DE102010052551A1

DE102010052551A1 - Schaltbarer Schlepphebel

Info

Publication number: DE102010052551A1
Application number: DE102010052551A
Authority: DE
Inventors: Ronny Günnel; Norbert Nitz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2012-05-31
Also published as: EP2643561B1; CN103228875A; US8783219B2; US20130220250A1; EP2643561A1; WO2012069215A1; CN103228875B

Abstract

Vorgeschlagen ist ein schaltbarer Schlepphebel (1) eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem Innen- und einem Außenhebel (2, 3), wobei die Hebel (2, 3) über Koppelmittel (12) miteinander verbindbar sind sowie auf einer gemeinsamen Achse (15) relativ verschwenkbeweglich zueinander verlaufen, welche Achse (15) von zumindest einem Windungspaket (16) einer Drehschenkelfeder (17) als Nockenrückstellfeder umragt ist, wobei ein von einer Stirnseite (18) des Windungspakets (16) abragender erster Schenkel (19) auf einen ersten Einspannpunkt (20) des Außenhebels (3) und ein von einer anderen Stirnseite (21) des Windungspakets (16) abragender zweiter Schenkel (22) auf einen zweiten Einspannpunkt (23) des Innenhebel (2) im Verdrehsinn derartig einwirken, dass die Hebel (2, 3) aufeinanderzu verspannt vorliegen, wobei die Achse (15) „fliegend” gegenüber den Bohrungen (13, 14) verläuft, wobei das Windungspaket (16) eine Buchse (24) spielbehaftet umfasst, wobei eine Axialfixierung der Achse (15) über die durch die Systemverspannung bewirkte desachsierte Anlage des Windungspakets (16) auf der Buchse (24) und somit deren desachsierter Anlage auf der Achse (13) dargestellt ist und wobei, zur Reduzierung einer resultierenden Kontaktkraft (FR) im Bereich der Anlage des Windungspakets (16) auf der Buchse (24), die Einspannpunkte (20, 23) der beiden Schenkel (19, 22) des Windungspakets (16) so positioniert sind, dass ein von sich schneidenden Kraftvektoren in den Einspannpunkten (20, 23) [Wirkrichtung der beiden Kontaktkräfte (F1, F2)] eingeschlossener Winkel (α) im Bereich (90° < α < 180°) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Schlepphebel eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem Innen- und einem Außenhebel, wobei der Schlepphebel an einer Unterseite an einem Ende eine Anlage für ein Gaswechselventil und am anderen Ende eine Komplementärfläche für ein Abstützelement sowie einer der Hebel an einer Oberseite eine Anlauffläche für einen Großhubnocken und der andere Hebel eine Anlauffläche für einen Klein- oder Nullhubnocken besitzt, wobei die Hebel über Koppelmittel miteinander verbindbar sind sowie über Bohrungen auf einer gemeinsamen Achse relativ verschwenkbeweglich zueinander verlaufen, welche Achse von zumindest einem Windungspaket einer Drehschenkelfeder als Nockenrückstellfeder umragt ist, wobei ein von einer Stirnseite des Windungspakets abragender erster Schenkel auf einen ersten Einspannpunkt des Außenhebels und ein von einer anderen Stirnseite des Windungspakets abragender zweiter Schenkel auf einen zweiten Einspannpunkt des Innenhebel im Verdrehsinn derartig einwirken, dass die Hebel aufeinanderzu verspannt vorliegen, wobei die Achse „fliegend” gegenüber den Bohrungen verläuft, wobei das Windungspaket wenigstens eine Buchse spielbehaftet umfasst und wobei eine Axialfixierung der Achse über die durch die Systemverspannung bewirkte desachsierte, segmentartige Anlage des Windungspakets auf der Buchse und somit deren desachsierter Anlage über einen segmentartigen Teil deren Innenmantels auf der Achse dargestellt ist.
