DE4203897C2 - Hydraulisches Ventilspielausgleichselement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Ventilspielausgleichs­ element für einen Ventiltrieb einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend einen Innenstößel und einen Außenstößel, die in axialer Richtung relativ zueinander beweglich angeordnet sind, wobei der Außenstößel im wesentlichen tassenförmig gestaltet ist und durch einen im wesentlichen rohrförmigen und zumindest in Teilbereichen radial innen- und außenseitig Gleitflächen aufweisenden Mantel auf thermoplastischem Kunststoff gebildet ist, der in Richtung einer zur Anwendung gelangenden Nockenwelle durch eine als Gegenläufer ausgeführte Scheibe verschlossen ist, wobei die innenseitige Gleitfläche den Innenstößel umfangsseitig anliegend umschließt und wobei die Scheibe entlang ihrer umfangsseitigen Begrenzung einen in axialer Richtung vorspringenden Kragen aufweist, der die Innenfläche des Mantels flüssigkeitsdicht berührt.

Ein solches Ventilspielausgleichselement ist aus der DE-OS 35 19 015 bekannt. Der Mantel des Ventilspielausgleichselements ist auf der der Nockenwelle zugewandten Seite im Bereich seiner axialen Begrenzung mit einem hinterschnittenen Befestigungsvorsprung versehen, der formschlüssig mit einer Ausnehmung der Scheibe in Eingriff bringbar ist. Das hydraulische Ventilspielausgleichselement wird über Bohrungen im Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine bedarfsweise mit Schmierstoff aus dem Schmierstoffkreislauf der Verbrennungskraftmaschine versorgt.

Dabei ist allerdings zu beachten, daß die Herstellung des vorbekannten Ventilspielausgleichselements vergleichsweise aufwendig ist, da eine Verbindung zwischen dem Mantel und der Scheibe nur unter Einhaltung von geringen Fertigungstoleranzen möglich ist. Abweichungen in der Maßhaltigkeit, insbesondere bei der Herstellung des Mantels aus thermoplastischem Kunststoff, sind aber praktisch nicht zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventilspielaus­ gleichselement für einen Ventiltrieb einer Verbrennungskraft­ maschine zu zeigen, das kostengünstig herstellbar ist, wobei der Mantel und die Scheibe zuverlässig und flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Ventilspielaus­ gleichselement der eingangs genannten Art mit den kennzeich­ nenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Bei dem erfindungsgemäßen hydraulischen Ventilspielausgleichs­ element für einen Ventiltrieb einer Verbrennungskraftmaschine ist es vorgesehen, daß der Kragen der Scheibe auf der dem Mantel zugewandten Seite außenumfangsseitig eine Rändelung aufweist. Eine einfache und zuverlässige Festlegung der Scheibe während der gesamten Gebrauchsdauer des Ventilspielausgleichselements ist durch diese Ausgestaltung gewährleistet, da die Rändelung im Bereich des Außenumfanges des Kragens eine Verkrallung mit der Innenseite des Kunststoffmantels bedingt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß die Scheibe aus metallischem Werkstoff besteht und eine in Richtung der Nockenwelle gehärtete Oberfläche aufweist. Die gehärtete Oberfläche der Scheibe bedingt gute Gebrauchseigen­ schaften während einer langen Gebrauchsdauer. Die Scheibe, die nachträglich in den Kunststoffmantel, der einen Bestandteil des Außenstößels bildet, eingesetzt wird, kann beispielsweise vor dem Einsetzen auf eine Temperatur erwärmt werden, die das thermoplastische Material des Mantels an der der Scheibe zugewandten Oberfläche aufschmelzen läßt und nach dem Erkalten die Scheibe zuverlässig in ihrer Position hält. Eine andere Möglichkeit, die Scheibe im Mantel festzulegen, kann darin bestehen, die Scheibe zunächst in den Mantel aus thermo­ plastischem Kunststoff einzulegen und diesen anschließend im Bereich der Kontaktfläche mit Ultraschall so lange zu be­ strahlen, bis eine sichere Verbindung von Mantel und Scheibe erfolgt ist.

Nach einer anderen Ausgestaltung kann die Scheibe aus kera­ mischen Werkstoff bestehen.

