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Patent Searching and Data


Title:
HYDRAULIC BACKLASH COMPENSATION ELEMENT,
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/041741
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a hydraulic backlash compensation element (2) for a cam follower of an internal combustion engine valve gear. Said hydraulic backlash compensation element (2) is provided with elements for producing a backlash in the event of undesired pressure fluctuations in a base circle phase of the acting cam. According to the invention, a valve element (14) which closes a high-pressure chamber (15) of said backlash compensation element (2) in the direction leading to a reserve chamber (11) is spring-loaded towards a high-pressure chamber (15) as opposed to a valve seat bore (13). When the pressures in the reserve chamber (11) and the high-pressure chamber (15) are equal, the spring arrangement causes the valve seat bore (13) to remain open, thereby bringing about a certain backlash effect by allowing a defined quantity of hydraulic fluid to spill out of the high-pressure chamber (15) into the reserve chamber (11) during pressure peaks. An attachment device for the spring elements is provided on a separate fixing part (18) on the reserve chamber side. Said fixing part (18) is thin-walled and is supported on a floor (12) of a pressure piston (6), having an outlet (23) for the hydraulic fluid at the same time.

Inventors:
DEBERLE MARKUS (DE)
SPEIL WALTER (DE)
Application Number:
PCT/EP1997/007063
Publication Date:
September 24, 1998
Filing Date:
December 16, 1997
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER WAELZLAGER OHG (DE)
DEBERLE MARKUS (DE)
SPEIL WALTER (DE)
International Classes:
F01L1/25; (IPC1-7): F01L1/24
Foreign References:
DE4201618A11993-07-29
EP0100241A21984-02-08
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 011, no. 010 (M - 552) 10 January 1987 (1987-01-10)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 010, no. 270 (M - 517) 13 September 1986 (1986-09-13)
Attorney, Agent or Firm:
Ina, W�lzlager Schaeffler Ohg (Herzogenaurach, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Hydraulisches Spielausgleichselement (2), insbesondere für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einem hohlzylindrischen Gehäuse (5) und einem relativ zum Gehäuse (5) axial beweglichen Druckkolben (6), wobei Gehäuse (5) und Druckkolben (6) ineinander gesteckt sind und eines der Elemente (Druck kolben (6) oder Gehäuse (5)) über eine erste Stirnseite (7) zumindest mittelbar mit einem oder mehreren Nocken (30) einer Nockenwelle (31) kommuniziert und das weitere Element (Gehäuse (5) oder Druckkolben (6)) mit einer weiteren Stirnseite (9) einem oder mehreren Gaswechselventilen (10) zugewandt ist, wobei axial zwischen Druckkolben (6) und Gehäuse (5) ein Hochdruckraum (15) für Hydraulikmittel verläuft, der aus einem bevorzugt von einem der Elemente (Druckkolben (6) oder Gehäuse (5)) eingeschlossenen Vorratsraum (11) mit dem Hydraulikmittel versorgbar ist, wobei der Vorratsraum (11) in Richtung zum Hochdruckraum (15) einen Boden (12) mit einer Ventilsitzboh rung (13) aufweist, welche Ventilsitzbohrung (13) auf der Seite des Hochdruck raumes (15) durch ein Ventilmittel (14) wie eine Kugel im Hochdruckfall ver schlossen ist, welches Ventilmittel (14) in Richtung zum Hochdruckraum (15) von einem Haltemittel (32) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Axialrichtung zwischen dem Ventilmittel (14) und dem Haltemittel (32) lediglich Hydraulikmittel angeordnet ist, daß das Ventilmittel (14) in Öffnungsrichtung durch ein mechanisches Feder mittel (17) wie eine Schraubenoder Spiralfeder beaufschlagt ist, daß das Federmittel (17) anderenends durch die Ventilsitzbohrung (13) geführt und an einem bevorzugt dünnwandig ausgeführten Halteteil (18) wie einer Haltescheibe abgestützt ist, daß das Halteteil (18) an einer vorratsraumseitigen Stirnseite (19a) des Bodens (12) des Vorratsraums (1 1) befestigt ist und einen Durchlaß (23) für das Hydraulikmittel aufweist und daß die Kraft des Federmittels (17) so ausgelegt ist, daß bei Druckgleichheit im Vorratsraum (11) und im Hochdruckraum (15) die Ventilsitzbohrung (13) geöffnet ist.
2. Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Bohrung (20) des Elements (Druckkolben (6) oder Gehäuse (5)), welches den Vorratsraum (11) einschließt, ein dünnwandiger Ringabschnitt (21) befestigt ist, welcher Ringabschnitt (21) mit seiner in Bodenrichtung weisenden Stirnseite (22) das Halteteil (18) auf dem Boden (12) fixiert (Figuren 2,6).
3. Spielausgleichselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringabschnitt (21) wahlweise durch Kleben, Schweißen, Einpressen bzw. Verstemmen in der Bohrung (20) des Elements (Druckkolben (6) oder Gehäuse (5)) befestigt ist.
4. Spielausgleichselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringabschnitt (21) einteilig mit dem Halteteil (18) verbunden ist (Figur 6).
5. Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ringnut (25) einer Bohrung (20) des Elements (Druckkolben (6) oder Ge häuse (5)), welches den Vorratsraum (11) einschließt, ein Sicherungsring (24) befestigt ist, welcher Sicherungsring (24) zumindest mittelbar über eine auf dem Halteteil (18) angeordnete Scheibe (26) wie eine Paßscheibe bzw. unmittelbar das Halteteil (19) in Vorratsraumrichtung lagefixiert (Figur 3).
6. Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gegen eine Bohrung (20) des Elements (Druckkolben (6) oder Gehäuse (5)), wel ches den Vorratsraum (11) einschließt, ein dünnwandiges Federblech (27) mit einem in Bohrungsrichtung abgewinkelten Rand (28) überwiegend kraftschlüssig angelegt ist, welches Federblech (27) mit seiner in Bodenrichtung weisenden Stirnseite (29), wahlweise abgewinkelt, das Halteteil (18) fixiert (Figur 4).
7. Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteteil (18) selbst als Federblech hergestellt ist und einen in Bohrungsrichtung abgewinkelten Rand (28) aufweist, über welchen Rand (28) das Halteteil (18) überwiegend kraftschlüssig in einer Bohrung (20) des Elements (Druckkolben (6) oder Gehäuse (5)) befestigt ist, welches den Vorratsraum (11) einschließt (Figur 5).
Description:
Bezeichnung der Erfindung Hydraulisches Spielausgleichselement Beschreibung Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spielausgleichselement, insbesondere für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine.

