Antirotationsverriegelungsmechanismus zur Steuerung von mechanischem
Spiel
Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Steuerung von mechanischem Spiel und die Verhinderung einer Drehung zwischen zwei hin- und hergehenden Elementen und insbesondere auf Ventiltriebkomponenten, die in Verbrennungsmotoren verwendet werden und ein längliches Außengehäuse mit einer Bohrung und ein zylindrisches Innengehäuse haben, wobei sich das Innengehäuse bezüglich des Außengehäuses in der Bohrung hin- und herbewegt.
Allgemeiner Stand der Technik
Ventiltriebkomponenten wie schaltbare hydraulische Abstützelemente, schaltbare Rollenstößel und Ventilstößel umfassen üblicherweise ein Außengehäuse mit einer Bohrung, in der ein innerer zylindrischer Körper untergebracht ist, der sich in der Bohrung hin- und herbewegt. Die Bohrung und das Innengehäuse sind konzentrisch, und die Oberfläche der Bohrung und die Außenfläche des Innengehäuses haben sich gegenüberliegende zylindrische Flächen, die zueinander koaxial sind.
Zur Verhinderung einer Drehbewegung zwischen den beiden sich gegenüberliegenden zylindrischen Flächen werden oft Antirotationsmechanismen wie ein Kanal und ein Stift verwendet. Der Kanal ist axial in eine der sich gegenüberliegenden zylindrischen Flächen eingeschnitten oder dort ausgebildet, und in der anderen gegenüberliegenden zylindrischen Fläche ist ein Stift radial be-
festigt. Der Stift erstreckt sich radial in den Kanal und verhindert dadurch eine Drehbewegung zwischen den beiden zylindrischen Flächen. Der Kanal kann an einem oder an beiden Enden verschlossen sein, so dass das verschlossene Ende des Kanals als Anschlag zur Steuerung des Spiels zwischen dem Außen- und dem Innengehäuse wirkt.
Das Ausbilden der Kanal-Stift-Anordnung in den sich gegenüberliegenden zylindrischen Flächen kann schwierig sein. In eine der sich gegenüberliegenden zylindrischen Flächen muss eine Nut geschnitten werden, während in die ande- re der sich gegenüberliegenden zylindrischen Flächen ein Loch gebohrt werden muss, in das der Stift einzusetzen ist. Je nach der Größe der beiden zylindrischen Elemente kann das ein ziemlich komplizierter Vorgang sein.
Bei schaltbaren Ventiltriebkomponenten wird mechanisches Spiel im Allgemei- nen als das axiale Spiel oder der axiale Abstand zwischen dem Verriegelungsmechanismus des Innengehäuses und einem in Eingriff nehmbaren Merkmal am Außengehäuse im verriegelten Zustand definiert. Eine Steuerung des mechanischen Spiels wird durch Änderung der axialen Höhe des im Innengehäuse enthaltenen Verriegelungsmechanismus bezüglich der in Eingriff nehmbaren Verriegelungsfläche des Außengehäuses erzielt.
Es ist wichtig, das mechanische Spiel so zu steuern, dass es sich innerhalb eines bestimmten Bereichs bewegt, und zu großes Spiel oder zu große Bewegung zwischen dem Innen- und dem Außengehäuse zu vermeiden. Die eine schaltbare Komponente betätigende Nockenwelle ist so ausgelegt, dass sie das vorgeschriebene mechanische Spiel aufnimmt. Wenn das mechanische Spiel außerhalb der Auslegungsparameter der Nockenwelle liegt, erhöht sich das Risiko der beschleunigten Abnutzung des Verriegelungsmechanismus. In diesem Zustand kann die dynamische Leistung des Ventiltriebs in Mitleiden- schaft gezogen werden. Ein gesteuertes mechanisches Spiel zwischen den Gehäusen sorgt für eine langlebigere schaltbare Ventiltriebkomponente, was auch für die anderen Komponenten des Ventiltriebs gilt.
