-
Die Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung für eine schaltbare Ventiltriebkomponente, mit einem ersten Verriegelungskörper und einem zweiten Verriegelungskörper, die miteinander in Eingriff oder außer Eingriff bringbar sind, um zwei zueinander beweglich angeordnete Bauteile miteinander zu koppeln oder zu entkoppeln, wobei zumindest einer der beiden Verriegelungskörper wenigstens eine gekrümmte Fläche aufweist.
-
Schaltbare Ventiltriebkomponenten wie Schaltschlepphebel, Schaltkipphebel, Schaltschwinghebel oder Schaltstößel werden als Nockenfolger in Verbrennungsmotoren eingesetzt, um den Kraftstoffverbrauch zu verringern und um die Schadstoffemissionen zu reduzieren. Zu diesem Zweck ermöglichen schaltbare Nockenfolger in bestimmten Betriebssituationen eine Umschaltung zwischen unterschiedlichen Hubkurven, welche von unterschiedlichen Nocken einer Nockenwelle auf ein oder mehrere Ventile übertragen werden, oder eine vorübergehende komplette Abschaltung eines oder mehrerer Zylinder. Eine Verriegelungsvorrichtung ermöglicht bei solchen Ventiltriebkomponenten das feste Verbinden oder das Lösen von betätigungsrelevanten Einzelteilen derselben.
-
Eine Verriegelungsvorrichtung einer solchen Ventiltriebkomponente besteht aus einem Verriegelungselement, beispielsweise einem Kolben, der mechanisch-hydraulisch betätigt und federgestützt sein kann, sowie einer Aufnahme, beispielsweise einer Bohrung, mit welcher der Kolben bedarfsweise in Eingriff oder außer Eingriff gebracht wird, um zwei zueinander verschwenkbewegliche oder linearbewegliche Bauteile, beispielsweise Hebelarme, miteinander zu koppeln oder zu entkoppeln.
-
Bei bekannten Verriegelungsvorrichtungen weisen die Verriegelungspartner jeweils einen Kreisquerschnitt mit jeweils weitgehend einheitlichem Radius auf, wobei der Radius des Kolbens notwendigerweise etwas kleiner ist als der Radius der Aufnahme für den Kolben. Dadurch ergibt sich im verriegelten Zustand an den Verriegelungskontaktflächen ein Linienkontakt mit lediglich einer Kontaktlinie in Längsrichtung. Solche Verriegelungsvorrichtungen besitzen daher eine relativ schlechte Schmiegung der Verriegelungspartner und dadurch eine vergleichsweise hohe Flächenpressung. Der Verschleiß ist durch die im Betrieb häufig vorkommenden Verriegelungen und Entriegelungen entsprechend hoch. Zudem ergibt sich, abhängig von einer Stelleinrichtung und von der Größe der Radien der Verriegelungsvorrichtung, eine unpräzise Ausrichtung des Kolbens in der Aufnahme in der Horizontalrichtung beziehungsweise eine unpräzise Scheitelstellung des Kolbens, woraus eine nachteilige Varianz des Verriegelungsspiels der Verriegelungsvorrichtung resultiert.
-
Bei anderen bekannten Verriegelungsvorrichtungen weisen die beiden Verriegelungspartner jeweils ein Rechteckprofil auf. Die Flächenpressung ist bei diesen Verriegelungselementen zwar meistens gering, die Herstellung erfordert jedoch einen vergleichsweise hohen Bearbeitungsaufwand.
-
Die
US 5 544 626 A zeigt einen zweiteiligen Schaltschlepphebel, bei dem zwischen zwei Längsbalken eines kastenförmigen ersten Arms ein zweiter Arm relativ verschwenkbeweglich gegenüber dem ersten Arm eingebaut ist. Die beiden Arme sind mittels eines in Längsrichtung des Hebels eingebauten Kolbens miteinander verriegelbar. Der Kolben besitzt einen kreisförmigen Querschnitt und ist in einer Bohrung des ersten Arms mit einem ebenfalls kreisförmigen Querschnitt längsbeweglich gelagert. Der Kolben weist ein abgeflachtes axiales Endstück auf, welches zur Verriegelung des Hebels formschlüssig mit einer flachen Unterseite des zweiten Arms in Eingriff bringbar ist.
