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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Übertragung einer Ventilhubbewegung zur Ventilbetätigung in einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zur Herstellung eines Zwischenhebels für eine solche Anordnung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 8 näher definierten Art.
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Aus
DE 10 2017 010 069 A1 ist ein mechanisch vollvariabler Ventiltrieb für ein Gaswechselventil einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Schwenkhebel und einem Rollenschlepphebel zur Betätigung eines Gaswechselventils und zur mechanischen Ventilhubverstellung bekannt. Der Schwenkhebel ist schwenkbar um eine ortsfeste Achse gelagert und weist an einem Ende eine Arbeitskurve auf, mit der er auf eine Rolle des Rollenschlepphebels einwirkt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der vorgenannten Art vorzuschlagen, bei der im Betrieb der Verschleiß verringert wird und die kostengünstig gestaltet ist. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Zwischenhebels für eine Anordnung der vorgenannten Art vorzuschlagen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale des Patentanspruchs 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es wird eine Anordnung zur Übertragung einer Ventilhubbewegung zur Ventilbetätigung in einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die Anordnung weist einen Zwischenhebel auf, der verschwenkbar angeordnet und schwenkbeweglich antreibbar ist. Der Zwischenhebel steht mit einer Steuerkurve in Kontakt mit Abgriffsmitteln eines Ventilbetätigungselements zum Abgriff einer Ventilhubbewegung. Da die Steuerkurve im Querschnittsprofil an den Randbereichen jeweils zum jeweiligen Rand hin gekrümmt abfällt, können auf einfache Weise eine eventuell im Betrieb auftretende Schiefstellung zwischen Steuerkurve und Abgriffsmitteln ausgeglichen und Spannungsspitzen insbesondere an den Randbereichen besonders bei hoher Belastung vermieden und somit der Verschleiß an der Steuerkurve reduziert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerkurve an den Randbereichen jeweils mit zumindest einem im Querschnittsprofil logarithmisch gekrümmten Abschnitt und jeweils mit einer sich daran anschließenden und an den jeweiligen Rändern endenden Abrundung ausgebildet ist.
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Es ist auch von Vorteil, wenn die Steuerkurve im Querschnittsprofil am jeweiligen logarithmisch gekrümmten Abschnitt mit einer vorbestimmten Profilhöhe abfällt, wobei die Profilhöhe vorzugsweise in einem Bereich von 0,0005 mm bis 0,0055 mm liegt. Im vorgenannten Vorzugsbereich ist eine optimale Auslegung der Steuerkurve hinsichtlich der Größe der Kontaktfläche und der Toleranz gegenüber einem Verkippen in Kontakt mit den Abgriffsmitteln erreichbar.
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Zur weiteren Optimierung der Steuerkurve hinsichtlich der Kontaktverhältnisse zwischen dieser und den Abgriffsmitteln kann die Steuerkurve im Querschnittsprofil jeweils ausgehend von den logarithmisch gekrümmten Abschnitten an der jeweils anschließenden Abrundung bis zum jeweiligen Rand hin mit einer vorbestimmten Profilhöhe abfallend ausgeführt sein. Bevorzugt weisen dabei die Abrundungen im Querschnittsprofil jeweils eine vorbestimmte Länge auf. Die Profilhöhe und die Länge liegen vorzugsweise jeweils in einem Bereich von 0,2 mm bis 0,6 mm.
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Zum Kontakt mit den Abgriffsmitteln kann die Steuerkurve in einem zwischen den Randbereichen gelegenen zentralen Bereich mit einer zylindrischen oder im Querschnittsprofil ballig ausgeführten Kontaktfläche ausgeführt sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bilden die Abgriffsmittel des Ventilbetätigungselements zum Kontakt mit der Steuerkurve eine vorzugsweise bis in Randbereiche zylindrisch ausgeführte Anlauffläche. Auf diese Weise ist letztere besonders einfach und kostengünstig, bevorzugt an einer Kurvenrolle des Ventilbetätigungselements herstellbar, die zugleich einen besonders reibungsarmen Abgriff einer Ventilhubbewegung von der Steuerkurve ermöglicht. Alternativ können die Abgriffsmittel als Gleitfläche am Ventilbetätigungselement ausgeführt sein, die die Anlauffläche zum Kontakt mit der Steuerkurve bildet.
