Beschreibung
Schaltbarer Stößel eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft einen Stößel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschi- ne mit einem kreisringförmigen Bodenabschnitt, der konzentrisch einen kreisför- migen Bodenabschnitt umschließt, wobei der kreisringförmige Bodenabschnitt im Hubsinn durch zumindest einen Nocken größeren Hubes als der kreisförmi¬ ge Bodenabschnitt beaufschlagt ist und beide Abschnitte relativ zueinander verschiebbar sind, wobei der Stößel über ein mit dem kreisringförmigen Boden¬ abschnitt verbundenes Hemd in einer Bohrung eines Zylinderkopfes axial beweglich geführt ist, während der kreisförmige Bodenabschnitt an seiner dem Nocken abgewandten Stirnfläche eine Führungshülse aufnimmt, die von einer Bohrung des kreisringförmigen Bodenabschnitts zumindest abschnittsweise und mittelbar umfaßt ist, wobei in einem Bereich innerhalb bzw. nahe der beiden Bodenabschnitte zumindest ein radial verlagerbarer erster Kolben als Kuppel- mittel zum wahlweisen formschlüssigen Kuppeln beider Bodenabschnitte im Grundkreis der Nocken vorgesehen ist, welcher in wenigstens eine Bewegungs¬ richtung über Hydraulikmittel und in die jeweils andere Bewegungsrichtung wahlweise über Hydraulikmittel bzw. die Kraft zumindest einer Feder je Kolben beaufschlagbar ist, wobei der betreffende erste Kolben im Kuppelfall eine sich in Axialrichtung erstreckende Trennfläche zwischen beiden Abschnitten über¬ greift.
Ein derartiger Stößel ist aus der DE-A 42 06 166 vorbekannt. Bei diesem erfolgt eine Kupplung der beiden Bodenabschnitte durch radial über Hydraulikmittel nach innen verlagerbare Kolben. In diesem Kuppelzustand wirkt der äußere Nocken großen Hubes auf den Stößel ein. Dieser Stößel stellt einen Kompromiß hinsichtlich seiner Hubcharakteristik dar. So ist es möglich, entweder über die äußeren Nocken großen Hubes einen Maximalhub und über den zentralen
Nocken einen kleinen Hub zu erzielen. Somit kann für hohe und niedrige Drehzahlen eine angepaßte Ventilhubkurve eingestellt werden, da allgemein gesagt große Ventilquerschnitte nur bei hohen Drehzahlen erwünscht sind. Andererseits ist es wünschenswert, ein Gaswechsel ventil bei Mehrventiltechnik, bzw. ganze Zylinderreihen, beispielsweise bei V-Motoren, stillzulegen. Somit gelingt es bei niedriger Last, mit deutlich reduzierten Drosselverlusten die Brennkraftmaschine zu betreiben. Jedoch kann der Fachmann sich aus der hier als gattungsbildend aufgeführten Druckschrift keinerlei Anregungen darüber holen, wie er zugleich einen Ventiltriebsstößel auf unterschiedliche Ventilhub- kurven bzw. auf Null-Hub und zwei Hubkurven kuppelbar ausgestalten und andererseits auch über den Schaltmechanismus eine vollständige Ventilabschal¬ tung schaffen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stößel der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind, welcher einen kompakten Schaltmechanismus einschließt, bei dem eine Kupplung auf drei unterschiedliche Ventilhübe realisiert ist, wobei bei einem Ventilhub das betreffende Gaswechsel ventil vollständig geschlossen bleiben kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß in einer Bohrung der Führungshülse ein gegenüber dieser axial verschiebbarer und stirnseitig gegenüber der nockenfer¬ nen Stirnfläche des kreisförmigen Bodenabschnitts beabstandeter Innenkolben angeordnet ist, der mit seiner gegenüberliegenden Stirnseite mit einem Ende eines Ventilschafts zumindest mittelbar zusammenwirkt, wobei der Innenkolben zumindest eine radial verlaufende Bohrung für einen zweiten Kolben als Kup¬ pelmittel aufweist, der wahlweise von Hydraulikmittel bzw. durch die Kraft eine Feder im Grundkreis der Nocken verschiebbar ist. Durch diese erfindungs- gemäßen Maßnahmen kann zum einen eine Anpassung des Ventilhubes auf unterschiedlich hohe Drehzahlen erfolgen, durch welche eine optimale Füllung im Zylinder mit Kraftstoff-Luftgemisch erzielbar ist. Andererseits gelingt es erstmals gleichzeitig, eine dritte Kuppelstufe/ Schaltstufe zu realisieren, die
wahlweise als Null-Hub ausgelegt ist, wodurch es möglich ist, ganze Zylin¬ derreihen, wie eingangs beschrieben, während des Betriebes und der Befeue¬ rung weiterer Zylinderreihen stillzulegen. Diese Abschaltmaßnahmen erweisen sich insbesondere sinnvoll bei Motoren mit Zylinderzahlen ≥ 6, sind jedoch auch bei Brennkraftmaschinen mit kleinerer Zylinderzahl denkbar.
Bei geeigneter Gestaltung der Kontur des Nockens kleinen Hubes ist es jedoch auch denkbar, anstelle des Null-Hubes einen kleinen Rest-Ventilhub zu belas¬ sen. Eine derartige Auslegung ermöglicht somit größere Freiheiten bei der Auslegung des Ladungswechselprozesses.
Einsetzbar ist der Gegenstand der Erfindung nicht nur bei den hier dargestellten tassenförmigen Stößeln, auch ist an eine Anwendung in Hebeltrieben gedacht. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist es, daß für drei Hubstufen lediglich zwei Steuernocken pro Ventil benötigt werden. Auf zusätzliche Ölpumpen kann verzichtet werden. Je nach Anwendungsfall ist es auch möglich, eine elek¬ trische, magnetische, pneumatische, elektromagnetische, anders geartete mecha¬ nische oder ähnliche Kupplung der Elemente vorzusehen. Zudem ist es denkbar, auch abweichend von den nachfolgend beschriebenen Varianten, eine Kupp- lung über eine Servounterstützung wie Hydraulikmittel und eine Entkupplung der jeweiligen Bodenabschnitte über mechanische Mittel bzw. eine Entkupplung für die einzelnen Kuppelstufen über Hydraulikmittel und eine Kupplung über mechanische oder ähnliche Mittel zu erzielen. Ein zusätzlicher Vorteil der Erfin¬ dung ist darin zu sehen, daß auf aufwendige Änderungen an bestehenden Zylinderköpfen verzichtet werden kann. Auch sind weitere Hubstufen denkbar, wobei pro Zahl der Steuernocken n + 1 unterschiedliche Ventilhübe realisiert werden können.
Auf eine weitere Erläuterung der Vorteile der selektiven Zylinderabschaltung bzw. der Variation von Ventilhüben wird an dieser Stelle verzichtet, weil dies der Fachwelt allgemein bekannt ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 36, wobei die Ansprüche 37 bis 44 weitere zweckdienliche Ausgestaltun¬ gen für sämtliche hier aufgezeigten Stößelvarianten aufweisen.
So ist es Gegenstand des Anspruchs 2, daß die Bohrung für den zweiten Kolben im Innenkolben als Durchgangsbohrung ausgebildet ist, in der endseitig die zweiten Kolben sich diametral gegenüberliegen, daß die zweiten Kolben radial nach außen über die Kraft wenigstens einer Druckfeder derart verlagerbar sind, daß sie bei nicht anliegendem Hydraulikdruck den Ringspalt zwischen beiden Elementen schneiden und abschnittsweise in einer Bohrung der Führungshülse verlaufen und daß die zweiten Kolben entgegen Federkraft über Hydraulikdruck derart in ihrer Bohrung im Innenkolben verschiebbar sind, daß sie deren Öff¬ nung mit ihrer äußeren Stirnfläche radial nach außen nicht überragen. Dieser Anspruch sowie die folgenden Unteransprüche beziehen sich auf die allgemein möglichen Schaltstufen am hier vorgestellten erfindungsgemäßen Stößel. Ist nun der Hydraulikdruck (siehe Anspruch 40) so gering ausgelegt, daß die ersten Kolben im kreisförmigen Bodenabschnitt verbleiben, wobei die zweiten Kolben in die Führungshülse greifen, ist mit einfachen Mitteln ein Teilhub des Stößels realisiert. Wird nun der Hydraulikdruck weiter erhöht, so gelingt es, die zweiten Kolben vollständig in ihre Bohrung im Innenkolben zu integrieren. Durch diese Maßnahme ist ein Null-Hub des Stößels realisiert. Mit weiter steigendem Öl¬ druck, wobei sichergestellt sein muß, daß bei diesem Schaltzustand die zweiten Kolben in ihrer Aufnahme in der Führungshülse verlaufen, können die ersten Kolben in ihre Radialbohrung im kreisringförmigen Bodenabschnitt verschoben werden. Somit ist eine Kupplung des Stößels auf den Nocken großen Hubes realisierbar.
