DE69613477T2

DE69613477T2 - Schlepphebel

Info

Publication number: DE69613477T2
Application number: DE69613477T
Authority: DE
Inventors: Andrzej Calka
Original assignee: Sandco Automotive Ltd
Current assignee: Sandco Automotive Ltd
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2016-12-19
Also published as: ES2160203T3; DE69613477D1; ATE202404T1; EP0849436A1; EP0849436B1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fingerventilstößel, die für die Übertragung bzw. Umwandlung einer Drehbewegung von einer oben liegenden Nockenwelle in eine Hin- und Herbewegung von Tellerventilen verwendet werden, die als Ansaug- und Auslassventile in Motoren eingesetzt werden. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf eine verbesserte Ausführung eines Fingerventilstößelarms, der an ein Rollenlager montiert werden soll, das für den Eingriff mit einem Nocken einer oben liegenden Nockenwelle verwendet wird, wobei der Arm durch Ausstanzen aus einem Stahlrohling und anschließendes Schmieden zur Fertigstellung des Arms hergestellt wird.

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren. Die Hersteller solcher Motoren haben sich eine Zeit lang darauf konzentriert, sie leistungsstärker zu machen und dabei gleichzeitig ihr Gesamtgewicht zu verringern, um den Wirkungsgrad des Kraftfahrzeugs insgesamt zu erhöhen. Dabei wurde bei der Konstruktion das Gewicht auf billige und leichtere Fingerventilstößelarme gelegt, die dennoch eine hohe strukturelle Starrheit aufweisen, um eine ausreichende Leistung ohne durch wiederholte Biegebelastungen auf den Arm erzeugte Oberschwingungen zu gewährleisten.
Zwar wurde versucht, solche Arme aus unterschiedlichen Legierungen zu gießen und Arme aus Keramikmaterialien herzustellen, doch ist das bevorzugte Herstellungsverfahren nach wie vor das Stanzen zum Formen von Stahlrohlingen und der Einsatz geeigneter Formungs- und Bearbeitungsschritte zur Fertigbearbeitung. Die vorliegende Erfindung richtet sich auf Arme aus Stahl unter Einsatz zunächst von Stanztechniken und dann Schmieden eines Teils des Stanzartikels.
Fingerventilstößel werden zunächst auf eine von zwei Arten ausgestanzt, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, die als "Stand der Technik" bezeichnet werden.
Wie in Fig. 1 zu sehen, hat ein Ventilstößelarm 20 einen gewölbten Sockel 22 an einem hinteren Stangenträgerende 24 des Arms und hat ein Tellerventilende 26 einen U-förmigen Querschnitt. Im Allgemeinen ist die Konstruktion nach unten offen, sodass eine nach oben weisende Öffnung 28 für ein (im Stand der Technik herkömmliches) Rollenlager vorgesehen sein muss. Dagegen ist ein in Fig. 2 dargestellter Fingerventilstößel 30 nach oben offen. Beide Ventilstößel haben Vorteile, die aus dem nachstehenden Vergleich hervorgehen.
Bei der Herstellung des Ventilstößels 20 wird dieser zunächst in seiner groben Form ausgestanzt. Am anderen Ende wird der U-förmige Querschnitt zur Aufnahme eines Tellerventilendes zwischen den Seiten des U-förmigen Querschnitts gebildet. Die Öffnung 28 wird später durch Schieben eines Gesenks durch den Arm hergestellt, und die endgültige Form der Öffnung wird durch Aufweiten des Materials und Bilden von Seitenwänden 32, 34 hergestellt. Diese Wände müssen glatt und ziemlich genau positioniert sein, um das vorgenannte Rollenlager zu führen. Die Öffnungen 36, 38 werden schließlich endbearbeitet, um einen Bolzen aufzunehmen, an den das Lager montiert wird.
