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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Schwinghebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zur Herstellung eines Schwinghebels gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2 näher definierten Art.
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Mechanische Schwinghebel werden üblicherweise als Guss- oder Schmiedeteile ausgeführt. Dabei werden die Aufnahmebohrungen und Funktionsflächen am Schwinghebelkörper, insbesondere zur schwenkbeweglichen Lagerung der Schwinghebelachse, aufwendig bearbeitet. Diese Ausgestaltung erfordert ein energie- und kostenintensives Herstellungsverfahren. Weiterhin bekannte Blechschwinghebel weisen zur schwenkbeweglichen Lagerung der Schwinghebelachse eine Hülse, Halbschale oder eine Blecheinlage und Kunststoff auf. Die hierzu zusätzlich benötigten Bauteile führen zu einem aufwendigen Montage- und Herstellungsverfahren. Schwinghebel, insbesondere zum Einsatz im Zweiradbereich, werden zunehmend in Motoren für Niedrigpreis-Märkte, wie beispielsweise in Asien, eingesetzt. Dies erfordert eine kostengünstige Herstellung des Schwinghebels.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schwinghebel und ein Verfahren zur Herstellung eines Schwinghebels der vorgenannten Art zu vereinfachen und kostengünstig zu gestalten. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale des Patentanspruchs 2 gelöst.
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Es wird ein Schwinghebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei dem Aufnahmeöffnungen zur Aufnahme einer Schwinghebelachse spanlos mit Kontaktflächen zur unmittelbaren schwenkbeweglichen Lagerung auf der Schwinghebelachse hergestellt sind. Die Kontaktflächen stehen dabei in unmittelbarem Schwenkkontakt mit der Schwinghebelachse. Zusätzliche Bauteile zur Abstützung, wie Hülsen, Halbschalen oder Wälzlager, werden so vermieden.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines Schwinghebels, insbesondere zur Herstellung eines vorangehend beschriebenen Schwinghebels gelöst. Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, an parallelen Seitenwandabschnitten des Schwinghebels zueinander fluchtend angeordnete Aufnahmeöffnungen zur Aufnahme einer Schwinghebelachse durch Glattschnitt herzustellen. An den durch Glattschnitt hergestellten Aufnahmeöffnungen ist der Schwinghebel unmittelbar auf der Schwinghebelachse lagerbar. Der Glattschnitt ermöglicht die spanlose Herstellung der Aufnahmeöffnungen mit tragfähigen Kontaktflächen zur Abstützung an der Schwinghebelachse. Eine spanende Nachbearbeitung der Aufnahmeöffnungen wird so vermieden.
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Die Aufnahmeöffnungen werden vorzugsweise mit maximalem Glattschnittanteil hergestellt. Herbei entspricht die maximale Glattschnittlänge nahezu der Wandstärke bzw. Blechstärke der Seitenwandabschnitte, um eine möglichst große Kontaktfläche zwischen Aufnahmeöffnungen und Schwinghebelachse zu erreichen.
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Die Aufnahmeöffnungen können durch Stanzen mit erfindungsgemäß erhöhtem Glattschnittanteil hergestellt werden. Alternativ ist auch eine Herstellung durch Schneiden denkbar.
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Die Aufnahmeöffnungen sind mit einem tragfähigen Glattschnittanteil von mindestens 80% besonders einfach und kostengünstig spanlos herstellbar. Hierbei kann abhängig von der Belastung kann so ein ausreichender Tragbereich zwischen Aufnahmeöffnungen und Schwinghebelachse gewährleistet werden, so dass die zulässigen materialspezifischen Flächenpressungen eingehalten werden.
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Es ist von Vorteil, wenn die Aufnahmeöffnungen in ungehärtetem Zustand des Schwinghebels mit einem Durchmesser hergestellt werden, der den zu erwartenden Härteverzug bei einem anschließenden Härteprozess des Schwinghebels kompensiert, so dass sich nach dem Härten am Fertigteil durch den Härteverzug der erforderliche Durchmesser an den Aufnahmeöffnungen zur Aufnahme der Schwinghebelachse einstellt. Auf diese Weise ist es möglich, eine durch das Härten des Schwinghebels entstehende Veränderung der Maß- und Formgenauigkeit, insbesondere ein Härteschwund im Durchmesser und durch den Härteverzug der Seitenwände bedingte Fluchtungsfehler der Aufnahmeöffnungen, auszugleichen.
