EP4045774B1 - Balkenartige brücke für einen ventiltrieb einer heavy-duty-brennkraftmaschine - Google Patents

Balkenartige brücke für einen ventiltrieb einer heavy-duty-brennkraftmaschine Download PDF

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EP4045774B1
EP4045774B1 EP20775175.1A EP20775175A EP4045774B1 EP 4045774 B1 EP4045774 B1 EP 4045774B1 EP 20775175 A EP20775175 A EP 20775175A EP 4045774 B1 EP4045774 B1 EP 4045774B1
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EP
European Patent Office
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crosshead
longitudinal
gas exchange
plateaus
transverse wall
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EP20775175.1A
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EP4045774A1 (de
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David Lang
Stefan Dupke
Markus Wiedmann
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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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
    • F01L1/26—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of two or more valves operated simultaneously by same transmitting-gear; peculiar to machines or engines with more than two lift-valves per cylinder
    • 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
    • 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
    • F01L2303/00—Manufacturing of components used in valve arrangements

Definitions

  • the invention relates to a beam-like bridge for a valve train of a heavy-duty internal combustion engine for transmitting a cam lift to two gas exchange valves with the same effect,
  • which bridge is a one-piece hollow body made of sheet steel by stamping and bending with an inverted U-profile, formed by a transverse wall with side walls hanging from its longitudinal edges, which transverse wall, starting from the longitudinal ends of the bridge, has a plateau in each case and, at its longitudinal center, a raised contact zone for at least indirect cam counter-rotation, which plateaus are each connected to the contact zone via a roof section, wherein a gas exchange valve contact surface is located on an underside of the transverse wall, at the longitudinal ends.
  • a heavy-duty internal combustion engine is a machine that is used in particular to drive a truck, van, light transporter, agricultural equipment, ship, mining or construction equipment, etc.
  • a bridge for a valve train of a heavy-duty internal combustion engine shows the DE 20 2019 103 327 U1 .
  • the gas exchange valve contact surfaces are arranged on the undersides of their plateaus.
  • the transverse wall is provided with a rectangular contact zone in the longitudinal center area, which is connected to the plateaus via plate pieces.
  • a similar bridge as mentioned above comes from the DE 20 2019 101 904 U1
  • the side walls are connected at the longitudinal ends of the bridge.
  • the task is to create a bridge as mentioned above that is very cost-effective, easy to build and at the same time can be used between high vertical distances from its contact zone to the gas exchange valve surfaces.
  • the plateaus each have a central section similar to a rectangular channel which is lowered relative to the longitudinal edges by deep drawing, the longitudinal walls of which are positioned with their outer surfaces in height sections in front of the inner sides of the transverse walls, so that an M-like profile is present in the section of the plateaus, the gas exchange valve contact surfaces being located on lower surfaces of the central sections of the plateaus, the roof sections being spherical segment-like.
  • the bridge should have a wall thickness of 2 to 10 mm, based on its base body without the sunken middle sections.
  • a thick sheet metal design with a thickness of about 4 to 6 mm is particularly preferred here.
  • the contact zone on the top of the bridge be circular. If necessary, the contact zone can also have an elliptical shape. It can also be spherically curved and/or embossed and/or provided with a hard material layer.
  • the bridge can also be shaped downwards in the middle area, which may increase rigidity and create material for the deep-drawing process.
  • a beam-like bridge 1 made of sheet steel for a valve train of a heavy-duty internal combustion engine is shown.
  • the bridge 1 serves to simultaneously transmit a cam lift to two gas exchange valves with the same effect and is not guided on columns or the like in relation to a cylinder head of the internal combustion engine.
  • the bridge 1 can, for example, be made of thick sheet metal with a wall thickness of 4 mm, although a total range of about 2 to 10 mm is envisaged.
  • the bridge 1 is manufactured using stamping and bending technology in at least two consecutive drawing stages, whereby Figure 1 which shows the bridge 1 after its essential drawing stage in its inverted U-shape in cross-section.
  • the bridge 1 has an upper transverse wall 3, from whose longitudinal edges 9a side walls 4 depend.
  • the bridge 1 thus forms a hollow body.
  • a raised contact zone 6 for counter-movement of a lever-like cam follower (rocker arm, drag lever) protrudes from an upper side 5 of the transverse wall 3 at a longitudinal center of the bridge 1.
  • the contact zone 6 is clearly circular in shape and is slightly curved.
  • the transverse wall 3 has a plateau 10 starting from each of the longitudinal ends 8 of the bridge 1.
  • the plateaus 10 are connected to the contact zone 6 via roof sections 11 in the shape of a spherical segment that are easy to deep-draw.
