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Die
Erfindung betrifft einen Hebel mit einem Kugelkopf, wobei der Hebel
und der Kugelkopf einstückig
aus einer Blech- oder Metallplatte hergestellt sind und der Kugelkopf
zwei Kugelkopfhälften
aufweist sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Hebels mit am
Hebel angeordnetem Kugelkopf für
eine Verbrennungskraftmaschine.
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Hebel
mit Kugelköpfen
werden üblicherweise
mit einer Welle verbunden, auf der beispielsweise Klappen einer
Verbrennungskraftmaschine angeordnet sein können. Der am Hebel angeordnete
Kugelkopf wird mit einer Kugelpfanne verbunden, welche wiederum
durch eine Stellvorrichtung betätigbar
ist, so dass eine Drehbewegung einer Ausgangswelle der Stellvorrichtung,
an deren Ende die Kugelpfanne befestigt ist, über die Verbindung zwischen
Kugelpfanne und Kugelkopf sowie den damit verbundenen Hebel auf
die Klappenwelle übertragen
wird.
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Es
ist bekannt, dass Kugelköpfe
als Drehteile hergestellt werden und anschließend mit einem gestanzten Hebelblech
mittels Schweißen,
Nieten oder Schrauben verbunden werden. Des Weiteren sind aus Kunststoff
spritzgegossene Kugelköpfe
bekannt.
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Des
Weiteren ist aus der
DE
101 48 806 A1 eine Kugelgelenkanbindung bekannt, bei der
der Kugelkopf aus einem dünnwandigen
Blechkörper
gepresst wird, wobei der Blechkörper
gleichzeitig den Hebel bildet. Der Kugelkopf weist in dieser Ausführung eine
Elastizitätsfuge
auf, die eine radiale Montagebewegung der Kugelkopfabschnitte ermöglicht.
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Bei
der Herstellung eines derartigen Kugelkopfes tritt jedoch das Problem
auf, dass der Abstand des Hebels zum Kugelkopf nicht frei gewählt werden kann,
sondern sehr eingeschränkt
ist, da der Kugelkopf aus einer Metall- oder Blechplatte gepresst
wird, was zu einer Veränderung
der Blechdicke im Bereich des Kugelkopfes führt, so dass ein Materialfluss
entsteht. Für
eine Vergrößerung des
Abstandes zwischen Kugelkopf und Pfanne ist bei einer solchen Ausführung nicht
ausreichend Material vorhanden. Bei Anwendungen im Heißgasbereich
entsteht bei einer derartigen Ausführung ein hoher Wärmeeintrag in
die mit dem Kugelkopf verbundene Kugelpfanne und somit in die Stellvorrichtung.
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Des
Weiteren ist es bei einer derartigen Ausführung nicht möglich, die
Stanz- bzw. Presswerkzeuge so in den Bereich des Kugelkopfes zu
führen, dass
dieser tatsächlich
eine zuverlässig
runde Form aufweist. Es entstehen hierbei jeweils unrunde Kugelköpfe, da
der Materialfluss beim Pressen nicht definiert gesteuert werden
kann, da die Presswerkzeuge nicht von beiden Seiten gegen den Kugelkopf
gedrückt
werden können.
Dies führt
aufgrund der Toleranzen zwischen Kugelkopf und Kugelpfanne dazu, dass
eine präzise
Verstellung beispielsweise von Klappen nicht möglich ist.
