Tassenstössel mit Ventilspielausgleichsvorrichtung

Abstract

 Ein Tassenstößel (3) weist zur Verringerung von Gewicht und Bauhöhe ein unter Mitwirkung des Federtellers (9), des Tassenbodens (16) und einer am Federteller (9) festgelegten Dichtung (21) gebildetes Ventilspielausgleichselement auf, wobei ein Rückschlagventil in die Dichtung (21) integriert ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Tassenstößel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Aus der US-PS 4.483.281 ist ein gattungsgemäßer Tassenstößel bekannt, bei welchem der Federteller zugleich zur Bildung eines Bestandteils der Ventilspielausgleichsvorrichtung herangezogen wird. Hierbei ist der Federteller ein im Querschnitt relativ kompliziert geformtes Bauteil, welches zugleich als Gleitführung des Tassenstößels dient. Ein vom Nocken direkt beaufschlagtes plattenförmiges Bauteil ist axial in den Federteller verschiebbar eingesetzt, wobei zwischen diesen beiden Bauteilen eine Ventilspielausgleichsvorrichtung eingesetzt ist. Eine kraftübertragende Verbindung zwischen Ventilschaft und Federteller im Sinne des Ventilschließens ist nicht offenbart.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen gattungsgemäßen Tassenstößel bezüglich Bauhöhe und Gewicht zu optimieren.

[0004] Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen benannt.

[0005] Bei der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß das vom Nocken beaufschlagte Bauteil in einfacher Weise so gestaltet ist, daß es als den Federteller übergreifende Tasse ausgebildet ist, die zugleich einseitig den Druckraum der Ventilspielausgleichsvorrichtung begrenzt. Diese Tasse kann in dieser Funktion beanspruchungsgerecht als leichtgewichtiges, da dünnwandiges, Bauteil ausgelegt werden. Eine Ventilspielausgleichsvorrichtung im üblichen Sinne, als separat herstellbare und in den Tassenstößel einzusetzende Baueinheit, entfällt. Der Federteller begrenzt zu diesem Zweck den Druckraum anderseitig, wofür er mit dem Ventilschaftende fest verbunden ist. Diese Merkmalskombination ermöglicht durch den Entfall des für ein übliches Ventilspielausgleichselement erforderlichen Bauraumes und die Gestaltung des vom Nocken beaufschlagten Bauteiles eine signifikante Verringerung der Bauhöhe des Tassenstößels. Diese Reduktion kann in vollem Umfang an die erforderliche Bauhöhe eines Zylinderkopfes weitergegeben werden, wodurch beispielsweise ein flacherer Verlauf einer die Brennkraftmaschine überdeckenden Haube eines Kraftfahrzeuges ermöglicht ist.

[0006] In vorteilhafter Ausgestaltung greift zumindest eine Feder an dem Federteller an, wobei zwischen diesen beiden Bauteilen ein mit einer Dichtung versehener Trägerring zur Abdichtung des Spaltes zwischen Federteller und Tassenmantel eingespannnt ist. Diese Feder kann die Ventilschließfeder sein und/oder es ist eine weitere Feder zwischen Tassenboden und einer Deckfläche des Federtellers angeordnet, welche einen weiteren Trägerring mit einer Dichtung vorspannt.
Dieser weitere Trägerring kann alternativ ohne weitere Feder verbaut werden, sofern er im wesentlichen öldicht ausgeführt ist und somit von dem eingespeisten Motoröldruck auf den Federteller gepreßt wird.
Dabei kann bei nur einem einzigen, auf der Deckfläche angeordneten Trägerring die Dichtung als gummielastische Doppellippendichtung ausgebildet sein, welche zwischen ihren Lippen und dem Tassenmantel einen Hydraulikraum zur Aufnahme von Drucköl aufweist. Die dem Tassenboden zugewandte Dichtlippe wirkt dabei als Rückschlagventil. Im Falle von zwei Trägerringen kann der dem Tassenboden zugewandte Trägerring mit einer Außenwandung direkt dichtend am Tassenmantel anliegen, während die Abdichtung zum Hubventil hin von einer gummielastischen Dichtung auf dem der Ventilschließfeder zugeordneten Trägerring erfolgt.

