DE102016216486A1

DE102016216486A1 - Von einem Nocken beaufschlagbarer Hebel zur Betätigung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016216486A1
Application number: DE102016216486.4A
Authority: DE
Inventors: Holger Pätzold; Frank Himsel; Hans Mönius
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-09-22
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2017-03-23
Also published as: WO2017050324A1; US20180185920A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen von einem Nocken beaufschlagbaren Hebel (1; 2, 20) zur Betätigung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, mit einer an einem Ende (9) des Hebels (1; 2, 20) an seiner Unterseite (32) ausgebildeten Anlage (7) für wenigstens ein Gaswechselventil, mit einer an einem entgegengesetzten Ende (10) des Hebels (1) an der Unterseite (32) angeordneten Kontaktfläche (18) für ein Abstützelement, und mit wenigstens einer an einer Oberseite (31) in einem Bereich zwischen der Anlage (7) für das wenigstens eine Gaswechselventil und der Kontaktfläche (18) für das Abstützelement angeordneten Nockenanlauffläche (17, 17’, 27). Um das Fertigungsverfahren zu vereinfachen und die Herstellkosten zu verringern ist vorgesehen, dass der beaufschlagbare Hebel (1; 2, 20) einstückig als 2-K-MIM-Bauteil (Zwei Komponenten Metal Injection Moulding) oder als kombiniertes 2-K-MIM-Bauteil und CIM-Bauteil (Ceramic Injection Moulding) gefertigt ist, wobei der Hebel (1; 2, 20) aus einem Werkstoff mit guten Zerspanungseigenschaften als erster Komponente besteht und wenigstens die Nockenanlauffläche (17, 17’, 27) des Hebels (1; 2, 20) aus einem hochverschleißfesten Werkstoff als zweiter Komponente besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen von einem Nocken beaufschlagbaren Hebel zur Betätigung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, mit einer an einem Ende des Hebels an seiner Unterseite ausgebildeten Anlage für wenigstens ein Gaswechselventil, mit einer an einem entgegengesetzten Ende des Hebels an der Unterseite angeordneten Kontaktfläche für ein Abstützelement, und mit wenigstens einer an einer Oberseite in einem Bereich zwischen der Anlage für das wenigstens eine Gaswechselventil und der Kontaktfläche für das Abstützelement angeordneten Nockenanlauffläche.
Ein derartiger schaltbarer Schlepphebel ist aus der DE 10 2007 029 465 A1 bekannt. Dieser schaltbare Schlepphebel weist einen Außenhebel auf, zwischen dessen Armen ein Innenhebel relativ schwenkbeweglich angeordnet ist, wobei zumindest der Innenhebel an seiner Oberseite eine Nockenanlauffläche hat, und der Außenhebel und der Innenhebel schwenkbar zueinander auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind. Ein zwischen den beiden Hebeln wirkendes Federelement hält den Innenhebel gegenüber dem Außenhebel in Position, wobei der Außenhebel eine Kontaktfläche für ein Abstützelement besitzt und ein Koppelmittel aufweist, welches für einen Koppelfall mit einer Mitnehmerfläche des Innenhebels in Eingriff bringbar ist.
Derartige Schlepphebel, die im Betrieb mechanisch und/oder thermisch stark belastet sind, werden aus einem hochfesten Werkstoff gefertigt. Im Bereich der Nockenanlaufflächen werden häufig Einlegeteile, beispielsweise aus Hartmetall, angeordnet, die sehr verschleißfest sind. Vorzugsweise werden die Bauelemente derartiger schaltbarer Schleppelemente als Feingussteile oder mit dem MIM-Verfahren (Metal Injection Moulding) aus homogenen Werkstoffen hergestellt.
Der aus der DE 10 2007 029 465 A1 bekannte schaltbare Schlepphebel ist mit dem erwähnten Federelement im Bereich der Anlage für wenigstens ein Gaswechselventil versehen, wodurch das Massenträgheitsmoment des schaltbaren Schlepphebels zur Betätigung eines Gaswechselventils erhöht wird, was zu einer Begrenzung der möglichen Höchstdrehzahl der damit versehenen Brennkraftmaschine führt.
