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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Stößel für einen Ventil- oder Pumpentrieb, insbesondere einen Tassenstößel, umfassend einen hohlzylindrischen Außenkörper, an dessen Mantelbereich in einem fensterartigen Durchbruch ein Verdrehsicherungselement aufgenommen ist, welches mit Auflageflächen eines Kopfes auf einem Außendurchmesser des Mantelbereichs aufliegt und sich mit einem, vom Kopf ausgehenden Schaft durch den Durchbruch erstreckt, und wobei das Verdrehsicherungselement mittels einer Schweißverbindung befestigt ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines vorgenannten Stößels.
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Stand der Technik
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Stößel kommen in Ventil- und in Pumpentrieben zur Anwendung, um im Zusammenspiel mit zumindest einem Nocken einer Nockenwelle bzw. einer Pumpenantriebswelle eine rotatorische Bewegung dieser Welle in eine translatorische Bewegung eines Ventils bzw. eines Pumpenkolbens umzusetzen. Im Falle eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine steht der Stößel bei einer untenliegenden Nockenwelle im weiteren Verlauf dann über eine Stößelstange und einen Kipphebel mit einem zugehörigen Gaswechselventil in Kontakt, während bei einer obenliegenden Nockenwelle ein, zumeist als Tassenstößel ausgeführter Stößel unmittelbar zwischen Nocken und Gaswechselventil platziert ist. Ebenso ist auch bei einem Pumpentrieb üblicherweise der Stößel unmittelbar zwischen einem Nocken der Pumpenantriebswelle und dem jeweiligen Pumpenkolben angeordnet.
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Zur Reibungsminimierung ist zudem häufig entweder eine gewölbte Lauffläche an einem Außenkörper des Stößels ausgestaltet oder aber der Außenkörper mit einer Laufrolle versehen, welche am Außenkörper drehbar gelagert ist und am Nocken der Nockenwelle bzw. der Pumpenantriebswelle abläuft. Um dabei stets die korrekte Orientierung der Lauffläche bzw. der Laufrolle zu dem jeweiligen Nocken sicherzustellen und dementsprechend ein ungewolltes Verdrehen des Stößels zu verhindern, ist der Stößel üblicherweise mit einem Verdrehsicherungselement versehen, mit welchem er in Umfangsrichtung fixiert entlang einer Hubachse in einer Führung eines umliegenden Bauteils, beispielsweise dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine bzw. einem Pumpengehäuse, läuft. Häufig wird dieses Verdrehsicherungselement dabei in einen entsprechenden Durchbruch an einem Mantelbereich des Außenkörpers eingepresst.
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Allerdings führen leichtbaubedingte, geringe Wandstärken des Mantelbereichs, sowie Wärmebehandlungen und Beschichtungen teilweise dazu, dass beim Einpressen des Verdrehsicherungselements in den Durchbruch Risse im Bereich des Durchbruchs entstehen. Zur Vermeidung dieser Risse müssen dementsprechend enge Toleranzen beim Fertigen des jeweiligen Durchbruchs und auch bei der Herstellung des zugehörigen Verdrehsicherungselements eingehalten werden, was einen entsprechenden, fertigungstechnischen Aufwand nach sich zieht. Aufgrund dieser Tatsache wird ein Verdrehsicherungselement daher teilweise auch auf andere Art und Weise an dem Außenkörper angebracht.