Der Arm 20 hat eine Reihe von Nachteilen, die im Allgemeinen scheinbar durch den Vorteil aufgewogen werden, dass das Tellerventilende 26 die richtige Form hat, um ein Ende des Tellerventils aufzunehmen und zu platzieren. Ein Nachteil besteht auch in der Schwierigkeit der Ausbildung der Wände 32, 34 entsprechend den geforderten Spezifikationen und der Tatsache, dass die Ausbildung des gewölbten Sockels 22 zwangsläufig dazu führt, dass die Konstruktion zwischen dem Sockel und einer an die Öffnung 28 angrenzenden Querwand 40 nicht starr genug ist. Um dem zu begegnen, müssen verhältnismäßig große Schablonen verwendet werden, was Komplikationen beim Stanzen und Formen sowie ein höheres Gewicht mit sich bringt.
Dagegen hat der in Fig. 2 abgebildete Arm 30 dort Vorteile, wo der Arm 20 Nachteile hat und umgekehrt. Beispielsweise muss zur Bildung der Wände 42, 44 keine Öffnung 28 vorgesehen werden; und ein gewölbter Sockel 46 ist in einer umfänglichen Wand enthalten, die für eine große Starrheit sorgt. Das Tellerventilende 48 hat jedoch keine Führung für das Tellerventil, sodass ein Nachteil dieses Arms darin liegt, dass der Arm vollkommen von der fluchtenden Anordnung der Teile und dem Widerstand gegenüber Versetzungen abhängig ist, um das Tellerventil und den Arm in der erforderlichen Anordnung zueinander zu halten. Dies ist nicht wünschenswert, da wiederholt auftretende Belastungen zwangsläufig zu Abnutzung und einer allmählichen Verschärfung des Problems führen.
Das US-amerikanische Patent US-5 372 097 offenbart einen auf eine Hubstange zu montierenden Nockenstößel zur Übertragung einer Drehbewegung von einer oben liegenden Nockenwelle auf eine Ventilstange, um das Ventil zu einer Hin- und Herbewegung zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung zu bringen, wobei sich der Nockenstößel längs erstreckt und ein tragendes Ende sowie ein aktives Ende umfasst, das der Länge nach von dem tragenden Ende beabstandet ist. Das tragende Ende umfasst einen gewölbten Deckel zum Eingriff in die Hubstange und eine aufragende umfängliche Wand. Am aktiven Ende des Nockenstößels ist der Sockel zwischen den Seitenwänden nach oben umgeschlagen, um einen Kanal zu bilden, der das obere Ende der Ventilstange aufnimmt und auf dieser ruht. Durch das Umschlagen des Sockels entstehen kleine Rinnen, die den Ölfluss begünstigen.
Das US-amerikanische Patent US-5 016 582 offenbart einen auf eine Hubstange zu montierenden Schwinghebel zur Übertragung einer Drehbewegung von einem Nocken auf eine Ventilstange, um das Ventil zu einer Hin- und Herbewegung zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung zu bringen. Ein solcher Schwinghebel umfasst einen ersten Endbereich, einen zweiten Endbereich und einen Zwischenbereich zwischen diesen beiden. Der erste Endbereich umfasst eine abgerundete Aussparung zum Eingriff in die Hubstange und eine umfängliche Wand. Der Zwischenbereich des Schwinghebels umfasst zwei im wesentlichen parallele Seitenwände, die fest verbunden sind mit den umfänglichen Wänden des hinteren Endes der Stütze und deren Verlängerung bilden. Die parallelen Seitenwände haben axial fluchtende Öffnungen zur Montage einer Nocken berührenden Walze. Der Zwischenbereich des Schwinghebels weist in seiner Bodenwand ferner eine Öffnung auf. Der zweite Endbereich des Schwinghebels weist eine längliche Nut zur Aufnahme der Ventilstange auf. Der zweite Endbereich weist eine Bodenwand mit zwei inneren Seitenwänden auf, die sich nach unten erstrecken und die Nut bilden. Die nach unten ausgehenden inneren Seitenwände sind zurückgebogen und bilden nach oben gehende äußere Seitenwände, die fest verbunden sind mit den Seitenwänden des Zwischenbereichs und deren Verlängerungen bilden.