Werden die vorerwähnten Bauteile insgesamt aus einem hochfesten Werkstoff gefertigt, erhöhen sich die Materialkosten. Werden dagegen nur die mechanisch hoch beanspruchten Nockenanlaufflächen mit Einlegeteilen aus Hartmetall versehen, führt dies zu erhöhten Fertigungskosten.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen durch einen Nocken beaufschlagbaren Hebel vorzuschlagen, der sich kostengünstig herstellen lässt und aufgrund eines verringerten Massenträgheitsmoments für höhere Drehzahlen der Brennkraftmaschine geeignet ist. Außerdem soll ein Herstellverfahren angegeben werden, mit dem ein solcher Hebel, vorzugsweise ein Schlepphebel, herstellbar ist.
Diese vorrichtungsbezogene Aufgabe wird in zwei alternativen Varianten durch einen von einem Nocken beaufschlagbaren Hebel gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Hebel sind in den Unteransprüchen definiert. Der unabhängige Verfahrensanspruch beschreibt die Herstellung eines solchen Hebels und der unabhängige Verwendungsanspruch definiert die Verwendung von an sich bekannten Herstellverfahren zur Herstellung eines solchen Hebels.
Die Erfindung betrifft daher zunächst einen von einem Nocken beaufschlagbaren Hebel zur Betätigung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen Schlepphebel, mit einer an einem Ende des Hebels an seiner Unterseite ausgebildeten Anlage für wenigstens ein Gaswechselventil, mit einer an einem entgegengesetzten Ende des Hebels an der Unterseite angeordneten Kontaktfläche für ein Abstützelement, und mit wenigstens einer an einer Oberseite in einem Bereich zwischen der Anlage für das wenigstens eine Gaswechselventil und der Kontaktfläche für das Abstützelement angeordneten Nockenanlauffläche.
Zur Lösung der vorrichtungsbezogenen Aufgabe ist vorgesehen, dass der nockenbeaufschlagbare Hebel einstückig als 2-K-MIM-Bauteil (Zwei Komponenten Metal Injection Moulding) oder als kombiniertes 2-K-MIM-Bauteil und CIM-Bauteil (Ceramic Injection Moulding) gefertigt ist, wobei der Hebel aus einem Werkstoff mit guten Zerspanungseigenschaften als erster Komponente und wenigstens die Nockenanlauffläche des Hebels aus einem hochverschleißfesten Werkstoff als zweiter Komponente bestehen.
Die Zerspanbarkeit wird vor allem durch die metallurgischen und mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs sowie die Geometrie der zu verwendenden Scheidkante auf Mikro- und Makroebene sowie den Scheidstoff selbst bestimmt. Die Zerspanbarkeit schließt einerseits die Fähigkeit ein, einen Werkstoff zu bearbeiten, und andererseits den Verschleiß, der an der Schneidkante erzeugt wird, sowie die zu erzielende Spanbildung. Unter „guter“ Zerspanbarkeit wird dabei hier verstanden, wenn ein ungestörter Zerspanvorgang und eine ordentliche Standzeit vorliegen.
Hochverschleißfeste Werkstoffe sind insbesondere legierte Werkzeugstähle mit bis zu 2,06 % Kohlenstoffgehalt und einem hohen Anteil an Legierungselementen wie Chroim (3–5 %), Wolfram (0–15 %), Molybdän (0–10 %), Vanadium (0–6 %) Kobalt, Nickel und Titan, siehe DIN EN ISO 4957 aus Februar 2001. Diese weisen eine Warmfestigkeit bis ca. 600°C auf und zeichen sich durch hohe Härte, Anlassbeständigkeit und Veschleißfestigkeit aus. Die Dichte derartiger Werkstoffe liegt insbesondere im Bereich von 7830 bis 8400 kg/m³, der Elastizitäsmodul insbesondere bei 217–240 kN/mm².
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die erste Komponente aus einem Material mit einem zähen Kern sowie einer hohen Zugfestigkeit an der Bauteiloberfläche besteht (Einsatzhärter), und dass die zweite Komponente aus einem Material besteht, welches keinen Härteabfall von der Oberfläche in die Materialtiefe aufweist (Durchhärter).
Die eingangs erwähnte Aufgabe wird des Weiteren durch einen von einem Nocken beaufschlagbaren Hebel zur Betätigung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere Schlepphebel, mit einer an einem Ende des Hebels an seiner Unterseite angeordneten Anlagen für wenigstens ein Gaswechselventil, mit einer an einem entgegengesetzten Ende des Hebels an der Unterseite angeordneten Kontaktfläche für ein Abstützelement, und mit wenigstens einer an einer Oberseite in einem Bereich zwischen der Anlage für das wenigstens eine Gaswechselventil und der Kontaktfläche für das Abstützelement angeordneten Nockenanlauffläche der eingangs erwähnten Art, dadurch, dass der nockenbeaufschlagbare Hebel einstückig als 2-K-Sinterbauteil mit zwei Metallkomponenten oder mit einer Metallkomponente und einer Keramikkomponente gefertigt ist, wobei der Hebel aus einem Werkstoff mit guten Zerspanungseigenschaften als erster Komponente und wenigstens die Nockenanlaufflächen des Hebels aus einem hochverschleißfesten Werkstoff als zweiter Komponente bestehen.
