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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventilstößel einer Brennkraftmaschine mit einem Stößelhauptkörper und einer Verschleißplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem solchen Ventilstößel.
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Ventilstößel sind in Brennkraftmaschinen eingesetzte Übertragungselemente, welche eine Bewegung eines rotierenden Nockens in eine translatorische Stellbewegung zum Verstellen eines Ventils übertragen. Derartige Ventilstößel, wie beispielsweise Flachstößel, bestehen dabei üblicherweise aus einem Stößelhauptkörper sowie einer Verschleißplatte, die mit dem Stößelhauptkörper fest verbunden ist. Zur Verbindung wird hierbei üblicherweise eine Lötverbindung ausgewählt, was jedoch eine besonders exakt bearbeitete und ebene Fläche auf dem Stößelhauptkörper erfordert, um eine qualitativ hochwertige Lötverbindung herstellen zu können.
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Die im vorherigen Absatz beschriebenen Ventilstößel übertragen hauptsächlich Druckkräfte von beispielsweise einer Nockenwelle auf das zu betätigende Ventil, so dass auch die auf dem Stößelhauptkörper angeordnete Verschleißplatte nahezu ausschließlich Druckkräften ausgesetzt ist. Kräfte, welche die Verschleißplatte anheben oder seitlich belasten, treten dagegen kaum auf. Eine hochfeste Lötverbindung, die vergleichsweise aufwendig zu fertigen und dadurch auch teuer herzustellen ist, ist daher im Grunde unnötig.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Ventilstößel der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine kostengünstigere Fertigung erlaubt.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, anstelle der bisher verwandten und aufwendig und teuer zu fertigenden Lötverbindung, eine Verschleißplatte über eine Klebeverbindung mit einem Stößelhauptkörper eines Ventilstößels einer Brennkraftmaschine zu verbinden. Um jedoch die vergleichsweise hohen Druckkräfte problemlos übertragen zu können, weist der Stößelhauptkörper der Verschleißplatte zugewandte, erhabene Bereiche auf, auf denen die Verschleißplatte aufliegt und über die sich die Verschleißplatte direkt am Stößelhauptkörper abstützt. Die Übertragung von Druckkräften erfolgt somit von der Verschleißplatte direkt über die erhabenen Bereiche auf den Stößelhauptkörper, so dass die eigentliche Klebeverbindung lediglich als Verliersicherung der Verschleißplatte am Stößelhauptkörper dienen muss. Durch die erhabenen Bereich ist es erstmals möglich, die Verschleißplatte am Stößelhauptkörper anzukleben, da der Klebstoff selbst nicht zur Übertragung der Druckkräfte herangezogen wird. Hierzu wäre der Klebstoff üblicherweise auch ungeeignet, so dass eine vollflächig über eine Klebstoffschicht mit dem Stößelhauptkörper verklebte Verschleißplatte nicht dauerhaft wäre. Der verwendete Klebstoff ist selbstverständlich temperaturbeständig und zudem beständig gegenüber den in einem Zylinderkopf auftretenden aggressiven Medien, wie beispielsweise Ölen. Durch die erfindungsgemäß am Stößelhauptkörper ausgebildeten, erhabenen Bereiche kann somit auf die bisher zur Verbindung der Verschleißplatte mit dem Stößelhauptkörper eingesetzte, aufwendige und teure Lötverbindung verzichtet werden, wodurch der erfindungsgemäße Ventilstößel insgesamt fertigungstechnisch einfacher und kostengünstiger hergestellt werden kann.
