DE4209442A1

DE4209442A1 - Stößel mit hydraulischem Ventilspielausgleich

Info

Publication number: DE4209442A1
Application number: DE19924209442
Authority: DE
Inventors: Harald Elendt; Michael Dipl Ing Haas; Franz Dellermann
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1992-03-24
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 1993-09-30
Also published as: WO1993019285A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Stößel mit hydraulischem Ventilspielaus gleich, der in einer Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes einer Brenn kraftmaschine angeordnet ist und gegen dessen als Boden ausgebildete Stirnfläche ein Steuernocken einer Nockenwelle anläuft, wobei zwischen einer hohlzylindrischen Wand des Stößels, in der eine Zulaufbohrung vorgesehen ist, und einer konzentrisch zu der hohlzylindrischen Wand angeordneten Führungshülse, ein ringförmiger Raum vorgesehen ist.

Ein derartiger Stößel ist aus der EP-PS 00 30 780 bekannt. Die dort abgebildeten Rippen haben lediglich eine versteifende Funktion. Durch wenigstens eine dieser Rippen ist ein Ölkanal geführt, welcher das zum Spielausgleich notwendige Hydrauliköl in einen zentralen Ölvorratsraum gelangen läßt. Ein erster Ölvorratsraum bzw. eine Einrichtung, durch die dieser Tassenstößel besonders auslaufsicher gestaltet ist, sind nicht vorgesehen. Desweiteren kann es durch nahe dem Boden, also an der höchsten Stelle liegende direkte Einlauföffnung in den zentralen Ölvorratsraum dazu kommen, daß unerwünschte Luft in das Spielaus gleichselement gelangt, die wiederum nur durch einen Ölkanal entwei chen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stößel mit hydraulischem Ventilspielausgleich zu schaffen, bei dem die eingangs beschriebenen Nachteile beseitigt sind, wobei die Ventilspielaus gleichseinrichtung besonders auslaufsicher, stabil und gegen uner wünschtes Ansaugen von Luft geschützt ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß der ringförmige Raum durch Rippen, in denen Übertrittsbohrungen vorgesehen sind, in einzelne Kammern unter teilt ist, wobei die Übertrittsbohrungen jeweils von einer Kammer in die nächste führend, ausgebildet sind. Durch diese Übertrittsbohrungen gelingt es einerseits, auf eine labyrinthartige Auslaufsicherung des ersten Raumes gegen auslaufendes Öl zu verzichten, andererseits ist der hier aufgeführte Stößel somit besonders auslaufsicher gestaltet. Die obengenannten Rippen verleihen der gesamten Konstruktion, trotz geringen Material- und Fertigungsaufwandes eine sehr gute Steifigkeit.

Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unter ansprüche 2 bis 5 und werden im folgenden näher beschrieben.

Aus Anspruch 2 geht hervor, daß die Übertrittsbohrungen in den Rippen in der Nähe des Bodens und/oder in einer dem Boden gegenüberliegenden, stirnseitig der hohlzylindrischen Wand angeordneten Ringwand vorgese hen sind. Dieser Anspruch gibt Möglichkeiten einer vorteilhaften Anordnung der Übertrittsbohrungen an. Werden diese beispielsweise in der Nähe des Bodens angeordnet, kann bei einer Schräglage des Stößels die jeweilige höchstgelegene Kammer nicht auslaufen, d. h., ein gewis ser Ölspiegel bleibt in dieser Kammer erhalten. Somit wird ein un erwünschtes Ansaugen von Luft in das Spielausgleichselement vermieden.

Der Anspruch 3 beschreibt, daß die Zulaufbohrung in der hohlzylin drischen Wand zu einer Verbindungsbohrung in das Innere der Führungs hülse in Umfangsrichtung um einen kleinen Winkel versetzt, und durch wenigstens eine Rippe getrennt angeordnet ist. Dieser Anspruch be trifft eine der vorteilhaften Kombinationsmöglichkeiten der Anordnung von Zulaufbohrung und Bohrung. Wird die Zulaufbohrung in der hohl zylindrischen Wand zu der Verbindungsbohrung durch die Führungshülse durch wenigstens eine Rippe getrennt, ist gesichert, daß bei verschie denen Schrägstellungen des Stößels ein Ansaugen von Luft verhindert wird, zumal der Stößel durch die Exzentrizität des Steuernockens in Bezug auf die Axiallinie des Stößels in eine rotatorische Bewegung versetzt ist, und somit seine evtl. ungünstige Stellung beseitigt wird.

