DE102019106465A1

DE102019106465A1 - Aktuator eines hydraulisch variablen Gaswechselventiltriebs einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102019106465A1
Application number: DE102019106465.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kremer; André Banck
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2019-11-14
Anticipated expiration: 2039-03-15
Also published as: DE102019106465B4; DE102019106464A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator eines hydraulisch variablen Gaswechselventiltriebs einer Brennkraftmaschine. Der Aktuator umfasst ein Aktuatorgehäuse (1) mit einem Hydraulikzylinder (2) und einen darin axialbeweglich geführten Hydraulikkolben (3) zur Betätigung des Gaswechselventils, wobei der Hydraulikzylinder und der Hydraulikkolben gestufte Führungsdurchmesser haben. Der Hydraulikkolben hat ein erstes Kolbenteil (3a) und ein zweites Kolbenteil (3b), die unter Bildung der Durchmesserstufe (8) gegenseitig radial schwimmend gefügt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator eines hydraulisch variablen Gaswechselventiltriebs einer Brennkraftmaschine. Der Aktuator umfasst ein Aktuatorgehäuse mit einem Hydraulikzylinder und einen darin axialbeweglich geführten Hydraulikkolben zur Betätigung des Gaswechselventils, wobei der Hydraulikzylinder und der Hydraulikkolben gestufte Führungsdurchmesser haben.
Ein derartiger Aktuator ist aus der jeweils gattungsgemäßen DE 10 2015 207 622 A1 , DE 10 2016 204 329 A1 und DE 10 2016 218 562 B4 bekannt, die sämtlich einen elektrohydraulischen Ventiltrieb zur vollvariablen Betätigung der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine offenbaren. Die Führungsgenauigkeit des Hydraulikkolbens im Hydraulikzylinder ist von entscheidender Bedeutung für die Funktionsfähigkeit der sogenannten hydraulischen Ventilbremse, die bei derartigen Ventiltrieben die von der Nockenwelle entkoppelte Schließgeschwindigkeit der Gaswechselventile auf ein mechanisch und akustisch akzeptables Maß reduziert. Der Führungsspalt zwischen Hydraulikzylinder und Hydraulikkolben beträgt im Hinblick auf die zu vermeidende Leckage aus dem Druckraum der Ventilbremse typischerweise nur wenige Mikrometer, wobei gleichzeitig die Axialbeweglichkeit des Hydraulikkolbens im Hydraulikzylinder nicht beeinträchtigt werden darf. Dementsprechend ist die Durchmesserstufe, die sich durch die unterschiedlich großen Führungsdurchmesser des Hydraulikzylinders und des Hydraulikkolbens ergibt, im Hinblick auf eine konstruktiv stets zu vermeidende Doppelpassung fertigungstechnisch dann besonders ungünstig, wenn der Hydraulikkolben einteilig hergestellt wird.
Ein Aktuator mit einem zweiteiligen Hydraulikkolben, jedoch nicht gestuftem Führungsdurchmesser ist aus der DE 10 2014 201 910 A1 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator der eingangs genannten Art konstruktiv zu vereinfachen.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach hat der Hydraulikkolben ein erstes Kolbenteil und ein zweites Kolbenteil, die unter Bildung der Durchmesserstufe gegenseitig radial schwimmend gefügt sind. Unter dieser Fügeverbindung ist zu verstehen, dass sich die Kolbenteile innerhalb ihres gegenseitigen Radialspiels radial zueinander bewegen können und dennoch axiale Zugkräfte von einem Kolbenteil auf das andere Kolbenteil übertragen werden können. Die Übertragbarkeit der axialen Zugkräfte ist ein wesentliches Funktionskriterium, um ein betriebliches Separieren der beiden Kolbenteile infolge unterschiedlich hoher Druckbeaufschlagung auszuschließen. Das gegenseitige Radialspiel entspricht dem Lagerspiel der radial schwimmenden Lagerung im Fügeverband und ist so zu bemessen, dass sich die unterschiedlich großen Führungsdurchmesser der Kolbenteile in den beiden Führungsdurchmessern des Hydraulikzylinders - kraftarm und folglich klemmfrei - ausrichten können. Hierdurch wird nicht nur die fertigungstechnisch ungünstige Doppelpassung vermieden, sondern sogar eine die Herstellkosten mindernde Aufweitung der Koaxialitätstoleranz der beiden Führungsdurchmesser im Hydraulikzylinder ermöglicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Kolbenteile können mittels eines Federmittels gefügt sein, das die Kolbenteile entweder nur radial oder sowohl radial als auch axial gegeneinander verspannt. Das Federmittel ist vorzugsweise ein Polygonring, der umfänglich abwechselnd in eine erste Umfangsnut im ersten Kolbenteil und eine zweite Umfangsnut im zweiten Kolbenteil eingreift. Die optionale axiale Verspannung kann dadurch erzeugt werden, dass der Polygonring eine axiale Wellenform hat. Diese wird infolge des Eingriffs in den Umfangsnuten axial so gestaucht, dass die resultierende Axialkraft das eine Kolbenteil gegen das andere Kolbenteil drückt.
Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators eines elektrohydraulischen Ventiltriebs zur vollvariablen Betätigung der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine dargestellt ist. Es zeigen:

1 den Aktuator im Längsschnitt durch den Hydraulikzylinder;
2 das Detail X gemäß 1;
3 das als Polygonring ausgeführte Federmittel in Draufsicht;
4 den Schnitt I-I gemäß 3;
5 den Schnitt II-II gemäß 3.

