DE102011006694A1

DE102011006694A1 - Baueinheit für einen Gaswechselventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011006694A1
Application number: DE102011006694A
Authority: DE
Inventors: Matthew Evans; Michael KANDOLF
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2011-10-20
Also published as: US20110253088A1

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Baueinheit für einen Gaswechselventiltrieb einer Brennkraftmaschine. Die Baueinheit umfasst ein Abstützelement (8) mit einem Gelenkkopf (7) und einen Ventilhebel (1) mit einer Gelenkpfanne (6), die mit dem Gelenkkopf ein Gelenk zur schwenkbeweglichen Lagerung des Ventilhebels auf dem Abstützelement bildet, sowie eine am Gelenk angeordnete Verliersicherung, die einen oder mehrere an der Mündung der Gelenkpfanne verlaufende und zu deren Mitte gerichtete Vorsprünge (11) aufweist, die den Ventilhebel durch formschlüssiges Hintergreifen einer am Gelenkkopf axial angrenzenden Aussparung verliersicher am Abstützelement haltern. Dabei sollen die Vorsprünge einteilig mit der Gelenkpfanne ausgebildet sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baueinheit für einen Gaswechselventiltrieb einer Brennkraftmaschine. Die Baueinheit umfasst ein Abstützelement mit einem Gelenkkopf und einen Ventilhebel mit einer Gelenkpfanne, die mit dem Gelenkkopf ein Gelenk zur schwenkbeweglichen Lagerung des Ventilhebels auf dem Abstützelement bildet, sowie eine am Gelenk angeordnete Verliersicherung, die einen oder mehrere an der Mündung der Gelenkpfanne verlaufende und zu deren Mitte gerichtete Vorsprünge aufweist, die den Ventilhebel durch formschlüssiges Hintergreifen einer am Gelenkkopf axial angrenzenden Aussparung verliersicher am Abstützelement haltern.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Baueinheiten aus Ventilhebel und Abstützelement dienen dazu, das Risiko einer potentiellen Fehlmontage des Ventilhebels in die Brennkraftmaschine zu minimieren. Die Fehlmontage könnte insbesondere darin bestehen, dass der Ventilhebel um 180° verdreht im Gaswechselventiltrieb montiert wird. Im Falle eines endseitig gelagerten Ventilhebels wären dann die Kontaktpartner Gelenkkopf des Abstützelements und Gelenkpfanne des Ventilhebels einerseits und Schaftende des Gaswechselventils und die zugehörige Kontaktfläche am Ventilhebel andererseits gegenseitig vertauscht. Dies würde zumindest zu einer Ventiltriebsfehlfunktion und im schlimmsten Fall zu einem gravierenden Motorschaden führen. Die Verliersicherung hat demnach dafür zu sorgen, dass ein Auseinanderfallen der noch nicht in die Brennkraftmaschine montierten Baueinheit aufgrund von Transportbewegungen sicher ausgeschlossen ist.
Bei der Verliersicherung handelt es sich üblicherweise um eine als separates Bauteil hergestellte Halteklammer, die am Ventilhebel montiert ist. Bekannte Halteklammern bestehen aus Flach- oder Rundmaterial, wie es beispielsweise in der DE 196 17 523 A1 offenbart ist. Die formschlüssige Verbindung zwischen Ventilhebel und Abstützelement wird dadurch hergestellt, dass beim Einführen des Gelenkkopfs in die Gelenkpfanne die Vorsprünge der Halteklammer von der Mitte der Gelenkpfanne weg elastisch aufgespreizt werden, um anschließend in die Aussparung unterhalb des Gelenkkopfs einzuschnappen.
Gegenüber reibschlüssig wirkenden Verliersicherungen, wie sie aus Drahtwerkstoff aus der US 6,047,675 oder aus Blechwerkstoff aus der DE 10 2005 036 918 A1 bekannt sind, bewirken formschlüssige Verliersicherungen eine ungehinderte Schwenkbeweglichkeit des Ventilhebels auf dem Abstützelement.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Baueinheit der eingangs genannten Art mit geringerer Komplexität und/oder niedrigeren Herstellkosten zu schaffen.
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 sollen die Vorsprünge einteilig mit der Gelenkpfanne ausgebildet sein. Mit anderen Worten soll auf die bislang vorgesehene Halteklammer als separat zum Ventilhebel und zum Abstützelement hergestelltes und in einem separaten Montageschritt montiertes Bauteil verzichtet und deren Funktion durch den oder die am Ventilhebel integrierten Vorsprünge ersetzt werden.