Der Anspruch 4 beschreibt, daß die Zulaufbohrung in der hohlzylin drischen Wand sich in der Nähe der Ringwand befindet. Die tiefliegende Zulaufbohrung sichert, daß der Öldruck aus einer nicht näher bezeich neten Ölzuführung immer an der Zulaufbohrung anliegt.

Aus Anspruch 5 geht hervor, daß die Ringwand aus einem zusätzlichen, in das Innere des Stößels eingelegten und an die Innenseite der hohl zylindrischen Wand geschnappten Teil besteht. Diese Variante stellt eine alternative Ausgestaltung zu den vorherig gezeigten Stößeln dar. Das hier gezeigte Blechteil läßt sich einfach fertigen und montieren.

Der Einsatz des hier beschriebenen Stößels soll sich nicht nur auf den Ventiltrieb von Verbrennungsmotoren beschränken. Denkbar sind alle Bereiche, in denen es infolge von Wärmedehnung oder Verschleiß gilt, ein Spiel auszugleichen.

Der Schutzumfang dieser Erfindung bezieht sich nicht nur auf die beanspruchten Einzelmerkmale. Es ergeben sich auch Kombinationsmög lichkeiten einzelner Anspruchsmerkmale mit dem in den Vorteilsangaben und zum Ausgestaltungsbeispiel Offenbarten. Desweiteren soll sich der Schutzumfang der Erfindung nicht nur auf die hier beschriebenen Stößel beschränken. Denkbar sind auch solche, deren Gehäuse einschließlich Boden beispielsweise aus einem Leichtbauwerkstoff wie Aluminium beste hen, wobei es dann denkbar ist, den Boden zusätzlich zu beschichten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Stößel in eingebautem Zustand;

Fig. 2 eine Teilansicht eines Längsschnitts durch einen ver größert dargestellten Stößel;

Fig. 3 einen Querschnitt gemäß Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Ausbildung des Stö ßels mit einer Rippe;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Ausbildung des Stö ßels mit zwei Rippen,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Ausbildung des Stö ßels mit vier Rippen und

Fig. 7 eine Darstellung einer weiteren Ausbildung des Stö ßels.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Stößel 1. Dieser besteht aus einem hohlzylindrischen Stößelgehäuse 2. Das Stößelgehäuse 2 ist bevorzugt aus einem Leichtbauwerkstoff, wie beispielsweise einer hochfesten, fließpreß- und/oder schmiedefähigen Aluminiumlegierung gefertigt. Denkbar sind hier jedoch auch konventionelle Werkstoffe.

Ein Boden 3 verschließt den Stößel 1 an dem einen seiner axialen Endbereiche 4. Ein Steuernocken 5 verschiebt mit seiner Flanke 6 den Stößel 1 in axialer Richtung. Das Stößelgehäuse 2 besteht weiter aus einer hohlzylindrischen Wand 7. In der hohlzylindrischen Wand 7 ist wenigstens eine Zulaufbohrung 8 vorgesehen. Diese Zulaufbohrung 8 befindet sich in der Nähe einer von einer Innenseite 9 der Wand 7 ausgehenden und sich ringförmig in das Stößelinnere 10 erstreckenden Ringwand 11. Diese Ringwand 11 ist an einer dem Boden 3 gegenüber liegenden Seite angeordnet.

Von der Ringwand 11 ausgehend, erstreckt sich in Richtung des Bodens 3 eine konzentrisch zu der hohlzylindrischen Wand 7 angeordnete Füh rungshülse 12. Diese Führungshülse 12 besitzt eine weitere Verbin dungsbohrung 13. Diese Verbindungsbohrung 13 dient der Ölversorgung eines sich in einer Bohrung 14 der Führungshülse 12 befindlichen Spielausgleichselementes 15. Auf die Funktionsweise des hier beschrie benen Stößels 1 mit dem Spielausgleichselement 15 wird an dieser Stelle nicht näher eingegangen, da dies der Fachwelt schon hinreichend bekannt ist.

Zwischen der hohlzylindrischen Wand 7 und der Ringwand 11 ist ein Raum 16 gebildet, der einer Bevorratung von Öl für den eigentlichen Spiel ausgleich dient. Der obengenannte Raum 16 ist durch Rippen 17 in einzelne Kammern 18 unterteilt. Diese Kammern 18 sind vorteilhaft durch oben- bzw. untenliegende Übertrittsbohrungen 19, 20 miteinander verbunden. In die obengenannte Bohrung 14 der Führungshülse 12 er streckt sich eine von einer Unterseite 21 des Bodens 3 ausgehende, konzentrisch angeordnete Hülse 22. Die Hülse 22 erfährt an ihrer Unterseite 23 eine zusätzliche Lagefixierung durch eine Verstemmung 24 in der Ringwand 11.

