DE4107041A1 - Hydraulisches spielausgleichselement fuer einen ventiltrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spielausgleichselement für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend zwei beweglich gegeneinander abgedichtete Hohlzylinder, die im Bereich ihrer von einander abgewandten Enden durch Deckel verschlossen und durch eine Druckfeder axialelastisch aufeinander abgestützt sind.

Ein derartiges Spielausgleichselement ist beispielsweise aus der DE-PS 36 17 858 bekannt. Es gelangt zwischen der Nocken­ welle und den Ventilen einer Brennkraftmaschine zur Anwendung und bewirkt einen selbsttätigen Ausgleich des Ventilspiels. Eine Einstellung des Ventilspiels im Zusammenhang mit Wartungs­ arbeiten kann dadurch entfallen.

Das vorbekannte Spielausgleichselement weist einen parallel zur Betätigungsrichtung des Ventils in einem Zylinder verschieb­ baren Kolben auf, der durch eine Druckfeder auf dem Boden des Zylinders abgestützt ist. Im unbelasteten Zustand des Spielaus­ gleichselementes ergibt sich hierdurch eine axial gerichtete Auseinanderbewegung des Kolbens in dem Zylinder, wobei Öl aus einem Vorratsraum über eine Drosselöffnung angesogen und im Inneren eines Druckraumes der Kolben/Zylindereinheit gespei­ chert wird. Die Drosselöffnung ist hinsichtlich ihres Quer­ schnittes sehr eng bemessen. Das in der Kolben/Zylindereinheit eingespeicherte Ölvolumen erfährt dadurch in der kurzen Zeit, die während der während einer normalen Betätigung der Ventile durch die Nocken der Nockenwelle verfügbar ist, keine merkliche Verminderung. Die für die Betätigung der Ventile benötigten Kräfte können vielmehr problemlos übertragen werden.

Bei eine vorübergehenden Außerbetriebsetzung der Brennkraft­ maschine kann sich jedoch die Situation ergeben, daß ein Nocke der Nockenwelle in dauerhaften Eingriff mit einem Spielaus­ gleichselement gelangt, was dazu führt, daß das Spielaus­ gleichselement gegen die Kraft der darin enthaltenen Druckfeder axialer zusammengepreßt wird, wobei das ursprünglich in dem Druckraum enthaltene Öl zunehmend in den Reseveraum zurückver­ lagert wird. Es wurde beobachtet, daß die für einen ordnungs­ gemäßen Betrieb der Brennkraftmaschine erforderliche, sofortige Auffüllung der Kolben/Zylindereinheit noch während der Weiter­ bewegung des Nockens der Nockenwelle bei niedrigen Temperaturen nicht mit der erforderlichen Sicherheit gewährleistet ist.

Für den ordnungsgemäßen Betrieb einer Brennkraftmaschine ist es erforderlich, daß die Druckfeder die Kolben/Zylindereinheit auch bei niedrigen Temperaturen in kurzer Zeit zuverlässig auseinander drückt und einen Ausgleich des Ventilspiels be­ wirkt. Das in dem Reserveraum enthaltene Schmieröl muß hierzu allerdings von der Druckfeder mit einer ausreichend großen Geschwindigkeit in die Kolben/Zylindereinheit zurückgefördert werden. Wegen der sich bei niedrigen Temperaturen einstellen­ den, großen Zähflüssigkeit von Schmieröl bedarf es dazu großer Kräfte. Die nach dem Stande der Technik zur Anwendung gelangen­ den Druckfedern sind dementsprechend kräftig dimensioniert. Eine unerwünscht starke Auseinanderbewegung der Kolben/Zylinder­ einheit bei Normaltemperatur und insbesondere bei hohen Tempera­ turen ist hiervon die zwangsläufige Folge und kann einen unerwünschten Verschleiß des Spielausgleichselementes bedingen.

Aus dem Themenband "Legierung mit Formgedächtnis", Kontakt und Studium, Band 259, expert verlag, Ehningen ist ein metallisches Federelement aus einer Formgedächtnislegierung bekannt, das als Druckfeder gestaltet und je nach Zusammensetzung der Legierung bei einer niedrigen Temperatur nahezu keine Tragfähigkeit aufweist und bei einer darüberliegenden As-Temperatur eine sich immer wieder aufs Neue einstellende, größere Tragfähigkeit. Eine Verwendung entsprechender Federn in eine Ventilspielausgleichselement wird nicht erwähnt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Spielausgleichselement der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß auch bei niedrigen Temperaturen eine sofortige Auffüllung der Kolben/Zylindereinheit aus dem Reser­ veraum gewährleistet ist sowie eine weiche elastische Abstüt­ zung der beiden Hohlzylinder aufeinander beim Erreichen der normalen Betriebstemperatur.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem hydraulischen Spielausgleichselement der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteil­ hafte Ausgestaltung nehmen die Unteransprüche bezug.

