-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kipphebels und einen Kipphebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1, 5 bzw. 7 näher definierten Art.
-
Mechanische Kipphebel werden üblicherweise als Guss- oder Schmiedeteile ausgeführt. Dabei werden die Aufnahmebohrungen und Funktionsflächen am Kipphebelkörper, insbesondere zur verschwenkbeweglichen Lagerung der Kipphebelachse, aufwendig spanend bearbeitet. Diese Ausgestaltung erfordert ein energie- und kostenintensives Herstellungsverfahren. Weiterhin bekannte Blechkipphebel weisen zur verschwenkbeweglichen Lagerung der Kipphebelachse eine Hülse, Halbschale oder ein Wälzlager auf. Die hierzu zusätzlich benötigten Bauteile führen zu einem aufwändigen Montage- und Herstellungsverfahren. Kipphebel, insbesondere zum Einsatz im Zweiradbereich, werden zunehmend in Motoren für Niedrigpreis-Märkte, wie beispielsweise in Asien, eingesetzt. Dies erfordert eine kostengünstige Herstellung des Kipphebels.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kipphebels und einen Kipphebel der vorgenannten Art zu vereinfachen und kostengünstig zu gestalten. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Pantentanspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale der Patentansprüche 5 oder 7 gelöst.
-
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eine Kipphebels vorgeschlagen, bei dem die Aufnahmeöffnungen an den Seitenwandabschnitten spanlos mit einem Glattschnittanteil größer oder gleich 80% der Wandstärke der Seitenwandabschnitte hergestellt werden. Auf diese Weise sind die Aufnahmeöffnungen mit einem tragfähigen Glattschnittanteil kostengünstig spanlos herstellbar. Die Anmelderin hat Versuche und Berechnungen für verschiedene Belastungsfälle an Kipphebeln mit Aufnahmeöffnungen in Seitenwandbereichen zur schwenkbeweglichen Abstützung an einer Kipphebelachse durchgeführt und dabei festgestellt, dass bei einem Glattschnittanteil von mindestens 80% ein ausreichender Tragbereich zwischen Aufnahmeöffnung und Kipphebelachse unter Belastung gewährleistet wird, so dass die zulässigen materialspezifischen Flächenpressungen eingehalten werden. Eine spanende Nachbearbeitung der Aufnahmeöffnung, oder der Einsatz zusätzlicher Bauteile wie Hülsen, Halbschalen oder Wälzlager wird so vermieden.
-
Die Aufnahmeöffnungen können durch Stanzen mit erfindungsgemäß erhöhtem Glattschnittanteil spanlos hergestellt werden. Alternativ ist auch eine Herstellung durch Schneiden denkbar.
-
Bevorzugt werden die Aufnahmeöffnungen in einem Arbeitsschritt vorzugsweise in einer Tiefziehpresse hergestellt.
-
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kipphebel vorgeschlagen, bei dem die Aufnahmeöffnungen an den Seitenwandabschnitten spanlos mit einem Glattschnittanteil größer oder gleich 80 % der Wandstärke der Seitenwandabschnitte hergestellt sind.
-
Bevorzugt weisen dabei die Aufnahmeöffnungen einen durch Glattschnitt hergestellten Glattschnittbereich auf, der Kontaktflächen zur unmittelbaren schwenkbeweglichen Lagerung des Kipphebels auf der Kipphebelachse bildet. Zur Lagerung des Kipphebels stehen die Kontaktflächen in unmittelbarem Schwenkkontakt mit der Kipphebelachse.
-
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kipphebels für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Herstellung eines vorangehend beschriebenen Kipphebels gelöst. Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, zum Ausgleich von Härteverzug die Aufnahmeöffnungen mit einem vorbestimmten Vorbereitungsmaß, das geringfügig kleiner ist als ihr Fertigmaß, spanlos herzustellen und durch spanende Nachbearbeitung auf ein vorbestimmtes Fertigmaß aufzuweiten. Auf diese Weise kann eine durch das Härten des Kipphebels entstehende Veränderung der Maß- und Formgenauigkeit, insbesondere ein Härteschwund im Durchmesser und durch den Härteverzug der Seitenwände bedingte Fluchtungsfehler der Aufnahmeöffnungen ausgeglichen werden. Die spanende Nachbearbeitung der Aufnahmeöffnungen kann so auf ein Minimum beschränkt werden.
