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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Schlepphebel zur Betätigung eines
den Ladungswechsel einer Brennkraftmaschine steuernden Tellerhubventils.
Der Schlepphebel weist einen aus Blechwerkstoff umgeformten länglichen
Hebelkörper auf, der im Bereich eines ventilseitigen Endabschnitts
mit voneinander beabstandet verlaufenden Seitenwänden und
einem die Seitenwände verbindenden Querbalken ein im wesentlichen
U-förmiges und nach oben offenes Querschnittsprofil bildet.
Auf einer dem Tellerhubventil zugewandten Unterseite des Querbalkens
verläuft eine Ventilbetätigungsfläche,
die von zwei zur seitlichen Führung des Hebelkörpers
auf dem Schaft des Tellerhubventils dienenden Längsstegen
gesäumt ist, welche als Verlängerung des Querbalkens
von diesem ausgehend auf die Unterseite gebogen sind, und der Hebelkörper
weist in einem Mittelabschnitt eine von einer inneren Längsstirnseite
des Querbalkens begrenzte Öffnung auf.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein
derartiger Schlepphebel geht aus der als gattungsbildend betrachteten
DE 195 43 657 A1 hervor.
Der dort vorgeschlagene Schlepphebel weist einen Hebelkörper
mit Längsstegen auf, die als Verlängerung des
Querbalkens von der ventilseitigen Längsstirnseite des
Hebelkörpers ausgehen und um etwa 180° auf die
Unterseite des Querbalkens gebogen sind.
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Als
Alternative hierzu ist es in der
DE 198 11 658 A1 vorgeschlagen, die dort
ebenfalls von der ventilseitigen Längsstirnseite des Hebelkörpers
ausgehenden Längsstege nicht als Verlängerung
des Querbalkens sondern der Seitenwände auszubilden. Eine
wesentliche und herstellbedingt unvermeidbare Gemeinsamkeit derartiger
Schlepphebel mit endseitig vom Hebelkörper ausgehenden
Längsstegen besteht darin, dass die gegenüber
dem Querbalken bzw. den Seitenwänden überstehenden
Längsstege zu einer Materialanhäufung im Bereich
der ventilseitigen Längsstirnseite des Hebelkörpers
führen. Diese Materialanhäufung ist im Hinblick
auf das dynamische Ventiltriebsverhalten weniger hinsichtlich der absoluten
Masse des Schlepphebels sondern vielmehr hinsichtlich dessen Massenverteilung
störend, da die Materialanhäufung mit größtem
Abstand zum Drehpunkt des Schlepphebels an dessen gegenüberliegendem
Ende verläuft und dieser Abstand bekanntermaßen
quadratisch in das – grundsätzlich so gering wie
möglich zu haltende – Massenträgheitsmoment
des Schlepphebels um den Drehpunkt einfließt.
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Ein
weiterer Nachteil derartiger Schlepphebel betrifft den Fertigungsprozess,
bei dem die aus einem Blechstreifen ausgestanzten Blechrohlinge
für die Hebelkörper oftmals zunächst
noch durch die Längsstege miteinander verbunden sind, so
dass im Bereich der flächenarmen Längsstege ein
erheblicher, die Fertigungskosten erhöhender Stanzabfall entsteht.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schlepphebel
der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die geschilderten Nachteile
mit einfachen Mitteln beseitigt sind. Der Schlepphebel soll insbesondere
bei konstanten oder verbesserten Führungseigenschaften
auf dem Schaft des Tellerhubventils ein möglichst geringes
Massenträgheitsmoment um seinen Drehpunkt sowie eine, bezogen
auf den Blechumformprozess, verbesserte Materialausnutzung aufweisen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs
1 gelöst, während vorteilhafte Weiterbildungen
und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar
sind. Demnach sollen die Längsstege von der inneren Längsstirnseite
des Querbalkens ausgehend auf dessen Unterseite gebogen sein. Ein
wesentlicher und anhand der später erläuterten
Figuren eines Ausführungsbeispiels der Erfindung offensichtlicher
Vorteil eines derartigen Schlepphebels besteht darin, dass die Materialanhäufung,
die durch die sich an den Querbalken anschließenden, bogenförmigen
Abschnitte der Längsstege bedingt ist, im Bereich des Mittelabschnitts
des Hebelkörpers verläuft und folglich einen vergleichsweise
kleinen Abstand zum Drehpunkt des Schlepphebels zugunsten eines
geringeren Massenträgheitsmoments um den Drehpunkt aufweist.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Schlepphebels
bezieht sich auf den Blechumformprozess, da nunmehr einerseits die
Längsstege der Öffnung im Mittelabschnitt des
Hebelkörpers entstammen, während gemäß dem
zitierten Stand der Technik das der Öffnung entsprechende
Material in vollem Umfang als Stanzabfall anfällt. Andererseits
kann im Falle der in einem Stufenprozess umgeformten und zunächst
noch aneinanderhängenden Blechrohlinge für die
Hebelkörper deren Abstand zugunsten eines weiter reduzierten
Stanzabfalls verringert werden, da dieser Abstand nun nicht mehr
durch die funktionsbedingte Länge der Längsstege
vorgegeben ist.
