DE19815790B4

DE19815790B4 - Mechanischer Ventilstößel

Info

Publication number: DE19815790B4
Application number: DE19815790A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. Ammon; Robert Dipl.-Ing. Kamm (FH)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1997-05-26
Filing date: 1998-04-08
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2018-04-09
Also published as: KR19980087332A; DE19815790A1; ITMI981147A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung mechanischer Ventilstößel, die jeweils in einer Führungsbohrung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine angeordnet sind und aus einem tassenförmigen Gehäuse (1) bestehen, das eine hohlzylindrische Wandung (2) umfasst, die an einem Ende durch einen Boden (3) verschlossen ist, gegen den von außen ein Steuernocken (6) anläuft, während an der Innenseite des Bodens (3) eine Erhebung (4) vorhanden ist, die in Wirkverbindung mit dem Ende eines Ventilschafts eines Gaswechselventils (5) steht, wobei die Erhebungen (4) bei sonst gleichen Abmessungen der Ventilstößel in Stufen aufeinander abgestimmte, unterschiedliche axiale Höhen h zur Ventilspieleinstellung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer aus einem Kalt- oder Warmband ausgestanzten Ronde durch ein Kaltformgebungsverfahren das tassenförmige Gehäuse (1) gebildet wird, anschließend die Innenseite des Bodens (3) zur Erzeugung eines hohen Druckes mit einer Kraft F1 beaufschlagt wird, so dass die Erhebung (4) durch ein plastisches und zur Kraft F1 entgegen gesetztes Rückwärtsfließen des Bodens (3) in Richtung...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mechanischer Ventilstößel, die jeweils in einer Führungsbohrung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine angeordnet sind und aus einem tassenförmigen Gehäuse bestehen, das eine hohlzylindrische Wandung umfasst, die an einem Ende durch einen Boden verschlossen ist, gegen den von außen ein Steuernocken anläuft, während an der Innenseite des Bodens eine Erhebung vorhanden ist, die in Wirkverbindung mit dem Ende eines Ventilschafts eines Gaswechselventils steht, wobei die Erhebungen bei sonst gleichen Abmessungen der Ventilstößel in Stufen aufeinander abgestimmte, unterschiedliche axiale Höhen h zur Ventilspieleinstellung aufweisen.
Die JP 6-17609 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung derartiger mechanischer Ventilstößel, wobei die unterschiedlichen axialen Höhen der Erhebungen durch Abschleifen und erneutes Härten der Erhebungen erzeugt werden.
Die DE 693 01 520 T2 beschreibt ein Kaltpressverfahren zur Herstellung eines mechanischen Ventilstößels.
Die DE 41 31 487 A1 zeigt einen mechanischen Ventilstößel mit einem Boden, an dessen Innenseite eine Erhebung in Form einer Führungshülse unterschiedlicher Längenabstufung zur Ventilspieleinstellung verläuft.
In der DE 22 47 069 A ist ein Tassenstößel dargestellt, der an seiner vom Nocken abgewandten Bodenseite eine in Richtung eines Ventilschafts weisende Erhebung besitzt, die über eine diese umfassende Einstellscheibe an der Stirnseite des Ventilschafts anliegt. Die notwendige Korrektur des Ventilspiels erfolgt nun nach einer vorgegebenen Laufleistung durch Austausch der Einstellscheibe.
Nachteilig dabei ist, dass einerseits diese Einstellscheiben als zusätzliche Teile in verschiedenen Längenabstufungen gefertigt und auf Lager gehalten werden müssen und andererseits der Einstellvorgang des Ventilspiels erschwert ist, da die Einstellscheibe als ein zusätzliches Teil gehändelt werden muss.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung mechanischer Ventilstößel zu entwickeln, die ein vereinfachtes Nachstellen des Ventilspiels ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Ventilstößels zeichnet sich dadurch aus, dass aus einer aus einem Kalt- oder Warmband ausgestanzten Ronde durch ein Kaltformgebungsverfahren, vorzugsweise durch Tiefziehen oder Fließpressen, das tassenförmige Gehäuse gebildet wird, anschließend die Innenseite des Bodens zur Erzeugung eines hohen Druckes mit einer Kraft F1 beaufschlagt wird, sodass die Erhebung durch ein plastisches und zur Kraft F1 entgegen gesetztes Rückwärtsfließen des Bodens in Richtung der Erhebung gebildet wird, während ein Materialfluss in Richtung der hohlzylindrischen Wandung erfolgt, wobei die Erhebung mit einer Gegenkraft F2 beaufschlagt wird, die kleiner als die Kraft F1 ist, so dass sich an der dem Steuernocken zugewandten Seite des Bodens keine Materialeindellung im Boden bildet.
Die Gegenkraft F2 dient dazu, um auf der von dem Steuernocken beaufschlagten Außenseite des Bodens einen Bereich von Fehlvolumen in Form einer Eindellung zu vermeiden.
Das Rückwärtsfließpressen in Richtung Erhebung und in Richtung hohlzylindrische Wandung hat neben der eigentlichen Bildung der Erhebung den Vorteil, dass der Ventilstößel im Bereich der hohlzylindrischen Wandung besonders stabil ausgebildet ist.
Das plastische Fließen kann hierbei so gestaltet werden, dass die Innenkontur des Bodens eine beliebige Form annimmt. So wird es aus Gründen einer hohen Stabilität und Festigkeit sowie eines möglichst geringen Gewichtes des Ventilstößels zweckmäßig sein, die Innenkontur des Bodens so auszuführen, dass er im Zentrum am stärksten ausgebildet ist und in Richtung Rand in seiner Dicke abnimmt. Anders ausgedrückt, die Innenkontur des Bodens ist an die Belastungsverhältnisse angepasst, d. h. die Nockenaufschlagstelle ist am kräftigsten ausgebildet.
