DE10222637A1

DE10222637A1 - Spring cap for valve of internal combustion engine has thinly constructed wall with height variation, especially in sector fashion, with openings provided in sections with low mechanical stresses

Info

Publication number: DE10222637A1
Application number: DE2002122637
Authority: DE
Inventors: Lorenz Berchtold; Michael Burghard; Heinz Leiber
Original assignee: LSP GmbH; Tyco Electronics Pretema GmbH
Current assignee: Possehl Electronics Deutschland GmbH; LSP Innovative Automotive Systems GmbH
Priority date: 2002-05-20
Filing date: 2002-05-20
Publication date: 2003-12-11

Abstract

The spring cap (1) for a valve of an internal combustion engine is connected to the valve stem by intermediate components (4), with a valve spring (3) bearing on the edge of the valve plate. The thinly constructed wall of the spring cap has height variation, especially in sector fashion. The sections of the sectors (1a,1b) are differently profiled. Openings (12) are provided in the sections with low mechanical stresses. The spring cap has an inner cone. Adjacent sectors are constructed with a different width.

Description

Die Erfindung betrifft einen Federteller für ein Ventil eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. The invention relates to a spring plate for a valve of an internal combustion engine the features of the preamble of claim 1.

Ein derartiger Federteller ist z. B. aus dem Shell Lexikon Verbrennungsmotor, Folge 76 bekannt. Er ist dickwandig ausgebildet. Such a spring plate is such. B. from the Shell Lexicon internal combustion engine, episode 76 known. It is thick-walled.

Zunehmend wird der Leichtbau im Ventiltrieb eingesetzt um Reibung und damit Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Da die Auslegung unter anderem nach der maximalen Drehzahl und damit der Hubzeit des Ventils gemäß

erfolgt, kann mit der Reduktion der Masse auch die Federkonstante und damit auch Federgewicht reduziert werden. Grobe Orientierung: die effektive Masse mit Ventil beträgt:
1. Rollenschlepphebel m ≍ 80-100 g plus die
2. elektromagnetische Ventilsteuerung m ≍ 80-100 g;
das heißt 6-8 g Gewichtsersparnis, in erster Näherung ca. 10% weniger Reibungsverluste, was im kleinen Drehzahlbereich ca. 0,5% Kraftstoffersparnis ausmacht. Zusätzlich ergibt sich eine Kostenersparnis durch geringeres Gewicht der Ventilfeder. Lightweight construction is increasingly being used in valve train to reduce friction and thus fuel consumption. Since the design according to, among other things, the maximum speed and thus the stroke time of the valve

If the mass is reduced, the spring constant and thus the spring weight can also be reduced. Rough orientation: the effective mass with valve is:
1. Roller rocker arm m ≍ 80-100 g plus die
2. electromagnetic valve control m ≍ 80-100 g;
that means 6-8 g weight savings, in the first approximation approx. 10% less friction losses, which accounts for approx. 0.5% fuel savings in the low speed range. In addition, there is a cost saving due to the lower weight of the valve spring.

Diese Gewichtsreduzierung entspricht dem Potential des Ventiltellers. This reduction in weight corresponds to the potential of the valve disk.

Wie das Shell-Lexikon zeigt, sind die bisherigen Ventilteller dickwandig und relativ schwer, weil sie die außen angreifende Ventilfederkraft nach innen zum Konus und damit Ventilschaft übertragen müssen. Für die Biegekräfte sind entsprechende Widerstandsmomente und damit Querschnitte notwendig. Außerdem erlaubt der Herstellungsprozess (Fließpressen) keine stark unterschiedlichen Wandungen. As the Shell lexicon shows, the previous valve plates are thick-walled and relative heavy, because it acts on the outside of the valve spring force towards the cone and so valve stem have to transfer. Corresponding for the bending forces Resistance moments and thus cross sections are necessary. In addition, the Manufacturing process (extrusion) no very different walls.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde die Masse des Federtellers des Ventiltriebs zu verringern. The invention is based on the object of the mass of the spring plate Reduce valve train.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. This object is solved by the features of claim 1.