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Um
eine stabile Befestigung der Endabschnitte der Längsstege
am Querbalken zu gewährleisten, ist es in Weiterbildung
der Erfindung vorgesehen, dass die Längsstege an ihren
Endabschnitten mit der Unterseite verschweißt sind. Hierzu
alternative Befestigungsmöglichkeiten sind stoffschlüssige
Verbindungen, wie Verkleben oder Verlöten der Längsstege
mit der Unterseite, oder auch eine formschlüssig in Querrichtung
des Schlepphebels wirkende Abstützung, wie beispielsweise
außen an der Unterseite verlaufende Stufen oder Vorsprünge,
an denen sich die Längsstege jeweils nach außen
hin abstützen.
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Im
Hinblick auf einen reibungsarmen Betrieb des Schlepphebels, der
in der Regel unmittelbar von einem Nocken einer Nockenwelle angetrieben
wird, ist es außerdem zweckmäßig, wenn
die Öffnung als Freigang für eine Rolle dient,
die auf einem in zueinander fluchtenden Bolzenaugen der Seitenwände abgestützten
Bolzen wahlweise mittels Wälzkörpern gelagert
ist. Anstelle eines solchen Wälzkontakts zum Nocken kann
dennoch auch eine starre Gleitfläche vorgesehen sein, die
sich der Öffnung gegenüberliegend im Bereich einer
Oberseite des Hebelkörpers erstreckt.
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Der
erfindungsgemäße Schlepphebel kann selbstverständlich
auch Teil einer vollvariablen mechanischen Ventilsteuerung sein,
bei welcher er nicht unmittelbar mit dem Nocken, sondern mit anderen Hubübertragungsgliedern,
beispielsweise in Form eines zwischen dem Nocken und dem Schlepphebel angeordneten
Zwischenhebels zusammenwirkt.
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Ferner
sollen die Längsstege einen in Längsrichtung des
Hebelkörpers veränderlichen lichten Abstand aufweisen,
der im Bereich der inneren Längsstirnseite des Querbalkens
kleiner als der Schaftdurchmesser des Tellerhubventils ist. Derartig
geformte Längsstege dienen nicht nur der seitlichen Führung
des Hebelkörpers auf dem Schaft des Tellerhubventils, sondern
auch als Längsanschlag, der bei extremen Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine ein Abspringen des Schlepphebels von seinem
Schwenklager in Richtung des Tellerhubventils verhindern kann. Ein
solches Abspringen des Schlepphebels, das zu erheblichen Beschädigungen bis
hin zur vollständigen Zerstörung der Brennkraftmaschine
führen kann, tritt vorwiegend bei Einsatz von Schwenklagern
mit hydraulischem Ventilspielausgleich und unzureichender Druckmittelversorgung,
wie z. B. bei hoher Ölverschäumung oder einem
zu geringen Versorgungsdruck, und/oder bei unzulässig hohen
Drehzahlen der Brennkraftmaschine auf. Im Falle eines dann bereits
eingeleiteten Abspringvorgangs des Schlepphebels dienen die anschließend
am Schaft des Tellerhubventils längsanschlagenden Längsstege
zumindest der Risikominimierung eines vollständigen Abspringens
des Schlepphebels vom Schwenklager sowie der Wiederherstellung seiner
ordnungsgemäßen Betriebsstellung auf dem Schwenklager
und dem Tellerhubventil.
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Schließlich
ist es vorgesehen, dass die Blechhöhe der Längsstege
kleiner als die Blechhöhe des Querbalkens ist. Ein solches
Materialstärkenverhältnis kann insbesondere im
Hinblick auf eine Reduzierung der beim Stanzen der Öffnung
sowohl am Werkzeug als auch am Werkstück auftretenden Scherkräfte
vorteilhaft sein, da sich die Längsstege in diesem Stadium
des Blechumformprozesses noch ungebogen in die Öffnung
erstrecken und ein entsprechend profiliertes und mithin hochbeanspruchtes Stanzwerkzeug
erforderlich ist. Die lokale Reduzierung der Blechhöhe
im Bereich der später entstehenden Öffnung erfolgt
dann in einem dem Stanzen vorgelagerten Umformschritt, bei dem das
im Bereich der Öffnung zu diesem Zeitpunkt noch vorhandene Blechmaterial
vorzugsweise durch Prägen in seiner Materialstärke
reduziert wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:
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1 einen
erfindungsgemäßen Schlepphebel in perspektivischer
Untersicht;
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2 den
Schlepphebel gemäß 1 im Längsschnitt
in Einbausituation;
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3 den
Schlepphebel gemäß 1 in der Untersicht;
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4 den
Schlepphebel gemäß 1 in der Draufsicht;
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5 den
Hebelkörper des Schlepphebels gemäß 1 nach
Ausstanzen der Öffnung in der Draufsicht und
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6 den
Hebelkörper gemäß 5 im Längsschnitt.
