减重的气门弹簧座的制作方法

本发明涉及一种气门弹簧座，其用于支撑在燃烧发动机的气门致动器中的、作用于换气门的闭锁弹簧的弹簧力，该气门弹簧座具有盘状的基体，其中在该基体中形成有用于使该换气门的气门杆穿过和安装的穿通开口。

本发明还涉及一种用于燃烧发动机的具有上述气门弹簧座的气门致动器。

本发明还涉及一种用于机动车辆的具有至少一个上述气门致动器的燃烧发动机。

此外本发明涉及一种用于制造上述气门弹簧座的方法。

背景技术：

在例如用于机动车辆中的燃烧发动机中，燃料在气缸室中燃烧。经由换气门给气缸室填充新鲜空气和(在适当时)燃料。此外，经由换气门将燃烧气体从气缸室中排出。对此，这些换气门具有气门盘，该气门盘可以封闭气缸室的开口。

经由凸轮轴来致动换气门，该凸轮轴的凸轮对换气门的气门杆施加抵抗闭锁弹簧的力，以便释放该气缸室的开口。随后，闭锁弹簧将换气门移动到该换气门的关闭位置，在该关闭位置气门盘封闭该开口。闭锁弹簧通常被实施为螺旋弹簧，其至少部分地围绕气门杆。

为了提供性能卓越的燃烧发动机，必须使这些换气门高动态地运动。取决于燃烧发动机的类型，发动机转速可以为最大达每分钟10,000转或更多。在一些应用中甚至可以达到超过每分钟20,000转的转速。在常见的四冲程发动机中，每个换气门在此每分钟被致动最多达10,000次。

因此在，燃烧发动机中使换气门高动态地运动。在此，换气门的质量是特别重要的，以便能够实现换气门的期望的运动。换气门的质量越小，燃烧发动机的发动机动力可以越高。此外，在质量小的情况下，能够达到高的最大转速。

换气门的气门杆在上端与气门弹簧座相连，经由该气门弹簧座将闭锁弹簧的力传输到换气门并且反之亦然。例如，气门弹簧座可以用两个夹紧锥体半部被固定在气门杆上。在此，气门弹簧座为闭锁弹簧提供支撑面。在由凸轮轴致动的情况下，气门弹簧座随着换气门对应地运动。

de4301608a1涉及一种用于容纳至少一个气门弹簧的装置，该气门弹簧具有支撑在气门杆上的锥体以及支撑在锥体上的、容纳气门弹簧的、由塑料制成的盘。该锥体形成有支撑该盘的止挡凸缘，从而使得作用于盘壁的力没有超出最大值并且避免了盘发生断裂的危险。

此外，从jp10317926a1中已知了一种气门弹簧座，其用于支撑在燃烧发动机的气门致动器中的、作用于换气门的闭锁弹簧的弹簧力。这些气门弹簧座包括由较低强度的材料制成的加固部分以及布置在加固部分与闭锁弹簧之间的、由较高强度的材料制成的环形的支撑部分。为了在制造和预装配时进行简化，该支撑部分仅以摩擦配合的方式保持在该加固部分。

此外，从jp2000161029a1中已知了一种弹簧保持件，该弹簧保持件是在使用铁基材料的情况下制成的、具有改善了的强度和耐磨性、并且减少了壁厚度和重量。弹簧保持件设置有保持体该保持体具有变细的支撑孔，该支撑孔被支撑在气门挺杆侧；还具有凸缘状的弹簧座部分，该弹簧座部分被设计在该保持体的外周缘部分。保持体的一侧，其能够使气门弹簧与弹簧座部分处于接触并且由该弹簧座部分支撑。保持体和弹簧座部分一体式地由弹簧钢构成，并且形成有金属流线，这些金属流线从保持体向弹簧座部分延伸。

此外，kr20080015224a涉及一种用于汽车的气门弹簧保持件的制造方法。该制造方法包括如下步骤：执行冲压过程，以使气门弹簧保持工件和铝合金(al7075)组合件经受冷锻；在410至450℃的温度下执行2至4小时的软性退火过程，以便在执行冲压过程之后对经冲压的工件执行冷锻过程；在使用压制的情况下对经软性退火的工件进行冷锻，以获得具有期望的形状的工件，并使该工件经历t6热处理过程，以提高该工件的机械特性；以及，在通过冷锻过程和t6热处理过程制造外壳并将cr层沉积在该外壳的表面上(围绕保持件的表面)之后，执行将dlc(类金刚石)层沉积在cr层上的过程。

从us4665869a中已知了由碳纤维增强的塑料制成的气门弹簧座的纤维走向适配于运行中产生的应力。将多个叠置的碳纤维织物层嵌入气门弹簧座中，使得与织物层垂直的锥形开口延伸穿过这些织物层，从而使得将织物层的纬纱和经纱从开口横截面向外挤并且各自延伸过该开口周缘的一部分，并且使得被挤出的纬纱和经纱在开口的边缘区域中所形成的织物层厚度比在远离开口的区域中更大。