Der Boden 3 besteht vorteilhaft aus einem Stahl mit einem Wärmeaus dehnungskoeffizient ähnlich dem von Aluminium. Er kann jedoch auch aus einem verschleißfesten Werkstoffstahl oder aus einem anderen Werkstoff bestehen. Die Verbindung des Bodens 3 mit dem Stößelgehäuse 2 erfolgt in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel vorteilhaft durch Löten, Kleben, Schweißen, Hochdruckpressen oder Reibschweißen bzw. Kombina tionen dessen. Weitere Möglichkeiten der Verbindung sind der Beschrei bung zur Fig. 2 zu entnehmen.

Die Außenfläche 25 der hohlzylindrischen Wand 7 kann zur Erhöhung ihrer Verschleißfestigkeit zusätzlich beschichtet sein. Denkbar sind hier solche Beschichtungsverfahren wie beispielsweise das Verchromen, das Hartcoatieren, das Vernickeln oder auch das Aufbringen von Kohlen stoffschichten.

Weiterhin kann es vorgesehen sein, die konzentrisch angeordnete Hülse 22 als separates Rohrteil auszubilden und mit dem Boden 3 durch eine Schweißverbindung oder ähnliches zu verbinden. Eine andere Lösung sieht vor, die Hülse 22 mit einem nicht näher beschriebenen flansch artigen Ansatz zu versehen. Dieser Ansatz erstreckt sich parallel zum Boden 3 in Richtung auf die hohlzylindrische Wand 7. Auf diesem Ansatz ist dann der eigentliche Boden 3 befestigt.

Aus Fig. 2 ist ein Teillängsschnitt durch einen vergrößert darge stellten Stößel 1 entnehmbar. Der Boden 3, in diesem Fall aus Stahl bestehend, wobei auch andere verschleißfeste oder beschichtete Werk stoffe denkbar sind, besitzt eine strukturierte Außenfläche 26. Die hohlzylindrische Wand 7 ist hier, im Gegensatz zu der in Fig. 1 gezeigten, mit einem Ansatz 27 versehen. Dieser Ansatz 27 ist an den Boden 3 anrolliert. Somit wird eine sehr gute Abdichtung des Raumes 16 gegen austretendes Öl und eine hervorragende Lagesicherung des Bodens 3 gegenüber dem gesamten Stößelgehäuse 2 erzielt.

Das eigentliche Spielausgleichselement 15 ist wiederum konzentrisch im Stößelinneren 10 angeordnet. Diese Bauform, sowie auch die in Fig. 1 gezeigte, besitzt den Vorteil eines bis zu 40 % geringeren Gewichtes im Vergleich mit herkömmlichen, allgemein bekannten Stößeln.

Durch die Unterteilung des Raumes 16 in einzelne Kammern 18, sowie durch die hier, und auch in Fig. 1 beschriebenen, konstruktiven Maßnahmen, besitzt die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine sehr hohe Steifigkeit. Die Wahl der Zahl und Stärke der Rippen 17 ist dabei in Abhängigkeit des jeweiligen Anwendungsfalles variierbar. Zusätzli che Abdichtmaßnahmen des Raumes 16 gegen austretendes Öl entfallen hier aufgrund der von der Wand 7 ausgehenden Ringwand 11.

Weiterhin ist der Fig. 2 zu entnehmen, daß ebenso wie in Fig. 1 gezeigt, von der Unterseite 21 des Bodens 3 eine konzentrisch angeord nete, und in das Stößelinnere 10 ragende, Hülse 22 ausgeht. Diese führt einerseits das Spielausgleichselement 15, und stabilisiert andererseits bei Krafteinwirkungen auf die hohlzylindrische Wand 7, die auf den Boden 3 übertragen werden, das gesamte Stößelgehäuse 2.

