DE102017128931B3

DE102017128931B3 - Schlepphebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine und Verfahren zur spanlosen Herstellung eines Hebelkörpers aus Stahlblech

Info

Publication number: DE102017128931B3
Application number: DE102017128931.3A
Authority: DE
Inventors: Arben Haxhiu; Martin Lambert; Michael Schewe; Bernhard Kühnel; Matthias Thoelking
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2037-12-07
Also published as: CN111433440B; US11225884B2; WO2019110031A1; US20200370447A1; CN111433440A

Abstract

Ein Nockenfolger für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, der als U-förmiger, Schlepphebel (27) ausgebildet ist, weist zwei Seitenwände (10, 11) sowie zwei quer zu den Seitenwänden (10, 11) verlaufende Stege (13, 14) auf. Diese verbinden die Seitenwände (10, 11) an endseitigen Abschnitten miteinander, wobei an einem der Stege (14) eine Ventilschaftauflage (7) und an dem anderen Steg (13) eine Kugelkalotte (8) ausgebildet ist. In einer von den Stegen (13, 14) und den Seitenwänden (10, 11) begrenzten Rollentasche (12) ist eine Nockenrolle (21) angeordnet, die auf einer in den Seitenwänden (10, 11) fixierten Rollenachse (24) drehbar gelagert ist. Zur Realisierung einer mit einfach herstellbaren Mitteln an dem Schlepphebel (27) vorzusehenden Führung der Nockenrolle (21), die innerhalb der Rollentasche (12) angeordnet sein soll, gehen innerhalb der Rollentasche (12), beabstandet vom jeweiligen Steg (13, 14), beidseitig der Nockenrolle (21) von den Seitenwänden (10, 11) in Richtung der Nockenrolle (21) verlaufende Vorsprünge (17, 18) aus, die jeweils eine mit Stirnflächen (22 und 23) der Nockenrolle (21) zusammenwirkende Führungsfläche (19, 20) bilden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schlepphebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem spanlos aus Stahlblech hergestellten, einen Querschnitt mit einer nach unten offenen U-Form aufweisenden Hebelkörper, dessen beide Seitenwände an endseitigen Abschnitten über quer zu diesen verlaufende Stege miteinander verbunden sind, wobei an einem der Stege eine Ventilschaftauflage und an dem anderen Steg eine Anlenkung des Hebelkörpers ausgebildet sind und wobei in einer von den Stegen und den Seitenwänden begrenzten Rollentasche eine Nockenrolle angeordnet ist, die auf einer in den Seitenwänden fixierten Rollenachse drehbar gelagert ist
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur spanlosen Herstellung eines Hebelkörpers aus Stahlblech, der für einen Schlepp- oder Schwinghebel eines Ventiltriebs einer Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen ist, welcher zwei Seitenwände sowie zwei quer zu den Seitenwänden verlaufende, die Seitenwände an endseitigen Abschnitten miteinander verbindende Stege aufweist, mit einer Ventilschaftauflage an einem der Stege und einer Anlenkung des Hebels an dem anderen Steg, wobei in einer von den Stegen und den Seitenwänden begrenzten Rollentasche eine Nockenrolle anordenbar ist, wobei in einem ersten Verfahrensschritt eine Platine aus dem Stahlblech ausgestanzt wird und in einem zweiten Verfahrensschritt durch einen Stanzvorgang zumindest eine Ausnehmung, die eine knochenförmige Außenkontur mit einer Längserstreckung und einer Quererstreckung aufweist und zur Bildung der Rollentasche vorgesehen ist, aus der Platine ausgestanzt wird und wobei die Platine in einem dritten Verfahrensschritt zur Herstellung von deren U-Form umgeformt wird.
