EP0681093B1 - Kipphebel - Google Patents

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EP0681093B1
EP0681093B1 EP95106482A EP95106482A EP0681093B1 EP 0681093 B1 EP0681093 B1 EP 0681093B1 EP 95106482 A EP95106482 A EP 95106482A EP 95106482 A EP95106482 A EP 95106482A EP 0681093 B1 EP0681093 B1 EP 0681093B1
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rocker arm
rocker
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arm
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EP95106482A
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Jürgen Neubrander
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Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/18—Rocking arms or levers
    • F01L1/181—Centre pivot rocking arms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/20—Adjusting or compensating clearance
    • F01L1/22—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically
    • F01L1/24—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically
    • F01L1/2411—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically by means of a hydraulic adjusting device located between the valve stem and rocker arm
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20576—Elements
    • Y10T74/20582—Levers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20576—Elements
    • Y10T74/20882—Rocker arms

Definitions

  • the invention relates to a rocker arm according to the preamble of claim 1.
  • Rocker arms of conventional design are manufactured using the croning process and subjected to a special heat treatment to achieve a hard cam run-off surface.
  • a holder for a hydraulic valve lash adjuster is subsequently inserted into the rocker arm through a hole.
  • the object of the invention is to provide a rocker arm which can be produced in a simple manner by casting in the croning process without expensive post-processing.
  • the rocker arm manufactured in the croning casting process and consisting of a higher strength cast iron has a much greater hardness in the area of its cam run-off surface than in the area of a receptacle for a hydraulic valve lash compensation element, in the area of the rocker arm axle bearing and the oil supply hole.
  • the high-strength cast iron consists of a chilled cast iron in the area of the cam run-off surface and of a nodular cast iron in the area of the rocker arm axis until the valve clearance compensation element is received.
  • the structure of the rocker arm consists of ledeburite and little spheroidal graphite in the area of the cam outlet surface and is relatively hard.
  • the area around the rocker arm axis up to the mount consists of a structure of pearlite, ferrite and nodular graphite and the material is therefore softer than the cam surface.
  • This soft area of the rocker arm is absolutely necessary, on the one hand to drill out the receptacle without great effort and on the other hand one Drill the lubricating oil hole from the rocker arm axis to the seat in a simple manner.
  • the receptacle has a relatively thin wall and is co-produced during casting by a core insert, so that the subsequent processing is inexpensive and is considerably simplified.
  • the area around the receptacle of the rocker arm has a pearlite-ferrite-nodular graphite structure, which, despite the relatively thin wall of the receptacle, results in a wall thickness which can correspond to approximately one third of the radius of the receptacle bore in the rocker arm, which is favorable in terms of weight.
  • the different degrees of hardness of the rocker arm from the cam run-off surface - starting from one free end - to receiving at the other free end of the rocker arm are achieved by the casting process.
  • the hard area of the rocker arm in the cam run-off surface, which is produced in hard chilled casting, is achieved during the casting process by means of a cooling iron opposite this surface, as a result of which this rocker arm area solidifies more quickly than in the wider area around the axis and around the receptacle of the rocker arm.
  • the rocker arm 1 consists essentially of a high-strength cast iron such as GGG 60 and GGG 70 and is preferably cast using the croning process.
  • This Cast iron is composed of the alloy elements listed below, with slight deviations upwards and downwards.
  • the rocker arm 1 Starting from its axis 2, the rocker arm 1 comprises a lever 3 and 4 on each side, the lever 3 having a convex cam run-off surface 5 and the lever 4 comprising a receptacle 6 for a hydraulic valve lash compensation element, which is not shown in more detail.
  • a rib 7 runs from the cam run-off surface 5 to the receptacle 6 on the top of the rocker arm 1.
  • the rocker arm 1 consists in area A of the cam run-off surface from a chilled cast iron and in area B of the rocker arm axis 2 and in area C of the receptacle 6 from a spheroidal cast iron.
  • cam run-off surface 5 is made harder than other areas B and C around rocker arm axis 2 and around receptacle 6.
  • the structures of these areas are shown in FIGS. 5 and 6.
  • the white solidified structure (FIG. 4) of the rocker arm 1 in area A of the cam run-off surface 5 consists of ledeburite and little spheroidal graphite.
  • the adjoining area B (FIG. 5) around the rocker arm axis 2 and the area C (FIG. 6) around the receptacle 6 has a gray solidified structure of pearlite, ferrite and spheroidal graphite, whereby the area C may have little lamellar graphite.
  • the structures in areas B and C can show traces of Ledeburit. Between area A of rocker arm 1 and area B there is a transition zone with pearlite, ferrite, nodular graphite and an increased share of leather buritite.
  • the receptacle 6 in the lever 4 of the rocker arm 1 is also introduced during the casting process by using a core insert 12.
  • a relatively thin wall 10 of the receptacle 6 can be achieved, which is softer than the area A of the cam run-off surface 5 due to the solidification after casting with the formation of a pearlite-ferrite-spheroidal graphite structure.
  • the less hard areas B and C enable the rocker arm 1 to be machined after casting.
  • the receptacle 6 is drilled to size and the oil channel 13 is introduced, and the rocker arm axle bearing is made to measure.
  • the receptacle 6 is designed by means of the core insert 12 used so that there is a defined wall of small thickness. This is advantageous for the subsequent processing with regard to the drilling effort. It was also achieved that, due to the alloy composition of the high-strength cast iron, no hard casting material is produced in the small wall thickness.

