DE102010024196A1

DE102010024196A1 - Schlepphebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010024196A1
Application number: DE102010024196A
Authority: DE
Inventors: Stephan Möck
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2011-12-22
Also published as: CN102947552B; WO2011157499A1; CN102947552A

Abstract

Ein Schlepphebel (1) für eine Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine weist einen Hebel (2) auf, der an seinem einen Ende schwenkbar abgestützt und an seinem anderen Ende mit einer Ventilschaftauflage (7) für ein Ventilschaftende eines Gaswechselventils ausgebildet ist. Weiterhin weist der Schlepphebel (1) eine Nockenrolle (3) auf, an der während des Betriebs der Brennkraftmaschine ein Nocken einer Nockenwelle anläuft und die mittels eines Nadelkranzes (10) auf einem Achsbolzen (24) gelagert ist. Dabei ist der Achsbolzen (23) in Bohrungen von zueinander beabstandeten Seitenwänden (5 und 6) des Hebels (2) angeordnet, und zur Reduzierung der Hertz'schen Pressung ist eine axiale Abmessung des Nadelkranzes (10) größer als die Breite der Nockenrolle (3) an ihrer dem Nocken zugewandten Nockenanlauffläche (19). Dabei soll ein erstes Ende (10a) des Nadelkranzes (10) einseitig über eine erste Stirnseite (12) der Nockenrolle (3) vorstehen und unmittelbar der entsprechenden Seitenwand (5) des Hebels (2) benachbart enden bzw. an dieser anliegen. Außerdem soll der Nadelkranz (10) an seinem zweiten Ende (10b) im Wesentlichen mit einer zweiten Stirnseite (14) der Nockenrolle (3) abschließen. Zwischen diesem zweiten Ende (10b) des Nadelkranzes (10) und der diesem zugewandten Seitenwand (5) soll eine Distanzhülse (15) angeordnet sein.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schlepphebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, welcher zur Betätigung eines Gaswechselventils dient und einen an seinem einen Ende schwenkbar abgestützten Hebel aufweist, an dessen anderem Ende eine Ventilschaftauflage für das Ventilschaftende des Gaswechselventils ausgebildet ist, und mit einer Nockenrolle, an der während des Betriebs der Brennkraftmaschine ein Nocken einer Nockenwelle anläuft und die mittels eines einen Nadelkranz aufweisenden Nadellagers auf einem Achsbolzen gelagert ist, wobei der Achsbolzen in Bohrungen von zueinander beabstandeten Seitenwänden des Hebels angeordnet ist und wobei die axiale Abmessung des Nadelkranzes größer ist als die Breite der Nockenrolle an ihrer dem Nocken zugewandten Nockenanlauffläche.
Gebiet der Erfindung
Schlepphebel werden in Brennkraftmaschinen mit oben liegender Nockenwelle innerhalb des Ventiltriebes als Übertragungselemente zwischen den Nocken und den zu betätigenden Gaswechselventilen angeordnet. Sie bestehen aus einem einarmigen Hebel, der mittels seines einen Endes an einem zumeist hydraulisch verstellbaren Abstützelement abgestützt ist und mit seinem anderen Ende über eine Ventilschaftauflage an dem zu öffnenden Gaswechselventil angreift. Im mittleren Abschnitt des Hebels sind entweder eine Gleitfläche oder eine Nockenrolle angeordnet, an welchen der jeweilige Nocken anläuft und die Schwenkbewegung des Schlepphebels bewirkt. Durch die Verwendung dieser Nockenrolle, die am Umfang des jeweiligen Nockens abrollt, kann die Reibung im Ventiltrieb erheblich reduziert werden, so dass sich beim Betrieb der Brennkraftmaschine eine erhebliche Verbrauchsreduzierung erzielen lässt. Alternativ zu diesen Ventiltrieben mit Schlepphebeln, die eine Nockenrolle aufweisen, sind Bauarten von Brennkraftmaschinen mit oben liegender Nockenwelle bekannt, bei denen als Nockenfolger Kipphebel oder Tassenstößel verwendet werden. Auch diese Nockenfolger können mit einer Nockenrolle versehen sein.
