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Dokumentenidentifikation DE102004002516B4 01.12.2005
Titel Ventilsystem aus zwei Komponenten, insbesondere für die Verwendung in einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Systems
Anmelder Ford Global Technologies, LLC, Dearborn, Mich., US;
Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV München, 80636 München, DE
Erfinder Verpoort, Clemens, 52074 Aachen, DE;
Broda, Maik, 52249 Eschweiler, DE;
Kluge, Torsten, 51491 Overath, DE;
Appel, Ludwig, 84453 Mühldorf, DE;
Cramer, Heidi, Dr., 85540 Haar, DE
Vertreter Drömer, H., Dipl.-Phys. Dr.-Ing., Pat.-Ass., 51429 Bergisch Gladbach
DE-Anmeldedatum 17.01.2004
DE-Aktenzeichen 102004002516
Offenlegungstag 25.08.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 01.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.12.2005
IPC-Hauptklasse F01L 3/20
IPC-Nebenklasse F01L 1/14   F01L 3/10   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein System aus zwei Komponenten, insbesondere für die Verwendung in einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit

  • • einem Ventilschaft,
  • • einem an dem einen Ende des Ventilschaftes, im Kraftübertragungsweg zwischen Ventilschaft und einer Ventilbetätigungseinrichtung angeordneten Ventilstößel, und
  • • einem an dem anderen Ende des Ventilschaftes angeordneten Ventilteller, der zusammen mit dem Ventilschaft ein Ventilelement bildet.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Systems.

Zur Steuerung des Ladungswechsels werden bei Viertaktverbrennungskraftmaschinen fast ausschließlich und bei Zweitaktmotoren teilweise Tellerhubventile als Ventilelemente verwendet. Diese als Steuerungsorgane dienenden Ventilelemente bilden zusammen mit der erforderlichen Ventilbetätigungseinrichtung den Ventiltrieb der Brennkraftmaschine.

Die Ventilbetätigungseinrichtung umfaßt dabei in der Regel einen Ventilstößel und einen auf einer Nockenwelle angeordneten Nocken, der den Ventilstößel durch Kraftbeaufschlagung auslenkt, wobei zwischen Stößel und Nocken ein Kipp- oder Schwinghebel oder dergleichen angeordnet werden kann.

Der Ventiltrieb der Brennkraftmaschine umfaßt dabei

  • • ein Ventilelement, das zwischen einer Ventilschließstellung und einer Ventiloffenstellung bewegbar ist, um eine Einlaß- oder Auslaßöffnung einer Brennkammer der Brennkraftmaschine freizugeben bzw. zu versperren,
  • • Ventilfedermittel, um das Ventil in Richtung Ventilschließstellung vorzuspannen, und
  • • eine Ventilbetätigungseinrichtung, um das Ventil entgegen der Vorspannkraft der Ventilfedermittel zu öffnen.

Damit die Ventilfedermitteln das Ventilelement in Richtung Ventilschließstellung vorspannen können, ist es erforderlich, die Ventilfedermittel mit dem Ventilelement in der Art zu koppeln, daß die Federmittel das Ventilelement mit einer Vorspannkraft in Richtung Ventilschließstellung beaufschlagen können. Hierzu ist eine Halterung in Gestalt eines Ventilfedertellers vorgesehen, die an dem einen Ende des Ventilschaftes befestigt ist und an der sich die Ventilfedermittel abstützen können.

Der Ventilfederteller ist dabei über einen in einer Ringnut des Ventilschaftes fixierten Ventilkeil am Ventilschaft festgelegt. Mit ihrem anderen Ende stützen sich die Ventilfedermittel beispielsweise an dem Zylinderkopf ab. Die Federkräfte werden von den Ventilfedermittel über den Ventilfederteller auf den Ventilschaft ausgeübt. Die Ventilfeder umgibt dabei den Ventilschaft üblicherweise spiralförmig und greift an diesem – wie beschrieben – mittelbar über einen Ventilfederteller an.

Um das Ventil entgegen der Vorspannkraft der Ventilfedermittel zu öffnen ist die Ventilbetätigungseinrichtung vorgesehen, die mindestens einen Nocken und einen Stößel umfaßt. Bei Drehung des Nockens wird der Stößel entgegen der Vorspannkraft der Ventilfedermittel nach unten bewegt, wobei er den Schaft des Ventils in Richtung Brennraum verschiebt, so daß die Einlaß- oder Auslaßöffnung freigegeben wird.

Eine derartige Ventilanordnung mit einem Tassenstößel wird in der US 5 884 595 beschrieben. Der Tassenstößel greift lose über das freie Ende Ventilschaftes und ist im Kraftübertragungsweg zwischen Ventilschaft und Ventilbetätigungseinrichtung angeordnet. Der Stößel hat sowohl an der Außenseite als auch der Innenseite seines Bodens Ausnehmungen zur Aufnahme auswechselbarer Einstellscheiben, durch deren Dicke das Ventilspiel eingestellt werden kann. Das Ventilspiel dient dazu, während des Betriebs der Ventilanordnung aufgrund von Erwärmungen auftretende Längenschwankungen auszugleichen.

