Die vorliegende Erfindung betrifft eine leichte bzw. gewichtsoptimierte Ventildrehvorrichtung für Tellerventile sowie deren Nutzung in Motoren und Fahrzeugen.

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 (Bl), US3717133 (A) US2003037742 (Al), DE2611777A1, DE273051 Al, DE2757455 (C2), DE2758199 (C2), DE3004320 (C2), DE3401279 (Al), DE69602569 (T2), DE 10015417 (Al). In den vorgenannten Dokumenten werden die Ventile hauptsächlich mit Hilfe von Kugeln und schrägen Laufbahnen gedreht, wobei auch Schraubenfedem und Tellerfedem eingesetzt werden. Aus den Dokumenten DE 1296914 Al, US 3537325 A und US 2758583 A sind Ventilfedem 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.

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.

Dazu stellt die vorliegende Erfindung eine Komponente einer Ventildrehvorrichtung bereit, die leichter ist und billiger hergestellt werden kann.

Dies wird durch den Gegenstand des vorliegenden Anspruchs 1 ermöglicht. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

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. 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 Tellerfedem und Wälzlager in einer Ventildrehvorrichtung eingesetzt werden.

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.

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.

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 Gewichtserspamis 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.

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.

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.

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.

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.

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 Kugel laufbahnen einen Teil eines

Kugellagers bilden, oder die geneigten Kugellaufbahnen dienen als Wälzkörper dazu eine Drehbewegung zu erzeugen.

Bei einer anderen Ausfuhrungsform 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.

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.

Bei einer zusätzlichen Ausführungsform der leichten Verbundkomponente für eine Ventildrehvorrichtung ist das bzw. zumindest ein Blechelement weiter eine Anlagefläche für eine Tellerfeder vorgesehen. Tellerfedem 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.

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 Ventilfedem einen Verschleiß der Ventilfederauflagefläche durch die sich immer leicht bewegenden Ventilfedem 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.

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 einer weiteren Ausführungsform der leichten Verbundkomponente für eine Ventildrehvorrichtung ist das Metallelement einstückig mit dem Blechelement ausgeführt.

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. Es ist ebenfalls vorgesehen den Metallring einstückig mit dem Metallelement auszuführen.

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.

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.

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. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verbrennungsmotor mit einer vorstehend beschriebenen Ventildrehvorrichtung bereitgestellt.

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.

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

Figur 1 zeigt eine Schnittansicht einer herkömmlichen Ventildrehvorrichtung die zwischen einem Zylinderkopf und einer Ventilfeder liegt.

Figur 2 stellt eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen ringförmigen Grundkörper für eine erfindungsgemäße Ventildrehvorrichtung dar.

Figur 3 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des Grundkörpers der Figur 2, wobei sechs Kugeltaschen bzw. Wälzkörpertaschen 46 klar zu erkennen sind.

Figur 4 stellt eine perspektivische Explosionsansicht einer Ausführung einer erfindungsgemäßen Ventildrehvorrichtung mit dem Grundkörper der Figuren 2 und 3 dar.

Figur 5 zeigt einen Grundkörper mit einer Klemmbefestigung in einer Schnittansicht dar.

Figur 6 stellt den Grundkörper mit einer Klemmbefestigung in einer perspektivischen Explosionsansicht dar.

Figuren 7, 8 und 9 zeigen eine andere Ausführungsform eines Grundkörpers mit einer Klemmbefestigung in einer Schnitt- und Explosions- und einer perspektivischen Ansicht.

Figur 10 zeigt eine Ventildrehvorrichtung des Standes der Technik wie sie zwischen einem

Figuren 11 und 12 zeigen eine Ausführungsform eines dreiteiligen Grundkörpers einer Ventildrehvorrichtung der für eine Montage zwischen einem Ventilschaft und einer Ventilfeder vorgesehen ist.

Figuren 13 und 14 zeigen eine Ausführungsform eines zweiteiligen Grundkörpers einer Ventildrehvorrichtung der für eine Montage zwischen einem Ventilschaft und einer Ventilfeder vorgesehen ist. 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.

