EP3268586A1 - Betätigungshebel für einen ventiltrieb eines verbrennungsmotors sowie ventiltrieb mit dem betätigungshebel - Google Patents

Betätigungshebel für einen ventiltrieb eines verbrennungsmotors sowie ventiltrieb mit dem betätigungshebel

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EP3268586A1
EP3268586A1 EP16708347.6A EP16708347A EP3268586A1 EP 3268586 A1 EP3268586 A1 EP 3268586A1 EP 16708347 A EP16708347 A EP 16708347A EP 3268586 A1 EP3268586 A1 EP 3268586A1
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EP
European Patent Office
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lever
valve
actuating lever
actuating
contact surface
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EP16708347.6A
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English (en)
French (fr)
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EP3268586B1 (de
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Shigeki Ohno
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Publication date
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Publication of EP3268586A1 publication Critical patent/EP3268586A1/de
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Publication of EP3268586B1 publication Critical patent/EP3268586B1/de
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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
    • F01L1/185—Overhead end-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
    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/18—Rocking arms or levers
    • 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
    • F01L2301/00—Using particular materials
    • F01L2301/02—Using ceramic materials

Definitions

  • the invention relates to an actuating lever for a valve train of an internal combustion engine having a lever portion, wherein the lever portion has a support surface for transmitting a valve actuation movement, and having a pivot portion for pivotally mounting the lever portion about a pivot axis. Furthermore, the invention relates to a valve train with at least one such actuating lever.
  • valve inlets and outlets are usually opened and closed via inlet valves and outlet valves.
  • camshafts are used for actuating the intake valves and exhaust valves. Between cams of the camshafts and the intake valves or exhaust valves often levers are arranged, which transmit the actuations.
  • the publication DE 10 2006 052 820 A1 discloses a towing or rocker arm for actuating a gas exchange valve of an internal combustion engine.
  • the towing or rocker arm has a deformed lever body, which forms an upwardly open cross-sectional profile in the region of a valve-side arm portion having side walls and a cross bar, wherein on a lower side of the crossbar a valve actuating surface extends, which is lined by two longitudinal webs.
  • the crossbar and the longitudinal webs are integrally formed.
  • the longitudinal webs are bent on the underside of the crossbar and welded to run on the bottom contact surfaces.
  • the invention thus relates to an actuating lever which is suitable and / or designed for a valve train of an internal combustion engine.
  • the actuating lever is designed for actuating a valve, in particular a gas exchange valve, of the valve drive for the internal combustion engine.
  • the valve may be an intake valve or an exhaust valve.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a traction engine for a vehicle, in particular for a passenger car, truck, bus, etc.
  • the internal combustion engine is realized as a gasoline engine or as a diesel engine.
  • the opening and closing of the valve is controlled or operated in the internal combustion engine.
  • the operating lever has a lever portion, wherein the lever portion has a support surface for transmitting a valve actuation movement.
  • the support surface is formed as a flat surface or a flat surface portion having an area of at least ten square millimeters.
  • the contact surface is oriented in the direction of the valve.
  • the lever section is in particular a valve-side lever section.
  • the actuating lever has a pivoting portion, which is preferably rigidly connected to the lever portion.
  • the pivoting section is suitable and / or designed for the pivotable mounting of the lever section about a pivot axis.
  • the pivoting portion may be formed, for example, as a pivot receiver, through which a mechanical pivot axis runs. Alternatively, a bolt with a roller arranged thereon can also be provided in the pivoting section.
  • the actuating lever is pivotally mounted about the pivot axis, wherein the support surface is preferably arranged in a plane to which the pivot axis is parallel or in which the pivot axis is arranged.
  • the support surface can transmit the valve actuating movement.
  • the valve actuating movement is transmitted to the valve.
  • the actuating lever has a ceramic layer, wherein the ceramic layer is arranged on the support surface and forms a contact surface for transmitting the valve actuation movement.
  • the ceramic layer is formed as a wear-resistant layer.
  • a contact surface in particular a valve contact surface, is formed, which has an increased hardness, a higher mechanical strength, a higher dimensional stability and / or a higher wear resistance compared to the base material of the lever portion, in particular the support surface having.
  • This improved mechanical properties ensures that the actuating lever does not wear out or deforms mechanically even during prolonged use, so that an adjustment of the actuated valve is not necessary even over a long service life.
  • the actuating lever with the ceramic layer thus allows a particularly reliable and long-lasting function of the operating lever and thus of the valve train.
  • the contact surface is designed as a valve contact surface for direct contacting of a valve stem of the valve.
  • the valve actuation movement can be transmitted to the valve via one or more further intermediate elements.
  • the ceramic layer is formed as a thermally sprayed ceramic layer.
  • the realization of this The underlying method of thermal spraying is a surface coating process.
  • the thermal spraying according to the definition of DIN EN 657.