[0007] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Befestigung zwischen Ventilschaftende und Federteller durch ein lösbares Spannmittel z. B. in Form einer Mutter bewerkstelligt, welche auf einen mit einem Gewinde versehenen Endbereich des Ventilschaftes aufgesetzt ist. Der Endbereich ist mit einer Schulter versehen und durchdringt den Federteller zentrisch, so daß dieser zwischen Schulter und Spannmittel festgelegt ist.

[0008] Somit ist insgesamt ein gattungsgemäßer Tassenstößel geschaffen, der zugleich bei geringstem Gewicht und niedriger Bauhöhe einfach und kostengünstig zu fertigen und zu montieren ist. Das verringerte Gewicht führt über die geringeren bewegten Massen im Ventiltrieb zu einer Kraftstoffersparnis.

[0009] Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1:

einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform,

Figur 2:

ein Querschnitt durch eine Variante der ersten Ausführungsform,

Figur 3:

ein Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform,

Figur 4:

einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform und

Figur 5a bis d:

einen Vergleich der Bauhöhe verschiedener Tassenstößel.

[0010] Ein Zylinderkopf 1 einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine weist eine Aufnahme 2 zur gleitverschieblichen Führung eines insgesamt mit 3 bezeichneten Tassenstößels auf. Ein auf einer Nockenwelle 4 angeordneter Nocken 5 betätigt mittels des Tassenstößels 3 ein insgesamt mit 6 bezeichnetes Hubventil, von dem in den Figuren nur ein Ventilschaft 7 sowie dessen Endbereich 8 dargestellt ist.
Auf dem Endbereich 8 ist ein fest mit dem Hubventll 6 verbundener Federteller 9 angeordnet, welcher zwischen einer durch einen konischen Sitz gebildeten Schulter 10 und einem durch eine Mutter 11 gebildeten Spannmittel befestigt ist. Der Endbereich 8 durchsetzt den Federteller 9, und trägt ein der Mutter 11 zugeordnetes Gewinde.
Eine Fläche 12 des Federtellers 9 dient zur Anlage einer Ventilschließfeder 13, welche sich zumindest teilweise in dem Tassenstößel 3 erstreckt und sich in nicht gezeigter Weise im Zylinderkopf 1 abstützt.
Der Tassenstößel 3 wird aus einer einen hohlzylindrischen Mantel 14 aufweisenden Tasse 15 mit einem von dem Nocken 5 beaufschlagten Tassenboden 16 gebildet. Zwischen diesem Tassenboden 16 und einer der Fläche 12 gegenüberliegenden Deckfläche 17 des Federtellers 9 ist mittels einer Druckfeder 18 ein topfförmiger Trägerring 19 verspannt.
Der Trägerring 19 ist in seinem radial äußeren Bereich winklig ausgeführt und trägt auf einer die Druckfeder 18 zumindest abschnittsweise umgreifenden Außenwandung 20 eine Dichtung 21. Diese dichtet den zwischen Tassenboden 16 und Federteller 9 ausgebildeten Druckraum 22 ab.

[0011] In einer ersten Ausführungsform gemäß der Figuren 1 und 2 trägt die Dichtung 21 zwei Dichtlippen 23 und 24, welche axial zueinander beabstandet sind und zwischen sich und dem Mantel 14 einen Hydraulikraum 25 begrenzen. Dieser ist mittels einer Bohrung 26 des Mantels 14 mit einem Druckmittelkanal 27 im Zylinderkopf 1 verbunden.

[0012] Die Dichtlippen 23 bzw. 24 sind so geneigt angeordnet, daß der Druck im Druckraum 22 bzw. Hydraulikraum 25 die Dichtkräfte erhöht, mit denen sich diese Dichtlippen 23 und 24 auf der Innenfläche des Mantels 14 abstützen, so daß während der Ventilöffnungsphasen eine sichere Dichtwirkung, das heißt eine einwandfreie Abdichtung eines Spaltes 28 zwischen Mantel 14 und Federteller 9, gewährleistet ist.