Hintergrund der Erfindung Derartige Spielausgleichselemente sind der Fachwelt hinreichend bekannt (siehe INA-Druckschrift :"Hydraulische Ventilspielausgleichselemente ; Bauformen, Funktion, Anwendungsbeispiele"1988) und müssen an dieser Stelle nicht näher erläutert werden. Dabei ist in aller Regel deren Ventilmittel in Richtung zum Vorratsraum durch ein Federmittel beaufschlagt. Während einer Grundkreis- phase wird der während einer Hochdruckphase des Spielausgleichselements funktionsbedingtausseinem Hochdruckraum gepreßteAnteil an Hydraulikmittel über eine Ventilsitzbohrung und das offene Ventilmittel in den Hochdruckraum nachgesaugt. Während dieser Phase findet somit ein Ausgleich aller im Ventil- trieb auftretenden unerwünschten Spiele statt. Kommt es nun während der eben genannten Grundkreisphase (bei Spiel = 0) zu unerwünschten Be-oder Entla- stungen des Spielausgleichselements, beispielsweise hervorgerufen durch Transversalschwingungen der Nockenwelle bzw. Unrundheiten des Nocken- grundkreises und anderes, so kann dies zum Aufpumpen des Spielausgleichs- elements und somit zum"Verhärten"des Hochdruckraumes führen. Dieses "Verhärten"kann eine unkontrollierte Entlastung des vom Spielausgleichsele- ment beaufschlagten Gaswechselventils erzeugen. Im ungünstigsten Fall kommt

es während der Grundkreisphase sogar zum Öffnen des betreffenden Gaswech- selventils.