Bei dem erfindungsgemäßen Spielausgleichselement ist es vorge­ sehen, daß die Hohlzylinder ergänzend zu der Druckfeder durch eine Stützfeder mit der Druckfeder in gegengesetzter Wirkungs­ richtung aufeinander abgestützt sind und daß die Stützfeder aus einer metallischen Formgedächtnislegierung besteht und bei Erreichen der As-Temperatur eine Tragfähigkeit aufweist, die geringer ist als die Tragfähigkeit der Druckfeder. Beim Er­ reichen tiefer Temperaturen verliert die Stützfeder ihre Federkraft. Damit wirkt in diesem Temperaturbereich nur die Kraft der Druckfeder, welche so dimensioniert ist, daß sich trotz der großen Zähflüssigkeit des in dem Ventilspielaus­ gleichselement enthaltenen Schmieröls parallel zur Relativ­ verdrehung des Nockens der Nockenwelle eine sofortige Auffül­ lung der Kolben/Zylindereinheit mit Schmieröl ergibt. Hierdurch ist eine ordnungsgemäße Betätigung des zugehörigen Ventils der Verbrennungskraftmaschine vom ersten Augenblick an gewährleis­ tet. Erreicht der Ventiltrieb einschließlich des Ventilspielaus­ gleichselementes und des darin enthaltenen Schmieröls nach dem Kaltstart eine ausreichend hohe Betriebstemperatur, so erhält die Stützfeder ihre Federkraft zurück. Sie hat eine der Druck­ federn entgegengesetzte Wirkungsrichtung. Die insgesamt zur Verfügung stehende Federkraft wird dadurch reduziert auf einen Wert, der einerseits eine hohe Betriebssicherheit und anderer­ seits die Erzielung von minimalen Verschleiß gewährleistet.

Die Druckfedern der Stützfeder sind zweckmäßig als Schrauben­ federn ausgebildet. Sie lassen sich hierdurch besonders kosten­ günstig erzeugen und montieren.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die Stützfeder aus einer Legierung mit einer As-Temperatur besteht, die zwischen -15 und +5°C beträgt und zweckmäßig im Bereich des Gefrier­ punktes von Wasser. Insbesondere innerhalb des anfgegebenen Bereiches ändert sich die Viskosität von gebräuchlichem Schmier­ ölen relativ stark. Es versteht sich jedoch von selbst, daß in Abhängigkeit von der Art des im Einzelfalle zur Anwendung gelangenden Schmieröls die Verwendung von Stützfedern zweck­ mäßig sein kann, welche aus Legierungen mit einer gegebenen­ falls abweichenden As-Temperatur gefertigt sind.

Die Tragfähigkeit der Stützfeder soll bei Erreichen der As-Tem­ peratur 30 bis 70% von derjenigen der Druckfeder betragen. Dem Erfordernis des modernen Motorenbaus, Betriebsstörungen während der gesamten Lebensdauer zu verhindern, wird eine solche Ausführung ganz besonders gerecht.

Das erfindungsgemäße Spielausgleichselement gewährleistet unabhängig von den im einzelnen herrschenden Temperaturen stets eine so schnelle Auffüllung der enthaltenen Kolben/Zylinderein­ heit mit Öl, daß ein ordnungsgemäßer Betrieb der Brennkraftma­ schine stets gewährleistet ist. Hierbei ist es von entscheiden­ dem Vorteil, daß die äußere Gestalt und die wesentlichen Funktionselemente von bekannten Ausführungen übernommen werden können. Sowohl die Herstellung der erfindungemäßen Spielaus­ gleichselemente als auch deren Verwendung in einer laufenden Produktion von Brennkraftmaschinen ist dadurch problemlos möglich. Desweiteren läßt sich die vorliegende Erfindung anwenden bei Spielausgleichselementen, die hermetisch nach außen abgeschlossen sind und eine Dauerölfüllung aufweisen als auch bei solchen Spielausgleichselementen, bei denen der umschlossene Hohlraum an den Ölkreislauf der zugehörigen Brennkraftmaschine angeschlossen ist.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Anlage beigefügten Zeichnungen weiter verdeutlicht. Diese zeigt im rechten Teil der Darstellung eine andere Ausführung eines Ventilspielausgleichselementes als im linken Teil der Darstel­ lung. Beide Ausführungen machen jedoch Gebrauch von der Lehre der vorliegenden Erfindung. Im einzelnen:

Das im linken Teil der Darstellung ins längsgeschnittener Darstellung gezeigte Ventilspielausgleichselement ist als geschlossenes System ausgebildet, welches mit einer Dauer­ ölfüllung versehen ist.

