DE102008031752A1

DE102008031752A1 - Einteiliger Ventilstößel und Herstellungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102008031752A1
Application number: DE102008031752A
Authority: DE
Inventors: Norbert Geyer; Hans Mönius
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2010-01-07

Abstract

Die Erfindung betrifft einen einteiligen Ventilstößel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, welcher einen Anlaufabschnitt mit einer Anlauffläche für ein Ventilsteuerelement, wenigstens zwei in Form von Hohlzylinderabschnitten in Gegenüberstellung mit einer gemeinsamen Zylinderachse ausgebildete Führungsabschnitte, welche jeweils mit einer Führungsfläche zur Führung des Ventilstößels entlang einer Verschiebungsrichtung versehen sind, sowie einen im Bereich der Zylinderachse an den Anlaufabschnitt angeformten Verbindungsabschnitt umfassen, wobei jeder Führungsabschnitt mittels zweier erster Versteifungsabschnitte mit dem Verbindungsabschnitt verbunden ist, wobei die beiden ersten Versteifungsabschnitte so angeordnet sind, dass sie in Richtung zum Verbindungsabschnitt konisch aufeinander zu laufen. Des Weiteren betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Ventilstößels, dem ein Formteil durch pulvermetallurgisches Spritzgießen oder Metallfeingießen hergestellt wird, wobei das Formteil einen die wenigstens zwei Führungswände enthaltenden Hohlzylinder aufweist. Das Formteil wird durch Centerless-Schleifen spanend nachbearbeitet und die Führungsabschnitte zum Hohlzylinder ergänzende Hohlzylinderergänzungsabschnitte werden entfernt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Brennkraftmaschinen und betrifft einen einteiligen Ventilstößel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine sowie ein Herstellungsverfahren hierfür.
Stand der Technik
In Brennkraftmaschinen werden Gaswechselventile typischer Weise durch Steuernocken einer Nockenwelle betätigt. Gewöhnlich wälzen die Steuernocken zu diesem Zweck an Ventilbetätigungselementen, wie Schlepphebel, Schwinghebel oder Ventilstößel ab, die der Federkraft einer das Gaswechselventil in Schließstellung haltenden Ventilfeder entgegen wirken.
Typischer Weise werden als Ventilstößel in einer Bohrung des Zylinderkopfes geführte Tassenstößel eingesetzt, die mit einem Stößelgehäuse versehen sind, das aus einem hohlzylindrischen Mantel (”Hemd”) mit einer den Stößel führen den Außenmantelfläche und einem eine Anlauffläche bzw. Kontaktbahn für den Steuernocken bereitstellenden Boden zusammengesetzt ist.
In Brennkraftmaschinen werden Tassenstößel sehr schnell in Verschiebungsrichtung hin- und herbewegt, so dass es in Hinblick auf das Ansprechverhalten des Motors vorteilhaft ist, wenn Tassenstößel eine möglichst geringe Masse bzw. Trägheit haben. Dies gilt umso mehr als Tassenstößel in der Regel mit einer mechanischen oder hydraulischen Einrichtung zum Ventilspielausgleich versehen werden, wodurch das Gewicht des Tassenstößels erhöht wird. Andererseits ist für Tassenstößel eine ausreichende Steifheit (Stabilität) erforderlich, um ein zuverlässiges Öffnen und Schließen der Ventile zu gewährleisten und den hohen mechanischen Belastungen dauerhaft standzuhalten.
Bislang wurde durch gezielte Materialwahl und eine spezielle Stößelformgebung versucht eine zufrieden stellende Lösung dieses Zielkonflikts zu erreichen. So ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung DE 103 58 934 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Tassenstößels gezeigt, bei dem der Tassenstößel aus einem auf Kunststoff basierenden Material anstatt wie üblich aus Stahl hergestellt wird. Zudem sind in dem dortigen Tassenstößel nicht als Anlauffläche dienenden Bereiche des Bodens in Verschieberichtung zurückversetzt, wodurch eine weitere Reduzierung des Bauteilgewichts erreicht werden kann. Eine ähnliche Vorgehensweise, bei der die Anlauffläche zum Zwecke der Gewichtsreduzierung erhaben gegenüber abgeschrägten Bereichen des Bodens ausgebildet ist, kann der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 57 772 A1 entnommen werden. Eine Abkehr von der Topf- bzw. Tassenform des Tassenstößels zum Zwecke der Gewichtseinsparung ist den deutschen Offenlegungsschriften DE 38 06 838 A1 und DE 43 31 387 A1 zu entnehmen, worin die Gestaltung des Ventilstößels als so genannter Kastenstößel mit einem in Aufsicht rechteckigen Querschnitt gezeigt ist. Ein gewichtsreduzierter Ventilstößel kann weiterhin der deutschen Offenlegungsschrift DE 36 06 839 A1 entnommen werden, worin ein Ventilstößel mit einem aus zwei Blechlamellen geformten Mittelsteg, der ein Anlaufteil zur Betätigung durch den Steuernocken unterstützt, gezeigt ist.