Ein Schlepphebel der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung ist aus der US 4,829,647 A bekannt. Danach wird zunächst aus einem als Bandmaterial vorliegenden Stahlblech eine Platine ausgestanzt, die bereits an ihren Längsseiten konvex ausgebildet ist, um an unteren Rändern von Seitenwänden des fertigen Hebels konvex verlaufende Ränder zu bilden. Im nächsten Verfahrensschritt wird in der Platine durch einen Stanzvorgang eine knochenförmige Ausnehmung hergestellt. Diese Ausnehmung weist in ihrem mittleren Bereich an ihren beiden Längserstreckungen einen konkaven Verlauf auf, so dass sich insgesamt die knochenförmige Außenkontur der Ausnehmung ergibt. Dadurch wird eine größere Steifigkeit des Hebels in diesem mittleren Bereich, in dem im fertigen Schlepphebel eine Nockenrolle angeordnet ist, erreicht. An der Platine werden im Übrigen Öffnungen für die spätere Aufnahme einer Rollenachse und als Spritzbohrung einer Kugelkalotte hergestellt. In einem spanlosen Umformprozess werden ringförmige Schultern, die die Öffnungen umgeben, die Kugelkalotte und längsverlaufende Nuten in der Platine ausgebildet. Entlang der Nuten werden anschließend die Teile der Platine, die Seitenwände des Hebels bilden, gegenüber Stegen gebogen, so dass die U-Form des Hebels entsteht.
Aus der DE 10 2011 077 024 A1 ist ein spanlos hergestellter Schlepphebel bekannt, bei dem das Hebelteil ebenfalls nach dem vorgenannten Verfahren hergestellt wird. Dabei soll ein Nadelkranz, über den eine Nockenrolle auf einer in den Seitenwänden fixierten Rollenachse gelagert wird, axial über die Nockenrolle vorstehen. In den Seitenwänden ist daher ein Freiraum für den axial vorstehenden Nadelkranz geschaffen, wofür die jeweilige Seitenwand bauchig ausgebildet ist und außerhalb der radialen Erstreckung des Nadelkranzes an der entsprechenden Stirnseite der Nockenrolle anliegt und diese somit führt.
Eine ähnliche Ausbildung eines axialen Anlaufs einer Nockenrolle ist aus der DE 10 2010 005 606 A1 bekannt. Der für den Schlepphebel verwendete Hebel weist einen Querschnitt mit einer nach oben offenen U-Form auf. An einem Seitenwände verbindenden Steg verlaufen umgebogene Laschen, über die ein Ventilschaftende eines Gaswechselventils geführt sein soll. Schmale Abschnitte der beiden die Seitenwände verbindenden Stege erstrecken sich beidseitig der Nockenrolle in einem Teilbereich an den Enden einer Rollentasche und bilden in diesem Teilbereich einen axialen Anlauf für die Stirnseiten der Nockenrolle.
Die Druckschrift DE 10 2008 034 648 A1 beschreibt einen Schlepphebel, dessen Hebel einen Querschnitt mit einer nach oben offenen U-Form aufweist, wobei in der Seitenwände punktuelle Erhebungen vorgesehen sind. Diese Anlaufflächen für Stirnflächen einer Nockenrolle sollen durch Anprägungen der Seitenwände hergestellt sein. Aufgrund der nach oben offenen U-Form des Hebels muss ebenfalls an dem zur Ventilschaftabstützung vorgesehenen Steg durch umgebogene Laschen eine Führung des Ventilschafts hergestellt werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, an dem Hebel mit einfach herstellbaren Mitteln eine vorteilhafte Führung einer innerhalb der Rollentasche des Hebels angeordneten Nockenrolle zu realisieren.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des jeweiligen kennzeichnenden Teils der unabhängigen Patentansprüche 1 und 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben.
Erfindungsgemäß (Anspruch 1) sollen innerhalb der Rollentasche, beabstandet von den Stegen, beidseitig der Nockenrolle von den Seitenwänden in Richtung zur Nockenrolle verlaufende Vorsprünge ausgehen, die jeweils eine mit Stirnflächen der Nockenrolle zusammenwirkende Führungsfläche bilden, wobei die beiden Vorsprünge als aufeinander zu weisende, abgewinkelte Blechabschnitte ausgebildet sind, die von einem oberen Rand der Seitenwände im Bereich der Rollentasche ausgehen.