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  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Kipphebel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Kipphebel üblicher Bauart werden im Croning-Verfahren hergestellt und zur Erzielung einer harten Nockenablauffläche einer speziellen Wärmebehandlung unterzogen. Eine Aufnahme für ein hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement wird im nachhinein in den Kipphebel durch eine Bohrung eingebracht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kipphebel zu schaffen, der in einfacher Weise durch Gießen im Croning-Verfahren ohne aufwendige Nachbearbeitung herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.
  • Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, daß der im Croning-Gußverfahren hergestellte und aus einem höherfesten Gußeisen bestehende Kipphebel im Bereich seiner Nockenablauffläche eine wesentlich größere Härte aufweist als im Bereich einer Aufnahme für ein hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement, im Bereich der Kipphebelachslagerung und der Ölversorgungsbohrung. Das höherfeste Gußeisen besteht nach dem Gießen aus einem Schalenhartguß im Bereich der Nockenablauffläche und aus einem Sphäroguß im Bereich der Kipphebelachse bis zur Aufnahme des Ventilspiel-Ausgleichselements. Das Gefüge des Kipphebels besteht im Bereich der Nockenablauffläche aus Ledeburit und wenig Kugelgraphit und ist relativ hart. Hierdurch entfällt eine zusätzliche Nachbehandlung oder das Einsetzen einer gehärteten Platte. Der Bereich um die Kipphebelachse bis zur Aufnahme besteht aus einem Gefüge von Perlit, Ferrit und Kugelgraphit und der Werkstoff ist somit weicher als die Nockenablauffläche.
  • Dieser weiche Bereich des Kipphebels ist unbedingt erforderlich, um zum einen ohne großen Arbeitsaufwand die Aufnahme maßgenau aufzubohren und zum anderen eine Schmierölbohrung von der Kipphebelachse bis zur Aufnahme in einfacher Weise zu bohren.
  • Die Aufnahme weist eine relativ dünne Wandung auf und wird beim Gießen durch einen Kerneinsatz miterzeugt, so daß die nachfolgende Bearbeitung kostengünstig ist und wesentlich vereinfacht wird.
  • Der Bereich um die Aufnahme des Kipphebels weist ein Perlit-Ferrit-Kugelgraphit-Gefüge auf, wodurch sich trotz relativ dünner Wandung der Aufnahme eine Wanddicke ergibt, die etwa einem Drittel des Radius der Aufnahmebohrung im Kipphebel entsprechen kann, was gewichtsmäßig günstig ist.
  • Die unterschiedlichen Härtegrade des Kipphebels von der Nockenablauffläche - von einem freien Ende ausgehend - bis zur Aufnahme am anderen freien Ende des Kipphebels werden durch das Gußverfahren erzielt. Der in Schalenhartguß hergestellte harte Bereich des Kipphebels in der Nockenablauffläche wird mittels einem dieser Fläche gegenüberstehenden Kühleisen während des Gießvorganges erzielt, wodurch eine schnellere Erstarrung dieses Kipphebel-Bereiches erfolgt als im weiteren Bereich um die Achse und um die Aufnahme des Kipphebels herum.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
    Es zeigen
    • Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Kipphebel,
    • Fig. 2 einen Kipphebel im Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,
    • Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1,
    • Fig. 4 ein Gefügebild vom Bereich der Nockenablauffläche,