Ein derartiger Schlepphebel ist aus der DE 10 2006 046 574 A1 , 1 vorbekannt. Dargestellt ist eine beidseitig vom Außenhebel mit einem Stumpf abstehende, „fliegend” gelagerte Achse, wobei jeder Stumpf von einer Buchse umragt ist. Die entsprechende Buchse wiederum ist von einem Windungspaket einer Drehschenkelfeder umfasst. Bei der Systemverspannung presst das Windungspaket die Buchse segmentartig auf die Achse, was zu deren Axialfixierung führt. Gemäß einer Ausführungsform ragt die Buchse mit einem von deren Innenwand radial einstehenden Ansatz in eine komplementäre Umfangsnut der Achse.
Zur Absicherung eines Entkoppelmodus bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine (sichere Nockenrückführung des abgekoppelten Hebels) sowie zur Bewältigung der im Betrieb auftretenden hohen bewegten Massen sind hohe Rückstellmomente der Drehschenkelfeder notwendig. Dabei ist zu erkennen, dass nach dem Design gem. 1 der DE 10 2006 046 574 A1 die Kraftvektoren in den Einspannpunkten der beiden Schenkel der Drehschenkelfeder am Innen- und Außenhebel nahezu parallel zueinander verlaufen oder zumindest einen Winkel < 90° einschließen. Dies führt zu einer relativ hohen resultierenden Gesamtkraft im Abschnitt der desachsierten Anlage des Windungspakets. Anders gesagt ist der Betrag der resultierenden Gesamtkraft deutlich größer als der Betrag der einzelnen Kontaktkräfte in den Einspannpunkten. Im Entkoppelmodus führt das auf die jeweilige Buchse aufgepresste Windungspaket eine Relativbewegung zur Buchse aus. Es kommt somit zu einem unerwünscht hohen Verschleiß im segmentartigen Anlagebereich des Windungspakets auf der Buchse.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den Verschleiß im Bereich der desachsierten Anlage des Windungspakets auf der Buchse, unter Beibehaltung eines hohen Rückstellmoments der Drehschenkelfeder, deutlich zu reduzieren.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Einspannpunkte der beiden Schenkel des Windungspakets so positioniert sind, dass ein von sich schneidenden Kraftvektoren in den Einspannpunkten [Wirkrichtung der beiden Kontaktkräfte] eingeschlossener Winkel α im Bereich von 90° < α < 180° liegt.
Somit liegt ein schaltbarer Schlepphebel vor, bei dem die vorbeschriebenen Verschleißprobleme nicht mehr auftreten bzw. deutlich minimiert sind. Der Betrag der resultierenden Kontaktkraft ist nunmehr kleiner als der Betrag jeder der einzelnen Kontaktkräfte. Er wird jedoch geschickt so gewählt, dass er, zur sicheren Achsfixierung zu keinem Betriebszeitpunkt gleich Null ist.
Durch entsprechende Lagewahl der Einspannpunkte der Schenkel der Drehschenkelfeder wird nunmehr eine Wirkrichtung der beiden Kontaktkräfte erzeugt, die zu einer drastisch reduzierten resultierenden Kontaktkraft im vorgenannten segmentartigen Anlagebereich führt.
Gemäß einer zweckmäßigen Konkretisierung der Erfindung ist es vorgeschlagen, einen Ansatz des Innenhebels mit dem zweiten Einspannpunkt gegenüber dem eingangs beschriebenen St. d. T. einfach gesagt nach oben zu biegen (unter Beibehaltung oder lediglich geringer Veränderung des ersten Einspannpunkts), so dass bei Anlage des zweiten Schenkels der Drehschenkelfeder ein Winkel zwischen den beiden Kraftvektoren in den Einspannpunkten vorliegt, der deutlich größer als 90°, jedoch sichtbar kleiner als 180° ist. Ggf. kann auch lediglich der erste Einspannpunkt auf dem Außenhebel entsprechend verändert werden oder es werden beide Einspannpunkte umgestaltet.