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Das Ventilbetätigungselement ist dabei vorzugsweise als Rollenschlepphebel ausgeführt. Denkbar ist aber auch eine andere Ausgestaltung des Ventilbetätigungselements, insbesondere als Rollenstößel oder Rollenkipphebel.
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Eine weitere Verbesserung der Kontaktverhältnisse zwischen Steuerkurve und Abgriffsmittel, insbesondere eine Reduzierung von Reibung und Verschleiß, ist erreichbar, wenn die Steuerkurve an der Oberfläche mit einer Mikrostruktur zur Aufnahme von Schmiermittel zur Verbesserung der Schmierung ausgebildet ist. Die Mikrostruktur kann insbesondere Mikrovertiefungen zur Aufnahme von Schmiermittel bilden, besonders Schmieröltaschen, die überschüssiges Schmiermittel speichern können.
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Der Zwischenhebel kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise nach einem in den nachfolgend beschriebenen Ansprüchen dargestellten Verfahren hergestellt werden.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines Zwischenhebels mit einer Steuerkurve in einer Anordnung nach einem der vorangehend beschriebenen Ansprüche gelöst. Die Steuerkurve wird dabei durch Umformen hergestellt. Denkbar ist auch eine zusätzliche spanende Bearbeitung.
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Eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung der Steuerkurve ist durch Umformen besonders durch Prägen auf Fertigmaß, durch sogenanntes Fertigprägen, in einem Arbeitsschritt erreichbar. Durch die Herstellung auf Fertigmaß mit einem formgebenden Arbeitsschritt zur Erreichung der präzisen Bauteilabmessungen, insbesondere der erforderlichen Bauteiltoleranzen, werden zusätzliche Arbeitsschritte zur Herstellung der Steuerkurve vermieden. Die Steuerkurve kann so in besonders vorteilhafter Weise insbesondere mit einem Querschnittsprofil nach einem der oben beschriebenen Ansprüche in einem Arbeitsschritt hergestellt werden.
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Zur weiteren Verbesserung der Schmierung kann in einem anschließenden Arbeitsschritt eine Mikrostruktur an der Oberfläche der Steuerkurve zur Aufnahme von Schmiermittel hergestellt und der Verschleiß weiter reduziert werden. Durch Gleitschleifen ist die Herstellung der Mikrostruktur in beliebiger Qualität angepasst an die Einsatzbedingungen auf einfache Weise mit reduziertem Herstellungs- und Kostenaufwand möglich. Eine besonders einfache Herstellung der Mikrostruktur kann kostengünstig durch Trowalisieren erreicht werden. Alternativ kann die Mikrostruktur auch durch einfaches Bürsten oder durch Honen gefertigt werden.
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Alternativ kann die Steuerkurve auch spanend, insbesondere durch Fräsen oder durch Schleifen, auf Fertigmaß hergestellt werden.
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Denkbar ist auch, die Steuerkurve zwischen dem Umformen und dem Gleitschleifen in einem zusätzlichen Arbeitsschritt zu fräsen.
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Der Zwischenhebel kann durch Umformen hergestellt werden. Das Umformen erlaubt eine besonders einfache und kostengünstige insbesondere einteilige Herstellung des Zwischenhebels, besonders in Leichtbauweise, beispielsweise aus Blech. Denkbar ist auch eine Herstellung des Zwischenhebel durch Schmieden, durch Gießen oder durch Metallpulverspritzgießen (MIM).