Vorzugsweise weist der Ventilhebel einen aus Blechmaterial umgeformten und mithin kostengünstigen Hebelkörper auf, wobei die Vorsprünge jeweils durch eine zur Mündung der Gelenkpfanne gerichtete Anprägung oder Durchstellung des die Gelenkpfanne begrenzenden Materials am Hebelkörper angeformt sind. Beim Ventilhebel kann es sich um einen Schlepphebel handeln, der mittig von einem Nocken hubbeaufschlagt wird, wobei der eine Endabschnitt des Hebelkörpers auf dem Abstützelement gelagert ist und der andere Endabschnitt des Hebelkörpers das Gaswechselventil betätigt. Es kann sich auch um einen Kipphebel handeln, der mittig auf dem Abstützelement gelagert ist, wobei der eine Endabschnitt des Hebelkörpers von einem Nocken hubbeaufschlagt wird und der eine Endabschnitt des Hebelkörpers das Gaswechselventil betätigt. Alternativ zu dem aus Blechmaterial umgeformten Hebelkörper kann für spezifische Anwendungen erforderlichenfalls auch ein durch Gießen, Schmieden oder Sintern urgeformter Hebelkörper vorgesehen sein, wobei dann die Vorsprünge durch entsprechende Formgebung des Urformwerkzeugs angeformt werden.
Vorzugsweise sind zwei um 180° versetzte Vorsprünge vorgesehen. Zudem sollen diese so zur Gelenkpfanne orientiert sein, dass eine Verbindungslinie der Vorsprünge orthogonal zur Schwenkebene des Ventilhebels verläuft. Bei dieser Anordnung verlaufen die Vorsprünge im relativ niedrig belasteten Bereich der Gelenkpfanne, so dass die Größe der in der Schwenkebene verlaufenden, hoch belasteten Kontaktflächen der Gelenkpfanne gegenüber den bekannten Verliersicherungen mit Halteklammer unbeeinträchtigt bleibt.
Abweichend davon ist eine beliebige Anzahl, Form und Position der Vorsprünge denkbar. So können auch ein einziger, vorzugsweise umlaufender Vorsprung oder mindestens drei Vorsprünge vorgesehen sein, die zudem bezüglich ihrer Form gleich oder verschieden voneinander und/oder bezüglich ihrer Positionierung gleichmäßig oder ungleichmäßig umfangsverteilt angeordnet sind.
In Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Gelenkkopf am Übergang zu der als umlaufender Hinterstich ausgebildeten Aussparung vollständig kreisförmig ist. Dabei ist der Innenabstand der Vorsprünge kleiner als der Größtdurchmesser des Gelenkkopfs und so dimensioniert, dass die Vorsprünge gegenüber dem Gelenkkopf an dessen Größtdurchmesser elastisch nachgiebig sind. Mit anderen Worten soll der Gelenkkopf – von einer ggfls. vorhandenen Abflachung an dessen gelenkpfannenseitigem Pol abgesehen – vollständig sphärisch mit unterhalb daran angrenzender Ringnut ausgebildet sein, wie es bei bekannten Abstützelementen der Fall ist. Die sonst übliche Halteklammer wird dadurch substituiert, dass während der Montage der Baueinheit die Vorsprünge beim Eindrücken des Gelenkkopfs in die Gelenkpfanne elastisch gegenüber dem Gelenkkopf ausweichen, um anschließend unter Bildung der formschlüssig wirkenden Verliersicherung in die Ringnut einzuschnappen.
Alternativ besteht die Möglichkeit, dass der Gelenkkopf am Übergang zur Aussparung kreisförmig mit zu den Vorsprüngen komplementären Abflachungen ist. Dabei soll der Innenabstand der Vorsprünge kleiner als der Größtdurchmesser des Gelenkkopfs und zum Außenabstand der Abflachungen im wesentlichen gleich oder größer dimensioniert sein. Anders als bei dem vorgenannten vollständig sphärischen Gelenkkopf erfolgt bei dieser konstruktiven Ausgestaltung die Montage der Baueinheit derart, dass die Vorsprünge und die Abflachungen während des dann kraftarmen Einsetzens des Gelenkkopfs in die Gelenkpfanne radial fluchtend zueinander ausgerichtet sind, um anschließend unter Bildung der formschlüssig wirkenden Verliersicherung gegeneinander verdreht zu werden. Im Falle von zwei um 180° gegenüberliegenden und identisch geformten Vorsprüngen und Abflachungen ist ein Verdrehwinkel von 90° zweckmäßig. Um dem unwahrscheinlichen Fall vorzubeugen, dass es während des Transports der Baueinheit zu einer Rückdrehung des Gelenkkopfs in die Montageposition ohne dann wirksame Verliersicherung kommt, kann auch eine vergleichsweise niedrig belastbare, elastische Schnappverbindung der Vorsprünge hinter die Abflachungen vorgesehen sein.