Offenbarung der Erfindung

Ein Stahlschlepphebel ist zur gemeinsamen Verwendung mit einem Lager vorgesehen, um einen Fingerventilstößel der Art zu bilden, die im Betrieb an eine Trägerstange montiert wird, um eine Hin- und Herbewegung von einem Nocken auf ein Tellerventil zu übertragen, um eine Bewegung des Ventils zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung zu erreichen, und umfasst:
ein Trägerstangenende, das einen nach unten offenen, gewölbten Sockel zum Eingriff mit der Trägerstange und eine aufragende, umfängliche Wand umfasst;
ein Tellerventilende, das der Länge nach von dem Trägerstangenende beabstandet ist;
ein Brückenteil an dem Tellerventilende, welches Brückenteil eine obere und eine untere Fläche aufweist und einen nach unten offenen Kanal bildet, der parallele Seitenflächen aufweist, die sich der Länge nach erstrecken, sowie eine nach unten weisende Auflagefläche zwischen den Seitenflächen zum Eingriff mit dem Tellerventil;
ein Paar aufragende, voneinander beabstandete parallele Seitenwände, die ausgerichtete Öffnungen für die Montage eines Lagers definieren, wobei sich die Seitenwände der Länge nach zwischen dem Trägerstangenende und dem Tellerventilende erstrecken und sich in die umfängliche Wand einfügen, wobei sich die umfängliche Wand durchgehend zwischen den Seitenwänden erstreckt, um das Trägerstangenende zu versteifen, wobei die obere Fläche des Brückenteils seitlich von den Seitenwänden begrenzt wird; und
wobei die Seitenwände, das Trägerstangenende und das Tellerventilende zusammenwirken, um eine Öffnung zu bilden, die Spiel für das Lager schafft;
ein Paar Nuten, die sich der Länge nach in der oberen Fläche des Brückenteils entlang jeder der Seitenwände erstrecken.
Nach einem Aspekt der Erfindung sind die Nuten in die obere Fläche des Brückenteils gepresst, um eine mittlere Fläche von den Seitenwänden zu trennen; und ist der nach unten offene Kanal in die untere Fläche des Brückenteils unter der mittleren Fläche gepresst und hat eine geringere Weite als diese mittlere Fläche, wobei das Tellerventilende einen W-förmigen Querschnitt aufweist, der von dem Brückenteil und den Seitenwänden definiert wird.

Kurzbeschreibung der Abbildungen

Die Fig. 1 und 2 zeigen Fingerventilstößelarme des Stands der Technik;
Fig. 3 ist eine explodierte, isometrische Ansicht von oben und einer Seite einer bevorzugten Ausführungsform eines Fingerventilstößels nach der Erfindung und mit Teilen eines Rollenlagers, das an den Arm montiert werden soll, um den Fingerventilstößel zu vollenden;
Fig. 4 ist eine isometrische Ansicht vom Boden von der anderen Seite des Fingerventilstößelarms;
Fig. 5 ist ein Querschnitt entsprechend der Linie 5-5 der Fig. 3 mit zusammengebautem Fingerventilstößel und zeigt skizzenhaft in Durchsicht Teile einer Stütze und eines Tellerventils; und
die Fig. 6 und 7 sind Diagramme, die einen der Schritte zeigen, die zur Herstellung des Fingerventilstößelarms durchgeführt werden.