Da dieser Nachteil der Fachwelt bekannt ist und immer strengere Gesetzgebun- gen den Motorenhersteller zwingen die Abgasqualität zu verbessern, hat die Fachwelt bisher versucht, diesen Mangel u. a. dadurch zu beheben, indem sie das Spielausgleichselement während seiner Grundkreisphase geringfügig ela- stisch auslegte. Beispielsweise sind hierfür nachgiebige Glieder wie Kolben am Hochdruckraum bzw. dem Ventilschaft zugeordnete, elastisch verformbare Puffer vorgeschlagen. Diese Maßnahmen sind jedoch relativ aufwendig in ihrer Herstellung, da die Toleranzen extrem fein eingestellt werden müssen und nicht garantiert ist, daß diese über die Lebensdauer des Elements hinweg erhalten bleiben. Zusätzlich ist ein unnötiger und masseerhöhender Teileaufwand im Ventiltrieb zur Erzielung des angestrebten Erfolgs notwendig.

Gefördert wird das Auftreten des unerwünschten Entlastens des Ventiltriebs bzw. des Öffnens der Gaswechselventile während der Grundkreisphase noch durch diedrastische ReduzierungderVentilfederkräfte, hervorgerufen durch den Wunsch nach einem möglichst reibungsarmen Ventiltrieb.

Insgesamt gesehen ist bei Auftreten der obengenannten ungünstigen Betriebs- zuständen mit einem unrunden Motorlauf, einer schlechteren Abgaszusammen- setzung sowie mit Fehlzündungen (Mißfiring) zu rechnen.

Aufgabe der Erfindung Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vor- genannten Gattung zu schaffen, bei welcher die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind und insbesondere mit geringem Aufwand eine gewisse Nachgiebigkeit des Spielausgleichselements in der Grundkreisphase geschaffen ist, wobei gleichzei- tig ein sehr schnelles und sicheres Schließen des Ventilmittels (vorzugsweise Kugel) bei beginnendem Nockenhub festzustellen ist.

Zusammenfassung der Erfindung Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach den Merkmalen des kennzeichnen- den Teiles des Anspruchs 1 gelöst, wobei zweckmäßige Konkretisierungen der Erfindung Gegenstand der Unteransprüche sind, welche auch selbständig schutzfähige Maßnahmen beinhalten können.

Somit ist ein Ventilmittel vorgeschlagen, bei dem auf die bisher verwendete Schließfeder verzichtet wird. Bei Belastung des Spielausgleichselements wäh- rend der obengenannten Grundkreisphase ist eine gewisse"Nachgiebigkeit"des Stößels und somit des Ventiltriebs dadurch geschaffen, daß eine Teilmenge an Hydraulikmittel aus dem Hochdruckraum in den Vorratsraum strömen kann, ohne daß das Ventilmittel unerwünscht schließt.

Die Freigängigkeit der federbelasteten Kugel ist derartig ausgestaltet, daß mit einem enorm schnellen und sicheren Schließen der Kugel bei Nockenhub zu rechnen ist. Als Federmittel ist an dieser Stelle zwar eine Schraub-oder Spiralfe- der angeführt, denkbar sind jedoch auch andere Federmittel, wie plattenartige und ähnliche. Das schnelle Schließen der Kugel wird bei Nockenhub durch die sich im Hochdruckraum ausbildende Saugwirkung durch Vorbeiströmen des Hydraulikmittels zwischen der Ventilsitzbohrung und der Kugel sowie durch den sich im Hochdruckraum ausbildenden Überdruck bewirkt.

Das als Abstützung für das mechanische Federmittel erfindungsgemäß vor- geschlagene Halteteil ist vorzugsweise als dünnwandige Blechscheibe mit mittigem Durchlaß für das Hydraulikmittel ausgebildet. Diese Blechscheibe kann nach einer vorteilhaften Fortbildung der Erfindung als Federscheibe ausge- bildet sein, welche einen in Bohrungsrichtung gekröpften Rand aufweist. Durch diese Kröpfung erfolgt eine hervorragende und einfache kraftschlüssige Befesti- gung des Halteteils gegenüber der Bohrung des jeweiligen Elements.

Denkbar ist es jedoch auch, in die Bohrung des jeweiligen Elements einen Ringabschnitt einzufügen, welcher das Halteteil für das Federmittel gegenüber

dem Boden des Vorratsraums fixiert. Dabei soll dieser Ringabschnitt durch an sich bekannte Verfahren wie Verstemmen, Verschweißen, Verlöten, Verkleben und ähnliches gegenüber der Bohrung befestigt werden.