  • a gas exchange valve contact surface 9 is formed on an underside 7 of the aforementioned transverse wall 3 in front of the opposite longitudinal ends 8 (see below).
  • the bridge 1 is guided on the shafts of the gas exchange valves in the installation via inner sides 14 of the side walls 4.
  • FIG. 2 shows the bridge 1 after a supplementary drawing step, which can also be integrated into the preceding drawing step described above.
  • each plateau 10 of the transverse wall 3 has a central section 12, which is lowered relative to the longitudinal edges 9a and is similar to a rectangular channel.
  • the thick Figures 1, 2 The arrows drawn here symbolize the main drawing directions in the die.
  • the longitudinal walls 13 of the lowered central sections 12 are partially located with their outer surfaces 14 in front of the inner sides 15 of the transverse walls 3. If necessary, a visibly larger distance can be selected between these in order to keep the bending stresses under control. In the cross section, this results in an M-like profile.
  • the gas exchange valve contact surfaces 9 at both ends run along lower surfaces 16 of the center sections 12. Due to the lowered center sections 12, comparatively large vertical distances between the cam counter-rotation and the gas exchange valves can be spanned via the bridge 1, given its good deep-drawability.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung betrifft eine balkenartige Brücke für einen Ventiltrieb einer Heavy-Duty-Brennkraftmaschine zur Übertragung eines Nockenhubes auf zwei gleichwirkende Gaswechselventile, welche Brücke ein einteiliger, stanz-biegetechnisch aus Stahlblech hergestellter Hohlkörper mit umgekehrtem U-Profil ist, gebildet durch eine Querwand mit von ihren Längsrändern abhängenden Seitenwänden, welche Querwand, ausgehend von Längsenden der Brücke, je ein Plateau und bei ihrer Längsmitte eine abgehobene Kontaktzone für einen zumindest mittelbaren Nockengegenlauf aufweist, welche Plateaus mit der Kontaktzone über je einen Dachabschnitt verbunden sind, wobei an einer Unterseite der Querwand, bei den Längsenden, je eine Gaswechselventilkontaktfläche liegt.
  • Unter Heavy-Duty-Brennkraftmaschine ist eine Maschine zu verstehen, wie sie insbesondere zum Antrieb eines Lkw, Transporters, Leichttransporters, landwirtschaftlichen Arbeitsgeräts, Schiffs, Bergbau- oder Baustellengeräts etc. verwendet wird.
  • Eine Brücke für einen Ventiltrieb einer Heavy-Duty-Brennkraftmaschine zeigt die DE 20 2019 103 327 U1 . An Unterseiten deren Plateaus sind die Gaswechselventilkontaktflächen angeordnet. Die Querwand ist im Bereich der Längsmitte mit einer rechteckähnlichen Kontaktzone versehen, welche über Plattenstücke mit den Plateaus verbunden ist.
  • Eine ähnliche Brücke wie zuvor genannt geht aus der DE 20 2019 101 904 U1 hervor. Hierbei sind die Seitenwände an den Längsenden der Brücke verbunden ausgeführt.
  • Eine weitere Brücke offenbart die DE 10 2010 011 455 A1 . Diese ist als Massivteil in Guss- oder Schmiedetechnik ausgebildet.
  • Außerdem wird auf die Dokumente DE 10 2014 224 625 A1 und DE 10 2006 002 994 A1 verwiesen. Jede dieser Zitierungen zeigt einen stanz-biegetechnisch erzeugten Schlepphebel aus Stahlblech, wie er im Ventiltrieb von PKW-Brennkraftmaschinen eingesetzt ist und welcher am ventilseitigen Längsende, an dessen Oberseite, einen eingeprägten Kanal hat.
  • Aufgabe ist es, eine Brücke wie vorgenannt zu kreieren, die sehr kostengünstig ist, leicht baut und zugleich zwischen hohen vertikalen Abstände von ihrer Kontaktzone zu den Gaswechselventilflächen eingesetzt werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass, zur Erhöhung eines Abstandes zwischen der Kontaktzone und den beiden Gaswechselventilkontaktflächen, die Plateaus jeweils über einen gegenüber den Längsrändern durch Tiefziehen abgesenkten, rechteckkanalähnlichen Mittenabschnitt verfügen, dessen Längswände mit ihren Außenflächen höhenabschnittsweise vor Innenseiten der Querwände stehen, sodass im Abschnitt der Plateaus ein M-ähnliches Profil vorliegt, wobei die Gaswechselventilkontaktflächen an Unterflächen der Mittenabschnitte der Plateaus liegen, wobei die Dachabschnitte kugelsegmentartig sind.