Beste Ausführungsform der Erfindung

Wie vorstehend erläutert, zeigen die Fig. 1 und 2 beispielhafte Fingerventilstößelarme des Stands der Technik, welche die Vor- und Nachteile von Konstruktionen des Stands der Technik zeigen. Die übrigen Figuren zeigen Aspekte der vorliegenden Erfindung.
Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, welche einen Ventilstößelarm zeigt, der allgemein mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet ist.
Der Fingerventilstößel 50 zeigt einen Arm 52 und ein Rollenlager 54, das bei der Montage einen Bolzen 56 umfasst, der dadurch an Ort und Stelle gehalten wird, dass die Enden des Bolzens in eine Rille 58 (von der eine zu sehen ist) gesteckt wird, die sich um Öffnungen 60, 62 in dem Arm 52 erstreckt. Derartige Rollenlager sind im Stand der Technik bekannt.
Der Arm 52 umfasst ein Trägerstangenende 64 mit einem parziellen Boden 66, von dem eine aufragende, umfängliche Wand 68 ausgeht, die sich um einen nach unten offenen, gewölbten Sockel 70 herum erstreckt, der so positioniert ist, dass der Boden 66 den Sockel mit der umfänglichen Wand 68 verbindet. Diese Wand geht glatt über in ein Paar voneinander beabstandete und parallele, aufragende Seitenwände 72, 74, welche die Öffnungen 60 bzw. 62 für den Bolzen 56 definieren.
Die Seitenwände 72, 74 enden an einem Tellerventilende 76, das einen im wesentlichen W-förmigen Querschnitt hat und ein Brückenteil 78 umfasst, das an seinen Enden zwei parallele Nuten 80, 82 aufweist, die angrenzend an die Enden der Seitenwände 72, 74 angeordnet sind.
Das Tellerventilende 76 definiert ferner einen nach unten offenen Kanal 84, der längs von dem Arm 52 von einem äußeren Ende dieses Endes ausgeht und von Seitenflächen 86, 88 begrenzt wird, und eine nach unten weisende Anliegefläche 90. Wie in den Fig. 4 und 5 zu sehen, ist die Fläche 90 nach unten konvex, um mit dem oberen Ende eines Tellerventils 91 (in Umrissen angedeutet) Gleitkontakt zu halten, wenn sich der Fingerventilstößel winklig um das Ende 64 bewegt, das auf einer Stange 92 gehalten wird (in Fig. 5 ebenfalls in Umrissen angedeutet). Das obere Ende der Stange 92 ist halbrund, ebenso wie die entsprechende Form des gewölbten Sockels 70, damit zwischen diesen Teilen eine winklige Gleitbewegung möglich ist.
Wie noch zu sehen sein wird, wird der Arm 64 zunächst mit einem im wesentlichen U-förmigen Querschnitt am Tellerventilende 76 geformt und wird das Ende in einem zweiten Schritt fertigbearbeitet, der mit Bezug zu den Fig. 6 und 7 beschrieben wird, um den W-förmigen Querschnitt dieses Endes fertigzustellen.
In Fig. 4 sind Details der Unterseite des Arms 52 zu sehen. Bei dieser Ansicht wird klar, dass der gewölbte Sockel 70 tatsächlich von dem parziellen Boden 66 aus gebildet wird. Zusammen mit den Seitenwänden 72, 74 und dem Brückenteil 78 bildet dieser Boden eine rechtwinklige Öffnung 94. Diese Öffnung bietet den Platz für das Rollenlager 54 und gibt gleichzeitig das Brückenteil 78 für die Verformung zu einem W-förmigen Querschnitt frei, wie mit Bezug zu den Fig. 6 und 7 noch zu erläutern sein wird. Die Öffnung ist auch in Fig. 5 zu sehen, die eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 der Fig. 3 darstellt.
Mit Bezug zu Fig. 6 wird als nächstes der Formungsschritt gezeigt, der durchgeführt wird, um dem Tellerventil 76 (Fig. 3) seine endgültige Form zu geben, die zunächst den U-förmigen Querschnitt hat, wie er in Fig. 6 mit 100 bezeichnet ist, und mit einem W-förmigen Querschnitt endet, wie er vorher in Fig. 3 zu sehen war und auch in Fig. 7 dargestellt ist.
Der U-förmige Querschnitt 100 wird in einem unteren Gesenk 102 angeordnet, das so geformt ist, dass es die Breite des Arms aufnimmt, und eine aufrechte Furche 104 mit zur Form des Kanals 84 komplementärer Form umfasst, wie er in den Fig. 3 und 4 zu sehen ist. Ein oberes Gesenk 106 hat eine hervorstehende untere Fläche mit zwei voneinander beabstandeten Rippen 108, 110, die von einer mittleren Fläche 112 getrennt sind. Rippen und mittlere Fläche ergänzen das obere Aussehen des Brückenteils 78 mit den in Fig. 3 dargestellten Nuten 80, 82. Das obere Gesenk 106 umfasst ferner zwei Schultern 114, 116, die so proportioniert sind, dass sie in die aufrechten Wandabschnitte 118, 120 der Arme eingreifen, wenn das obere Gesenk mit dem unteren Gesenk in der in Fig. 7 dargestellten Weise geschlossen wird. Da diese Gesenke unter Belastung zusammenkommen, fließt beim Metallfluss Material aus dem in Fig. 6 gezeigten U-förmigen Querschnitt in den in Fig. 7 gezeigten W-förmigen Querschnitt. Um diesen Fluss zu steigern, wird der U-förmige Querschnitt effektiv von dem größten Teil des Arms durch die rechtwinklige Öffnung 94 getrennt, die die Materialgrenze bildet, die von den zusammen kommenden Gesenken hergestellt werden soll. Aus einem Vergleich der Fig. 6 und 7 geht hervor, dass mit den Gesenken das W-förmige Tellerventilende 76 mit normalen Schmiede- und Metallflusstechniken hergestellt wird und dass der Kanal 84 (Fig. 1) schmaler als die Ausdehnung des Brückenteils zwischen den Nuten 80, 82 ist.
Für den Fachmann liegt es auf der Hand, dass im Rahmen der Erfindung unterschiedliche Formen des Fingerventilstößels machbar sind und dass solche Formen in den Ansprüchen eingeschlossen sind.