Ein Schlepphebel der im Oberbegriff des Patentanspruch 1 beschriebenen Gattung ist aus der DE 101 21 798 A1 bekannt. Dieser Schlepphebel weist eine Nockenrolle auf, die den gesamten Zwischenraum zwischen den zueinander beabstandeten Seitenwänden des Hebels ausfüllt. Dadurch sollen die Laufbahnen für ein zur Lagerung der Nockenrolle auf einem Achsbolzen dienendes Nadellager breiter ausgebildet sein, um die Flächenpressung (Hertz'sche Pressung) an den entsprechenden Laufbahnen eines Innenrings und eines Außenrings zu vermindern. Der Schlepphebel ist für einen hubvariablen Ventiltrieb vorgesehen, bei welchem für jedes zu betätigende Gaswechselventil zumindest zwei Nocken mit unterschiedlicher Außenkontur sowie einheitlichem Nockengrundkreis vorgesehen sind. Zu der unterschiedlichen Nockenkontur gehören auch Unterschiede in der Nockenerhebung, d. h., es gibt einen Nocken mit großer Nockenerhebung und einen Nocken mit kleiner Nockenerhebung, wobei das Nockenpaket auf der Nockenwelle verschiebbar angeordnet ist, so dass selektiv einer der beiden Nocken am Außenumfang der Nockenrolle angreift. An ihrem Außenumfang ist die Nockenrolle jeweils im Randbereich mit umlaufenden Ausnehmungen versehen, wodurch ein Freiraum geschaffen wird, in welchem sich der Nocken mit großer Nockenerhebung frei bewegen kann, wenn der benachbarte Nocken mit kleiner Nockenerhebung den Schlepphebel an der Nockenrolle betätigt. Bei dieser Ausbildung der Nockenrolle sind folglich deren für den radialen Kontakt zum Nadelkranz vorgesehene Innenlaufbahn und Außenlaufbahn breiter ausgebildet als deren am Außenumfang vorgesehene Nockenanlauffläche.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schlepphebel der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass das Gewicht dieses Hebels und sein Fertigungsaufwand reduziert sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass ein erstes Ende des Nadelkranzes axial über eine erste Stirnseite der Nockenrolle vorsteht und bis an eine Seitenwand des Hebels reicht, dass der Nadelkranz an seinem zweiten Ende im wesentlichen mit einer zweiten Stirnseite der Nockenrolle abschließt und dass zwischen dem zweiten Ende des Nadelkranzes und der diesem zugewandten Seitenwand eine Distanzhülse angeordnet ist. Folglich soll im Gegensatz zum gattungsbildenden Stand der Technik der Nadelkranz, der käfiglos vollrollig oder käfiggeführt sein kann, einseitig über die axiale Erstreckung der Nadelrolle vorstehen. Der Grund für diese erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lagerung der Nockenrolle ist der, dass die Hertz'sche Pressung deutlich größer ist an der Innenlaufbahn, die einen kleinen Krümmungsradius aufweist, als an der Außenlaufbahn, die einen großen Krümmungsradius aufweist. Daher sollen die Nadeln, die über die Außenlaufbahn vorstehen, über ihre gesamte Länge an der Innenlaufbahn abwälzen. Dadurch wird die Flächenpressung an der Innenlaufbahn wirkungsvoll reduziert.
Auf der Seite der Nockenrolle, auf welcher der Nadelkranz axial über diese vorsteht, wird ein dafür nötiger Freiraum dadurch geschaffen, dass die auf dieser Seite der Nockenrolle vorgesehene Seitenwand zur ersten Stirnseite der Nockenrolle beabstandet verläuft. Da die andere Seitenwand ebenfalls zur nockenrolle beabstandet ist, u. zw. zu deren zweiter Stirnseite, wird in diesen Zwischenraum eine Distanzhülse eingesetzt, die zum einen an den Nadelenden sowie an einem eventuell vorhandenen Innenring und zum anderen an der Seitenwand anliegt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll der Hebel, bezogen auf seine Längsmittelebene symmetrisch ausgebildet sein. Somit kann der Hebel eine relativ einfache geometrische Form aufweisen und lässt sich daher unter Anwendung eines günstigen Fertigungsverfahrens herstellen. Von Vorteil ist weiterhin, wenn die Distanzhülse besondere Gleiteigenschaften aufweist, d. h., dass diese sowohl an den Enden des Nadelkranzes als an der Mantelfläche der Seitenwand gleitend geführt ist.
