DE10209026A1 - Ventilbetätigungsvorrichtung mit Stoßdämpfung - Google Patents
Ventilbetätigungsvorrichtung mit StoßdämpfungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ventilbetätigungsvorrichtung, umfassend eine Betätigungsstange (5), die derart gelagert ist, daß sie entlang einer Schiebeachse (X) des Ventils verschoben werden kann, wobei das Ventil eine Spindel (1) mit einem Ende hat, das einem Ende der Betätigungsstange (5) gegenüberliegt, wobei ein elastischer Puffer (9) zwischen zwischen zwei Anlageorganen (8, 10) gelagert ist, die fest mit der Betätigungsstange (5) bzw. der Ventilspindel (1) verbunden sind, wobei mindestens eines der Anlageorgane (8) relativ zu einer Endfläche des Endes, mit dem es fest verbunden ist, zurückgesetzt ist, wobei der elastische Puffer (9) so angeordnet ist, daß er einen direkten Kontakt zwischen den gegenüberliegenden Enden während eines Stauchens des elastischen Puffers (9) ermöglicht, und wobei mindestens eines der Anlageorgane an einer Endfläche des elastischen Puffers (9) anliegt.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilbetätigungsvorrichtung mit Stoß
dämpfung.
Insbesondere aus dem Dokument FR-A-2 792 679 ist eine Ventilbetätigungs
vorrichtung bekannt, die eine Betätigungsstange enthält, die derart gelagert ist,
daß sie entlang einer Schiebeachse des Ventils verschoben werden kann, wobei
die Betätigungsstange ein Ende hat, das dem Ende der Ventilspindel gegenüber
liegt.
Während des Betriebs der Vorrichtung wird die Betätigungsstange durch ein Be
tätigungsorgan alternierend verschoben, um das Öffnen und das Schließen des
Ventils zu steuern. In der Schließstellung des Ventils kommt der Ventilteller durch
eine dazugehörige Rückstellfeder auf dem Ventilsitz zur Auflage, und die Betäti
gungsstange ist in einer relativ zum Ende der Ventilspindel maximal zurück
gezogenen Stellung. In dieser Stellung sind folglich die beiden Enden zueinander
mit einem axialen Spiel beabstandet, das als Ventilsteuerungsspiel bezeichnet
wird. Dieses Spiel ist dazu bestimmt, die Auflage des Ventiltellers auf seinem Sitz
sicherzustellen, und dies trotz möglicher dimensionaler Veränderungen, die dieser
Auflage entgegenwirken können, wobei diese Veränderungen im wesentlichen auf
die Ausdehnung der Teile unter der Wirkung der Temperaturveränderungen wäh
rend des Betriebs des Motors zurückzuführen sind, in dem das Ventil installiert ist.
Um das Öffnen des Ventils zu steuern, wird die Betätigungsstange durch das Be
tätigungsorgan in Richtung des Ventils verschoben, derart, daß die Betätigungs
stange nach der Beseitigung des axialen Spiels mit der Ventilspindel oder mit
einem Zwischenstück, das mit dieser verbunden ist, in Kontakt kommt, wodurch
es zu einem Stoß kommt, der hart sein kann. Der Stoß stellt eine Betriebslärm
quelle und eine Quelle der Beschädigung der Teile dar, die aneinanderstoßen.
Zum Dämpfen der Stöße zwischen zwei beweglichen, mit einem Spiel gelagerten
Elementen sind hydraulische Stößel bekannt, die zwischen den beiden bewegli
chen Elementen angeordnet werden, wobei diese Stößel einen Kolben enthalten,
der verschiebbar in einem Zylinder gelagert ist und durch das Öl des unter Druck
stehenden Schmierölkreislaufes verschoben wird, um den Zwischenraum zwi
schen den beiden beweglichen Elementen auszufüllen. Die hydraulischen Stößel
haben zwar einen hohen Wirkungsgrad, aber ihre nicht unerhebliche Masse
kommt zu der der bewegten Teile hinzu, mit der Gefahr, daß das dynamische
Verhalten der Betätigungsvorrichtung beeinträchtigt wird. Darüber hinaus haben
die hydraulischen Stößel den Nachteil, daß sie kostspielig sind und viel Raum be
anspruchen.
