DE4117425C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stößel für den Ventiltrieb einer Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einem im wesentlichen tassenförmig gestalteten Gehäuse, das auf den Ventilschaft eines Ventils aufstülpbar ist, wobei das Gehäuse zumindest in radialer Richtung außenseitig aus polymerem Werkstoff besteht.

Ein solcher Stößel ist aus der DE-OS 34 09 235 bekannt. Das äußere Führungsteil für einen Ventilstößel für Ver­ brennungskraftmaschinen umfaßt einen Boden aus verschleiß­ festem Material, der mit dem Nocken zusammenwirkt, und ein in der Führungsbohrung des Zylinderkopfs gleitendes hohlzy­ lindrisches Schaftteil aus einem spritzbaren polymeren Werkstoff. Zur Befestigung des Bodens am Schaftteil und zur Stützung des Schaftteils aus polymerem Werkstoff ist ein dünnwandiges, aus Blech gezogenes Armierungselement vor­ gesehen, an dem der Boden befestigbar ist und das in rad­ ialer Richtung innenliegend mit dem Schaftteil form­ schlüssig verbunden ist. Dabei ist allerdings zu beachten, daß die Herstellung des vorbekannten äußeren Führungsteils in fertigungstechnischer Hinsicht wenig befriedigend ist und das Schaftteil während der bestimmungsgemäßen Verwendung einem vergleichsweise hohen Verschleiß unterliegt, wodurch die Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchs­ dauer wenig befriedigend sind.

Aus der DE-OS 22 09 926 ist ein Stößel zur Ventilsteuerung, insbesondere für Kraftfahrzeugmotoren bekannt, der aus einer zylinderförmigen Hülse aus Kunststoff besteht, wobei ein Ende der Hülse durch eine Metallscheibe abgeschlossen ist. Der Außenumfang der Hülse, die die Gleitfläche bildet und in einer Führungsbohrung des Zylinderkopfs in axialer Richtung hin- und herbewegbar ist, weist insbesondere bei langer Gebrauchsdauer wenig befriedigende Gebrauchseigenschaften durch zunehmenden Verschleiß auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stößel sowohl in offener Form mit oder ohne hydraulischem Ventil­ spielausgleich als auch einen Stößel in geschlossener Form mit hydraulischem Ventilspielausgleich zu zeigen, der durch eine geringe Masse die wirkenden Kräfte im Ventiltrieb reduziert, dadurch die Belastung der im Ventiltrieb ent­ haltenen Bauteile reduziert und aufgrund des geringeren Verschleißes für bessere Gebrauchseigenschaften über eine längere Gebrauchsdauer sorgt.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Stößel mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Im einzelnen wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei einem Stößel der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Gehäuse in radialer Richtung außenseitig an zumindest einer Stelle von einem Führungsring umschlossen ist. In Abhängigkeit von der Ausgestaltung des Stößelgehäuses und der Größe des polymeren Anteils kann das Gewicht bei sämtlichen tassenförmig gestalteten Stößeln deutlich reduziert werden, was bei gleichbleibender Stößelbeschleunigung geringere Kräfte auf die bewegten Teile und dadurch weniger Verschleiß bedingt oder bei gleicher Kraft eine vergrößerte Beschleunigung des Stößels und des daran angrenzenden Ventils erlaubt, wodurch sich eine bessere Füllung der Brennräume und damit ein verbesserter Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine ergibt.

Ferner ist von Vorteil, daß ein hochwertiger und verschleiß­ fester und dadurch meistens teurer Werkstoff nur dort zur Anwendung gelangt, wo er, aufgrund des auftretenden Ver­ schleißes, auch wirklich nötig ist. Die Hauptstruktur des Stößels kann aus preiswertem, leichtem Material hergestellt werden, da außerhalb der Laufflächen und der sonstig bean­ spruchten Zonen keine Anforderungen hinsichtlich Verschleiß­ festigkeit an das Grundmaterial zu stellen sind. Aufgrund der rotierenden Bewegung des Nockens führt der Stößel eine nicht ausschließlich translatorische Bewegung aus. Während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Stößels treten auch Kippmomente auf, wodurch die Belastung entlang der in axialer Richtung verlaufenden Laufflächen des Hohlzylinder­ teiles unterschiedlich groß sind. Die größte Belastung hin­ sichtlich des Verschleißes liegt in dem dem Nocken am dichtesten benachbarten Bereich. Die zweithöchste Belastung ergibt sich im von dem Nocken am weitesten in axialer Richtung abgewandten Bereich, während der Bereich zwischen diesen beiden Stellen am geringsten belastet ist.