Weiterhin kann eine Innenlaufbahn für die Nadeln des Nadelkranzes unmittelbar auf dem Achsbolzen ausgebildet sein. Die axial über die Nockenrolle vorstehenden Nadeln wälzen dabei über ihre gesamte Länge auf dem Achsbolzen ab. Die Distanzhülse stützt sich dann nur am Ende des Nadelkranzes und an der Seitenwand ab. Alternativ dazu besteht aber auch die Möglichkeit, einen separaten Innenring auf dem Achsbolzen anzuordnen, der eine Innenlaufbahn entsprechend der Breite des Nadelkranzes bildet. Dieser Innenring kann auf dem Achsbolzen drehbar angeordnet sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hebel, im Querschnitt gesehen, U-förmig ausgebildet ist, wobei die Seitenwände durch eine Querwand miteinander verbunden sind, in der eine zur Aufnahme der Nockenrolle dienende Ausnehmung angeordnet ist. Dieses Hebelprofil weist eine ausreichende Steifigkeit auf und lässt sich in vorteilhafter Weise durch einen spanlosen Formgebungsprozess, insbesondere durch Kaltverformung, aus einer ausgestanzten Blechplatine herstellen. Der Außenring der Nockenrolle kann dabei stirnseitig an den Rändern der Ausnehmung geführt sein. Außerdem soll der entsprechend ausgebildete Rollenschlepphebel derart im Ventiltrieb angeordnet sein, dass das offene U-förmige Profil von dem Abstützelement und vom Gaswechselventil abgewandt ist. An einer äußeren Mantelfläche der Querwand sind folglich die Kalotte und die Auflage, die unmittelbar auf das Ende eines Ventilschafts wirkt, ausgebildet.
Die Querwand kann dabei einen Verlauf, radial zu dem vorstehenden Ende des Nadelkranzes aufweisen, so dass ein ausreichender Freiraum für diesen geschaffen und die Steifigkeit des Hebels dadurch nicht beeinträchtigt ist. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, neben der Ausnehmung für die Rolle eine rechteckige Freistellung für die vorstehenden Nadeln vorzusehen, die bis an die Seitenwand reicht und deren Erstreckung in Längsrichtung des Hebels größer ist als ein Innendurchmesser des Außenrings der Nockenrolle.
Weiterhin soll in Weiterbildung der Lehre nach dem Patentanspruch die axiale Abmessung des Nadelkranzes um 30% bis 60% größer als die Breite der Nockenrolle sein. Eine entsprechende Relation der Breite der Nockenrolle zur Breite des Nadelkranzes führt dazu, dass die Hertz'sche Pressung in ausreichendem Maße reduziert wird und dass die baulichen Abmessungen des Schlepphebels nach wie vor dessen raumsparende Anordnung im Ventiltrieb zulassen.
Schließlich ist vorgesehen, dass der mit einer Nockenrolle versehene Schlepphebel für einen schaltbaren Ventiltrieb vorgesehen ist, bei welchem auf der Nockenwelle zumindest zwei axial verschiebbare Nocken mit unterschiedlichen Nockenkonturen wahlweise am Außenumfang der Nockenrolle abwälzen. Ein entsprechender Ventiltrieb ist im Einzelnen in der DE 100 54 623 A1 erläutert. Ein entsprechender Freigang des großen Nockens kann dadurch erzielt werden, dass die in diesem Bereich liegende Seitenwand an ihrem oberen Rand mit einer Abflachung oder Ausnehmung versehen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der ein Ausführungsbeispiel eines Schlepphebels vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Schlepphebel,
2 eine perspektivische Ansicht des Schlepphebels nach 1,
3 einen Längsschnitt gemäß Linie III–III durch den Schlepphebel nach 1 und
4 eine perspektivische Ansicht von unten auf den Schlepphebel nach 1
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In den 1 bis 4 ist mit 1 ein Schlepphebel bezeichnet, der im Wesentlichen aus einem U-förmigen Hebel 2 und einer Nockenrolle 3 besteht. Der U-förmige Hebel 2 ist als spanlos hergestelltes Blechteil ausgebildet, wobei im Rahmen des Umformprozesses zunächst eine Platine aus Blech ausgestanzt und anschließend kalt verformt wird. Somit weist der Hebel 2 eine Querwand 4 und davon ausgehende Seitenwände 5 und 6 auf.
An einem Ende des Hebels 2 ist die Querwand 4 als Ventilschaftauflage 7, mit der der Hebel 2 auf einem Ende eines nicht näher dargestellten Ventilschaftes eines Gaswechselventils aufliegt, ausgebildet. Am entgegengesetzten Ende des Hebels 2 ist, wie den Figuren entnommen werden kann, in die Querwand 4 eine Kalotte 8 eingeformt, über welche sich der im Ventiltrieb verwendete Hebel 2 an einem ebenfalls nicht dargestellten Abstützelement abstützt. Dieses Abstützelement ist vorzugsweise hydraulisch längenveränderbar ausgebildet. Dadurch wird der Anlenkpunkt des Hebels 2 derart verlagert, dass ein eventuell zwischen der Ventilschaftauflage 7 und dem Ventilschaftende auftretendes Ventilspiel ausgeglichen werden kann. Im Bereich der Kalotte 8 ist der Abstand der Seitenwände 5 und 6 zueinander vergrößert, damit ein ausreichender Platz für deren Anordnung geschaffen wird.