Zur einfachen Herstellung der Aufnahme für den zweiten Kolben für seinen Kuppelzustand ist es denkbar, in die Führungshülse eine weitere Hülse zur unmittelbaren Lagerung des Innenkolbens aufzunehmen. Diese weitere Hülse weist dann die Bohrung für den weiteren Kolben auf. Diese Maßnahme ist ebenfalls für sämtliche hier gezeigten Stößel denkbar.
In Konkretisierung der Erfindung geht aus Anspruch 7 hervor, daß es vorgesehen ist, durch den Führungsansatz und einen Bund des kreisringförmigen Boden¬ abschnitts eine Querbohrung zu führen, durch welche eine einfache Versorgung der weiteren Kolben für ihre radial nach innen gerichtete Bewegung im Entkup- pelsinn geschaffen ist. Vorgesehen ist eine getrennte Versorgung der ersten und zweiten Kolben mit Hydraulikmittel über separate, hier nicht näher beschriebe¬ ne Öleinlässe im Hemd des Stößels. Denkbar ist es jedoch auch, einen gemein¬ samen Öleinlaß im Hemd vorzusehen.
Die Ansprüche 8 bis 12 betreffen eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Kuppelmechanismus. So ist in Anspruch 8 ausgeführt, daß die Bohrung für den zweiten Kolben im Innenkolben als Sackbohrung hergestellt ist, gegenüber deren Grund der zweite Kolben mittels einer Druckfe¬ der abgestützt ist, wobei er in seiner Ruheposition den Ringspalt zwischen Innenkolben und Führungshülse schneidet und abschnittsweise zumindest mittelbar in einer Radialbohrung der Führungshülse verläuft, wobei im kreisring¬ förmigen Bodenabschnitt eine weitere Radialbohrung verläuft, die im Grund¬ kreis der Nocken zu der Bohrung für den zweiten Kolben fluchtet, welche radial nach außen über eine Hülse/Scheibe öldicht verschlossen ist, und wobei der zweite Kolben, entgegen der Kraft der Druckfeder, über Hydraulikmittel, welches in die Radialbohrung des kreisringförmigen Bodenabschnitts bis un¬ mittelbar vor eine äußere Stirnfläche des zweiten Kolbens leitbar ist, derart nach innen verschiebbar ist, daß er seine Bohrung im Innenkolben radial nach außen nicht überragt. Die Ansprüche 8 und 9 insgesamt betreffen wiederum die evtl. Kuppelmöglichkeiten am Stößel. Bei geringem Hydraulikdruck ist somit der zweite Kolben über die Kraft der ihn beaufschlagenden Druckfeder in die Radialbohrung der Führungshülse integriert, wobei der erste Kolben in seiner Bohrung im kreisringförmigen Bodenabschnitt verbleibt. Bei diesem Kuppelzu¬ stand ist somit mit einfachen Mitteln ein Teilhub des durch den Stößel beauf- schlagten Ventils realisiert. Wird nun über eine separate Zuleitung Hydraulik¬ mittel vor die äußere Stirnfläche des zweiten Kolbens gebracht, verschiebt sich dieser nach innen. Das betreffende Gaswechsel ventil ist somit abgeschaltet. Wird für den zweiten Kolben der erstgenannte Schaltzustand hergestellt, und
der erste Kolben durch Hydraulikmittel derart beaufschlagt, daß er in seine Radialbohrung der Führungshülse verschoben wird, ist somit ein Formschluß zwischen dem äußeren kreisringförmigen Bodenabschnitt, der Führungshülse und dem Innenkolben hergestellt und das Gaswechsel ventil vollzieht einen Maximalhub. Denkbar ist es auch, sämtliche Schaltzustände über Hydraulik¬ mittel herzustellen, wobei dann auf die beschriebenen Druckfedern/ Zugfedern verzichtet werden kann. Eine alternative Variante der Ausgestaltung der Erfin¬ dung ist in den Ansprüchen 13 bis 18 beschrieben. So können die ersten und zweiten Kolben als teleskopartig ineinanderschiebbar ausgestaltet sein. Wichtig zum Verständnis der Erfindung ist es an dieser Stelle, daß beide Kolben radial nach außen über Druckfedern angefedert sind, wobei die Kraft der Druckfeder, welche den ersten Kolben beaufschlagt, geringer ist als die Kraft der Druckfeder für den zweiten Kolben. Bei nicht anliegendem Hydraulikdruck übergreift der erste Kolben die Trennfläche zwischen dem äußeren kreisringförmigen Boden- abschnitt und der Führungshülse, wobei der zweite Kolben den Ringspalt zwischen Führungshülse und Innenkolben gleichzeitig übergreift. Somit ist ein Maximalhub des Stößels hergestellt. Mit steigendem Hydraulikdruck wird der erste Kolben in eine komplementäre Aufnahme des zweiten hülsenartig ausge¬ bildeten Kolbens soweit geschoben, bis seine äußere Stirnfläche nicht mehr die Trennfläche schneidet. Somit folgt der Stößel der Kontur des kleineren zentralen Nockens. Mit weiter steigendem Hydraulikdruck wird die gesamte Einheit erster und zweiter Kolben weiter radial nach innen soweit verschoben, bis diese den Ringspalt nicht mehr schneidet. Der Stößel vollzieht somit gegenüber dem Innenkolben einen Leerhub und das betreffende Gaswechselventil bleibt ge- schlössen. Vorgesehen ist es auch, diese Teleskopanordnung radial von innen nach außen mit Hydraulikmittel zu beaufschlagen. Auch ist eine Variation einer Applikation von Druckfedern und Hydraulikmittel vorgesehen.
Eine einfache Verdrehsicherung vom Innenkolben zur Führungshülse bzw. vom kreisringförmigen Bodenabschnitt zur Führungshülse ist durch je eine Anfla- chung an einem in der Bohrung der Führungshülse eingesetzten Ring bzw. durch ein vom kreisringförmigen Bodenabschnitt sich radial erstreckendes Sicherungsteil geschaffen.
Weiterhin beschreiben die Ansprüche 19 bis 24 eine zusätzliche Ausgestaltung eines abschaltbaren und zugleich auf unterschiedliche Ventilhubkurven kuppel¬ baren Stößels. So geht es aus Anspruch 19 hervor, daß die Bohrung für den zweiten Kolben in etwa orthogonal und in einer Querebene zu der Bohrung für den ersten Kolben verläuft, daß der erste Kolben über die Kraft wenigstens einer Druckfeder bei nicht anliegendem Hydraulikdruck radial nach innen derart verschieblich ist, daß er die Trennfläche zwischen kreisringförmigen und kreis¬ förmigen Bodenabschnitt schneidet. Besonderes Merkmal dieser Erfindung ist es, daß über eine zentrale Ölversorgung und über separate Zwischenscheiben eine Verschiebung des ersten und zweiten Kolbens radial von innen nach außen realisiert ist, wodurch dann die verschiedenen Kuppelstufen hergestellt sind. So verbleibt bei geringem Hydraulikdruck der zweite Kolben in seiner Aufnahme im Innenkolben. Dem ersten Kolben ist radial nach innen eine Zwischenscheibe und ein Ausschieber vorgeordnet. Diese Elemente sind so angeordnet, daß eine Kraftübertragung vom großen Nocken über den kreisringförmigen Bodenab¬ schnitt, die Führungshülse und den Innenkolben auf das Gaswechsel ventil bei nicht anliegendem Hydraulikdruck realisiert ist. Gleichzeitig ist die Kraft einer den zweiten Kolben radial nach innen fixierenden Zugfeder stärker ausgelegt, als die Kraft einer die erste Kolbenanordnung radial nach innen verschiebenden Druckfeder.