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Angesichts
dieser auftretenden Probleme bei der Herstellung eines Kugelkopfes
aus einer Blech- oder Metallplatte stellt sich dem Fachmann die Aufgabe,
einen Hebel mit einem Kugelkopf zu entwickeln, der aus einem Teil
hergestellt werden kann und der für den Einsatz im Heißgasbereich
einer Verbrennungskraftmaschine geeignet ist. Zusätzlich soll der
Kugelkopf eine zuverlässig
runde Form aufweisen. Des Weiteren soll ein Verfahren zur Herstellung eines
Hebels mit einem am Hebel angeordneten derartigen Kugelkopf aufgezeigt
werden, bei dem der Abstand zwischen dem Hebel und dem Kugelkopf möglichst
frei wählbar
ist und eine runde Form des Kugelkopfes erreichbar ist. Auch soll
ein Verfahren zum Verbinden einer Kugelpfanne mit einem Hebel mit
einem derartigen Kugelkopf geschaffen werden, bei dem die Montage
vereinfacht, eine Demontage ermöglicht
und dennoch ein fester definierter Sitz des Kugelkopfes in der Pfanne
erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Hebel mit einem Kugelkopf gelöst,
bei dem die Kugelkopfhälften über Verbindungsabschnitte
mit dem Hebel ver bunden sind, der einen Schenkel aufweist, von dem
aus sich die beiden Verbindungsabschnitte erstrecken, wobei die
Kugelkopfhälften
und die Verbindungsabschnitte beabstandet voneinander angeordnet
sind. Durch diese Verwendung der Verbindungsabschnitte, deren Haupterstreckungsrichtung üblicherweise
etwa im 90°-Winkel zur Fläche des
Hebels gerichtet ist, ist der Abstand des Kugelkopfes zum Hebel
frei wählbar.
Die freien Oberflächen
eines derartigen Hebels und des Kugelkopfes werden deutlich vergrößert und
somit die Wärmeabfuhr
wesentlich erhöht.
Der Wärmeeintrag
in die Kugelpfanne wird somit verringert, so dass die Verwendung
im Heißgasbereich
ermöglicht
wird.
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Zusätzlich lässt sich
ein derartiger Kugelkopf mit zwei Kugelkopfhälften besonders einfach und kostengünstig aus
einem Grundformkörper
herstellen, der aus einer Metallplatte oder einem Blech ausgestanzt
wird, wobei die ausgestanzte Metallplatte oder das ausgestanzte
Blech aus einem Hebel mit einem Schenkel sowie zwei sich vom Schenkel
erstreckenden Flügeln
besteht, welche derart relativ zum Schenkel gebogen werden, dass
die Haupterstreckungsrichtungen der Flügel im Wesentlichen senkrecht
zur durch den Hebel aufgespannten Ebene und parallel zueinander
angeordnet sind und welche derart gepresst bzw. geprägt werden,
dass am Endabschnitt der Flügel
zwei sich gegenüberliegende Kugelkopfhälften entstehen,
welche jeweils über
einen Verbindungsabschnitt mit dem Schenkel des Hebels verbunden
sind. Es ergibt sich somit ein einfaches und kostengünstiges
Herstellungsverfahren für einen
metallischen Hebel mit Kugelkopf, der zusätzlich durch den möglichen
Abstand des Kugelkopfes vom Hebel sowie der zweigeteilten Form eine
deutlich geringere Wärmeeinleitung
in die Kugel sowie eine bessere Wärmeabfuhr von der Kugel, insbesondere
im Vergleich zu Vollkörperkugelköpfen, aufweist.
Durch die Erreichbarkeit der Kugelkopfhälften von beiden Seiten der
Kugelkopfhälften
beim Pressen oder Prägen
ist eine exakte runde Formgebung des Kugelkopfes möglich.
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Es
wird somit ein Hebel mit einem Kugelkopf sowie ein Verfahren zur
Herstellung eines Hebels geschaffen, bei dem eine kostengünstige und
einfache Herstellung sowie Montage sichergestellt werden und zusätzlich Materialkosten
eingespart werden können.
Des Weiteren wird bei einer Verwendung eines derartigen Kugelkopfes
im Bereich beispielsweise des Abgasstranges eines Verbrennungsmotors die
Wärme einleitung
in die Kugel verringert sowie die Wärmeabfuhr von der Kugel in
die Kugelpfanne aufgrund der deutlich verbesserten Belüftung und
vergrößerten Oberflächen im
Vergleich zu bekannten Ausführungen
deutlich reduziert.
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Ein
Ausführungsbeispiel
ist in der Zeichnung dargestellt und wird ebenso wie das zugehörige Herstellungsverfahren
im Folgenden beschrieben.
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Die
Figur zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Hebels
mit Kugelkopf nach Fertigstellung in perspektivischer Ansicht.
