DE102021122847A1

DE102021122847A1 - Valve rotation device and composite component therefor

Info

Publication number: DE102021122847A1
Application number: DE102021122847.6A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Matthias; Florian Ringeling; Olaf Josef
Original assignee: Federal Mogul Valvetrain GmbH
Current assignee: Federal Mogul Valvetrain GmbH
Priority date: 2021-09-03
Filing date: 2021-09-03
Publication date: 2023-03-09
Also published as: WO2023030701A1

Abstract

Leichte Verbundkomponente 22 für eine Ventildrehvorrichtung 2, umfassend mindestens ein Blechelement 4, das eine Kontaktfläche für eine Tellerfeder 44, ein Wälzelement 40 oder ein weiteres Bauteil einer Ventildrehvorrichtung 2 oder eines Verbrennungsmotors bildet, sowie ein Kunststoffelement 6, das mit dem Blechelement 4 verbunden ist.

Lightweight composite component 22 for a valve rotating device 2, comprising at least one sheet metal element 4, which forms a contact surface for a plate spring 44, a rolling element 40 or another component of a valve rotating device 2 or an internal combustion engine, and a plastic element 6, which is connected to the sheet metal element 4.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine leichte bzw. gewichtsoptimierte Ventildrehvorrichtung für Tellerventile sowie deren Nutzung in Motoren und Fahrzeugen.The present invention relates to a lightweight or weight-optimized valve rotating device for poppet valves and its use in engines and vehicles.

Ventildrehvorrichtungen für Tellerventile von Verbrennungsmotoren sind seit längerem bekannt, eine breite Auswahl an verschiedenen Ansätzen zum Drehen von Ventilen bei Verbrennungsmotoren sind beispielsweise den folgenden Patentdokumenten zu entnehmen: US8714184 (B1 ), US3717133 (A ) US2003037742 (A1 ), DE2611777A1 , DE273051 A1 , DE2757455 (C2 ), DE2758199 (C2 ), DE3004320 (C2 ), DE3401279 (A1 ), DE69602569 (T2 ), DE10015417 (A1 ). In den vorgenannten Dokumenten werden die Ventile hauptsächlich mit Hilfe von Kugeln und schrägen Laufbahnen gedreht, wobei auch Schraubenfedern und Tellerfedern eingesetzt werden. Aus den Dokumenten DE 1296914 A1 , US 3537325 A und US 2758583 A sind Ventilfedern bekannt die zur Erzeugung einer Drehung eine sich elastisch verformende Wurmfeder einsetzen wobei wiederum Teile der Wurmfeder auf entsprechenden Flächen abgewälzt werden. Es sind zudem weitere Ausführungen bekannt die sich jedoch nicht durchgesetzt haben.Valve rotating devices for poppet valves in internal combustion engines have been known for a long time, a wide range of different approaches to rotating valves in internal combustion engines can be found in the following patent documents, for example: US8714184 (B1 ), US3717133 (A ) US2003037742 (A1 ), DE2611777A1 , DE273051 A1 , DE2757455 (C2 ), DE2758199 (C2 ), DE3004320 (C2 ), DE3401279 (A1 ), DE69602569 (T2 ), DE10015417 (A1 ). In the aforesaid documents, the valves are mainly rotated by means of balls and inclined raceways, with the use of coil springs and Belleville washers. From the documents DE1296914A1 , US 3537325 A and US 2758583A Valve springs are known which use an elastically deforming garter spring to generate a rotation, with parts of the garter spring being rolled off on corresponding surfaces. Other designs are also known which, however, have not become established.

Es ist wie in vielen technischen Bereichen wünschenswert den Materialeinsatz und das Gewicht von Bauteilen zu verringern, um einerseits Kosten zu sparen und andererseits vor allem bewegte Massen zu verringern.As in many technical areas, it is desirable to reduce the use of materials and the weight of components in order to save costs on the one hand and, above all, to reduce moving masses on the other.

Dazu stellt die vorliegende Erfindung eine Komponente einer Ventildrehvorrichtung bereit, die leichter ist und billiger hergestellt werden kann.To this end, the present invention provides a component of a valve rotator that is lighter and less expensive to manufacture.

Dies wird durch den Gegenstand des vorliegenden Anspruchs 1 ermöglicht. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This is made possible by the subject-matter of present claim 1. Preferred embodiments are described in the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine leichte Verbundkomponente für eine Ventildrehvorrichtung, wobei mindestens ein Blechelement eine Kontaktfläche für eine Tellerfeder, ein Wälzelement oder ein weiteres Bauteil, das beispielsweise einen anderen Teil einer Ventildrehvorrichtung oder eines Verbrennungsmotors bildet, sowie ein Kunststoffelement, das mit dem Blechelement verbunden ist.The present invention relates to a lightweight composite component for a valve rotating device, wherein at least one sheet metal element is a contact surface for a plate spring, a rolling element or another component which forms, for example, another part of a valve rotating device or an internal combustion engine, and a plastic element which is connected to the sheet metal element .

Das Blechelement kann beispielsweise durch Pressen, Stanzen, Prägen, Pressen, Tiefziehen, Drücken, oder eine Kombination davon hergestellt werden. Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Festigkeit des Blechelements alleine zu klein wäre, um einen Betrieb eines Motors mit der Ventildrehvorrichtung zu gestatten. Das Blechteil alleine stellt lediglich eine Art Oberflächenverstärkung für das Kunststoffelement dar, ohne die das Kunststoffelement so schnell verschleißen bzw. versagen würde, dass eine Betriebsdauer des Motors den Einsatz einer Ventildrehvorrichtung völlig unnötig machen würde. Hier wird ein Blechteil als Oberflächenkomponente verwendet, um vor allem punktuelle oder Reibbelastungen des Kunststoffelements zu vermeiden, die zu einem erhöhten Verschleiß führen würden. Hier sind vor allem die Laufbahnen von Wälzelementen wie Kugeln zu nennen, die Flächen, die mit den Keilstücken in Kontakt treten sowie ein Bereich, in denen Tellerfedern und Wälzlager in einer Ventildrehvorrichtung eingesetzt werden.The sheet metal element can be produced, for example, by pressing, punching, embossing, pressing, deep-drawing, pressing, or a combination thereof. An important aspect of the present invention is that the strength of the sheet metal member alone would be insufficient to permit operation of an engine with the valve rotator. The sheet metal part alone represents only a kind of surface reinforcement for the plastic element, without which the plastic element would wear out or fail so quickly that a service life of the engine would make the use of a valve rotating device completely unnecessary. Here, a sheet metal part is used as a surface component, primarily to avoid punctiform or frictional loads on the plastic element, which would lead to increased wear. The main areas to be mentioned here are the raceways of rolling elements such as balls, the surfaces that come into contact with the wedge pieces and an area in which disc springs and roller bearings are used in a valve rotating device.

Die Erfindung ist auf eine Komponente für eine Ventildrehvorrichtung gerichtet, da hier je nach Ausführungsform verschiedene Wälzelemente, Federelemente und der Anordnung der Ventildrehvorrichtung am Ventilfederteller oder zwischen Ventilfeder und Zylinderkopf unterschiedliche Komponenten der Ventildrehvorrichtung in Verbundbauweise hergestellt werden können. Kunststoff wird üblicherweise nicht oder nur in sehr geringem Maße an Verbrennungsmotoren verwendet, da die thermische Belastung bei Motoren sehr hoch ist, eine oft korrosive Umgebung mit Schmierstoffen und Schmierstoffzusätzen, sowie eine Reibbelastung der Komponenten ebenfalls sehr hoch ist. Lediglich im Bereich von Dichtungen und Zylinderköpfen werden inzwischen verstärkt Kunststoffe eingesetzt.The invention relates to a component for a valve rotating device, since different rolling elements, spring elements and the arrangement of the valve rotating device on the valve spring plate or between the valve spring and cylinder head can be produced in composite construction here, depending on the embodiment. Plastic is usually not used or only to a very small extent in internal combustion engines, since the thermal stress in engines is very high, the environment with lubricants and lubricant additives is often corrosive, and the frictional stress on the components is also very high. Plastics are only increasingly used in the area of gaskets and cylinder heads.

Die Verbundkomponente ist hier vorgesehen, um insbesondere die lokalen Kräfte die von Wälzelementen in die Komponente übertragen werden, so weit zu verteilen, dass ein Verschleiß aufgrund von Reibung und einer mechanischen Überlastung mit lokaler Überschreitung der Streckgrenze des Materials des Kunststoffelements vermieden werden kann.The composite component is provided here in order in particular to distribute the local forces that are transmitted into the component by rolling elements to such an extent that wear due to friction and mechanical overload with local exceeding of the yield point of the material of the plastic element can be avoided.