  • so-called spray additives inside or outside of a spray burner ab-, melted or accelerated in a gas stream in the form of spray particles and on the surface of the coated Component, in this example, the wing, hurled.
  • the component surface in this case the support surface, is not melted and only subjected to a low thermal load.
  • the temperature of the wing is less than 150 ° C.
  • a layer formation takes place, since the spray particles flatten on impact on the component surface, in this case the support surface, depending on the process and material, remain liable primarily by mechanical clamping and layer by layer build up the spray layer.
  • the ceramic layer is formed by ceramic materials, especially oxide ceramic materials, such as alumina, magnesia, zirconia, titania or multi-component systems such as aluminum titanate, mullite, etc., or dispersion ceramics such as zirconium reinforced alumina. Zirconia is particularly preferably used as a ceramic material for the ceramic layer. Particularly preferably, the ceramic layer is plasma sprayed or flame-sprayed. The type of application ensures that the connection between the ceramic layer and the support surface is designed to be load-bearing.
  • the layer thickness of the ceramic layer is preferably more than 50 ⁇ , in particular more than 80 ⁇ and / or preferably less than 150 ⁇ , in particular less than 120 ⁇ .
  • the actuating lever is designed as a pivot lever.
  • the actuating lever is designed as a drag lever or as a rocker arm.
  • an actuation of the drag lever takes place on the lever section, so that the lever section is arranged between an actuating member, such as a cam of a camshaft and a valve.
  • the Actuating lever is designed as a rocker arm, which has a further lever portion, which is arranged on the side facing away from the lever portion of the pivot portion and is rigidly connected thereto.
  • the actuation is initiated in the manner of a rocker on the side of the further lever section.
  • the lever portion has a transverse bar area, wherein the transverse bar area extends in the axial direction and in particular parallel to the pivot axis. Furthermore, the lever portion on foundedsarm Anlagene, which form an axial-lateral boundary on the contact surface. The contact surface is arranged on the transom area.
  • the guide arm portions form side bars to the crossbar portion. In particular, the guide arm regions are designed for lateral guidance of the valve.
  • the actuating lever on a base body wherein the base body is formed as a forming part.
  • the forming part is formed as a sheet metal forming part.
  • the sheet metal forming part is formed as a stamped and bent part.
  • the forming part is made of steel, e.g. made of 16MnCr5 as base material.
  • the combination of a ceramic layer and the forming part made of steel is particularly advantageous that the forming part is inexpensive to produce, but has the tendency to deform at too high a temperature load. By the thermal spraying of the ceramic layer can be achieved that the ceramic layer adheres firmly to the support surface, the body does not deform or distort and at the same time the production of the operating lever is inexpensive.
  • the forming part comprises the guide arm areas and the crossbar area.
  • the guide arm areas and the transverse bar area are formed integrally with the forming part and / or in one material.
  • the forming part has two side cheek areas which extend from the lever section via the pivoting section and optionally in addition via the further lever section.
  • the side cheek areas are aligned to be equal to a radial plane to the pivot axis.
  • the side cheek sections each have a receptacle, such as a passage opening for receiving and / or mechanical coupling of a pivoting device, such as from a mechanical pivot axis or a pivot pin.
  • the crossbar area extends between the two side cheek areas integrally connecting the side cheek areas.
  • the lever portion is U-shaped in a cross-section perpendicular to its longitudinal extent, wherein the side cheek areas form the free legs and the transverse bar area the connecting leg.
  • the contact surface is disposed on a side of the crossbar portion which faces away from the side cheek portions.
  • the specificationssarm Schemee are formed as extensions of the side cheeks areas and bent so that they rest on the crossbar area or almost rest.
  • the guide arm regions can be connected, in particular welded, at the free ends to the side cheek regions for position fixation.
  • the forming part has one or the further lever section, wherein the pivoting section is arranged between the lever section and the further lever section.
  • the operating lever is formed as a straight lever, so that the lever portion, hinge portion and further lever portion form a line.
  • the further lever section has a connecting region, wherein the connecting region extends in the axial direction between the side cheek regions and integrally connects them to one another.
  • the further lever portion is U-shaped in a cross section perpendicular to the longitudinal extent of the actuating lever, wherein the two side cheek areas form the free legs and the connecting area forms the connecting leg.
  • a receiving structure for an actuating element such as an actuating tappet is arranged, in particular formed by forming technology.
  • Another object of the invention relates to a valve train for an internal combustion engine, wherein the valve train has at least one valve and at least one actuating lever, as has been previously described or according to one of the preceding claims.
  • the valve train is provided that the valve is actuated via the actuating lever.
  • the actuating lever actuates the valve with the interposition of intermediate elements.
  • the actuating lever directly contact the valve so that a free end of the valve stem of the valve is in physical contact with the ceramic layer of the actuating lever. In this way, the advantages of the ceramic layer can be used particularly well.
  • Figure 1 is a schematic three-dimensional representation of an actuating lever for a valve train of an internal combustion engine as an embodiment of the invention
  • Figure 2 of the actuating lever in Figure 1 in a schematic plan view from the bottom.
