WO2008055785A1 - Schlepphebel zur betätigung eines gaswechselventils einer brennkraftmaschine - Google Patents

Schlepphebel zur betätigung eines gaswechselventils einer brennkraftmaschine Download PDF

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exchange valve
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Stephan Möck
Edwin Schreiber
Michael Kress
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Schaeffler Kg
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    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/18—Rocking arms or levers
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F01L1/2405—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically by means of a hydraulic adjusting device located between the cylinder head and rocker arm
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    • F01L2001/187—Clips, e.g. for retaining rocker arm on pivot
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2305/00—Valve arrangements comprising rollers

Definitions

  • the invention relates to a rocker arm for actuating a gas exchange valve of an internal combustion engine, with an elongated lever body formed of sheet metal material, which forms an upwardly open and substantially U-shaped cross-sectional profile in the region of a valve-side lever portion with two spaced-apart side walls and a crossbar connecting the side walls , And with a roller which is arranged between the side walls on a bolt connecting the side walls rotatably and optionally roller-mounted, wherein on an underside of the crossbar extends a system for the shaft end face of a valve stem of the gas exchange valve
  • Such trained rocker arms represent a significant proportion of the actuators used in mass production for gas exchange valves and go, for example, from the regarded as generic type publications DE 198 30 427 A1 and DE 198 11 658 A1.
  • a comparison of the lever kinematics disclosed in these two documents drag lever shows that the system for the shaft end surface of the gas exchange valve, based on an imaginary line through the hinge-side pivot point of the finger lever and the axis of rotation of the roller, can be arranged differently high. Decisive for this are known to be the kinematic conditions of the entire drag lever valve train, which among other things, the position of the shanks- denthesis opposite the pivot point and relative to the roller axis heard.
  • the invention is therefore the object of a drag lever of the type mentioned in such a way that this largely independent of kinematic Ventiltriebs committee has a high stiffness of the lever body as a prerequisite for a favorable valve train dynamics and beyond as produced in very large quantities component is inexpensive to produce.
  • the crossbar with an adjoining the plant and down sloping stiffening section forms an angular longitudinal section profile, wherein the Sheet thickness of the stiffening portion is locally reduced in the region of a serving as clearance against the valve stem indentation.
  • the crossbeam outside the indentation has a substantially uniform sheet thickness.
  • the transverse bar has an uneven sheet thickness, in particular as an inevitable consequence of the forming process, in which a sheet thickness reduction occurs over the entire area of the stiffening section.
  • the indentation should expediently have a circular arc-shaped cross-sectional contour.
  • the inner circumferential surface of the indentation is primarily complementary to the outer circumferential surface of a cylinder segment or a circular cone segment.
  • Such an indentation can extend on the one hand with an almost small distance and thus with the best material utilization stiffness optimal to the cylindrical valve stem.
  • such an indentation can be impressed with the least possible tool wear and moreover causes an only insignificant structural weakening of the crossbeam as a result of notch effect.
  • the longitudinal section profile should have a profile angle between 90 ° and 130 °.
  • the invention is of course not limited to single-acting lever, but can, for example, in levers that are formed either switchable to different strokes of a cam or actuated by an intermediate member of a fully variable mechanical valve control, are used.
  • Figure 1 shows a detail of a finger follower valve train with a partially longitudinally-cut rocker arm
  • Figure 2 shows the drag lever of Figure 1 in a perspective view from below and
  • Figure 3 shows the drag lever of Figure 1 in the bottom view.
  • FIG. 1 shows a section, which is essential for the understanding of the invention, of a finger follower valve drive of an internal combustion engine. Shown is a drag lever 1, which is mounted by means of a joint in a joint-side lever portion 2 arranged joint pan 3 pivotally mounted on the joint head 4 of a stationary in the engine support member 5 and the hub of a cam 6 of a camshaft to a closing direction by a not shown here Valve spring kraftbeaufschlag- tes gas exchange valve 7 transmits.
  • drag lever 1 comprises a deformed from sheet metal elongated lever body 8, a roller bearing roller 9 as a low-friction cam contact surface, a roller 9 overlapping bolts 10 and a retaining clip 11 for captive connection of the rocker arm 1 with The support member 5.
  • the lever body 8 has two spaced apart extending side walls 12, which in the region of the hinge side lever portion 2 through the joint socket 3, in the region of a roller bag 13 by the bolt 10 and in the region of a valve-side lever portion 14 by a cross bar 15 with each other are connected, that in the region of the valve-side lever portion 14 is an upward, ie is formed in the direction away from the valve open and substantially U-shaped cross-sectional profile.
  • two longitudinal webs 20 which line the contact 17 and which extend from a longitudinal end face 21 of the lever body 8, here extending in extension of the crossbeam 15, onto the latter Bottom 16 bent and welded at their end portions 22 to the bottom 16.
  • the crossbar 15 forms with an adjoining the system 17 and between the valve stem 19 and the roller 9 steeply sloping downward extending stiffening portion 23 an angular longitudinal section profile with a profile angle 24 from here about 110 °.
  • stiffening portion 23 With the help of the stiffening portion 23, a rigidity deficiency of the lever body 8, which has a top pull 25 with only a small height due to the comparatively high-lying system 17 for the shaft end surface 18, at least compensated.
  • the stiffening portion 23 adjacent to the valve stem 19 extending indentation 26 with circular arc-shaped cross-sectional contour, so that the inner circumferential surface 27 of the indentation 26 corresponds approximately to the outer lateral surface of a cylinder segment and low on all sides, for the clearance of the drag lever 1 relative to the gas exchange valve 7 just required distance to the cylindrical valve stem 19 extends.
  • this impressed indentation 26 is to be mentioned on the one hand, that the cross bar 15 only in the localized region of the indentation 26 has a reduced, but outside the indentation 26 has a substantially constant and thus overall stiffness-optimal sheet thickness 28.
  • the indentation 26, which has a circular arc in cross-section, and which, moreover, produces only a slight notch effect in the transverse bar 15, can be impressed with little wear on the usual tool life.