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Figurenliste
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Anordnung zur Übertragung einer Ventilhubbewegung zur Ventilbetätigung in einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine,
- 2 einen Zwischenhebel der Anordnung aus 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 3 einen Zwischenhebel in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 4 eine Teilansicht des Zwischenhebels mit einer Steuerkurve im Querschnitt,
- 5 eine Teilansicht des Zwischenhebels mit einer Steuerkurve in Kontakt mit Abgriffsmitteln eines Ventilbetätigungselements der Anordnung aus 1 im Querschnitt.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist beispielhaft eine erfindungsgemäße Anordnung zur Übertragung einer Ventilhubbewegung zur Ventilbetätigung in einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Anordnung weist einen Zwischenhebel 1 auf, der an einem Ende auf einer Schwenkachse 2 als einseitiger Hebel verschwenkbar gelagert und mit einer Rolle 3 schwenkbeweglich von einer Zwischenrolle 4 antreibbar ist. Die Zwischenrolle 4 ist in Kontakt sowohl mit einem Nocken 5a einer Nockenwelle 5 und als auch mit einem Exzenter 6a einer Exzenterwelle 6. Am Nocken 5a ist über die Zwischenrolle 4 und die Rolle 3 eine Nockenhubbewegung auf den Zwischenhebel 1 übertragbar. Der Zwischenhebel 1 steht mit einer an seinem verschwenkbaren freien Ende an der Stirnseite desselben gebildeten Steuerkurve 7 in Kontakt mit Abgriffsmitteln 8 eines Ventilbetätigungselements 9 zum Abgriff einer Ventilhubbewegung. Die Abgriffsmittel 8 werden durch eine Kurvenrolle des Ventilbetätigungselements 9 gebildet, das als Schlepphebel ausgeführt ist. Die Kurvenrolle 8 bildet am Außendurchmesser eine Anlauffläche 10 zum Kontakt mit der Steuerkurve 7. Kurvenrolle 8 und Schlepphebel 9 bilden einen Rollenschlepphebel, der an einem abstützseitigen Hebelendbereich schwenkbeweglich am Zylinderkopf 27 der Brennkraftmaschine abgestützt ist und an einem ventilseitigen Hebelendbereich mit zumindest einem Gaswechselventil 11 der Brennkraftmaschine zur Übertragung einer Ventilhubbewegung in Kontakt steht. Die Kurvenrolle 8 ist in einem zwischen den Hebelendbereichen gelegenen mittleren Bereich des Schlepphebels 9 angeordnet.
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2 zeigt den Zwischenhebel 1 mit der Rolle 3 und der Steuerkurve 7 aus der Anordnung in 1 in einer Einzelansicht. In 3 ist in einem zweiten Ausführungsbeispiel ein Zwischenhebel 12 mit einer am von der Steuerkurve 7 abgewandten Ende angeordneten zusätzlichen Rolle 13 dargestellt. Letztere dient zur Abstützung des Zwischenhebels im Schwenkzentrum, insbesondere an einer nicht dargestellten ortsfesten Führung, durch die das Schwenkzentrum verlagerbar ist.
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Die Steuerkurve 7 wird durch die der Kurvenrolle 8 zugewandten Stirnfläche des verschwenkbaren freien Endes des Zwischenhebels 1, 12 gebildet und erstreckt sich mit mehreren Kurvenbereichen unterschiedlicher Krümmung in Schwenkrichtung entlang der gesamten Länge der vorgenannten Stirnseite (1 bis 3).
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Der Zwischenhebel 1, 12 ist aus Blech durch Umformen hergestellt (2 und 3). Er weist zwei Seitenwände 14, 15 auf, zwischen denen die Rolle 3 angeordnet und an denen letztere abgestützt ist. Die Seitenwände 14, 15 sind zum verschwenkbaren freien Ende des Zwischenhebels 1, 12 hin an Seitenwandabschnitten 14a, 15a nach innen gekröpft ausgeführt und am Ende über einen Quersteg 31 einteilig verbunden. Dabei ist die Steuerkurve 7 an der Stirnfläche an der Außenseite des Querstegs 31 und der stirnseitigen Enden der gekröpften Seitenwandabschnitte 14a, 15a ausgebildet.
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In der Ausgestaltung gemäß 2 weist der Zwischenhebel 1 am von der Steuerkurve 7 abgewandten Ende der Seitenwände 14, 15 fluchtend gegenüberliegende Durchgangsbohrungen 32, 33 auf, die zur Aufnahme der Schwenkachse 2 und von nicht dargestellten Schwenklagern dienen. In der Ausführung des Zwischenhebels 12 nach 3 ist am vorgenannten Ende die Rolle 13 zwischen den Seitenwänden 14, 15 angeordnet und an diesen abgestützt.