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Aus der
DE 10 2004 036 106 A1 geht ein Stößel in Form eines Tassenstößels für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine hervor. Dieser Stößel weist dabei einen hohlzylindrischen Außenkörper auf, an dessen Stirnseite eine Gegenlauffläche für einen Nocken des Ventiltriebes ausgestaltet ist, während der Außenkörper an einem Mantelbereich mit einem fensterartigen Durchbruch versehen ist. In diesem Durchbruch ist ein Verdrehsicherungselement aufgenommen, welches einen pilzförmigen Querschnitt aufweist und im Bereich eines Kopfes mit Auflageflächen auf einem Außendurchmesser des Mantelbereichs aufliegt, während das Verdrehsicherungselement mit einem, vom Kopf ausgehenden Schaft durch den Durchbruch hindurchgeführt und mit dem Schaft in dem Durchbruch befestigt ist. Als eine Möglichkeit der Befestigung wird dabei durch die
DE 10 2004 036 106 A1 ein Verschweißen des Schafts des Verdrehsicherungselements mit dem Durchbruch vorgeschlagen.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Stößel für einen Ventil- oder Pumpentrieb zur Verfügung zu stellen, bei welchem ein Verdrehsicherungselement mit einem niedrigen Herstellungsaufwand bei gleichzeitig geringer Beeinträchtigung eines Außenkörpers des Stößels befestigt werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Aus vorrichtungstechnischer Sicht erfolgt eine Lösung dieser Aufgabe ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen. Im Hinblick auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Stößels wird die Aufgabe durch die technische Lehre des Anspruchs 7 gelöst. Die hierauf jeweils folgenden, abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Gemäß der Erfindung umfasst ein Stößel für einen Ventil- oder Pumpentrieb einen hohlzylindrischen Außenkörper, an dessen Mantelbereich in einem fensterartigen Durchbruch ein Verdrehsicherungselement aufgenommen ist, welches mit Auflageflächen eines Kopfes auf einem Außendurchmesser des Mantelbereichs aufliegt und sich mit einem, vom Kopf ausgehenden Schaft durch den Durchbruch erstreckt. Hierbei ist das Verdrehsicherungselement mittels einer Schweißverbindung befestigt. Bevorzugt ist der hohlzylindrische Außenkörper dabei tassenartig ausgebildet, indem sich an den Mantelbereich eine stirnseitige Laufbereich anschließt, über welchen der Stößel im verbauten Zustand mit mindestens einem Nocken einer Ventilnockenwelle oder einer Pumpenantriebswelle in Kontakt steht. An diesem Laufbereich kann dann eine Laufrolle aufgenommen sein, welche an dem mindestens einem Nocken abläuft und drehbar über Wälzlager an der Stirnseite des Außenkörpers gelagert ist, so dass eine Drehbewegung der Nockenwelle bzw. der Pumpenantriebswelle mit geringer Reibung in eine translatorische Verschiebung des Stößels umsetzbar ist. Alternativ dazu kann der stirnseitige Laufbereich aber auch mit einer zylindrischen Gegenlauffläche, d. h. mit einer gewölbten Kontaktfläche versehen sein, an welcher der mindestens eine Nocken abläuft.
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Ferner ist das Verdrehsicherungselement insbesondere als in Hubrichtung des Stößels länglich ausgeführtes Bauteil gestaltet, dass mit seinem Kopf in einer, komplementär zum Kopf ausgestalteten Längsnut einer Umgebungskonstruktion, wie einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine oder einem Pumpengehäuse, läuft. Der Schaft des Verdrehsicherungselements weist des Weiteren insbesondere eine rechteckförmige Geometrie auf, zu welcher der fensterartige Durchbruch ebenfalls komplementär, also auch mit rechteckförmiger Geometrie, ausgestaltet ist. Abgesehen davon sind aber auch anderweitige Querschnitte denkbar, wie beispielsweise dreieck-, vieleckförmige oder gerundete Geometrien.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Schweißverbindung zwischen dem Schaft des Verdrehsicherungselements und einem Innenkörper ausgestaltet ist, den der Außenkörper in sich aufnimmt und der mit dem Außenkörper verbunden ist. Mit anderen Worten ist das Verdrehsicherungselement also an seinem Schaft mit einem Innenkörper verschweißt, der in einem, durch den hohlzylindrischen Außenkörper definierten Innenraum platziert ist. Hierdurch kann zum einen auf ein Einpressen des Verdrehsicherungselements in den fensterartigen Durchbruch verzichtet werden, wodurch Risse am Durchbruch vermieden werden können und enge Toleranzen beim Fertigen des Durchbruchs und des Verdrehsicherungselements nicht mehr notwendig sind. Zum anderen wird das Verdrehsicherungselement aber zuverlässig an der gewünschten Position fixiert, wobei aufgrund des Verschweißens mit dem innenliegenden Innenkörper ein Eintrag thermischer Energie in den Außenkörper und eine hiermit einhergehende Verformung des Außenkörpers beim Schweißvorgang weitestgehend vermieden werden kann. Insgesamt kann daher eine Verdrehsicherung des Stößels mit niedrigem Herstellungsaufwand bei geringer Beeinträchtigung des Außenkörpers realisiert werden, wobei die Befestigung des Verdrehsicherungselements dabei auf einfache Art und Weise in bestehende Serienprozesse implementierbar ist.