Der Ventiltrieb soll dabei während eines Arbeitstaktes die Einlaß- oder Auslaßöffnung der Brennkammer zu vorgegebenen Steuerzeiten freigeben bzw. versperren, wobei grundsätzlich eine schnelle Freigabe genügend großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird.

Die schnelle Freigabe genügend großer Strömungsquerschnitte erfordert entsprechend hohe Beschleunigungen und Verzögerungen der einzelnen Bauteile des Ventiltriebs, insbesondere des Ventilelementes, des Stößels und der Ventilfeder. Diese hohen Beschleunigungen und Verzögerungen führen zu einer Beanspruchung des Ventiltriebs durch entsprechend hohe Massenkräfte, wobei die Massenkräfte mit steigender Drehzahl der Nockenwelle quadratisch zunehmen.

Die besonderen Beanspruchungen, die sich aus den an den Ventiltrieb gestellten Aufgaben ergeben, führen zu ganz bestimmten Anforderungen bei der konstruktiven Auslegung des Ventiltriebes. Insbesondere müssen die Bauteile des Ventiltriebes über eine ausreichende Festigkeit verfügen, um den hohen Belastungen Stand zu halten. Im Hinblick auf die hohen Beschleunigungen und Verzögerungen ist es ein grundsätzliches Ziel der Konstrukteure, die Massen der bewegten Bauteile gering und damit die Massenkräfte klein zu halten, wobei die beiden genannten Konstruktionsmaximen, hohe Festigkeit einerseits und geringe Massen andererseits, in einer Wechselbeziehung zueinander stehen in der Art, daß in der Regel die Verringerung der Massen der Festigkeit abträglich ist, es insbesondere schwierig ist, die Massen der Ventiltriebsteile zu reduzieren und gleichzeitig die Festigkeitsanforderungen zu erfüllen.

Ein System mit Ventilelement und Ventilstößel, bei dem die Gesamtmasse ohne Nachteile im Hinblick auf die Festigkeit des Systems reduziert wurde, beschreibt die EP 13 75 842 A1. Das in der EP 13 75 842 A1 offenbarte System verfügt über einen Ventilschaft, an dessen oberen Ende ein tassenförmiger Stößel angeschweißt ist, wobei sich eine Ventilfeder an der bodenförmigen Innenseite d.h. an der dem Ventilschaft zugewandten Seite des Ventilstößels abstützen kann, so dass ein zusätzlicher Ventilfederteller nicht erforderlich ist bzw. entbehrlich wird. Die Gesamtmasse des Systems verringert sich somit um die Masse des Ventilfedertellers.

Um die Masse eines derartigen Systems weiter zu reduzieren, sind darüber hinaus zusätzliche Maßnahmen erforderlich.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System der gattungsbildenden Art mit Ventilelement und Ventilstößel bereitzustellen, wobei das System den grundsätzlichen konstruktiven Anforderungen, die an einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine gestellt werden, in vorteilhafter Weise entsprechen soll, insbesondere die Masse des Ventiltriebs reduziert ohne der Festigkeit abträglich zu sein.

Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Systems aufzuzeigen.

Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch ein System aus zwei Komponenten, mit

  • • einem Ventilschaft,
  • • einem an dem einen Ende des Ventilschaftes, im Kraftübertragungsweg zwischen Ventilschaft und einer Ventilbetätigungseinrichtung angeordneten Ventilstößel, und
  • • einem an dem anderen Ende des Ventilschaftes angeordneten Ventilteller, der zusammen mit dem Ventilschaft ein Ventilelement bildet,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • • es sich bei dem Ventilteller originär um einen vereinzelten Ventilteller handelt, der die erste Komponente bildet,
  • • die zweite Komponente den Ventilschaft und den Ventilstößel umfaßt und die beiden Komponenten im eingebauten Zustand miteinander verbunden sind, und
  • • der Ventilschaft und der Ventilstößel auch miteinander verbunden sind, so daß das System im eingebauten Zustand ein einstückiges Bauteil ist.

Dabei sind Ausführungsformen des Systems vorteilhaft, bei denen eine Ventilfeder vorgesehen ist, welche das Ventilelement in Richtung Ventilschließstellung vorspannt und sich an dem Ventilstößel abstützt.

