-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft eine Führungsleiste
zur Führung
von zylindrischen Ventilstößeln einer
Brennkraftmaschine. Die Führungsleiste
besteht im wesentlichen aus einem metallischen Werkstoff und weist über deren
Längserstreckung
in Abständen
angeordnete Aufnahmeräume
auf, welche jeweils zur Aufnahme von einem der Ventilstößel dienen
und in welchen parallel beabstandete Abflachungen verlaufen, die
mit Schlüsselflächen des
Ventilstößels formschlüssig derart
zusammenwirken, dass der Ventilstößel gegen Verdrehen um seine
Längsachse
gesichert ist. Dabei lassen die Abflachungen eine Ausrichtung des
Ventilstößels orthogonal
zu seiner Längsachse
und parallel zu den Abflachungen zu.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Eine
solche Führungsleiste
wird zur Verdrehsicherung von Ventilstößeln eingesetzt, die üblicherweise
als Rollenstößel eines
Stoßstangen-Ventiltriebs
ausgebildet sind. Sie kann gleichzeitig als Montagehilfe der Ventilstößel dienen,
indem die Führungsleiste
und die Ventilstößel eine
während
des Transports und der Montage verliersichere Baueinheit bilden,
so dass mehrere Ventilstößel in die
Stößelführungen
der Brennkraftmaschine gleichzeitig montiert werden können.
-
Aus
der als gattungsbildend betrachteten
DE 101 63 411 A1 geht eine aus Metallblech
hergestellte Führungsleiste
hervor, die besonders flach ausgebildet ist und daher gegenüber den
in dieser Druckschrift ebenfalls offenbarten Führungsleisten aus Kunststoff
in Bezug auf deren Bauhöhe überlegen
ist. Zwar lassen sich aus Kunststoff hergestellte Führungsleisten
als einteiliges Spritzgussteil kostengünstig herstellen und eignen
sich aufgrund der vergleichsweise geringen Materialsteifigkeit auch
hervorragend dazu, toleranzbedingte Positionsschwankungen am Stößelführungssystem
beteiligter Oberflächen
durch Eigenverformung auszugleichen. Zu diesen Oberflächen zählen die
Stößelführungen,
die Abflachungen der Führungsleiste
sowie die Schlüsselflächen der
Ventilstößel. Dennoch
muss eben diese geringe Materialsteifigkeit durch erhöhte Formsteifigkeit
in Längsrichtung
der Ventilstößel kompensiert
werden, so dass die Bauhöhe
derartiger Führungsleisten
das Bauraumangebot moderner und kompakt bauender Brennkraftmaschinen übersteigen
kann.
-
Während die
in der zitierten Druckschrift vorgeschlagene Führungsleiste aus Metallblech
bei flacher Bauhöhe
eine in Längsrichtung
der Ventilstößel ausreichende
Formsteifigkeit aufweist, lässt
sie sich ungünstigerweise
auch orthogonal zu ihrer Längserstreckung
und zur Längsachse
der Ventilstößel nur geringfügig verformen.
Ursache hierfür
ist im wesentlichen die vergleichsweise hohe Materialsteifigkeit des
Blechwerkstoffs in Verbindung mit dem hohen Flächenträgheitsmoment der Führungsleiste
in dieser Richtung. Die parallel zur Längserstreckung dieser Führungsleiste
verlaufenden Abflachungen sind zwar breiter ausgebildet als die
Schlüsselflächen der Ventilstößel und
erlauben daher eine freie Ausrichtung der Ventilstößel parallel
zu den Abflachungen; jedoch wird eine Kompensation toleranzbedingter Positionsschwankungen
durch den hohen Formwiderstand der Führungsleiste orthogonal zu
den Abflachungen erheblich erschwert.
-
Außerdem sind
die in den Aufnahmeräumen für die Ventilstößel verlaufenden Abflachungen
sehr niedrig ausgebildet und daher als metallische Flächen in
ihrer Funktion als Verdrehsicherung der Ventilstößel einem erheblichen Verschleißrisiko
ausgesetzt. Dieses Verschleißrisiko
kann zwar theoretisch dadurch minimiert werden, dass die Führungsleiste einer
Wärmebehandlung
zur Oberflächenhärtung der Abflachungen
unterzogen wird, jedoch kann diese Wärmebehandlung zu einem unzulässig hohen Formverzug
der Führungsleiste
führen.
