DE102014216961A1

DE102014216961A1 - Tassenstößel und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102014216961A1
Application number: DE102014216961.5A
Authority: DE
Inventors: Günter Eisenhardt; Manfred Straetz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2016-03-03
Also published as: KR20170043645A; JP2017526856A; WO2016029910A1; CN106661968B; CN106661968A; US10066516B2; EP3186492A1; EP3186492B1; US20170081985A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Tassenstößel (1) für eine Brennkraftmaschine, aufweisend ein Stößelgehäuse (2) mit einem hohlzylindrischen Tassenhemd (3) sowie einem das Tassenhemd (3) einseitig verschließenden Tassenboden (4), an dem das Tassenhemd (3) mittels spanloser Kaltumformung eines Stahlrohlings angeformt ist, wobei die Außenseite des Tassenbodens (4) als Kontaktfläche (5) für einen den Tassenstößel (1) hubbeaufschlagenden Nocken (6) der Brennkraftmaschine dient, und bei dem die Außenseite des Tassenhemds (3) als Kontaktfläche (8) für eine den Tassenstößel (1) in Hubrichtung lagernde Führungsbohrung (9) der Brennkraftmaschine dient. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tassenstößel (1) der eingangs genannten Art und ein Verfahren zu dessen Herstellung jeweils im Hinblick auf reduzierte Herstellkosten fortzubilden. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass die unbearbeitete und unbeschichtete Nockenkontaktfläche (5) des Tassenbodens (4) mittels eines Bürstwerkzeugs (13) spanend bearbeitet ist, und dass keine weitere mechanische Bearbeitung der Nockenkontaktfläche (5) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tassenstößel für eine Brennkraftmaschine, aufweisend ein Stößelgehäuse mit einem hohlzylindrischen Tassenhemd sowie einem das Tassenhemd einseitig verschließenden Tassenboden, an dem das Tassenhemd mittels spanloser Kaltumformung eines Stahlrohlings angeformt ist, wobei die Außenseite des Tassenbodens als Kontaktfläche für einen den Tassenstößel hubbeaufschlagenden Nocken der Brennkraftmaschine dient, und bei dem die Außenseite des Tassenhemds als Kontaktfläche für eine den Tassenstößel in Hubrichtung lagernde Führungsbohrung der Brennkraftmaschine.
Derartige Tassenstößel werden im Gaswechselventiltrieb einer Brennkraftmaschine verwendet, um die Nockenerhebung eines Nockens an einer Nockenwelle in eine Öffnungsbewegung des zugehörigen Gaswechselventils zu übertragen. Daneben besteht die Möglichkeit, den Tassenstößel als Abgriffselement für den Nocken einer Kraftstoffeinspritzpumpe zu verwenden, um die Erhebung des Pumpennockens auf den Kolben der Einspritzpumpe zu übertragen. In jedem Fall handelt es sich um ein mechanisch stark belastetes Bauteil, das zum einen die im Nockenkontakt auftretenden Hertz’schen Pressungen hinreichend verschleißarm ertragen muss, und das zum anderen hinreichend verschleiß- sowie geräuscharm in einer Führungsbohrung zu lagern ist.
Bereits seit längerer Zeit weisen großseriengerechte Tassenstößel aus Kostengründen spanlos kalt umgeformte Stößelgehäuse aus Stahl auf, die zur Härtesteigerung aller Kontaktflächen anschließend wärmebehandelt werden. Die spanend erzeugte Endkontur des Stößelgehäuses erfolgt typischerweise in einem Schleifprozess, in dem die Außenseite des Tassenhemds, das heißt die Führungskontaktfläche des Tassenstößels, auf das für die Längsführung des Tassenstößels erforderliche Passmaß sowie die Außenseite des Tassenbodens, das heißt die Nockenkontaktfläche, auf die für den Nockenkontakt erforderliche Oberflächengeometrie unter jeweiliger Verringerung der Oberflächenrauhigkeit fertig bearbeitet werden.