Zusätzlich oder alternativ kann der Kragen entlang seines Außenumfangs eine in Richtung des Mantels geöffnete Nut aufweisen, in der ein Dichtring, bevorzugt ein O-Ring aus elastomerem Werkstoff, angeordnet ist, wobei der Dichtring unter radialer Vorspannung die Innenfläche des Mantels dichtend berührt. Bei Einsetzen einer erwärmten Scheibe in den thermoplastischen Mantel wird eine Verkrallung zwischen den Berührungsflächen begünstigt. Eine zusätzliche Sicherheit gegen einen Flüssigkeitsverlust des abgeschlossenen Speicherraumes während einer langen Gebrauchsdauer gewährleistet beispielsweise ein O-Ring, der die Trennungsfuge unter radialer Vorspannung dichtend anliegend verschließt.

Im Hinblick auf eine weiter vereinfachte Montage können der Mantel und der Kragen im Bereich ihrer gegenseitigen Berührungsflächen konisch derart ausgebildet sein, daß die Berührungsflächen einen axial in Richtung der Nockenwelle erweiterten Durchmesser aufweisen. Die Scheibe kann bei dieser Ausgestaltung so lange in axialer Richtung in die kreisförmige Öffnung des Mantels eingeschoben werden, bis eine genau definierte Einpreßkraft erreicht ist. Auch können die Scheibe und/oder der Mantel auf den einander zugewandten Umfangsflächen Haltenasen und/oder Positionierungsvorsprünge aufweisen, die genau dann einrasten und/oder anliegend berührt werden, wenn die endgültige Position der Scheibe innerhalb des Mantels erreicht ist.

Zur flüssigkeitsdichten, beweglichen Anordnung von Außenstößel und Innenstößel relativ zueinander kann die innenseitige Gleitfläche des Außenstößels eine in Richtung des Innenstößels geöffnete, umlaufende Nut aufweisen, in der ein Dichtring angeordnet ist, wobei der Dichtring den Innenstößel während der bestimmungsgemäßen Verwendung unter radialer Vorspannung anliegend und dichtend berührt. Der Dichtring kann beispiels­ weise durch einen O-Ring gebildet sein. O-Ringe sind in den verschiedensten Abmessungen in großen Stückzahlen einfach und preiswert verfügbar, was im Hinblick auf eine wirtschaftliche Herstellbarkeit des erfindungsgemäßen Ventilspielausgleichs­ elementes von hervorzuhebender Bedeutung ist.

Der Innen- und der Außenstößel können einen volumenveränderlichen, nach außen abgedichteten, ölgefüllten Speicherraum begrenzen, in den ein Verdrängungselement zum Ausgleich von Volumenveränderungen eingeschlossen ist, wobei das Verdrängungselement durch einen geschlossenzelligen Weichschaum gebildet sein kann, der teilweise in der Ausnehmung des Außenstößels innerhalb des Speicherraums angeordnet ist.

Das Verdrängungselement und die Ausnehmung können zumindest teilweise miteinander verklebt sein. Beispielsweise kann der Verdrängungskörper aus einem Polyurethanweichschaum einer Dichte von 30 bis 700 kg/m³ bestehen, wobei seine Herstellung zweckmäßigerweise so vorgenommen wird, daß eine im wesentlichen porenfreie Oberfläche erhalten wird. Das Eindiffundieren von Ölbestandteilen in die ballonartig nach außen abgeschlossenen Poren des Weichschaumkörpers wird hierdurch zusätzlich be­ hindert, was die Erzielung ausgezeichneter Gebrauchseigen­ schaften während einer besonders langen Gebrauchsdauer begün­ stigt.

Außerdem ist von Vorteil, daß die Montagereihenfolge des Ventilspielausgleichselements in arbeitsökonomischer Hinsicht deutlich verbessert ist und die Montage selbst aufgrund der Ausgestaltung der einzelnen zu verbindenden Teile wesentlich vereinfacht ist. In den in Richtung der Nockenwelle zunächst noch offenen, rohrförmigen Mantel, dessen innenseitige Gleitfläche den Innenstößel umfangsseitig anliegend und flüssigkeitsdicht umschließt, kann das Verdrängungselement von oben in den Mantel eingesetzt und montiert werden. Anschließend wird der Speicherraum, der auf der von der Nockenwelle abgewandten Seite bereits flüssigkeitsdicht verschlossen ist von oben mit Öl gefüllt. Die als Gegenläufer zur Nockenwelle fungierende Scheibe wird anschließend in den aus thermoplastischem Material bestehenden Mantel eingesetzt. Hierbei kann zur Entlüftung und zur genauen Einstellung des sich ergebenden Innendruckes eine Entlüftungsbohrung vorgesehen werden, die nach erfolgter Montage z. B. mit einer Kugel flüssigkeitsdicht verschlossen wird.