Mit vom Schutzbereich der Erfindung eingeschlossen ist eine Lösung, bei welcher das wenigstens eine Windungspaket direkt auf der Achse verläuft. Somit erübrigt sich ein Einsatz der Buchse, was Kosten sparen hilft.
Nach einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung sollen je Windungspaket der Drehschenkelfeder nur zwei tragende Windungen vorgesehen sein. Da die Windungen beim Verdrehvorgang zueinander nicht gleich „verspannen”, sondern die schenkelnächste jeweils am stärksten eindreht, ist klar, dass bei einer Vielzahl von Windungen es hier zu Relativbewegungen der Windungen untereinander auf der Buchse kommt, die unerwünscht sind.
Vom Schutzbereich eingeschlossen ist eine Lösung, bei welcher lediglich eine Drehschenkelfeder am einen Ende des Schlepphebels vorliegt, die bspw. die Achse zwischen Armen des Innenhebels mit ihrem Windungspaket umfasst. Alternativ kann lediglich ein Stumpf von einer der Seiten des Schlepphebels abragen, auf welchem dann ein respektives Windungspaket sitzt oder auf nur einem von zwei abragenden Stümpfen ist ein Windungspaket appliziert.
Gemäß einer weiteren Konkretisierung der Erfindung soll dem Schlepphebel an dem einen Ende bei der Ventilschaftauflage ein eingezogener Verlauf immanent sein. Der Innenhebel besteht hierbei zweckmäßigerweise aus lediglich einem geraden Endbalken, an dem aufeinanderzu gekröpfte Arme des Außenhebels auslaufen. Somit ist ausreichend Bauraum für die Achsstümpfe mit den Windungspaketen geschaffen. Die Achsstümpfe überragen hierbei vorzugsweise nicht die Außenwände des Außenhebels außerhalb des eingezogenen Abschnitts am einen Ende.
Eine besonders sichere Fixierung der Achse liegt dann vor, wenn, wie vorgeschlagen, von der entsprechenden Buchse ein Radialkragen einsteht, welcher in eine komplementäre Nut der Achse formschlüssig eingreift.
Der Außenhebel des Schlepphebels weist bevorzugt, jedoch nicht ausschließlich, eine in Draufsicht kastenartige Geometrie auf, wobei in dessen Aussparung der Innenhebel aufgenommen ist. Es sind jedoch auch lediglich zwei längliche Balken denkbar und vorgesehen, welche Wand-an-Wand nebeneinander liegen.
Zur Minderung des Verschleißes in den Kontaktpunkten sowie an den segmentartigen Anlageflächen und Nockenanlaufflächen können aufgetragene Schichten u./o. Wärmebehandlungsmaßnahmen vorgesehen sein.
Außerdem sind vom Schutzumfang dieser Erfindung Schlepphebel umfasst, die bspw. zur Beaufschlagung von wenigstens einem Auslassventil vorgesehen sind, wobei deren Außenhebel von „regulären” Großhubnocken beaufschlagbar ist, wohingegen der Innenhebel von einem „versetzten” Zusatznocken niedrigen Hubes kontaktierbar ist, über den eine interne Abgasrückführung darstellbar ist.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht des Schlepphebels;
2 eine Draufsicht auf den Schlepphebel nach 1 und
3 einen Querschnitt durch den Schlepphebel im Bereich der Achse.
Dargestellt ist ein schaltbarer Schlepphebel 1 eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine mit einem länglichen Außenhebel 3, zwischen dessen Armen ein Innenhebel 2 verläuft.
Der Schlepphebel 1 hat an einem Ende 5 an einer Unterseite 4 eine Anlage 6 für ein Gaswechselventil. Am anderen Ende 7 besitzt der Außenhebel 3 an der Unterseite 4 eine Komplementärfläche 8 zur Lagerung auf einem Kopf eines Abstützelements.