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 beigefugt, um die Beschreibung der Figuren knapper halten zu können.

In Figur 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 Ventilschaftfuhrung 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 Rückhohlfedem 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.

Bei der Figur 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 Ventilschaftfuhrung 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 ist

Figur 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 Wälzkörpem 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.

Der Grundkörper 22 der Figur 2 kann anstelle des herkömmlichen Grundkörpers 92 in der Ventildrehvorrichtung der Figur 1 eingesetzt werden.

Figur 3 stellt eine perspektivische Explosionsansicht des Grundkörpers 22 der Figur 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.

Figur 4 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer Ventildrehvorrichtung mit dem Grundkörper 22 der Figuren 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 Wälzkörpem 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.

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 Figur 1 dargestellt ist.

Nach oben wird die erfindungsgemäße Ventildrehvorrichtung gemäß der dargest eilten 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.

Der Ventildreh vorrichtungsdeckel 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.

Figur 5 zeigt einen Grundkörper mit einer Klemmbefestigung in einer Schnittansicht dar. Hier ist zusätzlich zu den Elementen der Figur 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.,

Figur 6 stellt den Grundkörper 22 mit der Klemmbefestigung mit den Metallzungen 32 und den Aufnahmeausnehmung 34 in einer perspektivischen Explosionsansicht dar.

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.

Figuren 7, 8 und 9 zeigen eine andere Ausfuhrungsform eines Grundkörpers mit einer Klemmbefestigung in einer Schnitt-, einer Explosions- und einer perspektivischen Ansicht. Der Grundkörper der Figur 7 weist eine umlaufende rillen- bzw. ringförmige und nicht geneigte Lauffläche 36 auf.

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 Abrollköpem eine Wurmfeder einzusetzen, die sowohl abrollt und sich beim Abrollen zudem noch verformt. In den in der Einleitung genannten Dokumenten DE 1296914 Al, 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.

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.

Es ist ebenfalls denkbar dass man einen Ventildrehvorrichtungsdeckel ähnlich dem der in der Figur 4 mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist in einer entsprechenden Ausführung herstellt wobei ebenfalls eine Verbundbauweise mit einer Verdrehsicherung zum Einsatz kommen kann.

Die Figuren 8 und 9 zeigen die gleiche Ausführungsform der Figur 7 jeweils in einer Explosionsansicht und in einer perspektivischen Ansicht, wobei die Bezugszeichen jeweils in der Figur dargestellt und erklärt sind. Figur 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 verfimt 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 Figur 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.

Figur 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 Figur 11 einen Grundköper dar wie der in den Figuren 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 Figuren 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.

Figur 12 zeigt die Ausführung von Figur 11 in einer perspektivischen Explosionsansicht.

Bei den Figuren 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. Bezugszeichenliste

2 erfindungsgemäße Ventildrehvorrichtung

4 Blechelement

6 Kunststoffelement

8 Zylinderkopfauflage / Zylinderkopfauflagefläche

10 Ventilfederauflage / Ventildreh Vorrichtungsdeckel

12 Ventilfeder

14 Metallelement in Form einer Kegelstumpf-Mantelfläche als Keilstückanlagefläche

22 ringförmiger Grundkörper

26 Ventilschaft

30 Kegelstücke

32 Metallzunge an dem Blechelement

34 Aufnahmeausnehmung für die Metallzunge an dem Kunststoffelement

36 ringförmige und nicht geneigte Lauffläche

40 Wälzkörper / Kugeln

42 Laufbahn für Wälzkörper / Kugeln

44 Tellerfeder

46 Kugeltaschen bzw. Wälzkörpertaschen

48 Rückstellfedern für die Wälzkörper / Kugeln

52 Zylinderkopf

54 Ventilschaftführung

86 Herkömmliche Ventildrehvorrichtung

92 herkömmlicher ringförmiger gefräster Grundkörper