Bei einer zumindest teilweisen Verklebung des Verdrängungs­ elementes mit der Ausnehmung resultiert der zusätzliche Vor­ teil, daß im Bereich der Verklebungszone eine unmittelbare Benetzung des Verdrängungselementes durch das in dem Speicher­ raum enthaltene Öl nicht möglich ist. Die entsprechende Zone des Verdrängungselementes ist hierdurch in ausgezeichneter Weise vor einer physikalischen und/oder chemischen Einwirkung durch das im Speicherraum enthaltene Öl geschützt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Anlage beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Diese zeigt ein Ventilspielausgleichselement in schematischer und ge­ schnittener Darstellung.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Ventilspielausgleichselementes für einen Ventil­ trieb einer Verbrennungskraftmaschine zeigt einen Innenstößel 1 und eine Außenstößel 2, die in axialer Richtung relativ zuein­ ander beweglich angeordnet sind. In der Zeichnung sind der Innenstößel 1 und der Außenstößel 2 einander derart zugeordnet, daß der nach außen abgedichtete, ölgefüllte Speicherraum 3 das kleinstmögliche Volumen aufweist. Während der bestimmungs­ gemäßen Verwendung des Spielausgleichselementes weist der Innenstößel 1 von dem ebenen Boden des Außenstößels 2 einen vergrößerten Abstand in axialer Richtung auf und ist axial in beiden Richtungen beweglich. Der Außenstößel 2 ist in diesem Beispiel zweiteilig ausgebildet und weist eine Scheibe 9 aus metallischem Werkstoff auf, die den in Richtung der Nocken­ welle 8 ebenen Boden bildet und einen im wesentlichen rohr­ förmigen Mantel 7, der im Bereich seines Außenumfanges in Führungen eines hier nicht dargestellten Zylinderkopfes be­ weglich ist. Der Speicherraum 3 ist nach außen abgedichtet und wird vor Inbetriebnahme des Ventilspielausgleichselementes einmalig mit Öl gefüllt. Zum Ausgleich von Volumenveränderungen ist innerhalb des Speicherraumes 3 ein Verdrängungselement 4 angeordnet, das in diesem Beispiel durch geschlossenzelligen Weichschaum gebildet ist. Das Verdrängungselement 4 ist in einer Ausnehmung 17 des Außenstößels 2 angeordnet und mit dieser teilweise verklebt. Das Verdrängungselement 4 kann einen gasgefüllten Hohlraum enthalten, der beispielsweise durch eine flexible und/oder elastisch verformbare Gasblase gebildet ist.

Die Größe der durch das Verdrängungselement 4 aufzunehmenden Volumenveränderungen ist insbesondere von der Volumenzunahme abhängig, die das in dem Ventilspielausgleichselement ent­ haltene Öl bei der Erwärmung auf Betriebstemperatur der Ver­ brennungskraftmaschine erfährt und/oder bei einer Volumen­ änderung, die durch eine Veränderung der Stützlänge des Ventil­ spielausgleichselementes bedingt ist. Eine Änderung der Stütz­ länge kann sich beispielsweise ergeben, wenn sich ein Ventil bei Außerbetriebsetzung der Brennkraftmaschine noch in Offen­ stellung befindet und in diesem Falle über eine längere Zeit­ spanne durch die Rückstellfeder des Ventils belastet ist, was eine allmähliche Reduzierung der Stützlänge bedingt (hier dargestellt). Bei erneuter Inbetriebnahme der Brennkraft­ maschine ist nach den ersten Umdrehungen der Nockenwelle 8 eine Wiederherstellung der ursprünglichen Stützlänge gewährleistet.

Der rohrförmige Mantel 7, der aus thermoplastischem Kunststoff besteht, weist in radialer Richtung innen- und außenseitig Gleitflächen 5, 6 auf. Die Gleitflächen 5, 6 können in Abhängig­ keit von den jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles beispielsweise umlaufende Laufringe enthalten, die oberflächenbündig mit den Gleitflächen 5, 6 abschließen. Die Ringe können beispielsweise auch aus metallischem Werkstoff bestehen und verringern insbesondere im Bereich der hochbeanspruchten Zonen der Gleitflächen 5, 6 (im Bereich der axialen Begrenzung) den Verschleiß und erhöhen dadurch die Gebrauchsdauer.