  • Somit liegt eine preiswert durch Stanzen und Biegen erzielbare, vertikal bewegbare Brücke zum simultanen Öffnen zweier Gaswechselventile, ganz speziell für eine Applikation in einem Ventiltrieb einer Nutzkraftfahrzeug-Brennkraftmaschine oder einer anderen schwerbauenden Arbeitsmaschine, vor, der die erforderliche Steifigkeit immanent ist, die vergleichsweise leicht baut und die zugleich für hohe vertikale Einbauabstände taugt.
  • Der hohe zu überbrückende Abstand zwischen der Kontaktzone für den zumindest mittelbaren Nockengegenlauf an der Oberseite und den Ventilkontaktflächen an der Unterseite der Querwand der Brücke ist, unter Beibehaltung der generell umgekehrten U-Form der Brücke, nunmehr geschickt durch die beiden rechteckkanalähnlich abgesenkten, nachgeformten Abschnitte der Plateaus erzielt.
  • Einer Erhöhung einer Ziehtiefe der von der Oberseite abgehobenen Kontaktzone sind umformtechnische Grenzen gesetzt, Stichwort bspw. Rissgefahr . Im Querschnitt durch die Mittenabschnitte ergibt sich somit eine M-ähnliche Gestaltung mit Dopplung von Wandmaterial. Innenflächen der Längswände des jeweiligen Rechteckkanals dienen einer lateralen Führung des jeweiligen Gaswechselventils. Klar ist an dieser Stelle, dass die beiden Rechteckkänale auch muldenförmig oder dergleichen sein können.
  • Gemäß einer bevorzugten Fortbildung der Erfindung soll die Brücke eine Wandstärke 2 bis 10 mm haben, bezogen auf ihren Grundkörper ohne die abgesenkten Mittenabschnitte. Eine Dickblechausbildung mit einer Stärke von etwa 4 bis 6 mm ist hierbei besonders bevorzugt.
  • Zugleich ist es vorgeschlagen, die Brücke an deren Längsenden offen auslaufen zu lassen.
  • Außerdem ist es vorgeschlagen, die Kontaktzone an der Oberseite der Brücke kreisförmig zu gestalten. Ggf. kann die Kontaktzone auch einen elliptischen Verlauf haben. Sie kann zudem sphärisch ausgewölbt vorliegen u./o. nachgeprägt u./o. mit einer aufgetragenen Hartstoffschicht versehen sein.
  • Liegt der freie, untere Rand der Seitenwände wie konkretisierend vorgeschlagen plan vor, ist ein Handling der Brücke erleichtert. Ggf. kann Letztgenannte im Mittenbereich auch abwärts ausgeformt sein, was u. U. die Steifigkeit erhöht und Material für den Tiefziehvorgang schafft.
  • Zur Zeichnung:
    • Figur 1 zeigt eine räumliche Ansicht der Brücke in ihrem generellen Design nach ihrem ersten Ziehschritt und
    • Figur 2 zeigt die Brücke wie vorgenannt, in finaler Darstellung mit in die Plateaus eingeformten Kanälen.
  • Aus Figur 2 geht eine balkenartige Brücke 1 aus Stahlblech für einen Ventiltrieb einer Heavy-Duty-Brennkraftmaschine hervor. Die Brücke 1 dient einer gleichzeitigen Übertragung eines Nockenhubes auf zwei gleichwirkende Gaswechselventile und wird gegenüber einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine nicht an Säulen oder dergleichen geführt.
  • Im Hinblick auf die im Heavy-Duty-Bereich auftretenden hohen Kräfte / Belastungen kann die Brücke 1 bspw. aus Dickblech mit einer Wandstärke von 4 mm vorliegen, wobei jedoch insgesamt an einen Bereich von etwa 2 bis 10 mm gedacht ist. Die Brücke 1 ist stanz-biegetechnisch in zumindest zwei aufeinanderfolgenden Ziehstufen gefertigt, wobei Figur 1 die Brücke 1 nach ihrer wesentlichen Ziehstufe in ihrer im Querschnitt umgekehrten U-Form zeigt.
  • Die Brücke 1 hat eine obenliegende Querwand 3, von deren Längsrändern 9a Seitenwände 4 abhängen. Somit bildet die Brücke 1 einen Hohlkörper. Von einer Oberseite 5 der Querwand 3 steht bei einer Längsmitte der Brücke 1 eine abgehobene Kontaktzone 6 für einen Gegenlauf eines hier hebelartigen Nockenfolgers (Kipphebel, Schlepphebel) ab. Die Kontaktzone 6 hat erkennbar eine Kreisform und ist geringfügig ausgewölbt. Die Querwand 3 weist, ausgehend von Längsenden 8 der Brücke 1, je ein Plateau 10 auf. Eine Anbindung der Plateaus 10 an die Kontaktzone 6 ist über gut tiefziehbare, kugelsegmentartige Dachabschnitte 11 realisiert.
