DE4026793A1 - Hydraulisches ventilspielausgleichselement fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Ventilspielaus­ gleichselement für Brennkraftmaschinen, bei dem ein Innen­ stößel relativ zu einem Außenstößel axial verschiebbar ist und gemeinsam mit diesem einen volumenveränderlichen, nach außen durch eine Dichtung abgeschlossenen, ölgefüllten Speicherraum begrenzt.

Ein solches Ventilspielausgleichselement ist aus der DE-OS 35 06 730 bekannt. Der darin enthaltene Speicherraum ist durch eine balgartig ausgebildete Dichtung nach außen abgeschlossen und im übrigen unnachgiebig begrenzt. Die Dauerhaltbarkeit ist wenig befriedigend und es zeigen sich insbesondere bereits nach relativ kurzer Zeit Beschädigungen an der Dichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventilspielaus­ gleichselement mit nach außen abgeschlossenem Speicherraum zu zeigen, das kostengünstig herstellbar ist und eine deutlich verbesserte Gebrauchsdauer aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Ventilspielaus­ gleichselement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in den Speicherraum zumindest ein komprimierbarer Verdräng­ ungskörper zum Ausgleich von Volumenveränderungen eingeschlos­ sen ist. Die Dichtung zwischen dem Innen- und dem Außenstößel ist hierdurch bei dem erfindungsgemäßen Ventilspielausgleichs­ element nur noch Verformungen ausgesetzt, die sich aus der Erfüllung der eigentlichen Dichtungsaufgabe ergeben.

Temperaturbedingte Volumenveränderungen des enthaltenen Öls durch eine Änderung der Stützlänge führen demgegenüber nicht mehr zu einer Veränderung der Form der Dichtung. Das vorzeitige Auftreten von Undichtigkeiten ist dadurch weitestgehend ausgeschlossen und eine deutliche Verlängerung der Gebrauchsdauer des Ventilspielausgleichselementes ohne weiteres gewährleistet.

Der in den Speicherraum eingeschlossene, komprimierbare Verdrängungskörper kann wenigstens einen gasgefüllten Hohlraum enthalten und beispielsweise durch eine flexible und/oder elastisch verformbare Gasblase gebildet sein, die aus poly­ merem Werkstoff besteht. Die Größe hängt von den besonderen Gegebenheiten des Anwendungsfalles ab und insbesondere von der Volumenzunahme, die das in dem Ventilspielausgleichselement enthaltene Öl bei einer Erwärmung von Raum- auf Betriebstempe­ ratur und/oder bei einer Volumenänderung erfährt, die durch eine Veränderung der Stützlänge des Ventilspielausgleichs­ elementes bedingt ist. Eine Änderung der Stützlänge kann sich beispielsweise ergeben, wenn sich ein Ventil bei Außerbetrieb­ setzung der Brennkraftmaschine noch in Offenstellung befindet. Das Ventilspielausgleichselement ist in diesem Falle über eine längere Zeitspanne durch die Rückholfeder des Ventils belastet, was eine allmähliche Reduzierung der Stützlänge bedingt. Bei erneuter Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine ist gleichwohl bereits bei der ersten Umdrehung der Nockenwelle eine Wiederher­ stellung der ursprünglichen Stützlänge gewährleistet. Die letztgenannte Volumenänderung kann sich beispielsweise ergeben, wenn sich ein Ventil bei Außerbetriebsetzung der Brennkraft­ maschine in Offenstellung befindet. Es ist nicht zwingend nötig, nur einen einzigen Verdrängungskörper zu verwenden.

Haben die Verdrängungskörper jeweils nur eine sehr geringe Größe, dann kann vielmehr der angestrebte Zweck auch dadurch erreicht werden, daß eine dem aufzunehmenden Volumen entspre­ chende Anzahl von Verdrängungskörpern in den Speicherraum eingeschlossen wird. Der Verdrängungskörper kann aus einem flüssigkeitsdicht nach außen abgeschlossenen Weichschaum bestehen, beispielsweise aus einem Polyurethanweichschaum einer Dichte von 30 bis 700 kg/m³. Zweckmäßigerweise wird die Herstellung so vorgenommen, daß eine im wesentlichen poren­ freie Oberflächenhaut erhalten wird. Das Eindiffundieren von Ölbestandteilen in die ballonartig nach außen abgeschlossenen Poren des Weichschaumkörpers wird hierdurch zusätzlich behin­ dert und die Erzielung einer besonders langen Gebrauchsdauer begünstigt.