Obgleich durch die im Stand der Technik bekannten Maßnahmen merkliche Gewichtseinsparungen bei Ventil- bzw. Tassenstößeln erreicht werden können, besteht weiterhin Bedarf nach Ventilstößeln, welche ein geringes Stößelgewicht mit einer ausreichenden Steifheit vereinen.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, einen Ventilstößel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, der im Vergleich zu herkömmlichen Ventilstößeln eine relativ geringe Trägheit bei ausreichender Steifheit ermöglicht. Zudem soll ein solcher Ventilstößel in der industriellen Serienfertigung einfach und kostengünstig herstellbar sein.
Lösung der Aufgabe
Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch einen Ventilstößel und dessen Herstellungsverfahren mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein einteiliger Ventilstößel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine gezeigt. Der einteilige Ventilstößel ist vorzugsweise durch pulvermetallurgisches Spritzgießen (MIM = Metal Injection Molding) oder Metallfeingießen herstellt, die beide dem Fachmann als solche wohlbekannt sind.
Der einteilige Ventilstößel umfasst einen Anlaufabschnitt mit einer Anlauffläche bzw. Kontaktbahn für ein Ventilsteuerelement (Nocken), wenigstens zwei in Form von Hohlzylinderabschnitten in Gegenüberstellung mit einer gemeinsamen Zylinderachse ausgebildete Führungsabschnitte, welche jeweils mit einer Führungsfläche zur Führung des Ventilstößels entlang einer Verschiebungsrichtung des Ventilstößels, die identisch mit einer Öffnungs- und Schließrichtung des zu steuernden Ventils ist, versehen sind, sowie einen im Bereich der Zylin derachse an den Anlaufabschnitt angeformten Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit den Führungsabschnitten.
In dem erfindungsgemäßen Ventilstößel ist jeder Führungsabschnitt mittels zweier erster Versteifungsabschnitte, die einer Versteifung des Ventilstößels dienen, mit dem Verbindungsabschnitt verbunden, wobei die beiden ersten Versteifungsabschnitte so angeordnet sind, dass sie in Richtung zum Verbindungsabschnitt konisch aufeinander zulaufen. Durch diese Maßnahme kann in vorteilhafter Weise ein Ventilstößel mit einem geringen Stößelgewicht bei hoher Steifheit realisiert werden.
Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventilstößels wird jeder Führungsabschnitt von zwei in Verschiebungsrichtung des Ventilstößels sich erstreckenden, geraden Längsrändern und zwei senkrecht zur Verschiebungsrichtung sich erstreckenden, kreissegmentförmigen Querrändern begrenzt, wobei die ersten Versteifungsabschnitte jeweils mit den Längsrändern der Führungsabschnitte, insbesondere über deren vollen Länge, verbunden sind, wodurch eine besonders effektive Versteifung des Ventilstößels möglich ist.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventilstößels ist zwischen den mit einem selben Führungsabschnitt verbundenen ersten Versteifungsabschnitten wenigstens ein den Führungsabschnitt mit dem Verbindungsabschnitt verbindender, zweiter Versteifungsabschnitt angeordnet, wodurch die Versteifung des Ventilstößels verbessert werden kann. Hierbei kann es von besonderem Vorteil sein, wenn wenigstens zwei zweite Versteifungsabschnitte in einer zueinander parallelen Verlaufsrichtung angeordnet sind.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventilstößels ist der wenigstens eine zweite Versteifungsabschnitt mit dem Anlaufabschnitt verbunden, was den Vorteil hat, dass der Anlaufabschnitt durch den wenigstens einen zweiten Versteifungsabschnitt gestützt wird. Dies erlaubt in besonders vorteilhafter Weise eine Veränderung der in Verschiebungsrichtung bemessenen Dicke (bzw. Abmessung) des Anlaufabschnitts entlang der Anlauffläche bzw. Kon taktbahn, so dass Material bzw. Gewicht bei erhaltener Steifheit eingespart werden kann. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Dicke des Anlaufabschnitts in einem mittleren Bereich des Anlaufabschnitts geringer ist als in daran angrenzenden Randabschnitten des Anlaufabschnitts, wo die Belastung durch das Ventilsteuerelement in der Regel höher ist.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventilstößels formen die ersten und zweiten Versteifungsabschnitte auf der dem Anlaufabschnitt abgewandten Seite gemeinsam eine Ausnehmung, welche beispielsweise als Freigang für einen Ventilfederteller dient, so dass Material bzw. Gewicht eingespart und die Abmessung des Ventiltriebs in Verschiebungsrichtung verringert werden kann.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventilstößels sind die ersten und zweiten Versteifungsabschnitte in Form von in Verschiebungsrichtung sich erstreckenden Lamellen (gerade Flächenelemente) ausgebildet, wodurch eine besonders effektive Versteifung des Ventilstößels bei einem geringen Materialgewicht erzielt werden kann.