DE19937407A1 - Verfahren zum Einstellen der Federvorspannung einer Ventil-Feder - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Federvorspannung einer Schraubendruck-Feder, insbesondere einer Ventil-Feder im Ventiltrieb einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, wobei die Feder vor deren Montage zur Erzeugung von Druckeigenspannungen kugelgestrahlt wurde. Erfindungsgemäß wird an der Schraubendruck-Feder im verbauten Zustand die vorliegende Vorspannkraft gemessen und daraufhin ein Teil der durch das Kugelstrahlen eingebrachten Druckeigenspannung derart gezielt abgebaut, daß sich aufgrund der damit einhergehenden Längenänderung der Feder die gewünschte Federvorspannung ergibt. Bevorzugt erfolgt der gezielte Abbau eines Teils der durch das Kugelstrahlen eingebrachten Druckeigenspannung durch Wärmebehandlung der Feder, wobei die Feder bspw. mittels starkem Stromfluß durch diese erwärmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Federvorspannung einer Schraubendruck-Feder, insbesondere einer Ventil-Feder im Ventiltrieb einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, wobei die Feder vor deren Montage zur Erzeugung von Druckeigenspannungen kugelgestrahlt wurde. Zum tech­ nischen Umfeld wird beispielshalber neben der DE 197 23 792 C1 auf die US 5,591,066 verwiesen.

In der erstgenannten Schrift ist eine Einrichtung zur Einstellung eines ein Brennkraftmaschinen-Hubventil betätigenden elektromagnetischen Aktuators beschrieben. Dabei wird der Abstützpunkt einer in diesem Aktuator vorgese­ henen Ventil-Feder gezielt verändert. Grundsätzlich auf die gleiche Weise wird auch die Federvorspannung einer Ventil-Feder in einem herkömmli­ chen, mechanischen Brennkraftmaschinen-Ventiltrieb (mit Nocken und Stö­ ßel oder Hebel), die üblicherweise als Schrauben-Druckfeder ausgebildet ist, eingestellt. An einem den Ventiltrieb enthaltenden Zylinderkopf werden dabei geeignete Unterlegscheiben unterschiedlicher Dicke zwischen den Zylinder­ kopf und die Feder eingelegt. Hierdurch verändert sich deren Vorspannlänge und somit die Vorspannkraft.

Die Montage der Ventil-Federn erfolgt dabei mit einem Niederhalter, der das Einsetzen der die Feder am Ventilschaft über den Ventilteller fixierenden Ventilkeile mit einer geeigneten Zange ermöglicht. Wenn der Niederhalter wieder gelöst wird, so begrenzen die eingesetzten Keile das Längen der Fe­ der. Erst wenn der Aufbau der weiteren Ventiltrieb-Komponenten abge­ schlossen ist, kann die Federvorspannung gemessen werden. Muß darauf­ hin die Ventilfeder-Vorspannung quasi nachträglich verändert werden, so muß dieser genannte Aufbau wieder demontiert werden. Durch ihre Keilform lösen sich die Ventilkeile dabei teilweise nur schwer. Anschließend kann die gewünschte Vorspannung bspw. durch Unterlegen einer Scheibe mit ge­ wünschter Stärke eingestellt und der Ventiltrieb wieder montiert werden. Die­ ser teilweise iterative Vorgang zum Einstellen der Federvorspannung einer Ventil-Feder, allgemein einer Schraubendruck-Feder, kann somit relativ auf­ wendig sein.

Nun sei noch kurz auf den eingangs zweitgenannten Stand der Technik ein­ gegangen, nämlich auf die US 5,591,066. In dieser Schrift ist eine Kugel­ strahlanlage für Schraubendruckfedern beschrieben. Wie bekannt werden derartige Federn und insbesondere auch Ventilfedern im Herstellungsprozeß kugelgestrahlt, um über den daraus resultierenden Aufbau von Druckeigen­ spannungen in den oberflächennahen Federbereichen verbesserte Eigen­ schaften der Schraubendruckfeder, so insbesondere auch eine erhöhte Le­ bensdauer zu erzielen.