Mit steigendem Hydraulikdruck wird also die erste Kolbenanordnung soweit radial nach außen verschoben, daß die Zwischenscheibe in der Dicke der Führungshülse vollständig in ihrer Bohrung der Führungshülse verbleibt. Somit ist ein Null-Hub des Gaswechselventils realisiert. Mit weiter steigendem Hy¬ draulikdruck wird der zweite Kolben entgegen Zugfederkraft in seine Ausspa¬ rung der Führungshülse verschoben. Ein Teilhub des Ventils ist hergestellt.
Zur Begrenzung der Radialbewegung des Ausschiebers mit seinen ihm vor- geordneten Elementen, weist der Ausschieber zweckmäßigerweise eine Nut auf, in die ein Anschlagelement eingreift. Die Nut besitzt die Länge der gewünsch¬ ten Verschiebebewegung des Ausschiebers. Somit wird ein weiteres radiales
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Auswandern der ersten Kolbeneinheit für den Schaltzustand des Teilhubes bei in seine Aussparung eingreifendem zweiten Kolben verhindert.
Eine einfache Anlagefläche für die den ersten Kolben radial nach innen beauf- schlagende Druckfeder ist durch eine Hülse in der Radialbohrung des kreisring¬ förmigen Bodenabschnitts für den ersten Kolben geschaffen. Gleichzeitig weist diese Hülse eine Bohrung auf, durch welche die beim Verschieben des ersten Kolbens verdrängte Luft entweichen kann.
Eine Verdrehsicherung der Stößelbauteile ist wiederum über miteinander kom¬ munizierende Anflachungen realisiert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung geht aus Anspruch 25 hevor. Hier ist beschrieben, daß die Feder für den zweiten Kolben in seiner Bohrung im Innenkolben als wenigstens eine Zugfeder ausgebildet ist, daß dem zweiten Kolben eine Zwischenscheibe vorgeordnet ist, die bei nicht anliegen¬ dem Hydraulikdruck den Ringspalt zwischen Innenkolben und Führungshülse übergreift und über eine Druckfeder, welche einenends in einer Radialbohrung der Führungshülse befestigt ist, radial nach innen angefedert ist, wobei die Radialbohrung der Führungshülse im Grundkreis der Nocken zu der Bohrung für den zweiten Kolben im Innenkolben fluchtet, wobei der erste Kolben im kreisringförmigen Bodenabschnitt in Umfangsrichtung versetzt, in seiner Boh¬ rung angeordnet und über die Kraft zumindest einer Druckfeder radial nach innen verschieblich ist, wobei der erste Kolben bei nicht anliegendem Hydrau- likdruck mit seiner inneren Stirnfläche die Trennfläche zwischen den beiden Einheiten nicht schneidet, so daß ein Teilhub des Stößels realisiert ist. Dieser Anspruch betrifft somit die "Grundstellung" der Stößelelemente bei lediglich gering anliegendem Hydraulikdruck. Die weiteren Ansprüche beziehen sich auf die alternativen Kuppelstufen. In der ersten Kuppelstufe bei geringem Hydraulik- druck ist somit ein Teilhub des Stößels realisiert, da zwischen Führungshülse und Innenkolben ein Formschluß über die Zwischenscheibe hergestellt ist. Mit steigendem Hydraulikdruck wird der zweite Kolben radial nach außen bis vor den Ringspalt geschoben. In dieser Stellung ist somit ein Leerhub des gesamten
Stößels realisiert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der zweite und erste Kolben über lediglich eine gemeinsame Zuleitung aus dem Zylinderkopf heraus mit
Hydraulikmittel versorgt sind.
Mit zunehmend steigendem Hydraulikdruck verdreht sich der Innenkolben mit seinen zweiten Kolben in bezug auf den zusätzlichen Zwischenkolben in Umfangsrichtung soweit, bis die Radialbohrungen für den zweiten und ersten Kolben zueinander fluchten. Somit gelingt es, über den zweiten Kolben den ersten Kolben radial nach außen mit weiter steigendem Hydraulikdruck derart zu verschieben, daß die Trennfläche sowie der Ringspalt gleichzeitig von den Kolbenelementen übergriffen sind. In dieser Kuppelstellung ist mit einfachen Mitteln somit ein Maximalhub des Stößels realisiert.
Durch den sich radial erstreckenden Flügel des Zwischenkolbens sind Anschlag- flächen für den verdrehbaren Innenkolben geschaffen und definiert.
Um eine einfache Rückstellung des Innenkolbens gegenüber dem Flügel des Zwischenkolbens zu schaffen, ist der Innenkolben mit einer Torsionsfeder im entgegengesetzten Drehsinn zu dem vom Hydraulikdruck erzeugten Drehsinn beaufschlagt. Denkbar ist jedoch auch eine Rückstellung wiederum über Hy¬ draulikdruck oder eine ähnlich geeignete.
Als einfache Abstützung für die den ersten Kolben radial nach innen beauf¬ schlagende Druckfeder ist diese radial nach außen an einem Boden einer in der Bohrung für den ersten Kolben angeordneten Hülse festgelegt. Vorgesehen kann jedoch auch eine Scheibe, ein Sicherungsring bzw. ein ähnlich geeignetes Element sein. Vorteilhaft weist diese Hülse/Scheibe eine Öffnung auf, um ein Entweichen der komprimierten Luft während der Verschiebebewegung des ersten Kolbens zu ermöglichen. Der Anspruch 31 sowie die folgenden Ansprüche 32 bis 36 beziehen sich auf eine weitere alternative Ausgestaltung der Erfindung.
40 Im Anspruch 31 ist aufgeführt, daß in der Bohrung des kreisringförmigen Boden¬ abschnitts, radial zwischen dieser und einem Außenmantel der Führungshülse, zumindest ein weiterer kreisringförmiger Bodenabschnitt angeordnet ist, der von zumindest einem Nocken kleineren bzw. unterschiedlichen Hubes als der Nocken für den jeweils ihn umschließenden kreisringförmigen Bodenabschnitt beaufschlagt ist, welcher über die radial verlagerbaren ersten Kolben wahlweise mit zumindest einem der weiteren Bodenabschnitte kuppelbar ist. Durch diese Anordnung wäre es möglich, eine beliebige Zahl unterschiedlicher Ventilhübe zu realisieren. Die Zahl der Nocken unterschiedlichen Durchmessers entspricht dabei der Zahl der unterschiedlich zu realisierenden Hübe. Dabei wird über den zentralen Nocken ein Null- bzw. Minimalhub hergestellt. Die weiteren Ansprüche betreffen dabei wiederum die unterschiedlichen Kuppelstufen. So ist bei drucklosem Zustand hier ein Maximalhub über formschlüssig gekuppelte Bodenabschnitte hergestellt. Mit steigendem Hydraulikdruck wird der erste Kolben vollständig in seine Radialbohrung verschoben, so daß ein Teilhub im Sinne des ihm radial nach innen benachbarten Nockens kleineren Hubes realisiert ist. Mit weiter steigendem Hydraulikdruck wird das den ersten Kolben bisher beaufschlagende Schiebeteil teilweise in die Radialbohrung des ersten Kolbens soweit verschoben, daß das Schiebeteil mit seiner inneren Stirnfläche vor dem Außenmantel des kreisringförmigen Bodenabschnitts verläuft. Somit folgt der Stößel der Kontur des zentralen Nockens. Sofern bei dieser Ausgestal¬ tung abweichende Zuordnungen der Nockengrößen gewählt wurden, sind für die jeweiligen Kuppelstufen auch andere Hübe festzustellen.
Eine einfach herzustellende Wegbegrenzung für die gesamte Kolbeneinheit ist wiederum durch eine Stift-Nut-Verbindung am zentralen Ausschieberteil herge¬ stellt. Denkbar ist es jedoch auch, durch sich vom entsprechenden Bodenteil in Richtung zum Kolbenteil erstreckende bzw. umgekehrt verlaufende Ausnehmun¬ gen einen formschlüssigen Anschlag zur Begrenzung der radialen Verschiebebe- wegung der Kolbeneinheit zu schaffen.