Der Führungsring kann sowohl aus einem polymeren Werkstoff mit hoher Verschleißfestigkeit als auch aus metallischem oder keramischem Werkstoff bestehen. Selbst bei Verwendung eines Führungsringes aus metallischem Werkstoff ergibt sich nur eine unwesentliche Vergrößerung der zu beschleunigenden Masse des Stößels aufgrund der geringen Stärke des Führungs­ ringes.

Der Führungsring kann Durchbrechungen zur Verkrallung mit dem Gehäuse aufweisen. Die Führungsringe werden geeigneter­ weise in das Werkzeug zur Herstellung des Stößels eingelegt und mit preiswertem, leichtem Kunststoff umspritzt. Die Strukturfestigkeit des Stößels wird durch den preiswerten Kunststoff mit geringem spezifischem Gewicht erbracht, während die Verschleißfestigkeit und damit die guten Ge­ brauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer durch die Führungsringe gewährleistet werden. Der durch­ brochene Führungsring, der beispielsweise aus gestanztem Stahlblech besteht, wird in das Werkzeug zur Erzeugung des Stößels eingelegt und mit Kunststoff umspritzt, so daß der Kunststoff des Grundkörpers die Durchbrechungen ausfüllt und die während der bestimmungsgemäßen Verwendung auftretenden Schubkräfte sowohl durch Formschluß als auch durch Haftung überträgt. Nach einer anderen Ausgestaltung kann der Führungs­ ring unter elastischer Vorspannung in eine Führungsnut des Gehäuses eingeschnappt und/oder mit dem Gehäuse verklebt sein. Dadurch ergibt sich eine nachträgliche Festlegung des Führungsringes im Gehäuse, wodurch das Gehäuse besonders einfach, kostengünstig und separat herstellbar ist.

Zur besseren Schmierung der einander berührenden Gleit­ flächen von Führungsbohrung im Zylinderkopf und Führungsring des Stößels können das Gehäuse und/oder der Führungsring mit in radialer Richtung nach außen geöffneten Schmiermittel­ taschen versehen sein.

Die in radialer und/oder axialer Richtung außenseitigen Laufflächen können mit einer Plasmabeschichtung versehen sein. Insbesondere die in radialer Richtung außenseitige Lauffläche des Stößels, die relativ zu der Führungsbohrung im Zylinderkopf bewegt wird, unterliegt Verschleiß. Bei Verwendung eines kostengünstigen, polymeren Werkstoffes, der gegebenenfalls eine nicht ausreichende Verschleißfestigkeit aufweist, kann die Lauffläche durch eine Plasmabeschichtung mit einer Schicht aus verschleißfestem Material beschichtet werden, wodurch der Stößel gegen Verschleiß geschützt ist. Bei einer unwesentlichen Erhöhung der Gesamtmasse im Ver­ gleich zu einem unbeschichteten, aber verschleißanfälligeren Stößel, würde so die verschleißkritische Oberfläche geschützt.

