Hydraulische Vorrichtung zum Ausgleich des Ventilspiels Die Erfindung betrifft eine hydraulische Vorrichtung zum Ausgleich des Ventilspiels mit einem ihren Druckraum abschliessenden Rückschlagventil. Ihr liegen vollkommen neue und unbekannte Überlegungen zu Grunde, die sich auf Ventile mit minimaler Öffnungszeit beziehen, bei denen während dieser Zeit nur ein, iustationärer Strömungs zustand herrschen kann.
Derartige Vorrichtungen sind seit langem unter Bezeichnungen wie Spielausgleicher, valve lifter oder dgl. bekannt. Sie dienen dazu, das infolge von Wärmedehnungen un vermeidliche Spiel zwischen der Ventilsteue rung und der Ventilspindel auszugleichen. Zu diesem Zweck besitzen die hydraulischen Spielausgleicher einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Druckraum zwischen zwei, die Steuerkraft übertragenden Teilen der Steuer einrichtung.
Die Füllung dieses Druckraumes richtet sich nach dein, jeweiligen Ventilspiel. Während der Kraftübertragung wird ein Teil dieser Flüssigkeit aus dem Druckraum her ausgepresst, so dass bei jedem Hub neue Flüssigkeit in den Druckraum hineingeführt werden muss. Dadurch kann den Änderungen des Ventilspiels leicht gefolgt werden. Die Flüssigkeit wird über ein Rückschlagventil in den Druckraum eingeleitet. Bisher wurden hierfür Kugelrückschlagventile verwendet.
Obwohl bei Ventilsteuerungen, die mit derartigen Ausgleichsvorrichtungen. .ausge- rüstet sind, die Ventilgeräusche wesentlich herabgesetzt werden können, zeigten die damit versehenen Motoren bereits nach kur zer Zeit wesentliche Nachteile; beispielsweise entsprachen die Ventilöffnungszeiten nicht mehr dem eingestellten Wert und der Brenn stoffverbrauch stieg an. Diese Nachteile konnten im wesentlichen nur mit den Spiel- ausgleichern zusammenhängen, deren Le bensdauer zudem meist aussergewöhnlich kurz war.
Deshalb wurden eingehende Unter suchungen eingeleitet, die schliesslich .zu der Erfindung führten.
Es stellte sich hierbei heraus, dass - die wesentliche Fehlerquelle das Kugelrück- schlagventil war. Man muss nämlich berück sichtigen, dass es sich hierbei nicht um ein gewöhnliches Kugelrückschlagventil, wie man es beispielsweise bei Fussballpumpen finden kann, sondern um ein sehr hoch beanspruch tes Teil handelt. Betrachtet man beispiels weise eine Ventilsteuerung, die mit 3000U/min umläuft, so wird das Ventil 50mal in der Sekunde betätigt.
Da das Rückschlagventil nur einen Bruchteil der Umdrehungszeit der Steuerwelle geöffnet sein kann, beträgt die Öffnungszeit des Rückschlagventils etwa 1/20o bis i/300 Sekunde. Geringfügige Verände rungen dieser Öffnungszeit können - auf die Dauer gesehen - der -Grund für verschiedene der genannten Nachteile sein.
Das Verhalten der Kugel des Rückschlag- ventils während der kurzen Öffnungszeit ist sehr komplex. Vereinfacht kann man sagen, dass sich innerhalb dieser kurzen Zeit keine stationäre Strömung ausbilden kann, die eine dem symmetrischen Aufbau des Ventils ent sprechende Form hat.
Die Kugel erhält also im ersten Öffnungsaugenblick einen Impuls in einer Richtung, welche keinesfalls mit der Axialrichtung des Ventils zusammenzufallen braucht. Wenn das Ventil unmittelbar da nach schliesst, wird die Kugel nur in. den seltensten Fällen direkt auf ihren ursprüng- lichen Sitz zurückfallen oder in ihn zurück gedrückt werden.
Sie trifft einen beliebigen Punkt des Ventilsitzes und rollt dann in die Dichtlage. Infolge ihrer Masse rollt sie- aber darüber hinaus, so dass die Kugel kurzfristig um ihre Nullage pendelt. Während dieser Zeit ist das Ventil noch nicht dicht geschlos sen und eine unkontrollierbare Verzögerung der Öffnungszeit des Ventils ist die Folge.