Zur Realisierung eines inneren Kraftflusses für eine Druckfeder (siehe Anspruch 35), welche sich an einem Ende der Führungshülse über einen Blechring ab-
stützt, weist der kreisförmige Bodenabschnitt, sowie der jeweilige ihn umschlie¬ ßende weitere kreisringförmige Bodenabschnitt, einen radial nach außen über¬ stehenden Bund auf, welcher ebenfalls bei den zuvor beschriebenen Ausgestal¬ tungen denkbar ist. Dieser Bund dient zusätzlich als Axialanschlag für einen bohrungsseitigen Absatz des äußeren und weiteren kreisringförmigen Boden¬ abschnitts. Somit ist im Grundkreis der Nocken garantiert, daß die jeweiligen Radialbohrungen für die Kolben auf einer Querebene der Stößel verlaufen und beim Transport des gesamten Nockenfolgers ein Auseinanderfallen dieses verhindert ist. Somit kann auf zusätzliche kostenerhöhende Transportsicherun- gen verzichtet werden.
Ebenso ist es bei dieser Variante, wie bei den vorgenannten, denkbar, die Kolben in sie umschließenden Hülsen aufzunehmen. Insbesondere der erste, radial äußere Kolben stützt sich mit seiner Druckfeder am Boden einer der- artigen Hülse ab, wobei anstatt der Hülse über den ersten Kolben ebenfalls eine Scheibe als Anschlagelement appliziert werden kann.
Schließlich betreffen die Ansprüche 37 bis 44 zweckmäßige Ausgestaltungen, welche für sämtliche der hier gezeigten schaltbaren Stößelvarianten denkbar sind.
So gestaltet sich die gesamte Erfindung besonders vorteilhaft, wenn, wie in Anspruch 37 dargelegt, zwischen einer nockenfernen Stirnseite des Innenkolbes, in der Bohrung der Führungshülse ein hydraulisch wirkendes Spielausgleichs- element eingesetzt wird. Denkbar ist es, eine Versorgung dieses Spielausgleichs¬ elements sowie der Kolben über eine gemeinsame Ansteuerleitung ausgehend vom Hemd des Stößels zu realisieren. Ein Einstellen des ansonsten notwendigen Ventilspiels entfällt somit für sämtliche Stößel Variationen.
Im kreisförmigen Bodenabschnitt kann ebenfalls eine Entlüftungsbohrung vor¬ gesehen sein. Diese ist notwendig, um die bei der relativen Leerhubbewegung des Innenkolbens in der Führungshülse komprimierte Luft mit einfachen Mitteln entweichen zu lassen. Ansonsten wäre es denkbar, daß die Leerhubbewegung
des Innenkolbens durch das sich aufbauende Luftpolster unnötig erschwert wäre. Gleichzeitig gelingt es, durch diese Entlüftungsbohrung überschüssiges Hydraulikmittel zu entfernen.
Der Anspruch 40 bezieht sich auf die für die unterschiedlichen Schaltstufen notwendigen Hydraulikdrücke, wobei die Erfindung auch bei anderen Drücken ausführbar ist. Vorgesehen ist es, wie eingangs erwähnt, auf eine zusätzliche Ölpumpe zu verzichten. Dabei kann eine Kupplung der Elemente im drucklosen bzw. im Druckzustand hergestellt sein. Ebenso ist es vorgesehen, um das Hydraulikelement von den unterschiedlichen Versorgungsdrücken mit Hydrauli- köl für die Kuppelelemente zu trennen, separate Ansteuerungen für das Hydrau¬ likelement und die Kuppelelemente vorzusehen. Dies hat auch den Vorteil, daß evtl. von den Kuppelelementen auf die Ölsäule übertragene Schwingungen physisch entkuppelt vom Hydraulikelement sind. Versuche haben gezeigt, daß es im ungünstigsten Falle zum unerwünschten Öffnen des Hydraulikelements durch die schwingende Ölsäule während seiner Hochdruckphase kommen kann.
Die Leerhubbewegung des kreisförmigen Bodenabschnittes gegenüber dem Innenkolben wird durch den realisierten Abstand der nockennahen Stirnfläche des Innenkolbens zur Führungshülse definiert. Somit ist sichergestellt, daß es zu keinem unerwünschten Öffnen des Gaswechselventils während seines er¬ wünschten Null-Hubes kommt.
Schließlich ist es denkbar, wenigstens eines der Bauteile (Bodenabschnitte, Führungshülse, Hydraulikkolben...) aus einem Kunststoff bzw. Leichtbauwerk¬ stoff zu fertigen. Gegebenenfalls können entsprechende Verschleißstellen, beispielsweise die Kontaktstellen der Bodenabschnitte mit dem Steuernocken, mit einer zusätzlichen Verschleißschutzschicht versehen werden. Auch ist es denkbar, im Kantenbereich der Radialbohrungen für die ersten und zweiten Kolben bzw. Ausschieber Verschleißschutzmaßnahmen vorzusehen. Durch die erstgenannten Leichtbau maßnahmen verringern sich in vorteilhafter Weise die oszillierenden Massen im Ventiltrieb.
Die Erfindung ist nicht nur auf die Merkmale ihrer Ansprüche beschränkt.
Denkbar und vorgesehen sind auch Kombinationsmöglichkeiten einzelner
Anspruchsmerkmale, insbesondere Kombinationsmöglichkeiten der in die einzelnen Kuppelstufen aufgegliederten Unteransprüche für die jeweilige Ausgestaltung und Kombinationsmöglichkeiten einzelner Anspruchsmerkmale mit dem in den Vorteilsangaben und zum Ausgestaltungsbeispiel Offenbarten.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erste Variante eines erfin¬ dungsgemäßen Stößels;
Figur 2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Schaltein¬ richtung;
Figur 3 eine zusätzliche Variante im Querschnitt eines dreifach schaltbaren Stößels;
Figur 4 eine alternative Ausgestaltung nach Figur 3;
Fig. 5 - 7 eine zusätzliche Variante eines dreifach schaltbaren Stößels und
Figur 8 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausgestaltung.
Anhand der nachfolgend beschriebenen Figur 1 soll zusätzlich zu der speziellen Ausgestaltung der erfindungsgemäß schaltbare Stößel allgemein erläutert wer¬ den.
Aus Figur 1 geht ein Stößel 1 hervor. Dieser weist einen kreisringförmigen Bodenabschnitt 2 auf, welcher einen kreisförmigen Bodenabschnitt 3 ein¬ schließt. Der kreisringförmige Bodenabschnitt 2 wird dabei von zumindest einem Nocken größeren Hubes als der kreisförmige Bodenabschnitt 3 beauf-
AI, schlagt. Mit dem kreisringförmigen Bodenabschnitt 2 ist radial außen ein hohl- zylindrisches Hemd 4 einteilig verbunden. Mit einem Außenmantel 5 des Hemdes 4 verläuft der Stößel 1 in einer Bohrung eines hier nicht dargestellten Zylinderkopfes. Der kreisförmige Bodenabschnitt 3 weist an seiner den Nocken abgewandten Stirnfläche 6 eine Führungshülse 7 auf. Die Führungshülse 7 ist dabei von einer Bohrung 8 des kreisringförmigen Bodenabschnitts 2 bzw. von seinem Bund 9 umfaßt. Innerhalb der beiden Bodenabschnitte 2, 3 verlaufen zwei radial nach außen verlagerbare erste Kolben 10. Diese Kolben 10 sind hier in ihrem Ruhezustand in einer Radialbohrung 11 des kreisförmigen Boden- abschnitts 3 positioniert. Dabei werden sie über die Kraft je einer Zugfeder 12 radial nach innen in ihrer Radialbohrung 11 gehalten. Im Grundkreis der hier nicht dargestellten Nocken fluchtet eine weitere Radialbohrung 13, hier als Durchgangsbohrung hergestellt, zu der Radialbohrung 11. Somit kann für den erwünschten Kuppelfall der jeweilige erste Kolben 10 in die Radialbohrung 13 über Hydraulikmittel verschoben werden und eine formschlüssige Verbindung der beiden Bodenabschnitte 2, 3 ist hergestellt. Auf diesen Kuppelmechanismus wird an dieser Stelle sowie bei den nachfolgenden Figurenbeschreibungen nicht weiter eingegangen, weil dies ohnehin schon in der Beschreibungseinleitung dargelegt wurde und der Fachwelt allgemein bekannt ist.