Die mit einem solchen Formverzug verbundenen Fluchtungsfehler der
Abflachungen in Bezug auf die Schlüsselflächen der Ventilstößel können dann
die Verschleißanfälligkeit
der Abflachungen trotz Oberflächenhärtung praktisch
erhöhen,
da die in den Stößelführungen
gelagerten Ventilstößel aufgrund
der hohen Formsteifigkeit der Führungsleiste
unter erheblicher Querkrafteinwirkung auf die Schlüsselflächen zwischen
den Abflachungen verspannt werden. Gleichzeitig erweist es sich
als außerordentlich
schwierig, diesen Formverzug bei der Herstellung der Führungsleisten
prozesssicher in tolerierbaren Grenzen zu halten, so dass stets
das Risiko einer erhöhten Ausschussrate
und folglich hoher Stückkosten
der Führungsleiste
besteht.
-
Aufgabe der
Erfindung
-
Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Führungsleiste der eingangs genannten
Art so auszugestalten, dass die zitierten Nachteile mit einfachen
Mitteln beseitigt sind. Demnach soll die Führungsleiste bei möglichst
geringer Bauhöhe
eine über der
Lebensdauer der Brennkraftmaschine dauerfeste Verdrehsicherung der
Ventilstößel gewährleisten
und dabei gleichzeitig toleranzbedingte Positionsschwankungen insbesondere
der Stößelführungen
untereinander sowie Fluchtungsfehler der Abflachungen in Bezug auf
die Schlüsselflächen der
in die Stößelführungen
eingebauten Ventilstößel auch
in orthogonaler Richtung zu den Abflachungen und unabhängig von
der Orientierung der Abflachungen zur Längserstreckung der Führungsleiste
kompensieren.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten An spruchs
gelöst,
während vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Demnach soll die Führungsleiste
einen Metallträger
und in Ausnehmungen des Metallträgers
befestigte Verdrehsicherungselemente umfassen, welche die Abflachungen
aufweisen und eine Ausrichtung des Ventilstößels auch orthogonal zu seiner Längsachse
und orthogonal zu den Abflachungen zulassen, indem die jeweils zu
einem der Aufnahmeräume
gehörenden
Abflachungen einzeln oder gemeinsam orthogonal zu den Abflachungen
relativ zum Metallträger
verlagerbar sind.
-
Auf
diese Weise lässt
sich der geringe Bauraumbedarf von metallischen Führungsleisten
mit den die toleranzbedingten Positionsschwankungen kompensierenden
Eigenschaften von Kunststoffleisten vorteilhaft kombinieren. Durch
die Aufteilung der unterschiedlichen Funktionen der Führungsleiste
auf den Metallträger
und die Verdrehsicherungselemente lassen sich diese Komponenten
im Hinblick auf unterschiedliche Anforderungen getrennt und gezielt optimieren.
So können
einerseits toleranzbedingte Positionsschwankungen sowohl der Stößelführungen
als auch der Aufnahmeräume
trotz des formsteifen Metallträgers
dadurch kompensiert werden, dass sich die relativ zum Metallträger verlagerbaren
Abflachungen der jeweiligen Position der Schlüsselflächen des sich in der Stößelführung befindlichen
Ventilstößels anpassen
und diesen somit querkraftarm verdrehsichern. Da andererseits die
Abflachungen an den Verdrehsicherungselementen angeordnet sind, kann
gleichzeitig eine Wärmebehandlung
des Metallträgers
zwecks Verschleißschutz
der Abflachungen zugunsten einer prozesssicheren Herstellung des Metallträgers und
somit reduzierter Herstellkosten der Führungsleiste entfallen.
-
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sollen die Verdrehsicherungselemente
formelastisch ausgebildet sein. Bei freier Werkstoffauswahl der Verdrehsicherungselemente
lässt sich
hierdurch auch eine Halterung der Ventilstößel in der Führungsleiste
zur Bildung einer verliersicheren Baueinheit mit einfachen Mitteln
realisieren. Gegenüber
der im zitierten Stand der Technik vorgeschlagenen formschlüssigen Axialsicherung
der Ventilstößel in der Führungsleiste
ist es zu diesem Zweck vorgesehen, dass ein innerer Abstand der
Abflachungen so be messen ist, dass diese die Schlüsselflächen des
zugehörigen
Ventilstößels spielfrei
umgreifen. Die dabei entstehenden Reibkräfte zwischen den Abflachungen
und den Schlüsselflächen des
Ventilstößels verhindern
zum einen ein Herausfallen der Ventilstößel aus der Führungsleiste
während
des Transports und der Montage, so dass ein gemeinsames Einführen mehrerer
Ventilstößel in die
Stößelführungen
bei gleichzeitiger Montage der Führungsleiste
in die Brennkraftmaschine ermöglicht
wird. Zum anderen erlauben die formelastischen Verdrehsicherungselemente
eine genügend
genaue Dosierung dieser Reibkräfte
derart, dass sich die hierdurch im Betrieb der Brennkraftmaschine
auftretenden Reibverluste auf einem vernachlässigbaren Niveau befinden.