Der Schlepphebel 1 weist an einer Oberseite 9 seines Innenhebels 2 eine hier als Rolle ausgebildete Anlauffläche 10 für einen Großhubnocken auf. Als Gleitflächen ausgebildeten Anlaufflächen 11 für Kleinhubnocken hingegen sind am Außenhebel 4 angeordnet. Im Bereich des anderen Endes 7 sind längs verlagerbare und nicht näher zu beschreibende Koppelmittel 12 appliziert.
Zu erkennen ist des Weiteren, dass die Hebel 2, 3 an dem einen Ende 5 über ihre Bohrungen 13, 14 auf einer gemeinsamen. Achse 15 relativ verschwenkbeweglich zueinander verlaufen. Die Achse 15 ist „fliegend” gegenüber den Bohrungen 13, 14 gehalten, d. h. sie ist nicht durch eine Verstemmung, Verschweißung, Sprengringsicherung etc. axial fixiert.
Die Hebel 2, 3 sind durch eine als Drehschenkelfeder 17 bzw. Haarnadelfeder ausgebildete Lost-Motion-Feder zueinander „klappmesserartig” verspannt. Wie dargestellt, besteht die Drehschenkelfeder 17 aus zwei Abschnitten, die beidseitig auf von Außenseiten des Außenhebels 3 abragenden Stümpfen 27 der Achse 15 als jeweiliges Windungspaket 16 verlaufen.
Es wirkt je ein von einer äußeren Stirnseite 18 des Windungspakets 16 unterhalb der Achse 15 längs abragender erster Schenkel 19 auf einen ersten Einspannpunkt 20 des Außenhebels 3 vor den Anlaufflächen 11 ein. Ein von einer anderen, inneren Stirnseite 21 des jeweiligen Windungspakets 16 abstehender zweiter Schenkel 22 steht unterhalb der Achse 15 mit einem Kurzarm 29 nach oben weg. Jeder Kurzarm 29 geht in einen Querbügel 30 über, der auf einen fingerartigen, vom Innenhebel 2 am einen Ende 5 nach oben abstehenden Ansatz 31 einwirkt, an welchem der zweite Einspannpunkt 23 liegt. Wie zu erkennen ist, übergreifen die Querbügel 30 Endstücke des Innenhebels 2 und sind zu einem gemeinsamen Querstück vereinigt.
Eine Axialfixierung der Achse 15 ist über die durch die Systemverspannung bewirkte desachsierte, segmentartige Anlage des jeweiligen Windungspakets 16 auf der entsprechenden Buchse 24 und somit deren desachsierter Anlage über einen segmentartigen Teil 25 deren Innenmantels 26 auf der Achse 15 dargestellt, wobei über den aus 3 hervorgehenden Radialkragen 34 ein Formschluss gegeben ist. Wie zudem zu erkennen ist, besteht jedes Windungspaket 16 aus lediglich zwei an der Unterseite bei der Systemverspannung tragenden Windungen.
Zur Reduzierung einer resultierenden Kontaktkraft FR im Bereich der desachsierten Anlage des Windungspakets 16 auf der Buchse 24 sind die Einspannpunkte 20, 23 der beiden Schenkel 19, 22 des Windungspakets 16 so positioniert, dass ein von sich schneidenden Kraftvektoren in den Einspannpunkten 20, 23 [Wirkrichtung der beiden Kontaktkräfte F₁, F₂] eingeschlossener Winkel α im Bereich 90° < α < 180° liegt (s. 1). Es wird jedoch ein Winkel α von sichtlich < 180° gewählt, um die Systemverspannung nicht vollständig aufzuheben. Im Vergleich zum eingangs genannten St. d. Technik DE 10 2006 046 574 A1 , 1 wird dies durch das vorgenannte „Hochstellen” des fingerartigen Ansatzes 31 mit dem zweiten Einspannpunkt 23 an seiner Innenseite 33 für den zweiten Schenkel 22 der Drehschenkelfeder 17 realisiert.
Alternativ hierzu könnte der „tiefliegende” zweite Einspannpunkt nach der DE 10 2006 046 574 A1 , 1 beibehalten und der erste Einspannpunkt 20 für den ersten Schenkel 19 würde hier entsprechend „hochgesetzt” werden.
Bezugszeichenliste