Die Rollentasche weist in einer Draufsicht auf den Hebel eine im Wesentlichen rechteckige Außenkontur auf, deren längste Erstreckung durch die Seitenwände begrenzt wird. An den Enden ist die Rollentasche jeweils durch einen der Stege begrenzt. Die Vorsprünge sind einander gegenüberliegend an den Seitenwänden vorgesehen, wobei sie an diesen, beabstandet zu dem Steg oder den Stegen, angeordnet sind. An den am jeweiligen Ende der Vorsprünge vorgesehenen Führungsflächen läuft die dieser benachbarte Stirnfläche der Nockenrolle an. Die Vorsprünge sind von den Seitenwänden an deren die Rollentasche begrenzenden oberen Rand abgewinkelt. Gemeinsam mit den Seitenwänden ist zunächst ein Blechstreifen, vorzugsweise Verbindungssteg, ausgebildet, der soweit abgetrennt wird, dass der von einem oberen Rand der jeweiligen Seitenwand abgewinkelte Vorsprung entsteht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll sich die Rollentasche bis unmittelbar an die als eine Kugelkalotte ausgebildete Anlenkung erstrecken. Dabei ist weiterhin vorgesehen, dass der gegenüber einem oberen Rand der Seitenwände nach unten versetzte Steg an einem unteren Rand der Kugelkalotte verläuft und über jeweils eine Doppelung mit der jeweiligen Seitenwand verbunden ist. Auf einen Steg an dem der Kugelkalotte zugewandten Ende der Rollentasche, der in Höhe der Ränder der Seitenwände verläuft, wird demnach verzichtet. Die Rollentasche grenzt unmittelbar an die Kugelkalotte an, wobei der die Kugelkalotte aufnehmende Steg, der gegenüber den Rändern nach unten versetzt ist, von den Doppelungen der Seitenwände ausgeht. Dadurch kann die Länge des Schlepphebels reduziert werden. Hierbei ist von wesentlicher Bedeutung, dass erfindungsgemäß die Führung der Nockenrolle beabstandet zu dem entsprechenden Ende der Rollentasche mittels der Vorsprünge realisiert wird.
Weiterhin ist gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch 4 erfindungsgemäß vorgesehen, im zweiten Verfahrensschritt zumindest zwei Ausnehmungen mit zumindest einem diese voneinander trennenden Verbindungssteg, der, in Richtung von deren Quererstreckung verläuft, herzustellen und, im Anschluss an den dritten Verfahrensschritt, den Verbindungssteg in einem vierten Verfahrensschritt mit einem Abstand zu einem Rand der Rollentasche herauszutrennen.
Somit ist der Verbindungssteg innerhalb der mit einer knochenförmigen Außenkontur ausgebildeten Ausnehmung der Platine vorgesehen und unterteilt diese in zwei Ausnehmungen. Wenn nun die Platine zu dem eine U-Form aufweisenden Rohteil des Hebels umgeformt wird, verläuft der Verbindungssteg quer zur Rollentasche. Dieser wird beidseitig mit einem Abstand zur seitlichen Begrenzung der Rollentasche abgetrennt, so dass sich Führungsflächen bildende Vorsprünge ergeben.