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventilstößels ist der Anlaufabschnitt in Aufsicht zumindest annähernd rechteckförmig geformt, wodurch eine weitere Materialeinsparung erreicht werden kann. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die kurzen Seitenränder des Anlaufabschnitts in Aufsicht kreissegmentförmig mit einem gemeinsamen Mittelpunkt ausgebildet sind, wobei deren Mittelpunkt auf der gemeinsamen Zylinderachse der Führungsabschnitte liegt. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die kurzen Seitenränder des Anlaufabschnitts im Kreisumfangsrichtung jeweils kürzer bemessen als die entsprechend geformten Querränder des Führungsabschnitts, wodurch das Gewicht des Ventilstößels ohne Beeinträchtigung der Führungseigenschaften in Hinblick auf eine Optimierung des eingangs erläuterten Zielkonflikts variiert werden kann.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventilstößels ist der Verbindungsabschnitt eine konzentrisch zur Zylinderachse angeordnete Hülse, die insbesondere zur Aufnahme eines hydraulischen oder mechanischen Ventilspielausgleichselements dient. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn wenigstens ein zweiter Versteifungsabschnitt mit einem in einen Hohlraum der Hülse mündenden Hydraulikkanal versehen ist, um das hydraulische Ventilspielausgleichselement mit Hydraulikfluid zu versorgen. Alternativ hierzu kann der Verbindungsabschnitt auch als konzentrisch zur Zylinderachse angeordneter zylindrischer Vorsprung ausgebildet sein.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung eines wie oben beschriebenen Ventilstößels. Es umfasst einen Formgebungsprozess zur Herstellung eines Formteils und eine anschließende spanende Nachbearbeitung zur Einstellung gewünschter Abmessungen und zur Fertigstellung des Ventilstößels.
Das Formteil wird zunächst durch pulvermetallurgisches Spritzgießen oder Metallfeingießen hergestellt. Wesentlich hierbei ist, dass das Formteil mit einem die wenigstens zwei Führungsabschnitte enthaltenden Hohlzylinder in der Art des Hemds eines Tassenstößels versehen wird. Eine spanende Nachbearbeitung des Formteils erfolgt durch (runde Bauteilgeometrie erforderndes) Centerless-Schleifen, welches dem Fachmann solches wohlbekannt ist. Das Centerless-Schleifen hat den Vorteil, dass es in der industriellen Serienfertigung besonders kostengünstig eingesetzt werden kann.
Anschließend werden jene Hohlzylinderabschnitte, die die Führungsabschnitte zum Hohlzylinder ergänzen, entfernt. Besonders vorteilhaft wird der Hohlzylinder zu diesem Zweck mit Sollbruchstellen, beispielsweise Perforationen, an den Rändern der Führungsabschnitte versehen, so dass die die Führungsabschnitte zum Hohlzylinder ergänzenden Hohlzylinderabschnitte durch Herausbrechen in einfacher Weise entfernt werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Es zeigen:
1 in einer perspektivischen Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventilstößels;
2 in einer Aufsicht den Ventilstößel von 1;
3 in einer Unteransicht den Ventilstößel von 1;
4A in einer Schnittansicht den Ventilstößel von 1 ohne hydraulisches Ventilspielausgleichselement;
4B in einer Schnittansicht eine Variante für den Anlaufabschnitt des Ventilstößels von 1
5 in einer Schnittansicht den Ventilstößel von 1 mit hydraulischem Ventilspielsausgleichselement;
6 in einer Ansicht von unten ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventilstößels;
7 in einer Schnittansicht den Ventilstößel von 6;
8 in einer perspektivischen Ansicht ein Zwischenprodukt bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Ventilstößels durch ein erstes Herstellungsverfahren;
9 in einer Schnittansicht das Zwischenprodukt von 8;
10 in einer Schnittansicht ein Zwischenprodukt bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Ventilstößels durch ein zweites Herstellungsverfahren;
11 in einer perspektivischen Ansicht das Zwischenprodukt von 10.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Unter Bezugnahme auf 1 bis 5 wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Der insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichnete Ventilstößel ist einteilig (monolithisch) aus metallischem Material durch pulvermetallurgisches Spritzgießen (MIM) oder Feingießen mit einer spanenden Nachbearbeitung des Formteils durch Schleifen hergestellt.
An dem einteiligen Ventilstößel 1 können verschiedene Stößelabschnitte unterschieden werden, die im Weiteren beschrieben werden. So ist der Ventilstößel 1 mit zwei Führungswänden 2, 4 versehen, die in Form von Hohlzylinderabschnitten mit einer gemeinsamen Zylinderachse 37 in Gegenüberstellung so angeordnet sind, dass sie gedanklich – in Entsprechung zum hohlzylindrischen Hemd eines Tassenstößels – zu einem vollständigen Hohlzylinder ergänzt werden können. Die beiden Führungswände 2, 4 entsprechen den eingangs genannten Führungsabschnitten.
