DE102006048342A1

DE102006048342A1 - Schlepphebel

Info

Publication number: DE102006048342A1
Application number: DE102006048342A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Engelhardt (FH); Christian Dipl.-Ing. Minner (FH)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-10-12
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2008-04-17
Also published as: WO2008043717A2; BRPI0719173A2; US8025038B2; BRPI0719173A8; US20100064999A1; WO2008043717A3

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Schlepphebel (1) zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, mit einem aus Blechwerkstoff kalt umgeformten Hebelkörper (2), der an einem ventilseitigen Hebelabschnitt (3) mit zwei Seitenwänden (5) und einem diese verbindenden ersten Bodenabschnitt (6) ein Querschnittsprofil mit zum Gaswechselventil hin offener U-Form bildet und an einem gelenkseitigen Hebelabschnitt (4) mit den Seitenwänden und einem diese verbindenden zweiten Bodenabschnitt (8) ein veränderliches Querschnittsprofil mit zunächst zum Gaswechselventil hin offener U-Form, die in eine Muldenform mit einer sich daraus erhebenden Gelenkpfanne (9) übergeht, bildet. Dabei soll die seitens des ventilseitigen Hebelabschnitts an die Gelenkpfanne angrenzende Muldenform eine M-Form mit zwei zum Gaswechselventil hin offenen Freinehmungen (17) aufweisen, die jeweils zwischen einer der Seitenwände und dem zweiten Bodenabschnitt verlaufen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Schlepphebel zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, mit einem aus Blechwerkstoff kalt umgeformten länglichen Hebelkörper, der an einem ventilseitigen Hebelabschnitt eine Ventilbetätigungsfläche und an einem gelenkseitigen Hebelabschnitt eine zur schwenkbeweglichen Lagerung des Schlepphebels dienende Gelenkpfanne aufweist. Der Hebelkörper bildet am ventilseitigen Hebelabschnitt mit zwei voneinander beabstandet verlaufenden Seitenwänden und einem die Seitenwände verbindenden ersten Bodenabschnitt ein Querschnittsprofil, das eine zum Gaswechselventil hin offene U-Form aufweist, und der Hebelkörper bildet am gelenkseitigen Hebelabschnitt, in vom ventilseitigen Hebelabschnitt zum gelenkseitigen Hebelabschnitt orientierter Längsrichtung, mit den Seitenwänden und einem die Seitenwände verbindenden zweiten Bodenabschnitt ein veränderliches Querschnittsprofil, das zunächst eine zum Gaswechselventil hin offene U-Form und eine sich an diese anschließende Muldenform mit einer zum Gaswechselventil hin geschlossenen Mulde, innerhalb deren Längsersteckung die Gelenkpfanne größtenteils oder vollständig verläuft, aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiger Schlepphebel geht aus der als gattungsbildend betrachteten JP 07063013 A hervor und weist gegenüber Schlepphebeln, deren Hebelkörper über ihre gesamte Länge eine zum Gaswechselventil hin offene U-Form besitzen, mehrere für die Ventiltriebsfunktion entscheidende Vorteile auf. Hierzu zählt zum einen die für die Ventiltriebsdynamik maßgebliche Steifigkeit des Hebelkörpers, welche im Falle der Muldenform aufgrund des dann deutlich höheren Flächenträgheitsmoments mit entsprechend geringerer Durchbiegung des Schlepphebels erheblich gesteigert werden kann. Aufgrund dieses vergleichsweise hohen Flächenträgheitsmoments besteht zum anderen die Möglichkeit, die Wandstärke des Hebelkörpers zugunsten eines reduzierten Massenträgheitsmoments und dementsprechend geringeren Trägheits-, Kontakt- und Reibungskräften bei nach wie vor ausreichender Steifigkeit des Hebelkörpers zu verkleinern.
Ein weiterer Vorteil des gelenkseitigen Querschnittsprofils mit Muldenform besteht in der geometrischen Ausbildung der zumindest größtenteils innerhalb der Längserstreckung der Mulde verlaufenden Gelenkpfanne, die einen stationär in der Brennkraftmaschine angeordneten und den Schlepphebel schwenkbeweglich lagernden Gelenkkopf mit einem deutlich größeren Überdeckungswinkel umgreifen kann. Hierdurch wird die Sicherheit des Schlepphebels gegen Abspringen vom Gelenkkopf erhöht, wie es beispielsweise bei Kontaktverlusten im Ventiltrieb infolge Überdrehzahlen der Brennkraftmaschine mit entsprechend unkontrollierten Kraftwinkeln zwischen der Gelenkpfanne und dem Gelenkkopf auftreten kann.