Ausgehend vom soweit bekannten Stand der Technik soll mit der vorliegen­ den Erfindung aufgezeigt werden, wie an einer Schraubendruck-Feder, ins­ besondere an einer Ventil-Feder, die vor der Montage zur Erzeugung von Druckeigenspannungen kugelgestrahlt wurde, die Federvorspannung einfa­ cher eingestellt werden kann, als dies im vorletzten Absatz beschrieben wur­ de (= Aufgabe der Erfindung). Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß an der Schrau­ bendruck-Feder im verbauten Zustand die vorliegende Vorspannkraft ge­ messen wird und daß daraufhin ein Teil der durch das Kugelstrahlen einge­ brachten Druckeigenspannung derart gezielt abgebaut wird, daß sich auf­ grund der damit einhergehenden Längenänderung der Feder die ge­ wünschte Federvorspannung ergibt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird somit ein Teil der zunächst, nämlich vor deren Mon­ tage, in die Feder durch Kugelstrahlen oder dgl. eingebrachten Druckeigen­ spannung zur Erzeugung bzw. Einstellung der gewünschten Federvorspan­ nung genutzt. Dies ist aus der Erkenntnis heraus möglich, daß sich beim Kugelstrahlen und dem damit verbundenen Aufbau der Druckeigenspannun­ gen die Feder verkürzt bzw. setzt. Wird nun eine solchermaßen vorbehan­ delte Schraubendruck-Feder montiert und wird daraufhin ein Teil dieser Druckeigenspannung gezielt abgebaut, so wird diese Feder einhergehend mit einem teilweisen Lösen dieser Randschichtverspannungen wieder ge­ ringfügig länger. Durch dieses längenmäßige Wachstum der Feder verändert sich logischerweise die Vorspannung der Feder, und zwar vorteilhafterweise im eingebauten Zustand.

Somit ist es also nurmehr erforderlich, vor der Montage der Feder soviel Druckeigenspannung bzw. einen möglichst hohen Betrag derselben aufzu­ bauen, so daß nach erfolgter Montage ein Teil dieser Druckeigenspannung wieder abgebaut werden kann, um daraus das gewünschte bzw. für das Er­ reichen der gewünschten Vorspannung benötigte Längenwachstum der Fe­ der zu erhalten.

Vorgeschlagen werden (in anderen Worten ausgedrückt) somit die folgenden Verfahrensschritte:
Zunächst werden die (Ventil-)Federn in deren Herstellungsprozess kugelge­ strahlt bzw. allgemein gestrahlt, und zwar zum Aufbau von Druckeigenspan­ nungen insbesondere in sowie nahe der Materialoberfläche. Bevorzugt wer­ den die Federn dabei zunächst unbelastet vorgestrahlt und danach in vorge­ spanntem Zustand hauptgestrahlt, wodurch ein verstärkter Aufbau von Druck-Eigenspannungen möglich wird.

Die solchermaßen vorbehandelten Ventil-Federn werden dann montiert bzw. verbaut, wonach es möglich ist, die dann vorhandenen Vorspannkräfte (im verbauten Zustand) zu messen. Anschließend werden durch eine gezielte Wärmebehandlung der Federn diese Druckeigenspannungen bzw. Randschichtverspannungen teilweise aufgelöst bzw. abgebaut, und zwar bevorzugt um Werte in der Größenord­ nung von 5% bis 15% der gesamten durch das anfängliche Kugelstrahlen aufgebrachten Druckeigenspannung. Durch diesen teilweisen Spannungs­ abbau wird die Feder wieder länger.

Mit diesem Längen bzw. Wachsen der Feder kann folglich an einer (Ventil)- Feder im eingebauten Zustand die Federvorspannung eingestellt werden, wenn der Abbau der Druckeigenspannung gezielt soweit erfolgt, bis die ge­ wünschte Eigenspannung erreicht ist. Vorteilhafterweise muß somit für eine nachträgliche Einstellung der Vorspannung einer Ventil-Feder der Ventiltrieb nicht mehr demontiert werden, was beim herkömmlichen, eingangs geschil­ derten Verfahren aber erforderlich war, da die tatsächliche Federvorspan­ nung aufgrund von unvermeidbaren Fertigungstoleranzen erst mit einge­ bauter bzw. montierter Ventil-Feder gemessen werden kann.

Bevorzugt kann der gezielte Abbau eines Teils der durch das Kugelstrahlen eingebrachten Druckeigenspannung durch Wärmebehandlung der Feder erfolgen, wobei darauf hingewiesen sei, daß auch diese Wärmebehandlung vorteilhafterweise im eingebauten Zustand ohne Demontage der Feder er­ folgen kann. Auf relativ einfache Weise kann diese Wärmebehandlung bspw. mittels durch Induktion erzeugten starken Stromfluß durch die Feder durch­ geführt werden, jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details durch­ aus abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (3)

1. Verfahren zum Einstellen der Federvorspannung einer Schrauben­ druck-Feder, insbesondere einer Ventil-Feder im Ventiltrieb einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, wobei die Feder vor deren Montage zur Erzeugung von Druckeigenspannungen kugelgestrahlt wurde, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schraubendruck-Feder im ver­ bauten Zustand die vorliegende Vorspannkraft gemessen wird und daß daraufhin ein Teil der durch das Kugelstrahlen eingebrachten Druckeigenspannung derart gezielt abgebaut wird, daß sich aufgrund der damit einhergehenden Längenänderung der Feder die ge­ wünschte Federvorspannung ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gezielte Abbau eines Teils der durch das Kugelstrahlen eingebrachten Druckeigenspannung durch Wärmebehandlung der Feder erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder mittels starkem Stromfluß durch diese erwärmt wird.