Erfindungsaufgabe
Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines preisgünstigen und einfa- chen Mechanismus zur Steuerung des Spiels und zum Verhindern einer Drehung zwischen zwei sich gegenüberliegenden zylindrischen Flächen von hin- und hergehenden Elementen.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgen- den Beschreibung deutlicher.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die obigen Aufgaben werden durch die Erfindung gelöst, indem eine radiale U- förmige Nut in der Außenfläche des Außengehäuses, ein radialer Einschnitt in mindestens einem der Schenkel der U-förmigen Nut, wobei sich der Einschnitt von der Nut bis in die Bohrung des Außengehäuses erstreckt, ein Anschlag und/oder eine axiale Einbuchtung an bzw. in der Außenfläche des zylindri- sehen Innengehäuses und eine U-förmige Klammer, die angepasst ist, in die U- förmige Nut zu passen, verwendet werden, wobei die Klammer einen Absatz an einem Schenkel hat, der sich durch den Einschnitt und in die Bohrung erstreckt.
Zur Steuerung des mechanischen Spiels ist die Dicke der U-förmigen Klammer so kategorisiert, dass sie die axiale Position des oder der Anschläge der In- nengehäuseanordnung steuern. Die Innengehäuseanordnung kann ein oder zwei Anschläge haben, je nach der Anzahl der axialen Einbuchtungen (siehe Figur 6 bzw. 5). Dadurch wird wiederum die axiale Position des Verriegelungs- mechanismus des Innengehäuses bezüglich der in Eingriff nehmbaren Verriegelungsfläche des Außengehäuses geändert.
Bei der Verwendung von zwei axial beabstandeten Anschlägen wird ein Anschlag als ein Anordnungsanschlag und der andere Anschlag als ein Fehl- schalt-Anschlag bezeichnet. Das Spiel wird durch das Zusammenwirken von Anordnungsanschlag und U-förmiger Klammer gesteuert. Die angemessene Dicke der U-förmigen Klammer wird so gewählt, dass ein mechanisches Spiel innerhalb der Spezifikation der gegebenen Komponente erzielt wird.
Zur Verhinderung einer Drehung des Innengehäuses in der Bohrung hat die axiale Einbuchtung eine flache axiale Oberfläche, und der Absatz hat eine fla- che axiale Oberfläche, die mit der flachen axialen Oberfläche der Einbuchtung zusammenpasst, um ein Drehen des Innengehäuses zu vermeiden.
Diese Anordnung aus Einschnitt, Anschlag, Absatz und Einbuchtung kann auf mehr als einer Seite der Gehäuse vorgesehen werden; vorzugsweise befindet sich diese Anordnung auf zwei Seiten, so dass sie das Spiegelbild voneinander sind.
Im Großen und Ganzen umfasst die erfindungsgemäße Spielsteuermechanismusvorrichtung definitionsgemäß Folgendes:
(a) ein längliches Außengehäuse mit einer Außenfläche und einer zylindrischen Bohrung,
(b) ein zylindrisches Innengehäuse, das in der Bohrung positioniert ist und darin hin- und hergeht, wobei das Innengehäuse eine zylindrische Außenfläche hat,
(c) eine radiale U-förmige Nut in der Außenfläche des Außengehäuses, wobei die U-förmige Nut einen ersten und einen zweiten Schenkel hat,
(d) einen ersten radialen Einschnitt im ersten Schenkel der U-förmigen Nut, wobei sich der Einschnitt von der Nut in die Bohrung hinein erstreckt,
(e) eine U-förmige Klammer, die angepasst ist, in die U-förmige Nut zu passen, wobei die U-förmige Klammer einen ersten und einen zweiten Schenkel hat,
(f) einen ersten Absatz am ersten Schenkel der U-förmigen Klammer, wobei sich der Absatz durch den ersten Einschnitt in die Bohrung hinein erstreckt, und
(g) einen ersten Anschlag an der Außenfläche des Innengehäuses, so dass der erste Anschlag an den ersten Absatz anschlägt, um das mechanische Spiel zwischen dem Außengehäuse und dem Innengehäuse zu steuern.