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Vorzugsweise werden zum Ausgleich von Härteverzug die Aufnahmeöffnungen im Durchmesser mit einem vorbestimmten Vorbereitungsmaß, das geringfügig kleiner ist als ihr Fertigmaß, hergestellt.
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Gegebenenfall kann durch spanende Nachbearbeitung der Härteverzug an den Aufnahmeöffnungen ausgeglichen werden. Die Nachbearbeitung wird so auf ein Minimum beschränkt.
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Der erfindungsgemäße Schwinghebel wird vorzugsweise umformtechnisch in Blech, insbesondere durch Tiefziehen, hergestellt. Er kann besonders vorteilhaft in Motorradmotoren, insbesondere mit mehr als zwei Gaswechselventilen pro Zylinder und zwei Nockenwellen zur Ventilbetätigung, eingesetzt werden.
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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 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schwinghebels,
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2 den Schwinghebel in einer Schnittdarstellung,
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3 den Schwinghebel in einer Draufsicht,
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4 einen Teilschnitt des Schwinghebels,
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5 den Schwinghebel in einem ersten Herstellungszustand,
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6 den Schwinghebel in einem zweiten Herstellungszustand in einer Seitenansicht,
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7 den Schwinghebel aus 6 in einer Draufsicht.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In 1, 2 und 3 ist beispielhaft ein erfindungsgemäßer Schwinghebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs dargestellt. Der Schwinghebel bildet einen einseitigen Hebel. Er ist an einem abstützseitigen Endbereich auf einer nicht dargestellten Schwinghebelachse schwenkbeweglich abstützbar (1). Er ist in Blech mit zwei parallelen Seitenwandabschnitten 1, 2 und einem diese verbindenden Quersteg 3 ausgeführt (3). Die Seitenwandabschnitte 1, 2 und der Quersteg 3 bilden dabei ein U-förmiges Querschnittsprofil, wobei in montiertem Zustand die geschlossene U-Seite mit dem Quersteg 3 einer nicht dargestellten Nockenwelle der Brennkraftmaschine zugewandt und die offene U-Seite von der Nockenwelle abgewandt ist. Am abstützseitigen Endbereich weist der Schwinghebel an seinen Seitenwandabschnitten 1, 2 zueinander fluchtende Aufnahmeöffnungen 4 zur Aufnahme der Schwinghebelachse auf. Die Aufnahmeöffnungen 4 sind als Durchgangsöffnungen oder -löcher ausgeführt und in 3 verdeckt durch gestrichelte Linien dargestellt und dienen als Lageraugen an den Seitenwandabschnitten 1, 2 für die Schwinghebelachse. Der Schwinghebel ist so direkt an den Seitenwandabschnitten 1, 2 in den Aufnahmeöffnungen 4 schwenkbeweglich auf der Schwinghebelachse wandgelagert abstützbar.
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Durch den Schwinghebel ist an einer Nockenkontaktfläche 5 an der der Nockenwelle zugewandten Seite des Schwinghebels eine Nockenhubbewegung von der Nockenwelle abgreifbar. Die Nockenhubbewegung ist an einem ventilseitigen Endbereich des Schwinghebels an einer Ventilkontaktfläche 6 zur Ventilbetätigung auf zumindest ein nicht dargestelltes Gaswechselventil der Brennkraftmaschine übertragbar. Nockenkontaktfläche 5 und Ventilkontaktfläche 6 bilden Gleitflächen und sind als Beschichtungsflächen durch gestrichelte Linien angedeutet.
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In 4 ist in einem Teilschnitt eine Aufnahmeöffnung 4 an einem Seitenwandabschnitt 1, 2 vergrößert dargestellt. Die Aufnahmeöffnungen 4 werden spanlos durch Stanzen oder Schneiden mit geringem radialen Spiel zum Außendurchmesser der Schwinghebelachse hergestellt.
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Dabei ist erfindungsgemäß der Glattschnittanteil in jeder Aufnahmeöffnung 4 größer oder gleich 80% der Wandstärke S der Seitenwandabschnitte 1, 2. Unter dem Glattschnittanteil wird das prozentuale Verhältnis aus der in Stanzrichtung bzw. in Richtung der Achse der Aufnahmeöffnung 4 gemessenen Länge L des durch Stanzen oder Schneiden vollkommen zylindrisch hergestellten Oberflächenbereichs der Aufnahmeöffnung 4 zur Wandstärke S, hier der Blechstärke, der Seitenwandabschnitte 1, 2 verstanden. Die Wandstärke S bzw. die Blechstärke beträgt vorzugsweise 2 mm bis 3,5 mm, um eine ausreichende Steifigkeit und eine ausreichend tragende Länge zu erreichen. Abhängig von der Belastung, insbesondere zur Erhöhung der Steifigkeit, kann die Wandstärke S auch vergrößert ausgeführt werden.
