[0001] Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spielausgleichselement für einen Ventiltrieb
einer Brennkraftmaschine, umfassend zwei beweglich gegeneinander abgedichtete Hohlzylinder,
die im Bereich ihrer von einander abgewandten Enden durch Deckel verschlossen und
durch eine Druckfeder axialelastisch aufeinander abgestützt sind.
[0002] Ein derartiges Spielausgleichselement ist beispielsweise aus der DE-PS 36 17 858
bekannt. Es gelangt zwischen der Nockenwelle und den Ventilen einer Brennkraftmaschine
zur Anwendung und bewirkt einen selbsttätigen Ausgleich des Ventilspiels. Eine Einstellung
des Ventilspiels im Zusammenhang mit Wartungsarbeiten kann dadurch entfallen.
[0003] Das vorbekannte Spielausgleichselement weist einen parallel zur Betätigungsrichtung
des Ventils in einem Zylinder verschiebbaren Kolben auf, der durch eine Druckfeder
auf dem Boden des Zylinders abgestützt ist. Im unbelasteten Zustand des Spielausgleichselementes
ergibt sich hierdurch eine axial gerichtete Auseinanderbewegung des Kolbens in dem
Zylinder, wobei Öl aus einem Vorratsraum über eine Drosselöffnung angesogen und im
Inneren eines Druckraumes der Kolben/Zylindereinheit gespeichert wird. Die Drosselöffnung
ist hinsichtlich ihres Querschnittes sehr eng bemessen. Das in der Kolben/Zylindereinheit
eingespeicherte Ölvolumen erfährt dadurch in der kurzen Zeit, die während der während
einer normalen Betätigung der Ventile durch die Nocken der Nockenwelle verfügbar ist,
keine merkliche Verminderung. Die für die Betätigung der Ventile benötigten Kräfte
können vielmehr problemlos übertragen werden.
[0004] Bei eine vorübergehenden Außerbetriebsetzung der Brennkraftmaschine kann sich jedoch
die Situation ergeben, daß ein Nocke der Nockenwelle in dauerhaften Eingriff mit einem
Spielsausgleichselement gelangt, was dazu führt, daß das Spielausgleichselement gegen
die Kraft der darin enthaltenen Druckfeder axialer zusammengepreßt wird, wobei das
ursprünglich in dem Druckraum enthaltene Öl zunehmend in den Reseveraum zurückverlagert
wird. Es wurde beobachtet, daß die für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Brennkraftmaschine
erforderliche, sofortige Auffüllung der Kolben/Zylindereinheit noch während der Weiterbewegung
des Nockens der Nockenwelle bei niedrigen Temperaturen nicht mit der erforderlichen
Sicherheit gewährleistet ist.
[0005] Für den ordnungsgemäßen Betrieb einer Brennkraftmaschine ist es erforderlich, daß
die Druckfeder die Kolben/Zylindereinheit auch bei niedrigen Temperaturen in kurzer
Zeit zuverlässig auseinander drückt und einen Ausgleich des Ventilspiels bewirkt.
Das in dem Reserveraum enthaltene Schmieröl muß hierzu allerdings von der Druckfeder
mit einer ausreichend großen Geschwindigkeit in die Kolben/Zylindereinheit zurückgefördert
werden. Wegen der sich bei niedrigen Temperaturen einstellenden, großen Zähflüssigkeit
von Schmieröl bedarf es dazu großer Kräfte. Die nach dem Stande der Technik zur Anwendung
gelangenden Druckfedern sind dementsprechend kräftig dimensioniert. Eine unerwünscht
starke Auseinanderbewegung der Kolben/Zylindereinheit bei Normaltemperatur und insbesondere
bei hohen Temperaturen ist hiervon die zwangsläufige Folge und kann einen unerwünschten
Verschleiß des Spielausgleichselementes bedingen.
[0006] Aus dem Themenband "Legierung mit Formgedächtnis", Kontakt und Studium, Band 259,
expert verlag, Ehningen ist ein metallisches Federelement aus einer Formgedächtnislegierung
bekannt, das als Druckfeder gestaltet und je nach Zusammensetzung der Legierung bei
einer niedrigen Temperatur nahezu keine Tragfähigkeit aufweist und bei einer darüberliegenden
As-Temperatur eine sich immer wieder aufs Neue einstellende, größere Tragfähigkeit.
Eine Verwendung entsprechender Federn in eine Ventilspielausgleichselement wird nicht
erwähnt.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Spielausgleichselement
der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß auch bei niedrigen Temperaturen
eine sofortige Auffüllung der Kolben/Zylindereinheit aus dem Reserveraum gewährleistet
ist sowie eine weiche elastische Abstützung der beiden Hohlzylinder aufeinander beim
Erreichen der normalen Betriebstemperatur.