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Ausführliche Beschreibung
der Zeichnungen
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßer Schlepphebel 1 zur
Betätigung eines den Ladungswechsel einer Brennkraftmaschine
steuernden, jedoch hier nicht dargestellten Tellerhubventils in
perspektivischer Untersicht offenbart. Der zu seiner Längsmittelebene
symmetrische Schlepphebel 1 weist einen einstückigen,
aus Blechwerkstoff umgeformten und länglich ausgebildeten
Hebelkörper 2 mit einem ventilseitigen Endabschnitt 3 und
einem gelenkseitigen Endabschnitt 4 auf und ist über
eine kalottenförmige Gelenkpfanne 5 in bekannter
Weise auf einem hier ebenfalls nicht dargestellten, stationär
in der Brennkraftmaschine angeordneten Schwenklager mit kugelförmigem
Gelenkkopf schwenkbeweglich abgestützt. Dabei ist eine
am Hebelkörper 2 angeclipste Halteklammer 6 vorgesehen,
um den Schlepphebel 1 und das Schwenklager in bekannter
Weise zu einer verliersicheren Montageeinheit zusammenzufassen. Der
ventilseitige Endabschnitt 3 und der gelenkseitige Endabschnitt 4 sind
durch zwei voneinander beabstandet verlaufende Seitenwände 7 miteinander verbunden.
Die Seitenwände 7 weisen in einem Mittelabschnitt 8 des
Hebelkörpers 2 zueinander fluchtende Bolzenaugen 9 auf,
in denen ein eine Rolle 10 lagernder Bolzen 11 abgestützt
ist. Der Bolzen 11 ist in bekannter Weise durch stirnseitiges
Verstemmen seiner Enden fest mit dem Hebelkörper 2 verbunden.
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Wie
es auch in den nachfolgend erläuterten 2 bis 4 ersichtlich
ist, bildet der Hebelkörper 2 im Bereich des ventilseitigen
Endabschnitts 3 mit den Seitenwänden 7 und
einem diese verbindenden Querbalken 12 ein im wesentlichen
U-förmiges und nach oben offenes Querschnittsprofil. Dabei
verläuft auf einer dem Tellerhubventil 13 zugewandten
Unterseite 14 des Querbalkens 12 eine Ventilbetätigungsfläche 15,
die von zwei Längsstegen 16 gesäumt ist. Die
Längsstege 16 dienen der seitlichen Führung
des Hebelkörpers 2 auf dem Schaft des Tellerhubventils 13,
da der Schlepphebel 1 bekanntermaßen weder an
seiner schwenkbeweglichen Lagerung noch an seiner als Antriebsfläche
dienenden Rolle 10 gegen Verdrehen um die Hochachse gesichert
ist. Wie es aus 2, in welcher der Schlepphebel 1 und
das hier als Abstützelement mit hydraulischen Ventilspielausgleich
ausgebildete Schwenklager 17 im Längsschnitt,
der Schaft des Tellerhubventils 13 sowie ein die Rolle 10 betätigender
Nocken 18 dargestellt sind, besonders deutlich wird, sind
die um etwa 180° auf die Unterseite 14 des Querbalkens 12 gebogenen Längsstege 16 als
Verlängerung des Querbalkens 12 ausgebildet und
gehen erfindungsgemäß von einer inneren Längsstirnseite 19 des
Querbalkens 12 aus. Dabei begrenzt die innere Längsstirnseite 19 eine
in dem Mittelabschnitt 8 des Hebelkörpers 2 verlaufende Öffnung 20,
die auch den Freigang der Rolle 10 innerhalb des Hebelkörpers 2 sicherstellt.
Aus 2 ist weiterhin ersichtlich, dass die Rolle 10 mittels
Wälzkörpern 21, hier in Form eines Nadelsatzes
auf dem Bolzen 11 gelagert ist.