In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst bzw. bildet die leichte Verbundkomponente einen ringförmigen Grundkörper, und das Blechelement umfasst mindestens eine Wälz- oder Laufbahn. Hier werden durch Wälzelemente wie Kegelrollen oder Kugeln Punkt-oder Linienförmige Belastungen im Bereich der Laufbahnen auf die Verbundkomponente ausgeübt. Das Blechelement nimmt dabei diese Belastungen auf und verteilt sie soweit, dass das Kunststoffelement diese Kräfte / Belastungen verschleißfrei aufnehmen kann. Das Blechelement ist dabei so dünn ausgeführt, dass es die Kräfte der Wälzelemente alleine nicht aufnehmen könnte. Die Kräfte der Lauf- oder Kugellaufbahnen, die von dem Blechelement aufgenommen werden, werden direkt einer Rückseite der Laufbahnen durch das dort vorliegende anliegende, angeklemmte, durch eine Schnappverbindung angebrachte, angeklebte, angespritzte oder an-ausgehärtete Kunststoffelement aufgenommen. Hier werden zwei Komponenten kombiniert die jede für sich nicht in der Lage wären die Aufgabe einer entsprechenden Komponente in einer Ventildrehvorrichtung zu erfüllen, im Verbund jedoch eine Auslegungslebensdauer bzw. Auslegungseinsatzdauer aufweisen, die die des Gesamtsystems Verbrennungsmotor übersteigt. Dabei ist die Komponente noch kostengünstiger herzustellen, da ein dünneres Blech verwendet werden kann, was die Lebensdauer der Blechformwerkzeuge deutlich erhöht. Die Werkzeuge zur Kunststoffbearbeitung wie Spritzgussformen, oder Duroplastformen können ebenfalls eine deutlich längere Einsatzdauer gegenüber den konventionellen Werkzeugen aufweisen, da für die Bearbeitung und Umformung dünneren Blechs geringere Kräfte und damit ein geringerer Verschleiß an den Formen und Werkzeugen auftritt. Zudem kann die Gesamtmasse der Verbundkomponente gegenüber einer entsprechenden spanend hergestellten oder durch Pressen hergestellten Ganzmetallkomponente verringert werden. Dies kann zwar lediglich einen kleinen Teil einer Gewichtsersparnis bei einem Verbrennungsmotor ausmachen, in der Summe kann jedoch vor allem bei 4- bis 6 Ventilen pro Zylinder eine merkliche Einsparung insbesondere bei den bewegten Massen erreicht werden.In an exemplary embodiment, the lightweight composite component includes or forms an annular body and the sheet metal member includes at least one rolling or raceway. Here, point or linear loads in the area of the raceways are exerted on the composite component by rolling elements such as tapered rollers or balls. The sheet metal element absorbs these loads and distributes them to such an extent that the plastic element can absorb these forces/loads without wear. The sheet metal element is designed so thin that it could not absorb the forces of the rolling elements alone. The forces of the raceways or ball raceways, which are absorbed by the sheet metal element, are directly attached to a rear side of the raceways by the present, clamped, snap-on connection, glued, attached injected or on-cured plastic element was added. Two components are combined here, each of which would not be able to fulfill the task of a corresponding component in a valve rotating device, but which together have a design service life or design service life that exceeds that of the entire combustion engine system. The component can be manufactured even more cost-effectively, since thinner sheet metal can be used, which significantly increases the service life of the sheet metal forming tools. The tools for processing plastics such as injection molds or duroplastic molds can also have a significantly longer service life compared to conventional tools, since the processing and forming of thinner sheet metal requires lower forces and therefore less wear and tear on the molds and tools. In addition, the overall mass of the composite component can be reduced compared to a corresponding all-metal component that is produced by cutting or by pressing. Although this can only make up a small part of the weight savings in an internal combustion engine, overall a noticeable saving can be achieved, especially with 4 to 6 valves per cylinder, especially in the moving masses.

Die vorstehende Ausführung benennt Laufbahnen und Wälzkörperlaufbahnen. Der Begriff Laufbahn ist dabei insbesondere auf Komponenten von Ventildrehvorrichtungen gerichtet die auf einem elastischen Drehelement wie einer Wurmfeder basieren. Hier können die Laufbahnen auch Wälzelemente von Rücklaufsperren und dergleichen betreffen.The above designation designates raceways and rolling element raceways. The term raceway is aimed in particular at components of valve rotating devices that are based on an elastic rotating element such as a garter spring. Here, the raceways can also relate to rolling elements of backstops and the like.

Bei einer anderen Ausführungsford der leichten Verbundkomponente sind mindestens zwei aber nicht mehr als vierundzwanzig, bevorzugt zwischen vier und sechzehn und weiter bevorzugt zwischen sechs und zwölf Wälz- oder Kugel-Laufbahnen vorgesehen, wobei die Wälz- oder Kugel-Laufbahnen in Bezug auf eine Radialebene geneigt sind.In another embodiment of the lightweight composite component, there are at least two but no more than twenty-four, preferably between four and sixteen, and more preferably between six and twelve, roller or ball raceways, the roller or ball raceways being inclined with respect to a radial plane are.

Die Ringform der leichten Verbundkomponente dient dabei als Grundlage zur Definition einer Axialrichtung (die in der Mitte mit einer Dreh- oder Rotationssymmetrieachse der Verbundkomponente zusammenfällt). Durch die Axialrichtung lässt sich ebenfalls eine Radialebene definieren, die senkrecht zur Axialrichtung verläuft. Eine Umfangsrichtung wird hier als jeweils lokal senkrecht zu der Radialebene und senkrecht Axialrichtung vorliegt, und in einem konstanten Abstand zur Dreh- oder Rotationsymmetrieachse definiert. Es ist hier ebenfalls möglich, die Richtungen in Sinne von Zylinderkoordinaten zu beschreiben, wobei die Axialrichtung der Richtung entspricht, in der in einem fertigen bzw. eingebauten Zustand die Achse des Ventilschafts verläuft, die Radialrichtung einer Richtung entspricht senkrecht dem kürzesten Abstand zu der Axialrichtung, wobei die Umfangsrichtung lokal senkrecht zu der Axialrichtung und der Radialrichtung ist.The annular shape of the lightweight composite component serves as a basis for defining an axial direction (which coincides in the middle with an axis of rotation or rotational symmetry of the composite component). A radial plane that runs perpendicular to the axial direction can also be defined by the axial direction. A circumferential direction is defined here as locally perpendicular to the radial plane and perpendicular to the axial direction, and at a constant distance from the axis of rotation or rotational symmetry. It is also possible here to describe the directions in terms of cylinder coordinates, with the axial direction corresponding to the direction in which the axis of the valve stem runs in a finished or installed state, the radial direction of a direction corresponding perpendicularly to the shortest distance to the axial direction, wherein the circumferential direction is locally perpendicular to the axial direction and the radial direction.

Gemäß dieser Definition stellen die geneigten Wälzkörperlaufbahnen entweder schräge Bahnen dar, die gegenüber der Radialebene geneigt sind und im Wesentlichen in einem einer Zylindermantel liegen, sie können aber auch im Wesentlichen als Helixabschnitte betrachtet werden. Die Wälzkörperlaufbahnen können dabei eine im Wesentlichen gleichmäßige oder eine veränderliche Steigung aufweisen.According to this definition, the inclined rolling element tracks either represent inclined tracks that are inclined with respect to the radial plane and essentially lie in a cylinder jacket, but they can also be regarded essentially as helical sections. The rolling element raceways can have an essentially uniform or variable pitch.

In einer weiteren Ausführungsform der leichten Verbundkomponente für eine Ventildrehvorrichtung ist die mindestens eine Wälz- oder Laufbahn als Kugellaufbahn, bzw. als Kugellaufbahnen ausgeführt. Hier können die Kugellaufbahnen einen Teil eines Kugellagers bilden, oder die geneigten Kugellaufbahnen dienen als Wälzkörper dazu eine Drehbewegung zu erzeugen.In a further embodiment of the lightweight composite component for a valve rotating device, the at least one rolling track or raceway is designed as a ball raceway or as ball raceways. Here, the ball races can form part of a ball bearing, or the inclined ball races serve as rolling elements to generate rotary motion.