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Zweckmäßig weist der Stößelhauptkörper eine Vertiefung auf, in der die Verschleißplatte zumindest teilweise aufgenommen ist, wobei die erhabenen Bereiche an einem Boden der Vertiefung angeordnet sind. Die Vertiefung umgebend ist ein Rand angeordnet, der die Verschleißplatte umgreift. Auf die Verschleißplatte einwirkende Druckkräfte können somit direkt über die erhabenen Bereiche an den Stößelhauptkörper bzw. dem Ventilstößel übertragen werden, wogegen Scherkräfte vom Rand aufgenommen werden können. Lediglich nicht oder nur sehr selten auftretende Zugkräfte, die üblicherweise das Maß einer Verliersicherung nicht überschreiten, müssen somit vom erfindungsgemäß eingesetzten Klebstoff aufgebracht werden. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Vertiefung kann auch eine formschlüssige Aufnahme der Verschleißplatte im Stößelhauptkörper erreicht werden, was insbesondere für die Aufnahme eventuell auftretender Scherkräfte besonders vorteilhaft ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind zwischen den erhabenen Bereichen Senken zur Aufnahme des Klebstoffs angeordnet. Da die erhabenen Bereiche in direktem Kontakt zur Verschleißplatte stehen, ist es erforderlich, den zuvor aufgetragenen Klebstoff zwischen den erhabenen Bereichen unterzubringen, wozu die erfindungsgemäß vorgesehenen Senken vorgesehen sind. Die Senken bieten dabei eine vergleichsweise große Oberfläche, über welche der verwendete Klebstoff hohe Haftkräfte übertragen kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind die Senken und/oder die erhabenen Bereiche, das heißt insgesamt die hierdurch erzeugte Struktur, durch Drehen, Fräsen, Honen oder mittels eines Lasers eingebracht. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung zeigt kostengünstige Möglichkeiten auf, die erhabenen Struktur bzw. die erhabenen Bereiche zusammen mit den zugehörigen Senken in den Stößelhauptkörper einzubringen und zwar sowohl qualitativ hochwertig als auch kostengünstig.
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Zweckmäßig bilden die erhabenen Bereiche eine Spirale oder einzelne Plateauinseln. Dies stellt lediglich zwei mögliche Ausführungsformen zur Ausbildung der erhabenen Bereiche dar, welche maschinell, insbesondere durch die im vorherigen Absatz beschriebenen Fertigungsprozesse, einfach und kostengünstig herzustellen sind.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Verschleißplatte aus einem Hartmetall ausgebildet. Unter Hartmetallen versteht man üblicherweise gesinterte Carbidhartmetalle, die sich durch eine hohe Härte sowie eine hohe Verschleißbeständigkeit und eine hohe Warmhärte auszeichnen. Sie finden daher eine ausgedehnte Anwendung sowohl in der Bestückung von Werkzeugen, als auch bei verschleißbeständig auszuführenden Maschinenbauteilen. Hierfür eingesetzte Hartmetalle bestehen hauptsächlich aus Wolframcarbid sowie Kobalt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ventilstößels ist der Klebstoff ein Einkomponenten-Epoxidharz. Derartige Einkomponenten-Epoxidharze sind üblicherweise heiß härtend und besitzen sowohl eine hohe Festigkeit, als auch eine erhöhte Lösemittelbeständigkeit und Temperaturbeständigkeit. Sie sind demzufolge besonders geeignet für den Einsatz im vorgesehenen Fall, das heißt insbesondere in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine. Sie sind zudem kostengünstig, insbesondere kostengünstiger als Zweikomponenten-Epoxidharzkleber.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 bis 3 jeweils eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Ventilstößel mit einer damit verklebten Verschleißplatte,
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4 eine Ansicht auf eine mögliche Ausführungsform einer erhabenen Struktur an dem Stößelhauptkörper,
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5 eine Darstellung wie in 4, jedoch bei einer anderen Ausführungsform der erhabenen Bereiche.
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Entsprechend den 1 bis 3, weist ein erfindungsgemäßer Ventilstößel 1 einer Brennkraftmaschine 2 einen Stößelhauptkörper 3 sowie eine damit verklebte Verschleißplatte 4 auf. Erfindungsgemäß ist somit die Verschleißplatte 4 erstmals über eine Klebeverbindung 5 mit dem Stößelhauptkörper 3 verbunden. Um die im Betrieb der Brennkraftmaschine 2 auftretenden, hohen Druckkräfte problemlos von der Verschleißplatte 4 auf den Stößelhauptkörper 3 übertragen zu können, weist der Stößelhauptkörper 3 der Verschleißplatte 4 zugewandte, erhabene Bereiche 6 auf, zwischen denen Senken 7 angeordnet sind und die in Richtung der Verschleißplatte 4 vorstehen. Auf diesen erhabenen Bereichen 6 liegt die Verschleißplatte 4 direkt auf und kann sich somit darüber abstützen. Die auftretenden Druckkräfte müssen somit nicht über die Klebeverbindung 5 aufgenommen werden, sondern können direkt von der Verschleißplatte 4 über die erhabenen Bereich 6 an den Stößelhauptkörper 3 übertragen werden.