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. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Bauteile oder Merkmale mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Ventilhebel in perspektivischer Untersicht auf die Gelenkpfanne;
2 ein erfindungsgemäßes Abstützelement in perspektivischer Seitenansicht auf den Gelenkkopf;
3 eine aus dem Ventilhebel gemäß 1 und dem Abstützelement gemäß 2 gebildete Baueinheit;
4 in perspektivischer Seitenansicht ein bekanntes Abstützelement zur Bildung einer erfindungsgemäßen Baueinheit mit dem Ventilhebel gemäß 1;
5 den Ventilhebel gemäß 1 in perspektivischer Draufsicht auf die Gelenkpfanne;
6 die Baueinheit gemäß 3 im Querschnitt und
7 einen bekannten Gaswechselventiltrieb im Ausschnitt.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung sei ausgehend von 7 erläutert, in der ein Ausschnitt eines bekannten Gaswechselventiltriebs einer Brennkraftmaschine dargestellt ist. Ein als Schlepphebel 1 ausgebildeter Ventilhebel umfasst einen aus Blechmaterial kalt umgeformten Hebelkörper 2, der an seinem ersten Endabschnitt eine Kontaktfläche zur Betätigung des Gaswechselventils 3 aufweist und in seinem Mittelabschnitt eine wälzgelagerte Rolle 4 trägt, die als reibungsarme Abgriffsfläche für den Nocken 5 einer Nockenwelle dient. Am zweiten Endabschnitt des Hebelkörpers 2 ist eine kalottenförmige Gelenkpfanne 6' eingeformt, die mit einem sphärischen Gelenkkopf 7' eines ruhend in der Brennkraftmaschine gelagerten und hier einen hydraulischen Ventilspielausgleich aufweisenden Abstützelements 8 ein Gelenk bildet, das den Schlepphebel 1 schwenkbeweglich auf dem Abstützelement 8 lagert. Der Schlepphebel 1 und das Abstützelement 8 sind mittels einer am Gelenk angeordneten Halteklammer 9 zur einer verliersicheren Baueinheit zusammengefasst, indem die Halteklammer 9 in eine unterhalb des Gelenkkopfs 7' verlaufende Aussparung in Form einer an den Gelenkkopf 7' axial angrenzenden Ringnut 10 eingreift und den Gelenkkopf 7' formschlüssig hintergreift.
Ein erfindungsgemäßer Schlepphebel 1 zur Bildung einer verliersicheren Baueinheit, bei der ein separates Bauteil als Verliersicherung weder erforderlich noch vorgesehen ist, geht aus 1 hervor. Als Verliersicherung dienen einteilig mit der Gelenkpfanne 6 ausgebildete Vorsprünge 11, die an der Mündung der Gelenkpfanne 6 verlaufen und zu deren Mitte gerichtet sind. Dabei sind die beiden miteinander identischen Vorsprünge 11 um 180° versetzt angeordnet und so orientiert, dass eine Verbindungslinie der Vorsprünge 11 orthogonal zur Schwenkebene des Schlepphebels 1 verläuft.
Die in 3 dargestellte Baueinheit kann zum einen aus dem Schlepphebel 1 gemäß 1 und dem Abstützelement 8 gemäß 2 gebildet sein. Der Gelenkkopf 7 des Abstützelements 8 ist am Übergang zu der axial daran angrenzenden Ringnut 10 kreisförmig mit zwei zu den Vorsprüngen 11 komplementären Abflachungen, von denen in der Figur nur eine Abflachung 12 sichtbar ist. Der mit S1 bezeichnete Innenabstand der Vorsprünge 11 und der mit S3 bezeichnete Außenabstand der Abflachungen 12 sind im wesentlichen gleich groß, während der Innenabstand S1 der Vorsprünge 12 deutlich kleiner als der Größtdurchmesser S2 des Gelenkkopfs 7 am Übergang zur Ringnut 10 und – zwecks freier Schwenkbeweglichkeit des Schlepphebels 1 – selbstverständlich etwas größer als der Durchmesser der Ringnut 10 dimensioniert ist. Die Montage der Baueinheit erfolgt derart, dass die Vorsprünge 11 und die Abflachungen 12 radial fluchtend zueinander ausgerichtet werden, um den Gelenkkopf 7 kraftarm in die Gelenkpfanne 6 einsetzen zu können. Zur Bildung der formschlüssig wirkenden Verliersicherung werden anschließend die Vorsprünge 11 und die Abflachungen 12 um etwa 90° zueinander verdreht, wie es in 3 dargestellt ist.