-
Bevorzugt ist der Betrag des Quotienten aus dem Verhältnis von Vorbereitungsmaß zu Fertigmaß kleiner oder gleich 0,985. Dadurch werden zumindest 1,5% des Durchmessers des Fertigmaßes bei der vorbereitenden spanlosen Herstellung der Aufnahmeöffnungen zurückgehalten, um einen Härteverzug in der Nachbearbeitung mit minimalem Aufwand ausgleichen zu können.
-
Vorzugsweise liegt der Betrag des Quotienten aus dem Verhältnis von Vorbereitungsmaß zu Fertigmaß in einem Bereich zwischen 0,97 bis 0,985 liegt.
-
Die Aufnahmeöffnungen können spanlos mit dem vorbestimmten Vorbereitungsmaß vorzugsweise durch Stanzen oder Schneiden hergestellt werden.
-
Eine besonders einfache und kostengünstige Nachbearbeitung der Aufnahmeöffnungen wird erreicht, wenn diese durch Fräsen oder Reiben auf das Fertigmaß aufgeweitet werden.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
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:
-
1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kipphebels in einem ersten Ausführungsbeispiel,
-
2 eine Draufsicht des Kipphebels mit einem Teilschnitt,
-
3 einen vergrößerten Ausschnitt aus 2,
-
4 eine Schnittdarstellung des Kipphebels,
-
5 einen vergrößerten Ausschnitt aus 4,
-
6 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kipphebels in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
-
Ein beispielhaft ausgeführter erfindungsgemäßer Kipphebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine gemäß 1 weist zwischen zwei Hebelendbereichen an zwei parallelen Seitenwandabschnitten zwei zueinander fluchtend ausgebildete Aufnahmeöffnungen 1, 2 zur schwenkbeweglichen Abstützung des Kipphebels an einer nicht dargestellten Kipphebelachse bzw. Schwenkachse auf. Die Seitenwandabschnitte sind durch einen Quersteg einteilig miteinander festverbunden. Quersteg und Seitenwandabschnitte bilden ein im Wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil. Die an den Seitenwandabschnitten durchgehenden Aufnahmeöffnungen 1, 2 sind etwa mittig zwischen den Hebelendbreichen angeordnet. Hierdurch wird eine Seitenwandlagerung des Kipphebels erreicht. Der Kipphebel ist umformtechnisch aus Blech, insbesondere durch Tiefziehen hergestellt.
-
In 2 ist eine Draufsicht des Kipphebels an der den Oberzug bildenden geschlossenen U-Seite seines Querschnittsprofils dargestellt. Dabei zeigt ein Ausschnitt eine Aufnahmeöffnung 2 an einem Seitenwandabschnitt in einer geschnittenen Draufsicht. Diese ist vergrößert in 3 dargestellt. 4 zeigt das U-förmige Querschnittsprofil des Kipphebels in einem Schnitt entlang der Linie A-A aus 2 im Bereich der Aufnahmeöffnungen 1, 2, die zueinander fluchtend an den Seitenwandabschnitten angeordnet sind.
-
In 5 ist eine Aufnahmeöffnung 1 aus 4 im Querschnitt vergrößert dargestellt. Die Aufnahmeöffnungen 1, 2 werden spanlos durch Stanzen oder Schneiden hergestellt. Dabei ist erfindungsgemäß der Glattschnittanteil in jeder Aufnahmeöffnung größer oder gleich 80% der Wandstärke S der Seitenwandabschnitte. Unter dem Glattschnittanteil wird das prozentuale Verhältnis aus der in Stanzrichtung bzw. in Richtung der Achse der Aufnahmeöffnung 1, 2 gemessenen Länge L des durch Stanzen oder Schneiden vollkommen zylindrisch hergestellten Oberflächenbereichs der Aufnahmeöffnung 1, 2 zur Wandstärke S, hier der Blechstärke, der Seitenwandabschnitte verstanden. Die Wandstärke S bzw. die Blechstärke beträgt vorzugsweise 2,75 mm bis 3,5 mm, um eine ausreichende Steifigkeit und eine ausreichend tragende Länge zu erreichen.
-
Die Aufnahmeöffnungen 1, 2 weisen einen durch Stanzen oder Schneiden in Glattschnitt vollkommen zylindrisch hergestellter Glattschnittbereich mit der oben beschriebenen Länge L auf. Der Glattschnittbereich ermöglicht an der Oberfläche der Aufnahmeöffnungen 1, 2 einen Flächenkontakt mit der zylindrischen Oberfläche der Kipphebelachse und bildet so einen möglichen Tragbereich zwischen dieser und den Aufnahmeöffnungen 1, 2. Der Glattschnittbereich bildet Kontaktflächen an denen die Aufnahmeöffnungen 1, 2 zur Lagerung in unmittelbaren Schwenkkontakt bzw. in Gleitkontakt mit der Kipphebelachse stehen. Auf diese Weise wird ein in den Aufnahmeöffnungen 1, 2 der Seitenwandabschnitte auf der Kipphebelachse gelagerter Kipphebel erreicht, der rein umformtechnisch hergestellt ist und ohne Nachbearbeitung und zusätzliche Lagerelemente, wie z.B. Wälzlager, Lagerschalen oder Hülsen, auskommt.