Zum Dämpfen dieser Stöße lehrt das Dokument DE 199 47 848 die Verwendung
eines elastischen Puffers, der Wülste hat, die in Nuten der Betätigungsstange und
der Ventilspindel eingefügt werden und die fest mit der Betätigungsstange bzw.
der Ventilspindel verbundenen Anlageorgane bilden, so daß während der Ver
ringerung des Spiels der elastische Puffer zusammengedrückt wird und die Ge
schwindigkeit des Endes der Betätigungsstange relativ zum Ende des Ventils fort
schreitend verringert. Der Stoß des Endes der Stange auf die Ventilspindel wird
folglich gedämpft, und dies trägt dazu bei, daß der während des Stoßes erzeugte
Lärm reduziert wird.
Um jedoch zu vermeiden, daß die Wülste des elastischen Puffers während des
Betriebs der Betätigungsvorrichtung aus den Nuten heraustreten, ist es erforder
lich, Klemmringe vorzusehen, um den elastischen Puffer im Bereich jeder Wulst
festzuklemmen, und dies führt zu Schwierigkeiten bei der Montage.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung der vorgenannten Art vorgesehen, die
einen elastischen Puffer enthält, der zwischen zwei Anlageorganen gelagert ist,
die fest mit der Betätigungsstange bzw. der Ventilspindel verbunden sind, wobei
mindestens eines der Anlageorgane relativ zu einer Endfläche des Endes, mit
dem es fest verbunden ist, zurückgesetzt ist, wobei der elastische Puffer so ange
ordnet ist, daß er einen direkten Kontakt zwischen den gegenüberliegenden En
den während eines Stauchens des elastischen Puffers ermöglicht, und wobei
mindestens eines der Anlageorgane an einer Endfläche des elastischen Puffers
anliegt.
Während der Montage reicht es folglich aus, den elastischen Puffer und das Anla
georgan aneinanderzusetzen, um einen zufriedenstellenden Wirkungsgrad des
elastischen Puffers zu erhalten.
Gemäß einem vorteilhaften Aspekt hat der elastische Puffer einen zentralen Ka
nal, der einen abgeschlossenen Bereich zwischen dem fest mit der Betätigungs
stange verbundenen Anlageorgan und dem fest mit dem Ventil verbundenen An
lageorgan begrenzt.
Die Minderung des Volumens des abgeschlossenen Bereichs während des Ver
ringerns des Spiels führt daher zu einer Kompression des in dem abgeschlos
senen Bereich enthaltenen Fluids. Diese Kompression verursacht eine zusätzliche
Verlangsamung der Betätigungsstange, wodurch die Intensität des Stoßes im Au
genblick des Kontaktes zwischen der Betätigungsstange und der Ventilspindel
weiter herabgesetzt wird.
Ferner umgibt der abgeschlossene Bereich den Kontaktbereich zwischen den
Elementen, die aneinanderstoßen, und wirkt der Ausbreitung des durch den Stoß
erzeugten Lärms über die Luft entgegen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Studium der folgenden
Beschreibung eines besonderen, die Erfindung nicht einschränkenden Ausfüh
rungsbeispiels unter Bezugnahme auf die einzige Figur deutlich, die einen Teil
längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung zeigt.
Die hier beschriebene Ventilbetätigungsvorrichtung ist dazu bestimmt, ein Ventil
zu betätigen, von dem in der Figur nur die Spindel 1 gezeigt ist.
Auf an sich bekannte Art ist das Ventil entlang einer Achse X verschiebbar gela
gert und wird durch eine Rückstellfeder 2 zurückgezogen, die über einen Feder
teller 3, der mit Hilfe von Keilen 4 fest mit der Spindel 1 verbunden ist, auf die
Ventilspindel 1 einwirkt. Eine Anlagescheibe 10, die üblicherweise als Einstell
plättchen des Ventilsteuerungsspiels bezeichnet wird, ist auf dem Ende der Spin
del 1 angebracht.
