DE102010033090A1

DE102010033090A1 - Schlepphebel

Info

Publication number: DE102010033090A1
Application number: DE102010033090A
Authority: DE
Inventors: Dr. Himsel Frank; Jochen OTT; Dirk Richter; Junichi Ichikawa
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2010-08-02
Publication date: 2012-02-02
Also published as: CN102345478A; US20120024248A1; US8635979B2; CN102345478B

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Schlepphebel (2) zur Betätigung eines Gaswechselventils (7) einer Brennkraftmaschine (1), mit einem länglichen, aus Blechwerkstoff umgeformten Hebelkörper (3), der einen Boden (12) und beidseits daran um etwa 90° abgewinkelt angeformte Seitenwände (11) aufweist, wobei ein erster Endabschnitt (4) des Hebelkörpers eine zwischen den Seitenwänden im Boden eingeformte Gelenkpfanne (13) aufweist, die zur schwenkbeweglichen Abstützung des Schlepphebels auf einem in der Brennkraftmaschine ruhend gelagerten Gelenkkopf (5) dient, ein Mittelabschnitt (8) des Hebelkörpers mit einer Nockenabgriffsfläche (9) versehen ist und ein zweiter Endabschnitt (6) des Hebelkörpers eine auf dem Boden verlaufende Kontaktfläche (14) aufweist, die zur Betätigung des Gaswechselventils dient, und wobei der Hebelkörper in einem Querschnitt durch die Gelenkpfanne und in einem Querschnitt durch den Mittelabschnitt im wesentlichen gleich breit dimensioniert ist. Dabei soll ausgehend vom ersten Endabschnitt des Hebelkörpers die Abwinkelung der Seitenwände kontinuierlich bis auf etwa 90° zunehmen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schlepphebel zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine. Der Schlepphebel umfasst einen länglichen, aus Blechwerkstoff umgeformten Hebelkörper, der einen Boden und beidseits daran um etwa 90° abgewinkelt angeformte Seitenwände aufweist. Ein erster Endabschnitt des Hebelkörpers weist eine zwischen den Seitenwänden im Boden eingeformte Gelenkpfanne auf, die zur schwenkbeweglichen Abstützung des Schlepphebels auf einem in der Brennkraftmaschine ruhend gelagerten Gelenkkopf dient. Ein Mittelabschnitt des Hebelkörpers ist mit einer Nockenabgriffsfläche versehen, und ein zweiter Endabschnitt des Hebelkörpers weist eine auf dem Boden verlaufende Kontaktfläche auf, die zur Betätigung des Gaswechselventils dient. Der Hebelkörper ist in einem Querschnitt durch die Gelenkpfanne und in einem Querschnitt durch den Mittelabschnitt im wesentlichen gleich breit dimensioniert.
Hintergrund der Erfindung
Im Bereich des ersten Endabschnitts wird die Breite eines derartigen Schlepphebels jeweils durch die Größe der Gelenkpfanne und deren Wandstärke sowie die Wandstärke der dazu mit mehr oder weniger Abstand verlaufenden Seitenwände bestimmt. Die Größe der Gelenkpfanne ergibt sich wiederum aus dem Durchmesser des in der Regel kugelförmigen Gelenkkopfs eines Abstützelements und ist im Folgenden als Nenndurchmesser der Gelenkpfanne bezeichnet.
Gattungsgemäße Schlepphebel sind beispielsweise aus der US 5,535,641 und der EP 1 157 193 B1 bekannt. Im Vergleich zu dem in der DE 198 10 462 A1 offenbarten Schlepphebel, dessen Hebelkörper im Bereich der Gelenkpfanne eine deutliche Verbreiterung aufweist, ist der in der US 5,535,641 vorgeschlagene Schlepphebel bereits erheblich schmaler ausgebildet, indem die Wandstärke der Seitenwände im Bereich der dazwischen verlaufenden Gelenkpfanne lokal reduziert ist.
Der in der EP 1 157 193 B1 offenbarte Schlepphebel ist – bezogen auf den Nenndurchmesser der Gelenkpfanne – extrem schmal bauend ausgebildet. Dies geht aus den 3, 4 und 7 dieser Schrift hervor, in denen die Gelenkpfanne und die Seitenwände miteinander verschmolzen zu sein scheinen. Jedoch sind dieser Schrift keine konkreten Angaben zu einem Umformprozess entnehmbar, der eine derartige Ausgestaltung des Hebelkörpers im Bereich der Gelenkpfanne ermöglicht.
Untersuchungen der Anmelderin an schmal bauenden Schlepphebeln mit zur Gelenkpfanne eng beabstandeten Seitenwänden haben gezeigt, dass es infolge des lokal hohen Umformgrades an den Verbindungsstellen des Bodenteils und der Seitenwände zu Materialverjüngungen der Gelenkpfanne kommen kann, die vereinzelt mit Rissen und Quetschfalten einhergehen. Diese, bei der Herstellung des Hebelkörpers in der Regel nicht offensichtlichen und nur mit aufwändigen, nicht zerstörungsfreien Qualitätskontrollen sicher detektierbaren Bauteilfehler können die Dauerfestigkeit des Schlepphebels signifikant beeinträchtigen. Bekanntermaßen kann ein frühzeitiger Ausfall des Schlepphebels infolge Bruchs im schlimmsten Fall zu einer vollständigen Zerstörung der Brennkraftmaschine führen. Die mit den heutzutage üblichen Umformprozessen des Hebelkörpers praktisch erreichbaren Hebelbreiten B betragen mindestens: B = D + 1,2·2S