Die erste Komponente des als 2-K-MIM-Bauteil oder als kombiniertes 2-K-MIM- und CIM-Bauteil oder als 2-K-Sinterbauteil hergestellten Hebels kann dabei aus einem gut zerspanbaren, metallurgisch herstellbarem Wälzlagerstahl wie zum Beispiel 100Cr6 bestehen, während die zweite Komponente wenigstens der Nockenanlauffläche des als 2-K-MIM-Bauteil oder als kombiniertes 2-K-MIM- und CIM-Bauteil oder als 2-K-Sinterbauteil hergestellten Hebels aus zum Beispiel aus einem hochverschleißfesten, pulvermetallurgisch herstellbaren Schnellarbeitsstahl wie z.B. Vanadis 23 bestehen kann. Als weitere gut zerspanbare Werkstoffe zur Ausbildung des Hebels können neben 100Cr6 weiterhin beispielsweise auch 16MnCr5 oder C45 eingesetzt werden.
Hierdurch kann der derzeit notwendige Arbeitsgang Beschichten des Hebels entfallen und es lassen sich durch Verwendung von kostengünstigen Materialien in wenig beanspruchten Bereichen des Hebels die Herstellkosten weiter reduzieren.
Die wenigstens eine Nockenanlauffläche kann durch die Umfangsfläche einer am Hebel drehbar gelagerten Rolle gebildet sein, wobei die Umfangsfläche durch die zweite Komponente der als 2-K-MIM-Bauteil oder als kombinierte 2-K-MIM- und CIM-Bauteil oder als 2-K-Sinterbauteil hergestellten Rolle und der Rollenkörper im Wesentlichen durch die erste Komponente gebildet sind.
Besonders bevorzugt kann der Hebel als schaltbarer Schlepphebel mit einem Ventilbetätigungshebel und einem diesem gegenüber schwenkbeweglichen Schalthebel ausgebildet sein, wobei an einem Ende des Ventilbetätigungshebels an seiner Unterseite eine Anlage für wenigstens ein Gaswechselventil und an seinem entgegengesetzten Ende eine Kontaktfläche für ein Abstützelement sowie an seiner Oberseite im Bereich zwischen der Anlage für wenigstens ein Gaswechselventil und der Kontaktflächen für das Abstützelement wenigstens eine Nockenanlauffläche angeordnet sind, wobei der Schalthebel mit seinem einen Ende über einen Fortsatz mittels eines Bolzens am Ventilbetätigungshebel angelenkt ist, an seinem entgegengesetzten Ende über einen Quersteg mit einem Koppelmittel in Eingriff bringbar sowie im Bereich zwischen den Enden des Schalthebels an der Oberseite des Hebels wenigstens eine Nockenanlauffläche angeordnet ist, und wobei der Ventilbetätigungshebel und der Schalthebel aus der ersten Komponente und wenigstens die Nockenanlaufflächen des Ventilbetätigungshebels sowie des Schalthebels aus der zweiten Komponente des als 2-K-MIM-Bauteil oder als kombiniertes 2-K-MIM-Bauteil und CIM-Bauteil oder als 2-K-Sinterbauteil einstückig hergestellten Ventilbetätigungshebels und Schalthebels bestehen.
Bei dieser Ausführungsform als schaltbarer Schlepphebel kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Nockenanlauffläche des Ventilbetätigungshebels und/oder des Schalthebels durch die Umfangsfläche wenigstens einer am Ventilbetätigungshebel und/oder am Schalthebel drehbar gelagerten Rolle gebildet ist, wobei die Umfangsfläche der Rolle durch die zweite Komponente der als 2-K-MIM-Bauteil oder als kombiniertes 2-K-MIM-Bauteil und CIM-Bauteil oder als 2-K-Sinterbauteil hergestellten Rolle und der Rollenkörper durch die erste Komponente gebildet sind.