Als Begrenzung der radial nach außen gerichteten Bewegung der ersten Kolben 10 weist die Radialbohrung 13 des kreisringförmigen Bodenabschnitts 2 je eine Anschlaghülse 15 auf. Um ein ungehindertes Entweichen von Leckmengen an Hydraulikmittel bzw. komprimierter Luft zu ermöglichen, ist je Anschlaghülse 15 ein Durchlaß 16 geschaffen. Denkbar sind jedoch auch weitere Anschlag¬ elemente 15, beispielsweise derartige als Scheibe ausgebildete bzw. Sicherungs¬ ringe, Anschlagnasen oder ähnliche Ausgestaltungen.
Zur Realisierung der dritten Kuppelstufe verläuft in einer Bohrung 17 der Füh- rungshülse 7 ein axial verschiebbarer und gegenüber der nockenfernen Stirn¬ fläche 6 des kreisförmigen Bodenabschnitts 3 beabstandeter Innenkolben 18. Dieser ist mit seiner einen Stirnseite 19 einem Ende eines nicht dargestellten Ventilschaftes eines Gaswechselventils zugewandt. Die Führungshülse 7 ist hier
zweigeteilt ausgebildet. Somit verläuft der Innenkolben 18 unmittelbar in einer ortsfest in der Führungshülse 7 aufgenommenen weiteren Hülse 20, welche mit ihrem Boden 21 am kreisförmigen Bodenabschnitt 3 anliegt. Im Innenkolben 18 verläuft radial eine weitere Bohrung 22. In ihr ist beidendig je ein zweiter Kolben 23 positioniert. Diese Kolben 23 sind radial nach außen über die Kraft je einer druckausübenden Feder 24 beaufschlagt. Die zweiten Kolben 23 übergreifen bei der hier gezeigten Variante einen Ringspalt 25 zwischen den
Elementen 20, 18, und verlaufen somit abschnittsweise in einer Bohrung 26 der
Führungshülse 7 bzw. ihrer Hülse 20.
Zur Erzielung des eingangs beschriebenen Null-Hubes sind die zweiten Kolben 23 entgegen der Kraft ihrer Druckfeder 24 radial nach innen über Hydraulik¬ mittel verschiebbar. In dieser Kuppelstellung überragen sie dann mit ihrer äußeren Stirnfläche 27 nicht mehr ihre Öffnung 28 der Bohrung 22.
Eine Zuleitung von Hydraulikmittel vor die äußere Stirnfläche 27 der zweiten Kolben 23 ist dadurch hergestellt, daß sich in der weiteren Hülse 20 axial ein Kanal 29 bis vor die Stirnfläche 27 der zweiten Kolben 23 erstreckt. Dieser Kanal 29 mündet in Nockenrichtung in eine Querbohrung 30 durch den Bund 9 sowie die Führungshülse 7. Unmittelbar vor der äußeren Stirnfläche 27 der Kolben 23 ist zweckmäßigerweise ein Ringraum 31 für das Hydraulikmittel appliziert. Eine Verdrehsicherung der beiden Bodenabschnitte 2, 3 zueinander ist über radial innen liegende Stirnflächen 32 der Anschlaghülsen 15 geschaffen. Diese kommunizieren mit Anflachungen 33 (siehe auch folgende Figuren) am Außenmantel 34 der Führungshülse 7.
Als axiale Wegbegrenzung der beiden Bodenabschnitte 2, 3 zueinander sowie als Verliersicherung weist der kreisförmige Bodenabschnitt 3 nockenseitig einen radial überstehenden Bund 35 auf. Dieser Bund 35 wirkt im zusammengescho- benen Zustand der beiden Einheiten 2, 3 mit einem radial nach innen weisen¬ den Abschnitt 36 (Absatz 37) zusammen.
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Bei dieser Variante sind getrennte Hydraulikpfade zur Beaufschlagung der ersten und zweiten Kolben 10, 23 realisiert. Auf diese Ausgestaltung soll jedoch an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden. Um ein einfaches Entfernen der vom Innenkolben 18 eingeschlossenen Luftmenge zu realisieren, weist dieser wenigstens eine sich axial erstreckende Entlüftungsbohrung 39 auf. Gleichzeitig ist der Innenkolben 18 gegenüber der nockenfernen Stirnfläche 6 des kreisförmi¬ gen Bodenabschnitts 3 über eine Druckfeder 40 abgestützt. Eine nockennahe Stirnfläche 41 des Innenkolbens 18 weist zu der nockenfernen Stirnfläche 6 des kreisförmigen Bodenabschnitts 3 bzw. zum Boden 21 der Hülse 20 zumindest einen Abstand auf, welcher einer Höhe einer gewünschten Leerhubbewegung des Innenkolbens 18 gegenüber der Führungshülse 7 entspricht.
Ein nockenfernes Ende der Führungshülse 7 ist von einem Blechring 42 umfaßt. Auf diesem Blechring 42 stützt sich einenends eine Druckfeder 43 ab, welche andererseits mittelbar auf eine nockenferne Stirnseite 44 des kreisringförmigen Bodenabschnitts 2 einwirkt.
In der figürlich gezeigten Ausgestaltung ist lediglich eine Kupplung des Innen¬ kolbens 18 mit der Hülse 20 realisiert. Somit vollzieht der Stößel 1 einen kleinen Hub im Sinne des den kreisförmigen Bodenabschnitt 3 beaufschlagen¬ den zentralen Nockens. Wird nun Hydraulikmittel über die Bohrungen 30, 29 und 31 vor die Stirnfläche 27 der zweiten Kolben 23 geleitet, verschieben diese sich radial nach innen und verbleiben in ihrer Radialbohrung 22 im Innenkol¬ ben 18. Durch diese Ausgestaltung ist mit einfachen Mitteln ein Null-Hub des betreffenden Gaswechselventils realisiert. Ist jedoch die eingangs beschriebene Kuppelstellung der zweiten Kolben 23 beibehalten, und werden die ersten Kolben 10 über Hydraulikmittel radial nach außen in die Radialbohrung 13 bis an die Anschlaghülse 15 geführt, ist ein Formschluß zwischen den beiden Bodenabschnitten 2, 3 hergestellt. Der Stößel 1 folgt der Kontur des äußeren Nockens großen Hubes, welcher den kreisringförmigen Bodenabschnitt 2 im Hubsinne beaufschlagt.
I? Da die in Figur 1 gezeigte Variante nicht mit einem hydraulischen Ventilspiel¬ ausgleich ausgestattet ist, kann eine Anpassung des Ventilspiels durch zwischen Ventil und Innenkolben 18 positionierte Einstellscheiben hergestellt werden. Denkbar ist jedoch auch eine Gestaltung der Nockenkontaktfläche des kreisför- migen Bodenabschnitts 3 derart, daß eine Ventilspiel-Einstellscheibe eingesetzt werden kann.
Figur 2 zeigt in einem Querschnitt eine erste alternative Gestaltungsvariante der Erfindung. Hierbei ist die Bohrung 22 für den zweiten Kolben 23 als Sackboh- rung hergestellt. Gegenüber einem Grund 45 der Bohrung 22 ist der zweite Kolben 23 mittels der hier als Druckfeder ausgelegten Feder 24 radial nach außen angefedert. Zugleich verläuft im kreisringförmigen Bodenabschnitt 2 die weitere Radialbohrung 13 für den ersten Kolben 10. Die hier beschriebenen Bohrungen fluchten im Grundkreis der Nocken zueinander. In der Bohrung 13 sitzt unmittelbar eine Hülse 46, mit ihrem Boden 47 radial nach außen ge¬ wandt, ein. Der erste Kolben 10 wird hier über die Kraft der als Druckfeder ausgelegten Feder 12 radial nach außen gehalten.