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4 zeigt eine Teilansicht des Zwischenhebels 1, 12 mit einem Querschnittsprofil der Steuerkurve 7, das bezogen auf die Schwenkachse 2, d.h. quer zur Schwenkrichtung des Zwischenhebels 1, 12 in axialer Richtung verläuft. In 5 ist eine vergrößerte Ansicht des axialen Querschnittsprofils der Steuerkurve 7 in Kontakt mit der Kurvenrolle 8 des Schlepphebels 9 dargestellt. Die Steuerkurve 7 weist in einem zwischen ihren Randbereichen 16, 17 gelegenen zentralen mittleren Bereich eine in Schwenkrichtung zylindrisch ausgeführten Kontaktfläche 18 auf. Alternativ kann diese auch im Querschnittsprofil leicht ballig ausgeführt sein. Die Steuerkurve 7 steht an der Kontaktfläche 18 in Kontakt mit einer zylindrischen Anlauffläche 10 am Außendurchmesser der Kurvenrolle 8. Die Anlauffläche 10 ist bis in die Randbereiche 10a, 10b zylindrisch ausgeführt.
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Die Steuerkurve 7 weist im Querschnittsprofil ausgehend vom zentralen mittleren Bereich mit der Kontaktfläche 18 an ihren axialen seitlichen Randbereichen 16, 17 jeweils einen zum jeweiligen axialen Rand 19, 20 an den planen Außenflächen der gekröpften Seitenwandabschnitte 14a, 15a hin konvex gekrümmten abfallenden Verlauf auf (1 bis 5). Diese Profilierung an den axialen seitlichen Randbereichen 16, 17 dient zur Vermeidung hoher Spannungsspitzen, insbesondere durch sogenannte Kantenträger, aufgrund von im Betrieb eventuell auftretenden Schiefstellungen in Kontakt mit der Anlauffläche 10 der Kurvenrolle 8. Die Steuerkurve 7 ist dabei im Querschnittsprofil an den Randbereichen 16, 17 jeweils mit zumindest einem Abschnitt 21, 22 mit logarithmisch gekrümmtem Verlauf und mit einer sich jeweils daran anschließenden und an den jeweiligen Rändern 19, 20 endenden Abrundung 23, 24 ausgebildet (5). Die Übergänge im Querschnittsprofil zwischen der zentralen zylindrischen Kontaktfläche 18 und dem jeweiligen logarithmisch gekrümmten Abschnitt 21, 22 sowie zwischen letzterem und der jeweiligen Abrundung 23, 24 sind kantenfrei mit stetiger Krümmung ausgeführt.
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Ausgehend von der zylindrischen Kontaktfläche 18 fällt die Steuerkurve 7 im Querschnittsprofil an den logarithmisch gekrümmten Abschnitten 21, 22 jeweils bis zur jeweiligen Abrundung 23, 24 hin um eine vorbestimmte Profilhöhe h ab. Die Profilhöhe h liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,0005 mm bis 0,0055 mm. Die Abrundungen 23, 24 sind jeweils ausgehend von den jeweiligen logarithmisch gekrümmten Abschnitten 21, 22 bis zum jeweiligen Rand 19, 20 mit einer vorbestimmten Profilhöhe H und einer vorbestimmten axialen Länge I ausgeführt. Profilhöhe H und axiale Länge I liegen jeweils vorzugsweise in einem Bereich von 0,2 mm bis 0,6 mm.
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Beide axial seitlichen Randbereichen 16, 17 sind vorzugsweise jeweils in Schwenkrichtung entlang der gesamten Länge Steuerkurve 7 mit dem vorgenannten Querschnittsprofil ausgebildet, die in axialer Richtung an den Randbereichen 16, 17 jeweils spiegelbildlich zueinander ausgebildet ist. Durch die Profilierung der Steuerkurve 7 an den seitlichen Randbereichen 16, 17 mit abfallenden Krümmungsverlauf ist an diesen ein Ausgleich von eventuell auftretenden Schiefstellungen zwischen Steuerkurve 7 und Kurvenrolle 8 im Betrieb möglich und dadurch ein Verschleiß aufgrund von Spannungsspitzen durch sogenannte Kantenträgern sicher vermeidbar.
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Zur weiteren Verbesserung des Kontakts zwischen Steuerkurve 7 und Kurvenrolle 8 und der tribologischen Eigenschaften ist an der Steuerkurve 7 eine oberflächliche Mikrostruktur 25 vorgesehen (2 bis 5). Die Mikrostruktur 25 weist mikroskopische Vertiefungen als Schmieröltaschen auf, die zur Aufnahme und Speicherung von Schmiermittel dienen. Auf diese Weise begünstigt die Mikrostruktur 25 die Ölhaftung und damit die Schmierbedingungen an der Steuerkurve 7.
