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Title:
CONNECTION BETWEEN TWO SHAFT ENDS, POSITIONED COAXIALLY ONE BEHIND THE OTHER, OF A GAS SHUTTLE VALVE IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND A VALVE ACTUATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/010558
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a connection between two shaft ends (8, 10), positioned coaxially one behind the other, of a gas shuttle valve (1) in an internal combustion engine, and a piston rod (2) of a valve actuator (4), by means of at least one coupling body (14), which at least partially surrounds the shaft ends (8, 10). The aim of the invention is to create static frictional contact between each of the shaft ends (8, 10) and the coupling body (14), said contact transmitting the actuating displacement of the valve actuator (4) to the gas shuttle valve (1) without slippage. To achieve this, said coupling body is tensioned radially against the two shaft ends (8, 10), by the action of at least one tensioning body (34, 36). This both increases the durability of the connection and simplifies its assembly and disassembly.

Inventors:
GAESSLER HERMANN (DE)
DIEHL UDO (DE)
MISCHKER KARSTEN (DE)
WALTER RAINER (DE)
ROSENAU BERND (DE)
SCHIEMANN JUERGEN (DE)
GROSSE CHRISTIAN (DE)
MALLEBREIN GEORG (DE)
BEUCHE VOLKER (DE)
REIMER STEFAN (DE)
Application Number:
PCT/DE2001/002691
Publication Date:
February 07, 2002
Filing Date:
July 18, 2001
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
GAESSLER HERMANN (DE)
DIEHL UDO (DE)
MISCHKER KARSTEN (DE)
WALTER RAINER (DE)
ROSENAU BERND (DE)
SCHIEMANN JUERGEN (DE)
GROSSE CHRISTIAN (DE)
MALLEBREIN GEORG (DE)
BEUCHE VOLKER (DE)
REIMER STEFAN (DE)
International Classes:
F01L3/10; F01L3/20; F01L9/20; (IPC1-7): F01L9/04; F01L9/00; F01L3/10; F01L3/20
Foreign References:
DE19811779C11999-04-22
DE19824475A11999-12-02
DE19947848A12000-05-04
FR931101A1948-02-13
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1999, no. 04 30 April 1999 (1999-04-30)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verbindung zwischen zwei koaxial hintereinander angeordneten Schaftenden (8,10) eines Gaswechselventils, (1) einer Brennkraftma schine und einer Kolbenstange (2) eines Ventilstellers (4), mit wenig stens einem die Schaftenden (8,10) zumindest teilweise umschließen den Kuppiungskörper (14), dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeu gung eines die Stellbewegung des Ventilstellers (4) auf das Gaswech selventil (1) schlupflos übertragenden Haftreibschlusses zwischen je einem Schaftende (8,10) und dem Kupplungskörper (14) letzterer durch die Wirkung wenigstens eines Spannkörpers (34,36) radial gegen die beiden Schaftenden (8,10) gespannt ist.
2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,. daß der Spannkörper wenigstens zwei gegeneinander axial verschraubbare Konusspannhülsen (34,36) mit Konusflächen (38,40) beinhaltet, welche gegen an der radia) äußeren Umfangsfiäche des Kupplungskörpers (14) ausgebildete, konische Spannffächen (30,32) verkeifbar sind, wo durch eine radiale, den Haftreibschluß erzeugende Vorspannung zwi schen dem Kuppiungskörper (14) und den Schaftenden (8, 10) erzeug bar ist.
3. Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daR der Kupplungskörper in Umfangsrichtung gesehen mehrteilig ausgebildet ist und vorzugsweise wenigstens zwei sich zu einer Hülse ergänzende halbrohrförmige Kupplungskeile (16,18) beinhaltet, von welchen jeder zwei an seiner radial äußeren Umfangsfläche hintereinander angeord nete, sich zueinander konisch erweiternde Spannflächen (30,32) auf weist, von welchen je eine Spannfläche (30,32) einer Konusfläche (38,40) einer der Konusspannhülsen (34,36) zugeordnet ist.
4. Verbindung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, da# beide Konusspannhülsen (34, 36) mit je einerAnsatzffäche(48,50)für ein Schraubwerkzeug versehen sind.
5. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennze ! chnet, daß zur Positionierung des Kupplungskörpers (14) ge genüber den Schaftenden (8, 10) am Kuppiungskörper (14) und je ei nem Schaftende (8,10) vorzugsweise mit Spiel ineinander greifende Positionierungsvorsprünge (22,26) und Positionierungsausnehmungen (24,28) vorgesehen sind.
6. Verbindung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungskeile (16,18) an ihrer radial inneren, zyiindrischen Umfangsfläche mindestens zwei sich in Umfangsrichtung ersteckende Ringwülste (22,26) aufweisen, von welchen mindestens je ein Ring wulst (22, 26) je einer Ringnut (24,28) eines Schaftendes (8, 10) zuge ordnet ist.
7. Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daR die Ringwülste (22,26) und Ringnuten (24, 28) einen im wesentiichen halb kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wobei der Innenradius der Ring nuten (24,28) größer als der Außenradius der Ringwülste (22,26) ist.
8. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß sie in einem zugängigen Bereich, außerhalb eines Ventilstellergehäuses (52) angeordnet ist.
Description:
Verbindung zwischen zwei koaxial hintereinander angeordneten Schaftenden eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine und eines Ventilstellers Beschreibung Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Verbindung zwischen zwei koaxial hintereinander angeordneten Schaftenden eines Gaswechsel- ventils einer Brennkraftmaschine und eines Ventilstellers, mit wenig- stens einem die Schaftenden zumindest teilweise umschl ießenden Kupplungskörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Verbindung ist aus der EP 0 279 265 B1 bekannt, bei welcher der Kupplungskörper aus zwei Halbschalen besteht, deren radial äu#ere Umfangsflächen zylindrisch und deren radial innere Umfangsflächen komplementär konisch zu den sich zueinander ko- nisch verjüngenden Enden einer Kolbenstange des Ventitstetters und