Eine erfindungsgemäße (nicht dargestellte) Baueinheit kann auch aus dem Schlepphebel 1 gemäß 1 und einem bekannten Abstützelement 8 gemäß 4 gebildet sein, dessen Gelenkkopf 7 ebenfalls sphärisch, am Übergang zur daran angrenzenden Ringnut 10 jedoch vollständig kreisförmig ist. In diesem Fall sind die Vorsprünge 11 gegenüber dem Gelenkkopf 7 an dessen Größtdurchmesser S2 am Übergang zur Ringnut 10 elastisch nachgiebig gestaltet, um beim Eindrücken des Gelenkkopfs 7 in die Gelenkpfanne 6 radial ausweichen und unter Bildung der formschlüssig wirkenden Verliersicherung hinter den Gelenkkopf 7 in die Ringnut 10 einschnappen zu können. Die elastische Nachgiebigkeit der Vorsprünge 11 wird durch deren geeignete Formgebung und Dimensionierung erreicht, wobei der Innenabstand S1 der Vorsprünge 11 etwas kleiner als der Größtdurchmesser S2 des Gelenkkopfs 7 ist.
Die Erzeugung der Vorsprünge 11 erfolgt durch einen Kaltumformschritt des aus Blechmaterial hergestellten Hebelkörpers 2, wie es im Ergebnis in den 5 und 6 illustriert ist. 5 zeigt eine Ansicht auf die geschlossene Seite der Gelenkpfanne 6 mit zwei zu deren Mündung gerichteten Durchstellungen 13 des die Gelenkpfanne 6 begrenzenden Materials. 6 zeigt die mittels der Durchstellungen 13 an die Gelenkpfanne 6 angeformten Vorsprünge 11 im Querschnitt durch die Gelenkpfanne 6.
Bezugszeichenliste

1: Ventilhebel/Schlepphebel
2: Hebelkörper
3: Gaswechselventil
4: Rolle
5: Nocken
6: Gelenkpfanne
7: Gelenkkopf
8: Abstützelement
9: Halteklammer
10: Ringnut/Aussparung
11: Vorsprung
12: Abflachung
13: Durchstellung
S1: Innenabstand der Vorsprünge
S2: Größtdurchmesser des Gelenkkopfs
S3: Außenabstand der Abflachungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19617523 A1 [0003]
US 6047675 [0004]
DE 102005036918 A1 [0004]

Claims

Baueinheit für einen Gaswechselventiltrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Abstützelement (8) mit einem Gelenkkopf (7) und einen Ventilhebel (1) mit einer Gelenkpfanne (6), die mit dem Gelenkkopf (7) ein Gelenk zur schwenkbeweglichen Lagerung des Ventilhebels (1) auf dem Abstützelement (8) bildet, sowie eine am Gelenk angeordnete Verliersicherung, die einen oder mehrere an der Mündung der Gelenkpfanne (6) verlaufende und zu deren Mitte gerichtete Vorsprünge (11) aufweist, die den Ventilhebel (1) durch formschlüssiges Hintergreifen einer am Gelenkkopf (7) axial angrenzenden Aussparung (10) verliersicher am Abstützelement (8) haltern, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (11) einteilig mit der Gelenkpfanne (6) ausgebildet sind.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilhebel (1) einen aus Blechmaterial umgeformten Hebelkörper (2) aufweist, wobei die Vorsprünge (11) jeweils durch eine zur Mündung der Gelenkpfanne (6) gerichtete Anprägung oder Durchstellung (13) des die Gelenkpfanne (6) begrenzenden Materials am Hebelkörper (2) angeformt sind.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei um 180° versetzte Vorsprünge (11) vorgesehen sind.
Baueinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungslinie der Vorsprünge (11) orthogonal zur Schwenkebene des Ventilhebels (1) verläuft.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkkopf (7) am Übergang zu der als umlaufender Hinterstich ausgebildeten Aussparung (10) vollständig kreisförmig ist, wobei der Innenabstand (S1) der Vorsprünge (11) kleiner als der Größtdurchmesser (S2) des Gelenkkopfs (7) und so dimensioniert ist, dass die Vorsprünge (11) gegenüber dem Gelenkkopf (7) an dessen Größtdurchmesser (S2) elastisch nachgiebig sind.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkkopf (7) am Übergang zur Aussparung (10) kreisförmig mit zu den Vorsprüngen (11) komplementären Abflachungen (12) ist, wobei der Innenabstand (S1) der Vorsprünge (11) kleiner als der Größtdurchmesser (S2) des Gelenkkopfs (7) und zum Außenabstand (S3) der Abflachungen (11) im wesentlichen gleich oder größer dimensioniert ist.