Bei einer anderen Ausführungsform der leichten Verbundkomponente für eine Ventildrehvorrichtung sind die schrägen bzw. geneigten Kugellaufbahnen in Kugeltaschen angeordnet, in welchen jeweils eine Kugel und eine Tangentialfeder angeordnet sind, wobei die Tangentialfeder in einer Ruhestellung die Kugel an einem oberen Punkt der geneigten Kugellaufbahn hält. Bei einer Belastung gegenüber einer glatten Fläche rollen die Kugeln gegen die Federkraft die geneigten Kugellaufbahnen in den Kugeltaschen herunter und erzeugen eine Drehbewegung in einer Ventildrehvorrichtung.In another embodiment of the composite lightweight component for a valve rotator, the inclined ball raceways are located in ball pockets each containing a ball and a tangential spring, the tangential spring in a rest position holding the ball at an upper point of the inclined ball raceway. When loaded against a smooth surface, the balls roll down the inclined ball raceways in the ball pockets against the spring force and create rotary motion in a valve rotator.

Bei einer zusätzlichen Ausführung der leichten Verbundkomponente sind die Kugeltaschen in dem Kunststoffelement gebildet, wobei das Blechelement lediglich Kugellaufbahnen aus Blech bereitstellt, ohne jedoch selber Kugeltaschen zu umfassen. Es ist ebenfalls vorgesehen dass die Kugeltaschen sowohl in dem Blechelement als auch in dem Kunststoffelement in einer angepassten Weise ausgebildet sind, sodass bei einer Belastung der Kugellaufbahnen die dabei erzeugten Kräfte von dem Kunststoffelement aufgenommen werden können. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass lediglich das Blechelement mit Kugeltaschen versehen ist, und das Kunststoffelement lediglich die Kugellaufbahnen abstützt. Die Kugeltaschen dienen hauptsächlich dazu die Kugeln und die Federn bei der Montage der Ventildrehvorrichtung in dieser zu halten, nicht sosehr jedoch Radialkräfte aufzunehmen. Daher können die Seitenwände der Kugeltaschen auch nur durch das Blechelement oder das Kunststoffelement gebildet werden.In an additional embodiment of the lightweight composite component, the ball pockets are formed in the plastic element, with the sheet metal element merely providing ball raceways made of sheet metal, but without itself comprising ball pockets. It is also provided that the ball pockets are designed in an adapted manner both in the sheet metal element and in the plastic element, so that when the ball tracks are loaded, the forces generated can be absorbed by the plastic element. It is also provided that only the sheet metal element is provided with ball pockets and the plastic element only supports the ball tracks. The main purpose of the ball pockets is to hold the balls and the springs in the valve rotating device when it is assembled, but not so much to absorb radial forces. Therefore, the side walls of the ball pockets can also be formed only by the sheet metal element or the plastic element.

Bei einer zusätzlichen Ausführungsform der leichten Verbundkomponente für eine Ventildrehvorrichtung ist das bzw. zumindest ein Blechelement weiter eine Anlagefläche für eine Tellerfeder vorgesehen. Tellerfedern dienen dazu nach dem Drehen die Teile der Ventildrehvorrichtung wieder in Axialrichtung auseinanderzudrücken, sodass federn die Kugeln bzw. Wälzelemente wieder die geneigten Laufbahnen heraufschieben können um bei einer nächsten Betätigung der Ventile eine nächste Drehung zu ermöglichen.In an additional embodiment of the lightweight composite component for a valve rotating device, the sheet metal element or at least one sheet metal element is also provided with a contact surface for a disk spring. Disk springs serve to push the parts of the valve turning device apart again in the axial direction after turning, so that the balls or rolling elements can spring up the inclined raceways again to enable a next turn when the valves are next actuated.

Eine andere Ausführungsform der leichten Verbundkomponente für eine Ventildrehvorrichtung ist weiter mit einem Metallring versehen, ist der eine Kontaktfläche für eine Ventilfeder bildet. Der Metallring ist dabei gegenüberliegend zu dem Blechelement angeordnet. Diese Ausführung dient lediglich dazu, bei starken Ventilfedern einen Verschleiß der Ventilfederauflagefläche durch die sich immer leicht bewegenden Ventilfedern zu vermeiden. Eine weitere Ausführung bei der die Ventildrehvorrichtung bzw. die Verbundkomponente auf dem Zylinderkopf aufliegt umfasst keinen solchen Metallring, da dieser Teil direkt auf einer ebenen Metalloberfläche aufliegt und sich nicht gegenüber dem Zylinderkopf dreht.Another embodiment of the lightweight composite component for a valve rotator is further provided with a metal ring which forms a contact surface for a valve spring. The metal ring is arranged opposite to the sheet metal element. This design only serves to prevent wear on the valve spring contact surface in the case of strong valve springs due to the valve springs always moving slightly. Another embodiment where the valve rotator or composite component rests on the cylinder head does not include such a metal ring as this part rests directly on a flat metal surface and does not rotate with respect to the cylinder head.

In einer beispielhaften Ausführung, bei der die leichte Verbundkomponente als Teil einer Ventildrehvorrichtung vorgesehen ist, die oben an einem Ventilschaftende angebracht wird, ist die Verbundkomponente weiter mit einem Metallelement versehen, das die Form einer Kegelstumpf-Mantelfläche aufweist. Hier dient das Metallelement als Widerlager für die Kegelstücke mit deren Hilfe das Ventilschaftende üblicherweise mit dem Ventilfederteller und hier mit der Ventildrehvorrichtung verbunden wird. Durch die Kegelform der Kegelstücke treten deutlich höhere Kräfte an der Kegelfläche auf, weshalb es notwendig sein kann auch diese Fläche durch ein Metallelement zu schützen, vor allem da es eine Komponente Betrifft die bei einer Wartung eine verschleißfreie Demontage und Wiedermontage ermöglichen muss.In an exemplary embodiment where the lightweight composite component is provided as part of a valve rotator that attaches to the top of a valve stem end, the composite component is further provided with a metal member having the shape of a frustoconical envelope. Here, the metal element serves as an abutment for the cone pieces, with the help of which the end of the valve stem is usually connected to the valve spring plate and here to the valve rotating device. Due to the conical shape of the cone pieces, significantly higher forces occur on the cone surface, which is why it may also be necessary to protect this surface with a metal element, especially since it concerns a component that must enable wear-free disassembly and reassembly during maintenance.

In einer weiteren Ausführungsform der leichten Verbundkomponente für eine Ventildrehvorrichtung ist das Metallelement einstückig mit dem Blechelement ausgeführt.In another embodiment of the lightweight composite component for a valve rotator, the metal member is integral with the sheet metal member.

Diese Ausführung erfordert jedoch mehrere Umformschritte gegebenenfalls mit mehreren Spannungsfrei-Glühschritten, da ein Tiefziehvorgang gefolgt von einem Weiten sonst zu einer Materialüberbelastung und Rissbildung führen kann. Dies ist so da die Laufbahnen auf einer Seite angeordnet sind von der aus der das Metallelement aus auseinanderläuft.However, this design requires several forming steps, possibly with several stress-relieving annealing steps, since a deep-drawing process followed by widening can otherwise lead to material overload and cracking. This is because the raceways are arranged on one side from which the metal element diverges.

Es ist ebenfalls vorgesehen den Metallring einstückig mit dem Metallelement auszuführen.It is also provided to design the metal ring in one piece with the metal element.

Bei einer weiteren Ausführungsform der leichten Verbundkomponente für eine Ventildrehvorrichtung wurde die Form des Kunststoff-Elements durch FEM-Verfahren optimiert, sodass zusätzlich zu den zu erwartenden Gewichtseinsparungen durch die neue Materialkombination weiter Gewicht durch die Verwendung optimierter Geometrien vor allem des Kunststoffelements erreicht werden kann. Entgegen der in den Figuren ausgeführten Ausführungsformen kann das Blechelement im Wesentlichen auch nur auf einer Verstärkung der Wälzkörperlaufflächen beschränkt werden.In a further embodiment of the lightweight composite component for a valve rotating device, the shape of the plastic element was optimized using FEM processes, so that in addition to the weight savings to be expected from the new material combination, more weight can be achieved by using optimized geometries, especially of the plastic element. Contrary to the embodiments shown in the figures, the sheet metal element can essentially also be limited to only a reinforcement of the rolling body running surfaces.