Die eingangs erwähnte Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zum Herstellen eines nockenbeaufschlagbaren Hebels zur Betätigung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine der vorstehend definierten Art dadurch gelöst, dass der Hebel und seine Komponenten als einteilige Bauteile mittels des 2-K-MIM-Verfahrens oder des kombinierten 2-K-MIM- und CIM-Verfahrens oder des 2-K-Sinterverfahrens gefertigt werden, wobei die tragenden Bereiche des Hebels und seiner Komponenten aus einem Werkstoff mit guten Zerspanungseigenschaften als erster Komponente und die Nockenanlaufflächen aus einem hochverschleißfesten Werkstoff als zweiter Komponente bestehen.
Eine weitere Lösung der eingangs erwähnten Aufgaben besteht in der Verwendung des 2-K-MIM-Verfahrens oder des kombinierten 2-K-MIM- und CIM-Verfahrens oder des 2-K-Sinterverfahrens zum Herstellen eines nockenbeaufschlagbaren Hebels zur Betätigung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine entsprechend der vorstehend definierten Art.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 einen Längsschnitt durch einen von einem Nocken beaufschlagbaren Hebel gemäß der Linie A-A in 2,
2 eine Draufsicht auf den als schaltbaren Schlepphebel ausgeführten nockenbeaufschlagbaren Hebel gemäß 1,
3 eine Seitenansicht des Hebels gemäß den 1 und 2, und
4 eine stirnseitige Vorderansicht des Hebels gemäß den 1 bis 3.
Ein als schaltbarer Schlepphebel ausgebildeter nockenbeaufschlagbarer Hebel 1 weist, wie am besten in 2 zu erkennen ist, einen Ventilbetätigungshebel 2 mit zwei zueinander parallelen Seitenwänden 3, 3’ auf. Diese beiden Seitenwände 3 gehen in Richtung zu einem gaswechselventilseitigen Ende 9 des Hebels 1 in zwei zu den parallelen Seitenwänden 3, 3’ etwa senkrecht verlaufende Querwände 4, 4’ über, welche beiderseits einer durch die Pfeile A-A gekennzeichneten Mittellinie in zwei zueinander parallel verlaufenden Fortsätzen 5, 5’ enden.
Diese parallelen Fortsätze 5, 5’ sind durch einen Quersteg 6 miteinander verbunden, dessen Unterseite eine Anlage 7 für einen Ventilstößel eines Gaswechselventils bildet. In Fortsetzung der beiden parallelen Fortsätze 5, 5’ in Richtung zu einer Unterseite 32 des nockenbeaufschlagbaren Hebels 1 sind parallele Führungslappen 8, 8’ vorhanden, die ein nicht dargestelltes Ende eines Ventilstößels des Gaswechselventils übergreifen und den Hebel 1 bezüglich des Gaswechselventils in Position halten.
Entgegengesetzt zum gaswechselventilseitigen Ende 9 des Hebels 1 hin weist der Ventilbetätigungshebel 2 eine Querverbindung 11 auf, die an der Unterseite 32 des Hebels 1 eine Kontaktfläche 18 für ein nicht dargestelltes Abstützelement aufweist. Die Querverbindung 11 ist mit einer Aufnahme 12 für ein Koppelmittel 13 in Form eines Kolbens versehen, der, wie in 1 dargestellt ist, durch Federdruck in Eingriff mit einem Quersteg 22 an einem Schalthebel 20 bringbar ist und über eine Öffnung in der Kontaktfläche 18 für das Abstützelement mittels Hydraulikdruck außer Eingriff mit diesem Quersteg 22 bringbar ist.
Die Querverbindung 11 des Ventilbetätigungshebels 2 weist des Weiteren zwei Fortsätze 14, 14’ zur Aufnahme jeweils einer Drehschenkelfeder 15, 15’ eines Drehschenkelfederpaares auf, deren Enden an den Seitenwänden 3, 3’ des Ventilbetätigungshebels 2 sowie am abstützelementseitigen Ende 10 des Schalthebels 20 angreifen und den Schalthebel 20 in der in 1 dargestellten Stellung halten, wenn das als Kolben ausgebildete Koppelmittel 13 durch Hydraulikdruck außer Eingriff mit dem Quersteg 22 gebracht wurde.
In den beiden zueinander parallelen endseitigen Fortsätzen 5, 5’ des Ventilbetätigungshebels 2 ist ein koaxiales Augenpaar 19 ausgebildet, das zur Aufnahme eines Bolzens 30 dient, mittels dem der Schalthebel 20 am Ventilbetätigungshebel 2 schwenkbar gelagert ist.
