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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Schwinghebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs und ein Verfahren zur Herstellung eines Schwinghebels gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 10 näher definierten Art.
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Ein derartiger Schwinghebel ist aus
DE 44 10 381 C2 bekannt. Dort ist ein Ventiltrieb mit mehreren Schwinghebeln gezeigt, die auf einer gemeinsamen Schwenkachse zur Betätigung von mehreren Ventilen eines Zylinders einer Brennkraftmaschine angeordnet sind. Die als Metallguss- oder Schmiedeteile ausgeführten Schwinghebel sind aufwendig und kostenintensiv in der Herstellung und weisen zudem eine große Masse auf. Daneben können Schwinghebel aus Blech hergestellt werden, wie zum Beispiel in
DE 10 2006 018 511 A1 beschrieben. Solche Schwinghebel neigen jedoch dazu unter Belastung in ihrer Form nachzugeben, weshalb sie aufwendig verschweißt werden müssen, wodurch die Herstellung ebenfalls kostenintensiv ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schwinghebel der vorgenannten Art hinsichtlich seines Aufbaues und seiner Herstellung zu vereinfachen und kostengünstig zu gestalten.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale des Patentanspruchs 10 gelöst.
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Es wird ein Schwinghebel mit zumindest einem Blechkörper vorgeschlagen, an den zur Formstabilität Kunststoff durch Spritzgießen angeformt ist. Der Verbund aus Blechkörper und Kunststoff ist einfach herstellbar und gewährleistet eine hohe Steifigkeit des Schwinghebels bei im Vergleich zu einem aus Metall gegossenen oder geschmiedeten Schwinghebel reduzierter Masse und verbesserter Dynamik. Der an den Blechkörper angeformte Kunststoff hält das Blech in Form, so dass ein aufwendiges Verschweißen des Blechkörpers vermieden werden kann. Da der Blechkörper einteilig ausgeführt ist, ist er einfach in blechverarbeitenden Verfahren herstellbar. Die Ausbildung von Nocken- und Ventilkontaktfläche am Blechkörper ermöglicht auf einfache Weise deren Ausführung mit hoher Festigkeit in Metall am Schwinghebel.
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Der Schwinghebel ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar, wenn der Blechkörper spanlos beispielsweise als Blechumformteil oder Stanz-Biegeteil hergestellt ist.
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Es ist von Vorteil, wenn der Blechkörper eine Schwenkkontaktfläche zur schwenkbeweglichen Abstützung an der Schwenkachse bildet. Auf diese Weise können alle hochbelasteten Kontaktstellen am Schwinghebel in Metall ausgeführt werden. Zudem wird im Verbund mit dem Kunststoffkörper eine hohe Festigkeit im Bereich der Abstützung des Schwinghebels erreicht.
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In einer besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist der Blechkörper als Blecheinlage mit Kunststoff umspritzt.
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Bevorzugt ist hierbei der Blechkörper als ein entlang der Hebellängsachse S-förmig gebogener Blechstreifen ausgeführt, der einen ersten S-Bogen an einem abstützseitigen Endbereich des Schwinghebels und einen zweiten S-Bogen an einem ventilseitigen Endbereich des Schwinghebels bildet. Vorzugsweise bildet dabei der Blechstreifen an seinem zweiten S-Bogen den Außenmantel des Schwinghebels.
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Eine einfache schwenkbewegliche Abstützung des Schwinghebels an der Schwenkachse lässt sich erreichen, wenn der Blechstreifen an seinem ersten S-Bogen die Schwenkkontaktfläche bildet und im Bereich dieser zusammen mit dem Kunststoff eine Lagerschale zur Aufnahme der Schwenkachse ausbildet.
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Bevorzugt ist der Blechstreifen mit seinen Flachseiten in Schwenkrichtung ausgerichtet. Vorzugsweise bildet hierbei die innere Flachseite seines ersten S-Bogens die Schwenkkontaktfläche. Bevorzugt bildet er dabei an der äußeren Flachseite seines zweiten S-Bogens den Außenmantel des Schwinghebels mit der Nockenkontaktfläche und der Ventilkontaktfläche.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Blechkörper zwei parallele Seitenwände und einen diese verbindenden Quersteg auf. Bevorzugt ist der Blechkörper hierbei an den einander zugewandten Innenseiten der Seitenwände und des Querstegs mit Kunststoff ausgespritzt. Vorzugsweise bilden dabei die Seitenwände und der Quersteg zumindest abschnittsweise ein U-förmiges Querschnittsprofil.