  • An einer Unterseite 7 der vorgenannten Querwand 3 ist vor den sich gegenüberliegenden Längsenden 8 je eine Gaswechselventilkontaktfläche 9 gebildet (s. u.). Über Innenseiten 14 der Seitenwände 4 erfolgt eine Führung der Brücke 1 an den Schäften der Gaswechselventile im Verbau.
  • Figur 2 zeigt die Brücke 1 nach einem ergänzenden Ziehschritt, welcher ggf. auch in den vorangehenden, oben beschriebenen Ziehschritt integriert werden kann. Demnach hat jedes Plateau 10 der Querwand 3 einen gegenüber den Längsrändern 9a abgesenkten, rechteckkanalähnlichen Mittenabschnitt 12. Die dick in den Figuren 1, 2 gezeichneten Pfeile symbolisieren hierbei die wesentlichen Ziehrichtungen im Gesenk. Wie in Figur 2 zu erkennen, liegen aufgrund des zusätzlichen Ziehschrittes Längswände 13 der abgesenkten Mittenabschnitte 12 abschnittsweise mit ihren Außenflächen 14 vor Innenseiten 15 der Querwände 3. Ggf. kann hierzwischen auch ein sichtbar größerer Abstand gewählt werden, um die Biegespannungen im Zaum zu halten. Im Querschnitt ergibt sich somit ein M-ähnliches Profil.
  • Die beidendigen Gaswechselventilkontaktflächen 9 verlaufen an Unterflächen 16 der Mittenabschnitte 12. Aufgrund der abgesenkten Mittenabschnitte 12 können über die Brücke 1, bei deren guter Tiefziehfähigkeit, vergleichsweise hohe vertikale Abstände zwischen Nockengegenlauf und Gaswechselventilen überspannt werden.
    • Liste der Bezugszahlen
    • 1) Brücke
    • 2) Rand
    • 3) Querwand
    • 4) Seitenwand
    • 5) Oberseite
    • 6) Kontaktzone
    • 7) Unterseite
    • 8) Längsende
    • 9) Gaswechselventilkontaktfläche
    • 9a) Längsrand
    • 10)Plateau
    • 11)Dachabschnitt
    • 12)Mittenabschnitt
    • 13)Längswand
    • 14)Außenfläche
    • 15)Innenseite
    • 16)Unterfläche

Claims (3)

  1. Balkenartige Brücke (1) für einen Ventiltrieb einer Heavy-Duty-Brennkraftmaschine zur Übertragung eines Nockenhubes auf zwei gleichwirkende Gaswechselventile, welche Brücke (1) ein einteiliger, stanz-biegetechnisch aus Stahlblech hergestellter Hohlkörper mit umgekehrtem U-Profil ist, gebildet durch eine Querwand (3) mit von ihren Längsrändern (9a) abhängenden Seitenwänden (4), welche Querwand (3), ausgehend von Längsenden (8) der Brücke (1), je ein Plateau (10) und bei ihrer Längsmitte an ihrer Oberseite (5) eine abgehobene Kontaktzone (6) für einen zumindest mittelbaren Nockengegenlauf aufweist, welche Plateaus (10) mit der Kontaktzone (6) über je einen Dachabschnitt (11) verbunden sind, wobei an einer Unterseite (7) der Querwand (3), bei den Längsenden (8), je eine Gaswechselventilkontaktfläche (9) liegt, und wobei die Seitenwände (4) an den Längsenden (8) der Brücke (1) unverbunden-frei auslaufen, dadurch gekennzeichnet, dass, zur Erhöhung eines Abstandes zwischen der Kontaktzone (6) und den beiden Gaswechselventilkontaktflächen (9), die beiden Plateaus (10) jeweils über einen gegenüber den Längsrändern (9a) durch Tiefziehen abgesenkten, rechteckkanalähnlichen Mittenabschnitt (12) verfügen, dessen Längswände (13) mit ihren Außenflächen (14) höhenabschnittsweise vor Innenseiten (15) der Querwände (3) stehen, sodass im Abschnitt der Plateaus (10) ein M-ähnliches Profil vorliegt, wobei die Gaswechselventilkontaktflächen (9) an Unterflächen (16) der Mittenabschnitte (12) der Plateaus (10) liegen, wobei die Dachabschnitte (11) kugelsegmentartig sind .
  2. Brücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brücke (1) eine Wandstärke von 2 bis 10 mm hat.
  3. Brücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Querwand (3) abgewandter freier Rand (2) der Seitenwände (4) entweder eine Planfläche oder im Bereich der Längsmitte ausgewölbt ist.
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