einem Schaft des Gaswechselventils ausgebildet sind. Um die beiden Halbschalen am Auseinanderfallen zu hindern, ist über diese eine zy- lindrische Überwurfhütse geschoben, welche an den Halbschalen durch die axiale Vorspannkraft einer sich am Boden der Überwurfhülse abstützenden Ventilfeder gehalten ist, wobei sich der Schaft des Gas- wechselventils durch eine Öffnung im Boden der Überwurfhülse er- streckt. Die beiden sich zueinander verjüngenden Schaftenden weisen endseitig tellerartig erweiterte Flansche auf, welche der durch die Halbschalen gebildete Kupplungskörper hintergreift, so daß die beiden Schaftenden durch den Kupplungskörper formschiüssig miteinander verbunden werden. Am formschlüssigen Übergang zwischen dem ko- nischen Auslauf der Schaftenden und den endseitigen Flanschen ist der Querschnitt durch je eine ausgeprägte Kerbe geschwächt, was sich negativ auf die Dauerfestigkeit der Verbindung auswirkt. Dies stellt vor allem im Hinblick auf die hohe Lastwechselzahl, denen Gaswech- selventile von Brennkraftmaschinen ausgesetzt sind, einen erheblichen Nachteil dar.

Vorteile der Erfindung.

Bedingt durch die reibschlüssige Verbindung zwischen dem Kupplungskörper und den Schaftenden sind keine Hinterschneidungen notwendig, welche als kerbartige Einschnitte den Querschnitt der Schaftenden und/oder des Kupplungskörpers schwächen würden. In- folgedessen zeichnet sich die erfindungsgemäße Verbindung durch ei- ne hohe DauerFestigkeit aus.

