DE102010032254A1

DE102010032254A1 - Tassenstößel und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102010032254A1
Application number: DE102010032254A
Authority: DE
Inventors: Günter Eisenhardt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2012-01-26
Also published as: WO2012013376A1; CN103026012B; CN103026012A

Abstract

Vorgeschlagen sind ein Tassenstößel (1, 1') für eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der Tassenstößel weist ein Stößelgehäuse (2, 2') mit einem hohlzylindrischen Tassenhemd (3, 3') und einem das Tassenhemd einseitig verschließenden Tassenboden (4, 4') auf, an dem das Tassenhemd mittels spanloser Kaltumformung eines Stahlrohlings angeformt ist. Die Außenseite des Tassenbodens dient als Kontaktfläche (5, 5') für einen den Tassenstößel hubbeaufschlagenden Nocken (6) der Brennkraftmaschine, und die Außenseite des Tassenhemds dient als Kontaktfläche (8, 8') für eine den Tassenstößel in Hubrichtung lagernde Führungsbohrung (9) der Brennkraftmaschine. Dabei soll die Außenseite des Stößelgehäuses lediglich an der Außenseite des Tassenhemds spanend bearbeitet sein.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tassenstößel für eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der Tassenstößel weist ein Stößelgehäuse mit einem hohlzylindrischen Tassenhemd und einem das Tassenhemd einseitig verschließenden Tassenboden auf, an dem das Tassenhemd mittels spanloser Kaltumformung angeformt ist. Die Außenseite des Tassenbodens dient als Kontaktfläche für einen den Tassenstößel hubbeaufschlagenden Nocken der Brennkraftmaschine, und die Außenseite des Tassenhemds dient als Kontaktfläche für eine den Tassenstößel in Hubrichtung lagernde Führungsbohrung der Brennkraftmaschine.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Tassenstößel werden typischerweise im Gaswechselventiltrieb einer Brennkraftmaschine verwendet, um die Nockenerhebung einer Nockenwelle in eine Öffnungsbewegung des zugehörigen Gaswechselventils zu übertragen. Daneben besteht die Möglichkeit, den Tassenstößel als Abgriffselement für den Nocken einer Kraftstoffeinspritzpumpe zu verwenden, um die Erhebung des Pumpennockens auf den Plunger der Einspritzpumpe zu übertragen. In jedem Fall handelt es sich um mechanisch hoch belastete Bauteile, die zum einen die im Nockenkontakt auftretenden Hertz'schen Pressungen hinreichend verschleißarm ertragen müssen und zum anderen hinreichend verschleiß- und geräuscharm in ihrer Führungsbohrung zu lagern sind.
Bereits seit längerer Zeit weisen großseriengerechte Tassenstößel aus Kostengründen spanlos kaltumgeformte Stößelgehäuse aus Stahl auf, die zwecks Härtesteigerung aller Kontaktflächen anschließend wärmebehandelt werden. Die spanend erzeugte Endkontur des Stößelgehäuses erfolgt typischerweise in einem Schleifprozess, in dem die Außenseite des Tassenhemds, d. h. die Führungskontaktfläche auf das für die Längsführung des Tassenstößels erforderliche Passmaß und die Außenseite des Tassenbodens, d. h. die Nockenkontaktfläche auf die für den Nockenkontakt erforderliche Oberflächengeometrie unter jeweiliger Verringerung der Oberflächenrauhigkeit fertig bearbeitet werden.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Tassenstößel der eingangs genannten Art und ein Verfahren zu dessen Herstellung jeweils im Hinblick auf weiterhin reduzierte Herstellkosten fortzubilden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich vorrichtungsseitig aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und verfahrensseitig aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 4. Demnach soll die Außenseite des Stößelgehäuses lediglich an der Außenseite des Tassenhemds spanend bearbeitet sein. Mit anderen Worten soll sich die spanende End- und typischerweise Schleifbearbeitung der Stößelaußenseite auf die Führungskontaktfläche auf dem Tassenhemd beschränken, während die Nockenkontaktfläche auf der Außenseite des Tassenbodens keiner spanenden Nachbearbeitung unterzogen wird. Die für den verschleißarmen Nockenkontakt erforderliche Geometrie und Oberflächenrauhigkeit der Nockenkontaktfläche werden dann lediglich über den spanlosen Kaltumformprozess des Stößelgehäuses mit einem entsprechend angepassten Umformwerkzeug und gegebenenfalls über die anschließende Wärmebehandlung des Stößelgehäuses eingestellt. Bei dem Kaltumformprozess handelt es sich besonders bevorzugt um das an sich bekannte Tiefziehen des Stößelgehäuses aus einer Stahlblechplatine. Alternativ kann es sich auch um ein fließgepresstes Stößelgehäuse handeln.