[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem hydraulischen Spielausgleichselement
der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Auf vorteilhafte Ausgestaltung nehmen die Unteransprüche bezug.
[0009] Bei dem erfindungsgemäßen Spielausgleichselement ist es vorgesehen, daß die Hohlzylinder
ergänzend zu der Druckfeder durch eine Stützfeder mit der Druckfeder in gegengesetzter
Wirkungsrichtung aufeinander abgestützt sind und daß die Stützfeder aus einer metallischen
Formgedächtnislegierung besteht und bei Erreichen der As-Temperatur eine Tragfähigkeit
aufweist, die geringer ist als die Tragfähigkeit der Druckfeder. Beim Erreichen tiefer
Temperaturen verliert die Stützfeder ihre Federkraft. Damit wirkt in diesem Temperaturbereich
nur die Kraft der Druckfeder, welche so dimensioniert ist, daß sich trotz der großen
Zähflüssigkeit des in dem Ventilspielausgleichselement enthaltenen Schmieröls parallel
zur Relativverdrehung des Nockens der Nockenwelle eine sofortige Auffüllung der Kolben/Zylindereinheit
mit Schmieröl ergibt. Hierdurch ist eine ordnungsgemäße Betätigung des zugehörigen
Ventils der Verbrennungskraftmaschine vom ersten Augenblick an gewährleistet. Erreicht
der Ventiltrieb einschließlich des Ventilspielausgleichselementes und des darin enthaltenen
Schmieröls nach dem Kaltstart eine ausreichend hohe Betriebstemperatur, so erhält
die Stützfeder ihre Federkraft zurück. Sie hat eine der Druckfedern entgegengesetzte
Wirkungsrichtung. Die insgesamt zur Verfügung stehende Federkraft wird dadurch reduziert
auf einen Wert, der einerseits eine hohe Betriebssicherheit und andererseits die Erzielung
von minimalen Verschleiß gewährleistet.
[0010] Die Druckfedern der Stützfeder sind zweckmäßig als Schraubenfedern ausgebildet. Sie
lassen sich hierdurch besonders kostengünstig erzeugen und montieren.
[0011] Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die Stützfeder aus einer Legierung mit
einer As-Temperatur besteht, die zwischen - 15 und + 5°C beträgt und zweckmäßig im
Bereich des Gefrierpunktes von Wasser. Insbesondere innerhalb des anfgegebenen Bereiches
ändert sich die Viskosität von gebräuchlichem Schmierölen relativ stark. Es versteht
sich jedoch von selbst, daß in Abhängigkeit von der Art des im Einzelfalle zur Anwendung
gelangenden Schmieröls die Verwendung von Stützfedern zweckmäßig sein kann, welche
aus Legierungen mit einer gegebenenfalls abweichenden As-Temperatur gefertigt sind.
[0012] Die Tragfähigkeit der Stützfeder soll bei Erreichen der As-Temperatur 30 bis 70 %
von derjenigen der Druckfeder betragen. Dem Erfordernis des modernen Motorenbaus,
Betriebsstörungen während der gesamten Lebensdauer zu verhindern, wird eine solche
Ausführung ganz besonders gerecht.
[0013] Das erfindungsgemäße Spielausgleichselement gewährleistet unabhängig von den im einzelnen
herrschenden Temperaturen stets eine so schnelle Auffüllung der enthaltenen Kolben/Zylindereinheit
mit Öl, daß ein ordnungsgemäßer Betrieb der Brennkraftmaschine stets gewährleistet
ist. Hierbei ist es von entscheidendem Vorteil, daß die äußere Gestalt und die wesentlichen
Funktionselemente von bekannten Ausführungen übernommen werden können. Sowohl die
Herstellung der erfindungemäßen Spielausgleichselemente als auch deren Verwendung
in einer laufenden Produktion von Brennkraftmaschinen ist dadurch problemlos möglich.
Desweiteren läßt sich die vorliegende Erfindung anwenden bei Spielausgleichselementen,
die hermetisch nach außen abgeschlossen sind und eine Dauerölfüllung aufweisen als
auch bei solchen Spielausgleichselementen, bei denen der umschlossene Hohlraum an
den Ölkreislauf der zugehörigen Brennkraftmaschine angeschlossen ist.
[0014] Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Anlage beigefügten
Zeichnungen weiter verdeutlicht. Diese zeigt im rechten Teil der Darstellung eine
andere Ausführung eines Ventilspielausgleichselementes als im linken Teil der Darstellung.