Dabei kann, wie weiterhin vorgeschlagen, der Verbindungssteg durch einen Stanzvorgang abgetrennt werden. Alternativ dazu können zum Abtrennen des Verbindungsstegs auch ein Schneid- oder Fräsvorgang vorgesehen werden. An einem Ende des Hebels wird in einem der Stege eine Kugelkalotte mittels eines spanlosen Umformprozesses hergestellt, wobei diese Kugelkalotte unmittelbar an die Rollentasche angrenzt. Die in diesem Bereich verlaufenden Abschnitte der Seitenwände weisen eine Doppelung auf, d.h., diese Wandabschnitte sind gegenläufig ausgebildet, so dass der Hebel an diesem Ende eine nach oben offene U-Form aufweist. Der dabei gebildete Steg ist hinsichtlich seiner Abmessungen im Wesentlichen darauf beschränkt, dass er zur Aufnahme der Kugelkalotte und zur Verbindung der gedoppelten Wandabschnitte dient.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der ein Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:

1 eine Draufsicht auf eine aus Stahlblech ausgestanzte Platine, die durch einen weiteren Stanzvorgang mit einer einen Verbindungssteg aufweisenden Ausnehmung versehen ist,
2 eine Draufsicht auf einen U-förmigen Hebelkörper, der durch einen spanlosen Umformprozess aus der Platine hergestellt ist, wobei der Verbindungssteg innerhalb einer durch die Ausnehmung gebildeten Rollentasche verläuft,
3 eine vergrößerte Teilansicht des Hebelkörpers im Bereich des Verbindungsstegs,
4 eine Seitenansicht des Hebelkörpers, wobei ein wesentlicher Teil des Verbindungsstegs entfernt ist und nur noch Teile desselben als Vorsprünge in die Rollentasche ragen,
5 eine vergrößerte Teilansicht aus der in 4 dargestellten Seitenansicht des Hebelkörpers, aus der die Lage und Ausbildung eines der Vorsprünge hervorgehen,
6 eine Draufsicht auf den Hebelkörper nach der 4,
7 eine vergrößerte Teilansicht aus der in 6 dargestellten Draufsicht des Hebelkörpers,
8 eine Seitenansicht eines unter Verwendung des Hebelkörpers der 4 bis 7 komplettierten Schlepphebels, der eine Nockenrolle aufweist, und
9 eine Draufsicht auf den Schlepphebel.

In der 1 ist mit „1“ eine aus einem Blechstreifen ausgestanzte Platine bezeichnet, die an ihren Längsseiten konvex gekrümmte äußere Ränder 2 und 3 aufweist. Diese Platine 1 wird in einem ersten Verfahrensschritt durch einen Stanzvorgang hergestellt. In einem zweiten Verfahrensschritt wird die Platine 1 durch einen weiteren Stanzvorgang mit zwei durch einen Verbindungssteg 4 voneinander getrennten Ausnehmungen 5 und 6 versehen. Ohne den die Ausnehmungen 5 und 6 voneinander trennenden Verbindungssteg 4 würde sich insgesamt eine Öffnung mit einer knochenförmigen Außenkontur ergeben. Aus der Platine 1 wird im Rahmen eines weiteren Umformprozesses ein U-förmiges Rohteil hergestellt.
Wenn an diesem Rohteil anschließend durch weitere Umformprozesse, bei denen es sich um Prägeverfahren handeln kann, eine in den 2, 4, 6, 8 und 9 dargestellte Ventilschaftauflage 7 sowie eine in den 2 bis 8 dargestellte Kugelkalotte 8 ausgebildet werden, ergibt sich ein unter anderem in den 2 und 3 gezeigter Hebelkörper 9. Dieser Hebelkörper 9 weist Seitenwände 10 und 11 auf, die an ihrem jeweiligen oberen Ende eine Rollentasche 12 begrenzen. Außerhalb dieser im mittleren Bereich des Hebelkörpers 9 vorgesehenen Rollentasche 12, also im Bereich der beiden Enden des Hebelkörpers 9 sind die Seitenwände 10 und 11 über Stege 13 und 14 miteinander verbunden. Dabei ist in dem Steg 13 die Kugelkalotte 8 ausgebildet, die, wie die 4, 5 und 8 zeigen, eine Kalottenwandung 8a und eine Spritzbohrung 15 aufweist. Im Bereich des Stegs 14 begrenzen die Seitenwände 10 und 11 seitlich die an der Unterseite des Stegs 14 ausgebildete Ventilschaftauflage 7.