Zwischen den beiden zueinander parallelen Seitenwänden 3, 3’, den beiden Querwänden 4, 4’ und der Querverbindung 11 ist eine im Wesentlichen rechteckige Aufnahme 16 für den Schalthebel 20 ausgebildet. Dieser Schalthebel 20 umfasst zwei zueinander parallele Seitenschenkel 21, 21’, die mittels eines Querstegs 22 zum abstützelementseitigen Ende 10 hin und mittels einer Querwand 23 zum gaswechselventilseitigen Ende 9 hin miteinander verbunden sind. An der Querwand 23 ist mittig ein axialer Fortsatz 24 ausgebildet, der zwischen die beiden parallelen Fortsätzen 5, 5’ des Ventilbetätigungshebels 2 ragt und dazu dient, den Schalthebel 20 schwenkbar mittels des Bolzens 30 mit dem Ventilbetätigungshebel 2 zu verbinden.
Durch die beiden parallelen Seitenschenkel 21, 21’, den Quersteg 22 und die Querwand 23 ist eine Aufnahme 25 für eine Rolle 26 gebildet, deren Umfangsfläche im Bereich der Oberseite 31 des schaltbaren Schlepphebels 1 eine Nockenanlauffläche 27 bildet. Die Rolle 26 ist mittels eines Bolzens 28 und einem Nadellager 29 im Schalthebel 20 drehbar gelagert angeordnet.
Zur Funktionsweise eines derartigen schaltbaren Schlepphebels wird auf die DE 10 2007 029 465 A1 verwiesen, deren diesbezüglicher Inhalt hier vollständig zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht ist.
Der Ventilbetätigungshebel 2 und der Schalthebel 20 werden, zusammen mit zwei Nockenanlaufflächen 17, 17’ am Ventilbetätigungshebel 2, gegebenenfalls auch der Anlage 7 für ein Gaswechselventil, der Kontaktfläche 18 für ein Abstützelement und der Nockenanlauffläche 27 an der Rolle 26 am Schalthebel 20 jeweils einstückig als 2-K-MIM-Bauteil oder als kombiniertes 2-K-MIM- und CIM-Bauteil oder als 2-K-Sinterbauteil mit zwei Metallkomponenten oder mit einer Metallkomponente und einer Keramikkomponente gefertigt, wobei der Ventilbetätigungshebel 2 und der Schalthebel 20 im Wesentlichen aus einem Werkstoff mit guten Zerspanungseigenschaften als erster Komponente und die Nockenanlaufflächen 17, 17’, 27 sowie gegebenenfalls die Anlage 7 für ein Gaswechselventil und die Kontaktfläche 18 für ein Abstützelement aus einem hochverschleißfesten Werkstoff als zweiter Komponente bestehen.
Vorzugsweise kann die erste Komponente des Ventilbestätigungshebels 2, des Schalthebels 20 und der Rolle 26 aus einem gut zerspanbaren, pulvermetallurgisch herstellbaren Wälzlagerstahl wie etwa 100Cr6 bestehen, während die zweite Komponente wenigstens der Nockenanlaufflächen 17, 17’, 27 des Ventilbetätigungshebels 2, des Schalthebels 20 oder der Rolle 26 aus dem Werkstoff Vanadis 23, einem pulvermetallurgisch herstellbaren Schnellarbeitsstahl der Böhler-Uddeholm Deutschland GmbH, bestehen kann.
Der Ventilbetätigungshebel 2, der Schalthebel 20 und die Rolle 26 werden beispielsweise mittels eines 2-K-MIM-Verfahrens oder eines kombinierten 2-K-MIM- und CIM-Verfahrens oder einem 2-K-Sinterverfahrens hergestellt. In ein Werkzeug werden die Komponenten mittels des Pulverspritzgussverfahrens eingespritzt. Anschließend werden die Komponenten getrocknet, entbindert (also von Binder befreit) und erhitzt beziehungsweise gesintert. Die Herstellung mittels des 2-K-MIM-Verfahrens beziehungsweise des kombinierten 2-K-MIM- und CIM-Verfahrens sowie des 2-K-Sinterverfahrens bietet den Vorteil, dass sich auch komplexe beziehungsweise komplizierte Geometrien herstellen lassen. So lassen mittels dieser Technologie Wandstärken herstellen, die weniger als etwa 1 mm betragen. Dabei sind die Fertigungstoleranzen vergleichsweise gering. Außerdem sind mit diesen Technologien Oberflächen mit einer Dicke herstellbar, die mehr als den dreifachen Durchmesser der Korngröße des Metallpulvers aufweisen. Die Schichttrennung liegt idealerweise tiefer als das Maximum der im Betrieb auftretenden Hertzschen Pressung an einem derart beschichteten Bauteil.