[0013] Im Betrieb der Brennkraftmaschine ist sowohl der Druckraum 22 wie auch der Hydraulikraum 25 mit über den Druckmittelkanal 27 zugeführtem Drucköl gefüllt. Im Falle eines erforderlichen Nachstellens des Ventilspieles hebt die Dichtlippe 23 von der Innenfläche des Mantels 14 ab und Drucköl wird in den Druckraum 22 nachgeführt. Während in der Ausführungsform nach Figur 1 der Trägerring 19 mit einer mittigen Öffnung 29 versehen ist, ist in der Variante gemäß Figur 2 der Trägerring 19 mit einer die Mutter 11 übergreifenden Auswölbung 30 versehen. Die Öffnung 29 dient dabei dem Durchtritt des Endbereiches 8, während die gemäß Figur 2 geschlossene Ausführung den Druckraum 22 verkleinert.

[0014] Zweckmäßigerweise besitzt die Dichtung 21, wie gezeichnet, einen metallenen Grundkörper, so daß zwischen Dichtung 21 und Deckfläche 17 des Federtellers 9 auch bei einer beispielsweise durch Wärmedehnung oder verschleißbedingten Verkürzung des Ventilschaftes 7 Minimalleckagen sichergestellt sind. Außerdem läßt diese - sich selbsttätig einstellende - Dichtung 21 durch eine radiale Verschiebbarkeit einen Versatz zwischen Federteller 9 und Mantel 14 zu.

[0015] Die Zufuhr von Drucköl kann auch über mehrere Bohrungen nach Art der Bohrung 26 erfolgen. Ist nur eine derartige ölzuführende Bohrung 26 vorhanden, erstreckt sich eine in die Aufnahme 2 eingestochene Nut 31 bei einem sich im Betrieb drehenden Tassenstößel 3 über den gesamten Umfang, andernfalls kann eine sich nur über den entsprechenden Teilumfang erstreckende Nut vorgesehen sein. Die axiale Erstreckung dieser Nut 31 kann so groß sein, daß die Bohrung 14 dauernd mit dieser Nut 31 kommuniziert. Dieser Effekt kann zusätzlich durch eine axiale Abflachung im Bereich der Bohrung 26, das heißt in der Tasse 15, unterstützt werden.

[0016] Zur Erleichterung des Festziehens der Mutter 11 kann der Federteller 9 mit einem Profil zum Ansetzen eines Werkzeuges versehen sein.

[0017] Die Gestaltung der Dichtung 21 gemäß Figur 2 ist auch insofern vorteilhaft, als jegliche Dichtprobleme zwischen Trägerring 19 und Deckfläche 17 des Federtellers 9 und damit eine etwaige Oberflächenbearbeitung vermieden sind. Der Druckraum 22 ist hier auch während eines Transports in der Fertigung geschlossen, wodurch Verschmutzungen vermieden sind. Zur Sicherstellung einer Minimalleckage kann die Auswölbung 30 mit einer Leckagebohrung 32 versehen sein, beispielsweise im Bereich der Längsachse des Tassenstößels 3.

[0018] Der im Druckraum 22 anliegende Motoröldruck kann ggf. den Trägerring 19 in ausreichender Weise auf die Deckfläche 17 pressen, so daß die Druckfeder 18 entfallen kann.

[0019] In den Ausführungsformen gemäß Figuren 3 und 4 sind mit der zuvor beschriebenen Ausführung identische Teile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Mit der zweiten Ausführungsform gemäß Figur 3 kann eine weitere, deutliche Verringerung der Bauhöhe dadurch erzielt werden, daß die Deckfläche 17 eine sich zum Hubventil 6 erstreckende Vertiefung 33 zur Aufnahme der Mutter 11 aufweist.
In dieser Ausführungsform ist ein einziger Trägerring 19 zwischen einem Flansch 34 des Federtellers 9 und der Ventilschließfeder 13 eingespannt und trägt wiederum auf seiner Außenwandung 20 eine mit zwei Dichtlippen 23, 24 versehene Dichtung 21.
Die versenkte Anordnung der Mutter 11 und die Erstreckung des Trägerringes 19 sowie der Dichtung 21 ausschließlich auf der vom Tassenboden 16 abgewandten Seite der Deckfläche 17 reduziert hierbei die Bauhöhe deutlich.