Beide Ausführungen machen jedoch Gebrauch von der Lehre der vorliegenden Erfindung.
Im einzelnen:
Das im linken Teil der Darstellung ins längsgeschnittener Darstellung gezeigte Ventilspielausgleichselement
ist als geschlossenes System ausgebildet, welches mit einer Dauerölfüllung versehen
ist.
[0015] Das im rechten Teil der Darstellung in längsgeschnittener Darstellung widergegebene
Ventilspielausgleichselemente ist als offenes System gestaltete, welches an einen
Ölkreislauf der Druckumlaufschmierung einer Verbrennungskraftmaschine angeschlossen
ist.
[0016] Unabhängig von der Ausführung umfaßt das gezeigte Ventilspielausgleichselement zwei
beweglich gegeneinander abgedichtete Hohlzylinder 1, 2, die im Bereich ihrer voneinander
abgewandten Enden durch Deckel 3, 4 verschlossen und durch eine Druckfeder 5 axialelastisch
aufeinander abgestützt sind. Der Hohlzylinder 2 ist auf einem Kolben 11 geführt, welcher
sich koaxial zu dem Hohlzylinder 1 erstreckt und auf dessen Deckel 3 abstützt. Zwischen
dem Kolben 11 und dem Boden 4 des Holzylinders 2 ist eine Druckfeder 5 angeordnet,
welche eine axial gerichtete Auseinanderbewegung des Kolben 11 in bezug auf den Hohlzylinder
2 bewirkt. Der von beiden umschlossene Hohlraum wird hierdurch vollständig mit Öl
gefüllt. Er ist anschließend nur durch einen Drosselspalt mit dem Hohlraum 7 verbunden,
in dem das Reserveöl gespeichert ist. Der Hohlraum 7 kann durch eine Verbindungsöffnung
mit dem Ölkreislauf der Druckumlaufschmierung der Verbrennungskraftmaschine verbunden
sein (rechter Teil der Darstellung), er kann auch durch einen Rollbalg 12 nach außen
hermetisch abgeschlossen sein (linker Teil der Darstellung), was dem Ventilspielausgleichselement
unabhängig vom jeweiligen Druck des Ölkreislaufs der Verbrennungskraftmaschine eine
gute Funktionssicherheit verleiht.
[0017] Der Hohlzylinder 2 ist in einem Führungsstück 14 axial verschiebbar gelagert. Zwischen
dem Führungsstück 14 und einem fest mit dem Kolben 11 verbundenen Bund 15 ist eine
Stützfeder 8 angeordnet, die aus Memoriemetall gefertigt ist. Die Stützfeder 8 hat
die Eigenschaft, beim Unterschreiten eines bestimmten Temperaturbereichs ihre Federkraft
zu verlieren und die ursprüngliche Federkraft bei einer anschließenden Erwärmung auf
ihre As-Temperatur wieder zu erlangen. Die Stützfeder ist ebenfalls als Druckfeder
gestaltet. Sie hat eine der Druckfeder 5 entgegengesetzte Wirkungsrichtung, wodurch
die insgesamt verfügbare Federkraft bei niedrigen Temperaturen bei denen die Stützfeder
8 wirkungslos ist, nur durch diejenige der Druckfeder 5 bestimmt wird. Bei hohen Temperaturen
wird die Federkraft der Druckfeder 5 demgegenüber reduziert durch die Federkraft der
aktivierten Stützfeder 8. Es ist somit insgesamt nur die Differenz zwischen den Tragfähigkeiten
beider Federn verfügbar.
[0018] Sämtliche Hohlräume des erfindungsgemäßen Spielausgleichselementes sind unter normalen
Betriebsbedingungen vollständig mit Öl gefüllt. An der Oberseite des Deckels 3 liegt
die Nockenwelle an. Der zugehörige Nocken 10 befindet sich im gezeichneten Zustand
nicht im Eingriff mit der Oberseite des Spielausgleichselementes.
[0019] Zur Funktion ist folgendes auszuführen:
Nach Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine ergibt sich eine Relativverdrehung der
Nockenwelle, wodurch der Nocken 10 der Nockenwelle kurzfristig in Eingriff mit der
Oberseite des Spielausgleichselementes gelangt und dieses in Richtung der gezeigten
Mittellinie senkrecht nach unten bewegt. In dieser kurzen Zeitspanne vermag das von
dem Hohlzylinder 2 und dem Kolben 11 umschlossene Ölvolumen den Drosselspalt zwischen
beiden nicht zu passieren, was zur Folge hat, daß sich eine nahezu starre Abstützung
des Hohlzylinders 2 auf dem Kolben 11 und damit dem Deckel 3 des Holzylinders 1 ergibt.