Ein wesentlicher Nachteil des in der zitierten Druckschrift vorgeschlagenen Schlepphebels liegt jedoch in der umformtechnischen Ausführbarkeit der Muldenform begründet. Diese ist dort so beschaffen, dass die zunächst in gaswechselventilferne Richtung aufsteigenden Seitenwände um 180° gebogen in den zweiten Bodenabschnitt übergehen, welcher seinerseits eine zum Gas wechselventil hin geschlossene und rechteckige U-Form mit an den Seitenwänden unmittelbar anliegenden Schenkeln aufweist. Die Herstellung dieser Muldenform ist jedoch mit einem außerordentlich hohen Umformgrad des aus Blechwerkstoff kalt geformten Hebelkörpers verbunden, so dass insbesondere im Übergangsbereich zwischen der U-Form und der sich daran anschließenden Muldenform, ab welcher der zweite Zwischenboden gleichsam zwischen die Seitenwände eintaucht, mit Materialrissen im Hebelkörper und folglich einer hohen Ausschussrate bei dessen Herstellung gerechnet werden muss. Aufgrund der hohen Kerbwirkung einer solchen Muldenform besteht darüber hinaus auch die Gefahr einer unzureichenden Dauerbruchfestigkeit des Hebelkörpers, dessen vorzeitiger Ermüdungsbruch in der Regel zu erheblichen Schäden an der Brennkraftmaschine führt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese geschilderten Nachteile zu vermeiden und somit einen Schlepphebel der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Hebelkörper einerseits prozesssicher umformbar und somit bei geringster Ausfallrate kostengünstig herstellbar ist und andererseits eine ausreichende Betriebsfestigkeit aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die seitens des ventilseitigen Hebelabschnitts an die Gelenkpfanne angrenzende Muldenform eine M-Form mit zwei zum Gaswechselventil hin offenen Freinehmungen, die jeweils zwischen einer der Seitenwände und dem zweiten Bodenabschnitt verlaufen, aufweist. Demnach ist die für die kostengünstige Herstellbarkeit des Schlepphebels notwendige Voraussetzung der prozesssicheren Umformbarkeit des Hebelkörpers dadurch geschaffen, dass der Umformgrad des Hebelkörpers im Bereich der Muldenform aufgrund der Freinehmungen umformgerecht ist und ein hinsichtlich Rissbildung kritisches Niveau nicht übersteigt. Gleichzeitig kann am jeweiligen Grund der Freinehmungen eine im Sinne niedriger Kerbwirkung beanspruchungsgerechte Übergangskontur zwischen den Seitenwänden und dem zweiten Bodenabschnitt, vorzugsweise in Form ausreichend großer Biegeradien zugunsten der ausreichenden Dauerbruchfestigkeit des Hebelkörpers vorgesehen werden. Zusammenfassend können also mit einem derart ausgebildeten Schlepphebel die eingangs genannten Funktionsvorteile erreicht werden, ohne die sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile, d.h. Materialrissbildung beim Umformen des Hebelkörpers sowie dessen unzureichende Dauerbruchfestigkeit, in Kauf nehmen zu müssen.
In Weiterbildung der Erfindung soll der Hebelkörper mit seinen dem Gaswechselventil abgewandten Oberseiten der Seitenwände und dem zweiten Bodenabschnitt ein Längsschnittprofil bilden derart, dass der zweite Bodenabschnitt im Übergangsbereich zwischen der sich zunächst zum Gaswechselventil hin offenen U-Form und der sich an diese anschließenden Muldenform um einen Winkel von mindestens 45° gebogen gegenüber den Oberseiten der Seitenwände verläuft. Wie es auch an dem weiter unten erläuterten Ausführungsbeispiel veranschaulicht ist, kann durch diese Maßnahme die Länge des gelenkseitigen Hebelabschnitts besonders klein gehalten werden, so dass sich insgesamt ein in Längsrichtung äußerst kompakt bauender Hebelkörper mit weiterhin erhöhter Steifigkeit und geringer Masse darstellen lässt.
Diese vorteilhafte geometrische Ausbildung des Hebelkörpers kann unabhängig vom Verlauf der Oberseiten der Seitenwände auch dadurch beschrieben werden, dass der zweite Bodenabschnitt im Übergangsbereich zwischen der sich zunächst zum Gaswechselventil hin offenen U-Form und der sich an diese anschließenden Muldenform im wesentlichen orthogonal zu einer dem Gaswechselventil zugewandten Unterseite der Gelenkpfanne verläuft.