Das Gehäuse kann zweiteilig ausgebildet und in axialer Rich­ tung durch einen Gehäuseboden aus einem metallischen oder keramischen Werkstoff begrenzt sein. Wenn der Ventilschaft direkt auf den Gehäuseboden wirkt ist darauf zu achten, daß der Gehäuseboden des Stößels als Gegenläufer zum Nocken so mit dem hohlzylinderförmigen Gegenstück des Gehäuses ver­ bunden ist, daß sowohl Druck- als auch Zugkräfte übertragbar sind. Die Belastung des Gehäusebodens auf Druck erfolgt durch den in axialer Richtung außenseitig benachbarten Nocken, der den Stößel in axialer Richtung zur Öffnung des Ventils bewegt. Zugbelastungen wirken auf den Gehäuseboden durch das Schließen des innenseitig zum Gehäuseboden benachbarten Ventils durch die Ventilfeder, wenn diese einerseits im Zylinderkopf und andererseits im Stößelgehäuse abgestützt. Diese ist üblicherweise einerseits im Zylinderkopf und andererseits im Stößelgehäuse abgestützt. Metallische oder keramische Werkstoffe bieten sich für den Gehäuseboden insbesondere aufgrund ihrer guten Verschleißfestigkeit und der vergleichsweise geringen Wärmedehnung an.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele gemäß der Fig. 1 bis 7 weiter erläutert. Diese zeigen die zu berücksichtigenden Einzelkomponenten von Tassenstößeln sowohl in offener Form mit oder ohne hydraulischen Ventilspielausgleich als auch in geschlossener Form mit hydraulischem Ventilspielausgleich teilweise in schematischer Darstellung:

Die Fig. 1, 2, 3, 4, 5 und 6 zeigen gewichtsoptimierte Tassenstößel in offener Form ohne hydraulischen Ventilspiel­ ausgleich und/oder Einzelkomponenten, die für vorteilhafte Gebrauchseigenschaften von Vorteil sind.

In Fig. 7 ist ein gewichtsoptimierter Tassenstößel in ge­ schlossener Form mit hydraulischem Ventilspielausgleich dargestellt.

In den Fig. 1, 2, 5, 6 und 7 sind Stößel für den Ventil­ trieb einer Verbrennungskraftmaschine dargestellt, bestehend aus einem im wesentlichen tassenförmig gestalteten Gehäuse 1, das auf den Ventilschaft eines hier nicht dargestellten Ventils aufstülpbar ist. Das Gehäuse 1 besteht zumindest in radialer Richtung außenseitig aus einem polymerem Werkstoff, wobei das Gehäuse 1 in radialer Richtung außenseitig an zumindest einer Stelle mit einem Führungsring 3 umschlossen ist.

In Fig. 1 ist ein offener Tassenstößel ohne hydraulischen Ventilspielausgleich gezeigt, dessen Gehäuse 1 insgesamt aus polymerem Werkstoff besteht, eine besonders einfache Form aufweist und besonders einfach herstellbar ist. Die radialen Laufflächen 1.1 sowie die axiale Lauffläche 1.2, die sich in axialer Richtung außenseitig auf dem Gehäuseboden 2 befindet, sind in diesem Beispiel einstückig ausgestaltet. In Abhängig­ keit von den Belastungen des jeweiligen Anwendungsfalles und der günstigen Verfügbarkeit benötigter polymerer Werkstoffe besteht die Möglichkeit, den hier dargestellten Stößel insge­ samt aus einem besonders widerstandsfähigen, polymeren Werk­ stoff zu fertigen. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, einen besonders leichten und in wirtschaftlicher Hinsicht besonders günstigen polymeren Werkstoff als Grundkörper zu verwenden, daraus ein Gehäuse herzustellen und dieses zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit, mit einer Plasmabeschich­ tung zu versehen. Diese Bauformen zeichnen sich durch minima­ les Gewicht und größtmögliche Einfachheit bezüglich der Herstellung aus.