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Die Aufnahmeöffnungen 4 weisen jeweils einen spanlos durch Stanzen oder Schneiden in Glattschnitt vollkommen zylindrisch hergestellten Glattschnittbereich mit der oben beschriebenen Länge L auf. Der Glattschnittbereich ermöglicht an der Oberfläche der Aufnahmeöffnungen 4 einen Flächenkontakt mit der zylindrischen Oberfläche der Schwinghebelachse und bildet so einen möglichen Tragbereich zwischen dieser und den Aufnahmeöffnungen 4. Der Glattschnittbereich bildet so Kontaktflächen an denen die Aufnahmeöffnungen 4 zur Lagerung in unmittelbarem Schwenkkontakt bzw. in Gleitkontakt mit der Schwinghebelachse stehen. Auf diese Weise wird ein in den Aufnahmeöffnungen 4 der Seitenwandabschnitte 1, 2 auf der Schwinghebelachse gelagerter Schwinghebel erreicht, der rein umformtechnisch hergestellt ist und ohne Nachbearbeitung und zusätzliche Lagerelemente, wie z.B. Wälzlager, Lagerschalen oder Hülsen, auskommt. Die Erfindung ermöglicht eine einfache spanlose Herstellung der Aufnahmeöffnungen 4 mit erhöhtem Glattschnittanteil L derart, dass diese im Rahmen der zulässigen Flächenpressungen zur Abstützung an einer Schwinghebelachse ohne spanende Nachbearbeitung oder den Einsatz weiterer Bauteile tragfähig sind.
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Der Glattschnittbereich wird an dem hebelaußenseitigen Endabschnitt der Aufnahmeöffnung 4 durch eine geringfügige Fase 7 zum Entgraten und zur Vereinfachung der Montage der Schwinghebelachse begrenzt. Vorzugsweise entspricht der Glattschnittanteil L in den Aufnahmeöffnungen 4 der Blech- bzw. Wandstärke S abzüglich der Länge der Fase 7.
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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 7 und ein Ausriss- bzw. Bruchabschnitt am hebelinnenseitigen Endabschnitt an den Aufnahmeöffnungen 4 vermieden werden, so dass diese mit einem Glattschnittanteil bis zu 100%, d.h. vollkommen glatt, spanlos hergestellt werden können.
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Der Quersteg 3 bildet am ventilseitigen Endbereich an seiner Außenseite eine plane Nockenkontaktfläche 5 (1, 2 und 3), die mit einem antreibenden Nocken der Nockenwelle in Kontakt steht. Am ventilseitigen Ende des Querstegs 3 ist einteilig mit diesem eine flach ausgeführte Lasche 8 ausgebildet, die sich an die Nockenkontaktfläche 5 in Hebellängsrichtung anschließt und den Quersteg 3 verlängert. Die Lasche 8 ist zwischen den Seitenwandabschnitten 1, 2 umgebogen und an diesen verschweißt, derart, dass sie dabei an ihrer Außenseite eine konvex gekrümmte Ventilkontaktfläche 6 bildet, die der Nockenkontaktfläche 5 in Schwenkrichtung des Schwinghebels gegenüberliegt. An der Ventilkontaktfläche 6 steht der Schwinghebel mit einem Ende des zu betätigenden Gaswechselventils in Kontakt. Im Bereich der Aufnahmeöffnungen 4 ist am abstützseitigen Ende des Querstegs 3 eine Aussparung 9 vorgesehen (3).
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Die Lasche 8 weist eine konvex gebogene Form auf, damit die Kontaktpressungen an der Ventilkontaktfläche 6 gering gehalten werden können. Außerdem muss sie mit der erforderlichen Länge ausgebildet sein, so dass sie nach dem Umbiegen die gewünschte Kontaktform und Kontaktlänge aufweist.