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Wie
in 3 dargestellt, weisen die Längsstege 16 einen
in Längsrichtung des Hebelkörpers 2 gekröpften
Verlauf mit veränderlichem lichten Abstand 22 auf,
der im Bereich der inneren Längsstirnseite 19 des
Hebelkörpers 2 kleiner als der in 2 eingezeichnete
und in 3 schraffiert dargestellte Schaftdurchmesser 23 des
Tellerhubventils 13 ist. Wie bereits eingangs erläutert,
dienen die Längsstege 16 nicht nur der seitlichen
Führung, sondern im Falle eines unter extremen Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine nicht auszuschließenden Abspringens
des gelenkseitigen Endabschnitts 4 vom Schwenklager 17 auch
als Längsanschlag des Hebelkörpers 2 gegenüber
dem Schaft des Tellerhubventils 13. Dieser Längsanschlag
soll nicht nur ein voll ständiges Abspringen des Schlepphebels 1 verhindern,
sondern auch dessen Rückstellung in die Arbeitsposition
gemäß 2 unterstützen.
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In
der in 4 dargestellten Draufsicht auf den Schlepphebel 1 sind
weiterhin Kontaktpunkte 24 für ein Schweißwerkzeug
erkennbar, das zur stabilen und betriebssicheren Verschweißung
von Endabschnitten 25 der Längsstege 16 mit
der Unterseite 14 des Querbalkens 12 dient.
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In
den 5 und 6 ist der Hebelkörper 2 in
einem späten Zwischenstadium des Blechumformprozesses in
der Draufsicht bzw. im Längsschnitt dargestellt. In diesem
Zwischenstadium besitzt der Hebelkörper 2 mit
der angeformten Gelenkpfanne 5, den zur U-Form hochgebogenen
Seitenwänden 7 einschließlich Bolzenaugen 9 sowie
mit seinem Längsprofil bereits weitgehende Endkonturnähe. Ebenfalls
gut zu erkennen ist die mit einem im wesentlichen E-förmigen
Stanzwerkzeug bereits ausgestanzte Öffnung 20 mit
den darin verlaufenden, noch nicht umgebogenen Längsstegen 16.
Da die Längsstege 16 einen erheblichen Anteil
an der Gesamtfläche der späteren Öffnung 20 haben,
kann der beim Lochen der Öffnung 20 entstehende
Stanzabfall – verglichen mit den im Stand der Technik bekannten Ausführungen – auf
ein Minimum reduziert werden. Darüber hinaus weisen die
Längsstege 16 funktionsbedingt eine erhebliche
gestreckte Länge auf, die bisher dem Längsabstand
der in einem Stufenprozess hergestellten und zunächst aneinanderhängenden Hebelkörper 2 entspricht.
Dadurch, dass sich die Längsstege 16 nunmehr zunächst
innerhalb der Öffnung 20 erstrecken, kann der
Längsabstand der Hebelkörper 2 und folglich
der im Bereich des Längsabstands anfallende Stanzabfall
ebenfalls zugunsten geringerer Herstellkosten deutlich reduziert
werden.
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Zur
Erhöhung der Standzeiten des E-förmig profilierten
Stanzwerkzeugs ist es gemäß 6 vorgesehen,
die ursprüngliche Blechstärke im Bereich der Öffnung 20 durch
einen dem Stanzen der Öffnung 20 vorgelagerten
Prägeschritt zu reduzieren, so dass die mit 26 bezeichnete
Blechhöhe der Längsstege 16 kleiner als
die der ursprünglichen Blechstärke weitgehend
entsprechende Blechhöhe 27 des Querbalkens 12 ist.
Durch diese Maßnahme werden nicht nur die Scherkräfte
beim Stanzvorgang reduziert, sondern auch das anschließende
Umbiegen der Längsstege 16 auf die Unterseite 14 des
Querbalkens 12 erleichtert und darüber hinaus
ein kleinerer Biegeradius im Bereich der 180°-Biegung ermöglicht.
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- 1
- Schlepphebel
- 2
- Hebelkörper
- 3
- ventilseitiger
Endabschnitt
- 4
- gelenkseitiger
Endabschnitt
- 5
- Gelenkpfanne
- 6
- Halteklammer
- 7
- Seitenwand
- 8
- Mittelabschnitt
des Hebelkörpers
- 9
- Bolzenauge
- 10
- Rolle
- 11
- Bolzen
- 12
- Querbalken
- 13
- Tellerhubventil
- 14
- Unterseite
des Querbalkens
- 15
- Ventilbetätigungsfläche
- 16
- Längssteg
- 17
- Schwenklager
- 18
- Nocken
- 19
- innere
Längsstirnseite des Querbalkens
- 20
- Öffnung
- 21
- Wälzkörper
- 22
- Abstand
der Längsstege
- 23
- Schaftdurchmesser
- 24
- Kontaktpunkt
für Schweißwerkzeug
- 25
- Endabschnitt
des Längsstegs
- 26
- Blechhöhe
des Längsstegs
- 27
- Blechhöhe
des Querbalkens
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19543657
A1 [0002]
- - DE 19811658 A1 [0003]