Hintergrund der Erfindung
(Technisches Gebiet der Erfindung)
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Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Ventilspiel-
Ausgleichselement und insbesondere auf ein hydraulisches
Ventilspiel-Ausgleichselement, das in der Lage ist, eine
grosse Ölmenge zu speichern und einen hohen
Verschleisswiderstand besitzt.
(Erläuterung des relevanten Standes der Technik)
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Der Kolben eines hydraulischen Ventilspiel-
Ausgleichselementes ist mit einem inneren Reservoir für die
Speicherung von Öl versehen, da Öl nicht in kurzer Zeit von
aussen dem Ventilspiel-Ausgleichselement zugeführt werden
kann, wenn der Motor in Betrieb gesetzt wird. Das im
Reservoir gespeicherte Öl bildet daher eine Ölzapfstelle, die
bei erneutem Starten des Motors benutzt werden kann.
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In Fällen jedoch, bei denen das Ventilspiel-Ausgleichselement
aufgrund der Auslegung des Motors hinsichtlich seiner Länge
Beschränkungen unterworfen ist, oder das Ventilspiel-
Ausgleichselement unter einem gewissen Neigungswinkel
eingebaut werden muss, kann das Reservoir des Ventilspiel-
Ausgleichselementes keine ausreichende ölmenge zum erneuten
Anlassen des Motors aufnehmen. Um diesen Nachteil
auszuschalten, wurde vorgeschlagen, ein grundsätzlich
zylindrisches Unterteilungselement in
dem Kolben, der einen
oberen Kolbenabschnitt und einen unteren Kolbenabschnitt
umfasst, vorzusehen, um auf diese Weise das Aufnahmevermögen
des Reservoirs zu erhöhen.
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Der Kolben eines Ventilspiel-Ausgleichselementes vollzieht
während des Motorbetriebes im allgemeinen eine rasche
hinund hergehende Bewegung relativ zum Basisteil des
Ausgleichselementes unter der Wirkung eines Nockens. Da ein
preisgünstiges Material, wie Kohlenstoffstahl, für die
Herstellung des Kolbens verwendet wird, muss die äussere
Kolbenoberfläche durch Abschrecken oder Aufkohlung gehärtet
werden, um einen Verschleiss der äusseren Kolbenoberfläche
bei deren Berührung mit der Innenfläche des Basisteiles zu
vermeiden.
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In Fig. 1 ist ein herkömmliches hydraulisches Ventilspiel-
Ausgleichselement mit einem zylindrischen Basisteil 11 und
einem hohlen Kolben 12 gezeigt. Der Kolben 12 umfasst zwei
Abschnitte, einen oberen Kolbenabschnitt 12a und einen
unteren Kolbenabschnitt 12b. Der obere Kolbenabschnitt 12a
ist inseitig mit einem grundsätzlich zylindrischen
Unterteilungselement 21 versehen. Das Unterteilungselement 21
ist in den oberen Kolbenabschnitt 12a so eingesetzt, dass
darin ein Raum zwischen dem Unterteilungselement und der
Kolbenwand gebildet wird, und ferner ist das
Unterteilungselement an seinem unteren Ende in
fluiddichtendem Eingriff mit der inneren Oberfläche des
oberen Kolbenabschnittes 12a durch einen Pressitz gehalten.
Der obere Kolbenabschnitt 12a ist an seinem unteren Ende mit
dem oberen Ende des unteren Kolbenabschnittes 12b
verschweisst.
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Bei der Herstellung des Kolbens werden die oberen und unteren
Kolbenabschnitte 12a, 12b durch Abschrecken oder Aufkohlung
vorbehandelt. Die oberflächengehärteten Bereiche 33 des
oberen und unteren Kolbenabschnittes 12a, 12b werden an den
Schweisszonen entfernt, um das Schweissen zu erleichtern.
Dann wird das Unterteilungselement 21 in den oberen
Kolbenabschnitt 12a montiert, bevor der obere und untere
Kolbenabschnitt 12a, 12b z.B. mittels einer Buckelschweissung
miteinander verschweisst werden. Nach dem Verschweissen der
beiden Abschnitte wird der so gebildete Kolben in den
Basisteil 11 eingefügt.
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Dadurch dass die beiden den Kolben bildenden Teile nach der
Oberflächenhärtung verschweisst werden, ist die
Oberflächenhärte der Bereiche 33 des oberen und unteren
Kolbenabschnittes nahe der Schweisstelle 31 deutlich
herabgesetzt und können die in den Bereichen 33 durch das
Schweissen hervorgerufenen inneren Spannungen den Widerstand
gegen Verschleiss und Materialermüdung herabsetzen.