Gemaß einer besonders zu bevorzugenden Maßnahme ist die durch den Spannkörper auf den Kupplungskörper aufgebrachte Vor-

spannung einstellbar. Hierzu beinhaltet der Spannkörper wenigstens zwei gegeneinander axial verschraubbare Konusspannhülsen mit Ko- nusflächen, welche gegen an der radial äußeren Umfangsfläche des Kupplungskörpers ausgebildete, konische Spannflächen verkeilbar sind, wobei abhängig vom Verschraubungsgrad der Konusspannhülsen eine definierte radiale Vorspannung zwischen dem Kupplungskörper und den Schaftenden erzeugbar ist. Dies ist vor allem im Hinblick auf die je nach Gaswechselventil oder Ventilsteller möglicherweise unter- schiedliche Oberflächenbeschaffenheit und dementsprechend unter- schiedliche Reibungszahl vorteilhaft, indem die für einen schlupflosen Haftreibschiuß notwendige radiale Vorspannung gezielt eingestellt wer- den kann.

Der Kupplungskörper ist in Umfangsrichtung gesehen mehrteilig ausgebildet und beinhaltet vorzugsweise wenigstens zwei sich zu einer . Hülse ergänzende halbrohrförmige Kupplungskeile, von welchen jeder zwei an seiner radial äußeren Umfangsfläche hintereinander angeord- nete, sich zueinander konisch erweiternde Spannflächen aufweist, von welchen je eine Spannfläche einer Konusfläche einer der Konusspann- hülsen zugeordnet ist. Zweckmäßig sind beide Konusspannhülsen mit je einer Ansatzfläche für ein Schraubwerkzeug versehen.

Gemäß einer Weiterbildung sind zur Positionierung des Kupp- lungskörpers an den Schaftenden am Kupplungskörper und je einem Schaftende vorzugsweise mit Spiel ineinander greifende Positionie- rungsvorsprünge und Positionierungsausnehmungen vorgesehen. Da- mit wird sichergestellt, daß der Kupplungskörper in definierter Lage ge- gen die Schaftenden gespannt ist und es zu einer ausgeglichenen Flua- chenüberdeckung kommt. Andererseits werden durch das spielbehaf- tete Ineinandergreifen der Positionierungsvorsprünge und

ausnehmungen dauertestigkeitsherabsetzende Kerbspannungen ver- ringert. Gemäß einer zu bevorzugenden Maßnahme weisen die Kupp- fungskeile an ihrer radial inneren, zylindrischen Umfangsfläche sich in Umfangsrichtung ersteckende Ringwülste auf, von welchen je ein Ringwulst je einer Ringnut eines Schaftendes zugeordnet ist. Die Ringwülste und Ringnuten haben einen im wesentlichen haibkreisför- migen Querschnitt, wobei der-innenradius der Ringnuten größer ist als der Aufenradius der Ringwülste, um einen direkten Werkstoffkontakt möglichst zu vermeiden und die durch die Ringnuten hervorgerufenen Kerbspannungen niedrig zu halten.

Schließlich ist die Verbindung zwischen dem Ventilsteller und dem Gaswechselventil vorzugsweise in einem zugängigen Bereich au- ßerhalb eines Ventilstellergehäuses angeordnet ist. Dann ist ein Aus- tausch von Gaswechselventil oder Ventilsteller im Reparaturfall sehr einfach möglich, eine Zerlegung des Ventilstellers ist hierfür nicht not- wendig.

Durch die weiteren in den Unteransprüchen aufgeführten Maß- nahmen sind vorteilhafte Weiterblidungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.