-
Die
DE 10 2005 048 951 A1 zeigt einen zweiteiligen Schaltschlepphebel mit einem, bezüglich einer gegenüberliegenden Drehachse, größeren Außenhebel und einem kleineren Innenhebel, wobei der Innenhebel relativ zum Außenhebel verschwenkbar ist. Die beiden Hebel können mittels eines Sperrstifts miteinander verriegelt werden. Der Sperrstift ist in dem Außenhebel in Längsrichtung aufgenommen und längsbeweglich gelagert, und ist mit dem Innenhebel in Eingriff bringbar. Der Sperrstift wird mechanisch-hydraulisch betätigt, um den Außenhebel mit dem Innenhebel bedarfsweise starr zu verriegeln.
-
Aus der
DE 10 2010 026 360 A1 ist ein Stößel für einen Ventiltrieb bekannt, bei dem in einem Fenster eines Gehäuses eine den Außenmantel des Gehäuses überragende Verdrehsicherung verläuft. Das Gehäuse ist in einer Führungsbohrung einer nicht näher beschriebenen Umgebungskonstruktion aufgenommen. Die Führungsbohrung besitzt eine im Querschnitt teilzylindrische Axialführung, in welche die Verdrehsicherung eingreift. Die Verdrehsicherung ist als ein fingerartiger, aufrechter halbzylindrischer Körper mit einer relativ geringen Zylinderhöhe ausgebildet, bei dem sich die Mantelfläche nur teilweise an der Axialführung anschmiegt und nicht zwangsgeführt ist, so dass sich ein annähernd punktförmiger Kontakt zwischen der Verdrehsicherung und einer Wand der Axialführung ergibt. Die Mantelfläche der Verdrehsicherung beschreibt im Querschnitt einen aus zwei Kreisbögen bestehenden Spitzbogen, ein sogenanntes gotisches Profil, wobei die Spitze des Spitzbogens durch eine Abflachung ersetzt ist. Jeder mögliche Kontaktpunkt zwischen der gotisch profilierten Verdrehsicherung und der teilzylindrischen Axialführung ist aufgrund des gotischen Profils beabstandet von der Kante der Führungsbohrung des Gehäuses, an welcher die Verdrehsicherung besonders verschleißgefährdet ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verriegelungsvorrichtung für eine schaltbare Ventiltriebkomponente zu schaffen, die eine hohe Verschleißresistenz aufweist und dennoch einfach sowie kostengünstig herstellbar ist.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer Verriegelungsvorrichtung für eine schaltbare Ventiltriebkomponente durch die Kombination eines zylindrischen Verriegelungselements mit einer Kontaktgeometrie, welche zwei oder mehr Linienkontakte zwischen den Verriegelungspartnern ermöglicht, eine verringerte Flächenpressung in dem Verriegelungsmechanismus erreicht werden kann, wodurch sich dessen Verschleißresistenz verbessert.
-
Die Erfindung geht daher aus von einer Verriegelungsvorrichtung für eine schaltbare Ventiltriebkomponente, mit einem ersten Verriegelungskörper und einem zweiten Verriegelungskörper, die miteinander in Eingriff oder außer Eingriff bringbar sind, um zwei zueinander beweglich angeordnete Bauteile miteinander zu koppeln oder zu entkoppeln, wobei zumindest einer der beiden Verriegelungskörper wenigstens eine gekrümmte Fläche aufweist. Zudem ist vorgesehen, dass zumindest einer der beiden Verriegelungskörper mehrere gekrümmte Flächen aufweist, deren jeweilige Krümmung durch gleich lange Radien mit voneinander beabstandeten konstruktiven Einstichpunkten beschrieben ist.