技术实现要素：

因此，基于上述现有技术，本发明的基本目的是：给出一种气门弹簧座，其用于支撑在燃烧发动机的气门致动器中的、作用于换气门的闭锁弹簧的弹簧力；一种用于燃烧发动机的具有这样的气门弹簧座；一种用于机动车辆的具有至少一个这样的气门致动器的燃烧发动机；以及一种用于制造这样的、上述类型的气门弹簧座的方法，它们能够实现提供一种轻质且稳定的气门弹簧座，用于在燃烧发动机中动态地使用以提供性能卓越的气门致动器。

根据本发明，该目的通过独立权利要求的特征来实现。在从属权利要求中给出本发明的有利设计方案。

因此，根据本发明提出了一种气门弹簧座，其用于支撑在燃烧发动机的气门致动器中的、作用于换气门的闭锁弹簧的弹簧力，该气门弹簧座具有盘状的基体，其中在该基体中形成有用于使该换气门的气门杆穿过和安装的穿通开口，并且该气门弹簧座具有至少一个空腔。

根据本发明还提出了一种用于燃烧发动机的具有上述气门弹簧座的气门致动器。

根据本发明也提出了一种用于机动车辆的具有至少一个上述气门致动器的燃烧发动机。

此外，根据本发明提出了一种用于制造上述气门弹簧座的方法，其中用于制造该气门弹簧座的方法包括增材制造方法。

因此，本发明的基本想法是：通过设计至少一个空腔来减轻气门弹簧座的重量。以这样的方式来减轻气门弹簧座的重量，即使得气门致动器的被移动的质量整体上减少。由此，可以以提高的动力来使用该气门弹簧座。由此改善了发动机动态特性，并且可以提高燃烧发动机的发动机转速。通过减轻气门弹簧座的重量，还可以以较小的力使用回位弹簧。

可以在使用增材制造方法的情况下来制造该气门弹簧座。增材制造方法可以实现在制造时以高度自由来设计该气门弹簧座。在此，例如可以基于计算机模型来制造该气门弹簧座。对应地，可以以简单的方式来改变该气门弹簧座的构造。

增材制造方法包括借助于化学和/或物理工艺由无定形的材料(例如液体、凝胶/糊剂、粉末等)或中性形状的材料(例如带状材料、线状材料或片状材料)进行制造的所有方法，在这些方法中涂覆无定形的或中性形状的材料，以生产期望的部件。在此，针对具体的成品不需要专门的工具。这样的方法现在例如已知为所谓的3d打印。

增材制造方法能够实现以同一工具制造任意部件。不需要专门的工具，其适配于有待制造的工件的形状，例如铸模。增材制造方法包括粉床方法、自由空间方法、液体材料方法和其他分层构造方法。不同的制造方法例如取决于所使用的材料(例如塑料、金属或陶瓷)来区分。原则上，在制造部件时可以组合不同的增材方法。

借助增材制造方法可以制造任意结构，使得例如不需要旋转对称，如其在转动加工时可获得的。

在燃烧发动机中使用气门弹簧座和气门致动器，以便可以在该燃烧发动机的燃烧室或气缸室中有针对性地执行换气。在此，借助于换气门，气门致动器可以使新鲜空气、在适当时与燃料一起以气体/燃料混合物的形式进入，并且使燃烧气体和/或燃烧残余物从燃烧室排出。

在此，换气门在气门杆上端处与气门弹簧座联接。经由该气门弹簧座，将闭锁弹簧的力传递至换气门并且反之亦然。例如，气门弹簧座可以用两个夹紧锥体半部被固定在气门杆上。在此，气门弹簧座为闭锁弹簧提供支撑面。在由凸轮轴致动的情况下，气门弹簧座随着换气门对应地运动。

在本发明的有利设计方案中，该至少一个空腔被实施成围绕该气门弹簧座的中轴线旋转对称。旋转对称地设计和布置至少一个空腔能够实现至少部分地使用传统的制造方法，例如具有在空腔内侧对空腔进行加工或部分加工的旋转方法、或者对该气门弹簧座的穿通开口进行加工或部分加工。因此，可以简单地将增材制造与传统加工方法组合。

在本发明的有利设计方案中，该至少一个空腔围绕该气门弹簧座的该中轴线环形地布置。环形的空腔优选与气门弹簧座的中轴线同中心地布置。原则上，空腔也可以包括多个单独的环形区段。

在本发明的有利设计方案中，该至少一个空腔具有延伸穿过该空间的至少一个强化元件。该强化元件能够使空腔稳定，从而可以防止气门弹簧座或围绕该空腔的壁弯曲。该至少一个强化元件可以是以不同方式设计的并且被布置在该空腔内。

在本发明的有利设计方案中，该至少一个强化元件被实施为肋条，其中该肋条沿着径向方向延伸穿过该空腔。肋条能够使空腔稳定，从而可以防止气门弹簧座或围绕该空腔的壁弯曲。在此，该至少一个肋条可以呈壁状地延伸过该空腔的整个横截面。替代性地，该至少一个肋条可以呈杆状地延伸穿过该空腔。