Die Fig. 3 zeigt einen Querschnitt nach den Schnittlinien III-III der Fig. 2. In diesem Fall wurden acht umfangsverteilte Rippen 17 vor gesehen. Diese besitzen oben- bzw. untenliegende Übertrittsbohrungen 19, 20. In diesem Fall sind nur obenliegende Übertrittsbohrungen 19 dargestellt. Die Zulaufbohrung 8 ist in Umfangsrichtung zwischen zwei Rippen 17 und der hohlzylindrischen Wand 7 angeordnet. Die Rippen 17 stützen sich an der Führungshülse 12 ab. In der Bohrung 14 der Füh rungshülse 12 ist die Hülse 22 des nicht dargestellten Bodens 3 einge preßt. Die Hülse 22 kann, muß jedoch nicht, für die hier beschriebenen Fälle eingepreßt sein.

Anhand der nachfolgend beschriebenen Figuren werden die Vorteile von einigen der Möglichkeiten zur Gestaltung des Raumes 16 mit umfangs verteilten Rippen 17 und Übertrittsbohrungen 19, 20 sowie der Zulauf bohrung 8 und der Verbindungsbohrung 13 beschrieben.

Aus Fig. 4 ist eine schematische Darstellung der Ausbildung des Stößels 1 mit einer Rippe 17 zu entnehmen. In der hohlzylindrischen Wand 7 kann eine Entlüftungsbohrung 28, hier mit einem Stern gekenn zeichnet, sich befinden. Diese Entlüftungsbohrung 28 gestattet ein Entweichen von evtl. sich im Raum 16 befindlicher und unerwünschter Luft. Diese Luft kann einerseits beim Befüllen des Stößels 1 mit Öl in den Raum 16 gelangen. Andererseits ist es beim reellen Motorbetrieb nicht auszuschließen, daß Luft in den Raum 16 über die Zulaufbohrung 8 gesaugt wird. Gelangt nun diese Luft über den Raum 16 und die Ver bindungsbohrung 13 in das nicht näher bezeichnete Spielausgleichs element 15, kommt es evtl. zu einem Verschäumen mit dem dort befindli chen Öl. Durch die so entstehende unerwünschte Kompressibilität des verschäumten Öles ist die spielausgleichende Funktion des gesamten Stößels 1 gemindert. Die hier beschriebene Entlüftungsbohrung 28 ist auch bei weiteren Stößeln 1, sowie auch bei nicht dargestellten, denkbar.

Nachfolgend wird auf die besonderen Vorteile der Auslaufsicherung des Stößels 1 eingegangen. Dabei ist davon auszugehen, daß der Raum 16 des Stößels 1 ausreichend mit Öl gefüllt ist. Ist nun bei einer Schräglage des Stößels 1, die auch bei einem Einbau in V-Motoren und anderes denkbar ist, die Entlüftungsbohrung 28 der gedachte höchste Punkt, läuft das Öl auf eine der Entlüftungsbohrung 28 entgegengesetzte Seite 29. Durch die Rippe 17 wird verhindert, daß das gesamte Öl sich an der Seite 29 sammelt. Somit verbleibt ein ausreichender Betrag an Öl zum Ansaugen durch das Spielausgleichselement 15 durch die Verbindungs bohrung 13. Die Verbindungsbohrung 13 ist dabei nahe der hier nicht zu entnehmenden Ringwand 11 gelagert. Da nun die Luft bekannterweise das Bestreben hat, nach oben zu entweichen, wird sicher Öl in das Spiel ausgleichselement gesaugt. Weitere Varianten der Schrägstellung werden an dieser Stelle nicht erläutert, da dies der Fachmann selbst leicht nachvollziehen kann.

Die Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der Ausbildung des Stößels 1 mit zwei Rippen 17. Diese Rippen 17 sind mit jeweils einer obenliegenden Übertrittsbohrung 19 versehen. Beim Befüllen des Raumes 16 durch die Zulaufbohrung 8 wird zuerst der Raum 16 zwischen den zwei Rippen 17 gefüllt. Erreicht der Ölstand nun die Übertrittsbohrung 19, gelangt Öl in den übrigen Raum 16. Die Verbindungsbohrung 13 ist in dem hier beschriebenen Fall auf der der Zulaufbohrung 8 gegenüber liegenden Seite angeordnet. Desweiteren kann wiederum wenigstens eine, hier nicht dargestellte, Entlüftungsbohrung 28 vorgesehen sein.

Ist nun beispielsweise die Verbindungsbohrung 13 der gedachte höchste Punkt, so reicht der Ölspiegel immer noch bis an diese Verbindungs bohrung 13, da ein weiteres Leerlaufen des Stößels 1 durch die nun untenliegenden Rippen 17 verhindert ist.