  • FIG. 1 shows an actuating lever 1 for a valve drive of an internal combustion engine as a first exemplary embodiment of the invention.
  • the actuating lever 1 can be subdivided into a pivoting section 2, a valve-side lever section 3 and, in this embodiment, into a further lever section 4.
  • Lever section 3, pivot portion 2 and further lever portion 4 are arranged in a line one behind the other and integrally connected.
  • the operating lever 1 can be pivoted about a pivot axis 5, which passes through the pivot portion 2, so Lever section 3 and further lever section 4 rocker-like move about the pivot axis 5.
  • a roller 7 is placed in the pivot portion 2, on which a roller 7 is placed.
  • the roller 7 can be arranged on a supporting element, not shown, so that the operating lever 1 can be pivoted about the pivot axis 5.
  • the lever portion 3 has a contact surface 8, which is flat or slightly curved and extends substantially in a plane which is aligned parallel to the pivot axis 5.
  • a valve actuation movement can be initiated via the receiving structure 6 of the further lever section 4, so that the actuating lever 1 is pivoted about the pivot axis 5 and the valve actuating movement is transmitted via the contact surface 8 to the free end of a valve stem, not shown, of a valve to control this especially to open or close.
  • the contact surface 8 thus serves to transmit a valve actuation movement to the valve, not shown, and thus forms a valve contact surface.
  • the actuating lever 1 has a base body 9, which is designed as a shaped part, in particular as a sheet-metal forming part made of 16MnCr5.
  • the main body 9 has two side cheeks 10 a, b, which extend rectified to a radial plane to the pivot axis 5.
  • the side cheeks 10a, b carry the pivot pin 16, so that the pivot pin 16, the side cheeks 10a, b supported in the pivot portion 2 against each other.
  • the side walls 10 a, b are integrally connected to each other via a connecting portion 1 1, wherein in the Connecting region 1 1, the receiving structure 6 is introduced and formed in this case.
  • the side cheeks 10a, b are integrally connected by a crossbar portion 12 which extends from one side cheek 10a to the other side cheek 10b and provides a support surface 13 for the contact surface 8.
  • a ceramic layer 14 is at least partially applied surface, which forms the contact surface 8.
  • the ceramic layer 14 is applied by thermal spraying, for example, the ceramic layer 14 is plasma sprayed or flame-sprayed and has a thickness of about 100 ⁇ on and is e.g. made of zirconium oxide.
  • the ceramic layer 14 forms a wear protection of the contact surface 8.
  • the side cheeks 10a, b merge integrally into guide arm regions 15a, b, which, starting from an upper side of the side cheeks 10a, b, are folded over twice and form axial side boundaries, side webs or side walls for the contact surface 8.
  • the actuating lever 1 is guided relative to the valve stem of the valve in the axial direction to the pivot axis.
  • the free ends of the guide arm 15a are connected to the base body 9, in particular with a portion of the side walls 10a, b cohesively, for example by welding.
  • FIG. 2 shows the actuating lever 1 of FIG. 1 in a schematic plan view from the underside.
  • the side cheek areas 15 a, b are arranged congruently to the side cheek areas 10 a, b and laterally delimit the contact surface 8, indicated by a broken line, with the ceramic layer 14 in the axial direction to the pivot axis 5.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

Abstract

Bei Brennkraftmaschinen, wie zum Beispiel kraftstoffbetriebenen Motoren von Fahrzeugen, werden die für die Verbrennung in den Zylindern notwendigen Kraftstoff-Luftgemische über Ventileinlässe zugeführt und Verbrennungsabgase über Ventilauslässe abgeführt. Die Ventileinlässe und -auslässe werden üblicherweise getaktet über Einlassventile und Auslassventile geöffnet und geschlossen. Zur Betätigung der Einlassventile und Auslassventile werden beispielsweise Nockenwellen eingesetzt. Zwischen Nocken der Nockenwellen und den Einlassventilen beziehungsweise Auslassventilen sind oftmals Hebel angeordnet, welche die Betätigungen übertragen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Betätigungshebel für einen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors vorzuschlagen, welcher sich durch ein besonders gutes Betriebsverhalten auszeichnet. Hierzu wird ein Betätigungshebel (1) für einen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Hebelabschnitt (3), wobei der Hebelabschnitt (3) eine Tragfläche (13) zur Übertragung einer Ventilbetätigungsbewegung aufweist, und mit einem Schwenkabschnitt (2) zur schwenkbaren Lagerung des Hebelabschnitts (3) um eine Schwenkachse (5) vorgeschlagen, wobei der Betätigungshebel (1) eine Keramikschicht (14) aufweist, wobei die Keramikschicht (14) auf der Tragfläche (13) angeordnet ist und eine Kontaktfläche (8) zur Übertragung der Ventilbetätigungsbewegung bildet.

