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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Stößel, der
aus Leichtmetall wie zum Beispiel einer Aluminiumlegierung besteht
und eine harte Nockenaufnahmeplatte besitzt, die auf einer Oberseite des
Stößels befestigt
ist. Außerdem
bezieht sie sich auf ein Verfahren zur Herstellung des Stößels.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Es ist bekannt, einen Stößel, der
für einen
direkt wirkenden Ventilbetätigungsmechanismus
eines Verbrennungsmotors benutzt wird, normalerweise aus einer Aluminiumlegierung
herzustellen, um die Inertialmasse des Ventilbetätigungsmechanismus zu reduzieren.
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In einem solchen Stößel aus
einer Aluminiumlegierung wird ein Einlegplättchen aus hartem Metall, das
reibungsresistent ist, in eine Aussparung, die auf einer Oberseite
des Stößels gebildet
wird, eingepasst, um Abrieb auf der Oberseite, auf der ein Nocken
gleitet, zu verhindern.
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Wie auch immer, wenn solch ein Einlegplättchen benutzt
wird, ist die Handhabung der Teile umständlich, und nicht nur die Montagelinie
für den
Motor wird kompliziert, sondern auch der effektive Oberflächenbereich
eines dem Nocken zugeordneten Gleitabschnitts des Stößels wird
reduziert. Deswegen ist es notwendig, den Außendurchmesser des Stößelkörpers zu
vergrößern und
einen Nocken mit großem
Durchmesser anzubringen, wenn der Umfang des Lüftens des Motorventils vergrößert werden soll.
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Dadurch vergrößert sich auch der Zylinderkopf,
und die Flexibilität
beim Motorendesign wird beschränkt.
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Zur Lösung solch eines Problems ist
ein Stößel vorgeschlagen
worden, in dem eine Nockenaufnahmeplatte aus Hartmetall integral
auf der gesamten Oberfläche
des aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Stößelkörpers befestigt ist.
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Die oben beschriebene Nockenaufnahmeplatte
ist auf der Oberfläche
des Stößelkörpers mittels
elektrischem Widerstandsschweißen,
Löten oder dergleichen
befestigt. Um jedoch verschiedene Materialien mit sehr verschiedenen
Schmelzpunkten zu verbinden, ist es notwendig, sehr genau mit den
Erhitzungstemperaturen beider Materialien umzugehen. Eine solche
Operation ist umständlich,
und die Bindungsstärke
neigt dazu, vom gewünschten
Wert abzuweichen.
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Des Weiteren hat eine Aluminiumlegierung eine
starke Aktivität,
und es bildet sich auf seiner Oberfläche leicht Metalloxid. Deswegen
gibt es das Problem, dass sich Unreinheiten wie das Metalloxid in
den Übergang
der beiden Materialien mischen, wenn diese einfach aufeinander treffen.
Dann kann eine genügend
große
Bindungsstärke
nicht erreicht werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Angesichts der oben beschriebenen
Nachteile ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Stößel aus
Leichtmetall, in dem ein Stößelkörper und
eine Nockenaufnahmeplatte aus einem anderen Material mit großer Bindungsstärke auf
einfache Art und Weise zusammengehalten werden, sowie ein Verfahren, den
Stößel herzustellen,
bereitzustellen.
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Das obige Problem wird erfindungsgemäß mit einem
Stößel aus
Leichtmetall gelöst.
Er umfasst einen mit einer Decke versehenen zylindrischen Stößelkörper aus
Leichtmetall und eine Nockenaufnahmeplatte aus Hartmetall, die den
gleichen Außendurchmesser
wie der Stößelkörper hat,
(wobei die Platte) an ihrer peripheren Außenkante mit einem scharfkantigen
ringförmigen
Teil versehen ist. Die Nockenaufnahmeplatte ist integral mit dem
Stößelkörper verbunden,
indem man das ringförmige
Teil in die Oberseite eingreifen lässt und es mit der Oberseite
verschweißt.
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Erfindungsgemäß ist es bei dem Stößel, da eine
neu entwickelte Fläche
ohne Metalloxid auf der Kontaktfläche zwischen dem Stößelkörper und
dem ringförmigen
Teil gebildet wird, möglich,
die Nockenaufnahmeplatte und den Stößelkörper, die aus verschiedenen
Materialien bestehen, fest zu verbinden, indem man solch einen Bereich
mit geeigneten Heizmethoden verschweißt.