Die Wand des Ventiltellers muss die an ihr außen angreifende Kraft der Ventilfeder zum Ventilschaft übertragen. Für die auftretenden Biegekräfte sind entsprechende Widerstandsmomente der Wand notwendig. Diese verlangen entsprechende Querschnitte der Wand; wenn keine anderen Maßnahmen zur Erzeugung der Widerstandsmomente eingesetzt werden. Hier setzt die Erfindung ein, die durch den sektorweisen Höhenversatz der dünn ausgebildeten Wandung einerseits die Gewichtsreduzierung erlaubt, aber andererseits die ausreichende Festigkeit liefert. Diese kann noch dadurch erhöht werden, dass man die versetzten Bereiche bzw. Sektoren mit unterschiedlichen Profilen ausstattet. Die Herstellung dieser so gestalteten Ventilteller kann man durch Einsetzen der Tiefziehtechnik und der Prägetechnik evt. in Verbindung mit der Stanz- und Umformtechnik durchführen. The wall of the valve plate must have the force of the valve spring acting on it transferred to the valve stem. Corresponding for the bending forces that occur Resistance moments of the wall necessary. These require the corresponding Cross sections of the wall; if no other measures to generate the Resistance moments are used. This is where the invention comes in, through the sectoral height offset of the thin wall on the one hand the Weight reduction allowed, but on the other hand provides sufficient strength. This can can be increased by adding the offset areas or sectors with equipped different profiles. The manufacture of this so designed Valve plates can be used by inserting the deep-drawing technique and the embossing technique Carry out connection with punching and forming technology.

Die Unteransprüche enthalten weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Federtellers. The sub-claims contain further refinements of the invention Spring plate.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Federteller ohne Ventilschaft Fig. 1 a spring plate designed according to the invention without valve stem

Fig. 2 den Federteller mit dem Ventilschaft verbunden Fig. 2 connected the spring plate to the valve stem

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Ventiltellers Fig. 3 is a perspective view of the valve plate

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel bei dem die Ventilfeder am Federteller angeschweißt ist Fig. 4 shows an embodiment in which the valve spring is welded to the spring plate

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel mit einer Zwischenlage zwischen Ventilfeder und Federteller Fig. 5 shows an embodiment with an intermediate layer between the valve spring and spring plate

Fig. 6 und 7 eine Vorrichtung, bzw. der Ablauf zum Verbinden des Federtellers mit dem Ventilschaft FIGS. 6 and 7, an apparatus, or the process for connecting the spring retainer to the valve stem

Fig. 1 zeigt einen in Tiefzieh- und Prägetechnik hergestellten, erfindungsgemäßen Federteller 1, der als konusförmiger, dünnwandiger Topf ausgebildet ist. Innen ist der übliche Innenkonus 2 eingesetzt, der schließlich wie Fig. 2 zeigt durch die ballige Ausbildung 5 die axiale Fixierung zwischen Federteller 1 und dem Ventilschaft 4 bewirkt. Der Topf Läuft sektorweise in zwei Ebenen aus, die wie in Fig. 2 eingezeichnet um Δh höhenversetzt sind. Die in Fig. 1 geschnitten gezeichneten Sektoren 1a gehen von dem unteren konusförmigen Topfteil 1c über einen Radius in einen Flansch 6 über, der zur Gewichtsersparnis mit Bohrungen 12 in den spannungsarmen Zonen versehen sein kann. Diese Profilierung der Sektoren 1a bewirkt eine sanfte Überleitung der auftretenden Kräfte und Spannungen auf den Konus 1c. Die Ventilfeder 3 liegt auf dem, durch die in Fig. 2 geschnitten dargestellten Sektoren 1b, gebildeten Flansch auf. Man erkennt, dass diese Sektoren 1b ein anderes Profil 8 aufweisen als die Sektoren 1a. Aus der perspektivischen Darstellung der Fig. 3 ist die sektorweise Ausbildung, der Höhenversatz benachbarter Sektoren 1a und 1b und die unterschiedliche Profilierung der Sektoren 1a und 1b deutlich erkennbar. Die unterschiedliche Profilierung ist auch aus den Prägekanten 8a der Fig. 3 erkennbar. Die verschiedenen Strukturen der Sektoren 1a und 1b können durch FEM (Finite Elemente Methode) hinsichtlich geringen Gewichts optimiert werden. Fig. 1 shows one spring plate prepared in deep-drawing and stamping technique according to the invention 1, which is designed as a cone-shaped, thin-walled pot. The usual inner cone 2 is used on the inside, which finally, as shown in FIG. 2, causes the axial fixation between the spring plate 1 and the valve stem 4 due to the spherical design 5 . The pot runs out sector by sector on two levels, which are offset in height by Δh as shown in FIG. 2. The sectors 1 a shown in section in FIG. 1 pass from the lower conical pot part 1 c over a radius into a flange 6 , which can be provided with bores 12 in the low-stress zones to save weight. This profiling of the sectors 1 a causes a gentle transfer of the forces and tensions to the cone 1 c. The valve spring 3 rests on the flange formed by the sectors 1 b shown in section in FIG. 2. It can be seen that these sectors 1 b have a different profile 8 than the sectors 1 a. The perspective representation of FIG. 3 clearly shows the sector-by-sector formation, the height offset of adjacent sectors 1 a and 1 b and the different profiling of sectors 1 a and 1 b. The different profiling can also be seen from the embossed edges 8 a of FIG. 3. The various structures of sectors 1 a and 1 b can be optimized in terms of low weight using FEM (Finite Element Method).