Description

Betätigungshebel für einen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors sowie
Ventiltrieb mit dem Betätigungshebel
Die Erfindung betrifft einen Betätigungshebel für einen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Hebelabschnitt, wobei der Hebelabschnitt eine Tragfläche zur Übertragung einer Ventilbetätigungsbewegung aufweist, und mit einem Schwenkabschnitt zur schwenkbaren Lagerung des Hebelabschnitts um eine Schwenkachse. Ferner betrifft die Erfindung einen Ventiltrieb mit mindestens einem derartigen Betätigungshebel.
Bei Brennkraftmaschinen, wie zum Beispiel kraftstoffbetriebenen Motoren von Fahrzeugen, werden die für die Verbrennung in den Zylindern notwendigen Kraftstoff- Luftgemische über Ventileinlässe zugeführt und Verbrennungsabgase über Ventilauslässe abgeführt. Die Ventileinlässe und -auslässe werden üblicherweise getaktet über Einlassventile und Auslassventile geöffnet und geschlossen. Zur Betätigung der Einlassventile und Auslassventile werden beispielsweise Nockenwellen eingesetzt. Zwischen Nocken der Nockenwellen und den Einlassventilen beziehungsweise Auslassventilen sind oftmals Hebel angeordnet, welche die Betätigungen übertragen.
In diesem Zusammenhang offenbart die Druckschrift DE 10 2006 052 820 A1 einen Schlepp- oder Kipphebel zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine. Der Schlepp- oder Kipphebel weist einen umgeformten Hebelkörper auf, der im Bereich eines ventilseitigen Armabschnitts mit Seitenwänden und einem Querbalken ein nach oben offenes Querschnittsprofil bildet, wobei auf einer Unterseite des Querbalkens eine Ventilbetätigungsfläche verläuft, die von zwei Längsstegen gesäumt ist. Der Querbalken und die Längsstege sind einstückig ausgebildet. Die Längsstege sind auf die Unterseite des Querbalkens gebogen und mit auf der Unterseite verlaufenden Kontaktflächen verschweißt. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Betätigungshebel für einen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors vorzuschlagen, welcher sich durch ein besonders gutes Betriebsverhalten auszeichnet. Diese Aufgabe wird durch einen Betätigungshebel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Ventiltrieb mit mindestens einem derartigen Betätigungshebel mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Betätigungshebel, welcher für einen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors geeignet und/oder ausgebildet ist. Insbesondere ist der Betätigungshebel zur Betätigung eines Ventils, insbesondere eines Gaswechselventils, des Ventiltriebs für den Verbrennungsmotor ausgebildet. Bei dem Ventil kann es sich um ein Einlassventil oder um ein Auslassventil handeln. Der Verbrennungsmotor ist vorzugsweise als ein Traktionsmotor für ein Fahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus, etc. ausgebildet. Insbesondere ist der Verbrennungsmotor als ein Ottomotor oder als ein Dieselmotor realisiert. Über den Betätigungshebel wird das Öffnen und Schließen des Ventils in dem Verbrennungsmotor gesteuert beziehungsweise betätigt.
Der Betätigungshebel weist einen Hebelabschnitt auf, wobei der Hebelabschnitt eine Tragfläche zur Übertragung einer Ventilbetätigungsbewegung aufweist. Beispielsweise ist die Tragfläche als eine ebene Fläche oder ein ebener Flächenabschnitt ausgebildet, welcher eine Fläche von mindestens zehn Quadratmillimetern aufweist. Im eingebauten Zustand des Betätigungshebels ist die Kontaktfläche in Richtung des Ventils orientiert. Bei dem Hebelabschnitt handelt es sich insbesondere um einen ventilseitigen Hebelabschnitt.
Ferner weist der Betätigungshebel einen Schwenkabschnitt auf, welcher vorzugsweise mit dem Hebelabschnitt starr verbunden ist. Der Schwenkabschnitt ist zur schwenkbaren Lagerung des Hebelabschnitts um eine Schwenkachse geeignet und/oder ausgebildet. Der Schwenkabschnitt kann beispielsweise als eine Schwenkaufnahme ausgebildet sein, durch die eine mechanische Schwenkachse verläuft. Alternativ kann in dem Schwenkabschnitt auch ein Bolzen mit einer darauf angeordneten Rolle vorgesehen sein. Der Betätigungshebel ist um die Schwenkachse schwenkbar gelagert, wobei die Tragfläche vorzugsweise in einer Ebene angeordnet ist, zu der die Schwenkachse parallel verläuft oder in der die Schwenkachse angeordnet ist. Bei einem Schwenken des Betätigungshebels um die Schwenkachse wird der Hebelabschnitt mit der Kontaktfläche mit geschwenkt, wobei die Tragfläche die Ventilbetätigungsbewegung übertragen kann. Vorzugsweise wird die Ventilbetätigungsbewegung auf das Ventil übertragen.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Betätigungshebel eine Keramikschicht aufweist, wobei die Keramikschicht auf der Tragfläche angeordnet ist und eine Kontaktfläche zur Übertragung der Ventilbetätigungsbewegung bildet. Insbesondere ist die Keramikschicht als eine verschleißfeste Schicht ausgebildet.
