem Arm 5b einstückig ausgeführt ist,
bildet eine konvexe Unterseite. Der Vorsprung 7, der ein
Druckglied bildet, ist dazu vorgesehen, mit dem oberen Ende eines
Ventilschaftes 8 zusammenzuwirken, der in einem Zylinderkopf 9 eines
(nicht dargestellten) Verbrennungsmotors gelagert ist. Der Ventilschaft 8 trägt einen
Federteller 10, der in der Nähe des oberen Endes des Ventilschaftes
und in der Nähe
des Vorsprungs 7 befestigt ist. Eine Ventilfeder 11 ist
zwischen dem Federteller 10 und einer Oberseite des Zylinderkopfes 9 angeordnet,
wobei die Ventilfeder 11 in axialer Richtung mit dem Federteller 10 und
der Oberseite des Zylinderkopfes 9 in Berührung steht.
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Das
Ende des Armes 5a des Kippebels 2 enthält eine
kugelkalottenförmige
Vertiefung 12, deren konkave Seite nach unten gerichtet
ist und dazu dient, mit einer Stoßstange 13 der Antriebseinrichtung 4 zusammenzuwirken.
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Zu
der Antriebseinrichtung 4 gehört ferner ein Stößelköper 14,
der an einem oberen Ende mit einer kugelkalottenförmigen Vertiefung 15 versehen ist,
deren konkave Seite nach Oben zeigt und die mit einem unteren Ende
der Stoßstange 13 zusammen wirkt,
wobei die Vertiefungen 12 und 15 im wesentlichen
vertikal aufeinander ausgerichtet sind.
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Der
Rollenstößel 3 weist
eine Rolle 16 auf, die an einem unteren Ende des Stößelkörpers 14 mittels
einer Lagerachse 17 mit der geometrischen Achse 18 gelagert
ist. Die Lagerachse 17 ist starr an dem Stößelkörper 14 befestigt.
Die Rolle 16 steht mit einem Nocken 19 einer Nockenwelle 20 des
Motors in Berührung
und ist auf der Lagerachse 17 drehbar gelagert.
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Wenn
der Motor läuft,
steht der Nocken 19 mit der Rol le 16 in Berührung und
bewirkt alternativ eine vertikale Bewegung der Rolle 16 nach
oben und nach unten, ebenso wie eine Schwenkbewegung des Kipphebels 2 des
Ventiltriebs 1 um die Achse 6 zufolge der dazwischenliegenden
Stoßeinrichtung 4 und folglich
das Niederdrücken
des Ventilschaftes 8, während
das Rückkehren
des Ventilschaftes 8 in die obere Stellung durch die Ventilfeder 11 bewirkt
wird.
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Wohlbemerkt
ist es auch möglich,
eine Ventiltriebanordnung mit einer vollständig anderen Gestaltung auszuführen, beispielswiese,
indem der Rollstößel 3 bei
dem Kipphebel 2 vorgesehen wird, wobei die Achse 6 die
Lagerachse für
die Rolle 16 bilden kann. Ein derartiges Ventilsteuerungssystem 1 gestattet
eine unmittelbare Steuerung der Motorventile.
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Wie
in den 2 und 3 dargestellt ist, ist die durch
einen Doppelpfeil 22 veranschaulichte Breite einer äußeren Kontaktfläche 21 der
Rolle 16 mit dem Nocken 19 deutlich größer als
die Länge
der zylindrischen Bohrung 23 der Rolle 16, die
mit der Lagerachse 17 gleitend in Eingriff steht. Die Länge der Bohrung 23 ist
schematisch durch einen Doppelpfeil 24 dargestellt.
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Der
Reibkontakt zwischen der Bohrung 23 der Rolle 16 und
der Lagerachse 17 wird mit Öl geschmiert, das unter Druck
durch Schmierkanäle
in der Lagerachse 17 (nicht dargestellt) zugeführt wird; die
Schmierung kann auch durch Spritzen oder Ansaugen erfolgen.
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Die äußere Kontaktfläche 21 der
Rolle 16, die mit dem Nocken 19 in Eingriff steht,
zeigt im rechteckigen Querschnitt einen logarithmischen (balligen) Verlauf.
Mit ande ren Worten, der radiale Abstand der Erzeugenden für die Außenfläche 21 der
Rolle 16 ist in dem mittleren Bereich der Rolle 16 größer, als
bei den seitlichen Rändern.
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Die
Rolle 16 zeigt hier im Querschnitt einen ersten ringförmigen Bereich 25,
zu dem die Außenfläche 21 gehört, und
der nach innen durch einen zweiten Abschnitt 26 verlängert ist,
in dem die Bohrung 23 enthalten ist, wobei die Breite oder
Dicke des zweiten Teils 26 in Richtung auf die Achse 18 der
Lagerachse 17 progressiv abnimmt. Mit anderen Worten, der zweite
Bereich 26 weist eine im wesentlichen kegelstumpfförmig Gestalt
auf, die sich in Richtung auf den Nocken 19 verbreitert.