Bei der Herstellung der Pulverspritzgießmassen werden Bindersysteme verwendet, um die Metallpulver mittels Spritzgießmaschinen verarbeiten zu können. Ziel der Aufbereitung ist die Ummantelung aller Pulverpartikel mit dem Bindersystem, also die Verhinderung beziehungsweise Zerstörung von Agglomeraten der Pulverkörner und die Herstellung eines möglichst homogenen Granulats. Als Ausgangsmaterialien für das Spritzgießen von Metallpulver können beispielsweise alle sinterfähigen Pulver mit geeigneter Körngröße eingesetzt werden, wie beispielsweise Metalle, Hartmetalle, Stahlmaterial, niedrig legiertes Stahlmaterial, Edelstahlmaterial, Edelmetalle, Carbonyleisenmaterial, Carbonyleisenmaterial mit etwa 50% Massenanteil Nickel, Wolframcarbid mit etwa 12% Massenanteil Kobalt sowie Metalllegierungen, insbesondere Superlegierungen. Die Körner des verwendeten Metallpulvers weisen bevorzugt eine mittlere Korngröße von etwa 4 μm bis etwa 20 μm auf. Es ist weiterhin möglich, Silikatkeramiken, Oxidkeramiken oder Nicht-Oxidkeramiken zu verwenden, beispielhaft seien nur Aluminium-, Magnesium-, Zirkonoxid, Aluminiumtitanat und Piezokeramiken genannt, sowie Carbide oder Nitride.
Zur Formgebung wird das Granulat mittels eines beheizten Extruders in gekühlte, beispielsweise flüssigkeitsgekühlte Werkzeuge eingepresst. Die Extruderschnecke und der Extruderzylinder sind bevorzugt aus vergleichsweise hartem Material gefertigt, insbesondere aus Stahlmaterial oder aus Bimetallmaterial. Nach dem Spritzgießprozess werden die Bauteile, auch Grünlinge genannt, aus dem Werkzeug entformt.
Als Bindersystem sind Wachsmaterialien verwendbar. Durch vergleichsweise langsames Erwärmen wird das Wachsmaterial aus dem Grünling ausgeschmolzen. Dieser Vorgang wird als Entbinderung und das dann vorliegende poröse Formteil als Braunling bezeichnet. Weiterhin sind als Bindersysteme Thermoplastmaterial, Polyalkohole, Polyoxymethylen (POM) oder Polyvinylalkohole verwendbar.
Durch das abschließende Sintern entsteht aus dem Braunling das Endprodukt. In einem Sinterofen wird der Braunling erwärmt. Die Temperatur beträgt vorzugsweise etwa 1.200°C bis etwa 1.300°C. Das Sintern erfolgt bevorzugt in einer Schutzgasatmosphäre aus Stickstoff oder Wasserstoff, weiterhin bevorzugt in einem Vakuum.
Durch die Anwendung des 2-K-MIM-Verfahrens oder des kombinierten 2-K-MIM- und CIM-Verfahrens oder des 2-K-Sinterverfahrens zum Herstellen eines nockenbeaufschlagten schaltbaren Schlepphebels, dessen Ventilbetätigungshebel 2 und Schalthebel 20 im Wesentlichen aus einem Werkstoff mit guten Zerspanungseigenschaften als erster Komponente und dessen Nockenanlaufflächen 17, 17’, 27 aus einem hochverschleißfesten Werkstoff als zweiter Komponente bestehen, lassen sich komplexe und komplizierte Geometrien herstellen sowie verschiedene Werkstoffe zu einem einteiligen Bauteil verbinden. Dadurch sind die Fertigungskosten vergleichsweise erheblich reduziert, da hierdurch beispielsweise der derzeit notwendige Arbeitsgang des Beschichtens entfallen kann, und sich durch die Verwendung von kostengünstigerem Material in wenig beanspruchten Bereichen die Materialkosten verringern lassen.