Eine weitere Ausführungsform der Verbundkomponente ist so ausgeführt, dass das Blechelement mit sich in Axialrichtung erstreckenden Strukturen versehen ist, sodass das Blechelement und das Kunststoffelement in der Verbundkomponente miteinander in Eingriff stehen. Hier sind Laschen oder Klemmlaschen oder Rippen vorgesehen die eine Verdrehsicherung und bevorzugt ebenfalls eine Klemmverbindung zwischen dem Blechelement und dem Kunststoffelement bereitstellen. Hier ist insbesondere vorgesehen an dem Blechelement Klemmlaschen vorzusehen die sich in entsprechende Ausnehmungen an dem Kunststoffelement festklemmen und/oder an entsprechenden Ausnehmungen an dem Kunststoffelement einrasten können.A further embodiment of the composite component is designed in such a way that the sheet metal element is provided with structures extending in the axial direction, so that the sheet metal element and the plastic element in the composite component engage with one another. Tabs or clamping tabs or ribs are provided here, which provide anti-twist protection and preferably also a clamping connection between the sheet metal element and the plastic element. In particular, provision is made here for clamping tabs to be provided on the sheet metal element, which can clamp in corresponding recesses on the plastic element and/or engage in corresponding recesses on the plastic element.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ventildrehvorrichtung bereitgestellt, die mindestens eine leichte Verbundkomponente umfasst wie sie vorstehend beschrieben wurde. Es ist insbesondere vorgesehen zwei Verbundkomponenten in einer Ventildrehvorrichtung einzusetzen eine mit Wälzkörpertaschen und federn und eine mit mindestens einer Aufläge für eine Tellerfeder. Diese Ausführungsform könnt auch als die Verbundkomponente, verbunden mit weiteren Ventildrehvorrichtungsbauteilen angesehen werden.According to another aspect of the present invention, there is provided a valve rotator comprising at least one lightweight composite component as described above. In particular, it is intended to use two composite components in a valve rotating device, one with rolling element pockets and springs and one with at least one support for a plate spring. This embodiment could also be viewed as the composite component connected to other valve rotator components.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verbrennungsmotor mit einer vorstehend beschriebenen Ventildrehvorrichtung bereitgestellt.According to another aspect of the present invention, there is provided an internal combustion engine having a valve rotating device as described above.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einem vorstehend beschriebenen Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei das Kraftfahrzeug als Wasser-, Land-, Luft- oder Amphibienfahrahrzeug ausgelegt sein kann.According to yet another aspect of the present invention, a motor vehicle is provided with an internal combustion engine as described above, wherein the motor vehicle can be designed as a water, land, air or amphibious vehicle.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von schematischen und nicht maßstabgerechten Darstellungen verschiedener beispielhafter Ausführungen veranschaulicht.

1 zeigt eine Schnittansicht einer herkömmlichen Ventildrehvorrichtung die zwischen einem Zylinderkopf und einer Ventilfeder liegt.
2 stellt eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen ringförmigen Grundkörper für eine erfindungsgemäße Ventildrehvorrichtung dar.
3 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des Grundkörpers der 2, wobei sechs Kugeltaschen bzw. Wälzkörpertaschen 46 klar zu erkennen sind.
4 stellt eine perspektivische Explosionsansicht einer Ausführung einer erfindungsgemäßen Ventildrehvorrichtung mit dem Grundkörper der 2 und 3 dar.
5 zeigt einen Grundkörper mit einer Klemmbefestigung in einer Schnittansicht dar.
6 stellt den Grundkörper mit einer Klemmbefestigung in einer perspektivischen Explosionsansicht dar.
7, 8 und 9 zeigen eine andere Ausführungsform eines Grundkörpers mit einer Klemmbefestigung in einer Schnitt- und Explosions- und einer perspektivischen Ansicht.
10 zeigt eine Ventildrehvorrichtung des Standes der Technik wie sie zwischen einem
11 und 12 zeigen eine Ausführungsform eines dreiteiligen Grundkörpers einer Ventildrehvorrichtung der für eine Montage zwischen einem Ventilschaft und einer Ventilfeder vorgesehen ist.
13 und 14 zeigen eine Ausführungsform eines zweiteiligen Grundkörpers einer Ventildrehvorrichtung der für eine Montage zwischen einem Ventilschaft und einer Ventilfeder vorgesehen ist.

The present invention is illustrated below with the aid of schematic representations that are not true to scale of various exemplary embodiments.

1 Fig. 12 is a sectional view of a conventional valve rotating device interposed between a cylinder head and a valve spring.
2 shows a sectional view through an annular base body according to the invention for a valve rotating device according to the invention.
3 shows a perspective exploded view of the base body 2 , with six ball pockets or rolling element pockets 46 being clearly visible.
4 FIG. 13 is an exploded perspective view of an embodiment of a valve rotating device according to the invention with the main body of FIG 2 and 3 represent.
5 shows a base body with a clamp attachment in a sectional view.
6 represents the base body with a clamp attachment in a perspective exploded view.
7 , 8th and 9 show another embodiment of a base body with a clamp attachment in a sectional and exploded view and a perspective view.
10 shows a prior art valve rotator as used between a
11 and 12 show an embodiment of a three-part base body of a valve rotating device which is provided for assembly between a valve stem and a valve spring.
13 and 14 show an embodiment of a two-part base body of a valve rotating device which is provided for assembly between a valve stem and a valve spring.

In den Figuren ist bei allen Elementen mit Ausnahme der schiefen Ebenen und der Ventilfeder nur die Schnittebene selbst dargestellt, wodurch eine klarere Ansicht der rotationssymmetrischen Komponenten erreicht wird.In the figures, for all elements except for the inclined planes and the valve spring, only the sectional plane itself is shown, which provides a clearer view of the rotationally symmetrical components.

Sowohl in den Figuren als auch in der Beschreibung werden gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Komponenten oder Elemente Bezug zu nehmen. Um die Beschreibung knapp zu halten, werden daher nicht alle Elemente in allen Figuren einzeln beschrieben, sofern ihre Funktion bereits in einer vorstehenden Figur beschrieben wurde. Die Bezugszeichenliste wurde beigefügt, um die Beschreibung der Figuren knapper halten zu können.The same or similar reference numbers are used both in the figures and in the description to refer to the same or similar components or elements. Therefore, in order to keep the description concise, not all elements are described individually in all figures if their function has already been described in a preceding figure. The list of reference numbers has been included in order to be able to keep the description of the figures more concise.

In 1 stellt eine Teil-Schnittansicht durch einen Zylinderkopf 52 an der Stelle dar, an welcher ein Ventilschaft 26 oben aus dem Zylinderkopf 52 hinaustritt. Zwischen dem Zylinderkopf 52 und dem Ventilschaft 26 ist eine Ventilschaftführung 54 angeordnet. Direkt auf dem Zylinderkopf 52 liegt eine herkömmliche Ventildrehvorrichtung 86 auf, auf der sich eine Ventilfeder 12 abstützt, die am nicht dargestellten anderen Ende mit einem Ventilschaftende verbunden ist. Die herkömmliche Ventildrehvorrichtung 86 liegt mit dem herkömmlichen ringförmigen gefrästen Grundköper 92 auf dem Zylinderkopf 52 auf. In dem herkömmlichen ringförmigen gefrästen Grundköper 92 sind schiefe Ebenen oder Laufbahnen 42 vorgesehen, über die Wälzelemente 40, die hier als Kugeln dargestellt sind abrollen können. Die Wälzelemente 40 werden durch nicht dargestellte Rückholfedern jeweils an das obere Ende der Schiefe Ebenen bzw. Laufbahnen 42 gedrückt. Oberhalb der Zylinderkopfauflage 8 ist eine Ventilfederlauflage 10 angeordnet auf der die Ventilfeder 12 aufliegt. Zwischen dem herkömmlichen ringförmigen gefrästen Grundköper 92 und der Ventilfederlauflage 10 ist weiter eine Tellerfeder 44 angeordnet, die diese beiden Elemente voneinander weg drückt. Bei einer Betätigung bzw. bei einem Öffnen des Ventils wird zuerst die Ventilfeder 12 zusammengedrückt, bis schließlich die Kraft groß genug wird, um die Tellerfeder 44 zusammenzudrücken. Bei einer Verformung der Tellerfeder 44 hebt diese an der Innenseite von der herkömmlichen ringförmigen gefräste Grundköper 92 ab und kann über die Wälzelemente 40 gegen die Kraft der Rückhohlfedern über die schiefen Ebenen 42 abrollen. Dies bewirkt hier von oben gesehen eine Linksdrehung der Ventilfeder 12. Die Linksdrehung wird über das obere Ende der Ventilfeder 12 über einen Ventilteller und über Keilstücke an den Ventilschaft 26 weitergegeben, was eine Drehung des Ventils bewirkt. Durch diese Drehung kann verhindert werden dass sich Schäden am Ventilsitz oder am Ventilteller an einer Stelle stärker auswirken können.In 1 12 is a partial sectional view through a cylinder head 52 at the point where a valve stem 26 exits the top of the cylinder head 52. FIG. A valve stem guide 54 is arranged between the cylinder head 52 and the valve stem 26 . A conventional valve rotating device 86 rests directly on the cylinder head 52 and supports a valve spring 12 which is connected to a valve stem end at the other end (not shown). The conventional valve rotator 86 rests on the cylinder head 52 with the conventional annular milled body 92 . In the conventional ring-shaped, milled base body 92, inclined planes or raceways 42 are provided, over which rolling elements 40, which are shown here as balls, can roll. The rolling elements 40 are each pressed against the upper end of the inclined planes or raceways 42 by return springs (not shown). Above the cylinder head support 8 there is a valve spring bearing 10 on which the valve spring 12 rests. Between the conventional ring-shaped milled body 92 and the valve spring bearing 10 is further arranged a plate spring 44 which presses these two elements away from one another. When the valve is actuated or opened, the valve spring 12 is first compressed until finally the force becomes large enough to compress the disk spring 44 . When the disk spring 44 is deformed, it lifts off the conventional ring-shaped, milled base body 92 on the inside and can roll over the inclined planes 42 via the rolling elements 40 against the force of the return springs. Seen from above, this causes the valve spring 12 to turn to the left. The left turn is passed on to the valve stem 26 via the upper end of the valve spring 12 via a valve plate and wedge pieces, which causes the valve to rotate. This rotation can prevent damage to the valve seat or the valve plate from having a greater impact at one point.