Die Zylinderachse 37 der beiden Führungswände 2, 4 ist in Verschiebungsrichtung (Öffnungs- bzw. Schließrichtung) des zu steuernden Ventils angeordnet. Jede der beiden Führungswände 2, 4 stellt nach außen hin eine Führungsfläche 3, 5 zur Linearführung des Ventilstößels 1 in einer Zylinderkopfbohrung einer Brennkraftmaschine bereit. Jede Führungswand 2, 4 umfasst zwei in Verschiebungsrichtung des Ventilstößels 1 verlaufende, gerade Längsränder 18–21 und zwei quer zur Verschiebungsrichtung sich erstreckende, kreissegmentförmige Querränder 47–50. Für eine erste Führungswand 2 sind dies ein erster Längsrand 18 und ein zweiter Längsrand 19, sowie ein erster Querrand 47 und ein zweiter Querrand 48. Für eine zweite Führungswand 4 sind dies ein dritter Längsrand 20 und ein vierter Längsrand 21, sowie ein dritter Querrand 49 und ein vierter Querrand 50.
Der Ventilstößel 1 umfasst weiterhin einen die beiden Führungswände 2, 4 am ersten Querrand 47 und am dritten Querrand 49 miteinander verbindenden Anlaufabschnitt 7, der senkrecht zur Zylinderachse 37 angeordnet ist und eine Anlauffläche 8 (Kontaktbahn) für einen Steuernocken aufweist. Der Anlaufabschnitt 7 ist in Aufsicht annähernd rechteckig geformt, mit einer längeren ersten Symmetrieachse 22 und einer hierzu senkrechten, kürzeren Symmetrieachse 23, die beide senkrecht zur Zylinderachse 37 liegen. Der Anlaufabschnitt 7 wird von zwei geraden Seitenrändern, nämlich einem ersten Seitenrand 16 und einem zweiten Seitenrand 17, die jeweils parallel zur ersten Symmetrieachse 22 verlaufen, und zwei kreissegmentförmigen Seitenrändern, nämlich einem dritten Seitenrand 51 und einem vierten Seitenrand 52, begrenzt. Die beiden kreissegmentförmigen Seitenränder 51, 52 haben einen gemeinsamen Mittelpunkt 24, welcher dem Schnittpunkt der beiden Symmetrieachsen 22, 23 entspricht und auf der Zylinderachse 37 der beiden Führungswände 2, 4 liegt. Insbesondere schließen die beiden kreissegmentförmigen Seitenränder 51, 52 des Anlaufabschnitts mit dem ersten Querrand 47 und dem dritten Querrand 49 der beiden Führungswände 2, 4 bündig ab, wobei die Abmessungen in Umfangsrichtung (Längen) der beiden kreissegmentförmigen Seitenränder 51, 52 kleiner sind als die Abmessungen in Umfangsrichtung des ersten Querrand 47 und des dritten Querrands 49.
Am Anlaufabschnitt 7 des Ventilstößels 1 ist in konzentrischer Anordnung zu den beiden Führungswänden 2, 4 eine Stufenhülse 6 angeformt. Die Stufenhülse 6 entspricht dem eingangs genannten Verbindungsabschnitt.
Die Stufenhülse 6 setzt sich aus zwei ineinander übergehenden, konzentrischen Hülsenabschnitten zusammen. Dies sind ein an den Anlaufabschnitt 7 angrenzender erster Hülsenabschnitt 10 mit einem größeren Durchmesser und ein zweiter Hülsenabschnitt 11 mit einem geringeren Durchmesser.
Zwischen der Stufenhülse 6 und den beiden Führungswänden 2, 4 erstrecken sich in Verschiebungsrichtung des Ventilstößels 1 angeordnete, lamellenartige Seitenwände 12–15, die zur Versteifung des Ventilstößels 1 dienen. Die Seitenwände 12–15 entsprechen den eingangs genannten ersten Versteifungsabschnitten.
So ist die erste Führungswand 2 an ihrem ersten Längsrand 18 über eine erste Seitenwand 12 und an ihrem zweiten Längsrand 19 über eine zweite Seitenwand 13 jeweils über deren volle Länge mit der Stufenhülse 6 verbunden, und die zweite Führungswand 4 an ihrem dritten Längsrand 20 über eine dritte Seitenwand 14 und an ihrem vierten Längsrand 21 über eine vierte Seitenwand 15 jeweils über deren volle Länge mit der Stufenhülse 6 verbunden.
Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, haben die mit einer selben Führungswand verbundenen Seitenwände einen schrägen zur Stufenhülse 6 hin konvergierenden (aufeinander zu gerichteten) Verlauf, so dass der Ventilstößel 1 in Aufsicht eine ”Schmetterlingsflügelform” erhält. Diese Gestaltung hat den Vorteil, dass die Abmessungen der Führungsflächen 3, 5 der Führungswände 2, 4 in Umfangsrichtung größer als die Abmessungen des dritten und vierten Seitenrands des Anlaufabschnitts 7 gewählt werden können. Zudem erweist sich der konvergierende Verlauf der Seitenwände 12–15 als vorteilhaft hinsichtlich der Steifheit des Ventilstößels 1.