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Bevorzugt bildet der Blechkörper am ventilseitigen Endbereich des Schwinghebels an der Außenseite des Querstegs die Nockenkontaktfläche und am ventilseitigen Ende des Querstegs eine Lasche, die zwischen den Seitenwänden umgebogen ist und an ihrer Außenseite die Ventilkontaktfläche bildet. Vorzugweise ist der Blechkörper an der Innenseite der Lasche mit Kunststoff ausgespritzt ist, wobei der Kunststoff den von Seitenwänden, Quersteg und Lasche begrenzten Innenraum des Blechkörpers ausfüllt. Bevorzugt schließt die Lasche an ihrer Außenseite bündig mit den freien Rändern der Seitenwände ab.
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Es ist von Vorteil, wenn der Blechkörper am abstützseitigen Endbereich des Schwinghebels an seinen Seitenwänden zueinander fluchtende Aufnahmeöffnungen zur Aufnahme der Schwenkachse aufweist und der Kunststoffkörper zwischen den Seitenwänden eine mit den Aufnahmeöffnungen fluchtende Lagerschale zur Aufnahme der Schwenkachse bildet.
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Blechkörper und Kunststoff können zumindest eine Formschlussverbindung bilden. Hierzu können eine oder mehrere Durchgangsöffnungen am Blechkörper vorgesehen sein, die formschlüssig vom Kunststoff ausgefüllt sind. Bevorzugt ist an den Seitenwänden des Blechkörpers jeweils zumindest eine Durchgangsöffnung vorgesehen, die formschlüssig vom Kunststoff ausgefüllt ist.
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Optional kann in die Lagerschale eine Hülse aus Blech zur Gleitlagerung der Schwenkachse aufgenommen sein.
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Der Blechkörper kann an der Nockenkontaktfläche und/oder der Ventilkontaktfläche und/oder der Schwenkkontaktfläche zur Reduzierung der Reibung und zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit beschichtet ausgeführt sein.
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Der erfindungsgemäße Schwinghebel kann besonders vorteilhaft in Motorradmotoren, insbesondere mit mehr als zwei Gaswechselventilen pro Zylinder und zwei Nockenwellen zur Ventilbetätigung, eingesetzt werden.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines Schwinghebels für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere zur Herstellung eines Schwinghebels nach einem der vorangehenden Ansprüche gelöst. Erfindungsgemäß wird der Schwinghebel aus einem Verbund aus zumindest einem Blechkörper und Kunststoff hergestellt.
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Der Blechkörper wird dabei vorzugsweise durch Blechumformen und/oder durch Stanzen hergestellt. Er kann beispielsweise durch Blechumformen, insbesondere durch Biegen, in einem Arbeitsschritt hergestellt sein.
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Bevorzugt wird der Kunststoff zur Erhaltung der Form des Blechkörpers an diesen durch Spritzgießen angeformt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schwinghebels in einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 eine Schnittdarstellung des Schwinghebels aus 1,
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3 eine Draufsicht des Schwinghebels aus 1,
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4 eine Einzeldarstellung eines Blechkörpers des Schwinghebels in einer Seitenansicht,
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5 den Blechkörper aus 4 in einer Draufsicht,
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6 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Schwinghebels in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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7 eine Schnittdarstellung des Schwinghebels aus 6,
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8 eine Seitenansicht des Schwinghebels aus 6,
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9 eine Einzeldarstellung einer Hülse zur Gleitlagerung des Schwinghebels aus 6 auf einer Schwenkachse,
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10 eine Einzeldarstellung eines Kunststoffkörpers des Schwinghebels aus 6 in einer Seitenansicht,
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11 den Kunststoffkörper aus 10 in einer Draufsicht,
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12 einen Blechkörper des Schwinghebels aus 6 in einem ersten Herstellungszustand,
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13 den Blechkörper des Schwinghebels aus 12 in einem zweiten Herstellungszustand in einer Seitenansicht,
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14 den Blechkörper des Schwinghebels aus 13 in einer Draufsicht.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1, 2 und 3 zeigen in einem ersten Ausführungsbeispiel einen erfindungsgemäßen Schwinghebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs. Der Schwinghebel ist an einem abstützseitigen Endbereich 1 auf einer nicht dargestellten Schwenkachse schwenkbeweglich abstützbar. Durch den Schwinghebel ist eine Nockenhubbewegung von einer nicht dargestellten Nockenwelle der Brennkraftmaschine abgreifbar. Die Nockenhubbewegung ist an einem ventilseitigen Endbereich 2 des Schwinghebels zur Ventilbetätigung auf zumindest ein nicht dargestelltes Gaswechselventil der Brennkraftmaschine übertragbar. Der Schwinghebel besteht erfindungsgemäß aus einem Verbund aus einem Blechkörper 3 und einem an diesen zur Formstabilität durch Spritzgießen angeformten Kunststoff 4.