D: = Nenndurchmesser der Gelenkpfanne
S: = Wandstärke des Hebelkörpers

Der Faktor 1, 2 ergibt sich aus dem für eine rissfreie Umformung erforderlichen Abstand zwischen der Gelenkpfanne und einer Seitenwand.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schlepphebel der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass dieser – bezogen auf den Nenndurchmesser der Gelenkpfanne – möglichst schmal bauend ausgeführt ist. Gleichzeitig soll der Hebelkörper prozesssicher, d. h. frei von Materialfehlern, und mit der erforderlichen Formgenauigkeit weitestgehend kostenneutral umformbar sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach soll ausgehend vom ersten Endabschnitt des Hebelkörpers die Abwinkelung der Seitenwände kontinuierlich bis auf etwa 90° zunehmen. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, die Seitenwände nicht über ihre gesamte Länge gleichmäßig vom Boden abzuwinkeln, sondern in Längsrichtung gewissermaßen zu verdrillen oder zu twisten, wobei deren Abwinkelung im Bereich der Gelenkpfanne klein ist und dort vorzugsweise 0° beträgt. Auf diese Weise wird der Umformgrad des Hebelkörpers im Bereich der Gelenkpfanne und folglich das eingangs erwähnte Risiko von Materialschäden zugunsten der erforderlichen Dauerfestigkeit des Schlepphebels erheblich reduziert.
Vorzugsweise soll sich die Gelenkpfanne zwischen die Seitenwände erheben. Bei dieser Gestaltung bildet der Hebelkörper mit dem Boden und den Seitenwänden ein Querschnittsprofil, das in die gaswechselventilferne Richtung geöffnet und im Bereich des 90°-Seitenwandwinkels im wesentlichen U-förmig ist. Verglichen mit dem zitierten Stand der Technik ist allerdings zu beachten, dass die im Bereich der Gelenkpfanne kleine oder gänzlich fehlende Abwinkelung der Seitenwände mit einem reduzierten axialen Widerstandsmoment, d. h. Steifigkeitsverlust des Hebelkörpers um dessen Schwenkachse einhergeht. Dies kann erforderlichenfalls dadurch kompensiert werden, dass der Boden seitens der Nockenabgriffsfläche mit einem in Erhebungsrichtung der Gelenkpfanne gewölbten Querschnitt an die Gelenkpfanne angrenzt. Eine solche Formgebung ermöglicht es, bei (gegenüber konventionell umgeformten Hebelkörpern) unveränderter Freigängigkeit des hin und her schwenkenden Hebelkörpers zum Abstützelement die Profilhöhe der Seitenwände zu vergrößern und mithin die profilbedingte Reduzierung des axialen Widerstandsmoments zu minimieren.
In einer alternativen Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, dass der Schlepphebel in Verbindung mit den verdrillten Seitenwänden ein sogenanntes Invers-U-Querschnittsprofil aufweist, das zum Gaswechselventil hin geöffnet ist und bei dem sich die Gelenkpfanne nicht zwischen die Seitenwände sondern in die entgegengesetzte Richtung erhebt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich auch der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein erfindungsgemäßer Schlepphebel dargestellt ist. Es zeigen:
1 den Schlepphebel in Seitenansicht;
2 den Schlepphebel in Draufsicht;
3 den Schlepphebel in Vordersicht auf die Gelenkpfanne;
4 den Schlepphebel in perspektivischer Ansicht und
5 einen Ausschnitt eines bekannten Schlepphebel-Ventiltriebs.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Ausgangspunkt der Beschreibung ist der in 5 dargestellte Ausschnitt eines bekannten Schlepphebel-Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine 1. Der im Längsschnitt dargestellte Schlepphebel 2' weist einen länglichen Hebelkörper 3' auf, der sich an seinem ersten Endabschnitt 4 auf einem in der Brennkraftmaschine 1 ruhend gelagerten Gelenkkopf 5 eines Abstützelements schwenkbeweglich abstützt und mit seinem zweiten Endabschnitt 6 das in Schließrichtung federkraftbeaufschlagte Gaswechselventil 7 betätigt. Der Mittelabschnitt 8 des Hebelkörpers 3' ist mit einer Nockenabgriffsfläche 9 in Form einer Rolle versehen, die die Nockenerhebung einer Nockenwelle 10 abgreift.