Aus der DE 10 2011 076 410 A1 sind ein Tassenstößel und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt. Das Stößelgehäuse aus Metall wird durch spanloses Kaltumformen hergestellt, anschließend wärmebehandelt, und abschließend wird die Außenseite des Tassenhemds auf das erforderliche Maß geschliffen. Die für den Nockenkontakt erforderliche Oberflächengeometrie wird durch Polier- und/oder Läppverfahren erreicht. Danach wird eine DLC-Beschichtung aufgebracht, die anschließend durch Bürsten mechanisch nachbearbeitet wird. Der Bürstvorgang ist so gestaltet, dass jeder Abschnitt der zu bearbeitenden Oberfläche sowohl hinsichtlich der Bearbeitungsintensität als auch der Relativbewegung zwischen dem Tassenstößel und dem Bürstwerkzeug gleichmäßig, insbesondere ohne Bevorzugung irgendeiner bestimmten Richtung, bearbeitet wird, so dass eine isotrope, verschleiß- und reibungsoptimierte Oberflächenstruktur entsteht.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Tassenstößel der eingangs genannten Art und ein Verfahren zu dessen Herstellung jeweils im Hinblick auf reduzierte Herstellkosten fortzubilden.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch einen Tassenstößel sowie durch ein Verfahren zur Herstellung desselben gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweils zugeordneten Unteransprüchen definiert.
Die Erfindung betrifft demnach zunächst einen Tassenstößel für eine Brennkraftmaschine, aufweisend ein Stößelgehäuse mit einem hohlzylindrischen Tassenhemd sowie einem das Tassenhemd einseitig verschließenden Tassenboden, an dem das Tassenhemd mittels spanloser Kaltumformung eines Stahlrohlings angeformt ist, wobei die Außenseite des Tassenbodens als Kontaktfläche für einen den Tassenstößel hubbeaufschlagenden Nocken der Brennkraftmaschine dient, und bei dem die Außenseite des Tassenhemds als Kontaktfläche für eine den Tassenstößel in Hubrichtung lagernde Führungsbohrung der Brennkraftmaschine. Zur Lösung der vorrichtungsbezogenen Aufgabe ist bei diesem Tassenstößel die unbearbeitete und unbeschichtete Nockenkontaktfläche des Tassenbodens mittels eines Bürstwerkzeugs spanend bearbeitet.
Im Gegensatz zum vorerwähnten Stand der Technik wird die Nockenkontaktfläche des Tassenbodens nicht durch ein Polier- und/oder Läppverfahren feinstbearbeitet, sondern die gesamte mechanische Bearbeitung der Nockenkontaktfläche des Tassenbodens erfolgt ausschließlich durch Bürsten, so dass die Nockenkontaktfläche eine isotrope Struktur aufweist, und der so mechanisch bearbeitete Tassenstößel, dessen Tassenhemd auf Maß geschliffen ist, lässt sich bereits in dieser Form verwenden.
Gegebenenfalls kann der Tassenstößel nach der Kaltumformung zwecks Härtesteigerung wärmebehandelt sein, wobei das Bürsten der Nockenkontaktfläche des Tassenbodens vor oder nach der Wärmebehandlung erfolgen kann.
Eine weitere Maßnahme zur Verschleißminderung kann darin bestehen, dass die Nockenkontaktfläche des Tassenbodens eine Beschichtung aufweist, die vorzugsweise als DLC-Beschichtung ausgebildet ist.
Die eingangs erwähnte Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zur Herstellung eines Tassenstößels für eine Brennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art gelöst Demnach betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines Tassenstößels für eine Brennkraftmaschine, welche einen Tassenstößel, ein Stößelgehäuse mit einem hohlzylindrischen Tassenhemd und einem das Tassenhemd einseitig verschließenden Tassenboden aufweist, an dem das Tassenhemd mittels spanloser Kaltumformung eines Stahlrohlings angeformt ist, wobei die Außenseite des Tassenbodens als Kontaktfläche für einen den Tassenstößel hubbeaufschlagenden Nocken der Brennkraftmaschine dient, und bei dem die Außenseite des Tassenhemds als Kontaktfläche für eine den Tassenstößel in Hubrichtung lagernde Führungsbohrung der Brennkraftmaschine dient, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte aufweist:

a) Tiefziehen des Stößelgehäuses aus einer Blechplatine,
b) Bürsten der unbearbeiteten und unbeschichteten Nockenkontaktfläche.

Das Bürsten erfolgt dabei in der Weise, dass eine isotrope Oberflächenstruktur entsteht.
Das Verfahren kann zusätzlich den folgenden Schritt aufweisen:

aa) Wärmebehandlung des Tassenstößels zwecks Härtesteigerung vor dem Bürsten der Nockenkontaktfläche.

Zur weiteren Verschleißminderung kann das Verfahren den zusätzlichen Schritt aufweisen:

d) Nach dem Bürsten Aufbringen einer Beschichtung auf die Nockenkontaktfläche, beispielsweise einer DLC-Beschichtung.

Es ergibt sich durch Nutzung des geschilderten Verfahrens, dass die Nockenkontaktfläche des Tassenbodens eine gezielte und signifikante Verbesserung der Oberflächenrauhigkeit aufweist, ohne die beim Walzen der Bleche für die Stahlplatine erzeugte Oberflächentopographie stark zu verändern. Diese spezielle Topographie wirkt sich positiv auf die Reduzierung des Reibmoments zwischen dem Nocken und dem Stößel aus. Da das gemäß der DE 10 2011 076 410 A1 vorgesehene Polieren und/oder Läppen der Nockenkontaktfläche vor dem Aufbringen der DLC-Beschichtung entfällt und durch das Bürsten der unbearbeiteten sowie unbeschichteten Nockenkontaktfläche des Tassenbodens ersetzt wird, während nach dem Aufbringen der DLC-Beschichtung kein weiteres Bürsten durchgeführt wird, ist die Bearbeitungszeit des Tassenstößels verkürzt und der Herstellprozess vereinfacht, was zu verminderten Herstellkosten führt.
Die Erfindung ist zwar besonders vorteilhaft in Bezug zur Herstellung eines Tassenstößels für eine Brennkraftmaschine, jedoch lassen sich auch Schlepphebel oder Kipphebel in Kolbenmaschinen, aber auch Zahnräder- oder Wälzlagerkomponenten, insbesondere Lagerringe und Wälzkörper, beispielsweise Kugeln, Nadeln, Zylinderrollen oder Kegelrollen, erfindungsgemäß ausbilden und herstellen. Als Grundwerkstoff des zu beschichtenden Maschinenelements wird vorzugsweise ein Stahl verwendet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 einen Gaswechselventiltrieb mit einem mechanischen Tassenstößel im Längsschnitt, und
2 eine Darstellung des Bürstvorgangs.
1 zeigt einen als Tassenstößeltrieb ausgebildeten Gaswechselventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mechanischem Ventilspielausgleich. Der mechanische Tassenstößel 1 besteht ausschließlich aus einem tassenförmigen Stößelgehäuse 2, das mittels spanloser Kaltumformung eines Stahlrohlings und hier mittels Tiefziehen einer Blechplatine einstückig hergestellt ist. Das Stößelgehäuse 2 setzt sich aus einem hohlzylindrischen Tassenhemd 3 und einem axial endseitigen Tassenboden 4 zusammen, an dem das Tassenhemd 3 angeformt ist und welcher das Tassenhemd 3 einseitig verschließt. Die axiale Außenseite des Tassenbodens 4 dient als Kontaktfläche 5 für einen Nocken 6, dessen Erhebung vom Tassenstößel 1 in eine Öffnungsbewegung des in Schließrichtung federkraftbeaufschlagten Gaswechselventils 7 übertragen wird. Die radiale Außenseite des Tassenhemds 3 dient als Kontaktfläche 8 für eine den Tassenstößel 1 in Hubrichtung lagernde hohlzylindrische Führungsbohrung 9 der Brennkraftmaschine.
Die axiale Innenseite des Tassenbodens 4 ist mit einer sich in Axialrichtung des Gaswechselventils 7 erstreckenden Erhebung 10 versehen, die den Schaft des Gaswechselventils 7 stirnseitig kontaktiert. Die Ventilspieleinstellung erfolgt durch Zusortierung eines Tassenstößels 1 mit einer für das einzustellende Sollventilspiel geeigneten axiale Höhe 11 der Erhebung 10, wobei der Tassenstößel 1 aus einer Gruppensortierung mit verschieden hohen Erhebungen 10 ausgewählt und dann montiert wird. Je nach Anwendungsfall kann eine spanend fein bearbeitete, insbesondere geschliffene Stirnfläche 12 der Erhebung 10 vorgesehen sein.
Das tief gezogene und zwecks Härtesteigerung anschließend wärmebehandelte Stößelgehäuse 2 ist an dessen radiale Außenseite lediglich an der Außenseite des Tassenhemds 3, das heißt im Bereich der Kontaktfläche 8, spanend bearbeitet und hier geschliffen. Dies gewährleistet, dass die erforderlichen Maß- und Formtoleranzen des Tassenhemds 3 in der Führungsbohrung 9 in deren Sollbereich liegen. Die axiale Außenseite des Tassenbodens 4, das heißt die Nockenkontaktfläche 5, ist hingegen nur gebürstet und weist eine isotrope Oberflächenstruktur auf, die sich nur geringfügig von der im Tiefziehprozess und bei der Wärmebehandlung des Stößelgehäuses 2 erzeugten Oberflächenstruktur und Oberflächengeometrie unterscheidet.
2 zeigt die Bearbeitung des Tassenstößels 1 durch Bürsten. Als Werkzeug wird eine in Richtung des Pfeils A rotierende Walzenbürste 13 genutzt, deren Walze 15 partikelbesetzte Filamente 14 aufweist. Während des Bürstens wird die rotierende Walzenbürste 13 in Richtung des Doppelpfeils B hin und her bewegt. Gleichzeitig wird der Tassenstößel 1 entsprechend dem Pfeil D in Drehung um seine Längsachse versetzt. Zusätzlich kann der Tassenstößel 1 auch noch in Richtung des Doppelpfeils E hin und her bewegt werden, um die gewünschte isotrope Struktur der Nockenkontaktfläche 5 zu erhalten. Nach dem Bürsten wird auf die Nockenkontaktfläche 5 in diesem Ausführungsbeispiel eine DLC-Beschichtung 5a aufgebracht. Derartige Beschichtungen sind in der DE 10 2011 076 410 A1 offenbart, so dass deren diesbezüglicher Inhalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht ist.
Statt einer Walzenbürste 15 lässt sich auch eine allgemein bekannte Topfbürste verwenden, deren Rotationsachse senkrecht zum Tassenstößel 1 verläuft und deren der Nockenkontaktfläche zugewandte Stirnfläche die partikelbesetzten Filamente 14 aufweist.
Alle in der vorstehenden Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen und beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
Bezugszeichenliste