Bei der 1 liegt der herkömmliche ringförmige gefräste Grundköper 92 fest auf dem Zylinderkopf 52 auf und wird durch die Kraft der Ventilfeder 12 daran gehindert, sich zu drehen. Der herkömmliche gefräste ringförmige Grundköper 92 ist weiter mit einem Kragen oder einem Vorsprung versehen, mit dem der herkömmliche gefräste ringförmige Grundköper 92 und damit die gesamte Ventildrehvorrichtung 86 gegenüber der Ventilschaftführung 54 zentriert wird. Weiterhin ist vorgesehen, dass der herkömmliche gefräste ringförmige Grundköper 92 und die Federlauflage 10 Hinterschneidungen aufweisen, sodass der herkömmliche gefräste ringförmige Grundköper 92 und die Federlauflage 10 verliersicher und gegeneinander verdrehbar miteinander verbunden sind, wodurch ein einfachen Handhaben und Einbauen der herkömmlichen Ventildrehvorrichtung möglich istIn the 1 For example, the conventional annular machined body 92 rests firmly on the cylinder head 52 and is prevented from rotating by the force of the valve spring 12. The conventional machined annular body 92 is further provided with a collar or protrusion for centering the conventional machined annular body 92 and thus the entire valve rotator 86 with respect to the valve stem guide 54 . Furthermore, it is provided that the conventional milled annular base body 92 and the spring race 10 have undercuts, so that the conventional milled annular base body 92 and the spring race 10 are captively connected to each other and can be twisted against each other, making it easy to handle and install the conventional valve rotating device

2 stellt eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen ringförmigen Grundkörper für eine erfindungsgemäße Ventildrehvorrichtung 24 dar. Hier ist ein Blechelement 4 aus dünnem Metallblech so geformt, dass es die obere Oberfläche des Grundkörpers 22 bildet. Unten wird das Blechelement 4 durch das Kunststoffelement 6 abgestützt. Durch den Verbund können Punkt- oder Linienbelastungen die von Wälzkörpern auf die Laufbahn ausgeübt werden aufgenommen werden und auf das darunterliegende Kunststoffelement 6 übertragen werden. Durch diese Konstruktion wird vermieden dass die Punkt- oder Linienbelastungen zu einem Verschleiß der Oberfläche des Kunststoffelements 6 führen können. In dem Verbund kann ein sehr viel dünneres und damit einfacher zu bearbeitendes und kostengünstigeres und leichteres Blechmaterial verwendet werden als im bekannten Stand der Technik. Das dünne Blechmaterial wäre jedoch zu dünn und zu wenig fest um die Kräfte die durch die Kugeln und die Ventilfeder ausgeübt werden selber ohne bleibende Verformung aufzunehmen. Das Blechelement alleine ist jedoch so dünn, dass es alleine ohne das Kunststoffelement keine Betriebsdauer erreicht, für die eine Ventildrehvorrichtung überhaupt in Betracht zu ziehen ist. Das Kunststoffelement 6 ist direkt mit dem Blechelement 4 verbunden und bildet zusammen mit diesem den Grundkörper 22 der stabil genug ist um ein Betriebsdauer in einer Ventildrehvorrichtung zu erreichen die zumindest der Auslegungsbetriebsdauer der Ventile entspricht. Die Abmessungen und das zu wählende Material des Blechelements sind dabei gemäß den Betriebsbedingungen zu wählen. Das Kunststoffelement 6 kann direkt an das Blechelement 4 angespritzt werden. Es ist ebenfalls vorgesehen anstelle eines spritzfähigen Kunststoff ein Duroplast zu verwenden das mit dem Blechelement 4 verbunden wird oder an dem Blechelement 4 angeformt wird, um das Kunststoffelement 6 und mit dem Blechelement 4 zusammen den Grundkörper 22 zu bilden. 2 14 is a sectional view through an inventive annular base for a valve rotator 24 according to the present invention. The sheet metal element 4 is supported by the plastic element 6 at the bottom. Through the bond, point or line loads exerted by rolling bodies on the raceway can be absorbed and transferred to the plastic element 6 underneath. This construction avoids that the point or line loads can lead to wear on the surface of the plastic element 6 . A very much thinner sheet metal material, which is easier to process and more cost-effective and lighter than in the known prior art, can be used in the composite. However, the thin sheet metal would be too thin and not strong enough to absorb the forces exerted by the balls and the valve spring itself without permanent deformation. However, the sheet metal element alone is so thin that without the plastic element it does not achieve a service life for which a valve rotating device is to be considered at all. The plastic element 6 is connected directly to the sheet metal element 4 and together with this forms the base body 22 which is stable enough to achieve an operating life in a valve turning device which at least corresponds to the design operating life of the valves. The dimensions and the material to be selected for the sheet metal element are to be selected according to the operating conditions. The plastic element 6 can be molded directly onto the sheet metal element 4 . Instead of an injectable plastic, it is also provided to use a thermoset which is connected to the sheet metal element 4 or is formed onto the sheet metal element 4 in order to form the plastic element 6 and together with the sheet metal element 4 the base body 22 .

Der Grundkörper 22 der 2 kann anstelle des herkömmlichen Grundkörpers 92 in der Ventildrehvorrichtung der 1 eingesetzt werden.The body 22 of 2 can replace the conventional body 92 in the valve rotator of 1 be used.

3 stellt eine perspektivische Explosionsansicht des Grundkörpers 22 der 2 dar wobei sechs Kugeltaschen bzw. Wälzkörpertaschen 46 klar zu erkennen sind. In den Kugeltaschen bzw. Wälzkörpertaschen 46 sind die geneigten Laufbahn für Wälzkörper / Kugeln 42 zu erkennen., Das Blechelement 4 und das Kunststoffelement 6 weisen eine gemeinsame vollflächigen Kontaktoberfläche auf sodass alle Kräfte die von oben auf das Blechelement 4 ausgeübt werden auf das Kunststoffelement 6 übertagen werden. Es kann vorgesehen sein, dass das Blechelement 4 und das Kunststoffelement 6 durch einen Klebstoff oder durch eine Presspassung zusammengehalten werden. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass Blechelement 4 und das Kunststoffelement 6 durch anspritzen oder anformen des Kunststoffelements 6 an das Blechelement 4 miteinander verbunden werden. Hier ist durch die als Kugeltaschen ausgeführten Wälzkörpertaschen 46 bereits eine Verdrehsicherung des Blechelements 4 gegenüber dem Kunststoffelement 6 gegeben. 3 FIG. 12 shows an exploded perspective view of the base body 22 of FIG 2 is where six ball pockets or rolling element pockets 46 are clearly visible. The inclined raceways for rolling elements/balls 42 can be seen in the ball pockets or rolling element pockets 46. The sheet metal element 4 and the plastic element 6 have a common full-surface contact surface so that all forces exerted on the sheet metal element 4 from above are transmitted to the plastic element 6 become. It can be provided that the sheet metal element 4 and the plastic element 6 are held together by an adhesive or by a press fit. Provision can also be made for sheet metal element 4 and plastic element 6 to be connected to one another by injecting or molding plastic element 6 onto sheet metal element 4 . Here, the rolling element pockets 46 designed as ball pockets already prevent the sheet metal element 4 from rotating relative to the plastic element 6 .