Außerdem sollen sich die Freinehmungen zum Gaswechselventil hin konisch verbreitern. Die so ausgebildeten Freinehmungen dienen nicht nur der oben erläuterten umform- und beanspruchungsgerechten Gestaltung des Hebelkörpers im Bereich der Muldenform, sondern auch einer guten Entformbarkeit und einer hohen Verschleißbeständigkeit des zur Herstellung des Hebelkörpers er forderlichen Umformwerkzeugs.
Auch kann es vorgesehen sein, dass eine dem zweiten Bodenabschnitt zugewandte Längsstirnseite des ersten Bodenabschnitts und eine dem ersten Bodenabschnitt zugewandte Längsstirnseite des zweiten Bodenabschnitts eine zwischen den Seitenwänden verlaufende Aussparung begrenzen, in welcher Aussparung eine auf einem an den Seitenwänden befestigten und diese verbindenden Lagerbolzen drehbare und wahlweise wälzgelagerte Rolle angeordnet ist. Eine derartige Rolle dient bekanntlich als die Ventiltriebsreibung deutlich reduzierende Kontaktfläche, die nicht nur mit einem Nocken einer Nockenwelle, sondern auch mit anderen Hubübertragungsgliedern, beispielsweise in Form eines zwischen dem Nocken und dem Schlepphebel angeordneten Zwischenhebels einer vollvariablen mechanischen Ventilsteuerung zusammenwirken kann. Aus Gewichts- oder Kostengründen kann es alternativ dennoch vorgesehen sein, dass der erste Bodenabschnitt und der zweite Bodenabschnitt eine in Längsrichtung ununterbrochene Einheit bilden, auf der eine starre Gleitfläche für den Nocken oder das weitere Hubübertragungsglied verläuft.
Schließlich soll im Bereich der Muldenform die Wandstärke des zweiten Bodenabschnitts geringer als die Wandstärke der Seitenwände sein. Die vergleichsweise geringe Wandstärke des zweiten Bodenabschnitts erleichtert insbesondere die prozesssichere Ausformbarkeit der sich aus der Muldenform erhebenden und überdies den Gelenkkopf weit umgreifenden Gelenkpfanne.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schlepphebels dargestellt ist. Es zeigen:
1 den erfindungsgemäßen Schlepphebel in perspektivischer Ansicht auf die einem vom Schlepphebel betätigten Gaswechselventil abgewandte Oberseite;
2 den Schlepphebel gemäß 1 im Längsmittelschnitt;
3 den Querschnitt I-I gemäß 1;
4 den Querschnitt II-II gemäß 1 und
5 den Querschnitt III-III gemäß 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 und 2 ist ein Schlepphebel 1 zur Betätigung eines hier nicht dargestellten Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine in perspektivischer Ansicht bzw. im Längsmittelschnitt offenbart. Der Schlepphebel 1 weist einen aus Blechwerkstoff kalt umgeformten länglichen Hebelkörper 2 mit einem ventilseitigen Hebelabschnitt 3 und einem gelenkseitigen Hebelabschnitt 4 auf. Der Hebelkörper 2 bildet am ventilseitigen Hebelabschnitt 3 mit zwei voneinander beabstandet verlaufenden Seitenwänden 5 und einem die Seitenwände 5 verbindenden ersten Bodenabschnitt 6 ein Querschnittsprofil mit zum Gaswechselventil hin offener U-Form, die das Gaswechselventil mit einer Ventilbetätigungsfläche 7 hubbeaufschlagt und gleichzeitig mit den Seitenwänden 5 den Schlepphebel 1 auf dem Gaswechselventil seitlich ausrichtet.
Am gelenkseitigen Hebelabschnitt 4 sind die Seitenwände 5 über einen zweiten Bodenabschnitt 8 miteinander verbunden. Aus diesem erhebt sich eine Gelenkpfanne 9, mittels welcher der Schlepphebel 1 auf einem ebenfalls nicht dargestellten Gelenkkopf schwenkbeweglich gelagert ist. Bekanntermaßen ist ein solcher Gelenkkopf üblicherweise Teil eines in der Brennkraftmaschine stationär angeordneten Abstützelements mit mechanischem oder hydraulischem Ventilspielausgleich, wobei ein lediglich in 2 dargestelltes Verbindungselement 10 zur verliersicheren Halterung des Schlepphebels 1 auf dem Abstützelement während des Transports und der Montage der so gebildeten Baueinheit dient.