Wie insbesondere der 1 entnommen werden kann, ist die Nockenrolle 3 in einer im Wesentlichen mit rechteckiger Außenkontur gestalteten Ausnehmung 9 in der Querwand 4 angeordnet. Dabei steht gemäß 1 ein erstes Ende 10a eines Nadelkranzes 10, von welchem in der Darstellung nach 1 einzelne Nadeln 11 zu sehen sind, einseitig über eine erste Stirnseite 12 der Nockenrolle 3 vor. Die Enden 10a der Nadeln 11 sind dabei bis an eine innere Mantelfläche 13 der Seitenwand 6 reichend und an dieser gleitend geführt.
An einer zweiten Stirnseite 14 der Nockenrolle 3 ist zwischen der Seitenwand 5 des Hebels 2 und zweiten Enden 10b des Nadelkranzes 10 eine Distanzhülse 15 angeordnet, deren axiale Abmessung im Wesentlichen der des Überstands des Nadelkranzes 10 an der ersten Stirnseite 12 entspricht. Weiterhin ist der 1 entnehmbar, dass an der Kalotte 8 eine auf die Nockenrolle 3 gerichtete Spritzöffnung 16 vorgesehen ist, über welche Schmieröl auf die Nockenrolle 3 aufgetragen wird. Im Bereich des vorstehenden ersten Endes 10a des Nadelkranzes 10 und der Distanzhülse 15 ist, wie aus der 3 hervorgeht, die Querwand 4 mit einer Ausbauchung 17 nach unten versehen, d. h., die Querwand 4 verläuft radial zum Nadelkranz 10 sowie zur Distanzhülse und schafft somit insbesondere für die vorstehenden Nadeln 11 einen ausreichenden Freiraum.
In der Seitenansicht und in der Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Rollenschlepphebels 1 nach den 2 und 4 ist erkennbar, dass die Nockenrolle 3 einen Außenring 18 mit einer Nockenanlauffläche 19 und eine Außenlaufbahn 20 für den Nadelkranz 10 aufweist. Weiterhin sind die Nadeln 11 des Nadelkranzes auf einer an einem Innenring 21 ausgebildeten Innenlaufbahn 22 geführt, wobei dieser Innenring 21 und somit die gesamte Nockenrolle 3 mittels eines Achsbolzens 23 gegenüber den Seitenwänden 5 und 6 gelagert ist. Auf diesem Achsbolzen 23 ist auch die Distanzhülse 15 angeordnet, wobei sie sowohl am Ende des Innenringes 21 als auch an den zweiten Enden 10b des Nadelkranzes 10 anliegt.
Die Seitenwände sind im Übrigen mit Abflachungen 24 versehen, so dass bei einem schaltbaren Ventiltrieb mit einem auf einer Nockenwelle längsverschieblichen Nockenpaar für einen ausreichenden Freigang des großen Nockens gesorgt wird. Weiterhin weisen die Seitenwände 5 und 6 im Bereich der Kalotte 8 Nuten 25 und 26 auf, in denen eine nicht dargestellte Klammer an den Seitenwänden 5 und 6 fixiert werden kann. Diese Klammer dient dazu, den Schlepphebel 1 mit dem Abstützelement zu einer vormontierten Einheit zu verbinden, die für die Montage in den entsprechenden Zylinderkopf angeliefert werden kann. Zur Führung des Rollenschlepphebels 1 am Ventilschaftende des Gaswechselventils ist der Hebel 2 im Bereich der Auflage 7 mit Laschen 27 und 28 versehen, die von den Seitenwänden 5 und 6 ausgehen und bis unter die Querwand 4 gebogen sind. Diese umgebogenen Laschen 27 und 28 sind mit einem Maß zueinander beabstandet, das etwa dem Durchmesser des Ventilschaftendes entspricht.
Den 1 bis 4 ist zu entnehmen, dass die verhältnismäßig schmal ausgebildete Nockenrolle 3 mit einem erheblich breiteren Nadelkranz 10 versehen ist, der die Nockenrolle 3 einseitig überragt, so dass die Flächenpressung der als Nadeln 11 ausgebildeten Wälzkörper auf den Innenring 22 deutlich reduziert werden kann. Zu diesem Zweck ist der Hebel 2 symmetrisch ausbildet, d. h., das axiale Spiel zwischen der Seitenwand 5 und dem zweiten Ende 10b des Nadelkranzes 10 wird durch die Distanzhülse 15 ausgeglichen.