Erprobungen der Anmelderin mit derartigen Tassenstößeln haben überraschenderweise gezeigt, dass die bisher übliche, spanende Feinbearbeitung der Nockenkontaktfläche nicht in jedem Fall erforderlich ist, um den Oberflächenverschleiß der Nockenkontaktfläche und/oder des Nockens hinreichend klein zu halten. Diesbezüglich ist oft eine entfeinerte, d. h. vergleichsweise grobe Oberflächengenauigkeit ausreichend, die auch mit einem entsprechend angepassten Umformwerkzeug dargestellt werden kann. Entgegen der langjährigen Herstellpraxis ist es also zugunsten einer erheblichen Kosteneinsparung möglich, bei vergleichbarem Funktionsverhalten des Tassenstößels auf den Schleifprozess der Nockenkontaktfläche zu verzichten.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung soll der Tassenstößel ausschließlich aus dem Stößelgehäuse bestehen. In diesem Fall handelt es sich um einen sogenannten mechanischen Stößel, der aus einem einzigen Bauelement besteht. Durch Bauteiltoleranzen bedingtes Ventilspiel im Gaswechselventiltrieb kann in diesem Fall durch individuelle Zusortierung eines Tassenstößels mit entsprechend ausgewähltem Dickenmaß des Tassenbodens eingestellt werden. Ein derartiger Tassenstößel ist grundsätzlich aus der DE 198 15 790 B4 vorbekannt. In spezifischen Anwendungsfällen kann eine Schleifbearbeitung der Innenseite des Tassenbodens, nämlich an der Kontaktfläche zum Schaft des Gaswechselventils vorgesehen sein. Alternativ kann es sich um mehrteilige Tassenstößel und insbesondere um solche handeln, die mit einem hydraulischen Ventilspielausgleichselement zur automatischen Ventilspieleinstellung versehen sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:
1 einen Gaswechselventiltrieb mit mechanischem Tassenstößel im Längsschnitt und
2 einen hydraulischen Tassenstößel mit zylindrischer Nockenkontaktfläche in aufgeschnittener perspektivischer Darstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 offenbart einen als Tassenstößeltrieb ausgebildeten Gaswechselventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mechanischem Ventilspielausgleich. Der mechanische Tassenstößel 1 besteht ausschließlich aus einem tassenförmigen Stößelgehäuse 2, das mittels spanloser Kaltumformung eines Stahlrohlings und hier mittels Tiefziehen einer Blechplatine einstückig hergestellt ist. Das Stößelgehäuse 2 setzt sich aus einem hohlzylindrischen Tassenhemd 3 und einem Tassenboden 4 zusammen, an den das Tassenhemd 3 angeformt ist und der das Tassenhemd 3 einseitig verschließt. Die Außenseite des Tassenbodens 4 dient als Kontaktfläche 5 für einen Nocken 6, dessen Erhebung vom Tassenstößel 1 in eine Öffnungsbewegung des in Schließrichtung federkraftbeaufschlagten Gaswechselventils 7 übertragen wird. Die Außenseite des Tassenhemds 3 dient als Kontaktfläche 8 für eine den Tassenstößel 1 in Hubrichtung lagernde Führungsbohrung 9 der Brennkraftmaschine.
Die Innenseite des Tassenbodens 4 ist mit einer sich in Axialrichtung des Gaswechselventils 7 erstreckenden Erhebung 10 versehen, die den Schaft des Gaswechselventils 7 stirnseitig kontaktiert. Die Ventilspieleinstellung erfolgt durch Zusortierung eines Tassenstößels 1 mit einer für das einzustellende Soll-Ventilspiel geeigneten Höhe 11 der Erhebung 10, wobei der Tassenstößel 1 aus einer Gruppensortierung mit verschieden hohen Erhebungen 10 ausgewählt und montiert wird. Je nach Anwendungsfall kann eine spanend feinbearbeitete, insbesondere geschliffene Stirnfläche 12 der Erhebung 10 vorgesehen sein.
Gemäß den eingezeichneten Symbolen der Oberflächenbeschaffenheit ist das tiefgezogene und zwecks Härtesteigerung anschließend wärmebehandelte Stößelgehäuse 2 an dessen Außenseite lediglich an der Außenseite des Tassenhemds 3, d. h. an der Führungskontaktfläche 8 spanend bearbeitet und hier geschliffen. Dies gewährleistet, dass die erforderlichen Maß- und Formtoleranzen des Tassenhemds 3 in der Führungsbohrung 9 in deren Sollbereich liegen. Die Außenseite des Tassenbodens 4, d. h. die Nockenkontaktfläche 5 ist hingegen spanend unbearbeitet und weist eine Oberflächenstruktur und -geometrie auf, die im Tiefziehprozess und bei der Wärmebehandlung des Stößelgehäuses 2 erzeugt worden ist. Um verschleißkritische Kantenträger gegenüber dem Nocken 6 zu vermeiden, ist die Nockenkontaktfläche 5 sphärisch ausgebildet, wobei deren Mitte um lediglich wenige Mikrometer gegenüber deren äußeren Randbereich erhaben ist.
Der in 2 dargestellte Tassenstößel 1' ist für einen Gaswechselventiltrieb mit hydraulischem Ventilspielausgleich vorgesehen. Der entsprechend mehrteilige Tassenstößel 1' umfasst neben dem Stößelgehäuse 2' ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement 13 und ein an der Innenseite des Tassenhemds 3' öldicht angeschweißtes Aufnahmeblech 14 für das Ventilspielausgleichselement 13. Anders als der Tassenstößel 1 gemäß 1 ist die Nockenkontaktfläche 5' zugunsten eines vergleichsweise geringen Durchmessers des Tassenstößels 1' konvex zylindrisch gestaltet. Die hierbei erforderliche Sicherung des Tassenstößels 1' gegen Verdrehen in dessen Führungsbohrung (nicht dargestellt) übernimmt ein am Tassenhemd 3' befestigter Verdrehsicherungskörper 15, der in eine dazu komplementäre Längsnut in der Führungsbohrung eingreift.
Das Stößelgehäuse 2' ist ebenfalls aus einer Stahlblechplatine tiefgezogen und anschließend gehärtet. Wie bei dem in 1 dargestellten Tassenstößel 1 ist dessen Außenseite lediglich an der zylindrischen Führungskontaktfläche 8' geschliffen, während die Außenseite des Tassenbodens 4' einschließlich der Nockenkontaktfläche 5' spanend unbearbeitet ist.
Bezugszeichenliste