-
Durch diesen Aufbau wird eine Verriegelungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, bei der die Kontaktflächen zwischen den beiden Verriegelungskörpern eine vergleichsweise geringe Flächenpressung aufweisen. Dies wird dadurch erreicht, dass sich aus dem Querschnitt eines oder beider Verriegelungspartner ein Mehrlinienkontakt, beispielsweise ein Zweilinienkontakt in Längsrichtung ergibt. Demnach ist anstelle eines konstanten Radius, welcher einen Kreisquerschnitt beschreibt, der Querschnitt zumindest eines der beiden Verriegelungskörper konstruktiv entweder aus mehreren Radien zusammengesetzt, welche von der Größe gleich sind, aber nicht vom gleichen Punkt ausgehen, oder aus einem Radius gebildet, der nicht konstant ist, derart, dass sich wenigstens zwei voneinander beabstandete Kontaktlinien im verriegelten Zustand ausbilden. Dadurch ist gegenüber einem Einlinienkontakt eine geringere Flächenpressung sowie eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen einen vorzeitigen Verschleiß der Verriegelungsvorrichtung erreicht. Die Gebrauchsdauer der Vorrichtung kann sich dadurch erhöhen und eine leichte Schaltbarkeit bleibt auf Dauer gewährleistet. Zudem ermöglicht eine solche Anordnung eine verbesserte Präzision hinsichtlich der seitlichen Ausrichtung der beiden Verriegelungskörper zueinander. Die schaltbare Verbindung der beiden Bauteile der Ventiltriebkomponente zeigt dadurch eine geringere Varianz des Verriegelungsspiels beziehungsweise der Ausrichtung der Verriegelungskörper zwischen den Schaltvorgängen.
-
Unter einem zylindrischen Körper wird im Folgenden auch ein Verriegelungskörper verstanden, der von einer geschlossenen Leitkurve und zwei parallelen Ebenen, den Grundflächen des Körpers, gebildet wird. Unter einer zylindrischen Aufnahme wird auch eine Öffnung eines Verriegelungskörpers verstanden, die von einer geschlossenen oder offenen Leitkurve, welche die Öffnung umgibt, und zwei parallelen Ebenen, den Grundflächen der Öffnung, gebildet wird. Die Querschnitte der Grundflächen können Profile mit verschiedenen geometrischen Formen, wie einfache Kreise oder komplexe Gebilde, darstellen.
-
Der vorteilhafte Mehrlinienkontakt kann bei einer konkretisierten Ausführungsform der Erfindung relativ einfach und ohne signifikante zusätzliche Fertigungskosten dadurch erzeugt werden, dass der erste Verriegelungskörper als ein zylindrischer Kolben mit einer kreisförmigen Außenumfangsfläche ausgebildet ist, dass der zweite Verriegelungskörper eine im Querschnitt spitzbogenförmige Aufnahme für den ersten Verriegelungskörper aufweist, dass die spitzbogenförmige Aufnahme durch zwei gekrümmte Flächen gebildet ist, und bei der die jeweilige Krümmung der beiden Flächen der spitzbogenförmige Aufnahme durch gleich lange Radien definiert ist, welche jedoch unterschiedliche konstruktiven Einstichpunkte aufweisen, so dass zwischen dem ersten Verriegelungskörper und dem zweiten Verriegelungskörper in verriegeltem Zustand zwei Kontaktlinien in Längsrichtung der beiden Verriegelungskörper wirksam sind.