-
Die
Verlagerbarkeit der Abflachungen kann in zweckmäßiger Fortbildung der Erfindung
dadurch vereinfacht werden, dass zwischen deren Rückseiten und
den Ausnehmungen des Metallträgers
jeweils ein Luftspalt ausgebildet ist. Unabhängig von der Formelastizität der Verdrehsicherungselemente
kann dieser Luftspalt mit einem Verdrehsicherungselement kombiniert
werden, welches in der jeweiligen Ausnehmung in zu den Abflachungen
orthogonaler Richtung schwimmend gelagert ist. Dabei soll jedem der
Aufnahmeräume
genau ein Verdrehsicherungselement zugeordnet sein. Ein solches
Verdrehsicherungselement ist bevorzugt rahmenartig ausgebildet und
weist Gleitflächen
auf, die von in den Ausnehmungen des Metallträgers verlaufenden Führungsflächen längsverschieblich
gelagert sind. Dabei verlaufen die Führungsflächen und die Gleitflächen orthogonal
zu den Abflachungen.
-
Außerdem ist
es vorgesehen, dass die Verdrehsicherungselemente aus glasfaserverstärktem Kunststoff
bestehen. Dieser Werkstoff hat sich bereits vielfach als kostengünstiger
und verschleißfreier Kontaktpartner
für verdrehgesicherte
Ventilstößel bewährt. Dabei
können
solche Verdrehsicherungselemente als separat vom Metallträger hergestellte Spritzgussteile
mittels einer Klemm- oder Schnappverbindung am Metallträger befestigt
sein. Alternativ ist es auch angedacht, die Verdrehsicherungselemente
in einem Kunststoffspritzgussverfahren an den Metallträger anzuspritzen.
Dieser soll schließlich
kostengünstig
als Stanzteil hergestellt sein.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
und aus den Zeichnungen, in denen die erfindungsgemäße Führungsleiste
beispielhaft anhand von Ausführungsvarianten
der Verdrehsicherungselemente dargestellt ist. Es zeigen jeweils
in perspektivischer Darstellung:
-
1 eine
Führungsleiste
mit einem angespritzten und einem geklemmten Verdrehsicherungselement
aus Kunststoff in der Gesamtansicht,
-
2 das
angespritzte Verdrehsicherungselement aus 1 in isolierter
Darstellung,
-
3 das
geklemmte Verdrehsicherungselement aus 1 als Einzelteil
in vergrößerter Darstellung,
-
4 einen
von der Führungsleiste
geführten
Ventilstößel,
-
5 eine
Führungsleiste
mit einem schwimmend gelagerten Verdrehsicherungselement in der
Gesamtansicht,
-
6 das
Verdrehsicherungselement aus 5 als Einzelteil
in vergrößerter Darstellung
und
-
7 den
Metallträger
aus 5 als Einzelteil.
-
Ausführliche
Beschreibung der Zeichnungen
-
In 1 ist
eine Führungsleiste 1 zur
Führung
von zylindrischen Ventilstößeln einer
Brennkraftmaschine dargestellt. Solche in 4 mit 2 bezeichneten
Ventilstößel sind üblicherweise
als Rollenstößel für einen
Stoßstangen-Ventiltrieb
mit einer untenliegenden, d.h. im Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine
an geordneten Nockenwelle ausgebildet. Die Führungsleiste 1 umfasst
einen langgestreckten, als Stanzteil hergestellten Metallträger 3 und
weist über
deren Längserstreckung
in Abständen
angeordnete Aufnahmeräume 4 zur
Aufnahme von jeweils einem der Ventilstößel 2 auf. Da die
Ventilstößel 2 mit
ihrer Rolle 5 als Nockenabgriffselement gegen Verdrehen
um ihre Längsachse
zu sichern sind, verlaufen innerhalb der Aufnahmeräume 4 parallel
beabstandete Abflachungen 6, die mit Schlüsselflächen 7 des
Ventilstößels 2 formschlüssig zusammenwirken.
Demnach besitzen die längsbeweglich
in Stößelführungen
der Brennkraftmaschine geführten
Ventilstößel 2 nur
noch einen translatorischen Freiheitsgrad in Richtung ihrer Längsachse,
so dass deren Rollen 5 stets parallel zur Nockenwelle ausgerichtet
sind.