Der Ventilstößel 1 umfasst des Weiteren eine Mehrzahl lamellenartiger Verstärkungsrippen 25–27, die sich zwischen der Stufenhülse 6 und den beiden Führungswänden 2, 4 erstrecken und zwischen den Seitenwänden in Verschiebungsrichtung des Ventilstößels 1 angeordnet sind. Die Verstärkungsrippen entsprechen den eingangs genannten zweiten Verstärkungsabschnitten.
Die Verstärkungsrippen 25–27 dienen – wie die Seitenwände 12–15 – zur Versteifung des Ventilstößels 1. Die Verstärkungsrippen 12–15 sind jeweils mit der zugehörigen Führungswand 2, 4, der Stufenhülse 6 und mit dem Anlaufabschnitt 7 verbunden. So ist die erste Führungswand 2 zwischen den beiden Seitenwänden 12, 13 über eine erste Verstärkungsrippe 25 und eine zweite Verstärkungsrippe 26 mit der Stufenhülse 6 verbunden, und die zweite Führungswand 4 zwischen den beiden Seitenwänden 14, 15 über eine dritte Verstärkungsrippe 27 mit der Stufenhülse 6 verbunden. Im Unterschied zu den Seitenwänden 12–15 verlaufen die Verstärkungsrippen 25–27 parallel zur ersten Symmetrieachse 22 des Anlaufabschnitts 7. Im Bereich der beiden Führungswände 2, 4 weisen die Seitenwände 12–15 und Verstärkungsrippen 25–27 einen in etwa gleichen Zwischenabstand auf, wobei die dritte Verstärkungsrippe 27 in etwa mittig zu den beiden angrenzenden Seitenwänden 14, 15 angeordnet ist. Die Seitenwände 12–15 und die Verstärkungsrippen 25–27 formen gemeinsam eine kegelstumpfförmige Aussparung 28 (bzw. Freigang) für einen Ventilfelderteller.
Die zwischen den Seitenwänden 12–15 angeordneten Verstärkungsrippen 25–27 dienen neben einer Versteifung des Ventilstößels 1 auch einer Abstützung des Anlaufabschnitts 7, so dass dieser mit einer relativ geringen (beispielsweise minimal möglichen) Wandstärke (bemessen in Verschiebungsrichtung des Ventilstößels) versehen sein kann. Insbesondere kann die Wandstärke des Anlaufabschnitts 7 entlang des Bereichs der Nockenauswanderung, d. h. entlang der ersten Symmetrieachse 22 des Anlaufabschnitts 7, variieren, wobei die Wandstärke an den stärker belasteten Randbereichen des Anlaufabschnitts 7 dicker und in einem weniger stark belasteten mittleren Bereich dünner ist. Eine solche Ausgestaltung des Anlaufabschnitts 7 ist als Variante beispielhaft in 4B gezeigt. Wie in 4B veranschaulicht ist, ist entlang der Kontaktbahn eines Steuernockens ein Mittenbereich 53 dünner ausgebildet als stärker belastete Randbereiche 54 des Anlaufabschnitts 7.
Zwischen der ersten Verstärkungsrippe 25 und der zweiten Verstärkungsrippe 26 ist ein Vorsprung 29 angeformt, der in eine entsprechende Ausnehmung einer Zylinderkopfbohrung greifen kann, wodurch eine Verdrehsicherung für den Ventilstößel 1 geschaffen wird.
Die ersten Verstärkungsrippe 25 und die zweite Verstärkungsrippe 26 haben eine in etwa gleiche Form wie die erste Seitenwand 12 und die zweite Seitenwand 13. Dies gilt nicht für die dritte Verstärkungsrippe 27, da diese mit einem Ölkanal 30 versehen ist, der mit seinem einen Ende in einen vom ersten Hülsenabschnitt 10 der Stufenhülse 6 geformten Hülsenhohlraum 31 und mit seinem anderen Ende in eine Durchbrechung 32 der zweiten Führungswand 4 mündet. Über den Ölkanal 30 kann ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement 33, das in die Stufenhülse 6 eingesetzt werden kann, mit Drucköl versorgt werden. Der Aufbau und die Funktion eines solchen hydraulischen Ventilspielausgleichselements 33 sind für das Verständnis der Erfindung nicht wesentlich und im Übrigen dem Fachmann wohlbekannt, so dass es sich erübrigt hier näher darauf einzugehen.
Unter Bezugnahme auf 6 und 7 wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Der insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichnete Ventilstößel ist gleichermaßen einteilig aus einem metallischen Material durch pulvermetallurgisches Metallspritzgießen (MIM) oder ein Feingussverfahren hergestellt. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die Unterschiede zu dem in Verbindung mit den 1 bis 5 veranschaulichten Ventilstößel 1 erläutert und ansonsten wird auf die dort gemachten Ausführungen Bezug genommen.