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Insbesondere wird der erfindungsgemäße Stößel dabei dadurch gefertigt, dass zunächst das Verdrehsicherungselement mit seinem Schaft in dem Durchbruch des Außenkörpers platziert wird. Anschließend wird das Verdrehsicherungselement relativ zum Außenkörper in Umfangsrichtung ausgerichtet, wobei dann im Folgenden ein Verschweißen des Schafts des Verdrehsicherungselements mit dem Innenkörper vorgenommen wird. Aufgrund des Ausrichtens und des hierauf folgenden Verschweißens der beiden Bauteile wird das Verdrehsicherungselement in Hubrichtung des Stößels ausgerichtet fixiert, so dass eine ansonsten vorzunehmende Ausrichtung über den Durchbruch im Außenkörper entfallen kann. In der Folge können sowohl der Durchbruch im Außenkörper als auch der Schaft des Verdrehsicherungselements mit gröberen Toleranzen gefertigt werden, wobei der Schaft des Verdrehsicherungselements hierbei mit Spielpassungen, d. h. mit Spiel in axialer Richtung und in Umfangsrichtung, durch den Durchbruch hindurchgeführt ist.
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Entsprechend einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Stirnfläche des Schafts mit einer zugewandten Anlagefläche am Innenkörper verschweißt. Hierzu wird das Verdrehsicherungselement mit der Stirnseite des Schafts an die Anlagefläche über eine äußere Schweißzange angedrückt, wobei die beiden Bauteile in der Folge zwischen der äußeren Schweißzange und einer inneren Schweißzange widerstandsgeschweißt werden. Vorteilhafterweise können das Verdrehsicherungselement und der Innenkörper somit über einfaches und gut beherrschbares Fertigungsverfahren miteinander verbunden werden. Ein Verschweißen der beiden Bauteile über Widerstandsschweißen lässt sich zudem auf einfache Art und Weise in einen bestehenden Serienprozess implementieren. Zudem ist ein Verschweißen der beiden Bauteile problemlos über die beiden Schweißzangen möglich, indem die äußere Schweißzange mit dem Kopf des Verdrehsicherungselements in Kontakt tritt, während die innere Schweißzange von radial innen an die Innenseite des Innenkörpers auf Höhe der Anlage des Schafts des Verdrehsicherungselements am Innenkörper angelegt wird. Durch einen hohen Stromfluss zwischen den beiden Schweißzangen, sowie das Andrücken der beiden Bauteile schmelzen der Schaft und der Innenkörper an der Verbindungsstelle aufgrund des fließenden elektrischen Stromes auf und verbinden sich hierbei stoffschlüssig.
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In Weiterbildung der vorgenannten Ausgestaltung wird das Ausrichten des Verdrehsicherungselements zum Außenkörper über eine, an der äußeren Schweißzange vorgesehenen Führungsoberfläche vorgenommen. Mit anderen Worten ist diese äußere Schweißzange also auf einer, dem Kopf des Verdrehsicherungselements zugewandten Seite mit einer entsprechend geformten Oberfläche versehen, über welche das Verdrehsicherungselement relativ zum Außenkörper in Umfangsrichtung ausgerichtet wird. So kann diese Führungsoberfläche bei einem Kopf mit einem rechteckförmigen Querschnitt als gerade Führungsfläche gestaltet sein, während bei einem Kopf mit abgerundeten Querschnitt auch die äußere Schweißzange mit einer entsprechenden, abgerundeten Oberfläche versehen ist, die hierbei insbesondere mit einer geringeren Wölbung als der Kopf des Verdrehsicherungselements ausgestaltet ist. In beiden Fällen wird also durch die entsprechende, dem Kopf des Verdrehsicherungselements angepasste Gestaltung der Führungsoberfläche vor dem Verschweißen eine korrekte Ausrichtung des Verdrehsicherungselements in dem Durchbruch des Außenkörpers gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Verdrehsicherungselement mit der Stirnseite des Schafts über die äußere Schweißzange an eine, radial nach außen vorstehende Erhebung des Innenkörpers angedrückt, wobei diese Erhebung beim Widerstandsschweißen von Verdrehsicherungselement und Innenkörper unter Ausbildung der Anlagefläche abgeschmolzen und das Verdrehsicherungselement im Zuge des Abschmelzens mit seinem Kopf auf Anschlag an den Außendurchmesser des Außenkörpers angedrückt wird. Das Verschweißen von Verdrehsicherungselement und Innenkörper findet also nach Art eines Widerstandsbuckelschweißens statt, bei welchem der in Form der Erhebung vorliegende Buckel abgeschmolzen und dann in diesem Bereich die Schweißverbindung zwischen Verdrehsicherungselement und Innenkörper ausgestaltet wird. Dabei ist diese radiale Erhebung bevorzugt korrespondierend zu einer Schweißelektrode der inneren Schweißzange gestaltet, so dass nach Abschmelzen der Erhebung kein Widerstand mehr besteht.