-
Demnach kann der Querschnitt einer Aufnahme, in der ein kreiszylindrischer Kolben aufzunehmen ist, mit zwei gleichen Radien beziehungsweise Kreisbögen konstruiert werden, deren konstruktive Einstichpunkte voneinander beabstandet sind, und deren Radien größer als der Radius des Kolbens sind. Dadurch entsteht ein spitzbogenförmiger Querschnitt, dessen Grundlinie, die sogenannte Kämpferlinie, einen Kreis mittig teilt. Der Kolben greift somit im Längsschnitt mit einer axialen Hälfte in die Aufnahme ein. Als Koben kann ein herkömmlicher Bolzen Verwendung finden. Bei einer symmetrischen Ausführung des Spitzbogenprofils, an den sich der Kolben bei der Verriegelung anlegt, ergeben sich in Längsrichtung zwei Kontaktlinien, die umfänglich einen Viertelkreis voneinander Abstand aufweisen. Um eine vollständige Umschließung des Kolbens in der Aufnahme zu ermöglichen, kann diese derart ausgebildet sein, dass ein zweiter Spitzbogenquerschnitt angeordnet ist, welcher zu dem ersten Spitzbogen gespiegelt ausgebildet ist.
-
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Verriegelungskörper als ein halbzylindrischer Kolben ausgebildet ist, welcher einen spitzbogenförmigen Querschnitt mit zwei gekrümmten Flächen aufweist, und bei dem die Spitze des Spitzbogens des Kolbens abgeflacht ist, dass die Krümmungen der beiden Flächen des Spitzbogens des Kolbens durch zwei gleich lange Radien gebildet sind, die jedoch von unterschiedlichen konstruktiven Einstichpunkten ausgehenden, und dass der zweite Verriegelungskörper als eine hohlzylindrische Aufnahme für den ersten Verriegelungskörper ausgebildet ist, so dass zwischen dem ersten Verriegelungskörper und dem zweiten Verriegelungskörper im verriegeltem Zustand zwei Kontaktlinien in Längsrichtung der beiden Verriegelungskörper wirksam sind. Durch diese Anordnung wird ebenfalls ein Zweilinienkontakt erzeugt. In diesem Fall kann eine herkömmliche Bohrung als axiale Aufnahme dienen. Der Kolben ist hingegen weitgehend spitzbogenförmig profiliert ausgebildet.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass einer der beiden Verriegelungskörper einen parabelförmigen oder parabelähnlichen Querschnitt aufweist, und dass der andere der beiden Verriegelungskörper einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Auch eine solche Anordnung ermöglicht einen Mehrlinienkontakt zwischen einem Kolben und einer Kolbenaufnahme.
-
Grundsätzlich sind auch weitere Kontaktgeometrien mit zwei Kontaktlinien oder Kontaktgeometrien mit mehr als zwei Kontaktlinien zwischen den Verriegelungskörpern möglich. Solche Querschnitte können mit Hilfe von drei oder mehr Radien oder durch einen variierenden Radius konstruktiv realisiert sein. Möglich ist auch, dass zur Erreichung einer möglichst geringen Flächenpressung beide Verriegelungskörper Querschnitte aufweisen, welche sich von einem einfachen kreisförmigen Querschnitt unterscheiden.
-
Die Verriegelungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist grundsätzlich an allen schaltbaren Ventiltriebkomponenten einsetzbar. Bei einer bevorzugten Anwendung kann vorgesehen sein, dass sie in eine als ein Schaltschlepphebel eines Ventiltriebs eines Verbrennungsmotors ausgebildete schaltbare Ventiltriebkomponente integriert ist, wobei die Verriegelungsvorrichtung zwischen zwei zueinander verschwenkbeweglich gelagerten Hebelarmen des Schaltschlepphebels wirksam ist, wobei die Verriegelungsvorrichtung in Längsrichtung oder in Querrichtung des Schaltschlepphebels eingebaut ist.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung an zwei Ausführungsformen weiter erläutert. Darin zeigt
-
1 eine erste gemäß der Erfindung ausgebildete Verriegelungsvorrichtung für eine schaltbare Ventiltriebkomponente im Querschnitt,
-
2 eine zweite gemäß der Erfindung ausgebildete Verriegelungsvorrichtung für eine schaltbare Ventiltriebkomponente im Querschnitt, und
-
3 eine Verriegelungsvorrichtung für eine schaltbare Ventiltriebkomponente im Querschnitt gemäß dem Stand der Technik.