Eine dem zweiten Bodenabschnitt 8 zugewande Längsstirnseite 11 des ersten Bodenabschnitts 6 und eine diesem zugewandte Längsstirnseite 12 des zweiten Bodenabschnitts 8 begrenzen eine zwischen den Seitenwänden 5 verlaufende Aussparung 13 für eine drehbare Rolle 14 zur Reduzierung der Ventiltriebsreibung. Die Rolle 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel auf einem an den Seitenwänden 5 befestigten und diese verbindenden Lagerbolzen 15 mittels eines Nadellagers 16 wälzgelagert angeordnet.
Gegenüber dem ventilseitigen Querschnittsprofil mit in Längsrichtung durchgehender U-Form weist der Hebelkörper 2 am gelenkseitigen Hebelabschnitt 4 ein veränderliches Querschnittsprofil auf. Dieses veränderliche Querschnittsprofil ist nachfolgend anhand der in den 3 bis 5 dargestellten Schnitte I-I bis III-III gemäß 1 erläutert. Wie aus 1 hervorgeht, entspricht die Reihenfolge dieser Schnitte einer vom ventilseitigen Hebelabschnitt 3 zum gelenkseitigen Hebelabschnitt 4 orientierten Längsrichtung des Hebelkörpers 2. Das in 3 dargestellte Querschnittsprofil entsprechend dem in unmittelbarer Nähe der Längsstirnseite 12 des zweiten Bodenabschnitts 8 positionierten Schnitt I-I weist, wie auch der ventilseitige Hebelabschnitt 3, eine zum Gaswechselventil hin offene U-Form auf. Wie es aus der mit dem Schnitt II-II korrespondierenden 4 deutlich wird, geht diese U-Form in eine an die Gelenkpfanne 9 seitens des ventilseitigen Hebelabschnitts 3 angrenzende Muldenform über. Diese weist eine M-Form mit zwei zum Gaswechselventil hin offenen Freinehmungen 17, die jeweils zwischen einer der Seitenwände 5 und dem zweiten Bodenabschnitt 8 verlaufen, sowie eine zum Gaswechselventil hin geschlossene Mulde 18 auf. Wie eingangs erläutert, dienen die umformgerechten Freinehmungen 17 der prozesssicheren Herstellbarkeit des Hebelkörpers 2, indem dessen Umformgrad auf einem hinsichtlich herstellbedingter Materialrisse unkritischen Niveau liegt. Gleichzeitig sorgen die am Grund der Freinehmungen 17 verlaufenden Biegeradien 19 für eine geringe Kerbwirkung zugunsten einer ausreichenden Dauerbruchfestigkeit des Hebelkörpers 2 während des Betriebs des Schlepphebels 1. Aufgrund der sich zum Gaswechselventil hin konisch verbrei ternden Freinehmungen 17 kann überdies das Umformwerkzeug zur Herstellung der Muldenform ausreichend stabil und verschleißfest ausgeführt werden.
In 4 ist weiterhin erkennbar, dass im Bereich der Muldenform die Wandstärke des zweiten Bodenabschnitts 8 deutlich geringer als die Wandstärke der Seitenwände 5 ist. Hierdurch kann die in 5 gemäß dem Schnitt III-III dargestellte Gelenkpfanne 9, die mit einem sich unterhalb ihrer kalottenförmigen Einformung 20 anschließenden Ringkragen 21 weit über den Gelenkkopf des Abstützelements herumgezogen ist, unter hohem Umformgrad in den zweiten Bodenabschnitt 8 eingeformt werden.
Wie es schließlich an dem in 2 dargestellten Längsschnitt des Schlepphebels 1 deutlich wird, bildet der Hebelkörper 2 mit seinen dem Gaswechselventil abgewandten Oberseiten 22 der Seitenwände 5 und dem zweiten Bodenabschnitt 8 ein Längsschnittprofil derart, dass der zweite Bodenabschnitt 8 im Übergangsbereich zwischen der sich zunächst zum Gaswechselventil hin offenen U-Form und der sich an diese anschließenden Muldenform um einen Winkel 23 von mindestens 45° gebogen gegenüber den Oberseiten 22 der Seitenwände 5 verläuft. Der in diesem Ausführungsbeispiel gewählte Winkel 23 von etwa 65° führt dazu, dass die Mulde 18 mit dem zweiten Bodenabschnitt 8 an dieser Stelle besonders steil abfällt, nämlich orthogonal zu einer dem Gaswechselventil zugewandten Unterseite 24 der Gelenkpfanne 9. Unter Berücksichtigung des Bauraumbedarfs für die Gelenkpfanne 9 kann hierdurch die Länge des gelenkseitigen Hebelabschnitts 4 äußerst klein gehalten wird. Folglich lässt sich auch ein in Längsrichtung insgesamt sehr kompakt bauender Hebelkörper 2 mit weiterhin erhöhter Steifigkeit und entsprechend geringer Massenwirkung darstellen.