Vorzugsweise befindet sich im zweiten Schenkel der U-förmigen Nut ein zweiter radialer Einschnitt, der sich von der Nut in die Bohrung hinein erstreckt; ein zweiter Absatz am zweiten Schenkel der U-förmigen Klammer, wobei sich der zweite Absatz durch den zweiten Einschnitt in die Bohrung hinein erstreckt, und ein zweiter Anschlag an der Außenfläche des inneren zylindrischen Kör- pers, der so an den zweiten Absatz anschlägt, dass der erste Anschlag und der zweite Anschlag und der erste Absatz und der zweite Absatz zusammenwirken, um das mechanische Spiel zu steuern.
Vorzugsweise ist axial vom ersten Anschlag entfernt ein dritter Anschlag an der Außenfläche des Innengehäuses positioniert, und der erste Absatz der U- förmigen Klammer ist axial zwischen dem ersten und dem dritten Anschlag positioniert. Der dritte Anschlag wirkt als ein Fehlschalt-Anschlag, um eine übermäßige teleskopartige Bewegung des Innengehäuses im Außengehäuse zu stoppen.
Stärker bevorzugt ist axial vom zweiten Anschlag entfernt ein vierter Anschlag an der Außenfläche des Innengehäuses positioniert, und der zweite Absatz der U-förmigen Klammer ist axial zwischen dem zweiten und dem vierten Anschlag positioniert. Der vierte Anschlag wirkt als ein Fehlschalt-Anschlag, um eine übermäßige teleskopartige Bewegung des Innengehäuses im Außengehäuse zu stoppen.
Zur Verhinderung einer Drehbewegung zwischen der Bohrung und dem Innengehäuse umfasst der erfindungsgemäße Mechanismus definitionsgemäß FoI- gendes:
(a) ein längliches Außengehäuse mit einer Außenfläche und einer zylindrischen Bohrung,
(b) ein zylindrisches Innengehäuse, das in der Bohrung positioniert ist, um sich dort hin- und herzubewegen, und eine zylindrische Außenfläche hat,
(c) eine radiale U-förmige Nut in der Außenfläche des Außengehäuses, wobei die U-förmige Nut einen ersten und einen zweiten Schenkel hat,
(d) einen ersten radialen Einschnitt im ersten Schenkel der U-förmigen Nut, wobei sich der Einschnitt von der Nut in die Bohrung hinein erstreckt,
(e) eine U-förmige Klammer, die angepasst ist, in die U-förmige Nut zu passen, wobei die U-förmige Klammer einen ersten und einen zweiten Schenkel hat,
(f) einen ersten Absatz am ersten Schenkel der U-förmigen Klammer, wobei sich der Absatz durch den ersten Einschnitt in die Bohrung hinein erstreckt und eine flache axiale Oberfläche hat, und
(g) eine erste axiale Einbuchtung an der zylindrischen Außenfläche des
Innengehäuses, wobei die erste Einbuchtung eine flache axiale Oberflä- che hat, die mit der flachen axialen Oberfläche des ersten Absatzes zu- sammenpasst, um eine Drehung des Innengehäuses in der Bohrung zu verhindern.
Vorzugsweise befindet sich im zweiten Schenkel der U-förmigen Nut ein zwei- ter radialer Einschnitt, der sich von der Nut in die Bohrung hinein erstreckt; ein zweiter Absatz am zweiten Schenkel der U-förmigen Klammer, wobei sich der zweite Absatz durch den zweiten Einschnitt in die Bohrung hinein erstreckt und eine flache axiale Oberfläche hat, und eine zweite axiale Einbuchtung an der Außenfläche des Innengehäuses, wobei die zweite Einbuchtung eine flache axiale Oberfläche hat, die mit der flachen axialen Oberfläche des zweiten Absatzes zusammenpasst, so dass die erste Einbuchtung und die zweite Einbuchtung und der erste Absatz und der zweite Absatz zusammenwirken, um eine Drehung des Innengehäuses in der Bohrung zu verhindern.