Zeichnungen Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine seitliche Querschnittsdarstellung durch eine bevor- zugte Ausführungsform einer erfindungsgemäß. en Verbin- dung zwischen einem Schaftende eines Gaswachselven-

tils einer Brennkraftmaschine und einer Kolbenstange ei- nes Ventilstellers ; Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie II-II von Fig. 1 ; Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit A von Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Von einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine ist in Fig. 1 nur ein Gaswechselventil 1 gezeigt, welches durch eine Kolbenstange 2 ei- nes Ventilstellers 4 derart betätigt wird, daß es auf-und abwärtsgehen- de Offnungs-und Schließbewegungen ausführt. Hierzu sind die Kol- benstange 2 des Ventilstellers 4 und ein Schaft 6 des Gaswechselven- tiles 1 koaxial hintereinander angeordnet, wobei sich ein Schaftende 8 der Kolbenstange 2 und ein Schaftende 10 des Schaftes 6 des Gas- wechselventiles 1 einander gegenüberliegen. Die Kolbenstange 2 und der Schaft 6 des Gaswechselventils 1 haben vorzugsweise den glei- chen Durchmesser. Um die Druck-und/oder Zugbewegungen der Kolbenstange 2 auf das Gaswechselventil 1 übertragen zu können, ist ein Kupplungskörper 14 vorgesehen, der sowohl das Schaftende 8 der Kolbenstange 2 wie auch das Schaftende 10 des Gaswechselventiles 1 zumindest teilweise umschließt. Der Kupplungskörper 14 ist in Um- fangssichtung gesehen vorzugsweise mehrteilig ausgebildet und be- steht aus zwei sich im wesentlichen zu einer Hülse ergänzenden hal- brohrförmigen Kupplungskeilen 16,18, wie am besten anhand der Schnittdarstellung von Fig. 2 zu sehen ist. Die radial inneren Umfangs- flächen der beiden Kupplungskeile 16,18 sind zylindrisch und weisen

den gleichen Radius auf wie die Kolbenstange 2 und der Schaft 6 des Gaswechselventiles 1. In Umfangsrichtung gesehen schließen die bei- den Kupplungskeile 16,18 nicht lückenlos aneinander an, sondern an den beiden Stoßstellen verbleibt jeweiis ein schmaler Spalt 20, so daß für die beiden Kupplungskeile 16,18 ein Umfangsausgleich vorhanden ist, wenn auf sie von außen radialer Druck ausgeübt wird.

Wie am besten anhand von Fig. 1 zu sehen ist, sind zur Positio- nierung des Kupplungskörpers 14 an den Schaftenden 8,10 am Kupp- lungskörper 14 und je einem Schaftende 8,10 ineinandergreifende Po- sitionierungsvorsprünge und Positionierungsausnehmungen vorgese- hen. Damit wird sichergestellt, daß sich der Kupplungskörper 14 in de- finierter Lage gegenüber den beiden Schaftenden 8,10 befindet und es zu einer ausgeglichenen Ffächenüberdeckung kommt. Gemäß der be- vorzugten Ausführungsform weisen die beiden Kupplungskeile 14,16 an ihrer radial inneren, zylindrischen Umfangsfläche je zwei sich in Umfangsrichtung erstreckende Ringwülste auf, von welchen ein oberer Ringwulst 22 in eine am Schaftende 8 der Kolbenstange 2 ausgebildete umlaufende Ringnut 24 und ein unterer Ringwulst 26 in eine am Schaftende 10 des Gaswechselventiles 1 vorhandene Ringnut 28 ein- greift. Die einander zugeordneten Ringwülste 22,26 und Ringnuten 24,28 haben einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt wie insbesondere aus der vergrößerten Ansicht A von Fig. 3 hervorgeht. Die Ringwülste 22,26 liegen nicht in den Ringnuten 24,28 der Schaftenden an, da deren Innenradius größer ist als der Außenradius der Ringwülste 22,26.

