DE102009032143A1

DE102009032143A1 - Verfahren zur Herstellung eines Hubübertragungsbauteils

Info

Publication number: DE102009032143A1
Application number: DE102009032143A
Authority: DE
Inventors: Peter Kares; Marco Meisborn
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2011-01-13
Also published as: CN102421994A; KR20120032516A; WO2011003865A1; CN102421994B; US8590149B2; US20110005073A1; DE112010002853A5; KR101626188B1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Verfahren zur Herstellung eines Hubübertragungsbauteils (2), insbesondere für einen Gaswechselventiltrieb oder einen Kraftstoffpumpentrieb einer Brennkraftmaschine (1), mit einem Gehäuse (6), einem in einer Aufnahmebohrung (9) des Gehäuses befestigten Lagerbolzen (7) und einer darauf gleit- oder wälzgelagerten Rolle (8), wobei der Lagerbolzen über seine gesamte Axialstreckung mit einer Kernhärte von mindestens 650 HV durchgehärtet ist und zur formschlüssigen Verbindung des Lagerbolzens mit dem Gehäuse die Bolzenenden (10) des durchgehärteten Lagerbolzens gegenüber der Aufnahmebohrung radial aufgeweitet werden. Dabei soll die Härte des Lagerbolzens maximal 780 HV betragen, wobei die radiale Aufweitung eines der Bolzenenden mittels eines achsparallel zum Lagerbolzen verfahrenden Umformstempels (11) erfolgt, der das Bolzenende am Übergang zwischen Umfang und Stirnfläche des Lagerbolzens kraftbeaufschlagt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hubübertragungsbauteils, insbesondere für einen Gaswechselventiltrieb oder einen Kraftstoffpumpentrieb einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, einem in einer Aufnahmebohrung des Gehäuses befestigten Lagerbolzen und einer auf dem Lagerbolzen gleit- oder wälzgelagerten Rolle, wobei der Lagerbolzen über seine gesamte Axialerstreckung mit einer Kernhärte von mindestens 650 HV (Vickershärte) durchgehärtet ist und zur formschlüssigen Verbindung des Lagerbolzens mit dem Gehäuse die Bolzenenden des durchgehärteten Lagerbolzens gegenüber der Aufnahmebohrung radial aufgeweitet werden.
Hintergrund der Erfindung
Aus der US 5,099,807 ist ein Hubübertragungsbauteil bekannt, das als eine Stößelstange betätigender Rollenstößel für einen Gaswechselventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit untenliegender Nockenwelle ausgebildet ist. Der Rollenstößel weist eine auf einem Lagerbolzen wälzgelagerte, nockenbetätigte Rolle auf, wobei der Lagerbolzen mit radial aufgeweiteten Bolzenenden sowohl form- als auch kraftschlüssig in einer Aufnahmebohrung des Stößelgehäuses befestigt ist. Die radiale Deformation der Bolzenenden erfolgt mittels Taumelverstemmens, wobei das verstemmte Material des Lagerbolzens jeweils kreisringförmig in eine Fase an der Mündung der Aufnahmebohrung verdrängt wird.
Eine hierzu alternative Befestigung des Lagerbolzens im Gehäuse geht beispielsweise aus der US 4,628,874 hervor. In dieser Druckschrift ist neben einem Rollenstößel auch ein als Rollenschlepphebel ausgebildetes Hubübertragungsbauteil offenbart. In beiden Fällen ist der Lagerbolzen für die Rolle in der Aufnahmebohrung des betreffenden Gehäuses dadurch befestigt, dass das stirnseitige Material des Lagerbolzens in einem Verstemmverfahren radial auswärts in einen umlaufenden Einstich innerhalb der Aufnahmebohrung verdrängt wird.
Derartige Einstiche sind auch bei einem Rollenstößel, wie er in der US 5,385,124 vorgeschlagen ist, vorgesehen. Jedoch dienen die Einstiche dort nicht zur Aufnahme von verstemmtem Lagerbolzenmaterial, sondern zur Aufnahme von Sprengringen, die als formschlüssig wirkender Axialanschlag für die dort unverformten Bolzenenden eines in der Aufnahmebohrung schwimmend gelagerten Lagerbolzens dienen.