Bezugszeichenliste

1: Schlepphebel
2: Hebel
3: Nockenrolle
4: Querwand
5: Seitenwand
6: Seitenwand
7: Ventilschaftauflage
8: Kalotte
9: Ausnehmung
10: Nadelkranz
10a: erstes Ende von 10
10b: zweites Ende von 10
11: Nadeln
12: erste Stirnseite von 3
13: innere Mantelfläche von 6
14: zweite Stirnseite von 3
15: Distanzhülse
16: Spritzöffnung
17: Ausbauchung von 4
18: Außenring
19: Nockenanlauffläche
20: Außenlaufbahn
21: Innenring
22: Innenlaufbahn
23: Achsbolzen
24: Abflachungen
25: Nut
26: Nut
27: Lasche
28: Lasche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10121798 A1 [0003]
DE 10054623 A1 [0012]

Claims

Schlepphebel (1) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, welcher zur Betätigung eines Gaswechselventils dient und einen an seinem einen Ende schwenkbar abgestützten Hebel (2) aufweist, an dessen anderem Ende eine Ventilschaftauflage (7) für ein Ventilschaftende des Gaswechselventils ausgebildet ist, und mit einer Nockenrolle (3), an der während des Betriebs der Brennkraftmaschine ein Nocken einer Nockenwelle anläuft und die mittels eines einen Nadelkranz (10) aufweisenden Nadellagers auf einem Achsbolzen (23) gelagert ist, wobei der Achsbolzen (23) in Bohrungen von zueinander beabstandeten Seitenwänden (5 und 6) des Hebels (2) angeordnet ist und wobei die axiale Abmessung des Nadelkranzes (10) größer ist als die Breite der Nockenrolle (3) an ihrer dem Nocken zugewandten Nockenanlauffläche (19), dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende (10a) des Nadelkranzes (10) axial über eine erste Stirnseite (12) der Nockenrolle (3) vorsteht und bis an die eine Seitenwand (6) des Hebels (2) reicht, dass der Nadelkranz (10) an seinem zweiten Ende (10b) im Wesentlichen mit einer zweiten Stirnseite (14) der Nockenrolle (3) abschließt und dass zwischen dem zweiten Ende (10b) des Nadelkranzes (10) und der diesem zugewandten Seitenwand (5) eine Distanzhülse (15) angeordnet ist.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (2), bezogen auf seine Längsmittelebene symmetrisch ausgebildet ist.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzhülse (15) aus einem Gleitlagerwerkstoff hergestellt ist.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenlaufbahn (22) für die Nadeln (11) des Nadelkranzes (10) auf einem auf dem Achsbolzen (23) angeordneten Innenring (21) ausgebildet ist, welcher im Wesentlichen mit der Länge des Nadelkranzes (10) einseitig über die Nockenrolle (3) vorsteht.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (2), im Querschnitt gesehen, U-förmig ausgebildet ist, wobei die Seitenwände (5 und 6) durch eine Querwand (4) miteinander verbunden sind, in der eine zur Aufnahme der Nockenrolle (3) dienende Ausnehmung (9) angeordnet ist.
Schlepphebel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querwand (4) im Bereich des vorstehenden ersten Endes (10a) des Nadelkranzes (10) eine Ausbauchung (17) aufweist, die bis an die Seitenwand (6) reicht und deren auf eine Längsachse des Achsbolzens (23) bezogener Radius größer ist als ein Radius einer Außenlaufbahn (20) am Außenring (18) der Nockenrolle (3).
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (2) als spanlos hergestelltes Blechteil ausgebildet ist.
Schlepphebel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querwand (4) des U-förmig ausgebildeten Hebels (2) an ihrer vom offenen Profil des Hebels (2) abgewandten Mantelfläche mit einer Kalotte (8) und der Ventilschaftauflage (7) versehen ist.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Abmessung des Nadelkranzes (10) um 30% bis 60% größer als die Breite der Nockenrolle (3) ist.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlepphebel für einen schaltbaren Ventiltrieb vorgesehen ist, bei welchem auf der Nockenwelle zumindest zwei über ein Stellelement axial verschiebbare Nocken mit unterschiedlichen Nockenkonturen angeordnet sind, die wahlweise an einer äußeren Nockenanlauffläche (19) der Nockenrolle (3) abwälzen.