Vorzugsweise sind der Antirotationsmechanismus und der Spielsteuermechanismus kombiniert. Bei einer derartigen Kombination erstreckt sich die erste axiale Einbuchtung axial vom ersten Anschlag. Bevorzugter erstreckt sich die zweite axiale Einbuchtung axial vom zweiten Anschlag und bildet eine parallele flache Oberfläche zur Oberfläche der ersten axialen Einbuchtung. Weiter be- vorzugt sind der erste und der dritte Anschlag an beiden axialen Enden der ersten Einbuchtung positioniert, und der zweite und der vierte Anschlag sind an beiden axialen Enden der zweiten Einbuchtung positioniert, um für Spielsteuerung zu sorgen und eine Drehung des Innengehäuses in der Bohrung zu verhindern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun näher mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen be- schrieben. Es zeigen:
Figur 1 die Erfindung in einem Dreiphasenventilstößel,
Figur 2 eine detaillierte Darstellung des in Figur 1 gezeigten Antirotati- ons- und Spielsteuermechanismus,
Figur 3 ein erfindungsgemäßes schaltbares hydraulisches Abstützelement,
Figur 4 einen erfindungsgemäßen schaltbaren Rollenstößel,
Figur 5 das zylindrische Innengehäuse mit zwei Einbuchtungen und vier
Anschlägen,
Figur 6 ein zylindrisches Innengehäuse mit zwei Anschlägen und einer
Einbuchtung,
Figur 7A ein zylindrisches Innengehäuse mit einem Anschlag und ohne
Einbuchtung,
Figur 7B ein zylindrisches Innengehäuse mit zwei Anschlägen und ohne
Einbuchtung,
Figur 8 einen Querschnitt eines schaltbaren hydraulischen Abstützele- ments mit einem Anschlag und ohne Einbuchtung und
Figuren 9-12 verschiedene Ausführungsformen der U-förmigen Klammer.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Figur 1 zeigt den schiebbar im Motorblock 12 montierten Ventilstößel 10. Ein Ende des Ventilstößels 10 ist der Schubstange 14 zugeordnet, während das andere Ende des Ventilstößels 10 dem Niedrighubnocken 16 und dem Großhubnocken 18 zugeordnet ist, die jeweils mit einer nicht gezeigten herkömmlichen Nockenwelle verbunden waren.
Der Ventilstößel 10 umfasst den äußeren Nockenstößel 20, bei dem es sich um ein längliches Außengehäuse mit einer zylindrischen Bohrung 21 handelt. In der Bohrung 21 des äußeren Nockenstößels 20 sind die obere Innenge- häuseanordnung 22 und der untere innere Nockenstößel 24 schiebbar positio- niert. Das obere Verriegelungsmittel 26 ist in der oberen Innengehäuseanord- nung 22 vorgesehen, und das untere Verriegelungsmittel 28 ist im unteren inneren Nockenstößel 24 vorgesehen. Die Lost-Motion-Feder 30 ist zwischen der oberen Innengehäuseanordnung 22 und dem unteren inneren Nockenstößel 24 positioniert. Hydrauliköl wird durch den Motorblock 12 zu den Verriegelungs- mittein 26 und 28 bereitgestellt, um die inneren Nockenstößel 22 und 24 zu verriegeln und zu entriegeln, damit zwischen dem äußeren Nockenstößel 20 und der Innengehäuseanordnung 22 und den inneren Nockenstößeln 24 eine Hin- und Herbewegung stattfinden kann. Der Antirotationsspielsteuermecha- nismus 40 ist im Stößel 10 vorgesehen. Die Innengehäuseanordnung 22 und der innere Nockenstößel 24 bewegen sich in der Bohrung 21 hin und her.
Wie ausführlicher in Figur 2 ersichtlich, sind beim äußeren Nockenstößel 20 die Nut 42 sowie der erste Einschnitt 44 und der zweite Einschnitt 46 in der Außenfläche des Stößels 20 ausgebildet. Die Einschnitte 44 und 46 erstrecken sich von der Nut 42 in die Bohrung 21.
Die U-förmige Klammer 48 hat den ersten Schenkel 49 mit dem ersten Absatz 50 und den zweiten Schenkel 51 mit dem zweiten Absatz 52. Der erste Absatz 50 hat die obere Fläche 54, die untere Fläche 56 und die flache axiale Oberflä- che 58. Der zweite Absatz 52 hat die obere Fläche 60, die untere Fläche 62 und die flache axiale Oberfläche 64.