Die Relativbewegung des Nockens 10 wird damit nahezu vermindert auf den nicht dargestellten
Ventilschaft übertragen, was ein Öffnen des zugehörigen Ventiles verursacht.
[0020] Beim weiteren Fortschreiten der Drehbewegung gelangt der Nocken 10 der Nockenwelle
in bezug auf den Deckel 3 des Hohlzylinders 1 außer Eingriff, wodurch das Spielausgleichselement
in seiner Gesamtheit nach oben bewegt wird und der Ventilschaft des zugehörigen Ventils
in seine Ausgangslage zurückkehrt. Ein eventuell eingetretener Ölverlust im Bereich
des Druckraums zwischen dem Kolben 11 und dem Hohlzylinder 2 wird durch die Kraft
der Druckfeder 5 durch Ansaugen aus dem Hohlraum 7 gedeckt.
[0021] Wird die Brennkraftmaschine außer Betrieb gesetzt, während sich der Nocken 10 mit
der Oberseite des Hohlzylinders 1 in Eingriff befindet, dann bewirkt die Kraft der
nicht dargestellten Schließfeder des zugehörigen Ventils, welche stets härter ist
als die Druckfeder 5, eine allmähliche Aufwärtsbewegung des Hohlzylinders 2 in bezug
auf den Hohlzylinder 1 unter entsprechender Relativverlagerung von ursprünglich in
dem Hochdruckraum 13 enthaltenen Ölbestandteilen in den Hohlraum 7.
[0022] Bei normalen und hohen Temperaturen wirkt die Stützfeder 8 der Druckfeder 5 entgegen
und verringert somit die Gesamtkraft, die den Hohlzylinder 2 und den Kolben 11 auseinander
drückt und reduziert damit auch die Reibung zwischen dem sich drehenden Nocken 10
und dem Deckel 3 des Zylinders 1. Bei den genannten Temperaturbereichen ist nur eine
geringe Federkraft notwendig, weil das Öl sehr dünnflüssig ist.
[0023] Bei niedrigen Temperaturen und insbesondere beim Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine
ist das Schmieröl demgegenüber zähflüssig. Hierdurch wird eine große Federkraft benötigt,
um den Hohlzylinder 2 und den Kolben 11 in axialer Richtung auseinander zu drücken
und das Schmieröl über das Kugelrückschlagventil in den von beiden umschlossenen Hohlraum
einzusaugen. Bei einer entsprechend niedrigen Temperatur hat die Stützfeder 8 indessen
keine Federkraft. Sie wirkt dadurch nicht mehr entlastend für die Druckfeder 5. Die
gesamte Tragfähigkeit der Druckfeder 5 steht dadurch für die axiale Außeinanderbewegung
des Hohlzylinders 2 in bezug auf den Kolben 11 zur Verfügung. Auch unter entsprechend
ungünstigen Bedingungen ist dadurch eine ausreichend schnell Auseinanderbewegung der
Kolben/Zylindereinheit gewährleistet.
1. Hydraulisches Spielausgleichselement für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine,
umfassend zwei gegeneinander abgedichtete Hohlzylinder, die im Bereich ihrer voneinander
abgewandten Enden durch Deckel verschlossen und durch eine Druckfeder axial elastisch
aufeinander abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlzylinder (1, 2) ergänzend
zu der Druckfeder (5) durch eine Stützfeder (8) mit einer der Druckfeder (5) entgegengesetzten
Wirkungsrichtung aufeinander abgestützt sind und daß die Stützfeder (8) aus einer
metallischen Formgedächtnislegierung besteht und bei Erreichen der As-Temperatur eine
Druckfestigkeit aufweist, die geringer ist als die Tragfähigkeit der Druckfeder (5).
2. Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder
(5) und die Stützfeder (8) als Schraubenfedern ausgebildet sind.
3. Spielausgleichselement nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfeder
(8) aus einer Legierung mit einer As-Temperatur besteht, die - 15 bis + 5°C beträgt.
4. Spielausgleichselement nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfeder
(8) aus einer Legierung mit einer As-Temperatur besteht, die etwa im Bereich des Gefrierpunktes
von Wasser liegt.
5. Spielausgleichselement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragfähigkeit
der Stützfeder (8) bei Erreichen der As-Temperatur 30 bis 70 % von derjenigen der
Druckfeder (5) beträgt.