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Abstract

Vorgeschlagen ist ein Schlepphebel (1) zur Betätigung eines Gaswechselventils (7) einer Brennkraftmaschine, mit einem aus Blechwerkstoff umgeformten Hebelkörper (8), der mit zwei voneinander beabstandet verlaufenden Seitenwänden (12) und einem diese verbindenden Querbalken (15) ein nach oben offenes und im wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil bildet, und mit einer Rolle (9), die zwischen den Seitenwänden auf einem diese verbindenden Bolzen (10) drehbar angeordnet ist, wobei auf einer Unterseite (16) des Querbalkens eine Anlage (17) für einen Ventilschaft (19) des Gaswechselventils verläuft. Dabei soll der Querbalken mit einem sich an die Anlage anschließenden und nach unten abfallend verlaufenden Versteifungsabschnitt (23) ein winkelförmiges Längsschnittprofil bilden, wobei die Blechstärke des Versteifungsabschnitts im Bereich einer als Freigang gegenüber dem Ventilschaft dienenden Einformung (26) lokal reduziert ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Schlepphebel zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Schlepphebel zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, mit einem aus Blechwerkstoff umgeformten länglichen Hebelkörper, der im Bereich eines ventilseitigen Hebelabschnitts mit zwei voneinander beabstandet verlaufenden Seitenwänden und einem die Seitenwände verbindenden Querbalken ein nach oben offenes und im wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil bildet, und mit einer Rolle, die zwischen den Seitenwänden auf einem die Seitenwände verbindenden Bolzen drehbar und wahlweise wälzgelagert angeordnet ist, wobei auf einer Unterseite des Querbalkens eine Anlage für die Schaftendenfläche eines Ventilschafts des Gaswechselventils verläuft
Hintergrund der Erfindung
Derart ausgebildete Schlepphebel stellen einen erheblichen Anteil der in Großserie eingesetzten Betätigungselemente für Gaswechselventile dar und gehen beispielsweise aus den als gattungsbildend betrachteten Druckschriften DE 198 30 427 A1 und DE 198 11 658 A1 hervor. Ein Vergleich der Hebelkinematiken der in diesen beiden Druckschriften offenbarten Schlepphebel zeigt, dass die Anlage für die Schaftendenfläche des Gaswechselventils, bezogen auf eine gedachte Linie durch den gelenkseitigen Drehpunkt des Schlepphebels und die Drehachse der Rolle, unterschiedlich hoch angeordnet sein kann. Ausschlaggebend hierfür sind bekanntlich die kinematischen Verhältnisse des gesamten Schlepphebel-Ventiltriebs, zu denen unter anderem die Position der Schäften- denfläche gegenüber dem Drehpunkt und gegenüber der Rollenachse gehört. So resultiert zwar einerseits ein kleiner Abstand der Schaftendenfläche zum Drehpunkt in einem vorteilhaft kurzbauenden Schlepphebel mit geringer Massenwirkung und erhöhtem Potenzial der für eine günstige Ventiltriebsdynamik erforderlichen Längssteifigkeit des Hebelkörpers. Diese kann jedoch andererseits in erheblichem Umfang dann beeinträchtigt werden, wenn die Anlage für die Schaftendenfläche des Gaswechselventils relativ hoch positioniert werden muss und die zur Verfügung stehende Höhe der Seitenwände oberhalb der Anlage entsprechend klein ist. Da diese Höhe der Seitenwände ein Maß für das vom sogenannten Oberzug erzeugte Widerstandsmoment des Hebelkörpers ist, kann eine derartige kinematische Konstellation des Schlepphebel- Ventiltriebs zur Folge haben, dass trotz des kurzbauenden Schlepphebels nicht nur das erwähnte Steifigkeitspotenzial des Hebelkörpers nicht ausgeschöpft werden kann, sondern dass sogar ein nicht tolerierbarer Steifigkeitsmangel die Einsetzbarkeit des Schlepphebels ausschließt. Unter dem Oberzug versteht der Fachmann die oberen Seitenwandabschnitte, die im Betrieb des Schlepphebels im wesentlichen nur auf Biege-Druck-Spannungen beansprucht sind.