Durch die Anordnung der Keramikschicht auf der Tragfläche wird eine Kontaktfläche, insbesondere eine Ventilkontaktfläche, gebildet, welche eine im Vergleich zu dem Grundmaterial des Hebelabschnitts, insbesondere der Tragfläche, eine gesteigerte Härte, eine höhere mechanische Festigkeit, eine höhere Formbeständigkeit und/oder eine höhere Verschleißfestigkeit aufweist. Durch diese verbesserten mechanischen Eigenschaften wird erreicht, dass der Betätigungshebel auch bei längerem Einsatz nicht verschleißt oder sich mechanisch verformt, sodass ein Nachstellen des betätigten Ventils auch über eine lange Lebensdauer nicht notwendig ist. Der Betätigungshebel mit der Keramikschicht ermöglicht somit eine besonders zuverlässige und lang andauernde Funktion des Betätigungshebels und damit des Ventiltriebs.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kontaktfläche als eine Ventilkontaktfläche zur unmittelbaren Kontaktierung eines Ventilschafts des Ventils ausgebildet ist. Alternativ hierzu kann die Ventilbetätigungsbewegung über eines oder mehrere weitere Zwischenelemente auf das Ventil übertragen werden.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist die Keramikschicht als eine thermisch aufgespritzte Keramikschicht ausgebildet. Das dieser Realisierung zugrunde liegende Verfahren des thermischen Spritzens ist ein Oberflächenbeschichtungsverfahren. Vorzugsweise erfolgt das thermische Spritzen gemäß der Definition der DIN EN 657. Bei dem Verfahren werden Zusatzstoffe, sogenannte Spritzzusätze, innerhalb oder außerhalb eines Spritzbrenners ab-, an- oder aufgeschmolzen, in einem Gasstrom in Form von Spritzpartikeln beschleunigt und auf die Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils, in diesem Beispiel die Tragfläche, geschleudert. Die Bauteiloberfläche, in diesem Fall die Tragfläche, wird dabei nicht angeschmolzen und nur in geringem Maße thermisch belastet. Insbesondere ist die Temperatur der Tragfläche kleiner als 150°C. Dadurch wird eine ursprüngliche Form der Tragfläche nicht beeinträchtigt oder verformt. Eine Schichtbildung findet statt, da die Spritzpartikel beim Auftreffen auf die Bauteiloberfläche, in diesem Fall die Tragfläche, prozess- und materialabhängig abflachen, vorrangig durch mechanische Verklammerung haften bleiben und lagenweise die Spritzschicht aufbauen.
Die Keramikschicht wird durch keramische Werkstoffe, insbesondere oxidkeramische Werkstoffe, gebildet, wie zum Beispiel Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid, Titandioxid oder Mehrstoffsysteme, wie Aluminiumtitanat, Mullit, etc. oder Dispersionskeramiken, wie mit Zirkonium verstärktes Aluminiumoxid. Besonders bevorzugt wird Zirkonoxid als keramischer Werkstoff für die Keramikschicht eingesetzt. Besonders bevorzugt wird die Keramikschicht plasmagespritzt oder flammgespritzt. Durch die Art der Aufbringung wird sichergestellt, dass die Verbindung zwischen der Keramikschicht und der Tragfläche belastungsgerecht ausgelegt ist. Die Schichtdicke der Keramikschicht beträgt vorzugsweise mehr als 50μηη, insbesondere mehr als 80 μιτι und/oder vorzugsweise weniger als 150μηη, insbesondere weniger als 120 μηη.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung ist der Betätigungshebel als ein Schwenkhebel ausgebildet. Insbesondere ist der Betätigungshebel als ein Schlepphebel oder als ein Kipphebel ausgebildet. Bei einem Schlepphebel erfolgt eine Betätigung des Schlepphebels auf dem Hebelabschnitt, sodass der Hebelabschnitt zwischen einem Betätigungsorgan, wie zum Beispiel einer Nocke einer Nockenwelle und einem Ventil angeordnet ist. Alternativ hierzu ist der Betätigungshebel als ein Kipphebel ausgebildet, welcher einen weiteren Hebelabschnitt aufweist, welcher auf der dem Hebelabschnitt abgewandten Seite des Schwenkabschnitts angeordnet ist und mit diesem starr verbunden ist. Bei einem Kipphebel wird die Betätigung wippenartig auf der Seite des weiteren Hebelabschnitts eingeleitet.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung weist der Hebelabschnitt einen Querbalkenbereich auf, wobei sich der Querbalkenbereich in axialer Richtung und insbesondere parallel zur Schwenkachse erstreckt. Ferner weist der Hebelabschnitt Führungsarmbereiche auf, welche eine axial-seitliche Begrenzung auf der Kontaktfläche bilden. Die Kontaktfläche ist auf dem Querbalkenbereich angeordnet. Vorzugsweise bilden die Führungsarmbereiche Seitenstege zu dem Querbalkenbereich. Insbesondere sind die Führungsarmbereiche zur seitlichen Führung des Ventils ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung weist der Betätigungshebel einen Grundkörper auf, wobei der Grundkörper als ein Umformteil ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist das Umformteil als ein Blechumformteil ausgebildet. Im Speziellen ist das Blechumformteil als ein Stanzbiegeteil ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das Umformteil aus Stahl, z.B. aus 16MnCr5 als Grundmaterial ausgebildet. Die Kombination einer Keramikschicht und dem Umformteil aus Stahl ist besonders vorteilhaft, das das Umformteil kostengünstig herstellbar ist, jedoch die Tendenz hat, sich bei einer zu hohen Temperaturbelastung zu verformen. Durch das thermische Spritzen der Keramikschicht kann erreicht werden, dass die Keramikschicht fest auf der Tragfläche haftet, der Grundkörper sich nicht verformt oder verzieht und zugleich die Herstellung des Betätigungshebels kostengünstig ist.