Das erfindungsgemäße System ermöglicht es, auf einen zusätzlichen Ventilfederteller und die dazugehörigen Befestigungselemente zu dessen Fixierung am Ventilschaft zu verzichten, denn der ohnehin vorhandene Ventilstößel übernimmt die Funktion des Ventilfedertellers, indem er den Ventilfedermitteln dazu dient, sich an ihm abzustützen und die Vorspannkräfte in den Ventilschaft einzuleiten. Damit dies möglich ist, ist der Ventilstößel mit dem Ventilschaft verbunden, so daß sich die Federkraft vom Ventilstößel auf den Ventilschaft übertragen kann. Der Ventilschaft und der Ventilstößel bilden dabei die zweite Komponente des Systems, die im eingebauten Zustand mit der ersten Komponente, einem vereinzelten Ventilfederteller, verbunden ist.

Dabei kann dieser vereinzelte Ventilfederteller unter Umständen schon einen Teil des Ventilschaftes d. h. einen Schaftansatz aufweisen, aber in keinem Fall wie ein herkömmliches Ventil den gesamten Schaft. Dadurch würde der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen werden. Vorzugsweise weist der vereinzelte Ventilfederteller kein Schaftteilstück auf und umfaßt nur den Teller an sich.

Mittels des erfindungsgemäßen Systems können die bewegten Massen im Vergleich zu bekannten Ventiltrieben reduziert werden, wodurch die erste der Erfindung zugrundeliegende Teilaufgabe gelöst wird. Dies erfolgt in geschickter Weise durch Reduzierung der Anzahl der Bauteile des Ventiltriebes. Zielführend ist dabei der Ansatz, ein bereits vorhandenes Bauteil, nämlich den Ventilstößel, zu einem multifunktionalen Bauteil weiterzubilden, und diesem Stößel zusätzlich die Aufgabe des Ventilfedertellers zu übertragen, wodurch letzterer entbehrlich wird.

Das erfindungsgemäße System ermöglicht darüber hinaus eine Reduzierung der Ventiltriebsmassen ohne dabei der Festigkeit des Systems abträglich zu sein, wodurch die zweite der Erfindung zugrundeliegende Teilaufgabe gelöst wird, nämlich eine Reduzierung der Massen zu realisieren ohne Nachteile bei der Festigkeit in Kauf nehmen zu müssen. Es wird sogar im Gegenteil durch Eliminierung des Ventilfedertellers die Festigkeit des Systems gesteigert, da auf die Ausbildung einer Ringnut am Ventilschaft zur Aufnahme des den Ventilfederteller fixierenden Ventilkeils verzichtet werden kann und die damit verbundene Kerbwirkung entfällt. Dies ist insbesondere deshalb von Relevanz, weil die übliche Ringnut im Kraftfluß des Ventilschaftes liegt.

Dadurch daß das System im eingebauten Zustand ein einstückiges Bauteil ist, ist der Aufbau des Ventiltriebes im Vergleich zu herkömmlichen Ventiltrieben stabiler, weniger komplex und deshalb weniger störanfällig d. h. robuster, wobei durch den Wegfall der Fuge zwischen Stößel und Ventilschaft der Ventiltrieb zudem eine exaktere Ventil- d. h. Laststeuerung ermöglicht, da die Fuge zu gewissen Unschärfen in der Bewegung des Ventils führen kann. Die kleinere Anzahl an Bauteilen macht den Ventiltrieb darüber hinaus kostengünstiger.

Andererseits erfordert das erheblich leichtere, erfindungsgemäße System wegen der geringeren zu bewegenden Massen auch geringere Feder- d.h. Vorspannkräfte als die bekannten Ventilanordnungen. Dies ermöglicht die Verwendung kleinerer und leichterer Federn und – gleiche Festigkeit vorausgesetzt – schmalere Ventilschäfte und dergleichen. Mit anderen Worten gesagt: der Ventiltrieb an sich kann im ganzen kleiner und leichter dimensioniert werden.

Die mit der Gewichtsersparnis einhergehende Reduzierung der Massen- und Federkräfte resultiert in einer deutlich niedrigeren Beanspruchung des Ventiltriebes und führt zu einem geringeren Verschleiß. Vorteilhaft wirkt sich dies hinsichtlich des Ventilspiels bzw. der Wartung des Ventilspiels aus. Ein Ziel ist es dabei, daß ein einmal eingestelltes Ventilspiel während der gesamten Lebensdauer der Brennkraftmaschine nicht nachjustiert zu werden braucht.

Die geringeren Massen wirken sich zudem vorteilhaft hinsichtlich der Geräuschanregung aus.

Zwar können der Ventilstößel und der Ventilschaft grundsätzlich als separate Bauteile in einem ersten Schritt gefertigt werden, um dann in einem zweiten Schritt miteinander verbunden zu werden, wobei diese Verbindung auf verschiedene Weise erfolgen könnte. Zum Beispiel kann der Ventilstößel mit den für die Fixierung eines Ventilfedertellers bekannten Methoden am Ventilschaft befestigt werden. Vorteilhafterweise würde der Ventilstößel jedoch am Ventilschaft festgeschweißt, geklebt oder mit diesem kraftschlüssig verbunden.