    • Fig. 5 ein Gefügebild vom Bereich zwischen Aufnahme und Kipphebelachse, und
    • Fig. 6 ein Gefügebild vom Bereich der Aufnahme.
  • Der Kipphebel 1 besteht im wesentlichen aus einem höherfesten Gußeisen wie z.B. GGG 60 und GGG 70 und wird vorzugsweise im Croning-Verfahren gegossen. Dieses Gußeisen setzt sich aus nachfolgend aufgeführten Legierungs-Elementen zusammen, wobei geringfügige Abweichungen nach oben und unten vorhanden sind. Das verwendete höherfeste Gußeisen weist eine chemische Zusammensetzung in % mit den Legierungselementen C 3,5 bis 4,0, Si 1,7 bis 2,8, Mn < = 0,6, P < = 0,1 S, < = 0,01 Mg, 0,03 bis 0,06, Ni < = 1,5, Cu < = 1,5, Chrom < = 0,3, Mo < = 0,5 auf.
  • Der Kipphebel 1 umfasst von seiner Achse 2 ausgehend zu jeder Seite einen Hebel 3 und 4, wobei der Hebel 3 eine konvexe Nockenablauffläche 5 aufweist und der Hebel 4 eine Aufnahme 6 für ein hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement, welches nicht näher dargestellt ist, umfasst. Von der Nockenablauffläche 5 bis zur Aufnahme 6 verläuft an der Oberseite des Kipphebels 1 eine Rippe 7.
  • Der Kipphebel 1 besteht im Bereich A der Nockenablauffläche aus einem Schalenhartguß und im Bereich B der Kipphebelachse 2 und im Bereich C der Aufnahme 6 aus einem Sphäroguß.
  • Durch die Zuordnung eines Kühleisens 11 vor der Nockenablauffläche 5 wird eine optimale Erstarrung dieser Fläche und somit ein Schalenhartguß mit einem besonderen Gefüge erzielt, das in Fig. 4 näher dargestellt ist.
  • Hierdurch wird der Bereich A der Nockenablauffläche 5 härter ausgestaltet als die weiteren Bereiche B und C um die Kipphebelachse 2 und um die Aufnahme 6. Die Gefüge dieser Bereiche sind in den Fig. 5 und 6 gezeigt.
  • Das weiß erstarrte Gefüge (Fig. 4) des Kipphebels 1 im Bereich A der Nockenablauffläche 5 besteht aus Ledeburit und wenig Kugelgraphit. Der anschließende Bereich B (Fig.5) um die Kipphebelachse 2 und der Bereich C (Fig. 6) um die Aufnahme 6 weist ein grau erstarrtes Gefüge aus Perlit, Ferrit und Kugelgraphit auf, wobei der Bereich C wenig lamellaren Graphit besitzen kann. Die Gefüge in den Bereichen B und C können Spuren von Ledeburit aufweisen. Zwischen Bereich A des Kipphebels 1 und Bereich B befindet sich eine Übergangszone mit Perlit, Ferrit, Kugelgraphit und einem erhöhten Ledeburitanteil.
  • Die Aufnahme 6 im Hebel 4 des Kipphebels 1 wird beim Gießvorgang mit eingebracht, indem ein Kerneinsatz 12 eingesetzt wird. Es kann hierdurch und aufgrund des höherfesten Gußwerkstoffes eine relativ dünne Wandung 10 der Aufnahme 6 erzielt werden, die aufgrund der Erstarrung nach dem Gießen unter Bildung von einem Perlit-Ferrit-Kugelgraphit-Gefüge weicher ist als der Bereich A der Nockenablauffläche 5.
  • Die weniger harten Bereiche B und C ermöglichen eine nach dem Gießen erforderliche Bearbeitung des Kipphebels 1. Es wird die Aufnahme 6 auf Maß gebohrt und der Ölkanal 13 eingebracht sowie die Kipphebelachslagerung auf Maß gebracht.
  • Die Aufnahme 6 ist mittels des eingesetzten Kerneinsatzes 12 so ausgestaltet, daß sich eine definierte Wandung geringer Dicke ergibt. Dies ist für die nachfolgende Bearbeitung hinsichtlich des Bohraufwandes vorteilig. Auch wurde erreicht, daß in der geringen Wandstärke aufgrund der Legierungszusammensetzung des höherfesten Gußeisens kein harter Gußwerkstoff entsteht.