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Der Blechkörper 3 ist als ein Blechstreifen ausgeführt, der entlang der Hebellängsachse S-förmig gebogen und als Blecheinlage mit Kunststoff 4 umspritzt ist. Der Blechstreifen weist dabei einen ersten S-Bogen am abstützseitigen Endbereich 1 und einen zweiten S-Bogen am ventilseitigen Endbereich 2 auf und ist als Flachbauteil mit schmalen Randseiten und im Vergleich zu diesen breiteren Flachseiten ausgeführt. Diese sind in Schwenkrichtung des Schwinghebels ausgerichtet. Hierbei bildet der Blechstreifen an der äußeren Flachseite seines zweiten S-Bogens eine plane Nockenkontaktfläche 5 zum Abgriff der Nockenhubbewegung und eine konvex gekrümmte Ventilkontaktfläche 6 zur Anlage an zumindest einem Gaswechselventil. Nockenkontaktfläche 5 und Ventilkontaktfläche 6 sind dabei am zweiten S-Bogen in Schwenkrichtung gegenüberliegend angeordnet. Zugleich ist an der konkav gekrümmten inneren Flachseite des ersten S-Bogens des Blechstreifens eine Schwenkkontaktfläche 7 zur schwenkbeweglichen Gleitlagerung auf der Schwenkachse ausgebildet.
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Der an den Blechstreifen angespritzte Kunststoff 4 bildet einen Kunststoffkörper, der den Blechstreifen an seinen Flach- und Randseiten umfasst und so insbesondere an seinen Flachseiten, besonders an den Kontaktflächen, in seiner Form stabil hält, so dass er sich auch unter Belastung nicht verformen kann. Dabei sind an den Flachseiten Nockenkontaktfläche 5, Ventilkontaktfläche 6 und Schwenkkontaktfläche 7 vom Kunststoff 4 ausgespart (2), so dass sämtliche Kontaktflächen am Schwinghebel in Metall ausgeführt sind. Hierbei bildet der Blechstreifen am abstützseitigen Endbereich 1 an seinem ersten S-Bogen im Bereich der Schwenkkontaktfläche 7 zusammen mit dem Kunststoff 4 eine ringförmige Lagerschale 8 zur Aufnahme der Schwenkachse. Hierzu ist der Kunststoff 4 am ersten S-Bogen des Blechstreifens entsprechend komplementär angeformt. Dabei bildet der Kunststoff 4 am abstützseitigen Endbereich 1 den Außenmantel des Schwinghebels 1. Am ventilseitigen Endbereich 2 bildet dagegen der Blechstreifen an seinem zweiten S-Bogen den Außenmantel des Schwinghebels, so dass dieser in Metall ausgeführt ist. In der nockenwellenseitigen Draufsicht (3) weist der Schwinghebel ein rechteckiges Profil auf. An seiner nockenwellenseitigen Längsseite und an seiner ventilseitigen Längseite ist der Schwinghebel bis auf seinen ventilseitigen Endbereich 2 am Außenmantel in Kunststoff 4 ausgeführt. Die Seitenwände des Schwinghebels sind vollständig in Kunststoff 4 ausgeführt (1).
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Nockenkontaktfläche 5, Ventilkontaktfläche 6 und Schwenkkontaktfläche 7 können auch beschichtet ausgeführt sein.
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4 und 5 zeigen den Blechkörper 3 als Blechstreifen in einer Einzeldarstellung. In der Seitenansicht (4) sind an der äußeren Flachseite des zweiten S-Bogens nockenwellenseitig die plane Nockenkontaktfläche 5 und ventilseitig die konvexe Ventilkontaktfläche 6 ausgebildet. Am ersten S-Bogen wird die Schwenkkontaktfläche 7 durch die konkave innere Flachseite des Blechstreifens gebildet. Die nockenseitige Draufsicht (5) zeigt den Blechstreifen mit seinem rechteckigen Längsprofil. Am ventilseitigen Endbereich 2 ist die Nockenkontaktfläche 5 und am abstützseitigen Endbereich 1 die Schwenkkontaktfläche 7 angedeutet, die durch das stirnseitige Ende des Blechstreifens begrenzt wird, an dem die umgebogene schmale Randseite des Blechstreifens ebenfalls angedeutet ist.