4 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer Ventildrehvorrichtung mit dem Grundkörper 22 der 2 und 3. In der Zeichnung ganz unten ist das Kunststoffelement 6 dargestellt. Oberhalb des Kunststoffelements 6 ist das Blechelement 4 angeordnet, das mit Kugeltaschen bzw. Wälzkörpertaschen 46 versehen ist an deren Grund das Blechelement Laufbahn für Wälzkörper / Kugeln 42 bildet. Durch die Ausführung aus einem Blechmaterial mit einer ausreichenden Festigkeit können alle Kräfte die von Wälzkörpern bzw. Kugeln 40 ausgeübt werden, während der Auslegungsbetriebsdauer im Wesentlichen Verschleißfrei aufgenommen werden. Das Blechelement 4 und das Kunststoffelement 6 bilden zusammen den ringförmiger Grundkörper 22. 4 FIG. 12 shows an exploded perspective view of a valve rotating device with the base body 22 of FIG 2 and 3 . In the drawing at the bottom, the plastic element 6 is shown. The sheet metal element 4 is arranged above the plastic element 6 and is provided with ball pockets or rolling element pockets 46 on the base of which the sheet metal element forms a raceway for rolling elements/balls 42 . Due to the construction from a sheet metal material with sufficient strength, all forces exerted by rolling bodies or balls 40 can be absorbed during the design service life essentially without wear. The sheet metal element 4 and the plastic element 6 together form the annular base body 22.

Oberhalb des Blechelements 4 bzw. des Grundkörpers 22 sind die Kugeln 40, die in dieser Ausführung als Wälzkörper dienen dargestellt. Die Rückstellfedern für die Wälzkörper / Kugeln 48 sind so angeordnet dass die Kugeln bei in Axialrichtung entlasteter Ventildrehvorrichtung die Kugeln (bzw. Wälzkörper) 40 wieder an ein oberes Ende der geneigten Laufbahn für Wälzkörper / Kugeln 42 gedrückt werden. Die Wälzkörper / Kugeln 40 laufen unten auf den geneigten Laufbahnen für Wälzkörper / Kugeln 42 und oben auf einer Unterseite der Tellerfeder 44. Die Funktion bzw. das Zusammenspiel der Tellerfeder 44 und der Wälzköper 40 sowie der geneigten Laufbahnen 42 entspricht dem Stand der Technik wie er in der 1 dargestellt ist.The balls 40, which serve as rolling bodies in this embodiment, are shown above the sheet metal element 4 or the base body 22. The roller/ball return springs 48 are arranged such that when the valve rotator is axially unloaded, the balls are urged back to an upper end of the inclined roller/ball raceway 42 . The rolling elements/balls 40 run below on the inclined raceways for rolling elements/balls 42 and at the top on an underside of the disc spring 44. The function or the interaction of the disc spring 44 and the rolling elements 40 and the inclined raceways 42 corresponds to the prior art as it in the 1 is shown.

Nach oben wird die erfindungsgemäße Ventildrehvorrichtung gemäß der dargestellten ausführungsform durch einen Ventildrehvorrichtungsdeckel bzw. eine Ventilfederauflage 10 abgeschlossen. Ventildrehvorrichtungsdeckel bzw. eine Ventilfederauflage 10 dient einerseits dazu eine definierte Auflagefläche für eine Ventilfeder 12 (nicht dargestellt) bereitzustellen, und andererseits eine definierte Auflage für einen inneren oder äußeren Rand der Tellerfeder 44 bereitzustellen. Es ist ebenfalls vorgesehen, wenn auch nicht dargestellt auch den Ventildrehvorrichtungsdeckel bzw. eine Ventilfederauflage 10 in einer Verbundbauweise herzustellen wobei eine Auflagefläche für die Tellerfeder 44 oder die Auflagefläche für die Tellerfeder 44 und die Ventilfeder 12 mittels eines Blechelements gegen verschleiß geschützt sind während ein Großteil des Ventildrehvorrichtungsdeckels bzw. der Ventilfederauflage 10 aus Kunststoff hergestellt sind.According to the embodiment shown, the valve rotating device according to the invention is closed at the top by a valve rotating device cover or a valve spring support 10 . Valve rotating device cover or a valve spring support 10 serves on the one hand to provide a defined support surface for a valve spring 12 (not shown) and on the other hand to provide a defined support for an inner or outer edge of the disk spring 44 . It is also provided, although not shown, to produce the valve rotating device cover or a valve spring seat 10 in a composite construction, with a bearing surface for the plate spring 44 or the bearing surface for the plate spring 44 and the valve spring 12 being protected against wear by means of a sheet metal element while a large part of the Valve rotating device cover or the valve spring support 10 are made of plastic.

Der Ventildrehvorrichtungsdeckel bzw. eine Ventilfederauflage 10 kann ebenfalls mit einer Art Einzug oder einer Verjüngung versehen sein, durch die der Ventildrehvorrichtungsdeckel bzw. die Ventilfederauflage 10 von außen um den Grundkörper 22 greift sodass die Ventildrehvorrichtung als Verkehrsfähige Einheit zusammenhält, und als solche Transportiert, gehandhabt und montiert werden kann. Dabei ist eine Panzerung oder Verstärkung der Kontaktflächen des Ventildrehvorrichtungsdeckels bzw. der Ventilfederauflage 10 oder des Randes des Kunststoffelements des Grundkörpers 22 explizit nicht vorgesehen, da in einem Eingebauten Zustand der Ventildrehvorrichtungsdeckel bzw. die Ventilfederauflage 10 nicht im Kontakt mit dem Grundköper 22 stehen, und somit kein Verschleiß zwischen dem Ventildrehvorrichtungsdeckel bzw. die Ventilfederauflage 10 und dem Grundköper 22 entstehen kann.The valve rotating device cover or a valve spring support 10 can also be provided with a type of indentation or taper, through which the valve rotating device cover or the valve spring support 10 grips around the base body 22 from the outside so that the valve rotating device is held together as a marketable unit and transported, handled and transported as such can be mounted. Armoring or reinforcement of the contact surfaces of the valve rotating device cover or the valve spring support 10 or the edge of the plastic element of the base body 22 is explicitly not provided, since in an installed state the valve rotating device cover or the valve spring support 10 is not in contact with the base body 22, and thus no wear between the valve rotating device cover or the valve spring support 10 and the base body 22 can occur.

5 zeigt einen Grundkörper mit einer Klemmbefestigung in einer Schnittansicht dar. Hier ist zusätzlich zu den Elementen der 2 das Blechelement 4 mit Metallzungen 32 versehen die in dazu passende Aufnahmeausnehmungen 34 für die Metallzungen an dem Kunststoffelement 6 eingreifen. In einer weiteren Ausführung sind die Metallzungen 32 und die Aufnahmeausnehmungen 34 eingerichtet zusammen eine Schnappverbindung bereitzustellen wobei das Blechelement 4 durch Kraft- bzw. Reibschluss an dem Kunststoffelement befestigt ist. Es ist ebenfalls möglich dass durch die Metallzungen und Aufnahmeelemente eine Verdrehsicherung des Blechelements 4 gegenüber dem Kunststoffelement 6 erreicht wird, was hier jedoch bereits durch die Kugeltaschen 46 und die geneigten Laufbahnen 42 gewährleistet ist., 5 shows a base body with a clamp attachment in a sectional view. Here is in addition to the elements of 2 the sheet metal element 4 is provided with metal tongues 32 which engage in matching receiving recesses 34 for the metal tongues on the plastic element 6 . In a further embodiment, the metal tongues 32 and the receiving recesses 34 are set up together to provide a snap connection, with the sheet metal element 4 being fastened to the plastic element by force or frictional engagement. It is also possible that the metal tongues and receiving elements prevent the sheet metal element 4 from twisting relative to the plastic element 6, but this is already ensured here by the ball pockets 46 and the inclined raceways 42.

6 stellt den Grundkörper 22 mit der Klemmbefestigung mit den Metallzungen 32 und den Aufnahmeausnehmung 34 in einer perspektivischen Explosionsansicht dar. 6 shows the base body 22 with the clamp attachment with the metal tongues 32 and the receiving recess 34 in a perspective exploded view.

Es sollte klar sein, dass eine Schnappverbindung oder Verdrehsicherung auch dadurch realisiert werden kann, dass das Blechelement 4 mit Ausnehmungen versehen wird und das Kunststoffelement 6 mit Vorsprüngen oder Zungen versehen ist die in die Ausnehmungen eingreifen oder unter Eigenspannung mit den Ausnehmungen in Eingriff stehen.It should be clear that a snap connection or anti-twist device can also be implemented by providing the sheet metal element 4 with recesses and the plastic element 6 with projections or tongues which engage in the recesses or engage with the recesses under internal stress.