In der hier gezeigten Variante ist ein Teilhub des Stößels 1 in der in den Vor- teilsangaben zu den Ansprüchen beschriebenen Art und Weise realisiert. Vor Stirnflächen 48, 49 der Kolben 23, 10 ist Hydraulikmittel über je eine sehnen¬ artig verlaufende Bohrung 50, 51 durch den kreisringförmigen Bodenabschnitt 2 leitbar. Als Verdrehsicherung der Elemente 2, 3, 18 dient wiederum je ein in einer Radialbohrung 26 der Führungshülse 7 verlaufender Ring 52. Beidseitige Stirnflächen 53 des Rings 52 wirken mit entsprechenden gegenüberliegenden Anflachungen 54, 55 am Innenkolben 18 bzw. der Hülse 46 oder einer Hülse 56 des kreisringförmigen Bodenabschnitts 2 zusammen. Die Hülse 56 im kreisringförmigen Bodenabschnitt 2 dient hierbei lediglich einer Ölzuführung für eine radial nach innen gewandte Bewegung des zweiten Kolbens 23. Hierbei wirkt ebenfalls seine Stirnfläche 57 mit der Anflachung 55 des Ringes 52 zusammen.
Aus Figur 3 geht ein weiterer Querschnitt einer zusätzlichen Anordnung der Verriegelungselemente hervor. Besonderes Merkmal dieser Ausgestaltung ist es, daß die beiden Kolben 10, 23 teleskopartig ineinanderschiebbar sind. Je Stößel 1 sind zwei sich diametral gegenüberliegende und auf einer Querebene ver- laufende Kolbenanordnungen 10, 23 vorgesehen.
Der erste Kolben 10 verläuft hier wiederum in der Radialbohrung 13 des kreisringförmigen Bodenabschnitts 2 und übergreift bei nicht anliegendem Hydraulikdruck die Trennfläche 14 zwischen den Einheiten 2, 7. Der betreffen- de zweite Kolben 23 ist hier hülsenartig ausgebildet, wobei seine Öffnung 59 radial nach außen weist. Der zweite Kolben 23 ist dabei radial nach außen über die Kraft seiner inneren Druckfeder 24 abgestützt. Er überschneidet bei diesem Schaltzustand nicht die Trennfläche 14, jedoch den Ringspalt 25 zwischen den Einheiten 7, 18. Dadurch, daß der erste Kolben 10 die Trennfläche 14 übergreift und gleichzeitig in einer inneren Aufnahme 59 des zweiten Kolbens 23 verläuft, wird bei dem figürlich gezeigten Schaltzustand wiederum ein Maximalhub des Stößels 1 hergestellt. Wird nun Hydraulikmittel durch die Bohrung 51 vor die äußere Stirnfläche 49 des ersten Kolbens 10 geleitet, verschiebt sich dieser entgegen der Kraft der Druckfeder 12 in Richtung auf einen Boden 60 des zweiten Kolbens 23 zu. Sofern der Kolben 10 vollständig im zweiten Kolben 23 verläuft, überragt er radial nach außen mit seiner äußeren Stirnfläche 49 nicht mehr die Trennfläche 14, so daß ein Teilhub des gesamten Stößels 1 realisiert ist. Bei weiterer Beaufschlagung mit Hydraulikdruck verschiebt sich die gesamte Einheit 10, 23 radial nach innen hinter den Ringspalt 25. Während dieses Schaltzustandes ist somit der erwünschte Null-Hub des Stößels 1 realisiert. Wichtig für die Funktion dieser Vorrichtung ist es, daß die Druckfeder 12 schwächer dimensioniert ist als die Druckfeder 24.
Eine Zuleitung des Hydraulikmittels in die Radialbohrung 13 des kreisringförmi- gen Bodenabschnitts 2 ist wiederum über je eine sehnenartig zum kreisringför¬ migen Bodenabschnitt 2 verlaufende Bohrung 51 realisiert. Die Radialbohrung 13 ist dabei an ihrem äußeren Ende durch einen Stopfen 61 öldicht verschlos¬ sen. Zwischen den Stopfen 61 und die Scheibe 46 mündet die sehnenartige
-9 Bohrung 51 mit ihrem Hydraulikmittelzufluß. Die Scheibe 46 weist dabei eine
Öffnung 62 für einen ungehinderten Übertritt von Hydraulikmittel vor die Stirnfläche 49 des ersten Kolbens 10 auf. Gleichzeitig dient die Scheibe 46 als Axialanschlag für den ersten Kolben 10.
Zur Verdrehsicherung von Führungshülse 7 zu Innenkolben 18 dienen wie¬ derum die zu der vorherigen Figur beschriebenen Maßnahmen. Eine Verdrehsi¬ cherung vom kreisringförmigen Bodenabschnitt 2 zur Führungshülse 7 (kreisför¬ miger Bodenabschnitt 3) ist hier über ein Sicherungsteil 63 hergestellt, welches im kreisringförmigen Bodenabschnitt 2 auf einem Umfangsabschnitt versetzt zu den Bohrungen 13, 22 für die Kolben 10, 23 verläuft. Das Sicherungsteil 63 weist radial innen eine Anflachung 54 auf, welche mit einer entsprechenden Anflachung 55a am Außenmantel 34 der Führungshülse 7 korreliert.
Figur 4 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung gemäß den vorgenannten. Hierbei verläuft die Axiallinie des ersten Kolbens 10 orthogonal zu der Axialli¬ nie für den zweiten Kolben 23. Der Fachmann kann sich jeweils ein Paar von gegenüberliegenden Kolben 10, 23 der Figur 4 entnehmen. Dem ersten Kolben 10 ist radial nach innen eine Zwischenscheibe 64 nachgeordnet, welche wie- derum von einem dieser nachgeordneten Ausschieber 65 radial nach außen beaufschlagbar ist. Der erste Kolben 10 ist wiederum über die Kraft einer Druckfeder 12 radial nach innen angefedert.
Die Figur 4 zeigt den Schaltzustand bei nicht anliegendem Druck an Hydraulik- mittel. Da der Kolben 23 von seiner Zugfeder 24 in seiner Bohrung 22 voll¬ ständig gehalten ist, und die weiteren Elemente 10, 64 die Trennfläche 14 sowie den Ringspalt 25 übergreifen, ist somit ein Maximalhub des Stößels 1 hergestellt. Die Kraft der Zugfeder 24 ist stärker als die Kraft der Druckfeder 12 ausgelegt. Somit verschiebt sich mit steigendem Hydraulikdruck die Einheit 10, 64, 65 radial nach außen, bis das Teil 64 in dem Ring 52 vollkommen einliegt. Da die Zwischenscheibe 64 in ihrer Dicke der Dicke des Ringes 52 entspricht, ist somit ein Leerhub der gesamten Einheit hergestellt.
Des weiteren ist es möglich, den Hydraulikdruck weiter zu erhöhen, so daß der
Kolben 23 in seine komplementäre Aussparung 66 mit Teilbereichen seiner
Mantelfläche geschoben wird. Somit ist ein Teilhub des gesamten Stößels 1 hergestellt. Zur Begrenzung der radialen Verschiebebewegung des Ausschiebers 65 weist dieser eine Längsnut 67 auf, in die ein Anschlagelement 68 eingreift.
Eine Verdrehsicherung des kreisringförmigen Bodenabschnitts 2 mit seinem Hemd 5 (siehe Figur 1) gegenüber seiner Bohrung 114 im Zylinderkopf 70 ist über zumindest einen, zylinderförmigen und sich längs erstreckenden, Körper 69 im Hemd 5 hergestellt. Denkbar ist es auch, diesen Körper 69 von der Bohrung 114 des Zylinderkopfes 70 ausgehen zu lassen und in eine entspre¬ chende Längsnut des Hemdes 5 zu integrieren.