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Zur Herstellung des Schwinghebels wird zunächst der Blechstreifen als Rohling gestanzt und dann dieser in die oben beschriebene Form gebogen. Anschließend können ggf. die oben beschriebenen Kontaktflächen 5, 6, 7 beschichtet werden. Der gebogene Blechstreifen wird dann in einem Spritzgießwerkzeug positioniert und mit Kunststoff 4 umspritzt. Dabei werden die Kontaktflächen 5, 6, 7 vom Kunststoff 4 ausgespart.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schwinghebels ist in 6 bis 8 dargestellt. Der Schwinghebel weist einen Blechkörper 3 mit zwei parallelen Seitenwänden 9 und einen diese verbindenden Quersteg 10 auf (6). Seitenwände 9 und Quersteg 10 bilden dabei ein U-förmiges Querschnittsprofil, wobei die geschlossene U-Seite der Nockenwelle zugewandt und die offene U-Seite von der Nockenwelle abgewandt ist. Am ventilseitigen Ende des Querstegs 10 ist einteilig mit diesem eine Lasche 11 ausgebildet, die zwischen den Seitenwänden 9 zu deren freien Rändern bündig umgebogen ist (7). Hierbei ist der Blechkörper 3 an den einander zugewandten Innenseiten der Seitenwände 9, des Querstegs 10 und der Lasche 11 mit Kunststoff 4 ausgespritzt. Dieser bildet einen Kunststoffkörper, der den von Seitenwänden 9, Quersteg 10 und Lasche 11 begrenzten Innenraum des Blechkörpers 3 ausfüllt und dadurch diesen an seinen Innenseiten stabil in der Form hält, so dass er sich auch unter Belastung nicht verformen kann. Am ventilseitigen Endbereich 2 bildet der Quersteg 10 an seiner Außenseite die plane Nockenkontaktfläche 5 und an diese in Hebellängsrichtung am Quersteg 10 einteilig anschließend die Lasche 11. Diese ist zwischen den Seitenwänden 9 umgebogen und bildet dabei an der Außenseite die konvex gekrümmte Ventilkontaktfläche 6, die der Nockenkontaktfläche 5 in Schwenkrichtung gegenüberliegt. Hierdurch sind Nockenkontaktfläche 5 und Ventilkontaktfläche 6 am Blechkörper 3 in Metall ausgebildet.
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Am abstützseitigen Endbereich 1 weist der Blechkörper 3 an seinen Seitenwänden 9 zueinander fluchtende Aufnahmeöffnungen 12 für die Schwenkachse auf (6). Zwischen den Aufnahmeöffnungen 12 bildet der Kunststoff 4 eine mit diesen fluchtende ringförmige Lagerschale 13 zur Aufnahme und Gleitlagerung der Schwenkachse (7). Zwischen den Seitenwänden 9 des Blechkörpers 3 bildet hierbei der Kunststoff 4 das stirnseitige Ende des Schwinghebels, das zur Ausbildung der Lagerschale 13 nach außen gewölbt ist. Im Bereich der Lagerschale 13 ist der Quersteg 10 ausgehend von seinem stirnseitigen Ende mit einer Aussparung 14 versehen (6), an der Kunststoff 4 und Quersteg 10 bündig an ihren Außenseiten aneinander anschließen.
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Der Schwinghebel wird auf diese Weise an seiner der Nockenwelle zugewandten Längsseite, d.h. an der geschlossenen U-Seite seines Querschnittsprofils und an seinen Seitenwänden 9 durch den Blechkörper 3 in Metall gebildet (6 und 8). An seiner von der Nockenwelle abgewandten Längsseite, d.h. an der offenen U-Seite, ist dagegen der Schwinghebel bis auf die Lasche 11 des Blechkörpers 3 am ventilseitigen Endbereich 2 in Kunststoff 4 ausgeführt (7 und 8).
