DE102006052821A1

DE102006052821A1 - Schlepphebel zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006052821A1
Application number: DE102006052821A
Authority: DE
Inventors: Michael Kress; Stephan Dipl.-Ing. Möck; Edwin Schreiber
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2008-05-15
Also published as: WO2008055785A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Schlepphebel (1) zur Betätigung eines Gaswechselventils (7) einer Brennkraftmaschine, mit einem aus Blechwerkstoff umgeformten Hebelkörper (8), der mit zwei voneinander beabstandet verlaufenden Seitenwänden (12) und einem diese verbindenden Querbalken (15) ein nach oben offenes und im wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil bildet, und mit einer Rolle (9), die zwischen den Seitenwänden auf einem diese verbindenden Bolzen (10) drehbar angeordnet ist, wobei auf einer Unterseite (16) des Querbalkens eine Anlage (17) für einen Ventilschaft (19) des Gaswechselventils verläuft. Dabei soll der Querbalken mit einem sich an die Anlage anschließenden und nach unten abfallend verlaufenden Versteifungsabschnitt (23) ein winkelförmiges Längsschnittprofil bilden, wobei die Blechstärke des Versteifungsabschnitts im Bereich einer als Freigang gegenüber dem Ventilschaft dienenden Einformung (26) lokal reduziert ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Schlepphebel zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, mit einem aus Blechwerkstoff umgeformten länglichen Hebelkörper, der im Bereich eines ventilseitigen Hebelabschnitts mit zwei voneinander beabstandet verlaufenden Seitenwänden und einem die Seitenwände verbindenden Querbalken ein nach oben offenes und im wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil bildet, und mit einer Rolle, die zwischen den Seitenwänden auf einem die Seitenwände verbindenden Bolzen drehbar und wahlweise wälzgelagert angeordnet ist, wobei auf einer Unterseite des Querbalkens eine Anlage für die Schaftendenfläche eines Ventilschafts des Gaswechselventils verläuft
Hintergrund der Erfindung
Derart ausgebildete Schlepphebel stellen einen erheblichen Anteil der in Großserie eingesetzten Betätigungselemente für Gaswechselventile dar und gehen beispielsweise aus den als gattungsbildend betrachteten Druckschriften DE 198 30 427 A1 und DE 198 11 658 A1 hervor. Ein Vergleich der Hebelkinematiken der in diesen beiden Druckschriften offenbarten Schlepphebel zeigt, dass die Anlage für die Schaftendenfläche des Gaswechselventils, bezogen auf eine gedachte Linie durch den gelenkseitigen Drehpunkt des Schlepphebels und die Drehachse der Rolle, unterschiedlich hoch angeordnet sein kann. Ausschlaggebend hierfür sind bekanntlich die kinematischen Verhältnisse des gesamten Schlepphebel-Ventiltriebs, zu denen unter anderem die Position der Schaftendenfläche gegenüber dem Drehpunkt und gegenüber der Rollenachse gehört. So resultiert zwar einerseits ein kleiner Abstand der Schaftendenfläche zum Drehpunkt in einem vorteilhaft kurzbauenden Schlepphebel mit geringer Massenwirkung und erhöhtem Potenzial der für eine günstige Ventiltriebsdynamik erforderlichen Längssteifigkeit des Hebelkörpers. Diese kann jedoch andererseits in erheblichem Umfang dann beeinträchtigt werden, wenn die Anlage für die Schaftendenfläche des Gaswechselventils relativ hoch positioniert werden muss und die zur Verfügung stehende Höhe der Seitenwände oberhalb der Anlage entsprechend klein ist. Da diese Höhe der Seitenwände ein Maß für das vom sogenannten Oberzug erzeugte Widerstandsmoment des Hebelkörpers ist, kann eine derartige kinematische Konstellation des Schlepphebel-Ventiltriebs zur Folge haben, dass trotz des kurzbauenden Schlepphebels nicht nur das erwähnte Steifigkeitspotenzial des Hebelkörpers nicht ausgeschöpft werden kann, sondern dass sogar ein nicht tolerierbarer Steifigkeitsmangel die Einsetzbarkeit des Schlepphebels ausschließt. Unter dem Oberzug versteht der Fachmann die oberen Seitenwandabschnitte, die im Betrieb des Schlepphebels im wesentlichen nur auf Biege-Druck-Spannungen beansprucht sind.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schlepphebel der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass dieser weitgehend unabhängig von kinematischen Ventiltriebsbedingungen eine hohe Steifigkeit des Hebelkörpers als Voraussetzung für eine günstige Ventiltriebsdynamik aufweist und darüber hinaus als in sehr großen Stückzahlen produziertes Bauteil kostengünstig herstellbar ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Querbalken mit einem sich an die Anlage anschließenden und nach unten abfallend verlaufenden Versteifungsabschnitt ein winkelförmiges Längsschnittprofil bildet, wobei die Blechstärke des Versteifungsabschnitts im Bereich einer als Freigang gegenüber dem Ventilschaft dienenden Einformung lokal reduziert ist. Mit Hilfe des um den Versteifungsabschnitt erweiterten Querbalkens kann ein Steifigkeitsmangel des Hebelkörpers infolge eines Oberzugs mit nur geringer Höhe dadurch kompensiert werden, dass auch der unterhalb des Oberzugs angeordnete Versteifungsabschnitt als zusätzliches Strukturelement maßgeblich zur Steifigkeit oder Gestaltfestigkeit des Hebelkörpers beiträgt. Und trotz des meist engen Bauraumangebots für den zwischen der Rolle und dem Ventilschaft verlaufenden Versteifungsabschnitt kann dieser Beitrag zur Hebelsteifigkeit signifikant hoch sein, da die Blechstärke des Versteifungsabschnitts lediglich im Bereich der für den Freigang des Hebelkörpers gegenüber dem Ventilschaft erforderlichen Einformung reduziert ist. Darüber hinaus kann die Einformung ohne nennenswerten Zusatzaufwand und folglich im wesentlichen kostenneutral während des Umformprozesses des Hebelkörpers in den Versteifungsabschnitt angeprägt werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Querbalken außerhalb der Einformung eine im wesentlichen gleichmäßige Blechstärke aufweist. Dennoch ist es alternativ auch möglich, dass der Querbalken eine ungleichmäßige Blechstärke insbesondere als unvermeidliche Folge des Umformprozesses aufweist, bei welchem es zu einer Blechstärkenreduzierung über den gesamten Bereich des Versteifungsabschnitts kommt.