Es kommt aber noch eine weitere Über legung hinzu. Wenn die Achse des Ventils senkrecht steht, wird die statistische Häufig keit, mit der die einzelnen Punkte des Ventil sitzes von der zurückfallenden oder zurück- gedrückten Kugel getroffen werden, etwa gleich gross sein. Der Ventilsitz wird also mehr oder weniger gleichmässig durch das Auf treffen der Kugel beschädigt und verformt.
Wenn die Achse des Ventils dagegen eine Schräglage einnimmt, wird die Kugel ausser von der unsymmetrischen Strömung auch noch von einer Schwerkraftkomponente aus ihrer Mittellage abgelenkt. Die Folge davon ist es, dass einige Stellen des Ventilsitzes mit weitaus grösserer Häufigkeit von der auf treffenden Kugel beschädigt werden als die übrigen Stellen. Der Ventilsitz verformt sich an diesen Punkten besonders stark, so dass schliesslich eine dauernde Undichtigkeit des Ventils daraus resultiert.
Das exzentrische Ausweichen der Kugel wird ausserdem dadurch unterstützt, dass die auf die Kugel wirkende Schliessfeder nicht genau zentral wirkt und dass die Kugel meist - sei es durch die Herstellung, sei es durch den Betrieb -<B>-</B>keine mathematisch genaue Kugelfläche besitzt. Schliesslich muss man noch berücksichtigen, dass bei einer schräg von ihrem Sitz weggestossenen Kugel die Strömung sich auf der einen Seite der Kugel stärker ausbildet als auf der andern und die Kugel noch weiter in eine unsymme trische Lage treibt.
Dadurch können die beschriebenen Vorgänge verstärkt werden.
Diese bisher noch nicht bekannten und berücksichtigten Überlegungen gaben, den Anlass zu der Erfindung. Wenn nämlich das Rückschlagventil zur Vermeidung von un symmetrischen Strömungen und Pendel vorgängen gemäss der Erfindung einen in axialer Richtung geführten Ventilschaft be sitzt, können die durch das Kugelventil her vorgerufenen Nachteile nicht mehr auftreten. Der Ventilteller hat immer die gleiche Be- rührungslinie oder -fläche mit dem Ventilsitz und schliesst deshalb sofort dicht ab.
Die Öffnungszeit des Rüekschlagventils ist da durch genau festgelegt. Weiterhin kann sich keine unsymmetrische Strömung ausbilden, da der Ventilteller eine symmetrische Strö mung durch das Ventil erzwingt. Deshalb sind auch keine Pendelvorgänge mehr mög lich.
Von Vorteil ist es, wenn der Schaft des Ventils in einer an den Ventilsitz anschliessen den Bohrung gleitet, durch welche Flüssig keit in den Druckraum eintritt. Wenn sich beispielsweise der Ventilschaft durch Flügel an der Innenwand der Bohrung abstützt, kann eine gleichmässige Aufteilung der Strö mung bereits in der Bohrung erfolgen. Zu dem verwendet man als Flüssigkeit meistens Öl, so dass die Führung in der Bohrung nahe zu ohne Spiel gleiten kann, weil sie gut ge schmiert ist.
In der nachfolgenden Beschreibung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen Fig. 1 eine .erfindungsgemässe Ausgleichs vorrichtung, welche zwischen Kipphebel und Ventilspindel direkt auf das Ventil aufgesetzt ist, und Fig. 2 eine erfindungsgemässe Ausgleichs vorrichtung, welche dicht oberhalb der Steuerwelle in der Steuereinrichtung angeord net ist.
In Fig. 1 stützt sich an dem üblichen Federteller 1 die Ventilfeder 2 ab. Die Ventil spindel 3 ist mit Hilfe des zweiteiligen koni schen Ringes 4 fest mit dem Federteller 1 ver bunden. Der Kipphebel 5 wird auf beliebige Weise von der Steuerwelle her betätigt. Er wirkt über die Kalotte 6 auf den kolbenarti gen Körper 7. Die Ventilspindel 3 ist weiter hin mit einem zylinderförmigen Körper 8 verbunden, in welchem der kolbenartige Kör per 7 gleitet.