1: Schlepphebel
2: Innenhebel
3: Außenhebel
4: Unterseite
5: eines Ende
6: Anlage
7: anderes Ende
8: Komplementärfläche
9: Oberseite
10: Anlauffläche Großhubnocken
11: Anlauffläche Kleinhubnocken
12: Koppelmittel
13: Bohrung
14: Bohrung
15: Achse
16: Windungspaket
17: Drehschenkelfeder
18: äußere Stirnseite
19: erster Schenkel
20: erster Einspannpunkt
21: andere Stirnseite
22: zweiter Schenkel
23: zweiter Einspannpunkt
24: Buchse
25: segmentartiger Teil Buchse
26: Innenmantel Buchse
27: Stumpf
28: Außenseite Außenhebel
29: Kurzarm
30: Querbügel
31: fingerartiger Ansatz
32: Außenseite Innenhebel
33: Innenseite
34: Radialkragen
35: Ringnut
F₁: Kontaktkraft erster Einspannpunkt
F₂: Kontaktkraft zweiter Einspannpunkt
F_R: resultierende Kontaktkraft
α: Winkel zwischen Kraftvektoren

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006046574 A1 [0002, 0003, 0028, 0029]

Claims

Schaltbarer Schlepphebel (1) eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, mit einem Innen- und einem Außenhebel (2, 3), wobei der Schlepphebel (1) an einer Unterseite (4) an einem Ende (5) eine Anlage (6) für ein Gaswechselventil und am anderen Ende (7) eine Komplementärfläche (8) für ein Abstützelement sowie einer der Hebel (2) an einer Oberseite (9) eine Anlauffläche (10) für einen Großhubnocken und der andere Hebel (3) eine Anlauffläche (11) für einen Klein- oder Nullhubnocken besitzt, wobei die Hebel (2, 3) über Koppelmittel (12) miteinander verbindbar sind sowie über Bohrungen (13, 14) auf einer gemeinsamen Achse (15) relativ verschwenkbeweglich zueinander verlaufen, welche Achse (15) von zumindest einem Windungspaket (16) einer Drehschenkelfeder (17) als Nockenrückstellfeder umragt ist, wobei ein von einer Stirnseite (18) des Windungspakets (16) abragender erster Schenkel (19) auf einen ersten Einspannpunkt (20) des Außenhebels (3) und ein von einer anderen Stirnseite (21) des Windungspakets (16) abragender zweiter Schenkel (22) auf einen zweiten Einspannpunkt (23) des Innenhebel (2) im Verdrehsinn derartig einwirken, dass die Hebel (2, 3) aufeinanderzu verspannt vorliegen, wobei die Achse (15) „fliegend” gegenüber den Bohrungen (13, 14) verläuft, wobei das Windungspaket (16) wenigstens eine Buchse (24) spielbehaftet umfasst, wobei eine Axialfixierung der Achse (15) über die durch die Systemverspannung bewirkte desachsierte, segmentartige Anlage des Windungspakets (16) auf der Buchse (24) und somit deren desachsierter Anlage über einen segmentartigen Teil (25) deren Innenmantels (26) auf der Achse (13) dargestellt ist und wobei, zur Reduzierung einer resultierenden Kontaktkraft (F_R) im Bereich der desachsierten Anlage des Windungspakets (16) auf der Buchse (24), die Einspannpunkte (20, 23) der beiden Schenkel (19, 22) des Windungspakets (16) so positioniert sind, dass ein von sich schneidenden Kraftvektoren in den Einspannpunkten (20, 23) [Wirkrichtung der beiden Kontaktkräfte (F₁, F₂)] eingeschlossener Winkel (α) im Bereich (90° < α < 180°) liegt.
Schlepphebel nach Anspruch 1, wobei die Achse (15) beidseits mit einem Stumpf (27) über Außenseiten (28) des Außenhebels (3) hinaussteht, wobei auf jedem Stumpf (27) ein Windungspaket (16) mit Buchse (24) sitzt, wobei je Windungspaket (16) der erste Schenkel (19) der Drehschenkelfeder (17) von der außen legenden einen Stirnseite (18) unterhalb der Achse (15) in Hebellängsrichtung schräg auf die Oberseite (9) zu abragt und auf den obenliegenden ersten Einspannpunkt (20) des Außenhebels (3) agiert, wobei der zweite Schenkel (22) der Drehschenkelfeder (17) von der innen liegenden, anderen Stirnseite (21) unterhalb der Achse (15) mit einem Kurzarm (29) wegsteht, welcher Kurzarm (29) in einen Querbügel (30) übergeht, der auf einen fingerartigen, vom Innenhebel (2) am einen Ende (5) abstehenden Ansatz (31) einwirkt, an welchem der zweite Einspannpunkt (23) liegt.
Schlepphebel nach Anspruch 2, wobei der fingerartige Ansatz (31) des Innenhebels (2) als im Wesentlichen aufrecht von der Unterseite (4) in Richtung zur Oberseite (9) ragend dargestellt ist, wobei je Windungspaket (16) der Kurzarm (29) im Wesentlichen als von der Unter- zur Oberseite (4, 9) an Außenseiten (28) des Außenhebels (2) laufend vorliegt sowie im Bereich der Oberseite (9) in den quer zur Hebellängsachse sich erstreckenden Querbügel (30) übergeht, welcher Querbügel (30) Endstücke des Innenhebels (2) übergreift sowie an einer Innenseite (33) des fingerartigen Ansatzes (31) den zweiten Einspannpunkt (23) hat.
Schlepphebel nach Anspruch 3, wobei die beiden Querbügel (30) der zweiten Schenkel (22) der beiden Windungspakete (16) zu einem gemeinsamen Querstück vereinigt sind.
Schlepphebel nach Anspruch 1, wobei je Windungspaket (16) zwei tragende Windungen vorgesehen sind.
Schlepphebel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei, von dem anderen zum einen Ende (7, 5) gesehen, der Schlepphebel (1) in einem sich verjüngenden Abschnitt mit der Achse (15) ausläuft, derart, dass die Achse (15) nicht über die Außenseiten (28) des Außenhebels (3) außerhalb des sich verjüngenden Abschnitts ragt.
Schlepphebel nach Anspruch 1, wobei von dem Innenmantel (26) der wenigstens einen Buchse (24) ein die Achse (15) spielbehaftet umfassender Radialkragen (34) einsteht, dem auf der Achse (15) eine komplementäre Ringnut (35) gegenüberliegt, welcher Radialkragen (34) mit einem segmentartigen Abschnitt in der Ringnut (35) sitzt.