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: Nockenbeaufschlagbarer Hebel, schaltbarer Schlepphebel
2: Ventilbetätigungshebel
3: Parallele Seitenwände
4, 4’: Querwände
5, 5’: Parallele Fortsätze
6: Quersteg
7: Anlage für Gaswechselventil
8, 8’: Führungslappen
9: Gaswechselventilseitiges Ende
10: Abstützelementseitiges Ende
11: Querverbindung
12: Aufnahme für Koppelmittel
13: Koppelmittel, Kolben
14, 14’: Seitliche Fortsätze
15, 15’: Drehschenkelfedern
16: Aufnahme für den Schalthebel
17, 17’: Nockenanlauffläche
18: Kontaktfläche für ein Abstützelement
19: Koaxiales Augenpaar
20: Schalthebel
21, 21’: Parallele Seitenschenkel
22: Quersteg des Schalthebels
23: Querwand
24: Fortsatz
25: Aufnahme für eine Rolle
26: Rolle
27: Nockenanlauffläche, Umfangsfläche der Rolle
28: Bolzen
29: Nadellager
30: Bolzen für den Schalthebel
31: Oberseite des schaltbaren Schlepphebels
32: Unterseite des schaltbaren Schlepphebels

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007029465 A1 [0002, 0004, 0033]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 4957 aus Februar 2001 [0011]

Claims

Nockenbeaufschlagbarer Hebel (1; 2, 20) zur Betätigung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, mit einer an einem Ende (9) des Hebels (1; 2, 20) an seiner Unterseite (32) ausgebildeten Anlage (7) für wenigstens ein Gaswechselventil, mit einer an einem entgegengesetzten Ende (10) des Hebels (1) an der Unterseite (32) angeordneten Kontaktfläche (18) für ein Abstützelement, und mit wenigstens einer an einer Oberseite (31) in einem Bereich zwischen der Anlage (7) für das wenigstens eine Gaswechselventil und der Kontaktfläche (18) für das Abstützelement angeordneten Nockenanlauffläche (17, 17’, 27), dadurch gekennzeichnet, dass der nockenbeaufschlagbare Hebel (1; 2, 20) einstückig als 2-K-MIM-Bauteil (Zwei Komponenten Metal Injection Moulding) oder als kombiniertes 2-K-MIM-Bauteil und CIM-Bauteil (Ceramic Injection Moulding) gefertigt ist, wobei der Hebel (1; 2, 20) aus einem Werkstoff mit guten Zerspanungseigenschaften als erster Komponente und wenigstens die Nockenanlauffläche (17, 17’, 27) des Hebels (1; 2, 20) aus einem hochverschleißfesten Werkstoff als zweiter Komponente bestehen.
Nockenbeaufschlagbarer Hebel (1; 2, 20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente aus einem Material mit einem zähen Kern sowie einer hohen Zugfestigkeit an der Bauteiloberfläche besteht (Einsatzhärter), und dass die zweite Komponente aus einem Material besteht, welches keinen Härteabfall von der Oberfläche in die Materialtiefe aufweist (Durchhärter).
Nockenbeaufschlagbarer Hebel (1; 2, 20) zur Betätigung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, mit einer an einem Ende (9) des Hebels (1; 2, 20) an seiner Unterseite (32) ausgebildeten Anlage (7) für wenigstens ein Gaswechselventil, mit einer an einem entgegengesetzten Ende (10) des Hebels (1) an der Unterseite (32) angeordneten Kontaktfläche (18) für ein Abstützelement, und mit wenigstens einer an einer Oberseite (31) in einem Bereich zwischen der Anlage (7) für das wenigstens eine Gaswechselventil und der Kontaktfläche (18) für das Abstützelement angeordneten Nockenanlauffläche (17, 17’, 27), dadurch gekennzeichnet, dass der nockenbeaufschlagbare Hebel (1; 2, 20) einstückig als 2-K-Sinterbauteil mit zwei Metallkomponenten oder mit einer Metallkomponente und einer Keramikkomponente gefertigt ist, wobei der Hebel (1; 2, 20) aus einem Werkstoff mit guten Zerspanungseigenschaften als erster Komponente und wenigstens die Nockenanlaufflächen (17, 17’, 27) des Hebels (1; 2, 20) aus einem hochverschleißfesten Werkstoff als zweiter Komponente bestehen.
