DE3308550A1

DE3308550A1 - Flachstoessel fuer ventilantriebe

Info

Publication number: DE3308550A1
Application number: DE19833308550
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 8500 Nürnberg Fuhrmann
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1983-03-10
Filing date: 1983-03-10
Publication date: 1984-09-13
Also published as: ZA841319B; SU1232133A3; FR2542371A1; SE8400652D0; IT1175448B; GB2140119A; SE457895B; FR2542371B1; JPS59218315A; IT8419964A0; SE8400652L; GB2140119B; US4508067A; DE3308550C2; GB8406427D0

Description

M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg

Aktiengesellschaft

Nürnberg, 03. März 1983

Flachstößel für Ventilantriebe

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flachstößel für Ventilantriebe in Hubkolbenmaschinen, insbesondere in Brennkraftmaschinen, welcher einen Schaft, einen dem Antriebsnocken zugewandten, mit einer Nocken-Auflauffläche versehenen Stößelboden aus hochelastischem Material und eine überwiegend pfannenartig ausgebildete, mit anderen Antriebsteilen, insbesondere Stößelstange, zusammenarbeitende Übertragungfläche aufweist, wobei zwischen dem Stößelboden und der Übertragungsfläche ein, eine Federung des Stößelbodens zulassender Hohlraum vorgesehen ist.

Ein derartiger Ventilstößel ist aus der DE-PS 28 35 912 bekannt. Bei ihm ist der Stößelboden (bestehend aus hochelastischem Werkzeugstahl) als runde Platte ausgebildet, wobei die beiden Stirnseiten der Platte vollkommen eben sind. Durch die vollkommen plane Ausbildung des Stößelbodens kann es bei einer bestimmten Antriebsnocken-Breite eventuell gar nicht zu der aufgabenmäßig gewünschten verschleißmindernden Durchfederung des Stößelbodens kommen, da dann durch den nahezu linienförmigen Berührungsbereich zwischen Antriebsnocken und Stößelboden (der Berührungsbereich reicht dabei bis zu den Aufliegenden, sprich Einspannenden, der Platte) innerhalb des zentralen Bereichs des Stößelbodens gar keine höhere Belastung auftreten kann. Außerdem tritt hier der Nachteil auf, daß bei geringfügigen Fehlern in der Achsrichtung des Stößels, mit anderen Worten, wenn die Achse des Stößels nicht genau senkrecht zur Nockenwellenachse verläuft, und hier geht es um Bruch-

teile von Winkelminuten, der plane Stößel sofort an der Kante trägt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventilstößel der eingangs erwähnten Art derart zu verbessern, daß nicht nur der Verschleiß der Nocken-Auflauffläche durch eine stets sichere Durchfederung des Stößelbodens verringert wird, sondern daß auch der geschilderte Nachteil, der bei kleinen Fehlern in der Achsrichtung des Stößels, also bei einer Abweichung der Stößelachse von der Senkrechten zur Nockenwellenachse, bei einem derartigen Stößel auftritt, vermieden wird. Letzten Endes trägt die Vermeidung dieses Nachteils ebenfalls zur Verschleißminderung bei.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die gekennzeichneten Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Ventilstößel, bei denen der Stößelboden eine ballige Nocken-Auflauffläche aufweist, sind an sich bekannt (vergleiche beispielsweise DE-AS 1 209 802).

Das Wesentliche der vorliegenden Erfindung liegt aber darin, daß die vorgeschlagenen ballige Ausbildung in Verbindung mit einem zwischen Stößelboden und Stößelschaft vorliegenden Hohlraum zur Anwendung kommt.