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Des Weiteren kann das obige Problem
durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stößels aus Leichtmetall, das
folgende Schritte enthält,
gelöst werden:
Halten eines mit einer Decke versehenen, zylindrischen Stößelkörpers aus
Leichtmetall, dessen Oberseite einer Isolationsbehandlung unterzogen
wird, und einer Nockenaufnahmeplatte aus Hartmetall, die an ihrer
peripheren Außenkante
mit einem ringförmigen
Teil versehen ist, das eine scharfkantige endseitige Spitze hat,
wobei die Oberseite des Stößelkörpers und
das ringförmige
Teil der Nockenaufnahmeplatte sich mittels eines Elektrodenpaares
eines elektrischen Widerstandsschweißapparats gegenüberstehen;
sodann Bewegen einer Elektrode des Elektrodenpaares relativ zu der
jeweils anderen Elektrode, bis zueinander passende Oberflächen des Stößelkörpers und
der Nockenaufnahmeplatte fest einander kontaktieren, wobei ein peripheres
Außenende
der oberseitigen Wandung des Stößelkörpers von
der scharfen, endseitigen Spitze des ringförmigen Teils abgeschert wird;
sowie elektrisches Aufheizen eines Kontaktbereiches zwischen der
abgescherten Oberfläche
und dem ringförmigen
Teil durch beide Elektroden, wodurch die Nockenaufnahmeplatte mit
einem oberseitigen Bereich des Stößelkörpers verbunden wird.
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Nach der Methode der Erfindung kann,
da die Bildung der neu entwickelten Oberfläche durch das Abscheren der
oberseitigen Wandung und das konduktive Erwärmen des Kontaktbereichs zwischen der
abgescherten Oberfläche
und dem ringförmigen Teil
kontinuierlich ausgeführt
werden, der Bindungsvorgang der Nockenaufnahmeplatte einfach und
effizient eingeleitet werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wie sie in
den angefügten
Zeichnungen gezeigt sind, besser ersichtlich. In den Zeichnungen
ist:
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1 eine
frontseitige vertikale mittige Schnittansicht, die ein Ausführungsbeispiel
für einen Stößel der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
frontseitige vertikale mittige Schnittansicht, die einen Zustand
vor dem Abscheren nach dem Vertahren der Erfindung zeigt;
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3 eine
frontseitige vertikale mittige Schnittansicht, die einen Zustand
nach dem Abscheren und zum Zeitpunkt der elektrischen Übertragung zeigt;
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4 eine
frontseitige vertikale mittige Schnittansicht, die einen Zustand
vor dem Abscheren zeigt, wenn eine Nockenaufnahmeplatte mit anderer
Form benutzt wird; und
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5 eine
frontseitige vertikale mittige Schnittansicht, die einen Zustand
nach dem Abscheren und zum Zeitpunkt der elektrischen Konduktion zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt
eine Ausführung
eines Stößels dieser
Erfindung. Ein zylindrischer Stößelkörper 1 hat eine
Oberseite, die mit einer oberseitigen Wandung 1a verschlossen
ist, und ist aus einer Aluminiumlegierung (zum Beispiel einer Al-Si
basierten Aluminiumlegierung) hergestellt. Eine Nockenaufnahmeplatte 2 aus
Hartmetall (zum Beispiel Chrom-Molybdän-Stahl), die den gleichen
Außendurchmesser
wie der Stößelkörper 1 hat
und an ihrem peripheren Außenende
mit einem nach unten weisenden ringförmigen Teil 2a einstückig ausgestattet
ist, ist integral auf einen oberen Teil der oberseitigen Wandung 1a geschweißt, so dass
eine scharfe Kante 2b an einem spitzen Ende des ringförmigen Teils 2a in
ein oberes Ende der äußeren Umfangskante
der oberseitigen Wandung 1a einsticht.
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Der Stößelkörper 1 ist vorher
einer T6-Behandlung nach den JIS (japanischen Industriestandarts)
unterzogen worden, und die Behandlung schließt das Tempern nach dem Erhärten mit
ein.
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Ein Teil der Nockenaufnahmeplatte 2,
der mit dem Stößelkörper 1 verbunden
ist, besteht nur aus dem Teil der Nockenaufnahmeplatte ohne eine
Oberfläche,
die die oberseitige Wandung 1a berührt, d. h. nur aus einer inneren
Umfangsoberfläche 3 und
einer unteren Endfläche 4 des
ringförmigen
Teils 2a.
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Ein harter Chip 6, gegen
den ein Schaftende eines Motorenventils (nicht abgebildet) angebracht wird,
ist in einer aufwärts
gehenden Aussparung 5 befestigt, die in einem zentralen
Bereich der Unterseite der oberseitigen Wandung 1a gebildet
ist. Die periphere Außenfläche des
Stößelkörpers 1 wird
einer Oberflächenbehandlung,
bei der reibungsresistentes Metall benutzt wird, unterzogen.