Bei einer Einstellung des Ventilspiels wird derjenige mechanische Ventilstößel eingesetzt, dessen Erhebung die erforderliche axiale Ausdehnung aufweist, um das jeweilige gemessene Ventilspiel zu korrigieren. Der komplette Ersatz eines mechanischen Ventilstößels durch einen neuen vereinfacht den Einstellvorgang wesentlich, da während des Einstellvorganges nur mit dem Ventilstößel an sich umgegangen werden muss. Die bisher erforderlichen Ausgleichsscheiben zur Einstellung des Ventilspieles können also entfallen. Dies wiederum bedeutet, sie müssen als separates Ersatzteil nicht mehr gefertigt und auch nicht aufwendig in verschiedenen Abmessungen auf Lager gehalten werden.
Die Abstufung der axialen Höhen soll in 100 μ-Schritten erfolgen. Zudem sollen die Höhen kleiner gleich der dreifachen Ausgangsstärke des Bodens sein.
Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Kontur der Stirnseite des Prägestempels der Innenkontur des Bodens entspricht. Durch diese Festlegung des Prägestempels wird die Innenkontur des Bodens in all ihren Einzelheiten bestimmt.
Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines mechanischen Ventilstößels, teilweise geschnitten,
2 und 3 ein tassenförmiges Gehäuse eines mechanischen Ventilstößels vor und nach der Bodenprägung und
4 eine grafische Darstellung des Fließverhaltens des Bodens während des Prägevorganges.
Der in 1 dargestellte mechanische Ventilstößel besitzt ein tassenförmiges Gehäuse 1, dessen hohlzylindrische Wandung 2 an der einen Seite durch einen Boden 3 verschlossen ist. In Richtung des offenen Endes des tassenförmigen Gehäuses 1 ist der Boden 3 mit einer Erhebung 4 versehen, die mit der Stirnseite eines Schaftes eines Gaswechselventils 5 in Wirkverbindung steht. Von oben wird der Boden 3 durch einen Nocken 6 beaufschlagt.
Bei einer Korrektur des Spieles des Gaswechselventils 5 wird nun nicht mehr wie nach dem bisherigen Stand der Technik eine Einstellscheibe gewechselt, sondern das ganze tassenförmige Gehäuse 1 durch ein anderes ersetzt, dessen Erhebung 4 die entsprechend gewünschte axiale Ausdehnung besitzt.
Der in 2 dargestellte Rohling eines tassenförmigen Gehäuses 1 wird ausgehend von einer aus einem Kalt- oder Warmband ausgeschnittenen Blechronde durch ein Kaltformverfahren, beispielsweise durch Fließpressen, hergestellt, wobei Kaltformverfahren saubere Oberflächen bei einer verhältnismäßig großen Endgenauigkeit ermöglichen. Dieser aus hohlzylindrischer Wandung 2 und Boden 3 bestehende Rohling eines tassenförmigen Gehäuses 1 wird nun in eine Matrize 7 eingesetzt, die seine Mantelfläche von allen Seiten gleichmäßig umschließt. Der Boden 3 des tassenförmigen Gehäuses 1 stützt sich dabei auf einem Gegenhaltestempel 8 ab, während an der offenen Seite des tassenförmigen Gehäuses 1 beabstandet ein weiterer Gegenhaltestempel 10 angeordnet ist.
Wird nun, wie aus den 3 und 4 ersichtlich, die Innenseite des Bodens 3 durch den Prägestempel 9 von oben mit einer Kraft F1 beaufschlagt, so beginnt ein Teil des Materials vom Boden 3 entgegengesetzt zur Kraft F1 in einen Hohlraum 12 plastisch zu fließen, der vom Prägestempel 9 und dem Gegenhaltestempel 11 gebildet ist. Ein anderer Teil des Materials des Bodens 3 fließt in einen weiteren Hohlraum 13, der einerseits von der Matrize 7 und dem Gegenhaltestempel 8 und andererseits vom tassenförmigen Gehäuse 1 selbst gebildet ist. Mit anderen Worten, der Boden 3 wird zur Bildung der Erhebung 4 plastifiziert, d. h., der Boden 3 wird durch eine partielle Materialanhäufung im Bereich der Erhebung 4 verstärkt, ohne dass auf der der Erhebung 4 gegenüberliegenden Seite eine Materialeindellung eintritt. Für das Plastifizieren des Bodens 3 ist eine Presskraft von 2.000–3.000 N/mm² aufzuwenden.
Der in einer nicht bezeichneten Ausnehmung des Prägestempels 9 axial verschiebbar geführte Gegenhaltestempel 11 beaufschlagt die sich bildende Erhe bung 4 mit einer Gegenkraft F2, die wesentlich kleiner als F1 ist und sorgt dafür, dass sich an der dem Nocken 6 zugewandten Seite des Bodens 3 kein Fehlvolumen in Form einer Materialeindellung bilden kann.
Den 2 und 3 ist auch entnehmbar, dass die Stirnseite des Prägestempels 9 der Innenkontur des Bodens 3 angepasst ist und nach Abschluss des Metallformgebungsvorgangs der Rohling des tassenförmigen Gehäuses 1 die Hohlräume 12 und 13 ausfüllt, d. h. sich das tassenförmige Gehäuse 1 in seiner Endform gebildet hat. Der 3 kann der Fachmann weiter entnehmen, dass die axiale Höhe h der Erhebung 4 durch unterschiedliche Stellungen der Gegenhaltestempel 10 und 11 zueinander variiert werden kann. Im Anschluss daran ist es möglich, das tassenförmige Gehäuse 1, das nun seine endgültige Form hat, gegebenenfalls einer spanenden Bearbeitung und einer Wärmebehandlung zwecks Härtesteigerung zu unterwerfen.
In 4 ist das Materialverhalten eines Bodens 3 in einem Fließschaubild mittels einer Vielzahl kleiner Pfeile dargestellt. Aus den Pfeilen ist sowohl die Fließrichtung als auch die ungefähre Fließgeschwindigkeit entnehmbar, da die Länge der Pfeile mit der Fließgeschwindigkeit korreliert. Es ist klar erkennbar, dass eine Fließscheide im ausgewählten Beispiel etwa in der radialen Mitte des Bodens 3 liegt. Das heißt von dieser Stelle fließt zunächst Material des Bodens 3 in radialer Richtung nach innen und nach außen, um dann in axialer Richtung nach oben in Richtung der Erhebung 4 bzw. in Richtung hohlzylindrischer Wandung 2 weiter plastisch zu fließen.