-
Die in den 1 und 2 gezeigten Verriegelungsvorrichtungen A, B können beispielsweise jeweils in einen nicht dargestellten Schaltschlepphebel eines Ventiltriebs integriert sein. Der Schaltschlepphebel weist beispielsweise zwei nicht dargestellte Hebelarme auf, welche zueinander verschwenkbeweglich miteinander verbundenen sind. Die Verriegelungsvorrichtungen A, B dienen beispielsweise zur schaltbaren Kopplung einer Schwenkbewegung des Schlepphebels, um zwischen unterschiedlichen Nockenhüben, welche im verbrennungsmotorischen Betrieb auf ein Einlassventil oder ein Auslassventil eines Verbrennungsmotors übertragen werden sollen, umzuschalten. In diesem Zusammenhang wir auf die weiter vorne genannten Druckschriften verwiesen.
-
Die Verriegelungsvorrichtung A gemäß 1 weist einen ersten Verriegelungskörper 1 und zweiten Verriegelungskörper 2 auf. Der erste Verriegelungskörper 1 ist als ein zylindrischer Kolben 1’ ausgebildet, welcher einen kreisförmigen Querschnitt mit einem ersten Radius R1 aufweist. Der Kolben 1’ greift in Längsrichtung 3 gesehen mit einer axialen Längshälfte in eine angenähert zylindrische, axiale Aufnahme 4 des zweiten Verriegelungskörpers 2 ein. Diese Aufnahme 4 weist ein spitzbogenförmiges Querschnittsprofil mit zwei gekrümmten Flächen 5, 6 auf, deren Krümmungen durch einen zweiten Radius R2 beziehungsweise durch einen dritten Radius R3 definiert sind. Der zweite Radius R2 und der dritte Radius R3 sind zwar gleich lang, ihre nicht exakt dargestellten konstruktiven Einstichpunkte sind jedoch voneinander beabstandet, so dass sich im Ergebnis das spitzbogenförmigen Querschnittsprofil ergibt, welches einem gotischen Bogen ähnelt.
-
Der Kolben 1’ schmiegt sich innerhalb der Aufnahme 4 mit seiner Außenumfangsfläche 7 an die zwei gekrümmten Flächen 5, 6 an, so dass sich genau zwei Kontaktlinien 8, 9 bilden. Ein verschleißträchtiger einseitiger Linienkontakt an nur einer Kontaktlinie wird vermieden. Die seitliche Ausrichtung des Kolbens 1’ ist durch das spitzbogenförmige Querschnittsprofil der Aufnahme 4 mit zwei Linienkontakten festgelegt.
-
Die Verriegelungsvorrichtung B gemäß 2 weist einen ersten Verriegelungskörper 10 und zweiten Verriegelungskörper 12 auf. Der erste Verriegelungskörper 10 ist als ein halbzylindrischer Kolben 10’ mit einer abgeschnittenen radialen Spitze 14 ausgebildet. Dadurch weist der Kolben 10’ zwei gekrümmte, sich axial erstreckende Flächen 15, 16 auf, deren jeweilige Krümmung durch einen fünften beziehungsweise sechsten Krümmungsradius R5, R6 definiert ist. Der fünfte Radius R5 und der sechste Radius R6 sind zwar gleich lang, ihre nicht exakt dargestellten konstruktiven Einstichpunkte sind jedoch voneinander beabstandet, so dass sich im Ergebnis die in 2 erkennbare Querschnittsgeometrie des dortigen ersten Verriegelungskörpers 10 ergibt. Der Kolben 10’ greift mit seiner wie beschrieben geformten axialen Längshälfte in die hohlzylindrische Aufnahme 12’ eines zweiten zylindrischen Verriegelungskörpers 12 ein. Die Aufnahme 12’ weist demnach eine im Querschnitt kreisförmige Innenumfangsfläche 13 mit einem vierten Krümmungsradius R4 auf, an die sich der Kolben 10’ in Längsrichtung 3 gesehen mit genau zwei Kontaktlinien 18, 19 anschmiegt. Ein verschleißträchtiger einseitiger Linienkontakt an nur einer Kontaktlinie wird dadurch mit Erfolg vermieden.