Die Figuren 5 bis 7 zeigen weiterhin eine zusätzliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen schaltbaren Stößels 1. Hierbei ist es ein besonderes Merk¬ mal, daß der Innenkolben 18 um seine Axiallinie drehbar in der Bohrung 17 der Führungshülse 7 eingebaut ist. Der zweite Kolben 23 ist dabei in seiner Bohrung 22 im Innenkolben 18 durch eine Zugfeder 24 radial nach innen im drucklosen Zustand gehalten. Diesem zweiten Kolben 23 ist eine Zwischen- scheibe 64 vorgeordnet, welche bei diesem Druckzustand den Ringspalt 25 übergreift. Radial nach innen wirkt auf die Zwischenscheibe 64 eine zusätzliche Druckfeder 73. Diese verläuft in der Radialbohrung 26 der Führungshülse 7. Die Radialbohrung 26 ist im Grundkreis der Nocken 71, 72 fluchtend zu der Bohrung 22 für die zweiten Kolben 23 positioniert.
Wie der Figur 6 zu entnehmen ist, verläuft der erste Kolben 10 mit seiner Axialiinie orthogonal zu der Axiallinie für die zweiten Kolben 23. Vorgesehen sind jeweils zwei erste Kolben-Anordnungen je Stößel 1, welche sich diametral gegenüberliegen. Der erste Kolben 10 verläuft wiederum in seiner Bohrung 13 im kreisringförmigen Bodenabschnitt 2 und ist über die Kraft der Druckfeder 12 radial nach innen angefedert. Zugleich ist dem ersten Kolben 10 in einer Boh¬ rung 75 der Führungshülse 7 ein Zwischenstück 76 in der Dicke der Führungs¬ hülse 7 vorgeordnet. Dadurch, daß der erste Kolben 10 mit seiner inneren Stirn-
fläche 74 die Trennfläche 14 nicht schneidet und daß die Zwischenscheibe 64 den Ringspalt 25 schneidet, ist ein Teilhub des gesamten Stößels 1 im Sinne des zentralen Nockens 72 realisiert.
Mit steigendem Hydraulikdruck wird der zweite Kolben 23 mit seiner ihm vorgeordneten Zwischenscheibe 64 radial nach außen derart bewegt, daß er mit seiner äußeren Stirnfläche 27 unmittelbar vor dem Ringspalt 25 verläuft und die Zwischenscheibe 64 in ihre Bohrung 26 in der Führungshülse 7 verschoben hat. In dieser Position ist ein Null-Hub des gesamten Stößels 1 hergestellt.
Zur Realisierung seiner Drehbewegung weist der Innenkolben 18 einen zen¬ trisch angeordneten Zwischenkolben 77 auf (siehe auch Figur 7). Der Zwischen¬ kolben 77 verläuft dabei in der Bohrung 17 der Führungshülse 7 und besitzt einen in Nockenrichtung weisenden Ansatz 78, welcher in einer komplementä- ren Aufnahme 79 des Innenkolbens 18 verläuft. Vom Ansatz 78 des Zwischen¬ kolbens 77 erstreckt sich radial nach außen ein bis an die Bohrung 17 der Führungshülse 7 geführter Flügel 80. Zwischen einem Schenkel 81 des Flügels 80 und in Umfangsrichtung gesehen dem Innenkolben 18 ist eine Aussparung 83a im Umfang der gewünschten Verdrehung des Innenkolbens 18 gegenüber dem ortsfesten Flügel 80 hergestellt.
Zwischen einem in Umfangsrichtung gesehen weiteren Schenkel 82 und dem Innenkolben 18 verläuft eine zusätzliche Aussparung 83. In diese Aussparung 83 ist Hydraulikmittel über eine sich durch den kreisringförmigen Bodenab- schnitt 2 und die Führungshülse 7 erstreckende Zuleitung 84 leitbar. Wird nun Hydraulikmittel in diese Aussparung 83 geleitet, verdreht sich der Innenkolben 18 hier entgegengesetzt zur Uhrzeigerrichtung und kommt mit seiner einen Anschlagfläche 85 am Schenkel 81 des Flügels 80 zur Anlage. Die Anschlag¬ fläche 85 sowie der Schenkel 81 schließen in sich einen Winkel von 90° ein, so daß die Bohrung 22 für den zweiten Kolben 23 fluchtend zu der Bohrung 13 für den ersten Kolben 10 verläuft (siehe Figur 6). Sodann gelingt es, über eine nicht näher beschriebene weitere Zufuhr von Hydraulikmittel zu dem zweiten Kolben 23, diesen gemeinsam mit dem Zwischenstück 76 und dem ersten
11 Kolben 10, um ein definiertes Maß radial nach außen entgegen der Kraft der
Druckfeder 12 zu bewegen. Der Verschiebeweg dieser letztgenannten Einheit ist so bemessen, daß einerseits der zweite Kolben 23 den Ringspalt 25 schnei¬ det und andererseits das Zwischenstück 76 die Trennfläche 14 schneidet. Somit ist ein Maximalhub des gesamten Stößels 1 realisiert, da ein Formschluß zwi¬ schen den Einheiten 2, 3, 18 hergestellt ist.
Eine Rückstellung des Innenkolbens 18 erfolgt mit nachlassendem Hydraulik¬ druck über die Kraft einer Torsionsfeder 86. Diese verläuft in einem Ringraum 87 zwischen der nockenfernen Stirnseite 19 des Innenkolbens 18 und dem Zwischenkolben 77 (siehe Figur 5). Dabei umfaßt sie einerseits abschnittsweise den zentrischen Ansatz 78 des Zwischenkolbens 77 und ist andererseits zu¬ gleich an der Stirnseite 19 des Innenkolbens 18 sowie am Zwischenkolben 77 befestigt. In der Bohrung 13 des kreisringförmigen Bodenabschnitts 2 verläuft unmittelbar wiederum die Hülse 46. An derem Boden 47 stützt sich in an sich bekannter Weise die Druckfeder 12 einenends ab. Dabei weist die Hülse 46 bodenseitig einen Durchlaß 88 für Luft überschüssiges Hydraulikmittel auf. Als Verdrehsicherung des kreisringförmigen Bodenabschnitts 2 gegenüber der Füh¬ rungshülse 7 dient hier wiederum die innere Stirnfläche 53 der Hülse 46, welche mit einer entsprechenden Anflachung 54 des Außenmantels 34 der Führungshülse 7 kommuniziert.
In einer nockenfernen Bohrung 89 des Zwischenkolbens 77 ist hier ein hydrau¬ lisch wirkendes und nicht näher bezeichnetes Spielausgleichselement 90 inte- griert, welches unmittelbar mit einem Ende eines Gaswechsel ventils zusammen¬ wirkt. Ebenso ist es für die vorgenannten Ausgestaltungen denkbar, ein der¬ artiges Spielausgleichselement 90 in die Bohrung 17 der Führungshülse 7 bzw. in den Innenkolben 18 zu integrieren.
Schließlich zeigt die Figur 8 eine alternative Ausgestaltung eines schaltbaren Stößels 1. Hierbei verläuft in der Bohrung 8 des kreisringförmigen Bodenab¬ schnitts 2, radial zwischen dieser und einem Außenmantel 34 der Führungs¬ hülse 7, ein weiterer kreisringförmiger Bodenabschnitt 91. Dieser wird von
einem Nocken 92 beaufschlagt. Der Nocken 92 überträgt auf den Bodenab¬ schnitt 91 einen Hub, welcher hier zwischen dem Hub der Nocken 71 , 72 liegt. Im Sinne des Bodenabschnitts 91 ist es auch denkbar, weitere derartige Bodenabschnitte innerhalb der Bohrung 8 anzuordnen, durch welche weitere unterschiedliche Ventilhübe realisiert werden können. Bei dieser Ausgestaltung entspricht die Zahl der unterschiedlich möglichen Ventilhübe der Zahl der Nocken gleichen Hubes. Im Bodenabschnitt 91 verläuft eine zusätzliche Radial¬ bohrung 93, die im Grundkreis der Nocken 71, 92, 72 fluchtend zu den Radial¬ bohrungen 13, 22 der Bodenabschnitte 2, 3 verläuft. In der Radialbohrung 13 des äußersten ringförmigen Bodenabschnitts 2 ist wiederum der erste Kolben 10 positioniert. Dieser ist über die Druckfeder 12 radial nach innen angefedert. Der erste Kolben 10 überragt bei diesem Schaltzustand die Trennfläche 14 mit seiner inneren Stirnfläche 74. in der Bohrung 93 des zusätzlichen ringförmigen Bodenabschnitts 91 ist ein Schiebeteil 94 positioniert. Das Schiebeteil 94 ist in seiner Länge derart dimensioniert, daß es bei diesem Kuppelzustand zugleich in der Bohrung 22 angeordnet ist und mit seiner inneren Stirnseite 95 mit einem in der Bohrung 22 positionierten Ausschieber 96 kommuniziert.