1: Schlepphebel
2: Hebelkörper
3: ventilseitiger Hebelabschnitt
4: gelenkseitiger Hebelabschnitt
5: Seitenwand
6: erster Bodenabschnitt
7: Ventilbetätigungsfläche
8: zweiter Bodenabschnitt
9: Gelenkpfanne
10: Verbindungselement
11: Längsstirnseite des ersten Bodenabschnitts
12: Längsstirnseite des zweiten Bodenabschnitts
13: Aussparung
14: Rolle
15: Lagerbolzen
16: Nadellager
17: Freinehmung
18: Mulde
19: Biegeradius
20: Einformung
21: Ringkragen
22: Oberseite der Seitenwand
23: Winkel
24: Unterseite der Gelenkpfanne

Claims

Schlepphebel (1) zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, mit einem aus Blechwerkstoff kalt umgeformten länglichen Hebelkörper (2), der an einem ventilseitigen Hebelabschnitt (3) eine Ventilbetätigungsfläche (7) und an einem gelenkseitigen Hebelabschnitt (4) eine zur schwenkbeweglichen Lagerung des Schlepphebels (1) dienende Gelenkpfanne (9) aufweist und der am ventilseitigen Hebelabschnitt (3) mit zwei voneinander beabstandet verlaufenden Seitenwänden (5) und einem die Seitenwände (5) verbindenden ersten Bodenabschnitt (6) ein Querschnittsprofil bildet, das eine zum Gaswechselventil hin offene U-Form aufweist, und der am gelenkseitigen Hebelabschnitt (4), in vom ventilseitigen Hebelabschnitt (3) zum gelenkseitigen Hebelabschnitt (4) orientierter Längsrichtung, mit den Seitenwänden (5) und einem die Seitenwände (5) verbindenden zweiten Bodenabschnitt (8) ein veränderliches Querschnittsprofil bildet, das zunächst eine zum Gaswechselventil hin offene U-Form und eine sich an diese anschließende Muldenform mit einer zum Gaswechselventil hin geschlossenen Mulde (18), innerhalb deren Längsersteckung die Gelenkpfanne (9) größtenteils oder vollständig verläuft, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die seitens des ventilseitigen Hebelabschnitts (3) an die Gelenkpfanne (9) angrenzende Muldenform eine M-Form mit zwei zum Gaswechselventil hin offenen Freinehmungen (17), die jeweils zwischen einer der Seitenwände (5) und dem zweiten Bodenabschnitt (8) verlaufen, aufweist.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelkörper (2) mit dem Gaswechselventil abgewandten Oberseiten (22) der Seitenwände (5) und dem zweiten Bodenabschnitt (8) ein Längsschnittprofil bildet derart, dass der zweite Bodenabschnitt (8) im Übergangsbereich zwischen der sich zunächst zum Gaswechselventil hin offenen U-Form und der sich an diese anschließenden Muldenform um einen Winkel (23) von mindestens 45° gebogen gegenüber den Oberseiten (22) der Seitenwände (5) verläuft.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bodenabschnitt (8) ein Längsschnittprofil aufweist derart, dass der zweite Bodenabschnitt (8) im Übergangsbereich zwischen der sich zunächst zum Gaswechselventil hin offenen U-Form und der sich an diese anschließenden Muldenform im wesentlichen orthogonal zu einer dem Gaswechselventil zugewandten Unterseite (24) der Gelenkpfanne (9) verläuft.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Freinehmungen (17) zum Gaswechselventil hin konisch verbreitern.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem zweiten Bodenabschnitt (8) zugewandte Längsstirnseite (11) des ersten Bodenabschnitts (6) und eine dem ersten Bodenabschnitt (6) zugewandte Längsstirnseite (12) des zweiten Bodenabschnitts (8) eine zwischen den Seitenwänden (5) verlaufende Aussparung (13) begrenzen, in welcher Aussparung (13) eine auf einem an den Seitenwänden (5) befestigten und diese verbindenden Lagerbolzen (15) drehbare und wahlweise wälzgelagerte Rolle (14) angeordnet ist.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Muldenform die Wandstärke des zweiten Bodenabschnitts (8) geringer als die Wandstärke der Seitenwände (5) ist.