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Der
in der Figur dargestellte erfindungsgemäße Hebel mit Kugelkopf besteht
aus einer Metallplatte, die einen kreisförmigen Körper 1 aufweist, von dem
aus sich in eine Richtung ein Schenkel 2 erstreckt. Der
Schenkel 2 sowie der kreisförmige Körper 1 bilden gemeinsam
einen Hebel 3. Der kreisförmige Körper 1 weist in seiner
Mitte ein Loch 4 auf, über
welches der Hebel 3 beispielsweise mittels einer Schraube
an einer nicht dargestellten Welle einer Klappenvorrichtung befestigt
werden kann.
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Vom
Schenkel 2 aus erstrecken sich zwei Flügel 5, 6 im
Wesentlichen senkrecht zur durch den Hebel 3 aufgespannten
Ebene. Die beiden Flügel 5, 6 bestehen
aus jeweils einem Verbindungsabschnitt 7, 8 sowie
sich daran anschließenden
Kugelkopfhälften 9, 10,
die gemeinsam einen Kugelkopf 11 bilden. Zwischen den Kugelkopfhälften 9, 10 bzw.
den Verbindungsabschnitten 7, 8 befindet sich
ein Spalt 12, so dass die Kugelkopfhälften 9, 10 sowie
die Verbindungsabschnitte 7, 8 über ihre
gesamte Länge
beabstandet zueinander angeordnet sind.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
erstrecken sich die Verbindungsabschnitte 7, 8 vom
Schenkel 2 aus zunächst
etwa c-förmig
aus der Ebene des Hebels 3 heraus, wobei der Bauch dieser
Abschnitte jeweils nach außengerichtet
ist. Vor Erreichen des Endes der Verbindungsabschnitte 7, 8 erstrecken sich
diese über
einen kurzen Abschnitt etwa senkrecht zum Hebel 3, wobei
der Zwischenraum zwischen den Verbindungsabschnitten kleiner ist
als die seitliche Ausdehnung des Schenkels 2.
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An
diesen Abschnitt schließen
sich die Kugelkopfhälften 9, 10 an.
Insgesamt ergibt sich somit nach dem Umformen eine etwa Doppel-S-förmige Ausformung
jedes Flügels 5, 6 mit
einer senkrecht zum Hebel 3 angeordneten Haupterstreckungsrichtung.
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Ein
derartiger Hebel 3 mit Kugelkopf 11 wird vorzugsweise
aus einer Metallplatte oder einem Blech hergestellt, welches zunächst ausgestanzt wird,
wodurch der kreisförmige
Körper 1 mit
dem Loch 4 und dem Schenkel 2 und den beiden Flügeln 5, 6 gebildet
wird, die sich entsprechend zu diesem Zeitpunkt in der gleichen
Ebene erstrecken wie der übrige
Hebel 3 und zu entgegengesetzten Seiten des Schenkels 2 erstrecken.
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Im
Folgenden wird an jedem der beiden Flügel 5, 6 durch
entsprechende Präge- bzw. Pressformen
ein halber Kugelkopf 9, 10 ausgebildet, und entsprechend
die Endabschnitte der Verbindungsabschnitte 7, 8 entsprechend
gerundet. Hier können
die Kugelkopfabschnitte 9, 10 aufgrund ihrer guten
Erreichbarkeit von beiden Seiten der Ebene exakt ausgeformt werden.
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Nach
dem Herstellen dieser Form der Kugelkopfhälften 9, 10 sowie
des sich daran unmittelbar anschließenden Endabschnitts der Verbindungsabschnitte 7, 8 können diese
im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Hebels 3 nach oben
gebogen werden, bis sich die beiden Kugelkopfhälften 9, 10 derart
gegenüberliegen,
dass sie gemeinsam einen Kugelkopf 11 bilden, dessen engste
Einschnürung
so im Übergangsbereich
zwischen Kugelkopf 11 und den Verbindungsabschnitten 7, 8 besteht.