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Als nächstes wird eine Art und Weise,
die Nockenaufnahmeplatte 2 mit dem Stößelkörper 1 zu verbinden,
erklärt.
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Wie in 2 gezeigt
wird, wird der Stößelkörper 1 aus
einer Aluminiumlegierung, an dem ein Chip 6 vorher befestigt
wurde, zuerst über
eine unbewegliche untere Elektrode 7 eines elektrischen
Widerstandsschweißapparats
(Buckelschweißapparats)
von oben eingepasst, sodass die obere Fläche der unteren Elektrode 7 und
die Unterseite des Stößelkörpers 1 miteinander
fest in Kontakt stehen. Die gesamte Oberseite der oberseitigen Wandung 1a ist mit
einem nicht leitfähigen
Isolierfilm gebildet.
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Als nächstes wird die Nockenaufnahmeplatte 2 in
einer Vertiefung 8a an der Unterseite einer vertikal bewegbaren
oberen Elektrode 8, die koaxial zur unteren Elektrode 7 angeordnet
ist, eingepasst und in ihr gehalten, und die Spitze der Kante 2b des
ringförmigen
Teils 2a berührt
die Oberseite der oberseitigen Wandung 1a, um bereitzustehen.
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Dann, wie in 3 gezeigt, wird die obere Elektrode 8 herabgesenkt,
sodass die Nockenaufnahmeplatte 2 die Oberseite der oberseitigen
Wandung 1a berührt.
Daraus resultiert, dass der äußere obere
Endrand der oberseitigen Wandung 1a von der Kante 2b des
ringförmigen
Teils 2a der Nockenaufnahmeplatte 2 abgeschert
wird, und das abgescherte Teil wird als ein Grat nach außen gedrückt.
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Mit dieser Operation wird die abgescherte Oberfläche des
Stößelkörpers 1,
d. h. eine Kontaktfläche
zwischen der inneren Oberfläche
und einem unteren Ende des ringförmigen
Teils 2a, zu einer neu generierten Oberfläche, die
kein Metalloxid aufweist.
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Falls Elektrizität zwischen die obere und untere
Elektrode 7 und 8 geleitet wird, fließt in diesem Zustand
Strom durch die Kontaktstelle mit dem ringförmigen Teil 2a, auf
dem sich kein Isolationsfilm gebildet hat, und diese Stelle wird
lokal per Widerstand erhitzt, sodass die Innenseite 3 und
das untere Ende 4 des ringförmigen Teils 2a an
den äußeren oberen Endrand
der oberseitigen Wandung 1a gebunden werden, und die Nockenaufnahmeplatte 2 integral am
Stößelkörper 1 befestigt
ist.
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Das abgescherte Teil 9 kann
beim endgültig abschließenden Arbeitsvorgang
an der Maschine entfernt werden.
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Wenn die Nockenaufnahmeplatte 2 gepresst wird,
ist es, um zu vermeiden, dass die Luft in dem von der Unterseite
und der oberseitigen Wandung 1a umschlossenen Raum komprimiert
wird, und um zu vermeiden, dass die Haftfähigkeit zwischen der Unterseite
der Nockenaufnahmeplatte 2 und der Oberseite der oberseitigen
Wandung 1a sich verschlechtert, vorzuziehen, ein Belüftungsloch 10 an
einer Stelle der Nockenaufnahmeplatte 2 vorzusehen.
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Dieses Belüftungsloch 10 kann
auch im Stößelkörper an
einer geeigneten Stelle eingefügt
werden.
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Wenn die Nockenaufnahmeplatte 2 auf
die oben beschriebene Art verbunden ist, gibt es keine Möglichkeit,
dass Unreinheiten wie Metalloxid in den gemeinsamen Übergang
von Stößelkörper 1 und ringförmigem Teil 2a gemischt
werden, und der Stößelkörper 1 und
das ringförmige
Teil 2a sind extrem stark verbunden, da eine komplett neu
generierte Oberfläche
auf der verbundenen Oberfläche
von beiden geformt wird.
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4 und 5 zeigen eine Vorgehensweise,
eine Nockenaufnahmeplatte 11, die eine andere Form als die im letzten
Beispiel hat, anzubinden.
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Die Nockenaufnahmeplatte 11,
die in diesem Beispiel benutzt wird, hat einen Außendurchmesser, der
geringfügig
kleiner als der des Stößelkörpers 1 ist,
und ein ringförmiger
Teil 11a steht von einem peripheren Außenende der Nockenaufnahmeplatte 11 nach
unten ab. Der Durchmesser der inneren Umfangsfläche des ringförmigen Teils 11a vergrößert sich
zu einer endseitigen Spitze hin allmählich, um eine sich verjüngende Oberfläche zu erzeugen
und dabei eine scharfe Kante zu formen.