Die Betätigungsvorrichtung enthält eine Betätigungsstange 5, von der in der Figur
nur das untere Ende gezeigt ist, das eine ausgebauchte Endfläche hat. Die Betä
tigungsstange 5 ist derart gelagert, daß sie koaxial zur Ventilspindel 1 verschoben
werden kann. Die Betätigungsstange 5 wird durch ein Betätigungsorgan verscho
ben, das eine Feder 6 enthält, die über einen Federteller 7 mit der Betätigungs
stange 5 verbunden ist, wobei der Federteller durch relativ zur Endfläche zurück
gesetzte Keile 8 mit der Betätigungsstange 5 verbunden ist.
Bei der in der Figur gezeigten Stellung liegt der Ventilteller auf seinem Sitz auf,
und die Betätigungsstange 5 ist von der Scheibe 10 um ein axiales Spiel, das in
der Figur mit J bezeichnet ist, beabstandet.
Erfindungsgemäß wird ein elastischer Puffer 9 aus einem Elastomer zwischen den
Keilen 8 und der Scheibe 10 angeordnet. Der elastische Puffer 9 hat einen zylin
drischen Körper 11 mit einem zentralen Kanal 16, der den elastischen Puffer 9
durchsetzt. Der untere Teil des Kanals 16 begrenzt mit der Scheibe 10 eine
Kammer 12 zwischen dem unteren Ende der Betätigungsstange 5 und der Ober
seite der Scheibe 10. An seinem oberen Ende ist der zylindrische Körper 11 mit
einer Kappe 17 aus Metall versehen, deren Seitenwand die Außenfläche des Kör
pers 11 über einen Teil seiner Höhe überdeckt. Die obere Endfläche des elasti
schen Puffers 9 ist daher in Anlage an dem Anlageorgan, das unter Zwischenlage
der Kappe 17 aus den Keilen 8 gebildet ist.
Der elastische Puffer hat an seiner Unterseite einen zum zylindrischen Körper 11
koaxialen Flansch 13, wobei sich die Unterseite des Flansches 13 radial erstreckt,
um die Scheibe 10 zu überdecken. Der Flansch 13 hat eine Umfangsmulde 14,
die mittels Verbindungskanälen 15, von denen in der Figur nur einer gezeigt ist,
mit der Kammer 12 in Verbindung steht. Der Flansch 13 ist mit einer Kappe 18
aus Metall versehen, deren Seitenwand die Außenfläche des Flansches 13 über
deckt. Die untere Endfläche des elastischen Puffers 9 ist daher in Anlage an dem
Anlageorgan, das unter Zwischenlage der Kappe 18 aus der Anlagescheibe 10
gebildet ist.
Die Mulde 14 dient als Sammelbecken für das Schmieröl, das von einem Ab
fließen des Öls entlang der Betätigungsstange 5 stammt. In der in der Figur ge
zeigten Stellung wird das Öl durch die Kanäle 15 geleitet, die an der Unterseite
der Kammer 12 nahe der Scheibe 10 münden.
Vor der Montage hat der zylindrische Körper eine Höhe, die leicht über dem ma
ximalen Abstand zwischen der Anlagefläche der Keile 8 und der gegenüber
liegenden Fläche der Scheibe 10 liegt, und der zentrale Kanal 16 hat einen
Durchmesser, der leicht unter dem Durchmesser der Betätigungsstange 5 liegt.
Während der Montage wird der elastische Puffer mit Kraft auf die Betätigungs
stange 5 aufgepreßt, wodurch ein Herunterfallen oder eine schlechte Positionie
rung des elastischen Puffers während der Positionierung der Betätigungsstange 5
gegenüber der Ventilspindel 1 vermieden werden kann. Nach der Montage ist der
zylindrische Körper 11 leicht zwischen den Keilen 8 und der Scheibe 10 zusam
mengedrückt, derart, daß die Kappen 17, 18 unabhängig von der relativen Entfer
nung zwischen der Betätigungsstange 5 und der Scheibe 10 ständig mit dem ent
sprechenden Anlageorgan in Kontakt bleiben.