Außerdem soll die Einformung zweckmäßigerweise eine kreisbogenförmige Querschnittskontur aufweisen. Mit anderen Worten ist die Innenmantelfläche der Einformung in erster Linie komplementär zur Außenmantelfläche eines Zylindersegments oder eines Kreiskegelsegments. Eine derartige Einformung kann zum einen mit allseits geringem Abstand und somit bei bester Material ausnutzung steifigkeitsoptimal zum zylindrischen Ventilschaft verlaufen. Zum anderen kann eine solche Einformung mit geringstmöglichem Werkzeugverschleiß angeprägt werden und verursacht darüber hinaus eine nur unwesentliche Strukturschwächung des Querbalkens infolge Kerbwirkung.
Schließlich soll das Längsschnittprofil einen Profilwinkel zwischen 90° und 130° aufweisen. Mit einem derart niedrigen Profilwinkel, d.h. mit einem gegenüber der Anlage für die Schaftendenfläche des Gaswechselventils steil abfallenden Versteifungsabschnitt kann die erforderliche Steifigkeit des Hebelkörpers auch dann erreicht werden, wenn der Schlepphebel aufgrund einer sehr hoch positionierten Anlage für die Schaftendenfläche einen in der Höhe stark begrenzten Oberzug aufweist.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht nur auf einfach wirkende Hebel beschränkt, sondern kann beispielsweise auch bei Hebeln, die entweder auf unterschiedliche Hübe eines Nockens umschaltbar ausgebildet sind oder die von einem Zwischenglied einer vollvariablen mechanischen Ventilsteuerung betätigt sind, eingesetzt werden.
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. Es zeigen:
1 einen Ausschnitt eines Schlepphebel-Ventiltriebs mit einem teilweise längsgeschnittenen Schlepphebel;
2 den Schlepphebel gemäß 1 in perspektivischer Ansicht von unten und
3 den Schlepphebel gemäß 1 in der Untersicht.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist ein für das Verständnis der Erfindung wesentlicher Ausschnitt eines Schlepphebel-Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine gezeigt. Dargestellt ist ein Schlepphebel 1, der mittels einer in einem gelenkseitigen Hebelabschnitt 2 angeordneten Gelenkpfanne 3 schwenkbeweglich auf dem Gelenkkopf 4 eines in der Brennkraftmaschine stationär angeordneten Abstützelements 5 gelagert ist und der den Hub eines Nockens 6 einer Nockenwelle auf ein in Schließrichtung durch eine hier nicht dargestellte Ventilfeder kraftbeaufschlagtes Gaswechselventil 7 überträgt. Der im folgenden unter Einbeziehung der 2 und 3 näher erläuterte Schlepphebel 1 umfasst einen aus Blechwerkstoff umgeformten länglichen Hebelkörper 8, eine wälzgelagerte Rolle 9 als reibungsarme Nockenanlauffläche, einen die Rolle 9 lagernden Bolzen 10 und eine Halteklammer 11 zur verliersicheren Verbindung des Schlepphebels 1 mit dem Abstützelement 5. Der Hebelkörper 8 weist zwei voneinander beabstandet verlaufende Seitenwände 12 auf, die im Bereich des gelenkseitigen Hebelabschnitts 2 durch die Gelenkpfanne 3, im Bereich einer Rollentasche 13 durch den Bolzen 10 und im Bereich eines ventilseitigen Hebelabschnitts 14 durch einen Querbalken 15 so miteinander verbunden sind, dass im Bereich des ventilseitigen Hebelabschnitts 14 ein nach oben, d.h. in ventilferne Richtung offenes und im wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil gebildet ist.