Aus Fig. 6 ist wiederum eine schematische Darstellung der Ausbildung des Stößels 1 mit vier Rippen 17 entnehmbar. Beim Befüllen des Raumes 16 zwischen den zwei Rippen 17 durch die Zulaufbohrung 8 mit Öl, wird die darin befindliche Luft durch die obenliegende Übertrittsbohrung 19 in den nächsten Raum 16 gedrückt. Nachfließendes Öl drückt, wenn der erste Raum 16 gefüllt ist, die Luft aus dem zweiten Raum 16 in den dritten Raum 16 (in Uhrzeigerrichtung). Gelangt nun Öl in den dritten Raum 16, steigt die Luft dort bekanntermaßen nach oben und es wird Öl durch die untenliegende Übertrittsbohrung 20 in einen vierten Raum 16 gedrückt. Durch die an dieser Stelle untenliegende Übertrittsbohrung 20 gelangt somit keine Luft in den vierten Raum 16, in dem sich die Verbindungsbohrung 13 zum Befüllen des Spielausgleichselementes 15 (hier nicht dargestellt) befindet. Eine Entlüftungsbohrung 28 kann vorgesehen sein. Diese gestattet der durch schwankenden Ölstand und andere Einflüsse im vierten Raum 16 befindlichen Luft ein ungehinder tes Entweichen.

Es ergeben sich noch unzählige weitere Variationsmöglichkeiten zwi schen Zahl, Stärke und Anordnung der Rippen 17 mit den Übertritts bohrungen 19, 20 zu der Anordnung und Ausbildung der Zulaufbohrung 8 und der Verbindungsbohrung 13.

Fig. 7 zeigt einen weiteren Stößel 1. Im Unterschied zu den vorherig gezeigten Stößeln besteht dessen Ringwand 11 aus einem zusätzlichen, in das Stößelinnere 10 eingelegten und in die hohlzylindrische Wand 7 geschnappten Teil. In dem hier gezeigten Beispiel ist das Stößelgehäu se 2 vollständig aus einem Material, wie beispielsweise Aluminium, dargestellt. Der Boden 3 kann zur Erhöhung seiner Verschleißfestigkeit mit einer zusätzlichen Schicht versehen sein.

Bezugszeichen

1 Stößel
2 Stößelgehäuse
3 Boden
4 Endbereich
5 Steuernocken
6 Flanke
7 Wand
8 Zulaufbohrung
9 Innenseite
10 Stößelinneres
11 Ringwand
12 Führungshülse
13 Verbindungsbohrung
14 Bohrung
15 Spielausgleichselement
16 Raum
17 Rippen
18 Kammern
19, 20 Übertrittsbohrungen
21 Unterseite
22 Hülse
23 Unterseite
24 Verstemmung
25 Außenfläche
26 Außenfläche
27 Ansatz
28 Entlüftungsbohrung
29 Seite
30 Aufnahmebohrung

Claims

1. Stößel (1) mit hydraulischem Ventilspielausgleich, der in einer Aufnahmebohrung (30) eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und gegen dessen als Boden (3) ausgebildete Stirnfläche ein Steuernocken (5) einer Nockenwelle anläuft, wobei zwischen einer hohlzylindrischen Wand (7) des Stößels (1), in der eine Zulaufbohrung (8) vorgesehen ist, und einer konzentrisch zu der hohlzylindrischen Wand (7) angeordneten Führungshülse (12), ein ringförmiger Raum (16) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Raum (16) durch Rippen (17) in denen Übertrittsbohrungen (19, 20) vorgesehen sind, in einzelne Kammern (18) unterteilt ist, wobei die Übertritts bohrungen (19, 20) jeweils von einer Kammer (18) in die nächste füh rend, ausgebildet sind.

2. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertritts bohrungen (19, 20) in den Rippen (17) in der Nähe des Bodens (3) und/oder einer dem Boden (3) gegenüberliegenden, stirnseitig der hohlzylindrischen Wand (7) angeordneten Ringwand (11) vorgesehen sind.

3. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufboh rung (8) in der hohlzylindrischen Wand (7) zu einer Verbindungsbohrung (13) in das Innere der Führungshülse (12) in Umfangsrichtung um einen kleinen Winkel versetzt und durch wenigstens eine Rippe getrennt angeordnet ist.

4. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufboh rung (8) in der hohlzylindrischen Wand (7) sich in der Nähe der Ring wand (11) befindet.

5. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringwand (11) aus einem zusätzlichen, in das Innere (10) des Stößels (1) einge legten und an die Innenseite (9) der hohlzylindrischen Wand (7) ge schnappten Teil besteht.