Dadurch wird die bei einem balligen Stößel üblicherweise zunächst entstehende hohe Hertzpressung (aufgrund der Punktberührung mit dem Nocken) herabgesetzt, da sich der Stößelboden unter der Wirkung der mittigen Anpreßkraft zwischen Nocken und Stößel stets sicher durchbiegen kann. Beim Durchbiegen wird die Krümmung der balligen Nocken-Auflauffläche

geringer, wobei die örtlichen Pressungen abgebaut werden. Dies wirkt sich insbesondere in der Mitte des Stößelbodens aus, wo die höchsten Hertzpressungen vorliegen. Liegen geringfügige Fehler in der Achsrichtung des Stößels vor, berührt der ballige Stößel den Nocken etwa* außerhalb der Mitte; es kann also nicht zum Kantentragen kommen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Durchmesser und die Dicke des hohl auf dem Stößelschaft aufliegenden Stößelbodens derart bemessen sind, daß die elastische Durchbiegung des Stößelbodens während der Beanspruchungszeit durch den Antriebsnocken unter der höchsten vom Antriebsnoeken ausgeübten Kraft gerade gleich dem Betrag der Balligkeit der Nocken-Auflauffläche des Stößelbodens ist.

Dadurch wird aus der sehr kleinen Berührungsfläche, die sich bei einem nicht durchfedernden balligen Stößel aus der Hertzschen Pressung ergibt, eine ganz erheblich größere, im Optimalfall eine die ganze Nockenbreite erfassende Berührungsfläche. Dadurch ist es möglich, den Stößelboden aus spröden, gesinterten oder auf Keramikbasis aufgebauten Hartstoffen wie Titancarbid, Zirkonoxyd, Aluminiumoxyd oder Siziziumcarbid zu machen. Da die bei balligen (nicht federnden) Ventilstößeln üblicherweise auftretenden hohen örtlichen Hertzpressungen vermindert werden, tritt das sonst übliche Abspringen bzw. Ausbrechen von verschleißfördernden Masseteilchen aus derartig (nämlich aus Hartstoff) gefertigten Stößelböden nicht mehr auf.

Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführwngsbeispiels entnommen werden.

Figur 1 zeigt einen Flachstößel teilweise im Schnitt. Dieser besteht aus einem massiven Schaft 1 aus billigem Material, beispielsweise Gußeisen und einem aus hochelastischem Werkstoff, beispielsweise Zirkonoxid hergestellten Stößelboden 2, welcher am äußeren Rand sowie der Seitenfläche durch Löten oder Kleben mit dem Stößelschaft 1 verbunden ist. Zwischen dem Stößelboden 2 an dem ein nicht dargestellter Antriebsnocken abläuft und dem Schaft 1 ist in dessen unterer Stirnfläche eine kugelabschni'ttf örmige Ausnehmung vorgesehen, durch die ein Hohlraum 5 entsteht. Die obere Stirnfläche des Schaftes 1 bildet eine pfannenartig ausgebildete Übertragungsfläche 4, die mit weiteren Antriebsteilen, insbesondere einer nicht dargestellten Stößelstange zusammenarbeitet .

Die dem nicht dargestellten Antriebsnocken zugewandte Fläche des Stößelbodens 2, als Nocken-Auflauffläche 3 bezeichnet, ist nach einer besonders geeigneten mathematischen Funktion ballig ausgebildet. Dadurch tritt beim Auflaufen des Nockens auf dem Stößelboden 2 (genauer auf der Lauffläche 3) stets eine sichere Durchbiegung des Stößelbodens 2 auf. Diese Durchbiegung baut die hohen örtlichen Hertzpressungen ab, wodurch sich eine Verschleißminderung ergibt. Ebenfalls werden geringfügige Fehler in der Achsrichtung des Stößels aufgefangen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Durchmesser D und die Dicke h des hohl auf dem Schaft 1 aufliegenden Stößelbodens 2 derart bemessen sind, daß die elastische Durchbiegung des Stößelbodens 2 während der Beanspruchungszeit durch den Antriebsnocken unter der höchsten vom Antriebsnocken ausgeübten Kraft gerade gleich dem Betrag der Balligkeit b der Nocken-Auflauffläche 3 des Stößelbodens 2 entspricht. Je nach den vorliegenden geometrischen Ver-

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hältnissen des Stößelbodens 2 kann die Balligkeit b der Nocken-Auflauffläche zwischen 3 und 10 yum betragen.

Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn man die Balligkeit b des Stößelbodens möglichst gut der Formel

240 -FMl - Ai²) / 2 _n __c 2 2 . . . y = 5 ■ . (a —0,75 χ —χ In a/x)

E · h

annähert.