Das im rechten Teil der Darstellung in längsgeschnittener Darstellung wiedergegebene Ventilspielausgleichselemente ist als offenes System gestaltete, welches an einen Ölkreislauf der Druckumlaufschmierung einer Verbrennungskraftmaschine ange­ schlossen ist.

Unabhängig von der Ausführung umfaßt das gezeigte Ventilspiel­ ausgleichselement zwei beweglich gegeneinander abgedichtete Hohlzylinder 1, 2, die im Bereich ihrer voneinander abgewandten Enden durch Deckel 3, 4 verschlossen und durch eine Druckfeder 5 axialelastisch aufeinander abgestützt sind. Der Hohlzylinder 2 ist auf einem Kolben 11 geführt, welcher sich koaxial zu dem Hohlzylinder 1 erstreckt und auf dessen Deckel 3 abstützt. Zwischen dem Kolben 11 und dem Boden 4 des Holzylinders 2 ist eine Druckfeder 5 angeordnet, welche eine axial gerichtete Auseinanderbewegung des Kolben 11 in bezug auf den Hohlzylinder 2 bewirkt. Der von beiden umschlossene Hohlraum wird hierdurch vollständig mit Öl gefüllt. Er ist anschließend nur durch einen Drosselspalt mit dem Hohlraum 7 verbunden, in dem das Reserveöl gespeichert ist. Der Hohlraum 7 kann durch eine Verbindungsöff­ nung mit dem Ölkreislauf der Druckumlaufschmierung der Verbren­ nungskraftmaschine verbunden sein (rechter Teil der Darstel­ lung), er kann auch durch einen Rollbalg 12 nach außen herme­ tisch abgeschlossen sein (linker Teil der Darstellung), was dem Ventilspielausgleichselement unabhängig vom jeweiligen Druck des Ölkreislaufs der Verbrennungskraftmaschine eine gute Funktionssicherheit verleiht.

Der Hohlzylinder 2 ist in einem Führungsstück 14 axial verschiebbar gelagert. Zwischen dem Führungsstück 14 und einem fest mit dem Kolben 11 verbundenen Bund 15 ist eine Stützfeder 8 angeordnet, die aus Memoriemetall gefertigt ist. Die Stützfeder 8 hat die Eigenschaft, beim Unterschreiten eines bestimmten Temperaturbereichs ihre Federkraft zu verlieren und die ursprüngliche Federkraft bei einer anschließenden Erwärmung auf ihre As-Temperatur wieder zu erlangen. Die Stützfeder ist ebenfalls als Druckfeder gestaltet. Sie hat eine der Druckfeder 5 entgegengesetzte Wirkungsrichtung, wodurch die insgesamt verfügbare Federkraft bei niedrigen Temperaturen bei denen die Stützfeder 8 wirkungslos ist, nur durch diejenige der Druckfeder 5 bestimmt wird. Bei hohen Temperaturen wird die Federkraft der Druckfeder 5 demgegenüber reduziert durch die Federkraft der aktivierten Stützfeder 8. Es ist somit insgesamt nur die Differenz zwischen den Tragfähigkeiten beider Federn verfügbar.

Sämtliche Hohlräume des erfindungsgemäßen Spielausgleichsele­ mentes sind unter normalen Betriebsbedingungen vollständig mit Öl gefüllt. An der Oberseite des Deckels 3 liegt die Nockenwelle an. Der zugehörige Nocken 10 befindet sich im gezeichneten Zustand nicht im Eingriff mit der Oberseite des Spielausgleichselementes.

Zur Funktion ist folgendes auszuführen:
Nach Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine ergibt sich eine Relativverdrehung der Nockenwelle, wodurch der Nocken 10 der Nockenwelle kurzfristig in Eingriff mit der Oberseite des Spielausgleichselementes gelangt und dieses in Richtung der gezeigten Mittellinie senkrecht nach unten bewegt. In dieser kurzen Zeitspanne vermag das von dem Hohlzylinder 2 und dem Kolben 11 umschlossene Ölvolumen den Drosselspalt zwischen beiden nicht zu passieren, was zur Folge hat, daß sich eine nahezu starre Abstützung des Hohlzylinders 2 auf dem Kolben 11 und damit dem Deckel 3 des Holzylinders 1 ergibt. Die Relativbewegung des Nockens 10 wird damit nahezu vermindert auf den nicht dargestellten Ventilschaft übertragen, was ein Öffnen des zugehörigen Ventiles verursacht.