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Ferner können während des Betriebes des Ventilspiel-
Ausgleichselementes Spritzteilchen 32, die von der
Schweisstelle 31 nach innen ragen, abgetrennt werden und in
das Reservoir 20 fallen. Infolge davon kann der Betrieb des
Absperrventiles 14 in Gestalt einer Kugel beeinträchtigt
werden, und der Kolben kann keine weitere stetige Hin- und
Herbewegung im Basisteil 11 vornehmen.
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In Fig. 2 ist ein hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement
einer anderen Bauart gezeigt, die ein zylindrisches Basisteil
11 und einen hohlen Kolben 12 umfasst. Bauteile, die gleich
denjenigen des Ventilspiel-Ausgleichselementes nach Fig. 1
sind, tragen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.. 1.
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Das Ventilspiel-Ausgleichselement nach Fig. 2 ist im Aufbau
identisch mit demjenigen nach Fig. 1, indem der Kolben einen
oberen Kolbenabschnitt 12a und einen unteren Kolbenabschnitt
12b aufweist, der obere Kolbenabschnitt 12a im Inneren mit
einem Unterteilungselement 21 versehen ist und das
Unterteilungselement 21 in den oberen Kolbenabschnitt 12a in
der vorbeschriebenen Weise eingesetzt ist.
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Bei dein Ventilspiel-Ausgleichselement nach Fig. 2 ist jedoch
der obere Kolbenabschnitt 12a an seinem unteren Ende weder
mit dem unteren Ende des Unterteilungselementes 21 noch mit
dem oberen Ende des unteren Kolbenabschnittes 12b
verschweisst, sondern stehen die unteren Endflächen sowohl
vom oberen Kolbenabschnitt 12a als auch dem
Unterteilungselement 21 lediglich in Berührung mit der oberen
Endfläche des unteren Kolbenabschnittes 12b. M.a.W. das
Ventilspiel-Ausgleichselement nach Fig. 2 unterscheidet sich
im Aufbau von demjenigen nach Fig. 1 darin, dass die oberen
und unteren Kolbenabschnitte nicht miteinander verbunden
sind.
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Die oberen und unteren Kolbenabschnitte 12a,12b werden vor
Einbau in den Basisteil wie beim Ventilspiel-
Ausgleichselement nach Fig. 1 durch Abschrecken oder
Aufkohlung vorbehandelt. Dann wird das Unterteilungselement
21 in den oberen Kolbenabschnitt 12a eingesetzt, bevor der
obere Kolbenabschnitt 12a in den Basisteil 11 eingefügt wird,
wobei die untere Endfläche des oberen Kolbenabschnittes 12a
in Berührung mit der oberen Endfläche des unteren
Kolbenabschnittes 12b kommt.
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Da bei dem herkömmlichen in Fig. 2 gezeigten Ventilspiel-
Ausgleichselement der obere Kolbenabschnitt 12a nicht in
fluiddichter Eingriffnahme mit dem unteren Kolbenabschnitt
12b steht, kann das im Reservoir 20 bis zu der durch den
Pfeil A angedeuteten Füllstandshöhe gespeicherte Öl längs der
Pfeile nach ausserhalb des Basisteiles 11 entweichen und
folglich bis zu der durch den Pfeil B gezeigten
Füllstandshöhe abnehmen. Darüber hinaus ist der obere
Kolbenabschnitt 12a nicht mit dem unteren Kolbenabschnitt 12b
verschweisst, sondern steht an seiner unteren Endfläche
lediglich in Berührung mit der oberen Endfläche des unteren
Kolbenabschnittes 12b. Infolge davon berührt der Kolben,
insbesondere der obere Kolbenabschnitt, das Basisteil nur
über eine relativ kurze Länge, und kann daher der obere
Kolbenabschnitt keine ausreichend starke seitliche Belastung
an seinem oberen Ende aushalten.
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Da der obere Kolbenabschnitt keine ausreichende seitliche
Belastung aufnehmen kann, sind die Grösse des Ventilhubes und
damit die Auslegung des Motors unbotmässigen Beschränkungen
unterworfen.