Eine Gemeinsamkeit der in den zitierten Druckschriften vorgeschlagenen Hubübertragungsbauteile besteht darin, dass deren Lagerbolzen im Bereich ihrer Rollenlaufbahn zwecks Verschleißfestigkeit gehärtet sind. Im Falle der Verstemmung des Lagerbolzens ist es jedoch unerlässlich, dass dessen Bolzenenden im Hinblick auf das mit dem Verstemmprozess einhergehende Materialfließen ausreichend weich sind. Ein entsprechender Lagerbolzen mit über seiner Längserstreckung ungleichmäßigem Härteverlauf ist jedoch nur mit aufwändigen und folglich kostenintensiven Wärmebehandlungsverfahren herstellbar. Ein weiterer Nachteil der endseitig nur eine geringe Härte aufweisenden Lagerbolzen liegt in dem Erfordernis, dessen verstemmte Bolzenenden nicht nur formschlüssig sondern auch kraftschlüssig wirkend in der Aufnahmebohrung zu befestigen. Denn im Falle eines nicht kraftschlüssig in der Aufnahmebohrung befestigten und durch Reibkräfte der umlaufenden Rolle in Rotation versetzten Lagerbolzens könnten dessen weiche Bolzenenden an ihrem Umfang durch Kontaktreibung mit dem Gehäuse unter Aufhebung ihrer axial sichernden Funktion abgeschert werden. Die nicht nur form- sondern auch weitgehend kraftschlüssige Befestigung eines Lagerbolzens in seiner Aufnahmebohrung kann wiederum dann problematisch sein, wenn das Gehäuse des Hubübertragungsbauteils besonderen Formerfordernissen genügen muss, wie es bei den eingangs genannten zylindrischen Rollenstößeln der Fall ist. Diese Rollenstößel sind in der Regel mit nur wenigen Mikrometern Führungsspiel in ihrer Längsführung gelagert, so dass eine Deformation des im Bereich der Rolle meist dünnwandig ausgebildeten Gehäuses infolge einer nach dem Verstemmen des Lagerbolzens radial aufgeweiteten Aufnahmebohrung zu einer unzulässig hohen Unrundheit des Gehäuses führen würde.
Wie in der zitierten US 5,385,124 vorgeschlagen, lässt sich diese Kette von Nachteilen zwar durch einen axial gleichmäßig durchgehärteten und stirnseitig unverformten Lagerbolzen umgehen, der schwimmend in seiner Aufnahmebohrung gelagert und mittels Sprengringen axial formschlüssig befestigt ist. Trotz des im Hinblick auf die vereinfachte Wärmebehandlung kostengünstig herstellbaren Lagerbolzens verbleibt auch in diesem Fall ein die Herstellkosten steigernder Zusatzaufwand für die Sprengringe und deren Montage sowie die Herstellung der die Sprengringe aufnehmenden Einstiche im Gehäuse.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem der Lagerbolzen in vollständig durchgehärtetem Zustand endseitig aufgeweitet wird, um ihn formschlüssig im Gehäuse festzulegen, ist aus der als gattungsbildend betrachteten DE 10 2006 054 406 A1 bekannt. Bei diesem als sogenanntes Radialpunktnieten bekannten Verfahren erfolgt die radiale Aufweitung der Bolzenenden durch einen Nietstempel, dessen Längsachse eine innerhalb eines zum Lagerbolzen konzentrischen Kreiskegels taumelnde Schleifenbahn durchläuft. Aufgrund der hohen Kontaktkräfte wird der stirnseitige Werkstoff des Lagerbolzens sukzessiv mit der Taumelbewegung verformt. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ergibt sich jedoch aus der vergleichsweise großen Bearbeitungsdauer, die für das Durchlaufen der Schleifenbahn erforderlich ist und folglich einer kleinen Taktzeit zur Herstellung des Hubübertragungsbauteils entgegensteht.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Hubübertragungsbauteils der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die genannten Nachteile mit einfachen Mitteln beseitigt sind. Demnach soll die zur Verformung der durchgehärteten Bolzenenden erforderliche Bearbeitungszeit so gering wie möglich sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach soll die Härte des Lagerbolzens maximal 780 HV betragen, wobei die radiale Aufweitung eines der Bolzenenden mittels eines achsparallel zum Lagerbolzen verfahrenden Umformstempels erfolgt, der das Bolzenende am Übergang zwischen Umfang und Stirnfläche des Lagerbolzens kraftbeaufschlagt.
Untersuchungen der Anmelderin haben überraschenderweise ergeben, dass eine im Hinblick auf den zu erzielenden Formschluss ausreichende Radialverformung der Bolzenenden auch in diesem hohen Härtebereich und selbst dann im wesentlichen frei von Materialabplatzern oder -rissen möglich ist, wenn der Umformstempel linear und zum Lagerbolzen achsparallel verfährt und alle Kontaktstellen an dessen Bolzenenden gleichzeitig verformt, wie es grundsätzlich auch beim Verstemmen weicher Bolzenenden der Fall ist. Die Erfindung vereint somit die vorteilhaft kurze Bearbeitungs- und Taktzeit beim Verstemmen weicher Bolzenenden mit den vorteilhaft niedrigen Herstellkosten von gleichmäßig durchgehärteten Lagerbolzen.