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Nockenkontaktfläche 5 und der Ventilkontaktfläche 6 können als Gleitflächen nocken- und ventilseitig zur Reduzierung der Reibung und zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit beschichtet ausgeführt sein. Die Beschichtung ist in 1 bis 3 durch eine gestrichelte Linie angedeutet.
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Zur Herstellung des Schwinghebels wird zunächst der Schwinghebel als Rohling mit den Seitenwandabschnitten 1, 2, der Aussparung 9 sowie der Lasche 8 gestanzt oder zugeschnitten (5). Am Rohling sind die späteren Biegekanten der Seitenwandabschnitte 1, 2 durch gestrichelte Linien angedeutet. Danach werden die Seitenwandabschnitte 1, 2 umgebogen, wobei der diese verbindende Quersteg 3 entsteht. Nach dem Umbiegen steht die Lasche 8 am ventilseitigen Endbereich zwischen den Seitenwandabschnitten 1, 2 über und es werden die Aufnahmeöffnungen 4 an den Seitenwänden 1, 2 für die Schwinghebelachse fluchtend mit maximalem Glattschnittanteil ausgestanzt (6 und 7). Der zu stanzende Durchmesser der Aufnahmeöffnungen 4 wird so gewählt, dass der zu erwartende Schwund beim Härten des Hebels kompensiert wird und nach dem Härten am Fertigteil sich der erforderliche Durchmesser zur Aufnahme der Schwinghebelachse ergibt. Hierzu werden zum Ausgleich von Härteverzug in einem Vorbereitungsschritt die Aufnahmeöffnungen 4 im Durchmesser mit einem vorbestimmten Vorbereitungsmaß im ungehärteten Zustand des Schwinghebels hergestellt. Das Vorbereitungsmaß ist geringfügig kleiner ist als das vorbestimmte Fertigmaß. Nach dem Härten des Schwinghebels stellt sich dann an den Aufnahmeöffnungen 4 durch den Härteverzug das vorbestimmte Fertigmaß zur Aufnahme der Schwinghebelachse, ohne dass es eines weiteren Bearbeitungsschrittes bedarf automatisch ein. Führt der Härteverzug zu großer Unrundheit oder Fluchtungsfehlern an den Aufnahmeöffnungen 4, kann der Härteverzug durch spanende Nachbearbeitung ausgeglichen werden.
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6 und 7 zeigen den Rohling mit umgebogenen Seitenwandabschnitten 1, 2 und den sie verbindenden Quersteg 3. Am abstützseitigen Endbereich sind an den Seitenwandabschnitten 1, 2 fluchtend die Aufnahmeöffnungen 4 und an dem die Seitenwandabschnitte 1, 2 verbindenden Quersteg 3 an dessen abstützseitigem Ende die Aussparung 9 ausgebildet. Die am ventilseitigen Ende des Querstegs 3 einteilig an diesem in Hebellängsrichtung vorstehende Lasche 8 wird anschließend zwischen den Seitenwandabschnitten 1, 2 zur Bildung der erforderlichen Kontur der Nockenkontaktfläche 5 und der Ventilkontaktfläche 6 umgebogen und an den Seitenwandabschnitten 1, 2, vorzugsweise durch Laserschweißen, fixiert. Nockenkontaktfläche 5 und Ventilkontaktfläche 6 können wie oben beschrieben beschichtet werden.
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Der Schwinghebel kann besonders einfach umformtechnisch in einer Tiefziehpresse hergestellt werden. Zunächst wird durch Tiefziehen der Schwinghebelgrundkörper mit dem U-förmigem Querschnittsprofil hergestellt. Dann werden an den Seitenwandabschnitten 1, 2 die kreisrunden Aufnahmeöffnungen 4 für die Schwinghebelachse auf Fertigmaß gestanzt. Eine spanende Nachbearbeitung der Aufnahmeöffnungen 4 ist nicht erforderlich.
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Die Einbaubreite des Schwinghebels von Seitenwandabschnitt 1 zu Seitenwandabschnitt 2 ist durch sein U-förmiges Querschnittsprofil über die Breite des Querstegs 3 einfach an die Einbauverhältnisse anpassbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Seitenwandabschnitt
- 2
- Seitenwandabschnitt
- 3
- Quersteg
- 4
- Aufnahmeöffnung
- 5
- Nockenkontaktfläche
- 6
- Ventilkontaktfläche
- 7
- Fase
- 8
- Lasche
- 9
- Aussparung
- L
- Glattschnittanteil
- S
- Wandstärke