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schlepphebel der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass dieser weitgehend unabhängig von kinematischen Ventiltriebsbedingungen eine hohe Steifigkeit des Hebelkörpers als Voraussetzung für eine günstige Ventiltriebsdynamik aufweist und darüber hinaus als in sehr großen Stückzahlen produziertes Bauteil kostengünstig herstellbar ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Querbalken mit einem sich an die Anlage anschließenden und nach unten abfallend verlaufenden Versteifungsabschnitt ein winkelförmiges Längsschnittprofil bildet, wobei die Blechstärke des Versteifungsabschnitts im Bereich einer als Freigang gegenüber dem Ventilschaft dienenden Einformung lokal reduziert ist. Mit Hilfe des um den Versteifungsabschnitt erweiterten Querbalkens kann ein Steifigkeitsmangel des Hebelkörpers infolge eines Oberzugs mit nur geringer Höhe dadurch kompen- siert werden, dass auch der unterhalb des Oberzugs angeordnete Versteifungsabschnitt als zusätzliches Strukturelement maßgeblich zur Steifigkeit oder Gestaltfestigkeit des Hebelkörpers beiträgt. Und trotz des meist engen Bauraumangebots für den zwischen der Rolle und dem Ventilschaft verlaufenden Versteifungsabschnitt kann dieser Beitrag zur Hebelsteifigkeit signifikant hoch sein, da die Blechstärke des Versteifungsabschnitts lediglich im Bereich der für den Freigang des Hebelkörpers gegenüber dem Ventilschaft erforderlichen Einformung reduziert ist. Darüber hinaus kann die Einformung ohne nennenswerten Zusatzaufwand und folglich im wesentlichen kostenneutral während des Umformprozesses des Hebelkörpers in den Versteifungsabschnitt angeprägt wer- den.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Querbalken außerhalb der Einformung eine im wesentlichen gleichmäßige Blechstärke aufweist. Dennoch ist es alternativ auch möglich, dass der Querbalken eine ungleichmäßige Blechstärke insbesondere als unvermeidliche Folge des Umformprozesses aufweist, bei welchem es zu einer Blechstärkenreduzierung über den gesamten Bereich des Versteifungsabschnitts kommt.
Außerdem soll die Einformung zweckmäßigerweise eine kreisbogenförmige Querschnittskontur aufweisen. Mit anderen Worten ist die Innenmantelfläche der Einformung in erster Linie komplementär zur Außenmantelfläche eines Zylindersegments oder eines Kreiskegelsegments. Eine derartige Einformung kann zum einen mit allseits geringem Abstand und somit bei bester Materialausnutzung steifigkeitsoptimal zum zylindrischen Ventilschaft verlaufen. Zum anderen kann eine solche Einformung mit geringstmöglichem Werkzeugverschleiß angeprägt werden und verursacht darüber hinaus eine nur unwesentliche Strukturschwächung des Querbalkens infolge Kerbwirkung. Schließlich soll das Längsschnittprofil einen Profilwinkel zwischen 90° und 130° aufweisen. Mit einem derart niedrigen Profilwinkel, d.h. mit einem gegenüber der Anlage für die Schaftendenfläche des Gaswechselventils steil abfal- lenden Versteifungsabschnitt kann die erforderliche Steifigkeit des Hebelkörpers auch dann erreicht werden, wenn der Schlepphebel aufgrund einer sehr hoch positionierten Anlage für die Schaftendenfläche einen in der Höhe stark begrenzten Oberzug aufweist.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht nur auf einfach wirkende Hebel beschränkt, sondern kann beispielsweise auch bei Hebeln, die entweder auf unterschiedliche Hübe eines Nockens umschaltbar ausgebildet sind oder die von einem Zwischenglied einer vollvariablen mechanischen Ventilsteuerung betätigt sind, eingesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be- Schreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:
Figur 1 einen Ausschnitt eines Schlepphebel-Ventiltriebs mit einem teilweise längsgeschnittenen Schlepphebel;
Figur 2 den Schlepphebel gemäß Figur 1 in perspektivischer Ansicht von unten und