In Weiterbildung der Erfindung soll der Umformstempel mit einer das Bolzenende aufnehmenden Ausnehmung versehen sein, die den Übergang zwischen Umfang und Stirnfläche des Lagerbolzens kreis- oder kreisbogenförmig kontaktiert. Im Unterschied dazu wird beim Verstemmen des Lagerbolzens das weiche Bolzenende radial dadurch verformt, dass dessen Stirnfläche verprägt wird – übliche Prägegeometrien sind in diesem Fall kreis- oder kreisbogenförmige Nuten auf der Stirnfläche des Bolzenendes. Die Ausnehmung ist vorzugsweise so gestaltet, dass sich deren Durchmesser in Richtung deren Bodens kontinuierlich verringert. Insbesondere soll die Ausnehmung die Form eines sich zum Bolzenende hin öffnenden Kreiskegelstumpfs oder Kugelsegments aufweisen.
Außerdem soll der nicht-aufgeweitete Durchmesser des Lagerbolzens kleiner als der Durchmesser der Aufnahmebohrung sein. Da der mithin mit Radialspiel behaftete Lagerbolzen in diesem Fall mit seinen radial aufgeweiteten Bolzenenden lediglich formschlüssig in der Aufnahmebohrung des Gehäuses befestigt ist, kann aufgrund mangelnder Radialkrafteinwirkung auf die Aufnahmebohrung nicht nur eine hohe Formstabilität des Gehäuses gewährleistet werden, sondern es kann zugunsten niedriger Herstellkosten auch auf eine besondere Pass- oder Oberflächenqualität der Aufnahmebohrung verzichtet werden. Darüber hinaus erlaubt das Radialspiel eine Eigenrotation des Lagerbolzens gegenüber der Aufnahmebohrung zugunsten einer gleichmäßigeren Oberflächenbeanspruchung im Bereich der Rolle, so dass hierdurch die Sicherheit gegen Oberflächenverschleiß im Kontaktbereich zwischen Lagerbolzen und Rolle einschließlich gegebenenfalls vorgesehener Wälzkörper weiterhin erhöht ist.
Ebenfalls zugunsten einer hohen Formstabilität des Gehäuses kann es alternativ oder zusätzlich zu dem mit Radialspiel behafteten Lagerbolzen auch zweckmäßig sein, dass der Lagerbolzen mit Axialspiel behaftet in der Aufnahmebohrung befestigt ist. In diesem Fall kann eine Deformation des Gehäuses aufgrund axial wirkender Einspannkräfte zwischen den Bolzenenden verhindert werden. Die aus Gründen der Formstabilität des Gehäuses lediglich formschlüssig wirkende Befestigung des Lagerbolzens ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Gehäuse im wesentlichen zylindrisch und beispielsweise als dünnwandiger Pumpenstößel einer Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine mit Benzindirekteinspritzung ausgebildet ist.
Alternativ zu dem Vorgenannten kann es jedoch auch vorgesehen sein, den Lagerbolzen frei von Axialspiel und/oder frei von Radialspiel in der Aufnahmebohrung zu befestigen. Im Falle der radialspielfreien Befestigung wäre der Lagerbolzen – abgesehen von dem Grenzfall einer engen Gleitpassung in der Aufnahmebohrung – nicht nur formschlüssig sondern mittels eines Pressverbands auch kraftschlüssig mit dem Gehäuse verbunden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen teilweise stark vereinfacht:
1 einen unverformten Lagerbolzen mit einem daran angreifenden Umformstempel;
2 die Kontur des verformten Bolzenendes gemäß Einzelheit X in 1 und
3 einen an sich bekannten Schlepphebel-Ventiltrieb.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Hubübertragungsbauteils sei ausgehend von 3 erläutert, in welcher ein Ausschnitt eines an sich bekannten Schlepphebel-Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine 1 im Schnitt offenbart ist. Das Hubübertragungsbauteil 2 ist in diesem bevorzugten Anwendungsfall als großserienmäßiger Schlepphebel ausgebildet, der an einem Ende auf einem Abstützelement 3 schwenkbeweglich gelagert ist und mit dem anderen Ende den Hub eines Nockens 4 auf ein Gaswechselventil 5 überträgt. Der Schlepphebel 2 weist ein Gehäuse, hier in Form eines zu dessen Längsmittelebene symmetrischen Hebelkörpers mit zwei parallel beabstandeten und zueinander fluchtende Aufnahmebohrungen aufweisenden Seitenwänden 6, einen in den Aufnahmebohrungen befestigten Lagerbolzen 7 und eine darauf nadelgelagerte Rolle 8 auf, die den Hub des Nockens 4 reibungsarm abgreift. Der Lagerbolzen 7 ist über seine gesamte Axialerstreckung durchgehärtet und weist eine Kernhärte im Bereich zwischen 650 HV und 780 HV (Vickershärte) auf.