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In der EP 0 205 735-A3 ist ein hydraulisches Ventilspiel-
Ausgleichselement beschrieben, das einen in einem
zylindrischen Basisteil gehaltenen Kolben umfasst. Der Kolben
weist obere und untere Kolbenabschnitte auf, und im Kolben
ist ein Einsatz oder ein Unterteilungselement vorgesehen. Das
untere offene Ende des Einsatzes ist mit dem Inneren des
unteren Kolbenabschnittes durch eine Löt- oder
Schweissverbindung befestigt. Dies kann ebenfalls Probleme
bereiten, wenn Spritzpartikel abbrechen und dadurch der
Betrieb des Absperrventiles beeinträchtigt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
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Demzufolge ist es Ziel der Erfindung, die vorerwähnten
Nachteile zu beseitigen und ein hydraulisches Ventilspiel-
Ausgleichselement zu schaffen, bei dem der Kolben einer
Oberflächenhärtung unterzogen werden kann, nachdem der Kolben
und das Unterteilungselement miteinander verschweisst sind,
so dass die Härte der Aussenfläche des Kolbens nicht
beeinträchtigt wird und durch das Schweissen hervorgerufene
innere Spannungen den Widerstand gegen Verschleiss und
Materialermüdung nicht herabsetzen.
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Die vorerwähnten und andere Ziele der Erfindung können durch
ein hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement erreicht
werden, das aufweist ein zylindrisches Basisteil, einen
gleitbar im Basisteil aufgenommenen hohlen Kolben mit einem
darin ausgebildeten Reservoir, wobei der Kolben einen oberen
Kolbenabschnitt und einen unteren Kolbenabschnitt aufweist,
ein im wesentliches zylindrisches Unterteilungselement, das
im Kolben angeordnet ist, um das Aufnahmevermögen des
Reservoirs zu erhöhen, und eine Absperrventileinrichtung, die
einen Fluss des Öles nur vom Reservoir in eine
Hochdruckkammer erlaubt, die zwischen der Bodenwand des
Basisteiles und der Bodenwand des Kolbens definiert ist, und
die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Unterteilungselement
in engem Sitz im oberen Kolbenabschnitt angeordnet ist und
sich sein unteres Ende über die Verbindung zwischen den
beiden Kolbenabschnitten hinaus erstreckt, um einen Raum
zwischen dem unteren Bereich des Unterteilungselementes und
der Wand des unteren Kolbens zu bilden, und die oberen und
unteren Kolbenabschnitte zusammen mit dem
Unterteilungselement durch eine Buckelschweissung miteinander
verschweisst sind, so dass das Unterteilungselement
abdichtend im Kolben fixiert ist.
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Demzufolge sind die oberen und unteren Kolbenabschnitte
miteinander verschweisst und ist gleichzeitig das
Unterteilungselement dicht im Kolben fixiert. Der so
gebildete Kolben wird durch Abschrecken oder Karbonisierung
oberflächengehärtet. Bei der vorbeschriebenen Konstruktion
nach der Erfindung wird daher die Härte der äusseren
Oberfläche des Kolbens nicht beeinträchtigt und setzen die
durch den Schweissvorgang hervorgerufenen inneren Spannungen
den Widerstand gegen Verschleiss und Ermüdungsbruch nicht
herab.
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Bei einem derartigen Ventil-Ausgleichselement sind die beim
Buckelschweissen gebildeten Spritzpartikel in dem Raum
zwischen dem unteren Bereich des Unterteilungselementes und
der Wand des unteren Kolbenabschnitts eingeschlossen und
daran gehindert, aus dem geschweissten Gebiet herauszutreten
und in das Reservoir zu fallen. Der Betrieb des
Absperrventiles und damit die stetige hin- und hergehende
Bewegung des Kolben werden somit nicht beeinträchtigt.
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Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist das
Unterteilungselernent mit den oberen und unteren
Kolbenabschnitten durch eine Plasmaschweissung, TIG-
Lichtbogen-Schweissung, Elektronenstrahlschweissung oder
Laserstrahlschweissung verschweisst.
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Die vorerwähnten und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die
zugehörige Zeichnung deutlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Fig. 1 ist eine geschnittene Ansicht zur
Darstellung des Aufbaues eines herkömmlichen hydraulischen
Ventilspiel-Ausgleichselementes,
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Fig. 2 ist eine geschnittene Ansicht zur
Darstellung des Aufbaues eines herkömmlichen hydraulischen
Ventilspiel-Ausgleichselementes anderer Bauart,
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Fig. 3 ist eine geschnittene Ansicht zur
Darstellung des Aufbaues eines hydraulischen Ventilspiel-
Ausgleichselementes gemäss der vorliegenden Erfindung,
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Fig. 4A und 4B sind vergrösserte geschnittene Ansichten
zur Darstellung der Ausbildung der Verbindung des Kolbens vor
bzw. nach dem Schweissen, und
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Fig. 5 ist eine vergrösserte geschnittene Ansicht
der Schweisstelle mit Darstellung der Ausbildung eines
geschmolzenen Bereiches, bei dem eine Plasmaschweissung, TIG-
Lichtbogen-Schweissung, Elektronenstrahlschweissung oder
Laserstrahlschweissung vorgenommen wurde.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
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Fig. 3 zeigt ein hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement,
das entsprechend der Erfindung aufgebaut ist. Bauteile, die
ähnlich denjenigen des Ventilspiel-Ausgleichselementes nach
Fig. 1 sind, tragen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1.