Es ist bevorzugt vorgesehen, dass das Umformteil die Führungsarmbereiche und den Querbalkenbereich umfasst. Insbesondere sind die Führungsarmbereiche und der Querbalkenbereich mit dem Umformteil einstückig und/oder einmaterialig ausgebildet. In dieser konstruktiven Ausgestaltung ist der Betätigungshebel aufgrund der wenigen Baueinzelteile besonders einfach zu fertigen. Konstruktiv betrachtet ist es bevorzugt, dass das Umformteil zwei Seitenwangenbereiche aufweist, welche sich von dem Hebelabschnitt über den Schwenkabschnitt und optional ergänzend über den weiteren Hebelabschnitt erstrecken. Vorzugsweise sind die Seitenwangenbereiche gleich zu einer Radialebene zu der Schwenkachse ausgerichtet. In dem Schwenkabschnitt weisen die Seitenwangenabschnitte jeweils eine Aufnahme, wie z.B. eine Durchgangsöffnung zur Aufnahme und/oder mechanischen Kopplung einer Schwenkeinrichtung, wie z.B. von einer mechanischen Schwenkachse oder einem Schwenkbolzen auf. Der Querbalkenbereich erstreckt sich zwischen den zwei Seitenwangenbereichen, wobei dieser die Seitenwangenbereiche einstückig verbindet. Insbesondere ist der Hebelabschnitt in einem Querschnitt senkrecht zu dessen Längserstreckung u-förmig ausgebildet, wobei die Seitenwangenbereiche die freien Schenkel und der Querbalkenbereich den Verbindungsschenkel bilden. Die Kontaktfläche ist auf einer Seite des Querbalkenbereichs angeordnet, die von den Seitenwangenbereichen abgewandt ist. Die Führungsarmbereiche sind als Verlängerungen der Seitenwangenbereiche ausgebildet und umgebogen, so dass diese auf dem Querbalkenbereich aufliegen oder nahezu aufliegen. Optional können die Führungsarmbereiche an den freien Enden mit den Seitenwangenbereichen zur Positionsfixierung verbunden, insbesondere verschweißt sein.
Bei einer möglichen Ausgestaltung weist das Umformteil einen bzw. den weiteren Hebelabschnitt auf, wobei der Schwenkabschnitt zwischen dem Hebelabschnitt und dem weiteren Hebelabschnitt angeordnet ist. Insbesondere ist der Betätigungshebel als ein gerader Hebel ausgebildet, so dass der Hebelabschnitt, Gelenkabschnitt und weiterer Hebelabschnitt eine Linie bilden. Der weitere Hebelabschnitt weist einen Verbindungsbereich auf, wobei sich der Verbindungsbereich in axialer Richtung zwischen den Seitenwangenbereichen erstreckt und diese einstückig miteinander verbindet. Vorzugsweise ist der weitere Hebelabschnitt in einem Querschnitt senkrecht zu der Längserstreckung des Betätigungshebels u-förmig ausgebildet, wobei die zwei Seitenwangenbereiche die freien Schenkel und der Verbindungsbereich den Verbindungsschenkel bilden. In dem Verbindungsbereich ist eine Aufnahmestruktur für ein Betätigungselement, wie z.B. einen Betätigungsstössel angeordnet, insbesondere umformtechnisch eingeformt. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für einen Verbrennungsmotor, wobei der Ventiltrieb mindestens ein Ventil sowie mindestens einen Betätigungshebel aufweist, wie dieser zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche. In dem Ventiltrieb ist vorgesehen, dass das Ventil über den Betätigungshebel betätigt wird. Prinzipiell ist es möglich, dass der Betätigungshebel das Ventil unter Zwischenschaltung von Zwischenelementen betätigt. Es ist jedoch besonders bevorzugt, dass der Betätigungshebel das Ventil unmittelbar kontaktiert, sodass ein freies Ende des Ventilschafts des Ventils in einem körperlichen Kontakt mit der Keramikschicht des Betätigungshebels steht. Auf diese Weise können die Vorteile der Keramikschicht besonders gut genutzt werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische dreidimensionale Darstellung eines Betätigungshebels für einen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 der Betätigungshebel in der Figur 1 in einer schematischen Draufsicht von der Unterseite.