Jedoch ist es auch Gegenstand der Erfindung, das Halteteil gegenüber der Bohrung über einen in dieser befestigten Sicherungsring zu fixieren. Gegebe- nenfalls kann dieser Sicherungsring auf ein zwischen diesem und dem Halteteil verlaufendes Scheibenteil einwirken.

Auf der Seite der Kugel kann eine Windung der Feder selbstverständlich ver- größert sein, was die Führung der Kugel in Axialrichtung verbessert.

Ein Einsatz des Spielausgleichselements mit der hier erzielten erfindungsgemä- ßen Leerhubfunktion ist nicht nur bei Tassenstößeln denkbar und vorgesehen.

Er bezieht sich gleichermaßen auch auf Applikationen in Nockenfolgern wie Schlepp-, Kipp-oder Schwinghebel und ähnliches.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes hydrauli- sches Spielausgleichselement, hier in einen Tassen- stößel eingebaut und Fig. 2-6 einen Druckkolben des hydraulischen Spielaus- gleichselements, in dem das erfindungsgemäße Halteteil in verschiedenen Ausgestaltungen darge- stellt ist.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 zeigt ein in einen Tassenstößel 1 eingebautes hydraulisches Spielaus- gleichselement 2, so wie es von seinem prinzipiellen Aufbau und der Wirkungs- weise her der Fachwelt ausreichend bekannt ist.

Der Tassenstößel 1 verläuft in einer Bohrung 3 eines Zylinderkopfes 4. Das Spielausgleichselement 2 besteht aus einem hohlzylindrischen Gehäuse 5, welches axial beweglich gegenüber einem Druckkolben 6 ist. Gehäuse 5 und Druckkolben 6 sind ineinander gesteckt ausgebildet. Der Druckkolben 6 weist eine erste Stirnseite 7 auf, die gegen einen Boden 8 des Tassenstößels 1 ange- legt ist. Mit einer Stirnseite 9 kommuniziert das Gehäuse 5 unmittelbar mit einem Ende eines Gaswechselventils 10. Gleichzeitig schließt der Druckkolben 6 einen zentrischen Vorratsraum 11 für Hydraulikmittel ein. In Richtung zum Gaswechselventil 10 ist der Vorratsraum 11 durch einen Boden 12 begrenzt.

Der Boden 12 besitzt eine zentrische Ventilsitzbohrung 13. Diese ist von ihrer vorratsraumfernen Seite durch ein Ventilmittel 14 wie eine Kugel verschlossen.

Axial zwischen dem Boden 12 und der Stirnseite 9 verläuft ein Hochdruckraum 15 für Hydraulikmittel.

Die Figur 1 zeigt, wie schon genannt, ein Spielausgleichselement 2, so wie es der Fachwelt an sich bekannt ist. Dessen Ventilmittel 14 ist normalerweise durch eine Druckfeder 16 in Richtung zum Vorratsraum 11 angefedert. Nach der Erfindung soll nunmehr auf diese Druckfeder 16 verzichtet werden. Das Ventilmittel 14 ist durch ein in seine Öffnungsrichtung wirkendes mechanisches Federmittel 17 (siehe Figuren 2 bis 6) beaufschlagt. Das mechanische Feder- mittel 17 bewirkt bei Druckgleichheit im Hochdruckraum 15 und Vorratsraum 11 ein Offenbleiben der Ventilsitzbohrung 13, so daß bei den eingangs genann- ten evtl. auftretenden Transversalschwingungen der Nockenwelle, bei Unrund- heiten im Nockengrundkreis und anderem es zu einer gewissen Leerhubwir- kung am Spielausgleichselement 2 kommt. Diese Leerhubwirkung rührt daher, daß bei den im Grundkreis unerwünscht auftretenden Druckspitzen im Hoch- druckraum eine gewisse Menge Hydraulikmittel aus dem Hochdruckraum 15

über die offene Ventilsitzbohrung 13 in den Vorratsraum 11 strömen kann.