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In Weiterbildung der Erfindung ragt das Verdrehsicherungselement mit dem Schaft radial in eine, in Umfangsrichtung mit dem Durchbruch überdeckend liegende Einwölbung am Innenkörper, in deren Bodenbereich die Anlagefläche ausgebildet ist. Hierdurch wird eine relative Lage des Innenkörpers zum Verdrehsicherungselement und auch zum Außenkörper über die, am Innenkörper vorgesehene Einwölbung definiert.
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Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Außenkörper um eine Tasse, in welcher ein, den Innenkörper ausbildender Trichter eingebracht ist, wobei der Trichter gemeinsam mit der Tasse einen zwischenliegenden Ölraum definiert. Der erfindungsgemäße Stößel ist also in diesem Fall als Tassenstößel ausgeführt, bei welchem über den zwischenliegenden Ölraum eine hydraulische Spielausgleicheinrichtung mit dem hierfür nötigen Öl versorgt werden kann. Alternativ dazu kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Stößel aber auch um einen Rollenstößel handeln, bei dem ebenfalls ein hydraulischer Spielausgleich vorgesehen ist.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verdrehsicherungselement insgesamt einen pilzförmigen Querschnitt auf. Hierdurch wird ein Verdrehsicherungselement mit Kopf und Schaft ausgestaltet, beim welchem einerseits aufgrund des Kopfes ein ungewolltes Hindurchwandern durch den Durchbruch unterbunden wird und das andererseits bei zuverlässiger Führung des Stößels in einem umliegenden Bauteil kompakte Abmessungen aufweist.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der nebengeordneten Ansprüche oder der abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich vielmehr Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch sie soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform oder aus den Figuren hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Stößels gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, geschnitten im Bereich einer Verdrehsicherung;
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2 weitere Schnittansicht, geschnitten entlang der Linie A-A in 1;
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3 eine weitere Schnittansicht des Stößels aus 1, unmittelbar vor Verschweißen eines Verdrehsicherungselements mit einem Innenkörper des Stößels; und
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4 eine weitere Schnittansicht, geschnitten entlang der Linie B-B in 3.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Aus 1 geht eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Stößels gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor. Dieser Stößel ist dabei als Tassenstößel 1 ausgestaltet, welcher einen hohlzylindrischen Außenkörper in Form einer Tasse 2 aufweist, die sich aus einem stirnseitigen Laufbereich 3 mit zylindrischer Lauffläche und einem Mantelbereich 4 zusammensetzt. Des Weiteren ist in dem, durch den Mantelbereich 4 und den Laufbereich 3 definierten Hohlzylinder ein Innenkörper in Form eines Trichters 5 aufgenommen, der mit der Tasse 2 drehfest verbunden ist, indem zum Beispiel zwischen dem Trichter 5 und dem Mantelbereich 4 eine umlaufende Schweißverbindung vorgesehen ist. Vorliegend definiert der Trichter 5 gemeinsam mit der Tasse 2 einen zwischenliegenden Ölraum 6 einer hydraulischen Spielausgleicheinrichtung 7, deren genauerer Aufbau dem Fachmann bekannt ist und daher im Folgenden nicht näher beschrieben wird.
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Im verbauten Zustand ist der Tassenstößel 1 Teil eines Ventiltriebes und steht mit der Lauffläche des Laufbereichs 3 mit zumindest einem Nocken einer Ventilnockenwelle in Kontakt, wobei über den mindestens einen Nocken dieser Nockenwelle eine rotatorische Bewegung der Nockenwelle in eine entsprechende Hubbewegung des Tassenstößels umsetzbar ist, die über die zwischenliegende hydraulische Spielausgleicheinrichtung 7 auf ein zugehöriges Gaswechselventil übertragen wird. Bei seiner Verschiebung ist der Tassenstößel 1 dabei in einem umliegenden Bauteil, insbesondere einem Zylinderkopf der jeweiligen Brennkraftmaschine, geführt. Da die zylindrisch ausgebildete Lauffläche des Laufbereichs 3 dabei aber nicht zu dem mindestens einen Nocken in Umfangsrichtung verdreht werden darf, verfügt der Tassenstößel 1 über eine Verdrehsicherung 8 in Form eines Verdrehsicherungselements 9, über welche der Tassenstößel 1 im Zusammenspiel mit einer hierzu korrespondierend ausgestalteten und in Hubrichtung orientierten Nut an einem Verdrehen in Umfangsrichtung gehindert wird.