Beim weiteren Fortschreiten der Drehbewegung gelangt der Nocken 10 der Nockenwelle in bezug auf den Deckel 3 des Hohlzylinders 1 außer Eingriff, wodurch das Spielausgleichselement in seiner Gesamtheit nach oben bewegt wird und der Ventilschaft des zugehörigen Ventils in seine Ausgangslage zurückkehrt. Ein eventuell eingetretener Ölverlust im Bereich des Druckraums zwischen dem Kolben 11 und dem Hohlzylinder 2 wird durch die Kraft der Druckfeder 5 durch Ansaugen aus dem Hohlraum 7 gedeckt.

Wird die Brennkraftmaschine außer Betrieb gesetzt, während sich der Nocken 10 mit der Oberseite des Hohlzylinders 1 in Eingriff befindet, dann bewirkt die Kraft der nicht dargestellten Schließfeder des zugehörigen Ventils, welche stets härter ist als die Druckfeder 5, eine allmähliche Aufwärtsbewegung des Hohlzylinders 2 in bezug auf den Hohlzylinder 1 unter entsprechender Relativverlagerung von ursprünglich in dem Hochdruckraum 13 enthaltenen Ölbestandteilen in den Hohlraum 7.

Bei normalen und hohen Temperaturen wirkt die Stützfeder 8 der Druckfeder 5 entgegen und verringert somit die Gesamtkraft, die den Hohlzylinder 2 und den Kolben 11 auseinander drückt und reduziert damit auch die Reibung zwischen dem sich drehenden Nocken 10 und dem Deckel 3 des Zylinders 1. Bei den genannten Temperaturbereichen ist nur eine geringe Federkraft notwendig, weil das Öl sehr dünnflüssig ist.

Bei niedrigen Temperaturen und insbesondere beim Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine ist das Schmieröl demgegenüber zähflüssig. Hierdurch wird eine große Federkraft benötigt, um den Hohlzylinder 2 und den Kolben 11 in axialer Richtung auseinander zu drücken und das Schmieröl über das Kugelrückschlagventil in den von beiden umschlossenen Hohlraum einzusaugen. Bei einer entsprechend niedrigen Temperatur hat die Stützfeder 8 indessen keine Federkraft. Sie wirkt dadurch nicht mehr entlastend für die Druckfeder 5. Die gesamte Tragfähigkeit der Druckfeder 5 steht dadurch für die axiale Außeinanderbewegung des Hohlzylinders 2 in bezug auf den Kolben 11 zur Verfügung. Auch unter entsprechend ungünstigen Bedingungen ist dadurch eine ausreichend schnell Auseinanderbewegung der Kolben/Zylindereinheit gewährleistet.

Claims (5)

1. Hydraulisches Spielausgleichselement für einen Ventil­ trieb einer Brennkraftmaschine, umfassend zwei gegenein­ ander abgedichtete Hohlzylinder, die im Bereich ihrer voneinander abgewandten Enden durch Deckel verschlossen und durch eine Druckfeder axial elastisch aufeinander abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlzylinder (1, 2) ergänzend zu der Druckfeder (5) durch eine Stützfeder (8) mit einer der Druckfeder (5) entgegengesetzten Wirkungsrichtung aufeinander abge­ stützt sind und daß die Stützfeder (8) aus einer metallischen Formgedächtnislegierung besteht und bei Erreichen der As-Temperatur eine Druckfestigkeit aufweist, die geringer ist als die Tragfähigkeit der Druckfeder (5).

2. Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckfeder (5) und die Stützfeder (8) als Schraubenfedern ausgebildet sind.

3. Spielausgleichselement nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfeder (8) aus einer Legierung mit einer As-Temperatur besteht, die -15 bis +5°C beträgt.

4. Spielausgleichselement nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfeder (8) aus einer Legierung mit einer As-Temperatur besteht, die etwa im Bereich des Gefrierpunktes von Wasser liegt.

5. Spielausgleichselement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragfähigkeit der Stützfeder (8) bei Erreichen der As-Temperatur 30 bis 70% von derjenigen der Druckfeder (5) beträgt.