-
Eine
möglichst
widerstandsarme Hubbewegung der Ventilstößel 2 ist jedoch nur
unter Berücksichtigung
und weitestgehender Kompensation unvermeidlicher Bauteiltoleranzen
zu erzielen, welche auch zu Fluchtungsfehlern der Abflachungen 6 in
Bezug auf die Schlüsselflächen 7 der
in den Stößelführungen
eingebauten Ventilstößel 2 führen können. Da
die im Ausführungsbeispiel
parallel zur Längserstreckung
der Führungsleiste 1 verlaufenden
Abflachungen 6 breiter als die Schlüsselflächen 7 ausgebildet
sind, kann sich jeder Ventilstößel 2 parallel
zur Längserstreckung
der Führungsleiste 1 in
dieser ausrichten. Die ebenfalls erforderliche Ausrichtung der Ventilstößel 2 quer
zur Längserstreckung
der Führungsleiste 1 wird
trotz der hohen Formsteifigkeit des Metallträgers 3 in dieser Richtung
dadurch ermöglicht,
dass die Abflachungen 6 nicht unmittelbar am Metallträger 3 sondern
an Verdrehsicherungselementen 8, 9 so ausgebildet
sind, dass die Abflachungen 6 quer zur Längserstreckung
der Führungsleiste 1 relativ
zum Metallträger 3 verlagerbar
sind.
-
Wie
nachfolgend erläutert,
sind die Verdrehsicherungselemente 8, 9 unterschiedlich
ausgebildet und am Metallträger 3 befestigt.
In 1 sind zur Begrenzung der benötigten Figurenanzahl eine erste und
eine zweite Ausführungsvariante
der aus glasfaserverstärktem
Kunststoff bestehenden Verdrehsicherungselemente 8, 9 an
demselben Metallträger 1 offenbart.
Weiterhin sind mit den Verdrehsicherungselementen 8, 9 korrespondierende
Ausnehmungen 10, 11 des Metallträgers 3,
an welchen die Verdrehsicherungselemente 8, 9 befestigt
sind, ohne die Verdrehsicherungselemente 8, 9 dargestellt.
Bei ausgeführten
Führungsleisten
ist es jedoch selbstverständlich
zweckmäßig, alle
Verdrehsicherungselemente der Führungsleiste
sowie die korrespondierenden Ausnehmungen einheitlich zu gestalten.
-
Bei
der ersten Ausführungsvariante
sind die Verdrehsicherungselemente 8 an den Metallträger 3 angespritzt.
Zur Verdeutlichung dient 2, in der eines der Verdrehsicherungselemente 8 isoliert
vom Metallträger 3 stark
vergrößert dargestellt
ist. Dabei sind Haltekegel 12 erkennbar, die sich beim
Anspritzvorgang aufgrund komplementärer Mulden 13 im Metallträger 3 ausbilden
und sich mit diesen formschlüssig
verkrallen. Diese Mulden 13 sind in 1 an der mit
den Verdrehsicherungselementen 8 korrespondierenden Ausnehmung 10 gezeigt.
Aus 2 geht weiterhin hervor, dass eine Rückseite 14 der
Abflachung 6 ebenfalls flach ausgebildet ist, während die Ausnehmung 10 eine
zylindrische Innenkontur aufweist, so dass zwischen der Rückseite 14 und
der Ausnehmung 10 ein Luftspalt ausgebildet ist. Zusätzlich zu
den Werkstoffeigenschaften des Kunststoffs sorgen Durchstellungen 15,
die in Schenkeln 16 des im Querschnitt U-förmigen Verdrehsicherungselements 8 verlaufen,
für dessen
hohe Formelastizität, so
dass die Abflachungen 6 orthogonal zur Längserstreckung
der Führungsleiste 1 elastisch
nachgeben können,
um Fluchtungsfehler der Abflachungen 6 gegenüber den
Schlüsselflächen 7 der
Ventilstößel 2 in dieser
Richtung zu kompensieren.
-
Alternativ
zu den angespritzten Verdrehsicherungselementen 8 sind
die Verdrehsicherungselemente 9 als vom Metallträger 3 separat
hergestellte Spritzgussteile ausgebildet und mittels einer Klemmverbindung
am Metallträger 3 befestigt.
Eines der Verdrehsicherungselemente 9 ist in 3 als
Einzelteil vor der Montage an den Metallträger 3 ebenfalls stark
vergrößert dargestellt.
Deutlich erkennbar sind auf der Rückseite 14 der Abflachung 6 verlaufende Rippen 17,
die eine Oberseite 18 und eine Unterseite 19 des
Metallträgers 3 zur
jeweiligen Fixierung des Verdrehsicherungselements 9 in
Hubrichtung des Ventilstößels 2 umgreifen.