Die Ventilfeder 3 bewirkt mit ihrer Federkraft FV über den Innenkonus 2 eine Anpresskraft F_S. die schließlich die Verbindung zwischen Federteller 3 und Schaft 4 bewirkt. With its spring force FV, the valve spring 3 effects a contact pressure F _S via the inner cone 2 . which finally causes the connection between the spring plate 3 and the shaft 4 .

Vier abgebogene Lappen 7 im Außenbereich des unteren Flanschs entsprechend Fig. 1 und 3 übernehmen die Zentrierung der Ventilfeder 3. In Fig. 2 sind die Zentrierlappen 7a noch zur Fixierung der Ventilfeder 3 umgebogen. Diese Ausbildung hat neben der Verdrehsicherung der Ventilfeder noch den Vorteil, dass Feder und Federteller eine Montageeinheit bilden, was die Montage vereinfacht. Die Zentrierung der Feder ist auch im Innendurchmesser möglich. Die Zentrierung kann gegebenenfalls auch durch Verformung des Profils 8 erfolgen. Four bent tabs 7 in the outer region of the lower flange according to FIGS. 1 and 3 take over the centering of the valve spring 3 . In Fig. 2, the centering tab 7 a are still bent to fix the valve spring 3 . In addition to securing the valve spring against rotation, this design also has the advantage that the spring and spring plate form an assembly unit, which simplifies assembly. The spring can also be centered on the inside diameter. The centering can optionally also be carried out by deforming the profile 8 .

In Fig. 4 ist die Ventilfeder 3 durch Schweißstellen S mit dem unteren Flansch des Federtellers 1 zur Fixierung der Feder verbunden. In Fig. 4, the valve spring 3 is connected by welding S to the lower flange of the spring plate 1 for fixing the spring.

In Fig. 5 ist auf den unteren Flansch des Federtellers 1 ein Ring 9 aus mechanisch hartem Material aufgebracht, vorzugsweise aufgeschweißt, auf dem die Ventilfeder aufliegt. Natürlich sind auch in den Beispielen der Fig. 4 und 5 auch andere Verbindungstechniken einsetzbar. In Fig. 5, a ring 9 made of mechanically hard material is applied, preferably welded, to the lower flange of the spring plate 1 , on which the valve spring rests. Of course, other connection techniques can also be used in the examples of FIGS. 4 and 5.

Zum Verdrehschutz und zur Zentrierung kann auch die oberste Windung der Ventilfeder eine in die Zwischenräume des unteren durch die Sektoren 1b gebildeten Flanschs passende Profilierung aufweisen. For anti-rotation and for centering the uppermost winding of the valve spring may have a matching in the interstices of the lower flange formed by the sectors b 1 profiling.

Als Material für den Federteller kommen Titan, Titanlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen, sowie Stahl und andere kalt umformbare Materialien in Frage. Die Festigkeit kann durch Kaltverfestigung, bzw. Vergütungsprozesse erhöht werden. Oben wurden äußere Zentrierlappen erwähnt, es sind auch innere Zentrierlappen denkbar. Titanium, titanium alloys, aluminum and Aluminum alloys, as well as steel and other cold-formable materials are possible. The strength can be increased by work hardening or tempering processes. Outer centering tabs were mentioned above, and they are also inner centering tabs conceivable.

Fig. 6 zeigt eine Montageeinheit; bei der die Konusse 2 und 2a in einem Hilfsträger 11 eingeklemmt sind, welcher auf dem Federteller durch federnde Zentrierbolzen 13 geklemmt wird. Der Hilfsträger 11 wird nach der Montage entfernt. Fig. 6 shows an assembly unit; in which the cones 2 and 2 a are clamped in an auxiliary carrier 11 which is clamped on the spring plate by resilient centering bolts 13 . The submount 11 is removed after assembly.

Fig. 7a und 7b zeigen den Montageprozess. Fig. 7a and 7b show the assembly process.