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Aus
der Figur wird deutlich, dass die Verbindungsabschnitte 7, 8 nunmehr
als Federelemente wirken können
wenn sie aufeinander zu bewegt werden und dies insbesondere in dem
gebogenen Bereich, in dem keine Umformung durch Pressen stattgefunden
hat, wodurch das Biegemoment in diesem Bereich ein deutlich kleineres
ist. Entsprechend kann beim Verbinden des Kugelkopfes 11 mit
einer nicht dargestellten Kugelpfanne der Kugelkopf 11 zusammengedrückt werden,
also die Kugelkopfhälften 9, 10 durch
Druck entweder beim Aufsetzen der Kugelpfanne oder von außen zugeführten Druck
aufeinander zu bewegt werden, wodurch sich vor allem im Bereich
des Bauches der c-förmigen
Verbindungsabschnitte 7, 8 und im Übergangsbereich
zwischen dem Schenkel 2 und den Verbindungsabschnitten 7, 8 eine
vorübergehende
Verformung ergibt.
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Nach
dem Aufsetzen der Kugelpfanne kann nun die Druckkraft auf die Kugelhälften 9, 10 bzw.
die Verbindungsabschnitte 7, 8 wieder gelöst werden, wodurch
sich der Kugelkopf 11 wieder in seine Ausgangsstellung
durch die in den Verbindungsabschnitten 7, 8 gespeicherte
Federenergie zurückbewegt. Somit
wird eine zuverlässige
Halterung des Kugelkopfes 11 in der Pfanne sichergestellt.
Dabei ist es unerheblich, ob es sich bei der Verformungskraft um die
Komponenten der Aufdrückkraft
der Kugelpfanne auf den Kugelkopf 11 handelt oder um eine
von außen
beispielsweise auf die Verbindungsabschnitte 7, 8 aufgebrachte
Kraft.
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Es
wird deutlich, dass ein derartiger Hebel mit einem Kugelkopf sehr
kostengünstig
durch einfache Umformverfahren herzustellen ist, wobei gleichzeitig
eine hohe Stabilität
und eine leichte Montage gewährleistet
werden.
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Des
Weiteren wird auch ersichtlich, dass die freien Oberflächen eines
derartig hergestellten Hebels 3 mit Kugelkopf 11 im
Vergleich zu bekannten massiven Ausführungen sehr groß sind.
Dies kann vorteilhafterweise bei Anwendungen im Heißgasbereich
genutzt werden, bei denen üblicherweise
von einer Welle über
den Hebel 3 Wärme
in den Kugelkopf 11 und von hier aus zur Kugelpfanne geleitet wird.
Der Anteil an in die Kugelpfanne gelangender Wärme ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel deutlich
geringer, da über
die großen
freien Oberflächen
des Kugelkopfes 11 und der Verbindungsabschnitte 7, 8 sowohl
im inneren Bereich als auch im äußeren Bereich
bereits ein großer
Anteil der Wärme abgeführt werden
kann, da eine gute Belüftung
der Oberflächen
vorhanden ist. Diese Wärmeleitung kann
zusätzlich
dadurch beeinflusst werden, dass die Verbindungsabschnitte 7, 8 länger oder
kürzer
ausgeführt
werden, wodurch wiederum die Oberfläche vergrößert werden kann und somit
die Wärmeabfuhr noch
einmal verbessert würde.
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Ein
derartiges Bauteil ist toleranzunempfindlich, da auch leichte Wärmedehnungen
den Sitz der Kugel 11 in der Kugelpfanne nicht beeinflussen.
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Es
sollte deutlich sein, dass die Reihenfolge bei der Herstellung eines
derartigen Kugelkopfes im Wesentlichen frei wählbar ist. Insbesondere die Schritte
des Biegens und Prägens
bzw. Pressens können
in unterschiedlicher Reihenfolge durchgeführt werden. Auch kann es aus
Bauraumgründen notwendig
sein, die Flügel
nicht exakt senkrecht zur Hebelebene zu biegen sondern leicht gekippt
zueinander auszuführen,
wobei die Parallelität
der Flügel zueinander
erhalten bleibt. In diesem Fall müssen die Flügel unterschiedlich lang ausgeführt werden
und sind somit nicht mehr symmetrisch zur Mittelachse.