Der in 1 dargestellte Längsschnitt verläuft durch eine sogenannte Nehmer- oder Bremseneinheit des Aktuators. Dieser umfasst ein Aktuatorgehäuse 1 mit einem Hydraulikzylinder 2 und einen darin axialbeweglich geführten Hydraulikkolben 3, dessen eines Ende gemeinsam mit einer hydraulischen Ventilbremse 4 einen im Querschnitt kreisförmigen ersten Druckraum 5 begrenzt und in dessen anderes Ende ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement 6 aufgenommen ist. Der Hydraulikzylinder 2 ist vorliegend eine im Aktuatorgehäuse 1 eingeschraubte und demgegenüber abgedichtete Hülse.
Der Hydraulikkolben 3 ist mit einem ersten Kolbenteil 3a und einem - in axialer Reihenschaltung - damit gefügten zweiten Kolbenteil 3b zweiteilig und im Durchmesser gestuft ausgeführt, wobei der Führungsdurchmesser des ersten Kolbenteils 3a kleiner als der Führungsdurchmesser des zweiten Kolbenteils 3b ist. Der Führungsdurchmesser des Hydraulikzylinders 2 hat eine damit korrespondierende Durchmesserstufe 7, die gemeinsam mit der Durchmesserstufe 8 des Hydraulikkolbens 3 einen im Querschnitt kreisringförmigen, zweiten Druckraum 9 begrenzt (s.a. 2). Die beiden Druckräume 5 und 9 sind im Hinblick auf eine zusätzliche Hubvariabilität des vom Hydraulikkolben 3 betätigten Gaswechselventils (nicht dargestellt) unabhängig voneinander ansteuerbar. Zur diesbezüglichen Funktionsweise sei auf die eingangs genannten Druckschriften mit jeweils gestuftem Führungsdurchmesser des Hydraulikkolbens verwiesen.
Die Durchmesserstufe 8 des Hydraulikkolbens 3 wird durch das Fügen der beiden Kolbenteile 3a und 3b gebildet, wobei das Kolbenteil 3a mit Radialspiel in einer Senkung 10 des Kolbenteils 3b und folglich radial schwimmend dazu eingesetzt ist. Das Radialspiel zwischen den beiden Kolbenteilen 3a und 3b ist in den 4 und 5 deutlich erkennbar und unter Berücksichtigung der für das Kolbenführungsspiel relevanten Bauteiltoleranzen so bemessen, dass sich die beiden Kolbenteile 3a und 3b - trotz der gestuften Führungsdurchmesser - querkraftfrei im gestuften Führungsdurchmesser des Hydraulikzylinders 2 ausrichten können und damit leichtgängig geführt sind.
Wie es aus in den 2 bis 4 in jeweils vergrößerter Darstellung hervorgeht, sind die beiden Kolbenteile 3a und 3b mittels eines Federmittels gefügt, das vorliegend als polygonförmiger Sprengring, kurz Polygonring 11 ausgeführt ist. Im gefügten Zustand der Kolbenteile 3a und 3b greift der Polygonring 11 umfänglich abwechselnd in eine erste Umfangsnut 12 im ersten Kolbenteil 3a und in eine zweite Umfangsnut 13 im zweiten Kolbenteil 3b ein, so dass die beiden Kolbenteile 3a und 3b zum einen axial aneinander gehalten und zum anderen radial gegeneinander verspannt sind. Die erste Umfangsnut 12 und der Polygonring 11 sind zwecks freigängigen Fügens so bemessen, dass der Polygonring 11 beim Einsetzen des ersten Kolbenteils 3a in die Senkung 10 ausreichend weit in die erste Umfangsnut 12 ausweichen kann.
Der axiale Zusammenhalt der Kolbenteile 3a und 3b ist im Hinblick auf die Übertragung einer axialen Zugkraft vom Kolbenteil 3b auf das Kolbenteil 3a so dimensioniert, dass sich die beiden Kolbenteile 3a und 3b bei unterschiedlicher Druckbeaufschlagung der beiden Druckräume 5 und 9 axial nicht oder nicht wesentlich voneinander separieren. Der Polygonring 11 hat optional eine axiale Wellenform, die im gefügten Zustand der Kolbenteile 3a und 3b axial elastisch verformt ist, wobei die Reaktionskraft der Verformung die diagonal gegenüberliegenden Nutwände 14 und 15 axial voneinander weg drückt und folglich die beiden Kolbenteile 3a und 3b am Grund der Senkung 10 in axiale Anlage gegeneinander verspannt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015207622 A1 [0002]
DE 102016204329 A1 [0002]
DE 102016218562 B4 [0002]
DE 102014201910 A1 [0003]

Claims

Aktuator eines hydraulisch variablen Gaswechselventiltriebs einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Aktuatorgehäuse (1) mit einem Hydraulikzylinder (2) und einen darin axialbeweglich geführten Hydraulikkolben (3) zur Betätigung des Gaswechselventils, wobei der Hydraulikzylinder (1) und der Hydraulikkolben (3) gestufte Führungsdurchmesser haben, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikkolben (3) ein erstes Kolbenteil (3a) und ein zweites Kolbenteil (3b) hat, die unter Bildung der Durchmesserstufe (8) gegenseitig radial schwimmend gefügt sind.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenteile (3a, 3b) mittels eines Federmittels gefügt sind, das die Kolbenteile (3a, 3b) radial gegeneinander verspannt.
Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federmittel die Kolbenteile (3a, 3b) axial gegeneinander verspannt.
Aktuator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federmittel ein Polygonring (11) ist, der umfänglich abwechselnd in eine erste Umfangsnut (12) im ersten Kolbenteil (3a) und eine zweite Umfangsnut (13) im zweiten Kolbenteil (3b) eingreift.