1: Tassenstößel
2: Stößelgehäuse
3: Tassenhemd
4: Tassenboden
5: Nockenkontaktfläche
6: Nocken
7: Gaswechselventil
8: Führungskontaktfläche
9: Führungsbohrung
10: Erhebung
11: Höhe der Erhebung
12: Stirnfläche der Erhebung
13: Ventilspielausgleichselement
14: Aufnahmeblech
15: Verdrehsicherungskörper

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 19815790 B4 [0007]

Claims

Tassenstößel (1, 1') für eine Brennkraftmaschine, aufweisend ein Stößelgehäuse (2, 2') mit einem hohlzylindrischen Tassenhemd (3, 3') und einem das Tassenhemd (3, 3') einseitig verschließenden Tassenboden (4, 4'), an dem das Tassenhemd (3, 3') mittels spanloser Kaltumformung eines Stahlrohlings angeformt ist, wobei die Außenseite des Tassenbodens (4, 4') als Kontaktfläche (5, 5') für einen den Tassenstößel (1, 1') hubbeaufschlagenden Nocken (6) der Brennkraftmaschine dient und wobei die Außenseite des Tassenhemds (3, 3') als Kontaktfläche (8, 8') für eine den Tassenstößel (1, 1') in Hubrichtung lagernde Führungsbohrung (9) der Brennkraftmaschine dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite des Stößelgehäuses (2, 2') lediglich an der Außenseite des Tassenhemds (3, 3') spanend bearbeitet ist.
Tassenstößel (1, 1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein mittels Tiefziehen einer Blechplatine umgeformtes Stößelgehäuse (2, 2') handelt.
Tassenstößel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tassenstößel (1) ausschließlich aus dem Stößelgehäuse (2) besteht.
Verfahren zur Herstellung eines Tassenstößels (1, 1') für eine Brennkraftmaschine, welcher Tassenstößel (1, 1') ein Stößelgehäuse (2, 2') mit einem hohlzylindrischen Tassenhemd (3, 3') und einem das Tassenhemd (3, 3') einseitig verschließenden Tassenboden (4, 4') aufweist, an dem das Tassenhemd (3, 3') mittels spanloser Kaltumformung eines Stahlrohlings angeformt ist, wobei die Außenseite des Tassenbodens (4, 4') als Kontaktfläche (5, 5') für einen den Tassenstößel (1, 1') hubbeaufschlagenden Nocken (6) der Brennkraftmaschine dient und wobei die Außenseite des Tassenhemds (3, 3') als Kontaktfläche (8, 8') für eine den Tassenstößel (1, 1') in Hubrichtung lagernde Führungsbohrung (9) der Brennkraftmaschine dient, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Tiefziehen des Stößelgehäuses (2, 2') aus einer Blechplatine; – Härten des Stößelgehäuses (2, 2') und – Schleifen des gehärteten Stößelgehäuses (2, 2'), wobei dessen Außenseite lediglich an der Außenseite des Tassenhemds (3, 3') geschliffen wird