Claims (5)

  1. Kipphebel (1) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenablauffläche (5) für eine Nockenabstützung und einer Aufnahme (6) für ein hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement und einer zwischenliegend angeordneten Kipphebelachse (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Kipphebel (1) aus einem höherfesten Gußeisen in Schalenhartguß im Bereich (A) der Nockenablauffläche (5) besteht, der eine größere Härte aufweist als die aus einem Sphäroguß bestehenden Bereiche (B und C) der Kipphebelachse (2) und der zylindrischen Aufnahme (6), die in den Kipphebel (1) mit eingegossen sind, wobei ein Kerneinsatz (12) zur Bildung dieser zylindrischen Aufnahme (6) verwendet wird, der einen solchen Durchmesser aufweist, daß sich eine relativ dünne Wandung (10) aus einem Perlit-Ferrit-Kugelgraphit-Gefüge bildet und von der Aufnahme (6) zur Kipphebelachse (2) eine Schmierölbohrung (13) im Kipphebel (1) verläuft, die in das weichere, aus Sphäroguß bestehende Gefüge des Kipphebels (1) einbringbar ist.
  2. Kipphebel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefüge des Kipphebels (1) im Bereich (A) der Nockenablauffläche (5) aus Ledeburit und wenig Kugelgraphit und im Bereich (B) der Kipphebelachse (2) sowie im Bereich (C) der Aufnahme (6) aus einem Gefüge von Perlit, Ferrit und Kugelgraphit besteht.
  3. Kipphebel nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefüge der Kipphebelachse (2) sowie der Aufnahme (6) Spuren von Ledeburit aufweisen können, wobei eine Übergangszone zwischen Bereich (A) und Bereich (B) des Kipphebels (1) einen erhöhten Ledeburitanteil aufweist.
  4. Kipphebel nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kipphebel (1) die drei ineinander übergehende Härtebereiche (A, B und C) des Gußwerkstoffs aufweist, wobei im Bereich (A) der Nockenablauffläche (5) die Werkstoffhärte am größten ist und im Gießverfahren mittels einem der Nockenablauffläche (5) unmittelbar gegenüberstehenden Kühleisen (11) herstellbar ist und die Wandung der Fläche (5) eine Dicke aufweist, die etwa der Dicke einer den Kipphebel (1) überspannenden Rippe (7) besitzt.
  5. Kipphebel nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Wandung (10) der Aufnahme (6) etwa ein Drittel des Radius der zylindrischen Aufnahme (6) des Kipphebels (1) entspricht.
EP95106482A 1994-05-04 1995-04-28 Kipphebel Expired - Lifetime EP0681093B1 (de)

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DE4415608A DE4415608A1 (de) 1994-05-04 1994-05-04 Kipphebel

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EP0681093A1 EP0681093A1 (de) 1995-11-08
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