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Wie in Kombination mit der weiteren Schnittansicht in 2 ersichtlich wird, weist das Verdrehsicherungselement 9 einen pilzförmigen Querschnitt auf, der sich aus einem Kopf 10 mit daran anschließendem Schaft 11 zusammensetzt. Hierbei liegt das Verdrehsicherungselement 9 mit Auflageflächen 12 und 13 jeweils auf einem Außendurchmesser 14 des Mantelbereichs 4 auf, während sich der Schaft 11 durch einen, im Mantelbereich ausgestalteten, fensterartigen Durchbruch 15 in Richtung des Trichters 5 erstreckt. Hierbei ist der Schaft 11 unter Spielpassung durch den Durchbruch 15 hindurchgeführt und ragt in eine Einwölbung 16 am Trichter 5, welche in Umfangsrichtung mit dem Durchbruch 15 überdeckt und in deren Bodenbereich eine Anlagefläche 17 für den Schaft 11 ausgestaltet ist. Mit dieser Anlagefläche 17 ist der Schaft 11 nun stirnseitig verschweißt, so dass in Kombination mit dem Aufliegen des Kopfes 10 auf dem Außendurchmesser 14 das Verdrehsicherungselement 9 am Mantelbereich 4 und am Trichter 5 gehalten ist. Im verbauten Zustand des Tassenstößels 1 steht das Verdrehsicherungselement 9 dabei mit umfangsrichtungsseitigen Enden des Kopfes 10 mit der umliegenden Nut in Kontakt.
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Vorliegend ist die Schweißverbindung zwischen Trichter 5 und Verdrehsicherungselement 9 hierbei über Widerstandsbuckelschweißen ausgestaltet, wobei die genaue Fertigung des Tassenstößels 1 nun anhand der weiteren 3 und 4 beschrieben wird: zunächst wird das Verdrehsicherungselement 9 mit seinem Schaft 11 in dem Durchbruch 15 der Tasse 2 platziert, wobei im Vorfeld bereits die Tasse 2, der Trichter 5 und die hydraulische Spielausgleichseinrichtung 7 montiert wurden. Hierbei wird das Verdrehsicherungselement 9 über eine äußere Schweißzange 18 gegen eine radial nach außen vorstehende Erhebung 19 der Einwölbung 16 angedrückt, wobei im rückwärtigen Bereich dieser Erhebung 19 mit einer inneren Schweißzange 20 gegengehalten wird. Wie aus 4 zu erkennen ist, verfügt die äußere Schweißzange 18 dabei über eine, dem Kopf 10 des Verdrehsicherungselements 9 zugewandte Führungsoberfläche 21, die gekrümmt ausgeführt ist. Dabei weist diese Führungsoberfläche 21 eine geringere Krümmung als der Kopf 10 auf, so dass das Verdrehsicherungselement 9 bei Platzierung in dem Durchbruch 15 in Umfangsrichtung ausgerichtet wird, d. h. eine Schrägstellung des Verdrehsicherungselements in dem Durchbruch 15 verhindert wird.
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Im Folgenden wird dann durch das Verdrehsicherungselement 9 und die Erhebung 19 des Trichters 5 über die Schweißzangen 18 und 20 ein hoher Strom geleitet, in Folge dessen die Erhebung 19 abschmilzt und eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Schaft 11 des Verdrehsicherungselements 9 und dem Trichter 5 ausgebildet wird. Während des Abschmelzens wird das Verdrehsicherungselement 9 dabei durch die äußere Schweißzange 18 auf Anschlag an den Außendurchmesser 14 des Mantelbereichs 4 angedrückt.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Stößels, sowie über das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines derartigen Stößels kann folglich mit niedrigem herstellungstechnischen Aufwand eine Verdrehsicherung 8 ausgestaltet werden. Dabei wird eine Beeinträchtigung eines Außenkörpers mit thermischer Energie im Zuge des Schweißvorganges weitestgehend vermieden. Zudem kann die Herstellung dieser Verdrehsicherung mittels Widerstandsschweißen problemlos in bestehende Serienprozesse implementiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tassenstößel
- 2
- Tasse
- 3
- Laufbereich
- 4
- Mantelbereich
- 5
- Trichter
- 6
- Ölraum
- 7
- hydraulische Spielausgleicheinrichtung
- 8
- Verdrehsicherung
- 9
- Verdrehsicherungselement
- 10
- Kopf
- 11
- Schaft
- 12
- Auflagefläche
- 13
- Auflagefläche
- 14
- Außendurchmesser
- 15
- Durchbruch
- 16
- Einwölbung
- 17
- Anlagefläche
- 18
- äußere Schweißzange
- 19
- Erhebung
- 20
- innere Schweißzange
- 21
- Führungsoberfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004036106 A1 [0005, 0005]