Als Rollentasche 12 wird der im Wesentlichen rechteckige Raum bezeichnet, der durch die Seitenwände 10 und 11 sowie die beiden Stege 13 und 14 begrenzt ist. Wie aus den 2 und 3 hervorgeht, verläuft innerhalb dieser Rollentasche 12 zwischen den beiden oberen Rändern der Seitenwände 10 und 11 der nach wie vor vorhandene Verbindungssteg 4, der zuvor in der Platine 1 nach 1 vorgesehen wurde. Wenn, wie beispielsweise in den 4, 5 und 8 gezeigt, zumindest in Teilbereichen der oberen Ränder der Seitenwände 10 und 11 jeweils ein in die Rollentasche 12 vorstehender Kragen 16 vorgesehen ist, so soll der in den 2 und 3 gezeigte Verbindungssteg 4 jeweils von diesem Kragen 16 ausgehen.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Verbindungssteg 4 insoweit entfernt, dass nur noch die in den 4 bis 9 dargestellten Vorsprünge 17 und 18, ausgehend von den Seitenwänden 10 und 11 oder dem jeweiligen Kragen 16, in die Rollentasche 12 ragen. Diese weisen Führungsflächen 19 und 20 auf, die zueinander mit einem Abstand s verlaufen (siehe 7), wobei dieser so bemessen ist, dass eine später, wie in den 8 und 9 gezeigt, in die Rollentasche 12 eingesetzte Nockenrolle 21 über diese Führungsflächen 19 und 20 geführt ist, indem sie an diesen mit ihren Stirnflächen 22 und 23 anläuft. Die zuvor erläuterte Spritzbohrung 15 der Kugelkalotte 8 ist so ausgerichtet, dass über diese Schmiermittel auf den Umfang der Nockenrolle 21 gespritzt wird.
Zur drehbaren Lagerung der Nockenrolle 21 auf einer Rollenachse 24 ist ein Nadellager 25 vorgesehen, bei dem es sich vorzugsweise um ein vollrolliges Nadellager handelt. Wie insbesondere die 4 zeigt, sind in den Seitenwänden 10 und 11 Bohrungen 26 vorgesehen, in denen die Rollenachse 24 fixierbar ist. Durch die entsprechende Anordnung der Nockenrolle 21 im Hebelkörper 9 wird ein in den 7 und 8 dargestellter Schlepphebel 27 für eine Verwendung in einem Ventiltrieb einer Hubkolbenbrennkraftmaschine geschaffen.
Wie weiterhin insbesondere die 5 zeigt, erstreckt sich von einem unteren Ende der Kugelkalotte 8 aus der Steg 13 und begrenzt somit an dieser Stelle die Rollentasche 12. Somit kann in diesem Bereich auf einen breiter ausgeführten Steg, der üblicherweise die Seitenwände 10 und 11 an ihren oberen Rändern mit einander verbinden würde, verzichtet werden. Von den Rändern ausgehend, weist die Seitenwand 10 vielmehr eine Doppelung 28 auf, die sich nach unten erstreckt und zur Aufnahme der Kugelkalotte 8 in den Steg 13 übergeht. Dadurch lässt sich der Hebelkörper 9 insgesamt verkürzen, so dass eine verkürzte Bauweise des Schlepphebels 27 und folglich eine sehr kompakte Anordnung des Ventiltriebs ermöglicht wird.