Der Ventilstößel 1' soll mit einem mechanischen Ventilspielausgleichselement versehen werden. Zu diesem Zweck ist anstelle einer Stufenhülse 6, welche zur Aufnahme eines hydraulischen Ventilspielausgleichselements dient, ein zylinderförmiger Kolben 34 (bzw. Pin) zur Verbindung mit einem Ventilschaft des zu steuernden Ventils an den Anlaufabschnitt 7 angeformt. Gleichermaßen wäre es auch denkbar, dass anstelle des Kolbens 34 eine Hülse an den Anlaufabschnitt 7 angeformt wird, die als Aufnahme für einen Kolben dient.
In dem Ventilstößel 1' ist jede der beiden Führungswände 2, 4 über zwei Verstärkungsrippen mit dem Kolben 34 verbunden, wobei die erste Führungswand 2 zwischen den beiden Seitenwänden 12, 13 über eine erste Verstärkungsrippe 25 und eine zweite Verstärkungsrippe 26 mit dem Kolben 34 verbunden, und die zweite Führungswand 4 zwischen den beiden Seitenwänden 14, 15 über eine vierte Verstärkungsrippe 35 und eine fünfte Verstärkungsrippe 36 mit dem Kolben 34 verbunden ist.
Im Unterschied zu den Seitenwänden 12–15 verlaufen die Verstärkungsrippen 25, 26, 35, 36 jeweils parallel zur ersten Symmetrieachse 22 des Anlaufabschnitts 7. Im Bereich der beiden Führungswände 2, 4 nehmen die Seitenwände 12–15 und Verstärkungsrippen 25, 26, 35, 36 einen in etwa gleichen Zwischenabstand voneinander ein.
Da der Ventilstößel 1' einen mechanischen Ventilspielausgleich ermöglichen soll, erübrigt sich die Formung eines Ölkanals in der zweiten Führungswand 4.
Unter Bezugnahme auf 8 und 9 wird ein Verfahren zur Herstellung des wie oben beschriebenen erfindungsgemäßen Ventilstößels beschrieben. In diesen beiden Figuren ist ein Zwischenprodukt bei der Herstellung des Ventilstößels gezeigt.
Das Herstellungsverfahren startet mit der Fertigung eines Formteils durch pulvermetallurgisches Spritzgießen (MIM). Wie dem Fachmann an sich wohlbekannt ist, werden beim MIM-Verfahren ein Metallpulver und ein Binder gemischt und anschließend in einem Spritzgusswerkzeug zu einem noch eine geringe mechanische Festigkeit aufweisenden Grünling gegossen. Durch Entbindern, d. h. dem teilweisen Entfernen des Binders aus dem Grünling, wird ein Braunling erzeugt, der durch den Restbindergehalt zusammengehalten wird. Erst durch Brennen des Braunlings bei hohen Temperaturen (Sintern) wird ein Formteil mit der erforderlichen Festigkeit erzeugt. Über eine anschließende spanende Nachbearbeitung des Formteils mittels eines Schleifverfahrens zur Einstellung der gewünschten Abmessungen wird das Fertigteil (Ventilstößel) hergestellt.
In 8 und 9 ist ein durch das MIM-Verfahren erzeugtes erstes Formteil 38 vor dem Schleifen zur Einstellung der gewünschten Bauteilgeometrie gezeigt. An dem ersten Formteil 38 ist eine sich in Verschiebungsrichtung erstreckende Schleiffreistellung 39 an der ersten Führungsfläche 3 der ersten Führungswand 2 ausgespart. Weiterhin sind zwei quaderförmige Abstütznasen 40 an die Stufenhülse 6 angeformt, die sich in etwa mittig zwischen der ersten Seitenwand 12 und der dritten Seitenwand 14 bzw. zwischen der zweiten Seitenwand 13 und der vierten Seitenwand 15 in Richtung parallel zur zweiten Symmetrielinie 23 des Anlaufabschnitts 7 erstrecken. Die beiden Abstütznasen 40 sind jeweils mit einer Anlagefläche 41 versehen, wobei die beiden Abstütznasen so dimensioniert sind, dass bei einer seitlichen Lagerung des ersten Formteils 38 auf einer Auflagefläche 42 (eine Lage wie beim Sintern typischer Weise eingenommen wird) mittels der ersten und dritten Seitenwand bzw. zweiten und vierten Seitenwand die Anlagefläche 41 der jeweils zwischen den aufliegenden Seitenwänden befindlichen Abstütznase 40 zur stützenden Anlage gegen die Auflagefläche 42 gelangt. Hierdurch wird eine unerwünschte Verformung des mechanisch noch wenig festen Braunlings vermieden. Ein Fertigbearbeitung des ersten Formteils 38 zum Ventilstößel erfolgt durch Profilschleifen beispielsweise mittels zweier Schleifscheiben, das dem Fachmann als solches wohlbekannt ist und hier nicht näher erläutert werden muss.