Es sind aber Ausführungsformen des Systems vorzuziehen, bei denen die zweite Komponente ein monolithisches Bauteil ist, d. h. aus einem Stück gefertigt wurde. Vorteile bietet diese Ausführungsform, weil eine aus einem Stück gefertigte zweite Komponente über eine wesentlich höhere Formgenauigkeit und über geringere Fertigungsungenauigkeiten verfügt. Bei einer modular aufgebauten zweiten Komponente ist die Maßgenauigkeit prinzipbedingt geringer. Zudem können sich abhängig von dem verwendeten Fügeverfahren zusätzliche Probleme ergeben. Die Verbindung von Ventilstößel und Ventilschaft mittels Schweißen kann zu einer Welligkeit des Ventilstößelbodens führen, was als überaus ungünstig hinsichtlich Haltbarkeit und Geräuschanregung des Systems anzusehen ist. Zudem müssen Abweichungen in Kauf genommen werden im Hinblick auf die Zentrierung des Ventilschaftes in der Mitte des Stößels und der allgemeinen Lage d. h. der Ausrichtung des Ventilschaftes zum Stößel.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Systems, bei denen der Ventilstößel tassenförmig ausgebildet ist, wobei er dabei vorteilhafterweise das freie Ende des Ventilschaftes übergreift. Hierdurch ergibt sich einerseits die Möglichkeit, den Stößel in einer entsprechenden Ausnehmung bzw. einer Bohrung in der Art einer Buchse bei seiner linearen Hubbewegung axial zu führen. Andererseits ergibt sich ein zusätzlicher mechanischer Schutz des Endes des Ventilschaftes und der dort angreifenden Ventilfeder.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Systems, bei denen der Ventilstößel an seiner im eingebauten Zustand der Ventilbetätigungseinrichtung zugewandten Seite eine Ausnehmung zur Aufnahme mindestens einer Einstellscheibe zur Einstellung eines Ventilspiels aufweist. Durch die Auswahl der Dicke der Einstellscheibe kann das Ventilspiel entsprechend den konstruktiven Vorgaben für den jeweiligen Motor eingestellt werden. Die Einstellscheibe ist vorzugsweise in der entsprechenden Ausnehmung des Ventilstößels kraft- und/oder formschlüssig gelagert. An diesem Ort ist sie gut zugänglich, so daß sie bei Bedarf leicht ausgewechselt werden kann.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird aber keine Ausnehmung zur Aufnahme einer Einstellscheibe an dem Ventilstößel vorgesehen. Die Einstellung des Ventilspiels erfolgt bei dieser vorteilhaften Ausführungsform dadurch, daß das Längenmaß des Systems im Rahmen der Ausbildung der Verbindung zwischen erster und zweiter Komponente festgelegt wird. Damit wird gleichzeitig auch das Ventilspiel eingestellt.

Infolge der reduzierten Massen- und Federkräfte und dem daraus resultierenden geringeren Verschleiß, braucht ein einmal eingestelltes Ventilspiel während der gesamten Lebensdauer der Brennkraftmaschine in der Regel nicht nachjustiert zu werden. Sollte dies dennoch notwendig werden, wird vorzugsweise das System als gesamtes Modul ausgewechselt.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Systems, bei denen die erste Komponente einen Zapfen und die zweite Komponente eine zu dem Zapfen korrespondierende Ausnehmung aufweist oder umgekehrt, wobei der Zapfen im eingebauten Zustand in der Ausnehmung angeordnet ist. Ist beispielsweise der Ventilschaft an seinem dem Ventilteller zugewandten Ende mit einer zentrischen Ausnehmung ausgestattet, und der Ventilteller mit einem dazu korrespondierenden Zapfen, so wird im Rahmen der Montage der Zapfen in die am freien Ende des Ventilschaftes vorgesehene Ausnehmung paßgenau eingeführt. Die Einführung des Zapfens in die Ausnehmung bewirkt eine Zentrierung des Ventilschaftes hinsichtlich des Ventiltellers. Es sind aber auch Ausführungsformen denkbar, bei denen der Ventilschaft selbst den Zapfen bildet und in einer im Teller vorgesehenen Ausnehmung bzw. Bohrung angeordnet wird.

Vorteilhaft sind dabei u.a. Ausführungsformen des Systems, bei denen die erste Komponente und die zweite Komponente kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Eine kraftschlüssige Verbindung kann ohne Einbringung zusätzlichen Materials und damit ohne Erhöhung der Masse des Systems ausgebildet werden und hat des weiteren den Vorteil, daß diese Verbindung eine lösbare Verbindung ist, weshalb eine Demontage und eine Nachjustierung des Ventilspiels möglich wird.

Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Systems, bei denen die erste Komponente und die zweite Komponente formschlüssig miteinander verbunden sind. Formschlüssige Verbindungen sind in der Regel auch lösbare Verbindungen mit den bereits genannten Vorteilen.

Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Systems, bei denen die erste Komponente und die zweite Komponente stoffschlüssig miteinander verbunden sind, wobei die beiden Komponenten insbesondere miteinander verschweißt oder verklebt sind. Die Vorteile liegen dabei insbesondere in der hohen Belastbarkeit und folglich in der Haltbarkeit dieser Verbindung.

Die zweite Teilaufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Systems aus zwei Komponenten mit

  • • einem Ventilschaft,
  • • einem an dem einen Ende des Ventilschaftes, im Kraftübertragungsweg zwischen Ventilschaft und einer Ventilbetätigungseinrichtung angeordneten Ventilstößel, und
  • • einem an dem anderen Ende des Ventilschaftes angeordneten Ventilteller, der zusammen mit dem Ventilschaft ein Ventilelement bildet,
und das dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • (a) ein vereinzelter Ventilteller bereitgestellt wird, der die erste Komponente bildet,
  • (b) eine zweite Komponente, die den Ventilschaft und den Ventilstößel umfaßt, bereitgestellt wird, wobei der Ventilschaft und der Ventilstößel miteinander verbunden werden, und
  • (c) die beiden Komponenten, vorzugsweise im eingebauten Zustand, miteinander verbunden werden, so daß sie ein einstückiges Bauteil bilden.

Das bereits für das erfindungsgemäße System Gesagte hat ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren Gültigkeit. Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren im Vergleich zu alternativen Verfahren zur Ausbildung eines derartigen einstückigen Systems grundsätzlich den Vorteil auf, daß die im Rahmen des Verfahrens ausgebildete Verbindung zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente im Hinblick auf ihre Beanspruchung durch Massenkräfte überaus vorteilhaft angeordnet ist. Denn diese Verbindung wird lediglich durch die Massenkräfte beansprucht, die aus der Beschleunigung und der Verzögerung des Ventiltellers resultieren und die aufgrund der geringen Masse des Ventiltellers entsprechend klein sind.

Denkbar wäre nämlich auch eine Ausbildung des Ventilschaftes und des Ventiltellers – wie üblich – als monolithisches Bauteil, wobei die Verbindung dann zwischen Stößel und Ventil ausgebildet werden würde. In diesem Fall würde die Verbindung im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Verbindung durch die Massenkräfte beansprucht, die aus der Beschleunigung und der Verzögerung des Ventiltellers mitsamt des Ventilschaftes resultieren. Die Bereitstellung eines vereinzelten Ventiltellers als erste Komponente nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren bietet damit entscheidende Vorteile, insbesondere wenn berücksichtigt wird, daß eine ausreichende Festigkeit bei der Auslegung eines Ventiltriebes für die Haltbarkeit von grundsätzlicher Bedeutung ist.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die zweite Komponente aus einem Stück gefertigt wird. Ebenfalls vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die erste Komponente mit einem Zapfen und die zweite Komponente mit einer zu dem Zapfen korrespondierenden Ausnehmung versehen wird oder umgekehrt, wobei der Zapfen im eingebauten Zustand in der Ausnehmung angeordnet wird. Die Vorteile dieser Ausführungsformen wurden bereits im Rahmen der Beschreibung des erfindungsgemäßen Systems ausführlich erörtert.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Ausnehmung in dem Ventilteller in Gestalt einer Durchgangsbohrung vorgesehen wird. Bei dieser Ausführungsform ist die Verbindungsstelle bei der Montage des Systems im Zylinderkopf von der Brennraumseite her durch den Ventilteller hindurch zugänglich.

Günstig ist dies deshalb, weil in Fällen geringen Ventilhubes die Rückseite des Ventiltellers nicht oder nur schwer zugänglich ist, was das Einbringen einer Verbindung an dieser Stelle d. h. der Rückseite des Ventiltellers unmöglich, zumindest aber schwierig macht. Bei Systemen mit geringem Ventilhub ist die beschriebene Ausführungsform, welche die Zugänglichkeit der Verbindungsstelle vom Brennraum her ermöglicht, überaus vorteilhaft.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Verbindung der ersten Komponente und der zweiten Komponente zur Festlegung des axialen Maßes des Systems und gleichzeitig zur Einstellung des Ventilspiels des eingebauten Systems genutzt wird. Wie bereits ausgeführt, kann dann auf Einstellscheiben und entsprechende Ausnehmungen im Stößel zur Einstellung des Ventilspiels verzichtet werden, was auch günstig hinsichtlich Festigkeit und Gewicht des Systems ist. Denn eine Ausnehmung impliziert eine Kerbwirkung und erfordert eine entsprechende Dicke des Stößelbodens.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die erste Komponente und die zweite Komponente kraftschlüssig miteinander verbunden werden. Eine kraftschlüssige Verbindung kann ohne Einbringung zusätzlichen Materials und damit ohne Erhöhung der Masse des Systems ausgebildet werden und hat des weiteren den Vorteil, daß diese Verbindung eine lösbare Verbindung ist, weshalb eine Nachjustierung des Ventilspiels möglich wird. Die Ausbildung der kraftschlüssigen Verbindung erfolgt dabei in der Regel zerstörungsfrei.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die erste Komponente und die zweite Komponente formschlüssig miteinander verbunden werden. Formschlüssige Verbindungen sind in der Regel auch lösbare Verbindungen mit den bereits genannten Vorteilen.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die erste Komponente und die zweite Komponente stoffschlüssig miteinander verbunden werden, insbesondere stoffschlüssig miteinander verschweißt werden, wobei die beiden Komponenten vorzugsweise mittels Laserschweißen, mittels Reibschweißen, insbesondere mittels Stufenreibschweißen oder mittels Gasschweißen miteinander verschweißt werden. Vorzugsweise wird dabei eine zur Achse des Ventilschaftes symmetrische, insbesondere rotationssymmetrische bzw. kreisförmige Schweißnaht erzeugt, so daß eine ausgewogene Verteilung der Angriffskraft zwischen Ventilteller und Ventilschaft erreicht wird.

Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die erste Komponente und die zweite Komponente stoffschlüssig miteinander verklebt werden. Dabei kommen die grundsätzlichen Vorteile des Klebens als Fügverfahren zum tragen, nämlich kostengünstig ohne das Erfordernis spezieller Werkzeuge eine Verbindung herzustellen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele gemäß den 1 und 2 näher beschrieben. Hierbei zeigt:

1 schematisch eine erste Ausführungsform des aus zwei Komponenten bestehenden Systems im eingebauten Zustand, und

2 schematisch eine zweite Ausführungsform des aus zwei Komponenten bestehenden Systems im eingebauten Zustand.

1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform des aus zwei Komponenten 2, 3 bestehenden Systems 1, welches beispielsweise Verwendung in einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine findet.

Das System 1 umfaßt zwei Komponenten 2, 3. Die erste Komponente 2 wird durch einen Ventilteller 6 gebildet, wobei dieser Ventilteller 6 originär als selbständiges, separates Bauteil in Gestalt eines vereinzelten Ventiltellers 6 ausgebildet wurde. Die zweite Komponente 3 umfaßt einen Ventilschaft 4 und einen an dem einen Ende 4a des Ventilschaftes 4, im Kraftübertragungsweg zwischen Ventilschaft 4 und einer Ventilbetätigungseinrichtung (nicht dargestellt) angeordneten Ventilstößel 5, wobei bei der in 1 dargestellten Ausführungsform die zweite Komponente 3 ein monolithisches Bauteil ist, d.h. aus einem Stück gefertigt wurde.

Zwar können der Ventilstößel 5 und der Ventilschaft 4 grundsätzlich als separate, miteinander zu verbindende Bauteile ausgebildet sein. Vorzuziehen ist aber die monolithische Ausbildung der zweiten Komponente 3, weil eine aus einem Stück gefertigte zweite Komponente 3 über eine wesentliche höhere Formgenauigkeit verfügt und geringere Fertigungsungenauigkeiten aufweist. Des weiteren wird eine zweite durch Massen- und Federkräfte beanspruchte Verbindungsstelle vermieden, wodurch die Störanfälligkeit, insbesondere die Ausfallrate gesenkt wird.

Der Ventilstößel 5 ist tassenförmig ausgebildet und übergreift das eine Ende 4a des Ventilschaftes 4. Hierdurch ergibt sich einerseits die Möglichkeit, den Stößel 5 in einer entsprechenden Ausnehmung bzw. einer Bohrung in der Art einer Buchse bei seiner linearen Hubbewegung axial zu führen. Andererseits ergibt sich ein zusätzlicher mechanischer Schutz des Endes 4a des Ventilschaftes 4 und der dort angreifenden Ventilfeder 9.

Die erste Komponente 2 und die zweite Komponente 3 sind im eingebauten Zustand miteinander verbunden, so daß das System 1 im eingebauten Zustand ein einstückiges Bauteil ist. Dabei wird der Ventilteller 6 an dem anderen Ende 4b des Ventilschaftes 4 angeordnet und bildet zusammen mit dem Ventilschaft 4 ein Ventilelement 7, das grundsätzlich mit einem herkömmlichen Hubventil vergleichbar ist.

Bei der in 1 dargestellte Ausführungsform ist die Verbindung 8 zwischen der ersten Komponente 2 und der zweiten Komponente 3 eine Schweißverbindung 8, wobei die beiden Komponenten 2, 3 vorzugsweise mittels Laserschweißen, mittels Reibschweißen oder mittels Gasschweißen miteinander verschweißt werden.