-
Zum Vergleich mit den Verriegelungsvorrichtungen A, B gemäß der Erfindung zeigt die 3 eine herkömmliche Verriegelungsvorrichtung C. Diese Verriegelungsvorrichtung C weist einen ersten Verriegelungskörper 1 und zweiten Verriegelungskörper 22 auf. Der erste Verriegelungskörper 1 ist als zylindrischer Kolben 1’ mit einer kreisförmigen Außenumfangsfläche 7 ausgebildet, wobei der erste Radius R1 auch hier die Krümmung des zylindrischer Kolbens 1’ definiert. Der zweite Verriegelungskörper 22 weist eine zylindrische Aufnahme 24 beziehungsweise Bohrung auf, deren Innenumfangsfläche 25 hinsichtlich ihrer Krümmung durch einen siebten Radius R7 beschrieben ist. Der siebte Radius R7 ist dabei größer als der erste Radius R1. Der erste Verriegelungskörper 1 schmiegt sich in Längsrichtung 3 gesehen mit seiner radialen Außenfläche 7 an die Innenumfangsfläche 25 der zylindrischen Aufnahme 24 unter Bildung genau einer Kontaktlinie 26 an, wobei die seitliche Lage der Kontaktlinie 26 abhängig von einem Verriegelungsspiel variiert. Es ist leicht nachvollziehbar, dass bei dieser bekannten Verriegelungsvorrichtung C ein starker Verschleiß im Bereich der einzigen Kontaktlinie 26 stattfindet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Erster Verriegelungskörper
- 1’
- Kolben
- 2
- Zweiter Verriegelungskörper
- 3
- Längsachse des Kolbens 1’
- 4
- Spitzbogenförmige Aufnahme im zweiten Verriegelungskörper 2
- 5
- Erste Fläche der Aufnahme 4
- 6
- Zweite Fläche der Aufnahme 4
- 7
- Außenumfangsfläche des ersten Verriegelungskörpers 1
- 8
- Erste Kontaktlinie
- 9
- Zweite Kontaktlinie
- 10
- Erster Verriegelungskörper
- 10’
- Halbzylindrischer Kolben
- 12
- Zweiter Verriegelungskörper
- 12’
- Hohlzylindrische Aufnahme des zweiten Verriegelungskörpers 12
- 13
- Zylindrische Innenumfangsfläche des zweiten Verriegelungskörpers 12
- 14
- Abgeschnittene Spitze des zweiten Verriegelungskörpers 12
- 15
- Erste Spitzbogenfläche des ersten Verriegelungskörpers 10, 10’
- 16
- Zweite Spitzbogenfläche des ersten Verriegelungskörpers 10, 10’
- 18
- Erste Kontaktlinie
- 19
- Zweite Kontaktlinie
- 22
- Zweiter Verriegelungskörper
- 24
- Zylindrische Aufnahme des zweiten Verriegelungskörpers 22
- 25
- Innenumfangsfläche des zweiten Verriegelungskörpers 22
- 26
- Kontaktlinie
- A
- Verriegelungsvorrichtung
- B
- Verriegelungsvorrichtung
- C
- Verriegelungsvorrichtung
- R1
- Erster Radius
- R2
- Zweiter Radius
- R3
- Dritter Radius
- R4
- Vierter Radius
- R5
- Fünfter Radius
- R6
- Sechster Radius
- R7
- Siebter Radius
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 5544626 A [0006]
- DE 102005048951 A1 [0007]
- DE 102010026360 A1 [0008]