In dem figürlich gezeigten Kuppelzustand ist durch die erfindungsgemäße Kolbenanordnung ein Maximalhub des Stößels 1 garantiert. Die gesamte Kol¬ benanordnung kann radial nach außen über Hydraulikdruck, welcher an innere Stirnseiten 98 der Ausschieber 96 anlegbar ist, radial nach außen zur Erzielung weiterer Kuppelstufen verschoben werden. Dabei bewegt sich die gesamte Kolbeneinheit radial nach außen entgegen der Kraft der jeweiligen Druckfeder 12. Der Hydraulikdruck kann nun soweit gesteigert werden, daß die Kolben¬ einheit sich derart radial nach außen verschiebt, daß der erste Kolben 10 mit seiner inneren Stirnfläche 74 seine Radialbohrung 13 nach innen nicht mehr überragt, wobei das Schiebeteil 94 die innere Trennfläche 97 weiterhin überragt und mit seiner äußeren Stirnfläche 99 vor der Bohrung 8 verläuft. Durch diese Gestaltungsform folgt der gesamte Stößel 1 der Hubkontur des Steuernockens 92, da die Bodenabschnitte 91, 3 über das Schiebeteil 94 formschlüssig mitein¬ ander verbunden sind.
Ist nun eine Kupplung des gesamten Stößels 1 auf den Hubverlauf des zentralen Nockens 72 gewünscht, welcher wahlweise einen Minimal- bzw. Null-Hub realisiert, wird die gesamte Kolbeneinheit über Hydraulikmittel weiter derart nach außen radial verschoben, daß das Schiebeteil 94 mit seiner inneren Stirnseite 95 seine Radialbohrung 93 radial nach innen nicht mehr überragt, wobei somit der Ausschieber 96 vor der inneren Trennfläche 97 mit seiner äußeren Stirnfläche 100 sitzt.
Vom kreisförmigen Bodenabschnitt 3 erstrecken sich in Axialrichtung gesehen in die Bohrung 22 Stifte 101. Diese Stifte 101 greifen in eine komplementäre Nut 102 der Ausschieber 96 ein. Die Länge der Nut 102 ist dabei so bemessen, daß eine axiale Wegbegrenzung der gesamten Kolbeneinheit realisiert ist. Denkbar ist es auch, ähnliche derartige Wegbegrenzungsmaßnahmen zu reali¬ sieren, wie beispielsweise derartige über Absätze und ähnliche bzw. auch derartige über vom Ausschieber 96 ausgehende Stifte.
Wiederum weisen der kreisförmige Bodenabschnitt 3 sowie der weitere kreis¬ ringförmige Bodenabschnitt 91 nockenseitig radial nach außen überstehende Bünde 35 auf. Diese Bünde 35 kommunizieren in vorher gezeigter Weise mit Absätzen 37 der kreisringförmigen Bodenabschnitte 2, 91.
In der Radialbohrung 13 des kreisringförmigen Bodenabschnitts 2 verläuft wiederum eine Hülse 46 mit einem Boden 47 zur unmittelbaren Aufnahme des ersten Kolbens 10. Die innere Stirnfläche 53 der Hülse 46 kommuniziert wie- derum mit einer Anflachung 54, ausgehend vom Bodenabschnitt 91. Zusätzlich weist die Radialbohrung 93 des Bodenabschnitts 91 eine Hülse 103 zur un¬ mittelbaren Aufnahme des Schiebeteils 94 auf.
Bei dieser Lösung sind ebenfalls zwei sich diametral gegenüberliegende Kolben- Anordnungen 10, 94, 96 je Stößel 1 vorgesehen.
Wie der Figur 8 sowie den Figuren 1 und 5 zu entnehmen ist, ist ein nockenfer¬ nes Ende der Führungshülse 7 von einem Blechring 42 umschlossen. Auf
diesem Blechring 42 stützt sich gemäß den Figuren 1 und 5 eine Druckfeder 43 ab, welche anderenends auf die nockenferne Stirnseite 44 des kreisringförmigen Bodenabschnitts 2 einwirkt. Bei der Ausgestaltung gemäß Figur 8 ist eine zusätzliche Druckfeder 106 appliziert, die sodann auf eine nockenferne Stimsei- te 107 des Bodenabschnitts 91 einwirkt. Durch diese Druckfedern 43, 106 wird zum einen ein innerer Kraftfluß innerhalb des Stößels 1 hergestellt und zum anderen ein Auseinanderfallen der Stößelbauteile während eines Transports im Zusammenwirken mit den Teilen 35, 37 verhindert.
Bei der Ausgestaltung nach Figur 8 wird somit auf den axial beweglichen Innenkolben 18 verzichtet. Jedoch hat diese Ausgestaltung den Vorteil, daß durch die Wahl der Zahl der Zwischenkolben mit ihnen zugeordneten Nocken theoretisch beliebig unterschiedliche Ventilhübe realisiert werden können. Dem Fachmann ist jedoch klar, daß die Zahl der unterschiedlich möglichen Hübe durch den steigenden Bauaufwand und den vorhandenen Bauraum je Gaswech¬ selventil begrenzt ist.
16
Bezugszeichen
1 Stößel 29 Kanal
2 kreisringförmiger Boden¬ 30 Querbohrung abschnitt 31 Ringraum
3 kreisförmiger Bodenabschnit t 32 Stirnfläche
4 Hemd 33 Anflachung
5 Außenmantel 34 Außenmantel
6 Stirnfläche 35 Bund
7 Führungshülse 36 Abschnitt
8 Bohrung 37 Absatz
9 Bund 38 Stirnfläche
10 erster Kolben 39 Entlüftungsbohrung
1 1 Radialbohrung 40 Druckfeder
12 Feder 41 Stirnfläche
13 Radialbohrung 42 Blechring
14 Trennfläche 43 Druckfeder
15 Anschlaghülse 44 Stirnseite
16 Durchlaß 45 Grund
17 Bohrung 46 Hülse
18 Innenkolben 47 Boden
19 Stirnseite 48 Stirnfläche
20 Hülse 49 Stirnfläche
21 Boden 50 Bohrung
22 Bohrung 51 Bohrung
23 zweiter Kolben 52 Ring
24 Feder 53 Stirnfläche
25 Ringspalt 54 Anflachung
25a Ringspalt 55 Anflachung
26 Bohrung 55a Anflachung
27 äußere Stirnfläche 56 Hülse
28 Öffnung 57 Stirnfläche
2.
58 Radialbohrung 90 Spielausgleichselement
59 innere Aufnahme, Öffnung 91 Bodenabschnitt
60 Boden 92 Nocken
61 Stopfen 93 Radialbohrung 62 Öffnung 94 Schiebeteil
63 Sicherungsteil 95 innere Stirnseite
64 Zwischenscheibe 96 Ausschieber
65 Ausschieber 97 innere Trennfläche
66 Aussparung 98 innere Stirnseite 67 Längsnut 99 äußere Stirnfläche
68 Anschlagelement 100 äußere Stirnfläche
69 Körper 101 Stift
70 Zylinderkopf 102 Nut
71 Nocken 103 Hülse 72 Nocken 104 nicht vergeben
73 Druckfeder 105 nicht vergeben
74 innere Stirnfläche 106 Druckfeder
75 Bohrung 107 Stirnseite
76 Zwischenstück 108 Außenmantel 77 Zwischenkolben 109 innere Stirnfläche
78 Ansatz 109a innere Stirnfläche
79 Aufnahme 1 10 Innenfläche
80 Flügel 1 1 1 Bohrung
81 Schenkel 1 12 Entlüftungsöffnung 82 Schenkel 1 13 Entlüftungsbohrung
83 Aussparung 1 14 Bohrung 83a Aussparung 1 15 Stirnfläche
84 Zuleitung 1 16 Anflachung
85 Anschlagfläche 86 Torsionsfeder
87 Ringraum
88 Durchlaß/Öffnung
89 Bohrung