In Fig. 2 ist ebenfalls ein gewichtsoptimierter Tassen­ stößel dargestellt, in offener Form ohne hydraulischen Ventilspielausgleich. Danach ist vorgesehen, daß das Ge­ häuse 1 zweiteilig ausgebildet ist, wobei die axiale Lauf­ fläche 1.2 durch einen Gehäuseboden 2 aus metallischem oder keramischem Werkstoff gebildet ist. Die radiale Lauffläche 1.1 ist in den hoch beanspruchten Bereichen des Gehäuses 1 durch Führungsringe gebildet, die das Gehäuse 1 in radialer Richtung außenseitig umschließen. Der Stößel weist im Bereich seiner radialen Laufflächen zwei vergleichsweise hoch beanspruchte Bereiche auf. Die am höchsten bean­ spruchten Bereiche liegen aufgrund der Kippmomente, die durch die rotierende Nockenwelle auf den Stößel wirken, dem Gehäuseboden am weitesten zugewandt und dem Gehäuseboden am weitesten abgewandt. Die Beanspruchung zwischen diesen beiden Bereichen ist weniger groß. Auch dieser Stößel weist, im Vergleich zu bisher bekannten Stößeln, ein geringeres Gewicht auf, weil der Grundkörper des Gehäuses 1 aus einem leichten, polymeren Werkstoff besteht. Die Führungsringe 3 können beispielsweise ebenfalls, wie der Gehäuseboden, aus metallischem oder keramischem Werkstoff bestehen oder durch einen polymeren Werkstoff gebildet sein, der den Anfor­ derungen hinsichtlich guter Gebrauchseigenschaften über eine lange Gebrauchsdauer gerecht wird. Auch bei Verwendung besonders teurer Materialien oder Werkstoffen mit höherer Dichte und dadurch höherem Gewicht, wie beispielsweise Metall, wird das Gesamtgewicht des Stößels kaum negativ beeinflußt, da die entsprechenden Mengen nur sehr gering sind.

In Fig. 3 ist der Grundkörper des Gehäuses 1 dargestellt mit eingelegtem Gehäuseboden 2. In dieser Figur sind die Führungsnuten 4, in denen die Führungsringe 3 gemäß Fig. 2 festgelegt sind, besonders gut zu erkennen. Die Festlegung der Führungsringe 3 in den Führungsnuten 4 des Gehäuses 1 kann beispielsweise durch Einschnappen und/oder Verklebung erfolgen.

Ein Führungsring 3 gemäß Fig. 2 ist in Fig. 4 dargestellt. Der Führungsring 3 weist Durchbrechungen 3.1 auf, die bei­ spielsweise kreisförmig gestaltet sein können. Ein solcher Führungsring wird geeigneterweise in das Werkzeug zur Herstel­ lung des Stößels eingelegt und mit preiswertem, leichtem Kunststoff umspritzt. Hierbei wird die Struktursteifigkeit durch den Kunststoff erbracht, während die Verschleißfestig­ keit und damit die Laufzeit des Stößels durch den Führungs­ ring gewährleistet wird. Der Führungsring besteht aus besonders verschleißfestem Material, z. B. Stahlblech, das gestanzt und durch anschließendes Walzen in eine geeignete Form gebracht wird. Die Durchbrechungen 3.1 sind zur Ver­ krallung des Führungsringes 3 mit dem Grundwerkstoff des Gehäuses 1 vorgesehen. Während der bestimmungsgemäßen Verwendung überträgt ein derart hergestellter Stößel auf­ tretende Schubkräfte sowohl durch Formschluß als auch durch Haftung.

In Fig. 5 ist ein Stößel ähnlich dem in Fig. 2 beschriebenen dargestellt, wobei die radiale Lauffläche 1.1 durch eine vorgeformte Platte gebildet ist, die eine ähnliche Gestalt aufweist wie der in Fig. 4 dargestellte Führungsring 3. Die radiale Lauffläche 1.1 der vorgeformten Platte kann beispielsweise Durchbrechungen aufweisen oder durchgängig gestaltet sein. Der Gehäuseboden 2 ist, wie bei den bisher beschriebenen, zweiteiligen Stößeln so mit dem Grundkörper des Gehäuses 1 verbunden, daß er sowohl Druck- als auch Zugkräfte übertragen kann.

In Fig. 6 ist ein erfindungsgemäßer Tassenstößel ohne hydraulischen Ventilspielausgleich dargestellt, der drei­ teilig ausgebildet ist. Die radiale Lauffläche 1.1 ist durch eine Führungsscheibe gebildet, die in axialer Richtung einerseits den Gehäuseboden 2 beispielsweise aus metallischem oder keramischem Werkstoff aufnimmt und andererseits einen weniger beanspruchten Bereich der radialen Lauffläche aufnimmt. Der weniger beanspruchte Bereich ist mit dem höher beanspruchten Bereich der radialen Lauffläche 1.1, der einen Führungsring 3 im Sinne der Erfindung bildet, durch Form­ schluß verbunden.