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Das gezeigte hydraulische Ventilspiel-Ausgleichselement
umfasst ein zylindrisches Basisteil 11, das in einem
Zylinderkopfl eingesetzt ist, und einen hohlen Kolben 12,
der gleitbar im Basisteil 11 aufgenommen ist. Der Kolben 12
umfasst zwei Abschnitte, einen oberen Kolbenabschnitt 12a und
einen unteren Kolbenabschnitt 12b.
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Der obere Kolbenabschnitt 12a ist im Inneren mit einem
grundsätzlich zylindrischen Unterteilungselement 21 versehen,
das in den oberen Kolbenabschnitt 12a so eingesetzt ist, dass
es einen Raum mit der inneren Oberfläche der Wand des oberen
Kolbenabschnittes 12a bildet, während das
Unterteilungselement 21 am unteren Bereich in fluiddichter
Eingriffnahme mit der inneren Oberfläche der Wand des oberen
Kolbenabschnittes 12a durch Pressitz gehalten ist. Der obere
Kolbenabschnitt 12a ist an seinem unteren Ende mit dem oberen
Ende des unteren Kolbenabschnittes 12b und mit dem unteren
Ende des Unterteilungselementes 21 verschweisst.
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Der obere Kolbenabschnitt 12a hat an seinem oberen Ende ein
halbkugelförmig gestaltetes oberes Endteil 40, das gleitbar
in einer kugelförmigen Ausnehmung 51 in einem Kipphebel 7
aufgenommen ist und damit in Berührung steht. Eine
Hochdruckkammer 19 ist zwischen der Bodenwand 42 des unteren
Kolbenabschnittes 12b und der Bodenwand 43 des Basisteiles 11
gebildet. Ein Reservoir 20 ist durch die innere Oberfläche 44
der Wand des unteren Kolbenabschnittes 12b und der inneren
Oberfläche 45 des Unterteilungselementes 21 gebildet.
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In der Hochdruckkammer 19 ist eine Rückzugfeder 13 vertikal
zwischen der Bodenwand 42 des unteren Kolbenabschnittes 12b
und der Bodenwand 43 des Basisteiles 11 eingefügt, die den
Kolben nach oben vorspannt. Der untere Kolbenabschnitt 12b
hat eine Auslassöffnung 46, die mittig in der Bodenwand 42
ausgebildet ist. Ein Absperrventil in Gestalt einer Kugel 14
wird gegen die Bodenwand 42 des unteren Kolbenabschnittes 12b
durch eine weitere Rückzugfeder 47 gehalten und verschliesst
die Auslassöffnung 46. Die Rückzugfeder 47 wird durch ein
Halteelement 48 positioniert, das wiederum durch die zuvor
erwähnte Rückzugfeder 13 gehalten ist.
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Im Zylinderkopf 1 ist ein Ölkanalsystem 9 ausgebildet, das
über einen Kanal 49 mit einem Ringkanal 50 in Verbindung
steht, der zwischen dem Zylinderkopf 1 und dem Basisteil 11
vorgesehen ist. Der Ringkanal 50 wiederum steht über einen
ersten Einlass 15 mit einem weiteren Ringkanal 17 in
Verbindung, der zwischen dem Basisteil 11 und dem oberen
Kolbenabschnitt 12a gebildet ist.
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Der Ringkanal 17 steht über einen zweiten Einlass 16 ferner
mit einer Öleinführkammer 18 in Verbindung, die zwischen der
inneren Oberfläche der Wand des oberen Kolbenabschnittes 12a
und der äusseren Oberfläche der Wand des
Unterteilungselementes 21 vorgesehen ist. Die Kammer 18 steht
über die obere Öffnung 51 des Unterteilungselementes 21 mit
dem Reservoir 20 in Verbindung. Am oberen Kolbenabschnitt 12a
ist an seinem halbkugelförmigen Ende 40 eine kleine
Ölauslassöffnung 23 vorgesehen, die wiederum mit einer im
Kipphebel 7 ausgebildeten Passage 10 in Verbindung steht.