在本发明的有利设计方案中，该气门弹簧座具有至少一条或多条通道，经由这些通道该空腔与该气门弹簧座的外侧相连。经由该至少一个通道可以从空腔中移除例如在制造气门弹簧座时沉积在那里的材料。在此，该材料可以涉及在增材加工气门弹簧座时产生的材料残留物、或者还可以涉及在减材加工气门弹簧座时的去除料(abtrag)。

在本发明的有利设计方案中，该方法包括用于减材加工气门弹簧座的附加步骤。因此，在增材制造气门弹簧座时可以去除例如多余的材料。减材加工还可以包括表面加工，以便给气门弹簧座的表面提供期望的特性。因此，尤其在穿通开口的区域中可以值得期望的是，该穿通开口具有特别平坦的表面，以便可以准确地配合位于该穿通开口中的气门杆。在此，减材加工被理解为移除气门弹簧座的材料的任何加工。在此，减材加工可以与增材加工交替地进行，以实现该气门弹簧座的期望的设计。减材方法包括例如切削方法或还有其他非切削方法，例如激光加工。例如可以借助所谓的混合机器将增材方法与减材方法进行组合，这些混合机器例如将激光涂覆焊接或金属粉末涂覆方法与铣削方法组合。在这样的混合机器中进行加工的优点在于：可以通过对气门弹簧座进行唯一一次切削来制造气门弹簧座。由此可以减小可能在制造期间由于再次切削气门弹簧座而产生的误差。

附图说明

下面参照优附图借助优选的示例性地阐释本发明，其中下面所示的特征无论是单独地还是组合地都可以构成本发明的一个方面。

在附图中：

图1：以侧向剖视图示出了一种根据优选的第一实施方式的气门弹簧座的一个区域的图示，该气门弹簧座具有基体和被设计在该基体中的、用于使换气门的气门杆穿过和安装的穿通开口，

图2：以透视图示出了根据图1中的图示的、根据第一实施方式的气门弹簧座的图示，其中相应地以剖面示出了在水平平面和竖直平面中的气门弹簧座，以及

图3：示出了与第一实施方式一致的、具有来自图1的气门弹簧座的气门致动器的透视图。

具体实施方式

图1和2示出了根据优选的第一实施方式的根据本发明的气门弹簧座10。

气门弹簧座10包括盘状的基体12，在该基体中设计有穿通开口14。气门弹簧座10具有空腔16，其被实施成环形的并且围绕基体12的中轴线18同中心地布置。在此，空腔16具有多个肋条20作为强化元件，这些肋条沿着径向方向延伸穿过空腔16。当然可以理解的是，不一定要强制地设置强化元件。这些肋条20呈壁状地延伸过空腔16的整个横截面并将空腔16分成多个腔室22。

此外，在气门弹簧座10中设计有多条通道24，这些通道将空腔20的各个腔室22与气门弹簧座10的外侧相连。

以下解释了第一实施方式的气门弹簧座10的制造。

用于制造气门弹簧座10的方法包括增材制造方法。在此，总体上用增材制造方法来制造气门弹簧座10。

增材制造方法包括一种借助于化学和/或物理工艺由无定形的材料(例如液体、凝胶/糊剂、粉末等)或中性形状的材料(例如带状材料、线状材料或片状材料)进行制造的方法。在此，涂覆无定形的或中性形状的材料，以生产气门弹簧座10。

此外，在制造气门弹簧座10时任选地进行减材加工，以便在对气门弹簧座10进行增材制造时去除例如多余的材料，和/或以便以期望的特性执行对气门弹簧座10的表面加工。减材加工包括切削方法或还有其他非切削方法，例如激光加工。

在此，减材加工可以与增材加工交替地进行，以实现气门弹簧座10的期望的设计。

在此，在加工工序中借助混合机器来制造气门弹簧座10。

在制造时产生的材料随后经由通道24从空腔16被移除。

图3示出了具有根据第一实施方式的气门弹簧座10的气门致动器30的透视图。气门致动器30被实施成用于燃烧发动机。

气门致动器30包括换气门32，该换气门具有气门盘34和气门杆36。此外，气门致动器30包括上述气门弹簧座10。在此，换气门32在其气门杆36的上端处经由固定件38与气门弹簧座10联接。

此外，气门致动器30包括闭锁弹簧40，其被实施为螺旋弹簧并且部分地围绕气门杆36。在此，闭锁弹簧40处于气门弹簧座10与通常固定地被定位的支撑元件42之间，该气门弹簧座为闭锁弹簧40提供支撑面。支撑元件42在此被实施为下部弹簧座。

致动在图3中示出的换气门32是通过凸轮轴44来进行的，该凸轮轴的凸轮46压靠杠杆48，该杠杆进而压靠换气门32的气门杆36。为此，杠杆48固定地支承在一端。此外，还可设想其他传递机构。

在一个替代性实施方式中，凸轮46直接压靠换气门32的气门杆36。

在燃烧发动机中使用气门弹簧座10和气门致动器30，以便在该燃烧发动机的燃烧室或气缸室中有针对性地执行换气。在此，借助于换气门32，气门致动器30可以使新鲜空气、在适当时与燃料一起以气体/燃料混合物的形式进入，并且使燃烧气体和/或燃烧残余物从燃烧室排出。