Während des Betriebs der Betätigungsvorrichtung wird die Betätigungsstange 5 in
eine Hin- und Herbewegung entlang der Achse X versetzt. Ausgehend von der in
der Figur gezeigten Stellung, die einer Schließstellung des Ventils entspricht, er
gibt sich, während einer Bewegung der Betätigungsstange 5, die darauf gerichtet
ist, das Ventil zu öffnen, zuallererst ein Verringern des Spiels J.
Während des Verringerns des Spiels J wird der elastische Puffer 9 zusammen
gedrückt und widersetzt sich dem Annähern der Betätigungsstange 5 und der
Scheibe 10. Folglich wird die Intensität des Stoßes zwischen den beiden Ele
menten herabgesetzt, wodurch der durch den Stoß erzeugte Lärm gedämpft wer
den kann. Die Kappen 17, 18 verhindern die radiale Ausdehnung der äußeren
Teile des elastischen Puffers 9, die sie überdecken, und tragen so zu einer Er
höhung der axialen Steifigkeit des elastischen Puffers 9 und folglich des Wider
standes bei, den der elastische Puffer 9 seiner Kompression entgegensetzt. Die
Betätigungsstange 5 hat einen Aussteifungseffekt, der dem der Kappen 17, 18
ähnlich ist, indem sie die radiale Ausdehnung des elastischen Puffers 9 nach in
nen in seinem auf die Betätigungsstange 5 aufgepreßten Abschnitt während der
Kompression verhindert.
Während des Verringerns des Spiels J führt die Kompression des elastischen
Puffers 9 ferner zu einer Verminderung des Volumens der Kammer 12, und dies
hat ein Ausstoßen des in der Kammer 12 enthaltenen Öls durch die Verbindungs
kanäle 15 zur Folge. Gleichzeitig verringert sich der Querschnitt der Verbindungs
kanäle 15 aufgrund des Stauchens des elastischen Puffers 9, so daß sich die
Verbindungskanäle 15 dem Durchtritt des Öls widersetzen, wobei der Widerstand
mit der Kompression des elastischen Puffers 9 zunimmt. Dieser Widerstand trägt
ebenso zu einem Abbremsen der Betätigungsstange 5 und folglich zu einer weite
ren Reduzierung der Intensität des Stoßes zwischen der Betätigungsstange 5 und
der Scheibe 10 bei.
Dazu wird angemerkt, daß die ausgebauchte Form der Endfläche der Betäti
gungsstange 5 eine ringförmige Kammer bildet, wenn die Betätigungsstange 5 mit
der Scheibe 10 in Kontakt kommt. Das Öl kann folglich weiterhin ausströmen,
selbst wenn der elastische Puffer nur einen einzigen Kanal 15 hat, der in den
zentralen Kanal 16 mündet. Es wird angemerkt, daß während der Hin- und Her
bewegung der Betätigungsstange 5 Öl in die Kammer 12 gepumpt und an
schließend aus dieser ausgestoßen wird. Das Öl hat folglich nicht nur die Wir
kung, die Intensität des Stoßes der Betätigungsstange 5 auf die Scheibe 10 zu
minimieren, sondern auch den Kontaktbereich zwischen dem Ende der Betäti
gungsstange 5 und der Scheibe 10 zu schmieren. Diese Schmierung ermöglicht
ein Abführen der durch die Stöße erzeugten Wärme durch das Öl und senkt so
die Gefahr einer lokalen Beschädigung der aneinanderstoßenden Teile. In dieser
Hinsicht ermöglicht die ausgebauchte Form des Endabschnittes der Betätigungs
stange ein Abfließen des Öls auf dem kürzesten Weg vom Stoßbereich.