[0020] Die Ausführungsform gemäß Figur 4 weist sowohl einen von der Druckfeder 18 auf die Deckfläche 17 gepreßten Trägerring 19 auf, welcher mittels einer koaxial zum Mantel 14 liegenden, als Ringfläche 35 ausgebildeten Außenwandung 20 in direkter Anlage mit der Innenfläche des Mantels 14 steht, wie auch eine von der Ventilschließfeder 13 gegen die Fläche 12 gepreßten weiteren Trägerring 19 auf. Dieser trägt zur Überbrückung des Spaltes 28 eine Dichtlippe 24. Die Abdichtung des Druckraumes 22 wird hierbei durch den als metallischen Winkelring ausgeführten und von der Druckfeder 18 beaufschlagten Trägerring 19 vorgenommen, wobei dieser radial mit Minimalspiel im Mantel 14 geführt ist und plan auf dem Federteller 9 aufliegt. Diese Ausführung weist eine erhöhte Standfestigkeit auf.
Die Öffnung 29 umfaßt wiederum koaxial die Mutter 11, welche sich an einem Boden 36 der Vertiefung 33 abstützt.
Im Betrieb dieser Ausführungsform der Erfindung wird Drucköl über den Druckmittelkanal 27, die Nut 31 sowie Bohrung 26 in den Hydraulikraum 25 eingespeist. Zum Auffüllen des im Druckraum 22 befindlichen Hydraulikpolsters hebt bei Bedarf der Trägerring 19 entgegen der Federkraft der Druckfeder 18 von der als Sitzfläche wirkenden Deckfläche 17 ab und ermöglicht somit den Zutritt von Drucköl.

[0021] Die Figuren 5a bis 5d verdeutlichen den Einfluß verschiedener Ausführungen von Tassenstößeln auf die Bauhöhe eines Zylinderkopfes 1. Während Figur 5a zum Vergleich einen von der Anmelderin serienmäßig verbauten Tassenstößel zeigt, entspricht Figur 5b der ersten Ausführungsform der Erfindung, Figur 5c der zweiten und Figur 5d der dritten Ausführungsform der Erfindung. Eine Linie 40 stellt als Vergleichsbasis jeweils das obere Ende der Ventilschließfeder 13 dar, solange der Nocken 5 auf seinem Grundkreis läuft. Eine parallel dazu durch die Mitte der Nockenwelle 4 der Figur 5a verlaufende Linie 41 stellt die Ausgangssituation dar. In den Figuren 5b bis 5d sind jeweils zur Linie 41 parallele Linien 42 durch die jeweilige Mitte der Nockenwelle 4 aufgetragen. Die sich ergebende Reduktion der Bauhöhe ist jeweils durch die Abstände 43, 44 bzw. 45, gemessen zwischen den Linien 42 und der Linie 41 dargestellt.

Ansprüche

1. Tassenstößel mit Ventilspielausgleichsvorrichtung zur Übertragung der von einem Nocken ausgeübten Ventilöffnungskräfte auf ein Hubventil, an dem eine Ventilschließfeder mittels eines Federtellers angreift,
welcher einen hydraulischen Druckraum der Spielausgleichsvorrichtung begrenzt,
wobei in einem Strömungsweg zwischen einem äußeren Druckmittelkanal und diesem Druckraum ein Rückschlagventil angeordnet ist,
und mit einem vom Nocken beaufschlagten Bauteil, dessen axialer Abstand zum Federteller durch das Druckmittel im Druckraum bestimmt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil als den Federteller (9) übergreifende, mit einem hohlzylindrischen Mantel (14) versehene Tasse (15) ausgebildet ist und ein Endbereich (8) des Ventilschaftes (7) fest mit dem Federteller (9) verbunden ist.

2. Tassenstößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zumindest einer am Federteller (9) angreifenden und sich zumindest teilweise innerhalb des Tassenstößels (3) erstreckenden Feder (13, 18) und dem Federteller (9) ein topfförmiger Trägerring (19) eingespannt ist, wobei eine dem Mantel (14) zugeordnete Außenwandung (20) des Trägerringes (19) eine den Druckraum (22) abdichtende Dichtung (21) trägt.

3. Tassenstößel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder als Ventilschließfeder (13) ausgebildet ist, die sich an einem Flansch (34) des Federtellers (9) abstützt, und mindestens eine Dichtlippe (23, 24) der Dichtung (21) einen sich zwischen dem Trägerring (19) und dem Mantel (14) erstreckenden Spalt (28) dichtend überbrückt.

4. Tassenstößel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder als sich zwischen einem von dem Nocken (5) beaufschlagten Tassenboden (16) und einer diesem zugewandten Deckfläche (17) des Federtellers (9) erstreckende Druckfeder (18) ausgebildet ist, welche den Trägerring (19) gegen diese Deckfläche (17) spannt.

5. Tassenstößel nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der der Deckfläche (17) zugewandte Trägerring (19) mit der zum Ventilschaft (7) koaxialen Außenwandung (20) unmittelbar am Mantel (14) anliegt und zwischen sich und dem Tassenboden (16) den Druckraum (22) der Ventilspielausgleichsvorrichtung begrenzt, wobei in den durch die axiale Höhe des Flansches (34) gegebenen Abstand zwischen diesem Trägerring (19) und dem von der Ventilschließfeder (13) beaufschlagten Trägerring (19) eine mit dem Druckmittelkanal (27) verbundenen Bohrung (26) in dem Mantel (14) angeordnet ist.

6. Tassenstößel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (21) axial in Richtung auf den Nocken (5) beabstandet eine weitere Dichtlippe (23) aufweist, welche den Druckraum (22) der Ventilspielausgleichsvorrichtung abdichtet.

7. Tassenstößel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippe (24) und die weitere Dichtlippe (23) zwischen sich und dem Mantel (14) einen ringförmigen Hydraulikraum (25) begrenzen, welcher mittels zumindest einer Bohrung (26) im Mantel (14) mit dem Druckmittelkanal (27) verbunden ist.

8. Tassenstößel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Verbindung zwischen Federteller (9) und Endbereich (8) durch formschlüssiges Anpressen des Federtellers (9) an eine Schulter (10) des Ventilschaftes (7) mittels eines lösbaren, auf dem den Federteller (9) zentrisch durchsetzenden Endbereich (8) angeordneten Spannmittels erfolgt.

9. Tassenstößel nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine einem vom Nocken (5) beaufschlagten Tassenboden (16) zugewandte Deckfläche (17) des Federtellers (9) eine sich zum Hubventil (6) erstreckende Vertiefung (33) zur Aufnahme des Spannmittels aufweist.

10. Tassenstößel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Trägerring (19) und die darauf angeordnete Dichtung (21) auf der vom Tassenboden (16) abgewandten Seite der Deckfläche (17) erstrecken.

11. Tassenstößel nach den Ansprüchen 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckfläche (17) eine zentrische Vertiefung (33) mit einem Boden (36) aufweist und der Trägerring (19) mit einer mittigen Öffnung (29) zur koaxialen Aufnahme des Spannmittels versehen ist.

12. Tassenstößel nach den Ansprüchen 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandung (20) die Druckfeder (18) zumindest abschnittsweise umgreift und die Dichtung (21) zwei axial zueinander beabstandete Dichtlippen (23, 24) trägt, welche zwischen sich und dem Mantel (14) einen Hydraulikraum (25) begrenzen, welcher mittels zumindest einer Bohrung (26) im Mantel (14) mit dem Druckmittelkanal (27) verbunden ist.

13. Tassenstößel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerring (19) eine sich von der Deckfläche (17) zum Tassenboden (16) erstreckende, das Spannmittel übergreifende Auswölbung (30) aufweist.

Zeichnung