In der Figur 1 ist ein Betätigungshebel 1 für einen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Betätigungshebel 1 kann in einen Schwenkabschnitt 2, einen ventilseitigen Hebelabschnitt 3 und - in diesem Ausführungsbeispiel - in einen weiteren Hebelabschnitt 4 unterteilt werden. Hebelabschnitt 3, Schwenkabschnitt 2 und weiterer Hebelabschnitt 4 sind in einer Linie hintereinander angeordnet und einstückig miteinander verbunden. Der Betätigungshebel 1 kann um eine Schwenkachse 5, welche durch den Schwenkabschnitt 2 verläuft, geschwenkt werden, sodass Hebelabschnitt 3 und weiterer Hebelabschnitt 4 sich wippenartig um die Schwenkachse 5 bewegen.
In dem weiteren Hebelabschnitt 4 ist eine Aufnahmestruktur 6, in diesem Beispiel eine halbrunde Aufnahmestruktur 6, zum Beispiel für einen Stößel, angeordnet. In dem Schwenkabschnitt 2 ist ein koaxial zu der Schwenkachse 5 verlaufender Schwenkbolzen 16 angeordnet, auf den eine Rolle 7 aufgesetzt ist. Die Rolle 7 kann auf einem nicht dargestellten Abstützelement angeordnet werden, sodass der Betätigungshebel 1 um die Schwenkachse 5 geschwenkt werden kann.
Der Hebelabschnitt 3 weist eine Kontaktfläche 8 auf, welche eben oder leicht gekrümmt ausgebildet ist und sich im Wesentlichen in einer Ebene erstreckt, die parallel zu der Schwenkachse 5 ausgerichtet ist.
Funktional betrachtet kann eine Ventilbetätigungsbewegung über die Aufnahmestruktur 6 des weiteren Hebelabschnitts 4 eingeleitet werden, sodass der Betätigungshebel 1 um die Schwenkachse 5 geschwenkt wird und die Ventilbetätigungsbewegung über die Kontaktfläche 8 auf das freie Ende eines nicht dargestellten Ventilschafts eines Ventils übertragen wird, um dieses zu steuern, insbesondere zu öffnen oder zu schließen. Die Kontaktfläche 8 dient damit zur Übertragung einer Ventilbetätigungsbewegung auf das nicht-dargestellte Ventil und bildet damit eine Ventil kontaktfläche.
Konstruktiv betrachtet weist der Betätigungshebel 1 einen Grundkörper 9 auf, welcher als ein Umformteil, insbesondere als ein Blechumformteil aus 16MnCr5, ausgebildet ist. Der Grundkörper 9 weist zwei Seitenwangen 10a, b auf, welche sich gleichgerichtet zu einer Radialebene zu der Schwenkachse 5 erstrecken. Die Seitenwangen 10a, b tragen den Schwenkbolzen 16, sodass der Schwenkbolzen 16 die Seitenwangen 10a, b in dem Schwenkabschnitt 2 gegeneinander abstützt.
In dem weiteren Hebelabschnitt 4 sind die Seitenwangen 10a, b über einen Verbindungsbereich 1 1 einstückig miteinander verbunden, wobei in dem Verbindungsbereich 1 1 die Aufnahmestruktur 6 eingebracht und in diesem Fall eingeformt ist.
In dem Hebelabschnitt 3 sind die Seitenwangen 10a, b über einen Querbalkenbereich 12 einstückig verbunden, welcher sich von einer Seitenwange 10a zu der anderen Seitenwange 10b erstreckt und eine Tragfläche 13 für die Kontaktfläche 8 bereitstellt. Auf der Tragfläche 13 ist zumindest bereichsweise eine Keramikschicht 14 flächig aufgebracht, welche die Kontaktfläche 8 bildet.
Die Keramikschicht 14 ist durch ein thermisches Spritzen aufgebracht, beispielsweise wird die Keramikschicht 14 plasmagespritzt oder flammgespritzt und weist eine Dicke von ca. 100 μιτι auf und ist z.B. aus Zirkoniumoxid gebildet. Die Keramikschicht 14 bildet einen Verschleißschutz der Kontaktfläche 8.