Die mechanische Belastung des Verdrängungskörpers unter normalen Betriebsbedingungen läßt sich vermindern, wenn der Verdrängungskörper in einer Ausnehmung der Wandung des Spei­ cherraumes angeordnet ist. In Fällen, in denen eine gegen­ seitige Verklebung mit der Wandung des Speicherraumes vorge­ nommen wird, resultiert der zusätzliche Vorteil, daß im Bereich der Verklebungszone eine unmittelbare Benetzung des Verdrängungskörpers durch das in dem Speicherraum enthaltene Öl nicht möglich ist. Die entsprechende Zone des Verdrängungs­ körpers ist hierdurch in ausgezeichneter Weise geschützt vor einer physikalischen und/oder chemischen Einwirkung durch das in dem Speicherraum enthaltene Öl. Die Verklebung läßt sich unter Verwendung eines sekundären Klebstoffes bewirken, der in flüssigem Zustand in die Zwischenzone zwischen dem Verdrängungs­ körper und der Wandung eingebracht und nachfolgend verfestigt wird. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Verdrängungskörper bei Verwendung eines Reaktionsschaumes zu seiner Herstellung unmittelbar in der Ausnehmung zu erzeugen und gleichzeitig mit der Ausnehmung zu verbinden. Die Verwendung eines sekundären Verklebungsmittels und eines sekundären Formwerkzeuges zur Herstellung des Verdrängungskörpers kann sich dann erübrigen, was unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten von großem Vorteil ist.

Bei Ausführungen, bei denen der Verdrängungskörper rotations­ symmetrisch gestaltet ist, bietet es sich an, den Verdrängungs­ körper dem Ventilspielausgleichselement konzentrisch zuzuord­ nen. Aus unerwünschten Relativverlagerungen resultierende Beschädigungen und Funktionsbeeinträchtigungen lassen sich dadurch vermeiden.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der als Anlage beigefügten Zeichnung weiter verdeutlicht. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 verschiedene Ausführungen von Ventilspielaus gleichselementen in längsgeschnittener Darstellung.

Das in Fig. 1 gezeigte Ventilspielausgleichselement ist für eine Verbrennungskraftmaschine bestimmt. Es umfaßt einen Innenstößel 1, der axial verschiebbar in einem Außenstößel 2 gelagert ist. Der Innenstößel 1 ist mittels einer Druckfeder 8 auf einem Kolben 7 abgestützt, der am Boden des Außenstößels 2 anliegt. Die Druckfeder 8 hat eine weichere Federkennung als die Rückholfeder des zugehörigen Ventils der Verbrennungskraft­ maschine (nicht gezeigt). Sie vermag dadurch die Schließbewe­ gung des Ventils in keiner Weise zu behindern. Eine sichere Anlage des Ventiltellers am Ventilsitz ist bei Nichtbetätigung des betreffenden Ventils vielmehr jederzeit gewährleistet. Gleichwohl ist die Kraft der Druckfeder 8 hinreichend groß, um eine spielfreie Anlage des Ventilspielausgleichselementes einerseits am Ventilschaft und andererseits an der Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine (nicht gezeigt) zu gewährleisten. Gelangt der daran befindliche Nocken mit dem Ventilspielaus­ gleichselement in Eingriff, dann resultiert eine Axialverschie­ bung des Ventilspielausgleichselementes einschließlich des dadurch abgestützten Ventils. Diese vollzieht sich in so kurzer Zeit, daß sich das Ventilspielausgleichselement nahezu starr verhält. Das Ventil wird dadurch im erforderlichen Maße in seine Offenstellung überführt, um den angestrebten Gaswech­ sel des zugehörigen Zylinders der Verbrennungskraftmaschine zu ermöglichen.

Zunehmender Verschleiß des Ventils führt zu einer allmählichen Relativverlagerung des Innenstößels 1 in bezug auf den Außen­ stößel 2. Das Betriebsverhalten des Ventilspielausgleichselemen­ tes erfährt hierdurch keinerlei Veränderung. Es entspricht vielmehr vollständig den vorstehenden Darlegungen.