Das Umformverfahren zur Befestigung des Lagerbolzens 7 in den Aufnahmebohrungen 9 ist in den 1 und 2 skizziert, in denen das gegenüber der jeweiligen Aufnahmebohrung 9 vorstehende Bolzenende 10 vor bzw. nach der radialen Aufweitung durch einen Umformstempel 11 dargestellt ist. Der zum Lagerbolzen 7 gemäß eingezeichneter Pfeilrichtung achsparallel verfahrende Umformstempel 11 ist mit einer das Bolzenende 10 aufnehmenden Ausnehmung 12 in Form eines sich zum Lagerbolzen 7 hin öffnenden Kreiskegelstumpfs versehen, die den Übergang zwischen Umfang und Stirnfläche des Lagerbolzens 7 unter höchster Belastung kreisförmig kontaktiert. Die in 2 dargestellte Verformung des Bolzenendes 10, die aufgrund der radialen Aufweitung des Bolzenendes 10 zu einer formschlüssigen Verbindung des Lagerbolzens 7 mit den beiden Seitenwänden 6 führt, wird bereits nach einmaliger Kraftbeaufschlagung des Lagerbolzens 7 durch den Umformstempel 11 erreicht.
Es handelt sich um eine rein formschlüssig wirkende Verbindung, da zum einen der Lagerbolzen 7 mit spürbarem Axialspiel behaftet in den Aufnahmebohrungen 9 befestigt ist und zum anderen der nicht-aufgeweitete Durchmesser des Lagerbolzens 7 kleiner als der Durchmesser der Aufnahmebohrungen 9 ist, so dass infolge des dementsprechenden Radialspiels keine kraftschlüssige Verbindung in den Aufnahmebohrungen 9 vorliegt.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Hubübertragungsbauteil/Schlepphebel
3: Abstützelement
4: Nocken
5: Gaswechselventil
6: Gehäuse/Seitenwand
7: Lagerbolzen
8: Rolle
9: Aufnahmebohrung
10: Bolzenende
11: Umformstempel
12: Ausnehmung des Umformstempels

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 5099807 [0002]
- US 4628874 [0003]
- US 5385124 [0004, 0006]
- DE 102006054406 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Hubübertragungsbauteils (2), insbesondere für einen Gaswechselventiltrieb oder einen Kraftstoffpumpentrieb einer Brennkraftmaschine (1), mit einem Gehäuse (6), einem in einer Aufnahmebohrung (9) des Gehäuses (6) befestigten Lagerbolzen (7) und einer auf dem Lagerbolzen (7) gleit- oder walzgelagerten Rolle (8), wobei der Lagerbolzen (7) über seine gesamte Axialerstreckung mit einer Kernhärte von mindestens 650 HV durchgehärtet ist und zur formschlüssigen Verbindung des Lagerbolzens (7) mit dem Gehäuse (6) die Bolzenenden (10) des durchgehärteten Lagerbolzens (7) gegenüber der Aufnahmebohrung (9) radial aufgeweitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte des Lagerbolzens (7) maximal 780 HV beträgt, wobei die radiale Aufweitung eines der Bolzenenden (10) mittels eines achsparallel zum Lagerbolzen (7) verfahrenden Umformstempels (11) erfolgt, der das Bolzenende (10) am Übergang zwischen Umfang und Stirnfläche des Lagerbolzens (7) kraftbeaufschlagt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformstempel (11) mit einer das Bolzenende (10) aufnehmenden Ausnehmung (12) versehen ist, die den Übergang zwischen Umfang und Stirnfläche des Lagerbolzens (7) kreis- oder kreisbogenförmig kontaktiert.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser der Ausnehmung (12) in Richtung des Bodens der Ausnehmung (12) kontinuierlich verringert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht-aufgeweitete Durchmesser des Lagerbolzens (7) kleiner als der Durchmesser der Aufnahmebohrung (9) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbolzen (7) mit Axialspiel behaftet in der Aufnahmebohrung (9) befestigt ist.