Der aus Blechwerkstoff kalt umgeformte Hebelkörper 3' besteht aus zwei voneinander beabstandet verlaufenden Seitenwänden 11' und einem diese verbindenden Boden 12', der im Bereich der Rolle 9 unterbrochen ist. Der Boden 12' und die beiden um 90° abgewinkelt daran angeformten Seitenwände 11' bilden ein im wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil, das in die gaswechselventilferne Richtung geöffnet ist. In den am ersten Endabschnitt 4 des Hebelkörpers 3' verlaufenden Teil des Bodens 12' ist eine kalottenförmige Gelenkpfanne 13 eingeformt, die sich zwischen die Seitenwände 11' erhebt und mit dem Gelenkkopf 5 des Abstützelements ein Kugelgelenk bildet. Auf dem am zweiten Endabschnitt 6 des Hebelkörpers 3' verlaufenden Teil des Bodens 12' sind eine Kontaktfläche 14 für das Schaftende des Gaswechselventils 7 und beidseits der Kontaktfläche 14 verlaufende Ventilführungsstege 15 angeformt. Die Rolle 9 ist mittels eines Nadellagers 16 auf einem die Seitenwände 11' überspannenden Achsbolzen 17 gelagert.
Der Hebelkörper 3 des in den 1 bis 4 dargestellten erfindungsgemäßen Schlepphebels 2 unterscheidet sich von dem bekannten Schlepphebel 2' durch die Gestaltung der Seitenwände 11. Diese sind nicht durchgehend um 90° vom Boden 12 abgewinkelt, sondern in Längsrichtung des Hebelkörpers 3 verdrillt umgeformt. Im Bereich des ersten Endabschnitts 4, d. h. im Bereich der Gelenkpfanne 13 beträgt der Seitenwandwinkel 0°. Ausgehend davon nimmt der Seitenwandwinkel kontinuierlich zu und erreicht im Mittelabschnitt 8 des Hebelkörpers 3, d. h. im axialen Anlaufbereich für die Stirnseiten 18 der Rolle 9 90°. Dieser Winkel bleibt bis zum zweiten Endabschnitt 6 des Hebelkörpers 3 konstant. Die Verdrillung der Seitenwände 11 ist in den 1 bis 3 und insbesondere in 4 daran erkennbar, dass die Oberkanten 19 der Seitenwände 11 im Bereich der Gelenkpfanne 13 senkrecht zum Boden 12, im Mittelabschnitt 8 und am zweiten Endabschnitt 6 des Hebelkörpers 3 hingegen parallel zum Boden 12 orientiert sind.
Insbesondere aus 3 wird deutlich, dass die Seitenwände 11 aufgrund ihres 0°-Winkels mit dem Teil des Bodens 12, in dem die Gelenkpfanne 13 eingeformt ist, in einer Flucht liegen. Diese im Bereich der Gelenkpfanne 13 umformtechnisch günstige Gestaltung ermöglicht es, dass der Hebelkörper 3 in einem Querschnitt durch die Gelenkpfanne 13 und in einem Querschnitt durch den Mittelabschnitt 8 im wesentlichen gleich breit, oder besser ausgedrückt, gleich schmal dimensioniert ist.
Gemäß dem in 2 eingezeichneten Querschnitt Q ist der am ersten Endabschnitt 4 des Hebelkörpers 3 seitens der Rolle 9 verlaufende Teil des Bodens 12 in Erhebungsrichtung der Gelenkpfanne 13 gewölbt. Die Bodenwölbung grenzt an die Mündung der Gelenkpfanne 13 an, so dass bei den Schwenkbewegungen des Schlepphebels 2 ein ausreichender Freigang des Bodens 12 gegenüber dem Abstützelement (siehe 5) gewährleistet ist. Verglichen mit einem an dieser Stelle ungewölbten Boden bewirkt die Bodenwölbung, dass die Unterkanten 20 der Seitenwände 11 (siehe 1) tiefer in Richtung des Gaswechselventils 7 (siehe 5) liegen. Mit der dementsprechend vergrößerten Höhe der Seitenwände 11 nimmt das axiale Widerstandsmoment des Hebelkörpers 3 und folglich die Steifigkeit des Schlepphebels 2 in dessen Schwenkrichtung zu. Auf diese Weise wird der durch den erfindungsgemäßen Verlauf der Abwinkelung der Seitenwände 11 bedingte Steifigkeitsverlust des Schlepphebels 2 kompensiert.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Schlepphebel
3: Hebelkörper
4: erster Endabschnitt des Hebelkörpers
5: Gelenkkopf
6: zweiter Endabschnitt des Hebelkörpers
7: Gaswechselventil
8: Mittelabschnitt des Hebelkörpers
9: Rolle/Nockenabgriffsfläche
10: Nockenwelle
11: Seitenwand
12: Bodenteil
13: Gelenkpfanne
14: Kontaktfläche
15: Ventilführungssteg
16: Nadellager
17: Achsbolzen
18: Stirnseite der Rolle
19: Oberkante der Seitenwand
20: Unterkante der Seitenwand