Der innere Nockenstößel 24 hat eine erste axiale Einbuchtung 66 und eine zweite axiale Einbuchtung 68. Die erste axiale Einbuchtung 66 hat einen obe- ren Anschlag 70, einen unteren Anschlag 72 und eine flache axiale Oberfläche 74, die mit der flachen axialen Oberfläche 58 zusammenpasst.
Die zweite axiale Einbuchtung 68 hat einen oberen Anschlag 76, einen unteren Anschlag 78 und eine flache axiale Oberfläche 80, die mit der flachen axialen Oberfläche 64 zusammenpasst.
Die oberen Flächen 54 und 60 schlagen am Anschlag 70 bzw. 76 an, um eine Bewegung nach unten zu stoppen, während die unteren Flächen 56 und 62 am Anschlag 72 bzw. 78 anschlagen, um eine Bewegung nach oben zu stoppen. In Figur 2 wirken die Anschläge 70, 76 als Anordnungsanschläge und die Anschläge 72 und 78 als Fehlschalt-Anschläge. Spiel wird gesteuert, indem eine U-förmige Klammer 48 mit einer Dicke gewählt wird, die ein mechanisches Spiel erzielt, das in den spezifizierten Bereich für die gegebene Komponente fällt.
Die flachen axialen Oberflächen 58 und 64 passen mit den flachen axialen Oberflächen 74 und 80 zusammen, um eine Drehbewegung des inneren Nockenstößels 24 in der Bohrung 21 zu verhindern.
Figur 3 zeigt ein schaltbares hydraulisches Abstützelement 82 mit einem zylindrischen Außengehäuse 84, einer Bohrung 86 darin und einem zylindrischen Innengehäuse 88 zur Hin- und Herbewegung in der Bohrung 86. Die U-förmige
Nut 90 ist in der Außenfläche des zylindrischen Außengehäuses 84 ausgebildet und die U-förmige Klammer 92 ist wie dargestellt in der U-förmigen Nut 90 positioniert.
Figur 4 zeigt den schaltbaren Rollenstößel 94, der das Außengehäuse 96 mit der inneren Bohrung 98 umfasst. In der Darstellung ist die U-förmige Klammer 102 in der U-förmigen Nut 100 positioniert.
Figur 5 zeigt ein zylindrisches Innengehäuse 103 mit sowohl einer ersten axia- len Einbuchtung 104 als auch einer zweiten axialen Einbuchtung 106.
Figur 6 zeigt ein zylindrisches Innengehäuse 107 mit lediglich einer ersten axialen Einbuchtung 108.
Figur 7A zeigt ein zylindrisches Innengehäuse 109 mit lediglich einem unteren Anschlag 110. Der untere Anschlag 110 wirkt als ein Anordnungsanschlag.
Figur 7B zeigt ein zylindrisches Innengehäuse 111 mit sowohl einem unteren Anschlag 110 als auch einem oberen Anschlag 112. Der obere Anschlag 112 wirkt als ein Fehlschalt-Anschlag, während der untere Anschlag 110 als ein Anordnungsanschlag wirkt.
Figur 8 zeigt einen Querschnitt eines schaltbaren hydraulischen Abstützelements 113, bei dem das zylindrische Innengehäuse 109 von Figur 7A mit der U-förmigen Nut 114 und der U-förmigen Klammer 116 verwendet wird. Bei dem schaltbaren hydraulischen Element 113 wird das Spiel durch die Dicke der Klammer 116 gegen den unteren Anschlag 110 (Anordnungsanschlag) gesteuert.
Figuren 9 - 12 zeigen eine Ansicht von oben bzw. eine Stirnansicht der erfindungsgemäßen U-förmigen Klammer 48.
Figur 9 zeigt eine erfindungsgemäße U-förmige Klammer mit zwei sich gegenüberliegenden flachen axialen Oberflächen und einer Dicke t.
Figur 10 zeigt die U-förmige Klammer mit einer flachen axialen Oberfläche.