Die Einstellung des Ventilspiels erfolgt bei dieser vorteilhaften Ausführungsform dadurch, daß das Längenmaß des Systems 1 im Rahmen der Ausbildung der Verbindung 8 zwischen erster und zweiter Komponente 2, 3 festgelegt wird. Damit wird dann mittelbar das Ventilspiel eingestellt. Infolge der reduzierten Massen- und Federkräfte und dem daraus resultierenden geringeren Verschleiß, braucht ein einmal eingestelltes Ventilspiel während der gesamten Lebensdauer der Brennkraftmaschine in der Regel nicht nachjustiert zu werden. Aus diesem Grunde entfällt die Notwendigkeit eine Ausnehmung zur Aufnahme einer Einstellscheibe an dem Boden 10 des Ventilstößels 5 vorzusehen Das System 1 ermöglicht es, auf einen zusätzlichen Ventilfederteller und die dazugehörigen Befestigungselemente zu dessen Fixierung am Ventilschaft 4 zu verzichten, denn der ohnehin vorhandene Ventilstößel 5 übernimmt die Funktion des Ventilfedertellers, indem er den Ventilfedermitteln 9 dazu dient, sich an ihm abzustützen und die Vorspannkräfte in den Ventilschaft 4 einzuleiten. Damit dies möglich ist, ist der Ventilstößel 5 mit dem Ventilschaft 4 verbunden, so daß sich die Federkraft vom Ventilstößel 5 auf den Ventilschaft 4 übertragen kann. Die Federmittel 9 sind dabei als Schraubenfeder ausgebildet und spiralförmig um den Ventilschaft 4 angeordnet. Sie stützen sich am Boden 10 des Ventilstößels 5 ab und spannen das Ventilelement 7 in Richtung Ventilschließstellung vor.

Grundsätzlich kann zu dem Zwecke einer Zentrierung und/oder einer seitlichen Führung der Ventilfedermittel 9 an ihrem oberen, dem Stößel 5 zugewandten Ende der Boden 10 des Stößels 5 an seiner als Federauflage dienenden Seite eine Konturierung, Stufe und/oder Nut vorgesehen werden (nicht dargestellt). Beispielsweise in der Art wie dies bei herkömmlichen Ventilfedertellern üblich ist.

2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform des aus zwei Komponenten 2, 3 bestehenden Systems 1 im eingebauten Zustand.

Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform verfügt die zweite Ausführungsform über eine andersartige Verbindung 8 der ersten mit der zweiten Komponente 2, 3. Im übrigen wird bezug genommen auf 1. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.

Die erste Komponente 2 d.h. der Ventilteller 6 ist mit einer zentrischen Ausnehmung 11 in Gestalt einer Durchgangsbohrung 11 ausgestattet. Die zweite Komponente 2 d.h. der Ventilschaft 4 weist an seinem dem Ventilteller 6 zugewandten Ende 4b einen zu der Ausnehmung 11 korrespondierenden Zapfen 12 auf, wobei der Zapfen 12 im eingebauten Zustand in der Ausnehmung 11 paßgenau angeordnet ist. Die Einführung des Zapfens 12 in die Ausnehmung 11 bewirkt eine Zentrierung des Ventilschaftes 5 hinsichtlich des Ventiltellers 6. Es sind aber auch Ausführungsformen denkbar, bei denen der Ventilschaft 4 selbst den Zapfen 12 bildet und in einer im Teller 6 vorgesehenen Bohrung aufgenommen wird.

Die Ausbildung der Ausnehmung 11 in Gestalt einer Durchgangsbohrung 11 hat den Vorteil, daß die Verbindungsstelle 8 bei der Montage des Systems 1 im Zylinderkopf von der Brennraumseite her durch den Ventilteller 6 hindurch zugänglich ist. Günstig ist dies insbesondere in Fällen geringen Ventilhubes, bei denen die Rückseite des Ventiltellers 6 nicht oder nur schwer zugänglich ist, was das Einbringen einer Verbindung 8 an dieser Stelle d.h. der Rückseite des Ventiltellers 6 unmöglich, zumindest aber schwierig macht.

1System 2erste Komponente 3zweite Komponente 4Ventilschaft 4aein Ende des Ventilschaftes 4banderes Ende des Ventilschaftes 5Ventilstößel 6Ventilteller 7Ventilelement 8Verbindung 9Ventilfeder 10Boden 11Ausnehmung, Durchgangsbohrung 12Zapfen

Anspruch[de]
  1. System (1) aus zwei Komponenten (2, 3), insbesondere für die Verwendung in einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit

    • einem Ventilschaft (4),

    • einem an dem einen Ende (4a) des Ventilschaftes (4), im Kraftübertragungsweg zwischen Ventilschaft (4) und einer Ventilbetätigungseinrichtung angeordneten Ventilstößel (5), und

    • einem an dem anderen Ende (4b) des Ventilschaftes (4) angeordneten Ventilteller (6), der zusammen mit dem Ventilschaft (4) ein Ventilelement (7) bildet,

    dadurch gekennzeichnet, daß

    • es sich bei dem Ventilteller (6) originär um einen vereinzelten Ventilteller (6) handelt, der die erste Komponente (2) bildet,