Beide Körper werden durch die Kraft der Feder 9 auseinandergedrückt, so dass zu jedem Zeitpunkt einerseits der Körper 7 mit der Kalotte 6 und anderseits der Körper 8 mit der Spindel 3 in Berührung stehen. Über die Bohrungen 10, 11 und 12 wird in das Innere des kolbenartigen Körpers 7 Öl ge leitet, welches - sobald sich das geführte, durch die Feder 13 an seinen Sitz gedrückte kleine Ventil 14 öffnet - in den Raum 15 dringen kann.
Die Funktion der Vorrichtung beruht nun darauf, dass durch den Druck der Feder 9 der Raum 15 vergrössert und in ihm ein Unter druck erzeugt wird, sobald ein Ventilspiel bei spielsweise zwischen der Kalotte 6 und dem Körper 7 auftreten wollte. Durch den Unter druck wird unter Überwindung der Kraft der Feder 13 Öl in den Raum 15 gesogen.
Wenn nun zur Betätigung der Ventilspindel 3 über diese Ausgleichsvorrichtung eine Steuerkraft geleitet wird, wirkt der mit Öl gefüllte Raum als Übertragungsglied. Bei der Kraftüber tragung wird etwas Öl durch den Spalt zwischen den Körpern 7 und 8 herausgedrückt und kann sich in dem von der Haube 16 ge deckten Raum sammeln. Der Ölverlust er möglicht ein erneutes Ansaugen von Öl aus der Bohrung 12, so dass sich nahezu bei jedem Ventilspiel das kleine Ventil 14 öffnen muss und die Füllung dem jeweiligen Ventilspiel angepasst werden kann.
Der Schaft des Ven tils 14 besitzt Flügel 17, mit denen er sich. an der Innenwand der an den Ventilsitz an schliessenden Bohrung 12 abstützt, in welcher er axial verschiebbar angeordnet ist. Sie er- möglichen einen gleichmässigen Einlauf des Öls. Ausserdem ist ein versetztes Aufprallen des Ventils nicht mehr möglich, so dass nach teilige Pendelerscheinungen vermieden wer den.
In Fig. 2 ist die Ausgleichsvorrichtung in einem festen Gehäuseteil 19 angeordnet. In diesem kann der zylinderförmige Körper 20 gleiten, welcher von unten her durch die Noeke der Steuerwelle betätigt wird. In ihm wiederum gleitet der kolbenartige Körper 21, welcher mit der Kalotte 22 und dem'Steuer- hebel 23 in Berührung steht.
Ein Sprengring 24 verhindert, dass der zylinderförmige Kör per 21 bei fehlendem Widerstand am Ende des Steuerhebels 23 durch die Kraft der Fe der 25 nach oben herausgedrückt wird. Das kleine Ventil 26 des Spielausgleichers, die Feder 27 und der Raum 28 haben die gleiche Funktion wie die entsprechenden Teile im ersten Ausführungsbeispiel. Das Öl wird dies mal über die Bohrung 29 und die Ausneh- mungen 30 und 31 in den Innenraum 32 geleitet,
von wo aus es in die Bohrung 33 im Innern des kolbenartigen Körpers 21 dringen kann. Die Wirkungsweise dieser Ausgleichs einrichtung entspricht genau derjenigen des Beispiels in Fig. 1.
Zu beachten ist, dass die Spielausgleicher trotz ihrer geneigten Lage ohne Schwierig keiten absolut sicher arbeiten. Selbst stärkere Neigungen auch über 90 hinaus würden die Funktion des kleinen Ventils nicht beein- trächtigen. Es empfiehlt sich jedoch, die Vor richtungen nicht stärker als 90 zu neigen, da auf diese Weise eventuell in die Räume 15 bzw. 28 gedrungene Luft selbsttätig nach oben entweichen kann. Im übrigen spielt es keine Rolle, an welcher Stelle der Steuerung die Ausgleichsvorrichtung angeordnet ist.
Neben den gezeigten Anordnungen ist der Einbau beispielsweise direkt in dem Kipp- hebel möglich.