-
Der Glattschnittbereich wird einerseits durch eine geringfügige Fase 3 an dem hebelaußenseitigen Endabschnitt der Aufnahmeöffnung 1, 2 und andererseits durch einen durch das Stanzen erzeugten den Durchmesser erweiternden Ausriss- oder Bruchabschnitt 4 am hebelinnenseitigen Endabschnitt der Aufnahmeöffnung 1, 2 begrenzt. Die Erfindung ermöglicht eine einfache spanlose Herstellung der Aufnahmeöffnungen 1, 2 mit erhöhtem Glattschnittanteil L derart, dass diese im Rahmen der zulässigen Flächenpressungen zur Abstützung an einer Kipphebelachse ohne spanende Nachbearbeitung oder den Einsatz weiterer Bauteile tragfähig sind.
-
Der erfindungsgemäß erhöhte tragfähige Glattschnittanteil L kann durch eine Anpassung des Stanzwerkzeugs und durch einen reduzierten Ziehspalt erreicht werden. Bei optimierter Ausgestaltung von Stanzwerkzeug und Ziehspalt können beim Stanzen die Fase 3 und der Ausriss- bzw. Bruchabschnitt 4 vermieden werden, so dass die Aufnahmeöffnungen 1, 2 mit einem Glattschnittanteil bis zu 100%, d.h. vollkommen glatt, spanlos hergestellt werden können.
-
Um eine ausreichende Angriffsfläche an den Seitenwandabschnitten zum Ansatz des Umform- bzw. Stanzwerkzeugs zur Herstellung der Aufnahmeöffnungen 1, 2 zu schaffen, kann im Bereich dieser die Höhe der Seitenwandabschnitte entsprechend vergrößert ausgeführt werden. Dadurch entsteht in diesem Bereich am Ober- und Unterzug des Kipphebels ein Buckel. Zugleich wird hierdurch die Steifigkeit des Kipphebels in der Hauptbelastungszone verbessert.
-
Die Schmiermittelversorgung der Lagerstellen in den Aufnahmeöffnungen 1, 2 an den Seitenwandabschnitten ist über einen beidseitigen Spalt zwischen diesen und einer Aufnahme im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine möglich.
-
Die Erfindung ist bevorzugt bei niedrig drehenden Motorradmotoren aufgrund der geringeren wirkenden Kräfte einsetzbar.
-
In montiertem Zustand ist der Kipphebel mit der offenen Seite seines U-förmigen Querschnittsprofils der Nockenwelle und dem zu betätigenden Gaswechselventil der Brennkraftmaschine zugewandt angeordnet. Hierbei sind an einem antriebsseitigen Hebelendbereich an parallelen Seitenwänden zueinander fluchtend angeordnete Durchgangsbohrungen zur Abstützung einer nicht dargestellten zwischen den Seitenwänden auf einem Bolzen angeordneten Nockenrolle ausgebildet (1 und 2). Diese dient zur Einleitung einer Nockenhubbewegung durch eine mit der Nockenrolle in Antriebsverbindung stehenden Nockenwelle. Am ventilseitiger Hebelendbereich des Kipphebels ist am Quersteg etwa mittig zwischen parallelen Seitenwänden eine Durchgangsöffnung zur Befestigung einer nicht dargestellten zwischen den Seitenwänden angeordneten Ventilspiel-Einstellschraube ausgeführt, die an ihrem freien Ende eine Ventilkontaktfläche zur Betätigung eines nicht dargestellten Gaswechselventils der Brennkraftmaschine aufweist.