Fig. 7a zeigt rechts die anhand der Fig. 6 beschriebene Montageeinheit 11, die z. B. durch einen Roboter auf den Ventilschaft 4 aufgesetzt ist. Die untere Bildhälfte zeigt die Ventilführung 14, den unteren Federteller 15 und ein Teil des Zylinderkopfes 16. Die rechte Bildhälfte zeigt das Zentrieren auf den Ventilschaft 4 und das Aufsetzen der Feder 3 auf den Federteller 1. Mittels Stempel 17 wird Kraft auf den Federteller 1 ausgeübt und dieser wird wie die linke Bildhälfte zeigt soweit verschoben, bis die ballige Ausbildung 5 der Konusse 2 ungefähr in der Höhe einer Nut 18 im Ventilschaft 4 liegt. Zusätzlich drückt zeitgleich ein innerer Stempel 19 axial auf den Konus 2. Anschließend werden wie in Fig. 7b gezeigt die äußeren Stempel 17 zurückbewegt; diese nehmen den Hilfsträger 11 über bewegliche Rastnasen 20 mit. Der innere Stempel 19 verharrt solange bis die Konusse 2 und 2a in der Nut 18 eingerastet sind. Danach werden auch diese Stempel zurückbewegt. Fig. 7a shows on the right the assembly unit 11 described with reference to FIG . B. is placed by a robot on the valve stem 4 . The lower half of the picture shows the valve guide 14 , the lower spring plate 15 and part of the cylinder head 16 . The right half of the picture shows centering on the valve stem 4 and placement of the spring 3 on the spring plate 1 . Force is exerted on the spring plate 1 by means of a stamp 17 and this is shifted as far as the left half of the figure shows until the crowned design 5 of the cones 2 lies approximately at the level of a groove 18 in the valve stem 4 . In addition, an inner punch 19 presses axially on the cone 2 at the same time. The outer punches 17 are then moved back as shown in FIG. 7b; these take the auxiliary carrier 11 with them via movable locking lugs 20 . The inner punch 19 remains until the cones 2 and 2 a are engaged in the groove 18 . Then these stamps are moved back.

In dieser Kombination dient der neue Federteller 1 nicht nur der Gewichtreduzierung, sondern auch zur Reduzierung der Montagekosten, indem nur noch 1 Teil in der Logistik erfasst und montiert werden muss, anstelle von vier Teilen. In this combination, the new spring plate 1 not only serves to reduce the weight, but also to reduce assembly costs by only having to record and assemble 1 part in logistics instead of four parts.

Claims

1. Spring plate ( 1 ) for a valve of an internal combustion engine, which is connected to the stem ( 4 ) of the valve via intermediate parts ( 2 ) and on the edge of which the valve spring ( 3 ) is supported, characterized in that its thin wall in the outer region in some areas, in particular in sectors ( 1 a, 1 b), is offset in height from one another (Δh).

2. Spring plate according to claim 1, characterized in that the areas, in particular sectors ( 1 a, 1 b) are profiled differently.

3. Spring plate according to claim 1 or 2, characterized in that recesses ( 12 ) are provided in areas with low strength stresses.

4. Spring plate according to one of claims 1 to 3, characterized in that it has an inner cone.

5. Spring plate according to one of claims 1 to 4, characterized in that adjacent areas, in particular sectors ( 1 a, 1 b) are of different widths.

6. Spring plate according to one of claims 1 to 5, characterized in that it is designed in deep-drawing technology.

7. spring plate according to claim 6, characterized in that it additionally by Stamping technology is designed.

8. spring plate according to claim 6 or 7, characterized in that it additionally is designed by punching manufacturing technology.

9. Spring plate according to one of claims 1 to 8, characterized in that the valve spring ( 3 ) is fixed by at least one shape of the spring plate.

10. spring plate according to claim 9, characterized in that it with a special shape is provided, which fixes the valve spring on the inside.

11. Spring plate according to claim 9, characterized in that it with a Special shape is provided, which fixes the valve spring on the outside.

12. Spring plate according to claim 9, characterized in that on at least some of the areas closer to the valve spring, in particular sectors ( 1 a, 1 b) outside centering tabs ( 7 ) for the valve spring ( 3 ) are arranged.

13. Spring divider according to claim 12, characterized in that the centering tab serve to fix the valve spring.

14. Spring plate according to one of claims 1 to 13, characterized in that the spring plate ( 1 ) and the valve spring ( 3 ) are connected to one another to form a unit.

15. Spring plate according to one of claims 1 to 14, characterized in that between the spring plate ( 1 ) and the valve spring ( 3 ) an intermediate layer ( 9 ), in particular an intermediate plate, preferably made of mechanically hard material, is provided.

16. Spring divider according to one of claims 1 to 15, characterized in that the overlying end of the valve spring to fix it and avoid it Twist is profiled.

17. Spring plate according to one of claims 1 to 9, characterized in that bends of the areas, in particular sectors ( 1 a, 1 b) at the ends serve as annular fixations of the valve spring.

18. Spring plate according to one of claims 1 to 17, characterized in that the spring plate is made of steel, titanium or aluminum.

19. Spring plate according to one of claims 1 to 18, characterized in that for its connection to the valve stem ( 4 ) by means of the intermediate parts ( 2 ) a mounting device ( 11 ) which receives the intermediate parts and can be placed thereon is used.

20. Spring plate according to claim 19, characterized in that it is moved for connection against the force of the valve spring ( 3 ) on the valve stem ( 4 ) and the intermediate parts ( 2 ) are pushed onto the stem ( 4 ).