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In die Aufnahmeöffnungen 12 und in die Lagerschale 13 kann optional, wie hier in 7 und 8 dargestellt, eine Hülse 15 aus Blech zur Gleitlagerung der Schwenkachse aufgenommen sein. Die Hülse 15 ist in 9 in einer Einzeldarstellung längsgeschnitten mit einer Schmiermittelspritzöffnung dargestellt.
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Der Blechkörper 3 weist an den Seitenwänden 9 in einem mittigen Bereich zwischen abstützseitigem und ventilseitigem Endbereich 1, 2 jeweils zwei fluchtend gegenüberliegende Durchgangsöffnungen 16 auf, die vom Kunststoff 4 formschlüssig ausgefüllt sind (8). Der Kunststoff 4 in den Durchgangsöffnungen 16 und die Seitenwände 9 des Blechkörpers schließen an ihren Außenseiten bündig ab. Auf diese Weise kann an den Durchgangsöffnungen 16 die Kunststofffüllung im Blechkörper 3 formschlüssig fixiert werden.
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In 10 und 11 ist der Kunststoff 4 als Kunststoffkörper, der den Blechkörper an seinen Innenseiten ausfüllt, jeweils in einer Einzelansicht dargestellt. Die Seitenansicht gemäß 10 zeigt die vom Kunststoff 4 am abstützseitigen Endbereich gebildete ringförmige Lagerschale 13. Am ventilseitigen Endbereich 2 bildet der Kunststoff 4 eine konvex gekrümmte Anlagefläche zur Anlage der umgebogenen Lasche 11 des Blechkörpers 3 mit einer Anlagekante zur Anlage des stirnseitigen Endes der Lasche 11. In der nockenwellenseitigen Draufsicht in 11 weist der Kunststoffkörper eine rechteckige Form auf. An seinen Seitenwänden sind korrespondierend zu den Durchgangsöffnungen 16 an den Seitenwänden 9 des Blechkörpers 3 jeweils zwei zylindrische Vorsprünge ausgebildet, die in die Durchgangsöffnung 16 formschlüssig eingreifen.
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Zur Herstellung des Schwinghebels wird zunächst der Blechkörper 3 als Rohling (12) mit den Seitenwänden 9 und zwischen diesen mit der Aussparung 14 sowie der Lasche 11 gestanzt. Danach werden die Seitenwänden 9 umgebogen, wobei der diese verbindende Quersteg 10 entsteht, und die Aufnahmeöffnungen 12 für die Schwenkachse und die Durchgangsöffnungen 16 ausgestanzt (13 und 14). zeigen den Rohling mit umgebogenen Seitenwänden 9 und den sie verbindenden Quersteg 10. Am abstützseitigen Endbereich 1 sind an den Seitenwänden 9 fluchtend die Aufnahmeöffnungen 12 und an dem die Seitenwände 9 verbindenden Quersteg 10 die Aussparung 14 ausgebildet. In die Aufnahmeöffnungen 12 kann die Hülse 15 zur Aufnahme und Gleitlagerung der Schwenkachse eingepresst sein. Die am ventilseitigen Ende des Querstegs 10 einteilig an diesem in Hebellängsrichtung vorstehende Lasche 11 wird anschließend zwischen die Seitenwände 9 mit diesen bündig abschließend umgebogen. Der Blechkörper 3 wird sodann in einem Spritzgießwerkzeug an den Innenseiten seiner Seitenwände 9 und an den Durchgangsöffnungen 16, des Querstegs 10 und der Lasche 11 mit Kunststoff 4 ausgespritzt, wobei die sich zwischen den Seitenwänden 9 erstreckende Hülse 15 an ihrer Außenseite mit Kunststoff umspritzt wird. An den mit Kunststoff 4 ausgespritzten Durchgangsöffnungen 16 und an der mit Kunststoff 4 umspritzten Hülse 15 kann die Kunststofffüllung im Blechkörper 3 fixiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Endbereich
- 2
- Endbereich
- 3
- Blechkörper
- 4
- Kunststoff
- 5
- Nockenkontaktfläche
- 6
- Ventilkontaktfläche
- 7
- Schwenkkontaktfläche
- 8
- Lagerschale
- 9
- Seitenwand
- 10
- Quersteg
- 11
- Lasche
- 12
- Aufnahmeöffnung
- 13
- Lagerschale
- 14
- Aussparung
- 15
- Hülse
- 16
- Durchgangsöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4410381 C2 [0002]
- DE 102006018511 A1 [0002]