Die Seitenwangen 10a, b gehen einstückig in Führungsarmbereiche 15a, b über, welche ausgehend von einer Oberseite der Seitenwangen 10a, b zweifach umgebogen sind und axiale Seitenbegrenzungen, Seitenstege oder Seitenwände für die Kontaktfläche 8 bilden. Über die Führungsarmbereiche 15a, b wird der Betätigungshebel 1 relativ zu dem Ventilschaft des Ventils in axialer Richtung zu der Schwenkachse geführt. Die freien Enden der Führungsarmbereiche 15a sind mit dem Grundkörper 9, insbesondere mit einem Abschnitt der Seitenwangen 10a, b stoffschlüssig, zum Beispiel durch Verschweißen, verbunden.
Die Figur 2 zeigt den Betätigungshebel 1 der Figur 1 in einer schematischen Draufsicht von der Unterseite. In dieser Ansicht ist zu erkennen, dass die Seitenwangenbereiche15 a, b deckungsgleich zu den Seitenwangenbereichen 10 a, b angeordnet sind und die mit einer unterbrochenen Linie angedeutete Kontaktfläche 8 mit der Keramikschicht 14 in axialer Richtung zu der Schwenkachse 5 seitlich begrenzen. Bezugszeichenliste
Betätigungshebel
Schwenkabschnitt
Hebelabschnitt
weiterer Hebelabschnitt
Schwenkachse
Aufnahmestruktur
Rolle
Kontaktfläche
Grundkörper
a, b Seitenwangenbereiche
Verbindungsbereich
Querbalkenbereich
Tragfläche
Keramikschicht
a, b Führungsarmbereiche
Schwenkbolzen

Claims

Patentansprüche
1 . Betätigungshebel (1 ) für einen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Hebelabschnitt (3), wobei der Hebelabschnitt (3) eine Tragfläche (13) zur Übertragung einer Ventilbetätigungsbewegung aufweist, und mit einem Schwenkabschnitt (2) zur schwenkbaren Lagerung des Hebelabschnitts (3) um eine Schwenkachse (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungshebel (1 ) eine Keramikschicht (14) aufweist, wobei die Keramikschicht (14) auf der Tragfläche (13) angeordnet ist und eine Kontaktfläche (8) zur Übertragung der Ventilbetätigungsbewegung bildet.
2. Betätigungshebel (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikschicht (14) als eine thermisch aufgespritzte Keramikschicht (14) ausgebildet ist.
3. Betätigungshebel (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (8) als eine Ventilkontaktfläche zur unmittelbaren Kontaktierung eines Ventils ausgebildet ist.
4. Betätigungshebel (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungshebel (1 ) als ein Schlepphebel oder als ein Kipphebel ausgebildet ist.
5. Betätigungshebel (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelabschnitt (3) einen Querbalkenbereich (12) und Führungsarmbereiche (15 a, b) aufweist, wobei sich der Querbalkenbereich (12) in axialer Richtung zu der Schwenkachse (5) erstreckt, wobei die Kontaktfläche (8) auf dem Querbalkenbereich (12) angeordnet ist und wobei die Führungsarmbereiche (15 a, b) eine axiale Begrenzung in Bezug auf die Kontaktfläche (8) bilden.
6. Betätigungshebel (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungshebel (1 ) einen Grundkörper (9) aufweist, wobei der Grundkörper (9) als ein Umformteil ausgebildet ist, welches die Führungsarmbereiche (15 a, b) und den Querbalkenbereich (12) umfasst.
7. Betätigungshebel (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformteil aus Stahl ausgebildet ist.
8. Betätigungshebel (1 ) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformteil zwei Seitenwangenbereiche (10 a, b) aufweist, wobei die Seitenwangenbereiche (10 a, b) im Schwenkabschnitt (2) jeweils eine Aufnahme für eine Schwenkeinrichtung (7, 16) aufweisen, wobei der Querbalkenbereich (12) die zwei Seitenwangenbereiche (10 a, b) in axialer Richtung zu der Schwenkachse (5) verbindet und/oder überbrückt und wobei die Führungsarmbereiche (15 a, b) als Verlängerungen der Seitenwangenbereiche (10 a, b) ausgebildet sind, welche derart gebogen sind, dass diese die axialen Begrenzungen der Kontaktfläche (8) bilden.
9. Betätigungshebel (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungshebel (1 ) einen weiteren Hebelabschnitt (4) aufweist, wobei der weitere Hebelabschnitt (4) einen Verbindungsbereich (1 1 ) aufweist, wobei sich der Verbindungsbereich (1 1 ) in axialer Richtung zu der Schwenkachse (5) erstreckt und die zwei Seitenwangenbereiche (10 a, b) in axialer Richtung zu der Schwenkachse (5) verbindet und/oder überbrückt, wobei in dem Verbindungsbereich (1 1 ) eine Aufnahmestruktur (6) für ein Betätigungselement angeordnet ist und wobei das Umformteil den weiteren Hebelabschnitt (4) umfasst.
10. Ventiltrieb für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Ventil sowie mit mindestens einem Betätigungshebel (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Betätigung des Ventils.
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