In dieser Formel, zu deren Erläuterung Fig. 2 dient, bedeuten:

a der halbe Durchmesser und h die Dicke der den Stößelboden darstellenden kreisförmigen Platte, in mm einzusetzen.

F die Anpreßkraft zwischen Stößel und Nocken, in N (Newton) einzusetzen, üblicherweise der an der Nockenspitze herrschende Betrag der maximalen Anpreßkraft.

E das Elastizitätsmodul des Materials der Stößelplatte,in N einzusetzen.

mm

ti die Querkontraktionszahl des Stoßelplattenmaterials, dimension slos

χ und y die Koordinaten der Profillinie des balligen Stößelbodens; der Wert für χ ist in mm einzusetzen,wobei sich der Wert y (Wert der Balligkeit) in yam ergibt.

In der Fig. 2 ist weiter noch d eingetragen. Darunter ist der Durchmesser der Abplattung der balligen Platte unter der Wirkung der Hertzschen Pressung zu verstehen, die sich unter der Einwirkung der Kraft F ergibt: in diesem Bereich ist die oben genannte Formel nicht anwendbar, und die Ausbildung der Balligkeit wird hier lediglich von den Gesichtspunkten der Herstellbarkeit bestimmt.

J^UÖDOU - 8 -

Da die Durchbiegung der rundum fest eingespannten Stößelplatte unter der Wirkung der maximalen Anpreßkraft iri etwa so groß ist, wie die der nicht durchgebogenen Stößelplatte eigene Balligkeit, ist es möglich, einen Stößelboden 2 aus spröden, gesinterten oder auf Keramikbasis aufgebauten Hartstoffen wie Titancarbid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid oder Siliziumcarbid zu verwenden.

Claims

üb-gr

M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg

Aktiengesellschaft

Nürnberg, 03. März 1983

P a t e η t a ns ρ r ü c h e

Flachstößel für Ventilantriebe in Hubkolbenmaschinen, insbesondere in Brennkraftmaschinen, welcher einen Schaft, eijaeji...dem Antriebsnocken zugewandten, mit einer Nocken-ÄJüitiauf fläche versehenen Stößelboden aus hochelastischem Material und eine überwiegend pfannenartig ausgebildete, mit anderen Antriebsteilen, insbesondere Stößelstange, zusammenarbeitende Übertragungsfläche aufweist, wobei zwischen dem Stößelboden und der Übertragungsfläche ein eine Federung des Stößelbodens zulassender Hohlraum vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Antriebsnocken zusammenarbeitende Fläche (3) des Stößelbodens (2) in möglichst guter Annäherung an die Formel

240 · F » (1 - Ai²) ,2 „ __c 2 2 _Λ . . γ = ^—- * (a — 0,75 χ — χ In a/x)

E · h

ballig ausgebildet ist, wobei χ und y die Koordinaten der Profillinie des balligen Stößelbodens,

a der halbe Durchmesser und h die Dicke der den Stößelboden darstellenden kreisförmigen Platte ,

F die Anpreßkraft zwischen Stößel und Nocken,

E das Elastizitätsmodul und ja die Querkontraktionszahl des Materials der Stößelplatte bedeuten.

JJUöOOU - 2 -

Flachstößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (D) und die Dicke (h) des hohl auf dem Schaft (1) aufliegenden Stößelbodens (2) derart bemessen sind, daß die elastische Durchbiegung des Stößelbodens (2) während der Beanspruchungszeit durch den Antriebsnocken unter der höchsten vom Antriebsnocken ausgeübten Kraft gerade gleich dem Betrag der Balligkeit (b) der Nocken-Auflauffläche (3) des Stößelbodens (2) entspricht.

Flachstößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hohl aufliegende Stößelboden unter Einsetzung der für das jeweilige Material gültigen Werkstoffdaten E und Xi in die Auslegungsformel für die Balligkeit der mit dem Antriebsnocken zusammenarbeitenden Fläche aus gesinterten Hartstoffen oder Keramik wie Titancarbid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid oder Siliziumcarbid gefertigt ist