Industrielle Anwendungsmöglichkeiten

Fingerventilstößel der beschriebenen Art finden sehr verbreitete Anwendung in Verbrennungsmotoren zum Betrieb von Tellerventilen, welche den Fluss ein- und ausströmender Gase steuern.

Claims

1. Stahlschlepphebel (50), der zur Montage an eine Trägerstange (92) vorgesehen ist, um eine Hin- und Herbewegung von einem Nocken auf ein Tellerventil (91) zu übertragen, um eine Bewegung des Ventils zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung zu erreichen, wobei sich der Arm der Länge nach erstreckt und umfasst:

ein Trägerstangenende (64), das einen nach unten offenen, gewölbten Sockel (70) zum Eingriff mit der Trägerstange und eine aufragende, umfängliche Wand (68) umfasst;

ein Tellerventilende (76), das der Länge nach von dem Trägerstangenende beabstandet ist;

ein Brückenteil (78) an dem Tellerventilende, welches Brückenteil eine obere und eine untere Fläche aufweist und einen nach unten offenen Kanal (84) bildet, welcher Kanal (84) parallele Seitenflächen (86, 88) aufweist, die sich der Länge nach erstrecken, sowie zwischen den Seitenflächen (86, 88) eine nach unten weisende Anliegefläche (90) zum Eingriff mit dem Tellerventil;

ein Paar aufragende, voneinander beabstandete parallele Seitenwände (72, 74), die ausgerichtete Öffnungen (60, 62) für die Montage eines Lagers (54) definieren, wobei sich die Seitenwände (72, 74) der Länge nach zwischen dem Trägerstangenende (64) und dem Tellerventilende (76) erstrecken und sich in die umfängliche Wand (68) einfügen, wobei sich die umfängliche 5 Wand (68) durchgehend zwischen den Seitenwänden (72, 74) erstreckt, um das Trägerstangenende (64) zu versteifen, wobei die obere Fläche des Brückenteils (78) seitlich von den Seitenwänden (72, 74) begrenzt wird; und wobei die Seitenwände (72, 74), das Trägerstangenende (64) und das Tellerventilende (76) zusammenwirken, um eine Öffnung (94) zu bilden, die Spiel für das Lager (54) schafft; und

ein Paar Nuten (80, 82), die sich der Länge nach in der oberen Fläche des Brückenteils (78) entlang jeder der Seitenwände (72, 74) erstrecken dadurch kennzeichnet, dass

die Nuten (80, 82) in die obere Fläche des Brückenteils (78) gepresst sind, um eine mittlere Fläche von den Seitenwänden (72, 74) zu trennen;

und dass der nach unten offene Kanal (84) in die untere Fläche des Brückenteils (78) unter der mittleren Fläche gepresst ist und eine geringere Weite als diese mittlere Fläche aufweist;

wobei das Tellerventilende (76) einen W-förmigen Querschnitt aufweist, der von dem Brückenteil (78), den Nuten (80, 82) und den Seitenwänden (72, 74) definiert wird.

2. Stahlschlepphebel nach Anspruch 1, bei dem das Trägerstangenende ferner einen parziellen Boden (66) umfasst, der an die Öffnung angrenzt und sich zwischen dem gewölbten Sockel (70) und der umfänglichen Wand erstreckt.