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Die Steuerkurve 7 kann mit dem oben beschriebenen Querschnittsprofil an den Randbereichen 16, 17 in einem formgebenden Arbeitsschritt durch Prägen auf Fertigmaß besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden. Die Herstellung der Mikrostruktur 25 kann anschließend durch Gleitschleifen oder Bürsten oder Honen erfolgen.
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Nach 1 sind die Schwenkachse 2, die Nockenwelle 5 und die Exzenterwelle 6 achsenparallel angeordnet und jeweils in einem ortsfesten Gehäuse 26 gelagert, das an einem Zylinderkopf 27 der Brennkraftmaschine aufgenommen ist. Die Nockenwelle 5, die Exzenterwelle 6, der Zwischenhebel 1 und der Schlepphebel 9 mit der Kurvenrolle 8 sind Teil eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, der im Gehäuse 26 angeordnet und nur teilweise abgebildet ist. Die Nockenwelle 5 weist mehrere Nocken 5a und die Exzenterwelle 6 mehrere Exzenter 6a auf, von denen jeweils nur einer dargestellt ist.
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Die Rolle 3 des Zwischenhebels 1, die in Kontakt mit der Zwischenrolle 4 steht, ist in einem zwischen den stirnseitigen Enden des Zwischenhebels 1 gelegenen mittleren Bereich desselben angeordnet. Die Zwischenrolle 4 bildet am Außendurchmesser einen ersten Ring 4a, an dem die Rolle 3 und der Nocken 5a angreifen, und einen zweiten Ring 4b mit kleinerem Außendurchmesser, an dem der Exzenter 6a angreift. Durch die Verstellung des Exzenters 6a ist über die Zwischenrolle 4 und die Rolle 3 der Zwischenhebel 1 derart positionierbar, dass die Kurvenrolle 8 des Schlepphebels 10 mit verschiedenen Kurvenbereichen der Steuerkurve 7 in Kontakt kommt. Dadurch sind die Ventilhubcharakteristik und die Ventilöffnungszeiten variabel einstellbar.
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Der Zwischenhebel 1, 12 weist an einem in Schwenkrichtung ausgerichteten Ende des Querstegs 31 zwei in Schwenkrichtung abstehende Fortsätze 28, 29 auf (2 und 3). Diese sind parallel zueinander beabstandet angeordnet und dienen als Federeinhängung für eine Rückstellfeder 30 (1). Letztere ist als Drehfeder, hier als Drehschenkelfeder ausgeführt und mit einem Federschenkel 30a an den Fortsätzen 28, 29 eingehängt (1) mit dem anderen Federschenkel 30b am Gehäuse 26 befestigt, das den Ventiltrieb aufnimmt. Die Fortsätze 28, 29 können jeweils an ihrer der Kurvenrolle 8 zugewandten Stirnseite, wie hier dargestellt, eine Fortsetzung der Steuerkurve 7 bilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zwischenhebel
- 2
- Schwenkachse
- 3
- Rolle
- 4
- Zwischenrolle
- 5
- Nockenwelle
- 5a
- Nocken
- 6
- Exzenterwelle
- 6a
- Exzenter
- 7
- Steuerkurve
- 8
- Abgriffsmittel, Kurvenrolle
- 9
- Ventilbetätigungselement, Schlepphebel
- 10
- Anlauffläche
- 10a
- Randbereich
- 10b
- Randbereich
- 11
- Gaswechselventil
- 12
- Zwischenhebel
- 13
- Rolle
- 14
- Seitenwand
- 14a
- Seitenwandabschnitt
- 15
- Seitenwand
- 15a
- Seitenwandabschnitt
- 16
- Randbereich
- 17
- Randbereich
- 18
- Kontaktfläche
- 19
- Rand
- 20
- Rand
- 21
- Abschnitt
- 22
- Abschnitt
- 23
- Abrundung
- 24
- Abrundung
- 25
- Mikrostruktur
- 26
- Gehäuse
- 27
- Zylinderkopf
- 28
- Fortsatz
- 29
- Fortsatz
- 30
- Rückstellfeder
- 30a
- Federschenkel
- 30b
- Federschenkel
- 31
- Quersteg
- 32
- Durchgangsbohrung
- 33
- Durchgangsbohrung
- h
- Profilhöhe
- H
- Profilhöhe
- I
- Länge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017010069 A1 [0002]