Figur 11 zeigt die U-förmige Klammer ohne flache axiale Oberflächen, die nur zum Steuern des Spiels eingesetzt wird.
Figur 12 zeigt die U-förmige Klammer, bei der zwei flache axiale Oberflächen und eine Kerbe 118 zur Steuerung der Ausrichtung des Außengehäuses verwendet werden.
Es ist offensichtlich, wie leicht sich die vorliegende Erfindung zusammen- und auseinanderbauen lässt. Das beruht auf der freiliegenden U-förmigen Klam- mer, die sich leicht aus der U-förmigen Nut entfernen lässt, wodurch sich das Innengehäuse und das Außengehäuse leicht auseinanderbauen lassen.
Ferner sorgt die vorliegende Erfindung für besseren Packraum, weil die vorliegende Erfindung keine zusätzliche Bauteillänge benötigt.
Ferner sind das Ausbilden der Nut und das Ausführen der Einschnitte im Außengehäuse leichter im Vergleich zum Ausbilden einer Nut in der Bohrung des Außengehäuses.
Die U-förmige Klammer ist aus Blech hergestellt und hat einen natürlichen Widerstand gegen die Beibehaltung ihrer U-förmigen Konfiguration, wodurch sie sich in der U-förmigen Nut hält.
Ferner kann wie in Fig. 9 gezeigt die Dicke t der Klammer zur Feinsteuerung des Spiels eingesetzt werden. Die Dicke der Klammer kann durch Schleifen des oberen und unteren Teils der Klammer gesteuert werden, um eine einheitliche Dicke zu erzielen. Die Klammern werden dann nach Dicke sortiert, und es
können entweder Klammern unterschiedlicher Dicken oder mehrere Klammern verwendet werden. Letztendlich wird die maximale Dicke der U-förmigen Klammer(n) durch die Breite der Nut bestimmt.
Wenn zwei Klammern verwendet werden, ist eine Klammer zum Zusammenhalten der gesamten Anordnung notwendig, während das mechanische Spiel gemessen wird. Durch diese Messung wird bestimmt, wie dick die Klammer sein muss, um die erforderliche Spezifikation des mechanischen Spiels für die jeweilige schaltbare Komponente zu erzielen. Nach dieser Messung wird die Klammer mit der angemessenen Größe gewählt und in die Anordnung platziert.
Bezugszeichen
10. Ventilstößel
12. Motorblock
14. Schubstange
16. Niedrighubnocken
18. Großhubnocken
20. äußerer Nockenstößel
21. Bohrung
22. obere Innengehäuseanordnung
24. unterer innerer Nockenstößel
26. oberes Verriegelungsmittel
28. unteres Verriegelungsmittel
30. Lost-Motion-Feder
40. Verriegelungsmechanismus
42. Nut
44. erster Einschnitt
46. zweiter Einschnitt
48. U-förmige Klammer
49. erster Schenkel
50. erster Absatz
51. zweiter Schenkel
52. zweiter Absatz
54. obere Fläche
56. untere Fläche
58. flache axiale Oberfläche
60. obere Fläche
62. untere Fläche
64. flache axiale Oberfläche
66. erste axiale Einbuchtung
68. zweite axiale Einbuchtung
70. oberer Anschlag
72. unterer Anschlag
74. flache axiale Oberfläche
76. oberer Anschlag
78. unterer Anschlag
80. flache axiale Oberfläche
82. schaltbares hydraulisches Abstützelement
84. zylindrisches Außengehäuse
86. Bohrung
88. inneres zylindrisches U-förmiges Element
90. Nut
92. U-förmige Klammer
94. schaltbarer Rollenstößel
96. Außengehäuse
98. Bohrung
100. U-förmige Nut
102. U-förmige Klammer
103. Innengehäuse
104. erste axiale Einbuchtung
106. zweite axiale Einbuchtung
107. Innengehäuse
108. erste axiale Einbuchtung
109. Innengehäuse
110. unterer Anschlag
111. Gehäuse
112. oberer Anschlag
113. hydraulisches Abstützelement
114. U-förmige Nut
116. U-förmige Klammer
118. Kerbe