Auf einer Unterseite 16 des Querbalkens 15, d.h. dem Gaswechselventil 7 zugewandt, verläuft eine Anlage 17 für die Schaftendenfläche 18 eines Ventilschafts 19 des Gaswechselventils 7, wobei die Anlage 17 konvex kreisbogenförmig ausgebildet ist und bei Betätigung des Gaswechselventils 7 in einem gleichzeitigen Gleit-Wälz-Kontakt mit der Schaftendenfläche 18 steht. Zur Querausrichtung des Schlepphebels 1 am Ventilschaft 19 dienen zwei die Anlage 17 säumende Längsstege 20, die von einer Längsstirnseite 21 des Hebelkörpers 8, hier in Verlängerung des Querbalkens 15 ausgehend, auf dessen Unterseite 16 gebogen und an ihren Endabschnitten 22 mit der Unterseite 16 verschweißt sind.
Der Querbalken 15 bildet mit einem sich an die Anlage 17 anschließenden und zwischen dem Ventilschaft 19 und der Rolle 9 steil nach unten abfallend verlaufenden Versteifungsabschnitt 23 ein winkelförmiges Längsschnittprofil mit einem Profilwinkel 24 von hier etwa 110°. Mit Hilfe des Versteifungsabschnitts 23 wird ein Steifigkeitsmangel des Hebelkörpers 8, der aufgrund der vergleichsweise hoch liegenden Anlage 17 für die Schaftendenfläche 18 einen Oberzug 25 mit nur geringer Höhe aufweist, zumindest kompensiert.
Um die Freigängigkeit des nahe der Rolle 9 verlaufenden Versteifungsabschnitts 23 gegenüber dem Ventilschaft 19 zu gewährleisten, weist der Versteifungsabschnitt 23 eine benachbart zum Ventilschaft 19 verlaufende Einformung 26 mit kreisbogenförmiger Querschnittskontur auf, so dass die Innenmantelfläche 27 der Einformung 26 etwa der Außenmantelfläche eines Zylindersegments entspricht und mit allseits geringem, für den Freigang des Schlepphebels 1 gegenüber dem Gaswechselventil 7 gerade erforderlichen Abstand zum zylindrischen Ventilschaft 19 verläuft. Als besonders günstige Eigenschaften dieser angeprägten Einformung 26 sind zum einen zu nennen, dass der Querbalken 15 lediglich in dem lokal begrenzten Bereich der Einformung 26 eine reduzierte, jedoch außerhalb der Einformung 26 eine im wesentlichen konstante und insofern insgesamt steifigkeitsoptimale Blechstärke 28 aufweist. Zum anderen kann die im Querschnitt kreisbogenförmige Einformung 26, die überdies eine nur geringe Kerbwirkung im Querbalken 15 erzeugt, verschleißarm mit üblichen Werkzeugstandzeiten angeprägt werden.

1: Schlepphebel
2: gelenkseitiger Hebelabschnitt
3: Gelenkpfanne
4: Gelenkkopf
5: Abstützelement
6: Nocken
7: Gaswechselventil
8: Hebelkörper
9: Rolle
10: Bolzen
11: Halteklammer
12: Seitenwand
13: Rollentasche
14: ventilseitiger Hebelabschnitt
15: Querbalken
16: Unterseite des Querbalkens
17: Anlage für die Schaftendenfläche
18: Schaftendenfläche
19: Ventilschaft
20: Längssteg
21: Längsstirnseite
22: Endabschnitt des Längsstegs
23: Versteifungsabschnitt
24: Profilwinkel
25: Oberzug
26: Einformung
27: Innenmantelfläche der Einformung
28: Blechstärke

Claims

Schlepphebel (1) zur Betätigung eines Gaswechselventils (7) einer Brennkraftmaschine, mit einem aus Blechwerkstoff umgeformten länglichen Hebelkörper (8), der im Bereich eines ventilseitigen Hebelabschnitts (14) mit zwei voneinander beabstandet verlaufenden Seitenwänden (12) und einem die Seitenwände (12) verbindenden Querbalken (15) ein nach oben offenes und im wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil bildet, und mit einer Rolle (9), die zwischen den Seitenwänden (12) auf einem die Seitenwände (12) verbindenden Bolzen (10) drehbar und wahlweise wälzgelagert angeordnet ist, wobei auf einer Unterseite (16) des Querbalkens (15) eine Anlage (17) für die Schaftendenfläche (18) eines Ventilschafts (19) des Gaswechselventils (7) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Querbalken (15) mit einem sich an die Anlage (17) anschließenden und nach unten abfallend verlaufenden Versteifungsabschnitt (23) ein winkelförmiges Längsschnittprofil bildet, wobei die Blechstärke des Versteifungsabschnitts (23) im Bereich einer als Freigang gegenüber dem Ventilschaft (19) dienenden Einformung (26) lokal reduziert ist.
Schlepphebel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querbalken (15) außerhalb der Einformung (26) eine im wesentlichen gleichmäßige Blechstärke (28) aufweist.
Schlepphebel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einformung (26) eine kreisbogenförmige Querschnittskontur aufweist.
Schlepphebel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Längsschnittprofil einen Profilwinkel (24) zwischen 90° und 130° aufweist.