Die von dem Innenstößel 1, dem Außenstößel 2 und dem Kolben 7 umschlossenen Hohlräume sind mit Öl gefüllt, wobei es zusätz­ lich vorgesehen ist, daß in dem Speicherraum 3 ein komprimier­ barer Verdrängungskörper 4 angeordnet ist. Dieser besteht aus einer kreisringförmig gestalteten, gasgefüllten Gummiblase, welche dem Ventilspielausgleichselement konzentrisch zugeord­ net ist. Sie ist so groß dimensioniert, daß die Veränderung des in dem Ventilspielausgleichselement enthaltenen Ölvolumens als Folge von Temperaturveränderungen und/oder von Änderungen der Stützlänge unter Vermeidung eines die Funktionsfähigkeit beeinträchtigenden Druckanstieges aufgenommen werden kann. Die O-Ringdichtung 6 wird hierdurch als Bewegungsdichtung nur in demjenigen Maße beansprucht, wie für den allmählichen Ausgleich des Ventilverschleißes erforderlich. Die daraus resultierenden Relativverlagerungen sind von sehr geringer Größe. Die O-Ringdichtung vermag hierdurch über sehr lange Gebrauchszeiträume ein ausgezeichnetes Abdichtungsergebnis zu gewährleisten. In funktionstechnischer Hinsicht entsprechen die nachfolgend beschriebenen Ausführungen der vorstehenden. Sie unterscheiden sich hinsichtlich ihres Aufbaues nur geringfügig von der Ausführung nach Fig. 1.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführung ist zwischen dem Innenstößel 1 und dem Außenstößel 2 ein Führungsring aus einem harten Kunststoff angeordnet, der gegenüber dem Außenstößel und gegenüber dem Innenstößel durch jeweils eine O-Ringdich­ tung abgedichtet ist. Die unverrückbare Festlegung des Füh­ rungsringes 11 in bezug auf den Außenstößel 2 erfolgt durch eine umlaufende Haltekralle 10, die in eine umlaufende Nut des Außenstößels 2 eingeschnappt ist oder durch andere Befestigungsmittel, z. B. einen Sprengring. Die Verwendung anderer Befestigungsmittel ist möglich, beispielsweise von Sprengringen. Der Führungsring hat in seiner Gesamtheit ein U-förmiges Profil, das einen komprimierbaren Verdrängungs­ körper 4 in seinem unteren Bereich umschließt. Der Verdrängungskörper 4 besteht aus geschlossenzelligem Schaumstoff aus Polyurethan, Silikon oder einem anderen polymeren Werkstoff, der mit einer Gußhaut an der Oberfläche versehen ist und eine durchschnittliche Dichte von 35 kg/m³ aufweist. Die Verwendung eines Silikonschaumes oder von anderen geschlossenzelligen Weichschäumen aus polymerem Werkstoff ist ebenfalls möglich. Die Gebrauchseigenschaften sind gegebenenfalls im Versuch zu überprüfen.

Die verwendeten Weichschaumstoffe sollen an der Oberfläche eine Gußhaut haben. Diese zeichnet sich bei einer Herstellung des Verdrängungskörpers im Freischaumverfahren durch eine besonders gute Permeationssicherheit aus. Insbesondere eine im Freischaumverfahren erzeugte Gußhaut hat daher die Funktion einer zusätzlichen Trennmembran.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung ähnlich Fig. 2, bei der der Außenstößel 2 und ein den Verdrängungskörper 4 aufnehmender Ring 15 aus Kunststoff bestehen. Der Ring 15 und der Verdrän­ gungskörper 4 einerseits sowie der Ring 15 und der Außen­ stößel 2 andererseits sind unverlierbar miteinander durch Verschweißen oder Verkleben verbunden. Der aus geschlossen­ zelligem Polyurethanschaum bestehende Verdrängungskörper 4 vermag bei einem temperaturbedingten Druckanstieg im Speicher­ raum 3 gleichwohl die daraus resultierende Volumenzunahme problemlos in sich aufzunehmen. Für die Abdichtung gegenüber dem Innenstößel 1 ist wiederum eine O-Ringdichtung vorgesehen. Die Stirnfläche des Außenstößels 2 ist mit einer Panzer­ platte 16 aus metallischem oder keramischem Werkstoff ver­ klebt. Bei einem relativ geringen Gewicht zeichnet sich die in Fig. 5 gezeigte Ausführung durch eine besonders gute Dauerhaf­ tigkeit aus.

Claims (8)

1. Hydraulisches Ventilspielausgleichselement für Brenn­ kraftmaschinen, bei dem ein Innenstößel relativ zu einem Außenstößel axial verschiebbar ist und gemeinsam mit diesem einen volumenveränderlichen, nach außen durch eine Dichtung abgeschlossenen, ölgefüllten Speicherraum begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß in den Speicherraum (3) zumindest ein komprimierbarer Verdrängungskörper (4) zum Ausgleich von Volumenveränderungen eingeschlossen ist.

2. Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (4) zumindest einen gasgefüllten Hohlraum (5) enthält.

3. Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (4) aus einem geschlossenzelligen Weichschaum besteht.

4. Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichschaum mit einer porenfreien Oberflächenschicht versehen ist.

5. Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichschaum eine durch­ schnittliche Dichte von 30 bis 700 kg/m³ aufweist.

6. Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (4) zumindest teilweise in einer Ausnehmung der Wandung des Speicherraumes (3) angeordnet ist.

7. Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (4) und die Wandung des Speicherraumes (3) zumindest teil­ weise verklebt sind.

8. Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (4) rotationssymmetrisch gestaltet und dem Ventilspielaus­ gleichselement konzentrisch zugeordnet ist.