-
Der Kipphebel kann besonders einfach umformtechnisch in einer Tiefziehpresse hergestellt werden. Zunächst wird durch Tiefziehen der Kipphebelkörper mit dem U-förmigem Querschnittsprofil hergestellt. Dann werden an den Seitenwandabschnitten die kreisrunden Aufnahmeöffnungen 1, 2 für die Kipphebelachse und die Durchgangsbohrungen zur Aufnahme des Nockenrollen-Bolzens auf Fertigmaß gestanzt. Eine spanende Nachbearbeitung der Aufnahmeöffnungen 1, 2 und der Durchgangsbohrungen ist nicht erforderlich. Die Aufnahmeöffnungen 1, 2 können in einem Schritt in der Tiefziehpresse hergestellt werden. Am ventilseitigen Hebelendbereich wird an der Durchgangsöffnung zur Aufnahme der Ventilspiel-Einstellschraube an der dem Gaswechselventil zugewandten Seite ein Gewindeabschnitt angeformt. Optional kann am Quersteg auf Höhe der Aufnahmeöffnungen 1, 2 eine Aussparung zur Gewichtsreduzierung des Kipphebels ausgestanzt werden, deren Größe und Kontur an die Last und die Lastrichtung angepasst sind.
-
Der Kipphebel ist mit seinem U-förmigen Querschnittsprofil über seine Kipphebelkörperbreite einfach an die Einbauverhältnisse anpassbar. Der ventilseitigen Hebelendbereich ist zur Anpassung an die Einbauverhältnisse an den Seitenwänden gekröpft ausgeführt (2). Die am antriebsseitigen Hebelendbereich ausgebildete Kröpfung an einer Seitenwand dient zur Gewichts- bzw. Materialeinsparung.
-
6 zeigt in einer perspektivischen Seitenansicht einen erfindungsgemäßen Kipphebel in einem zweiten Ausführungsbeispiel. An den Aufnahmeöffnungen 1, 2 ist ein Fertigmaß dF zur Aufnahme der Kipphebelachse eingetragen. Bei dieser Ausgestaltung werden zum Ausgleich von Härteverzug in einem Vorbereitungsschritt die Aufnahmeöffnungen 1, 2 im Durchmesser mit einem vorbestimmten Vorbereitungsmaß dV spanlos, vorzugsweise durch Stanzen oder Schneiden, im ungehärteten Zustand des Kipphebels hergestellt. Das Vorbereitungsmaß dV ist geringfügig kleiner ist als das vorbestimmte Fertigmaß dF und ist hier durch eine gestrichelte Linie angedeutet, wobei zur Verdeutlichung das Vorbereitungsmaß dV übertrieben kleiner als das Fertigmaß dF dargestellt ist. Nach dem Härten des Kipphebels werden die Aufnahmeöffnungen 1, 2 durch spanende Nachbearbeitung auf das Fertigmaß (dF) aufgeweitet und dabei der Härteverzug ausgeglichen.
-
Vorzugsweise ist der Betrag des Quotienten aus dem Verhältnis von Vorbereitungsmaß dV zu Fertigmaß dF kleiner oder gleich 0,985, so dass gilt dV/dF ≤ 0,985.
-
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt der Betrag des Quotienten aus dem Verhältnis von Vorbereitungsmaß dV zu Fertigmaß dF in einem Bereich zwischen 0,97 bis 0,985, dabei gilt 0,97 ≤ dV/dF ≤ 0,985.
-
Dadurch werden etwa 1,5% bis 3% des Durchmessers des Fertigmaßes dF während der vorbereitenden spanlosen Herstellung der Aufnahmeöffnungen 1, 2 zurückgehalten, um einen beim anschließenden Härten des Kipphebels auftretenden Härteverzug durch Nacharbeitung ausgleichen zu können. Durch Anpassung des Härtevorgangs, insbesondere durch eine Reduzierung der Abkühlungsgeschwindigkeit beim Abschrecken des Kipphebels, kann der Härteverzug am Kipphebel zumindest reduziert werden. In der spanenden Nachbearbeitung werden die Aufnahmeöffnungen 1, 2 auf das Fertigmaß dF vorzugsweise durch Fräsen oder Reiben aufgeweitet. Auf diese Weise können sowohl ein Härteschwund im Durchmesser der Aufnahmeöffnungen 1, 2 als auch durch Härteverzug der Seitenwände verursachte Fluchtungsfehler an den Aufnahmeöffnungen 1, 2 kompensiert werden. Dabei können die Aufnahmeöffnungen 1, 2 gleichmäßig rundum zur Ausbildung eines Tragbereichs für die Kipphebelachse bearbeitet werden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann so der Aufwand für die spanende Nachbearbeitung minimiert werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Aufnahmeöffnung
- 2
- Aufnahmeöffnung
- 3
- Fase
- 4
- Abschnitt
- L
- Glattschnittanteil
- S
- Wandstärke
- dV
- Vorbereitungsmaß
- dF
- Fertigmaß