7, 8 und 9 zeigen eine andere Ausführungsform eines Grundkörpers mit einer Klemmbefestigung in einer Schnitt-, einer Explosions- und einer perspektivischen Ansicht. Der Grundkörper der 7 weist eine umlaufende rillen- bzw. ringförmige und nicht geneigte Lauffläche 36 auf. 7 , 8th and 9 show another embodiment of a base body with a clamp attachment in a sectional view, an exploded view and a perspective view. The basic body of 7 has a circumferential grooved or ring-shaped and non-inclined running surface 36 .

Figur zeigt eine Schnittansicht durch den Grundkörper 22. Abweichend von den vorher gezeigten Ausführungen werden hier keine Kugeltaschen sondern eine umlaufende ringförmige Laufbahn eingesetzt. Hie ist vorgesehen anstelle von klassischen Abrollköpern eine Wurmfeder einzusetzen, die sowohl abrollt und sich beim Abrollen zudem noch verformt. In den in der Einleitung genannten Dokumenten DE 1296914 A1 , US 3537325 A und US 2758583 A werden Ventildrehvorrichtungen genannt, bei denen eine Wurmfeder dazu verwendet wird, eine Drehung in einer Ventildrehvorrichtung zu erzeugen. Dabei wird in die Feder verformt und schiebt ein entsprechendes Ventildrehvorrichtungsdeckelelement in Umfangsrichtung weiter, sodass eine Drehung erzeugt wird. Bei einer Entlastung verhindert eine Reibkraft die zwischen der Tellerfeder und dem Deckel und dem Grundkörper wirkt, dass sich das Ventil wieder zurückdreht. Erst wenn sich die Tellerfeder wieder entspannt, kann sich auch die Wurmfeder entspannen und in ihre Ausgangsform zurückkehren.FIG. 1 shows a sectional view through the base body 22. In contrast to the previously shown embodiments, no ball pockets are used here, but rather a circumferential ring-shaped track. Here, instead of classic rolling bodies, a garter spring is intended to be used, which both rolls and also deforms during rolling. In the documents mentioned in the introduction DE1296914A1 , US 3537325 A and US 2758583A are called valve rotators in which a garter spring is used to generate rotation in a valve rotator. At this time, the spring is deformed and further pushes a corresponding valve rotator cap member in the circumferential direction to generate rotation. When the pressure is relieved, a frictional force acting between the disk spring and the cover and the base body prevents the valve from turning back again. Only when the disk spring relaxes again can the garter spring relax and return to its original shape.

In der Schnittansicht sind Metallzungen 32 zu erkennen die in entsprechende Ausnehmungen 34 eingreifen und somit eine Verdrehsicherung des Blechelements 6 gegenüber dem Kunststoffelement 6 bereitstellen. Die Drehsicherung kann ebenfalls auch anders beispielsweise durch Ausnehmungen an dem Blechelement 6 und entsprechenden Vorsprüngen an dem Kunststoffelement verwirklicht werden.Metal tongues 32 can be seen in the sectional view, which engage in corresponding recesses 34 and thus provide anti-twist protection for sheet metal element 6 with respect to plastic element 6 . The anti-rotation device can also be implemented differently, for example by means of recesses on the sheet metal element 6 and corresponding projections on the plastic element.

Es ist ebenfalls denkbar dass man einen Ventildrehvorrichtungsdeckel ähnlich dem der in der 4 mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist in einer entsprechenden Ausführung herstellt wobei ebenfalls eine Verbundbauweise mit einer Verdrehsicherung zum Einsatz kommen kann.It is also conceivable that a valve rotator cover similar to that in FIG 4 is provided with the reference number 10 in a corresponding embodiment, whereby a composite construction with an anti-twist device can also be used.

Die 8 und 9 zeigen die gleiche Ausführungsform der 7 jeweils in einer Explosionsansicht und in einer perspektivischen Ansicht, wobei die Bezugszeichen jeweils in der Figur dargestellt und erklärt sind. The 8th and 9 show the same embodiment of 7 respectively in an exploded view and in a perspective view, wherein the reference numbers are respectively shown and explained in the figure.

10 zeigt eine Ventildrehvorrichtung des Standes der Technik wie sie zwischen einem Ventilschaft 26 und einer Ventilfeder 12 angeordnet ist und in einen Ventilfederteller integriert ist. Die Ventilfeder liegt unten auf einer entsprechenden Fläche auf dem Zylinderkopf 52 auf. Der Ventilschaft 26 wird in dem Zylinderkopf 52 durch eine Ventilschaftführung 56 geführt. Nahe dem Ende des Ventilschafts 26 ist das Ventil mittels Kegelstücken 30 mit einem gefrästen Grundkörper 92 der Ventildrehvorrichtung verbunden. Hier stehen die Kegelstücke 30 mit einer entsprechenden Kegelfläche des Grundkörpers 92 der Ventildrehvorrichtung in Eingriff. Auch die dargestellte Ausführung einer Ventildrehvorrichtung basiert auf geneigten Laufbanen 42 in einem herkömmlichen gefrästen Grundkörper 92 auf denen Wälzelemente oder Kugeln 40 gegenüber einer Tellerfeder 44 abrollen können. Wenn das Ventil betätigt wird verfirnt sich die Tellerfeder soweit, dass sie nicht mehr auf dem gefrästen Grundkörper 92 aufliegt und die Wälzelemente oder Kugeln 40 die geneigten Laufbahnen 42 in dem gefrästen Grundkörper 92 hinabrollen können und das Ventil von oben gesehen im Uhrzeigersinn drehen können. Das Prinzip ist das gleiche wie in 1 wobei die Ventildrehvorrichtung nicht zwischen der Ventilfeder 12 und dem Zylinderkopf 52 sondern zwischen der Ventilfeder 12 und dem Ventilschaft 26 angeordnet ist. In dieser Bauform ersetzt die Ventildrehvorrichtung den herkömmlichen Ventilfederteller. 10 FIG. 1 shows a prior art valve rotator as interposed between a valve stem 26 and a valve spring 12 and integrated into a valve spring retainer. The valve spring rests on the bottom of a corresponding surface on the cylinder head 52 . The valve stem 26 is guided in the cylinder head 52 by a valve stem guide 56 . Near the end of the valve stem 26, the valve is connected by tapers 30 to a machined body 92 of the valve rotator. Here the cone pieces 30 are in engagement with a corresponding conical surface of the base body 92 of the valve rotating device. The illustrated embodiment of a valve turning device is also based on inclined tracks 42 in a conventional milled base body 92 on which Rolling elements or balls 40 can roll against a disk spring 44 . When the valve is actuated, the disc spring stiffens enough that it no longer bears on the milled body 92 and the rolling elements or balls 40 can roll down the inclined raceways 42 in the milled body 92 and rotate the valve clockwise when viewed from above. The principle is the same as in 1 wherein the valve rotating device is not arranged between the valve spring 12 and the cylinder head 52 but between the valve spring 12 and the valve stem 26 . In this design, the valve rotating device replaces the conventional valve spring retainer.

11 zeigt einen dreiteiligen Grundkörper 22 für eine Ventildrehvorrichtung in Verbundbauweise, wobei ein Blechelement 4 und ein Kunststoffelement 6 miteinander kombiniert sind. Zusätzlich ist der Grundkörper 22 weiter mit einem Metallelement 14 versehen ist, das die Form einer Kegelstumpf-Mantelfläche aufweist. Das Metallelement 14 ist vorgesehen um die Kontaktfläche zu den Keilstücken zu verstärken. Durch die konische Form der Keilstücke wird die Druckbelastung auf die Keilstückanlagefläche so stark erhöht, sodass eine Überlastung eines Kunststoffmaterials erwartet werden muss. Um Schäden an de, Grundkörper zu vermeiden die vor allem an den Kanten der Keilstücke zu erwarten sind, werden diese Bereiche mit dem Metallelement 14 verstärkt. Es ist vorgesehen das Metallelement mit einer Oberflächenstruktur zu versehen die eine besonders gute Verbindung zwischen dem Metallelement 14 und dem Kunststoffelement 6 sicherstellt. Es ist ebenfalls vorgesehen eine Kontaktfläche zwischen dem Metallelement 14 und dem Blechelement 4 vorzusehen, um die Kräfte von den Keilstücken möglichst gleichmäßig auf die Laufbahnen 42 für die Wälzelemente übertragen zu können. Im Wesentlichen stellt der Grundkörper der 11 einen Grundköper dar wie der in den 2 bis 9 dargestellt ist, und der angepasst wurde mit Keilstücken an einem Ventilschaftende 26 befestigt zu werden. Diese Ausführung profitiert besonders von der vorliegenden Erfindung da hier die Bewegte Masse in einen Motor verringert werden kann. Mit dieser Ausführung ist es möglich ohne weitere Änderung die Bewegte Masse in einem Motor zu senken und somit die Vibrationen die beim Betrieb entstehen ebenfalls zu verringern. Ansonsten kann ebenfalls vorgesehen werden die Ausführung der 7 bis 9 mit dem Metallelement 14 zu versehen sodass auch eine Ventildrehvorrichtung die auf einer Wurmfeder basiert zwischen einem Ventilschaft 26 und einer Ventilfeder 12 angebracht werden kann. 11 shows a three-part base body 22 for a valve turning device in composite construction, with a sheet metal element 4 and a plastic element 6 being combined with one another. In addition, the base body 22 is further provided with a metal element 14 which has the shape of a truncated cone lateral surface. The metal element 14 is provided to increase the contact area with the wedge pieces. Due to the conical shape of the wedge pieces, the pressure load on the wedge piece contact surface is increased to such an extent that an overload of a plastic material must be expected. In order to avoid damage to the base body, which is to be expected primarily at the edges of the wedge pieces, these areas are reinforced with the metal element 14 . Provision is made for the metal element to be provided with a surface structure which ensures a particularly good connection between the metal element 14 and the plastic element 6 . Provision is also made for a contact surface to be provided between the metal element 14 and the sheet metal element 4 in order to be able to transmit the forces from the wedge pieces as evenly as possible to the raceways 42 for the rolling elements. Essentially, the body represents the 11 a basic body like that in the 2 until 9 1 and which has been adapted to be secured to a valve stem end 26 with wedges. This embodiment particularly benefits from the present invention since the moving mass in a motor can be reduced here. With this design, it is possible to reduce the moving mass in a motor without any further changes and thus also to reduce the vibrations that occur during operation. Otherwise, the execution of the can also be provided 7 until 9 to be provided with the metal element 14 so that a valve turning device based on a garter spring can also be attached between a valve stem 26 and a valve spring 12 .