Unter Bezugnahme auf 10 und 11 wird ein zweites Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Ventilstößels beschrieben. In diesen beiden Figuren ist ein Zwischenprodukt bei der Herstellung des Ventilstößels gezeigt.
Wie schon im ersten Verfahren startet die Herstellung mit der Fertigung eines Formteils durch pulvermetallurgisches Spritzgießen (MIM). Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird diesbezüglich auf die zum ersten Verfahren gemachten Ausführungen verwiesen.
In 10 und 11 ist ein durch das MIM-Verfahren erzeugtes zweites Formteil 43 vor dem Schleifen zur Einstellung der gewünschten Abmessungen gezeigt. Wesentlich hierbei ist, dass an das zweite Formteil 43 ein vollständiger Hohlzylinder (Hemd) 46 angeformt wird, der es ermöglicht, dass zur spanenden Nachbearbeitung des zweiten Formteils 43 anstelle des Profilschleifens das in der Regel kostengünstiger einzusetzende Centerless-Schleifen verwendet werden kann. Der Hohlzylinder 46 wird entlang der Längsränder 18–21 der Führungswände 2, 4 mit als Sollbruchstellen dienenden Perforationen 45 versehen, so dass die beiden Führungswände 2, 4 durch Herausbrechen der für den Ventilstößel nicht benötigten (Hohlzylinder-)Ergänzungsabschnitte 44 erzeugt werden können. Für das Herausbrechen der beiden Ergänzungsabschnitte 44 ist der schräge Verlauf der Seitenwände 12–14 wichtig, da hierdurch eine Verformung des Ventilstößels vermieden werden kann.
Der erfindungsgemäße Ventilstößel ermöglicht in vorteilhafter Weise ein geringes Bauteilgewicht bei hoher Stabilität. Durch den schrägen Verlauf der Seitenwände und die gegebenenfalls zusätzlich vorgesehenen Verstärkungsrippen, die sich an dem beispielsweise in Form einer Hülse ausgebildeten Verbindungsabschnitt abstützen, kann insbesondere ein Verzug bzw. Verformung der Hülse bei einer Wärmebehandlung oder spanenden Nachbearbeitung des Formteils vermieden werden. Zudem entsteht hierdurch ein steiferes Bauteil. Die Herstellung des einteiligen Ventilstößels durch pulvermetallurgisches Spritzgießen oder Feingießen ermöglicht in vorteilhafter Weise eine freie Anordnung der Seitenwände bzw. Verstärkungsrippen.

1, 1': Ventilstößel
2: erste Führungswand
3: erste Führungsfläche
4: zweite Führungswand
5: zweite Führungsfläche
6: Stufenhülse
7: Anlaufabschnitt
8: Anlauffläche
9: Außenumfangsfläche
10: erster Hülsenabschnitt
11: zweiter Hülsenabschnitt
12: erste Seitenwand
13: zweite Seitenwand
14: dritte Seitenwand
15: vierte Seitenwand
16: erster Seitenrand
17: zweiter Seitenrand
18: erster Längsrand
19: zweiter Längsrand
20: dritter Längsrand
21: vierter Längsrand
22: erste Symmetrieachse
23: zweite Symmetrieachse
24: Mittelpunkt
25: erste Verstärkungsrippe
26: zweite Verstärkungsrippe
27: dritte Verstärkungsrippe
28: Aussparung
29: Vorsprung
30: Ölkanal
31: Hülsenhohlraum
32: Durchbrechung
33: Ventilspielausgleichselement
34: Kolben
35: vierte Verstärkungsrippe
36: fünfte Verstärkungsrippe
37: Zylinderachse
38: erstes Formteil
39: Schleiffreistellung
40: Abstütznase
41: Anlagefläche
42: Auflagefläche
43: zweites Formteil
44: Ergänzungsabschnitt
45: Perforation
46: Hohlzylinder
47: erster Querrand
48: zweiter Querrand
49: dritter Querrand
50: vierter Querrand
51: dritter Seitenrand
52: vierter Seitenrand
53: Mittenbereich
54: Randbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10358934 A1 [0005]
- DE 19957772 A1 [0005]
- DE 3806838 A1 [0005]
- DE 4331387 A1 [0005]
- DE 3606839 A1 [0005]

Claims

Einteiliger Ventilstößel (1, 1') für Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, welcher umfasst: – einen Anlaufabschnitt (7) mit einer Anlauffläche (8) für ein Ventilsteuerelement; – wenigstens zwei in Form von Hohlzylinderabschnitten in Gegenüberstellung mit einer gemeinsamen Zylinderachse (37) ausgebildete Führungsabschnitte (2, 4), welche jeweils mit einer Führungsfläche (3, 5) zur Führung des Ventilstößels entlang einer Verschiebungsrichtung versehen sind; – ein im Bereich der Zylinderachse (37) an den Anlaufabschnitt (7) angeformter Verbindungsabschnitt (6); – wobei jeder Führungsabschnitt (2, 4) mittels zweier erster Versteifungsabschnitte (12, 13; 14, 15) mit dem Verbindungsabschnitt (6) verbunden ist, wobei die beiden ersten Versteifungsabschnitte (12, 13; 14, 15) so angeordnet sind, dass sie in Richtung zum Verbindungsabschnitt (6) konisch aufeinander zulaufen.