Figur 3 den Schlepphebel gemäß Figur 1 in der Untersicht. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist ein für das Verständnis der Erfindung wesentlicher Ausschnitt eines Schlepphebel-Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine gezeigt. Dargestellt ist ein Schlepphebel 1 , der mittels einer in einem gelenkseitigen Hebelabschnitt 2 angeordneten Gelenkpfanne 3 schwenkbeweglich auf dem Gelenkkopf 4 eines in der Brennkraftmaschine stationär angeordneten Abstützelements 5 gelagert ist und der den Hub eines Nockens 6 einer Nockenwelle auf ein in Schließrichtung durch eine hier nicht dargestellte Ventilfeder kraftbeaufschlag- tes Gaswechselventil 7 überträgt. Der im folgenden unter Einbeziehung der Figuren 2 und 3 näher erläuterte Schlepphebel 1 umfasst einen aus Blechwerkstoff umgeformten länglichen Hebel körper 8, eine wälzgelagerte Rolle 9 als reibungsarme Nockenanlauffläche, einen die Rolle 9 lagernden Bolzen 10 und eine Halteklammer 11 zur verliersicheren Verbindung des Schlepphebels 1 mit dem Abstützelement 5. Der Hebelkörper 8 weist zwei voneinander beabstandet verlaufende Seitenwände 12 auf, die im Bereich des gelenkseitigen Hebelabschnitts 2 durch die Gelenkpfanne 3, im Bereich einer Rollentasche 13 durch den Bolzen 10 und im Bereich eines ventilseitigen Hebelabschnitts 14 durch einen Querbalken 15 so miteinander verbunden sind, dass im Bereich des ventilseitigen Hebelabschnitts 14 ein nach oben, d.h. in ventilferne Richtung offenes und im wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil gebildet ist.
Auf einer Unterseite 16 des Querbalkens 15, d.h. dem Gaswechselventil 7 zu- gewandt, verläuft eine Anlage 17 für die Schaftendenfläche 18 eines Ventilschafts 19 des Gaswechselventils 7, wobei die Anlage 17 konvex kreisbogenförmig ausgebildet ist und bei Betätigung des Gaswechselventils 7 in einem gleichzeitigen Gleit-Wälz-Kontakt mit der Schaftendenfläche 18 steht. Zur Querausrichtung des Schlepphebels 1 am Ventilschaft 19 dienen zwei die An- läge 17 säumende Längsstege 20, die von einer Längsstirnseite 21 des Hebelkörpers 8, hier in Verlängerung des Querbalkens 15 ausgehend, auf dessen Unterseite 16 gebogen und an ihren Endabschnitten 22 mit der Unterseite 16 verschweißt sind.
Der Querbalken 15 bildet mit einem sich an die Anlage 17 anschließenden und zwischen dem Ventilschaft 19 und der Rolle 9 steil nach unten abfallend verlaufenden Versteifungsabschnitt 23 ein winkelförmiges Längsschnittprofil mit einem Profilwinkel 24 von hier etwa 110°. Mit Hilfe des Versteifungsabschnitts 23 wird ein Steifigkeitsmangel des Hebelkörpers 8, der aufgrund der vergleichsweise hoch liegenden Anlage 17 für die Schaftendenfläche 18 einen Oberzug 25 mit nur geringer Höhe aufweist, zumindest kompensiert.
Um die Freigängigkeit des nahe der Rolle 9 verlaufenden Versteifungsabschnitts 23 gegenüber dem Ventilschaft 19 zu gewährleisten, weist der Versteifungsabschnitt 23 eine benachbart zum Ventilschaft 19 verlaufende Einformung 26 mit kreisbogenförmiger Querschnittskontur auf, so dass die Innenmantelfläche 27 der Einformung 26 etwa der Außenmantelfläche eines Zylindersegments entspricht und mit allseits geringem, für den Freigang des Schlepphebels 1 gegenüber dem Gaswechselventil 7 gerade erforderlichen Abstand zum zylindrischen Ventilschaft 19 verläuft. Als besonders günstige Eigenschaften dieser angeprägten Einformung 26 sind zum einen zu nennen, dass der Querbalken 15 lediglich in dem lokal begrenzten Bereich der Einformung 26 eine reduzierte, jedoch außerhalb der Einformung 26 eine im wesentlichen konstante und insofern insgesamt steifigkeitsoptimale Blechstärke 28 aufweist. Zum anderen kann die im Querschnitt kreisbogenförmige Einformung 26, die über- dies eine nur geringe Kerbwirkung im Querbalken 15 erzeugt, verschleißarm mit üblichen Werkzeugstandzeiten angeprägt werden. Liste der Bezugszahlen
1 Schlepphebel
2 gelenkseitiger Hebelabschnitt
3 Gelenkpfanne
4 Gelenkkopf
5 Abstützelement
6 Nocken
7 Gaswechselventil
8 Hebel körper
9 Rolle
10 Bolzen
11 Halteklammer
12 Seitenwand
13 Rollentasche
14 ventilseitiger Hebelabschnitt
15 Querbalken
16 Unterseite des Querbalkens
17 Anlage für die Schaftendenfläche
18 Schaftendenfläche
19 Ventilschaft
20 Längssteg
21 Längsstirnseite
22 Endabschnitt des Längsstegs
23 Versteifungsabschnitt
24 Profilwinkel
25 Oberzug
26 Einformung
27 Innenmantelfläche der Einformung
28 Blechstärke