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Der obere Kolbenabschnitt 12a und der untere Kolbenabschnitt
12b, die den Kolben 12 bilden, sind getrennt voneinander
ausgebildet. Das Unterteilungselement 21 ist in den oberen
Kolbenabschnitt 12a so eingesetzt, dass der untere Bereich
des Unterteilungselementes 21 in fluiddichter Eingriffnahme
mit der inneren Oberfläche der Wand des Kolbens durch
Pressitz gehalten ist. Das Unterteilungselement 21 ist so
bemessen, dass sich das untere Ende 21b über die Verbindung
zwischen dem oberen und unteren Kolbenabschnitt hinaus
erstreckt, wie dies am besten in Fig. 4A zu sehen ist.
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Das untere Ende des oberen Kolbenabschnittes 12a, das obere
Ende des unteren Kolbenabschnittes 12b und das untere Ende
des Unterteilungselementes 21 sind somit mittels einer
Buckelschweissung oder einer anderen geeigneten Schweissung
miteinander verschweisst. Im Falle der Buckelschweissung
wird, wie dies in Fig. 4A zu sehen ist, die Schweissbedingung
hinsichtlich Druck und elektrischem, an die beiden
Kolbenabschnitte angelegten Strom in geeigneter Weise so
gewählt, dass ein geschweisster oder geschmolzener Bereich 31
in die Wand des Unterteilungselementes 21 eindringt.
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Spritzpartikel 32, die bei der Buckelverschweissung
entstehen, werden auf einen Raum beschränkt, der zwischen dem
unteren Ende 21b des Unterteilungselementes 21 und dem oberen
Kolbenabschnitt 12a gebildet ist. Nachdem der obere und
untere Kolbenabschnitt unter Schaffung des Kolbens
miteinander verschweisst worden sind, wird der Kolben einer
geeigneten Oberflächenhärtung, z.B. durch Abschrecken,
unterzogen.
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Die Kammer 18 steht somit nur über die obere Öffnung 51 des
Unterteilungselementes 21 mit dem Reservoir 20 in Verbindung.
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Wird beim Betrieb Öl unter Druck durch das Ölleitungssystem 9
dem hydraulischen Ventilspiel-Ausgleichselement zugeführt,
fliesst das Öl über den ersten Einlass 15, den Ringkanal 17
und den zweiten Einlass 16 in die Kammer 18. Das so in die
Kammer 18 gelangte Öl fliesst dann durch die obere Öffnung 51
des Unterteilungselementes 21 in das Reservoir 20.
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Ein Teil des Öles wird durch die kleine Ölauslassöffnung 23
und die Passage 10 nach aussen abgegeben, um eine Schmierung
eines in der Zeichnung nicht dargestellten Nockens zu
bewirken. Die Ölauslassöffnung 23 dient auch zum Abführen von
Luft, die in das Ventilspiel-Ausgleichselement hineingelangt
ist.
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Kommt der Motor zum Stillstand, fliesst das Öl im
Ölleitungssystem 9 in die nicht gezeigte Ölwanne ab. Ferner
sickert allmählich das Öl im ersten Einlass 15, Ringkanal 17,
zweiten Einlass 16 und in der Kammer 18 in das
Ölleitungssystem 9, und infolge davon verbleibt Öl nur im
Reservoir. Das Öl wird daher bis auf die Höhe der oberen
Endfläche des Unterteilungselementes 21 gespeichert. Das im
Reservoir 20 auf diese Weise gespeicherte Öl reicht aus für
den Ölbedarf in der Hochdruckkammer 19 bei erneutem Anlassen
des Motors.
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Fig. 5 zeigt den Aufbau eines geschmolzenen Bereiches, an dem
eine Plasmaschweissung, TIG-Lichtbogenschweissung,
Elektronenstrahlschweissung oder Laserschweissung vorgenommen
wurde. Der erhaltene geschmolzene Bereich 31 erstreckt sich
im wesentlichen in horizontaler Richtung und dringt in die
Wand des Unterteilungselementes 21 ein.
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Demzufolge hat bei einem hydraulischen Ventilspiel-
Ausgleichselement nach der Erfindung das Unterteilungselement
ein unteres Ende, das sich über die Verbindung zwischen den
beiden Kolbenabschnitten hinaus erstreckt, um zwischen dem
unteren Bereich des Unterteilungselementes und der Wand des
unteren Kolbenabschnittes einen Raum zu bilden. Dieser Raum
dient dazu, die durch den Buckelschweissvorgang
hervorgerufenen Spritzpartikel einzuschliessen. Die oberen
und unteren Kolbenabschnitte sind zusammen mit dem
Unterteilungselement verschweisst, so dass das
Unterteilungselement dicht im Kolben fixiert ist. Der Kolben
kann daher einer geeigneten Behandlung zur Oberflächenhärtung
vor Einbau in den Basisteil unterzogen werden.