Ferner weist das Verdrehsicherungselement 9 beidseitig
der Rippen 17 angeformte Klemmstücke 20 auf, die mit
komplementären Einformungen 21 der
korrespondierenden Ausnehmung 11 des Metallträgers 3 gemäß 1 so
zusammenwirken, dass das Verdrehsicherungselement 9 auch
gegen Rotation innerhalb der Ausnehmung 11 gesichert ist.
In Übereinstimmung
mit der ersten Ausführungsvariante
ist auch bei dem Verdrehsicherungselement 9 die Rückseite 14 der
Abflachung 6 flach ausgebildet, während die Ausnehmung 11 zwischen
den Einformungen 21 eine zylindrische Innenkontur aufweist.
Insofern kann sich auch die Abflachung 6 des Verdrehsicherungselements 9 unter elastischer
Verformung in Richtung des Luftspalts zwischen der Rückseite 14 und
der Innenkontur der Ausnehmung 11 verlagern.
-
Eine
weitere Ausführungsvariante
einer Führungsleiste 22 ist
in 5 dargestellt. Hierbei sind die Aufnahmeräume 4 bildende
Verdrehsicherungselemente 23 schwimmend in Ausnehmungen 24 eines Metallträgers 25 gelagert,
wobei die Abflachungen 6 gemeinsam verlagerbar sind. Wie
auch aus den 6 und 7, in denen
eines der Verdrehsicherungselemente 23 stark vergrößert bzw.
der zugehörige
Metallträger 25 dargestellt
ist, sind die Verdrehsicherungselemente 23 rahmenartig
ausgebildet und weisen Gleitflächen 26 auf,
die in Führungsflächen 27 der
Ausnehmungen 24 längsverschieblich
und im wesentlichen frei von Verdrehspiel gelagert sind. Dabei verlaufen
die Führungsflächen 27 und
die Gleitflächen 26 orthogonal
zu den Abflachungen 6. Zur Befestigung der Verdrehsicherungselemente 23 am
Metallträger 25 in
Hubrichtung der Ventilstößel 2 dienen in 6 prinziphaft
dargestellte Laschen 28, die in Form einer Schnappverbindung
die Oberseite 18 und die Unterseite 19 des Metallträgers 25 umgreifen.
-
Wie
auch bei den zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten ist es schließlich vorgesehen, dass
die Führungsleiste 22 gemeinsam
mit den Ventilstößeln 2 eine
in die Brennkraftmaschine montierbare Baueinheit 29 bildet,
wobei die Aufnahmeräume 4 sowohl
zur Führung
als auch zur verliersicheren Halterung der Ventilstößel 2 während Transport
und Montage der Baueinheit 29 dienen. Zu diesem Zweck ist
ein innerer Abstand 30 der Abflachungen 6 so bemessen,
dass sie die Schlüsselflächen 7 des
Ventilstößels 2 spielfrei
umgreifen, so dass die dabei wirkenden Reibkräfte zwischen den Abflachungen 6 und den
Schlüsselflächen 7 ein
Herausfallen der Ventilstößel 2 aus
der Führungsleiste 22 wirksam
verhindern. In Abhängigkeit
des für
die Verdrehsicherungselemente 23 verwendeten Werkstoffs
ist es dabei zweckmäßig, den
inneren Abstand 30 der Abflachungen 6 bei noch
nicht montierten Ventilstößeln 2 etwas kleiner
als einen äußeren Abstand 31 der
Schlüsselflächen 7 (4)
zu gestalten, um die Ventilstößel 2 stets
mit leicht vorgespannten Abflachungen 6 verliersicher zu
haltern.
-
- 1
- Führungsleiste
- 2
- Ventilstößel
- 3
- Metallträger
- 4
- Aufnahmeraum
- 5
- Rolle
- 6
- Abflachung
- 7
- Schlüsselfläche
- 8
- Verdrehsicherungselement
- 9
- Verdrehsicherungselement
- 10
- Ausnehmung
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Haltekegel
- 13
- Mulde
- 14
- Rückseite
- 15
- Durchstellung
- 16
- Schenkel
- 17
- Rippe
- 18
- Oberseite
- 19
- Unterseite
- 20
- Klemmstück
- 21
- Einformung
- 22
- Führungsleiste
- 23
- Verdrehsicherungselement
- 24
- Ausnehmung
- 25
- Metallträger
- 26
- Gleitfläche
- 27
- Führungsfläche
- 28
- Lasche
- 29
- Baueinheit
- 30
- innerer
Abstand
- 31
- äußerer Abstand