Claims

Patentansprüche
1. Schlepphebel (1 ) zur Betätigung eines Gaswechselventils (7) einer Brennkraftmaschine, mit einem aus Blechwerkstoff umgeformten länglichen Hebelkörper (8), der im Bereich eines ventilseitigen Hebelabschnitts (14) mit zwei voneinander beabstandet verlaufenden Seitenwänden (12) und einem die Seitenwände (12) verbindenden Querbalken (15) ein nach oben offenes und im wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil bildet, und mit einer Rolle (9), die zwischen den Seitenwänden (12) auf einem die Seitenwände (12) verbindenden Bolzen (10) drehbar und wahlweise wälzgelagert angeordnet ist, wobei auf einer Unterseite (16) des Querbalkens (15) eine Anlage (17) für die Schaften- denfläche (18) eines Ventilschafts (19) des Gaswechselventils (7) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Querbalken (15) mit einem sich an die Anlage (17) anschließenden und nach unten abfallend verlaufenden Versteifungsabschnitt (23) ein winkelförmiges Längsschnittprofil bildet, wobei die Blechstärke des Versteifungsabschnitts (23) im Bereich einer als Freigang gegenüber dem Ventilschaft (19) dienenden Einfor- mung (26) lokal reduziert ist.
2. Schlepphebel (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Querbalken (15) außerhalb der Einformung (26) eine im wesentlichen gleichmäßige Blechstärke (28) aufweist.
3. Schlepphebel (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einformung (26) eine kreisbogenförmige Querschnittskontur aufweist.
4. Schlepphebel (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Längsschnittprofil einen Profilwinkel (24) zwischen 90° und 130° aufweist.
PCT/EP2007/061401 2006-11-09 2007-10-24 Schlepphebel zur betätigung eines gaswechselventils einer brennkraftmaschine WO2008055785A1 (de)

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