Gemäß einer weiteren Variante, die hier nicht dargestellt ist, können entlang der radialen Lauffläche in den weniger beanspruchten Bereichen ebenfalls Führungsnuten angeordnet sein, die weitere Führungsringe aufnehmen.

In Fig. 7 ist ein Tassenstößel in geschlossener Form mit hydraulischem Ventilspielausgleich dargestellt, dessen Gehäu­ se 1 entlang seiner radialen Lauffläche 1.1 in den höher beanspruchten Bereichen Führungsringe 3 aufweist, die hier ohne Durchbrechungen dargestellt sind. Sowohl der Grundkörper des Gehäuses 1 als auch das Führungsteil, das den Verdrän­ gungskörper 6 aus geschlossenzelligem Schaumstoff, beispielsweise Polyurethan oder Silikon, aufnimmt, sind durch polymeren Werkstoff gebildet. Aufgrund der im Vergleich zu offenen Tassenstößeln ohne hydraulischen Ventilspielausgleich wesentlich größere Anzahl von beweglichen Teilen ist die Verwendung polymerer Werkstoffe zur Gewichtsoptimierung von Stößeln bei derart ausgebildeten Bauteilen besonders vorteilhaft.

Die in den Fig. 1 bis 7 gezeigten Bauteile stellen ledig­ lich Beispiele dar, deren Einzelmerkmale auch untereinander kombiniert werden können. So sind beispielsweise auch plasma­ beschichtete, radiale Laufflächen denkbar, die mit einem Gehäuseboden 2 aus metallischem oder keramischem Werkstoff kombiniert sind. Auch können sämtliche Führungsringe mit oder ohne Durchbrechungen und/oder mit oder ohne Schmiermittel­ taschen ausgeführt sein.

Der Grundgedanke ist, den jeweiligen Anforderungen entspre­ chend, verschiedene Materialien an verschiedenen Stellen des Gehäuses so zu verwenden, daß sich eine wesentliche Reduzie­ rung der Stößelmasse ergibt, wodurch entweder die auftretenden Kräfte im Ventiltrieb reduziert werden können oder durch größere Beschleunigungen eine bessere Füllung und ein besserer Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine erzielt werden.

Claims (9)

1. Stößel für den Ventiltrieb einer Verbrennungskraft­ maschine, bestehend aus einem im wesentlichen tassenför­ mig gestalteten Gehäuse, das auf den Ventilschaft eines Ventils aufstülpbar ist, wobei das Gehäuse zumindest in radialer Richtung außenseitig aus polymerem Werkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) in radialer Richtung außenseitig an zumindest einer Stelle von einem Führungsring (3) umschlossen ist.

2. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsring (3) aus einem besonderes verschleißfesten, polymerem Werkstoff besteht.

3. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsring (3) aus metallischem oder keramischem Werkstoff besteht.

4. Stößel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsring (3) Durchbrechungen (3.1) zur Verkrallung mit dem Gehäuse (1) aufweist.

5. Stößel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsring (3) in eine Führungsnut (4) des Gehäuses (1) eingeschnappt ist.

6. Stößel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsring (3) mit dem Gehäuse (1) verklebt ist.

7. Stößel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) und/oder der Führungsring (3) mit in radialer Richtung nach außen geöffneten Schmiermittel­ taschen versehen sind.

8. Stößel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) in radialer und/oder in axialer Richtung außenseitig Laufflächen (1.1, 1.2) aufweist und daß die Laufflächen (1.1, 1.2) durch eine Plasmaschicht gebildet sind.

9. Stößel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) zweiteilig ausgebildet ist und in axialer Richtung durch einen Gehäuseboden (2) aus einem metallischen oder keramischen Werkstoff begrenzt ist.