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

US 5535641 [0003, 0003]
EP 1157193 B1 [0003, 0004]
DE 19810462 A1 [0003]

Claims

Schlepphebel (2) zur Betätigung eines Gaswechselventils (7) einer Brennkraftmaschine (1), mit einem länglichen, aus Blechwerkstoff umgeformten Hebelkörper (3), der einen Boden (12) und beidseits daran um etwa 90° abgewinkelt angeformte Seitenwände (11) aufweist, wobei ein erster Endabschnitt (4) des Hebelkörpers (3) eine zwischen den Seitenwänden (11) im Boden (12) eingeformte Gelenkpfanne (13) aufweist, die zur schwenkbeweglichen Abstützung des Schlepphebels (2) auf einem in der Brennkraftmaschine (1) ruhend gelagerten Gelenkkopf (5) dient, ein Mittelabschnitt (8) des Hebelkörpers (3) mit einer Nockenabgriffsfläche (9) versehen ist und ein zweiter Endabschnitt (6) des Hebelkörpers (3) eine auf dem Boden (12) verlaufende Kontaktfläche (14) aufweist, die zur Betätigung des Gaswechselventils (7) dient, und wobei der Hebelkörper (3) in einem Querschnitt durch die Gelenkpfanne (13) und in einem Querschnitt durch den Mittelabschnitt (8) im wesentlichen gleich breit dimensioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend vom ersten Endabschnitt (4) des Hebelkörpers (3) die Abwinkelung der Seitenwände (11) kontinuierlich bis auf etwa 90° zunimmt.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwinkelung der Seitenwände (11) bei etwa 0° beginnend zunimmt.
Schlepphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gelenkpfanne (13) zwischen die Seitenwände (11) erhebt und dass der Boden (12) seitens der Nockenabgriffsfläche (9) mit einem in Erhebungsrichtung der Gelenkpfanne (13) gewölbten Querschnitt an die Gelenkpfanne (13) angrenzt.