12 zeigt die Ausführung von 11 in einer perspektivischen Explosionsansicht. 12 shows the execution of 11 in an exploded perspective view.

Bei den 13 und 14 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der das Blechelement 6 und das Metallelement 14 einstückig geformt sind. Hier kann beispielsweise von einem tiefgezogenen Bauteil mit einem Flanschteil und einem Rohransatz ausgegangen werden. In den Flanschteil oder Flanschabschnitt können die Kugeltaschen bzw. Wälzkörpertaschen 46 eingeprägt oder eingepresst werden und der Rohrteil oder Rohrabschnitt kann durch Aufweiten oder Innendrücken zu einem nach außen kegelförmig auseinanderlaufenden Kegelmantelabschnitt aufgeweitet werden. In einem nächsten Arbeitsgang ist es möglich das Kunststoffelement 4 durch anformen oder anspritzen an dem Blechteil 4 anzubringen. Es ist ebenfalls möglich, zuerst das Blechteil mit einem noch unbearbeiteten Rohrabschnitt in ein entsprechendes Kunststoffteil einzustecken, und dann den Rohrabschnitt in einem zweiten Arbeitsschritt zu einem kegelförmig auseinanderlaufenden Kegelmantelabschnitt aufzuweiten. Hier wird eine Möglichkeit bereitgestellt ein Zweiteiliges Verbundbauteil herzustellen das durch den Einsatz von Kunststoff deutlich leichter hergestellt werden kann als ein herkömmliches Bauteil aus wesentlich stärkerem Blech oder einem gefrästen Bauteil.Both 13 and 14 an embodiment is shown in which the sheet metal element 6 and the metal element 14 are formed in one piece. Here, for example, a deep-drawn component with a flange part and a pipe extension can be assumed. The ball pockets or rolling element pockets 46 can be embossed or pressed into the flange part or flange section and the tube part or tube section can be widened by expanding or internal pressure to form a cone shell section that diverges conically outwards. In a next step, it is possible to attach the plastic element 4 to the sheet metal part 4 by molding or injection molding. It is also possible to first insert the sheet metal part with a still unprocessed pipe section into a corresponding plastic part and then to widen the pipe section in a second working step to form a cone shell section that diverges in the shape of a cone. A possibility is provided here of producing a two-part composite component which, through the use of plastic, can be produced much more easily than a conventional component made of significantly stronger sheet metal or a milled component.

BezugszeichenlisteReference List

22: erfindungsgemäße Ventildrehvorrichtungvalve rotating device according to the invention
44: Blechelementsheet metal element
66: Kunststoffelementplastic element
88th: Zylinderkopfauflage / ZylinderkopfauflageflächeCylinder head support / cylinder head support surface
1010: Ventilfederauflage / VentildrehvorrichtungsdeckelValve Spring Pad / Valve Rotator Cover
1212: Ventilfedervalve spring
1414: Metallelement in Form einer Kegelstumpf-Mantelfläche als KeilstückanlageflächeMetal element in the form of a truncated cone surface as a wedge contact surface
2222: ringförmiger Grundkörperannular body
2626: Ventilschaftvalve stem
3030: Kegelstückecone pieces
3232: Metallzunge an dem Blechelementmetal tongue on the sheet metal element
3434: Aufnahmeausnehmung für die Metallzunge an dem KunststoffelementReceiving recess for the metal tongue on the plastic element
3636: ringförmige und nicht geneigte Laufflächeannular and non-inclined tread
4040: Wälzkörper / Kugelnrolling elements / balls
4242: Laufbahn für Wälzkörper / KugelnRaceway for rolling elements / balls
4444: Tellerfederdisc spring
4646: Kugeltaschen bzw. WälzkörpertaschenBall pockets or rolling element pockets
4848: Rückstellfedern für die Wälzkörper / KugelnReturn springs for the rolling elements / balls
5252: Zylinderkopfcylinder head
5454: Ventilschaftführungvalve stem guide
8686: Herkömmliche VentildrehvorrichtungConventional valve turning device
9292: herkömmlicher ringförmiger gefräster Grundkörperconventional ring-shaped milled body

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US8714184B1 [0002]
US3717133A [0002]
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DE 3401279 A1 [0002]
DE 69602569 T2 [0002]
DE 10015417 A1 [0002]
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US3537325A[0002,0045]
US 2758583 A [0002, 0045]

Claims

Lightweight composite component (22) for a valve rotating device (2), comprising at least one sheet metal element (4) forming a contact surface for a plate spring (44), a rolling element or another component of the valve rotating device (2) or an internal combustion engine, and a plastic element ( 6) which is connected to the sheet metal element (4).

Lightweight composite component for a valve rotator according to US Pat claim 1 , wherein the composite component comprises an annular base body (22), wherein the sheet metal element (4) comprises at least one rolling track or running track, and wherein the at least one rolling track or running track is preferably supported on a rear side by the plastic element (6) present there.

Lightweight composite component for a valve rotator according to US Pat claim 2 wherein 2 to 24 rolling or raceways are provided, and wherein the rolling element raceways are inclined with respect to a radial plane.

Lightweight composite component for a valve rotator according to US Pat claim 3 , The two to 24 rolling or running tracks are designed as ball tracks.

Lightweight composite component for a valve rotator according to US Pat claim 4 , characterized in that the ball tracks are arranged in rolling element pockets (46), in each of which a ball (16) and a tangential spring (20) are arranged, the tangential spring (20) in a rest position holding the ball (16) at an upper point the inclined ball track (18) holds.

Lightweight composite component for a valve rotator according to US Pat claim 5 , characterized in that the ball pockets (46) are formed in the plastic element (6) or that ball pockets (46) are formed both in the sheet metal element (4) and in the plastic element (6) in an adapted manner.

A lightweight composite valve rotator component as claimed in any preceding claim, wherein the sheet metal member (4) further comprises an abutment surface for a disc spring (44).

A lightweight composite component for a valve rotating device according to any one of the preceding claims, wherein the composite component is further provided with a metal ring which forms a contact surface for a valve spring and which is arranged opposite to the sheet metal member (4).

A lightweight composite component for a valve rotator according to any one of the preceding claims, wherein the composite component is further provided with a metal member having the shape of a frustoconical envelope.

Lightweight composite component for a valve rotator according to US Pat claim 9 , wherein the metal element is made in one piece with the sheet metal element (4).

A lightweight composite valve rotator component as claimed in any preceding claim, wherein the shape of the plastic member (6) is optimized by FEM techniques.

A lightweight composite component for a valve rotator according to any preceding claim, wherein the sheet metal member (4) has axially extending structures and the plastics member (6) has axially extending structures adapted to engage with each other in the composite component

A valve rotator comprising at least one lightweight composite component according to any one of the preceding claims.

Internal combustion engine comprising at least one valve rotating device according to Claim 13 .

Motor vehicle with an internal combustion engine according to Claim 14 .