1: tassenförmiges Gehäuse
2: hohlzylindrische Wandung
3: Boden
4: Erhebung
5: Gaswechselventil
6: Nocken
7: Matrize
8: Gegenhaltestempel
9: Prägestempel
10: Gegenhaltestempel
11: Gegenhaltestempel
12: Hohlraum
13: Hohlraum

Claims

Verfahren zur Herstellung mechanischer Ventilstößel, die jeweils in einer Führungsbohrung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine angeordnet sind und aus einem tassenförmigen Gehäuse (1) bestehen, das eine hohlzylindrische Wandung (2) umfasst, die an einem Ende durch einen Boden (3) verschlossen ist, gegen den von außen ein Steuernocken (6) anläuft, während an der Innenseite des Bodens (3) eine Erhebung (4) vorhanden ist, die in Wirkverbindung mit dem Ende eines Ventilschafts eines Gaswechselventils (5) steht, wobei die Erhebungen (4) bei sonst gleichen Abmessungen der Ventilstößel in Stufen aufeinander abgestimmte, unterschiedliche axiale Höhen h zur Ventilspieleinstellung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer aus einem Kalt- oder Warmband ausgestanzten Ronde durch ein Kaltformgebungsverfahren das tassenförmige Gehäuse (1) gebildet wird, anschließend die Innenseite des Bodens (3) zur Erzeugung eines hohen Druckes mit einer Kraft F1 beaufschlagt wird, so dass die Erhebung (4) durch ein plastisches und zur Kraft F1 entgegen gesetztes Rückwärtsfließen des Bodens (3) in Richtung der Erhebung (4) gebildet wird, während ein Materialfluss in Richtung der hohlzylindrischen Wandung (2) erfolgt, wobei die Erhebung (4) mit einer Gegenkraft F2 beaufschlagt wird, die kleiner als die Kraft F1 ist, so dass sich an der dem Steuernocken (6) zugewandten Seite des Bodens (3) keine Materialeindellung im Boden (3) bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kaltformgebungsverfahren um Tiefziehen oder Fließpressen handelt.