Bezugszeichenliste

1: Platine
2: äußerer Rand von 1
3: äußerer Rand von 1
4: Verbindungssteg
5: Ausnehmung
6: Ausnehmung
7: Ventilschaftauflage
8: Kugelkalotte, Anlenkung
8a: Kalottenwandung
9: Hebelkörper
10: Seitenwand
11: Seitenwand
12: Rollentasche
13: Steg
14: Steg
15: Spritzbohrung
16: Kragen
17: Vorsprung
18: Vorsprung
19: Führungsfläche
20: Führungsfläche
21: Nockenrolle
22: Stirnfläche von 21
23: Stirnfläche von 21
24: Rollenachse
25: Nadellager
26: Bohrung
27: Schlepphebel
28: Doppelung
s: Abstand zwischen 19 und 20

Claims

Schlepphebel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem spanlos aus Stahlblech hergestellten, einen Querschnitt mit einer nach unten offenen U-Form aufweisenden Hebelkörper (9, 27), dessen beide Seitenwände (10, 11) an endseitigen Abschnitten über quer zu diesen verlaufende Stege (13, 14) miteinander verbunden sind, wobei an einem der Stege (14) eine Ventilschaftauflage (7) und an dem anderen Steg (13) eine Anlenkung (8) des Hebelkörpers (9) ausgebildet sind und wobei in einer von den Stegen (13, 14) und den Seitenwänden (10, 11) begrenzten Rollentasche (12) eine Nockenrolle (21) angeordnet ist, die auf einer in den Seitenwänden (10, 11) fixierten Rollenachse (24) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Rollentasche (12), beabstandet von den Stegen (13, 14), beidseitig der Nockenrolle (21) von den Seitenwänden (10, 11) in Richtung zur Nockenrolle (21) verlaufende Vorsprünge (17, 18) ausgehen, die jeweils eine mit Stirnflächen (22, 23) der Nockenrolle (21) zusammenwirkende Führungsfläche (19, 20) bilden und dass die beiden Vorsprünge (17, 18) als aufeinander zu weisende, abgewinkelte Blechabschnitte ausgebildet sind, die von einem oberen Rand der Seitenwände (10, 11) im Bereich der Rollentasche (24) ausgehen.
Schlepphebel nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rollentasche (12) bis unmittelbar an die als eine Kugelkalotte ausgebildete Anlenkung (8) erstreckt.
Schlepphebel nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenüber dem oberen Rand der Seitenwände (10, 11) nach unten versetzte andere Steg (13) am unteren Rand der Kugelkalotte (8) verläuft und über jeweils eine Doppelung (28) mit der jeweiligen Seitenwand (10, 11) verbunden ist.
Verfahren zur spanlosen Herstellung eines Hebelkörpers (9) aus Stahlblech, der für einen Schlepp- oder Schwinghebel (27) eines Ventiltriebs einer Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen ist, welcher Hebelkörper (9) zwei Seitenwände (10, 11) sowie zwei quer zu den Seitenwänden (10, 11) verlaufende, die Seitenwände (10, 11) an endseitigen Abschnitten miteinander verbindende Stege (13, 14) aufweist, mit einer Ventilschaftauflage (7) an einem der Stege (14) und einer Anlenkung (8) des Hebelkörpers (9) an dem anderen Steg (13), wobei in einer von den Stegen (13, 14) und den Seitenwänden (10, 11) begrenzten Rollentasche (12) eine Nockenrolle (21) anordenbar ist, wobei in einem ersten Verfahrensschritt eine Platine (1) aus dem Stahlblech ausgestanzt wird und in einem zweiten Verfahrensschritt durch einen Stanzvorgang zumindest eine Ausnehmung (5, 6), die eine knochenförmige Außenkontur mit einer Längserstreckung und einer Quererstreckung aufweist und zur Bildung der Rollentasche (12) vorgesehen ist, aus der Platine (1) ausgestanzt wird und wobei die Platine (1) in einem dritten Verfahrensschritt zur Herstellung von deren U-Form umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Verfahrensschritt zumindest zwei Ausnehmungen (5, 6) mit zumindest einem diese voneinander trennenden Verbindungssteg (4), der in Richtung von deren Quererstreckung verläuft, hergestellt werden und dass im Anschluss an den dritten Verfahrensschritt der Verbindungssteg (4) in einem vierten Verfahrensschritt mit einem Abstand zu einem Rand der Rollentasche (12) herausgetrennt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungssteg (4) durch einen Stanzvorgang herausgetrennt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines spanlosen Umformprozesses eine Kugelkalotte als die Anlenkung (8) in einem der Stege (13) hergestellt wird, wobei diese Kugelkalotte unmittelbar an die Rollentasche (12) angrenzt.