1: Tassenstößel
2: Stößelgehäuse
3: Tassenhemd
4: Tassenboden
5: Nockenkontaktfläche
5a: DLC-Beschichtung
6: Nocken
7: Gaswechselventil
8: Kontaktfläche
9: Führungsbohrung
10: Erhebung am Tassenboden
11: Höhe der Erhebung
12: Stirnfläche der Erhebung
13: Walzenbürste
14: Partikelbesetztes Filament
15: Walze
A: Pfeil, Rotation der Walzenbürste
B: Pfeil, translatorische Bewegung der Walzenbürste
D: Pfeil, translatorische Bewegung des Tassenstößels
E: Pfeil, Rotation des Tassenstößels

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

DE 102011076410 A1 [0004, 0015, 0023]

Claims

Tassenstößel (1) für eine Brennkraftmaschine, aufweisend ein Stößelgehäuse (2) mit einem hohlzylindrischen Tassenhemd (3) sowie einem das Tassenhemd (3) einseitig verschließenden Tassenboden (4), an dem das Tassenhemd (3) mittels spanloser Kaltumformung eines Stahlrohlings angeformt ist, wobei die Außenseite des Tassenbodens (4) als Kontaktfläche (5) für einen den Tassenstößel (1) hubbeaufschlagenden Nocken (6) der Brennkraftmaschine dient, und bei dem die Außenseite des Tassenhemds (3) als Kontaktfläche (8) für eine den Tassenstößel (1) in Hubrichtung lagernde Führungsbohrung (9) der Brennkraftmaschine dient, dadurch gekennzeichnet, dass die unbearbeitete und unbeschichtete Nockenkontaktfläche (5) des Tassenbodens (4) mittels eines Bürstwerkzeugs (13) spanend bearbeitet ist.
Tassenstößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenkontaktfläche (5) in der Weise bearbeitet ist, dass sie eine isotrope Struktur aufweist.
Tassenstößel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tassenstößel (1) nach der Kaltumformung zwecks Härtesteigerung wärmebehandelt ist.
Tassenstößel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gebürstete Nockenkontaktfläche (5) des Tassenbodens (4) eine Beschichtung (5a) aufweist.
Tassenstößel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5a) als DLC-Beschichtung ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Tassenstößels (1) für eine Brennkraftmaschine, welche einen Tassenstößel (1), ein Stößelgehäuse (2) mit einem hohlzylindrischen Tassenhemd (3) und einem das Tassenhemd (3) einseitig verschließenden Tassenboden (4) aufweist, an dem das Tassenhemd (3) mittels spanloser Kaltumformung eines Stahlrohlings angeformt ist, wobei die Außenseite des Tassenbodens (4) als Kontaktfläche (5) für einen den Tassenstößel (1) hubbeaufschlagenden Nocken (6) der Brennkraftmaschine dient, und bei dem die Außenseite des Tassenhemds (3) als Kontaktfläche (8) für eine den Tassenstößel (1) in Hubrichtung lagernde Führungsbohrung (9) der Brennkraftmaschine dient, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Tiefziehen des Stößelgehäuses (2) aus einer Blechplatine; b) Bürsten der unbearbeiteten und unbeschichteten Nockenkontaktfläche (5).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bürsten in der Weise erfolgt, dass eine isotrope Struktur entsteht.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 mit dem zusätzlichen Schritt: aa) Wärmebehandlung des Tassenstößels (1) zwecks Härtesteigerung vor dem Bürsten der Nockenkontaktfläche.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 mit dem zusätzlichen Schritt: d) Nach dem Bürsten Aufbringen einer Beschichtung (5a) auf die Nockenkontaktfläche (5).
Verfahren nach Anspruch (9), gekennzeichnet durch das Aufbringen einer DLC-Beschichtung (5a) auf die Nockenkontaktfläche (5).