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Um die Nockenaufnahmeplatte 11 mit
der Oberseite der oberseitigen Wandung 1a des Stößels 1 zu
verbinden, wird der Isolationsfilm wie im vorherigen Beispiel auf
der Oberseite der oberseitigen Wandung 1a gebildet und
dann wird die Nockenaufnahmeplatte 11 in die Vertiefung 8a der
oberen Elektrode 8 eingepasst und das untere Ende der Nockenaufnahmeplatte 11 berührt die
Oberseite der oberseitigen Wandung 1a, wie es in 4 gezeigt wird.
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Dann, wie in 5 gezeigt, wird der obere äußere Endrand
der oberseitigen Wandung 1a vom scharten ringförmigen Teil 11a abgeschert,
wenn die obere Elektrode 8 herabgesenkt wird, und ein abgeschertes
Teil 12 in Form eines Grates entsteht. In diesem Moment
wird das obere Ende der oberseitigen Wandung 1a von der
sich verjüngenden
Oberfläche der
Innenfläche
des ringförmigen
Teils 11a plastisch nach innen verformt.
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Dann, wenn Elektrizität zwischen
der oberen und der unteren Elektrode 7, 8 eingeleitet
wird, fließt Strom
durch die Kontaktstelle mit dem ringförmigen Teil 11a und
diese Stelle wird per Widerstand lokal erhitzt, sodass die Innenfläche des
ringförmigen
Teils 11a an den oberen, äußeren Endrandabschnitt der oberseitigen
Wandung 1a gebunden wird, und die Nockenaufnahmeplatte 11a integral
an dem Stößelkörper 1 befestigt
wird.
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Das abgescherte Teil 12 wird
entfernt, wenn der äußere Durchmesser
des Stößelkörpers 1 einem abschließenden Arbeitsschritt
unterzogen wird, um den äußeren Durchmesser
des Stößelkörpers auf den äußeren Durchmesser
der Nockenaufnahmeplatte 11 zu reduzieren.
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In diesem Beispiel gibt es keine
Möglichkeit, dass
Unreinheiten wie Metalloxid in den gemeinsamen Übergang von Stößelkörper 1 und
ringförmigem Teil 11a gemischt
werden, und der Stößelkörper 1 und
das ringförmige
Teil 2a sind extrem fest verbunden, da eine komplett neu
generierte Oberfläche
auf der beidseits verbundenen Oberfläche gebildet wird.
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Obwohl es in den Zeichnungen nicht
dargestellt wird, gibt es ein Entlüftungsloch im Stößelkörper 1 oder
in der Nockenaufnahmeplatte 11, um zu vermeiden, dass Luft
im Raum unter der Nockenaufnahmeplatte 11 eingeschlossen
wird.
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Obwohl die Oberseite der oberseitigen
Wandung 1a von der Nockenaufnahmeplatte 2 oder 11 abgeschert
wird, und dann beide Elektroden 7, 8 in einer
der oben beschriebenen Arten mit elektrischem Strom beaufschlagt
werden, können
die Elektroden 7, 8 gleichzeitig mit Beginn des
Drückens
der oberen Elektrode 8 mit elektrischem Strom beaufschlagt werden,
d. h. gleichzeitig mit dem Starten des Abscherens.
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Vorzugsweise wird der elektrische
Versorgungsstrom in dieser Zeit gesteuert, um ihn allmählich in
Abhängigkeit
vom Fortgang des Abscherens zu erhöhen, um zu verhindern, dass
der Stößelkörper 1 in
der Anfangsphase des Abscherens übermäßig geschmolzen
wird.
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Wenn die Elektroden 7, 8 gleichzeitig
mit dem Starten des Abscherens auf diese Weise in elektrisch leitenden
Zustand versetzt werden, ist es möglich, mit geringer Druckkraft
abzuscheren, da ein Abschnitt des Stößels 1, der abgeschert
werden soll, erweicht wird.
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Man muss nicht erwähnen, dass
die vorliegende Erfindung auch auf einen Stößel 1 angewendet werden
kann, dessen Stößelkörper aus
einer Magnesiumlegierung ist.
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Das bisher Beschriebene bezieht sich
auf die bevorzugte Machart der vorliegenden Erfindung. Verschiedenste
Modifikationen und Veränderungen
können
von einem Fachmann vorgenommen werden, ohne vom Rahmen der Patentansprüche abzuweichen.