Ventilstößel (1, 1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Führungsabschnitt (2, 4) von zwei in Verschiebungsrichtung sich erstreckenden, geraden Längsrändern (18, 19; 20, 21) und zwei senkrecht zur Verschiebungsrichtung sich erstreckenden, gekrümmten Querrändern (47, 48; 49, 50) begrenzt wird, wobei die ersten Versteifungsabschnitte (12, 13; 14, 15) jeweils mit den Längsrändern (18, 19; 20, 21) der Führungsabschnitte (2, 4) verbunden sind.
Ventilstößel (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den ersten Versteifungsabschnitten (12, 13; 14, 15) eines selben Führungsabschnitts wenigstens ein die Führungswand mit dem Verbindungsabschnitt verbindender zweiter Versteifungsabschnitt (25, 26; 27; 35, 36) angeordnet ist.
Ventilstößel (1, 1') nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei zweite Versteifungsabschnitte (25, 26; 36, 36) in einer parallelen Verlaufsrichtung angeordnet sind.
Ventilstößel (1, 1') nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine zweite Versteifungsabschnitt (25, 26; 27; 35, 36) mit dem Anlaufabschnitt verbunden (7) ist.
Ventilstößel (1, 1') nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlaufabschnitt (7) entlang der Anlauffläche (8) verschiedene in Verschiebungsrichtung bemessene Dicken aufweist.
Ventilstößel (1, 1') nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke des Anlaufabschnitts (7) in einem mittleren Bereich (53) des Anlaufabschnitts (7) kleiner ist als in daran angrenzenden Randbereichen (54) des Anlaufabschnitts (7).
Ventilstößel (1, 1') nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Versteifungsabschnitte (12, 13 14, 15, 25, 26, 27, 35, 36) auf der dem Anlaufabschnitt (7) abgewandten Seite gemeinsam eine Aussparung (28) formen.
Ventilstößel (1, 1') nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Versteifungsabschnitte (12, 13 14, 15, 25, 26, 27, 35, 36) in Form von in Verschiebungsrichtung sich erstreckenden Lamellen ausgebildet sind.
Ventilstößel (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlaufabschnitt (7) in Aufsicht zumindest annähernd rechteckförmig ausgebildet ist.
Ventilstößel (1, 1') nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die kurzen Seitenränder (51, 52) des Anlaufabschnitts (7) in Aufsicht kreissegmentförmig mit einem gemeinsamen Mittelpunkt (24) ausgebildet sind, wobei der Mittelpunkt (24) auf der gemeinsamen Zylinderachse (37) der Führungsabschnitte (2, 4) liegt.
Ventilstößel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder kurze Seitenrand (51, 52) des Anlaufabschnitts (7) im Umfangsrichtung kürzer bemessen ist als der Querrand (47, 49) eines zugehörigen Führungsabschnitt (2, 4).
Ventilstößel (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt eine konzentrisch zur Zylinderachse angeordnete Hülse (6), insbesondere zur Aufnahme eines hydraulischen Ventilspielausgleichselements, ist.
Ventilstößel (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweiter Versteifungsabschnitt (27) mit einem in einen Hohlraum (31) der Hülse (6) mündenden Hydraulikkanal (30) versehen ist.
Ventilstößel (1') nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt ein konzentrisch zur Zylinderachse (37) angeordneter zylinderförmiger Vorsprung (34) ist.
Ventilstößel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass er durch pulvermetallurgisches Spritzgießen herstellt ist.
Ventilstößel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass er durch Metallfeingießen herstellt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Ventilstößels nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: – Herstellen eines Formteils (43) durch pulvermetallurgisches Spritzgießen oder Metallfeingießen, wobei das Formteil (43) einen die wenigstens zwei Führungsabschnitte (2, 4) enthaltenden Hohlzylinder (46) aufweist; – spanende Nachbearbeitung des Formteils durch Centerless-Schleifen; – Entfernen von die Führungsabschnitte (2, 4) zum Hohlzylinder (46) ergänzenden Hohlzylinderergänzungsabschnitten (44).
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der die wenigstens zwei Führungsabschnitte (2, 4) enthaltende Hohlzylinder (46) des Formteils (43) an Rändern (18–21) der Führungsabschnitte jeweils mit Sollbruchstellen (45), beispielsweise Perforationen, versehen wird und die Hohlzylinderergänzungsabschnitte (44) durch Herausbrechen entfernt werden.