Somit kommt es nicht zu den beschreibungseinleitend genannten unerwünsch- ten Öffnungsbewegungen des Gaswechselventils 10. Das mechanische Feder- mittel 17 ist so ausgelegt, daß auch bei geringfügig vorliegendem Überdruck im Hochdruckraum 15 gegenüber dem Vorratsraum 11 ein Offenbleiben der Ventilsitzbohrung 13 noch gewährleistet ist.

Aus Figur 2 ist entnehmbar, daß das mechanische Federmittel 17 in Richtung zum Vorratsraum 11 an einem separaten Halteteil 18 abgestützt ist. Das Halte- teil 18 verläuft hier mit seiner einen Stirnseite 19 auf dem Boden 12 des Druck- kolbens 6. Eine Fixierung des Halteteils 18 ist dadurch hergestellt, daß inner- halb einer Bohrung 20 des Druckkolbens 6 ein Ringabschnitt 21 angeordnet ist.

Dieser Ringabschnitt 21 wirkt mit seiner einen Stirnseite 22 auf das Halteteil 18 ein. Der Ringabschnitt 21 ist hier beispielsweise durch eine Preßpassung, jedoch auch durch eine Klebeverbindung und ähnliches gegenüber der Bohrung 20 fixiert. Gleichzeitig geht aus Figur 2 hervor, daß das Hattetei ! 18 einen zen- trischen Durchlaß 23 für das Hydraulikmittel aufweist. Dieser Durchlaß 23 steht in unmittelbarer Verbindung mit der Ventilsitzbohrung 13.

Alternativ zu Figur 2 ist es in Figur 3 vorgeschlagen, das dünnwandige Halteteil 18 über einen Sicherungsring 24 zu fixieren. Der Sicherungsring 24 ist in einer Ringnut 25 der Bohrung 20 des Druckkolbens 6 angeordnet. Denkbar ist bei- spielsweise eine Ausbildung als Sprengring für den Sicherungsring 24. Es kann jedoch auch zwischen Halteteil 18 und Sicherungsring 24 ein distanzüber- brückendes Mittel wie eine Paßscheibe 26 verlaufen.

Die Figur 4 zeigt eine weitere Befestigungsmöglichkeit für das Halteteil 18 auf dem Boden 12 des Druckkolbens 6. Dabei ist das Halteteil 18 von einem dünnwandigen Federblech 27 beaufschlagt. Das Federblech 27 weist einen in Bohrungsrichtung umgebördetten Rand 28 auf, welcher sich förmlich in die Bohrung 20 des Druckkolbens 6 krallt. Eine kragenförmige Stirnseite 29 des Federblechs 27 (in Ventilrichtung weisend) sitzt unmittelbar auf dem Halteteil 18 auf.

Figur 5 offenbart eine ähnliche Ausgestaltung wie Figur 4, jedoch sind hier dem Halteteil 18 die vorgenannt aufgezeigten federnden Eigenschaften selbst imma- nent. Das Halteteil 18 besitzt wiederum den in Axialrichtung gekröpften Rand 28 zur ortsfesten Anordnung des Halteteils 18 in der Bohrung 20.

Schließt geht aus Figur 6 eine Abwandlung der Ausgestaltung nach Figur 2 hervor. Der Ringabschnitt 21 kann einteilig mit dem Halteteil 18 ausgebildet und wiederum über eine Klemm-, Klebe-oder ähnliche Verbindung gegenüber der Bohrung 20 lagefixiert sein.

Bezugszeichen 1 Tassenstößel 2 hydraulisches Spielausgleichs- element 3 Bohrung 4 Zylinderkopf 5 Gehäuse 6 Druckkolben 7 Stirnseite 8 Boden 9 Stirnseite 10 Gaswechselventil 11 Vorratsraum 12 Boden 13 Ventilsitzbohrung 14 Ventilmittel 15 Hochdruckraum 16 Druckfeder 17 mechanisches Federmittel 18 Halteteil 19 Stirnseite 19a Stirnseite 20 Bohrung 21 Ringabschnitt 22 Stirnseite 23 Durchlaß 24 Sicherungsring 25 Ringnut 26 Paßscheibe, Scheibe 27 Federblech 28 Rand 29 Stirnseite 30 Nocken 31 Nockenwelle 32 Haltemittel