Die beiden halbrohrFörmigen Kupplungskeile 16,18 haben je an ihrer radial äuReren Umfangsfläche hintereinander angeordnete, sich zueinander konisch erweiternde Spannflächen 30,32, um die Kupp- lungskeile 16,18 radial gegen die beiden Schaftenden 8,10 spannen zu können. Hierzu ist ein Spannkörper, vorzugsweise zwei gegeneinander axial verschraubbare Konusspannhülsen 34,36 mit Konusfiächen 38,40 vorgesehen, welche gegen die Spannflächen 30,32 der Kupplungskeile 16,18 verkeilbar sind, wobei abhängig vom Verschraubungsgrad der beiden Konusspannhülsen 34,36 eine definierte radiale Vorspannung zwischen den Kupplungskeilen 16, 18 und den beiden Schaftenden 8,10 erzeugbar ist. Da die Bewegung der Kolbenstange 2 des Ventil- stellers 4 auf das Gaswechselventil 1 schlupflos übertragen werden soll, muß die Vorspannung so groß sein, daß unter den im Betrieb wir- kenden Kräften stets Haftreibung zwischen den Kupplungskeilen 16,18 und den Schaftenden 8,10 vorliegt. Von den beiden Spannflächen 30,32 eines Kupplungskeiles 16,18 ist jeweils eine obere Spannfläche 30 einer Konusfläche 38 der oberen Konusspannhüfse 34 und je eine untere Spannfiäche 32 einer Konusfläche 40 der unteren Konusspann- hülse 36 zugeordnet. Die obere Konusspannhülse 34 ist in die untere Konusspannhülse 36 einschraubbar, indem die obere Konusspannhül- se 34 an ihrer radial äußeren Umfangsfläche mit einem Außengewinde 42 und die untere Konusspannhülse 36 an ihrer radial inneren Um- fangsfläche mit einem durchmessergleichen innengewinde 44 verse- hen ist. Beide Konusspannhülsen 34, 36 sind an ihren voneinander wegweisenden Enden mit je einer Ansatzfläche 48,50 für ein Schraubwerkzeug versehen. Die Gewinde 42,44 liegen somit außer- halb des sich bei Ventilbetätigung einstellenden Kraftflusses, welcher sich ausgehend von der Kolbenstange 2 über die beiden Kuppfungs-

keile 16,18 bis zum Schaft 6 des Gaswechselventils 1 erstreckt und unterliegt lediglich der statischen Vorspannung zum Aufbringen des Reibschlusses zwischen den Kupplungskeilen 16,18 und den Schaf- tenden 8,10. Da die Ringwülste 22,26 der beiden Kupplungskeile 16,18 nicht in den Ringnuten 24,28 der Schaftenden 8,10 anliegen, überwiegt bei der Kupplung von Kolbenstange 2 und Schaft 6 des Gaswechsel- ventiles 1 der durch das radiale Anpressen der Kupplungskeile 16, 18 erzeugte Reibschlußanteil gegenüber den durch die einander zugeord- neten Ringwulst-/Ringnutpaarungen bedingten Formschlußanteil. Die Ringwulst-/Ringnutpaarungen dienen somit in erster Linie der Lagefi- xierung des Kupplungskörpers 14 an den Schaftenden 8, 10 und kön- nen daher entsprechend klein dimensioniert werden. Infolgedessen ist deren Kerbwirkung an den Schaftenden 8,10 und deren Einflu# auf die Dauerfestigkeit der Verbindung gering.

Die beschriebene Verbindung zwischen der Kolbenstange 2 des Ventilstellers 4 und dem Schaft 6 des Gaswechselventiles ist wie aus Fig. 1 hervorgeht außerhalb eines Ventilstellergehäuses 52 des Ventil- stellers 4 und in einem leicht zugängigen Bereich angeordnet, so daß der Ventilsteller 4 und das Gaswechselventil 1 jeweils als Einzeimodule leicht montier-und demontierbar sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform könnte der Kupplung- körper 14 anstatt als zweiteilige Hülse auch als einteilige Hülse ausge- führt sein, wobei in diesem Fall in der Wandung der Hü ! se ein durchge- hender, sich in Axiairichtung erstreckender Schlitz vorgesehen werden muß, um eine Ausgleichsbewegung der einstückigen Hülse in Um- fangsrichtung zu ermöglichen, wenn durch die Keilwirkung der Konus- spannhüisen 34, 36 von au (3en radiale Vorspannung aufgebracht wird.