Die beiden Bereiche 25 und 26 sind miteinander
einstückig.
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Wohlbemerkt
ist es auch möglich,
eine Rolle 16 vorzusehen, bei der im Schnitt der erste
und der zweite Bereich 25, 26 deutlich unterschiedlich
sind, jedoch auf der Höhe
der Bohrung 26 insgesamt ein Dickenverminderung aufweisen.
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In
der Tat hat die Anmelderin festgestellt, dass es unter normalen
Schmierbedingungen eine Verringerung der Länge der Bohrung 23 der
Rolle 16 verglichen mit der Breite der Kontaktfläche 21 der Rolle 3 mit
dem Nocken 19 es gestattet, wesentlich das Reibmoment zwischen
der Rolle 16 und der Lagerachse 17 zu vermindern,
womit diese Konzeption unter anderem das Eindringen von Schmiermitteln zwischen
die Kontaktflächen
der besagten Elemente erleichtert und somit das Risiko eines vorzeitigen Verschleißes eines
Fressens sowie von Energieverlusten durch Reibung vermindert. Vorteilhafterweise ist
das Verhältnis
der Breite der Kontaktfläche 21 zu der
Länge der
Bohrung 23 unbedingt größer als
ein erster Grenzwert von 1 und unbedingt kleiner als ein zweiter
Grenzwert von 2,5.
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In 4 veranschaulicht
die Kurve 27 den Verlauf der maximalen Leistungsverluste
B zufolge des Gleitens der Rolle auf der Lagerachse als Funktion
des Verhältnisses
R der Länge
der Außenkontaktfläche zu der
Länge der
Bohrung der Rolle.
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Die
Kurve 27 verläuft
in dem Intervall zwischen 1 und 2,5 für das Verhältnis R im wesentlichen linear,
wobei der Leistungsverlust P im wesentlichen gleich 350 Watt/mm2 bei einem Längenverhältnis R von im wesentlichen
gleich 1 ist, während
der Leistungsverlust P sehr klein wird, wenn sich das Längenverhältnis 2,5
nähert.
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Die
Steigung der Kurve beginnt sich ab einem Wert für R von 2 zu verändern.
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Es
gibt hier für
eine gegebene Anwendung einen optimalen Wert für R zu R = 2,5, bei dem die Reibungsverluste
zufolge der Rotation der Rolle besonders klein sind. Jenseits dieses
Wertes von R der den verwertbaren Bereich der Kurve begrenzt, riskiert
man Probleme bei der Schmierung zwischen der Bohrung 23 der
Rolle 16 und der Lagerachse 17, zufolge einer
zu geringen axialen Länge
der Bohrung und/oder einer zu großen Kontaktpressung, wobei diese
Parameter auf die Bildung und die Aufrechterhaltung des Schmierfilms
Einfluss haben.
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Die
Gestaltung des Rollenstößels und
insbesondere der Rolle, die mit einer Bohrung versehen ist, deren
Länge kleiner
ist als die Breite der Kontaktfläche
der Rolle mit dem Nocken, gestattet es, die Reibverluste zufolge
der Reibung zwischen der Rolle und der Lagerachse deutlich zu vermindern,
wobei gleichzeitig eine besonders kompakte, leichte, effiziente
und zuverlässige
Anordnung erreicht wird.
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Eine
Ventilsteuerung für
einen Verbrennungsmotor weist einen Rollenstößel auf. Der Rollenstößel besteht
aus einem Stößelkörper und
einer an dem Stößelkörper gelagerten
Rolle, die eine Bohrung für
eine Lagerachse enthält.
Die Rolle steht mit ihrer Außenumfangsfläche mit
dem Nocken der Nockenwelle in Berührung, und wälzt sich
auf diesen ab. Um die Radverluste bei der Lagerung der Rolle zu vermindern,
ist die axiale Länge
der Lagerbohrung als die Breite der mit dem Nocken in Eingriff stehenden
Außenumfangsfläche der
Rolle.
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Eine
Ventilsteuerung für
einen Verbrennungsmotor weist einen Rollenstößel auf. Der Rollenstößel besteht
aus einem Stößelkörper und
einer an dem Stößelkörper gelagerten
Rolle, die eine Bohrung für
eine Lagerachse enthält.
Die Rolle steht mit ihrer Außenumfangsfläche mit
dem Nocken der Nockenwelle in Berührung und wälzt sich auf diesen ab. Um
die Reibverluste bei der Lagerung der Rolle zu vermindern, ist die
axiale Länge
der Lagerbohrung kleiner als die Breite der mit dem Nocken in Eingriff stehenden
Außenumfangsfläche der
Rolle.