Die Scheibe 9 weist eine in Richtung der Nockenwelle 8 ge­ härtete Oberfläche 10 auf und ist im Bereich ihres Innenum­ fanges mit in Richtung des Speicherraumes 3 sich verringerndem Durchmesser versehen. Der Kragen 13 ist entlang seines Außen­ umfanges über seine gesamte axiale Erstreckung mit einer Rändelung versehen, die eine Verkrallung der Scheibe 9 im Mantel 7 gewährleistet. Zur zusätzlichen Flüssigkeitsabdichtung sind die Berührungsflächen von Mantel 7 und Kragen 13 durch eine O-Ring-Dichtung 16 abgedichtet, die sich innerhalb einer in Richtung des Mantels 7 geöffneten Nut 15 des Kragens 13 be­ findet. Die Nut 18 in der Scheibe bewirkt eine verstärkte Abstützung in axialer Richtung.

Die Einsinktiefe der Scheibe 9 in den rohrförmigen Mantel 7 kann durch einen radialen Vorsprung im Mantel 7 begrenzt werden, an dem sich die Scheibe 9 bei Montage in axialer Richtung anlegt.

Die Nockenwelle 8 ist in diesem Beispiel stark verkleinert und schematisch dargestellt.

Claims (9)

1. Hydraulisches Ventilspielausgleichselement für einen Ventiltrieb einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend einen Innenstößel und einen Außenstößel, die in axialer Richtung relativ zueinander beweglich angeordnet sind, wobei der Außenstößel im wesentlichen tassenförmig gestaltet ist und durch einen im wesentlichen rohrförmigen und zumindest in Teilbereichen radial innen- und außenseitig Gleitflächen aufweisenden Mantel aus thermoplastischem Kunststoff gebildet ist, der in Richtung einer zur Anwendung gelangenden Nockenwelle durch eine als Gegenläufer ausgeführte Scheibe verschlossen ist, wobei die innenseitige Gleitfläche den Innenstößel umfangsseitig anliegend umschließt und wobei die Scheibe entlang ihrer umfangsseitigen Begrenzung einen in axialer Richtung vorspringenden Kragen aufweist, der die Innenfläche des Mantels flüssigkeitsdicht berührt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (13) der Scheibe (9) auf der dem Mantel (7) zugewandten Seite außenumfangsseitig eine Rändelung aufweist.

2. Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (9) aus metallischem Werkstoff besteht und eine in Richtung der Nocken­ welle (8) gehärtete Oberfläche (10) aufweist.

3. Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (9) aus keramischem Werkstoff besteht.

4. Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (13) entlang seines Außenumfanges eine in Richtung des Mantels (7) geöffnete Nut (15) aufweist, in der ein Dichtring (16) aus elastomerem Werkstoff angeordnet ist und daß der Dichtring (16) unter radialer Vorspannung die Innen­ fläche (14) des Mantels (7) dichtend berührt.

5. Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (7) und der Kragen (13) im Bereich ihrer gegenseitigen Berührungs­ flächen konisch derart ausgebildet sind, daß die Berührungsflächen einen axial in Richtung der Nocken­ welle (8) erweiterten Durchmesser aufweisen.

6. Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die innenseitige Gleitfläche (5) eine in Richtung des Innenstößels (1) geöffnete umlaufende Nut (11) aufweist, in der ein Dichtring (12) angeordnet ist und daß der Dichtring (12) den Innenstößel (1) unter radialer Vorspannung dichtend umschließt.

7. Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (12) durch einen O-Ring gebildet ist.

8. Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innen- (1) und der Außenstößel (2) einen volumenveränderlichen, nach außen abgedichteten, ölgefüllten Speicherraum (3) begrenzen, in dem ein Verdrängungselement (4) zum Ausgleich von Volumenveränderungen eingeschlossen ist und daß das Verdrängungselement (4) durch einen geschlossenzelligen Weichschaum gebildet ist, der teilweise in einer Ausnehmung (17) des Außenstößels (2) innerhalb des Speicherraumes (3) angeordnet ist.

9. Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrängungselement (4) und die Ausnehmung (17) zumindest teilweise miteinander ver­ klebt sind.