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Betrachtet man die Darstellung in den 1 bis 5, so kann man erkennen, dass der Stößelhauptkörper 3 eine Vertiefung 8 aufweist, in der die Verschleißplatte 4 zumindest teilweise aufgenommen ist, wobei die erhabenen Bereiche 6 an einem Boden der Vertiefung 8 angeordnet sind. Die Vertiefung 8 besitzt darüber hinaus einen Rand 9, der die Verschleißplatte 4 umgreift, so dass letztere vorzugsweise formschlüssig in der Vertiefung 8 und umgeben vom Rand 9 angeordnet ist. Über den Rand 9 können insbesondere auftretende Scherkräfte vergleichsweise einfach und zuverlässig aufgenommen werden.
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Eine Höhe h der erhabenen Bereiche 6 liegt dabei zwischen 0,3 und 0,5 mm, wobei die zwischen den erhabenen Bereichen 6 angeordneten Senken 7 zur Aufnahme des Klebstoffs dienen. In den Senken 7 liegt dabei eine vergleichsweise große Oberfläche vor, über die der darin angeordnete Klebstoff hohe Adhäsionskräfte übertragen kann. Die Klebeverbindung 5 muss bei dem erfindungsgemäßen Ventilstößel 1 somit nahezu ausschließlich als Verliersicherung für die Verschleißplatte 4 dienen, da Druckkräfte nicht über die Klebeverbindung 5, sondern direkt über die erhabenen Bereiche 6 in den Stößelhauptkörper 3 übertragen und Scherkräfte über den Rand 9 aufgenommen werden können.
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Um eine zuverlässige Aufnahme der zu übertragenden Druckkräfte gewährleisten zu können, bilden die erhabenen Bereiche 6 zusammen eine Auflagefläche 10 (vgl. 5), die zumindest 20%, vorzugsweise 60%, der Fläche der Verschleißplatte 4 beträgt.
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Die Senken 7, die Vertiefung 8 und/oder die erhabenen Bereiche 6 können dabei durch Drehen, Fräsen, Honen oder mittels eines Lasers eingebracht und dadurch sowohl qualitativ hochwertig als auch kostengünstig hergestellt werden. Die erhabenen Bereiche 6 können dabei beispielsweise in der Art einer Spirale 12 (vgl. 4) oder in der Art von einzelnen Plateauinseln 11 (vgl. 5) ausgebildet sein. Als Klebstoff für die Klebeverbindung 5 wird beispielsweise ein Einkomponenten-Epoxidharz verwendet, welches sowohl temperaturbeständig als auch beständig gegenüber aggressiven Medien, wie beispielsweise Ölen, ist und dadurch besonders geeignet für den Einsatz in einem Zylinderkopf ist.
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Die Verschleißplatte 4 wiederum kann beispielsweise aus einem Hartmetall ausgebildet sein und dadurch ebenfalls eine hohe Festigkeit und eine hohe Verschleißbeständigkeit aufweisen.
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Durch den erfindungsgemäßen Ventilstößel 1 kann insbesondere auf eine bisher zur Befestigung der Verschleißplatte 4 am Stößelhauptkörper 3 erforderliche Lötverbindung gänzlich verzichtet werden, wobei eine derartige Lötverbindung aufgrund der hierfür erforderlichen ebenen Flächen am Stößelhauptkörper 3 besonders aufwendig und damit teuer herzustellen war. Außerdem war eine derartige Lötverbindung insbesondere in Bezug auf die zu übertragenden Kräfte überdimensioniert, da die hauptsächlich auftretenden Druckkräfte problemlos von den erhabenen Bereichen 6 direkt in den Stößelhauptkörper 3 eingeleitet werden können. Die lediglich marginal auftretenden Scher- und Zugkräfte wiederum können beispielsweise von dem Rand 9 bzw. der Klebeverbindung 5 aufgenommen werden. Die Klebeverbindung 5 dient somit nahezu ausschließlich als Verliersicherung.
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Mit der erfindungsgemäßen erstmals vorgesehenen Klebeverbindung 5 zur Fixierung der Verschleißplatte 4 am Stößelhauptkörper 3 kann der erfindungsgemäße Ventilstößel 1 insgesamt fertigungstechnisch einfacher und dadurch erheblich kostengünstiger hergestellt werden.