    • die zweite Komponente (3) den Ventilschaft (4) und den Ventilstößel (5) umfaßt und die beiden Komponenten (2, 3) im eingebauten Zustand miteinander verbunden sind, und

    • der Ventilschaft (4) und der Ventilstößel (5) auch miteinander verbunden sind, so daß das System (1) im eingebauten Zustand ein einstückiges Bauteil ist.
  2. System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilfeder (3) vorgesehen ist, welche das Ventilelement (7) in Richtung Ventilschließstellung vorspannt und sich an dem Ventilstößel (5) abstützt.
  3. System (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente (3) ein monolithisches Bauteil ist, d. h. aus einem Stück gefertigt wurde.
  4. System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstößel (5) tassenförmig ausgebildet ist.
  5. System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstößel (5) an seiner im eingebauten Zustand der Ventilbetätigungseinrichtung zugewandten Seite (10) eine Ausnehmung zur Aufnahme mindestens einer Einstellscheibe zur Einstellung eines Ventilspiels aufweist.
  6. System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente (2) einen Zapfen (12) und die zweite Komponente (3) eine zu dem Zapfen (12) korrespondierende Ausnehmung (11) aufweist oder umgekehrt, wobei der Zapfen (12) im eingebauten Zustand in der Ausnehmung (11) angeordnet ist.
  7. System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente (2) und die zweite Komponente (3) kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
  8. System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente (2) und die zweite Komponente (3) formschlüssig miteinander verbunden sind.
  9. System (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente (2) und die zweite Komponente (3) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  10. System (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente (2) und die zweite Komponente (3) stoffschlüssig miteinander verschweißt sind.
  11. System (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente (2) und die zweite Komponente (3) stoffschlüssig miteinander verklebt sind.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Systems (1) aus zwei Komponenten (2, 3) mit

    • einem Ventilschaft (4),

    • einem an dem einen Ende (4a) des Ventilschaftes (4), im Kraftübertragungsweg zwischen Ventilschaft (4) und einer Ventilbetätigungseinrichtung angeordneten Ventilstößel (5), und

    • einem an dem anderen Ende (4b) des Ventilschaftes (4) angeordneten Ventilteller (6), der zusammen mit dem Ventilschaft (4) ein Ventilelement (7) bildet,

    dadurch gekennzeichnet, daß

    (b) ein vereinzelter Ventilteller (6) bereitgestellt wird, der die erste Komponente (2) bildet,

    (c) eine zweite Komponente (3), die den Ventilschaft (4) und den Ventilstößel (5) umfaßt, bereitgestellt wird, wobei der Ventilschaft (4) und der Ventilstößel (5) miteinander verbunden werden,

    (d) die beiden Komponenten (2, 3) miteinander verbunden werden, so daß sie ein einstückiges Bauteil bilden.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Systems (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente (3) aus einem Stück gefertigt wird.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Systems (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente (2) mit einem Zapfen (12) und die zweite Komponente (3) mit einer zu dem Zapfen (12) korrespondierenden Ausnehmung (11) versehen wird oder umgekehrt, wobei der Zapfen (12) im eingebauten Zustand in der Ausnehmung (11) angeordnet wird.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Systems (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (11) in dem Ventilteller (6) in Gestalt einer Durchgangsbohrung (11) vorgesehen wird.
  16. Verfahren zur Herstellung eines Systems (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der ersten Komponente (2) und der zweiten Komponente (3) zur Festlegung des axialen Maßes des Systems (1) und gleichzeitig zur Einstellung des Ventilspiels des eingebauten Systems (1) genutzt wird.
  17. Verfahren zur Herstellung eines Systems (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente (2) und die zweite Komponente (3) kraftschlüssig miteinander verbunden werden.
  18. Verfahren zur Herstellung eines Systems (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente (2) und die zweite Komponente (3) formschlüssig miteinander verbunden werden.
  19. Verfahren zur Herstellung eines Systems (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente (2) und die zweite Komponente (3) stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
  20. Verfahren zur Herstellung eines Systems (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente (2) und die zweite Komponente (3) stoffschlüssig miteinander verschweißt werden.
  21. Verfahren zur Herstellung eines Systems (1) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente (2) und die zweite Komponente (3) stoffschlüssig mittels Laserschweißen miteinander verschweißt werden.
  22. Verfahren zur Herstellung eines Systems (1) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente (2) und die zweite Komponente (3) stoffschlüssig mittels Reibschweißen miteinander verschweißt werden.
  23. Verfahren zur Herstellung eines Systems (1) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente (2) und die zweite Komponente (3) stoffschlüssig mittels Gasschweißen miteinander verschweißt werden.
  24. Verfahren zur Herstellung eines Systems (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente (2) und die zweite Komponente (3) stoffschlüssig miteinander verklebt werden.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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