Nockenbeaufschlagbarer Hebel (1; 2, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente des als 2-K-MIM-Bauteil oder als kombiniertes 2-K-MIM- und 2-K-CIM Bauteil oder als 2-K-Sinterbauteil hergestellten Hebels (1; 2, 20) aus einem gut zerspanbaren, pulvermetallurgisch herstellbaren Wälzlagerstahl besteht, und dass die zweite Komponente wenigstens der Nockenanlaufflächen (17, 17’, 27) des als 2-K-MIM-Bauteil hergestellten Hebels (1; 2, 20) aus einem hochverschleißfesten, pulvermetallurgisch herstellbaren Schnellarbeitsstahl besteht.
Nockenbeaufschlagbarer Hebel (1; 2, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Nockenanlauffläche (27) durch die Umfangsfläche einer am Hebel (1; 2, 20) drehbar gelagerten Rolle (26) gebildet ist, wobei die Umfangsfläche (27) durch die zweite Komponente der als 2-K-MIM-Bauteil oder als kombiniertes 2-K-MIM-Bauteil und CIM-Bauteil oder als 2-K-Sinterbauteil hergestellten Rolle (26) und der Rollenkörper (26) durch die erste Komponente gebildet sind.
Nockenbeaufschlagbarer Hebel (1; 2, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (1; 2, 20) als schaltbarer Schlepphebel aus einem Ventilbetätigungshebel (2) und einem diesem gegenüber schwenkbeweglichen Schalthebel (20) besteht, wobei an einem Ende (9) des Ventilbetätigungshebels (2) an seiner Unterseite (32) eine Anlage (7) für wenigstens ein Gaswechselventil und an seinem entgegengesetzten Ende (10) eine Kontaktfläche (18) für ein Abstützelement sowie an seiner Oberseite (31) im Bereich zwischen der Anlage (7) für wenigstens ein Gaswechselventil und der Kontaktflächen (18) für das Abstützelement wenigstens eine Nockenanlauffläche (17, 17’) angeordnet sind, wobei der Schalthebel (20) mit seinem einen Ende über einen Fortsatz (24) mittels eines Bolzens (30) am Ventilbetätigungshebel (2) angelenkt ist, an seinem entgegengesetzten Ende über einen Quersteg (22) mit einem Koppelmittel (13) in Eingriff bringbar, sowie im Bereich zwischen den Enden des Schalthebels (20) an der Oberseite (31) des Hebels (1) wenigstens eine Nockenanlauffläche (27) angeordnet ist, und wobei der Ventilbetätigungshebel (2) sowie der Schalthebel (20) aus der ersten Komponente und wenigstens die Nockenanlaufflächen (17, 17’, 27) des Ventilbetätigungshebels (2) sowie des Schalthebels (20) aus der zweiten Komponente des als 2-K-MIM-Bauteil oder als kombiniertes 2-K-MIM-Bauteil und CIM-Bauteil oder als 2-K-Sinterbauteil einstückig hergestellten Ventilbetätigungshebels (2) und Schalthebels (20) bestehen.
Nockenbeaufschlagbarer Hebel (1; 2, 20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Nockenanlauffläche (17, 17’, 27) des Ventilbetätigungshebels (2) und/oder des Schalthebels (20) durch die Umfangsfläche (27) wenigstens einer am Ventilbetätigungshebel (2) und/oder am Schalthebel (20) drehbar gelagerten Rolle (26) gebildet ist, wobei die Umfangsfläche (27) der Rolle (26) durch die zweite Komponente der als 2-K-MIM-Bauteil oder als kombiniertes 2-K-MIM-Bauteil und CIM-Bauteil oder als 2-K-Sinterbauteil hergestellten Rolle (26) und der Rollenkörper (26) durch die erste Komponente gebildet sind.
Verfahren zum Herstellen eines von einem Nocken beaufschlagbaren Hebels (1; 2, 20) zur Betätigung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (1) und seine Komponenten (2, 20, 26) als einteilige Bauteile mittels des 2-K-MIM-Verfahrens oder des kombinierten 2-K-MIM- und CIM-Verfahrens oder des 2-K-Sinterverfahrens gefertigt werden, wobei die tragenden Bereiche des Hebels (1) und seiner Komponenten (2, 20, 26) aus einem Werkstoff mit guten Zerspanungseigenschaften als erster Komponente und die Nockenanlaufflächen (17, 17’, 27) aus einem hochverschleißfesten Werkstoff als zweiter Komponente bestehen.
Verwendung des 2-K-MIM-Verfahrens oder des kombinierten 2-K-MIM- und CIM-Verfahrens oder des 2-K-Sinterverfahrens zum Herstellen eines von einem Nocken beaufschlagbaren Hebels (1; 2, 20) zur Betätigung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.