Darüber hinaus bildet die Kammer 12 um den Stoßbereich zwischen dem Ende
der Betätigungsstange 5 und der Scheibe 10 herum einen abgeschlossenen Be
reich mit Schallisolierung, der folglich der Ausbreitung des Stoßlärms über die Luft
entgegenwirkt, und der elastische Puffer 9 trägt zu einer Dämpfung der
Schwingungen der Scheibe 10 bei, die von dem Stoß erzeugt werden, und folglich
zu einem Verringern der Ausbreitung des Stoßlärms durch die Scheibe 10.
In dem hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel ermöglicht die stän
dige Vorspannung des elastischen Puffers 9 den Erhalt einer kontinuierlichen
Verformung des Puffers ohne Stoß, wodurch dessen Dauerfestigkeit beträchtlich
erhöht wird. Darüber hinaus unterliegt der elastische Puffer 9 nicht der Gesamtheit
der Stoßkraft der Betätigungsstange 5, sondern nur dem Bruchteil dieser Kraft,
der zum Zusammendrücken des elastischen Puffers 9 für das Spiel J erforderlich
ist. Während des Betriebs unterliegt der elastische Puffer 9 folglich einer Bean
spruchung, die alternierend zwischen der ursprünglichen Beanspruchung durch
die Vorspannung und einer Druckbeanspruchung mit vorgegebener und be
grenzter Intensität variiert, und dies erweist sich als günstig für das Ermüdungs
verhalten des elastischen Puffers 9.
Die Erfindung ist nicht auf das soeben beschriebene, besondere Ausführungs
beispiel beschränkt, sondern umfaßt vielmehr jede Ausführungsvariante, die im
Schutzumfang der Erfindung, wie er in den Ansprüchen festgelegt ist, liegt.
Obgleich angegeben wurde, daß der elastische Puffer aus einem Elastomer her
gestellt ist, kann man insbesondere jedes verformbare Material verwenden, das
eine Druckfestigkeit aufweist. Dazu wird angemerkt, daß die Vorspannkraft sowie
die auf den elastischen Puffer ausgeübte Kraft vorzugsweise ausreichend gering
gegenüber den Rückstellkräften sind, die von den Federn 2 und 6 ausgeübt wer
den, um nicht das dynamische Verhalten der Betätigungsvorrichtung zu verän
dern.
Auch wenn angegeben wurde, daß die Anlageorgane zur Anlage am elastischen
Puffer im vorliegenden Fall aus den Keilen der Betätigungsstange und der
Scheibe gebildet sind, können die Anlageorgane aus jedem Ansatz oder ange
setzten Teil gebildet sein, das zur Anlage am elastischen Puffer dienen kann.
Obwohl ein elastischer Puffer als rotationssymmetrischer Körper beschrieben
wurde, kann dieser jede durch die Form der Betätigungsstange oder des Ventils
oder durch die Suche nach optimalen Kompressionseigenschaften vorge
schriebene Form haben.
Auch wenn angegeben wurde, daß die Scheibe im vorliegenden Fall gleichzeitig
als Anlageorgan für den elastischen Puffer und als Anschlag für das Ende der
Betätigungsstange gegenüber dem Ventil verwendet wird, können diese beiden
Funktionen getrennt voneinander ausgebildet sein. Bei einer Betätigungs
vorrichtung, die keine Scheibe 10 hat, kann beispielsweise der elastische Puffer
auf dem Federteller 3 zur Anlage kommen, während die Betätigungsstange 5 di
rekt auf der Endfläche der Ventilspindel anstößt. In diesem Fall muß der Kanal 15
in einem Bereich in den zentralen Kanal 16 münden, welcher der Position des
Spiels J entspricht. Um die Verbindung mit dem Kanal 15 zu begünstigen, kann
man in der den Kanal 16 begrenzenden Fläche eine ringförmige Nut vorsehen.
Obwohl angegeben wurde, daß der elastische Puffer mit Kraft auf die Betäti
gungsstange aufgepreßt wird, kann der elastische Puffer auf das Ende des Ventils
aufgepreßt werden oder auch einen zentralen Kanal aufweisen, der nicht auf
eines der vorgenannten Enden aufgepaßt wird. In diesem letzten Fall kann der
elastische Puffer auf einem der beiden Enden mittels einer Lippe gehalten wer
den, die in den zentralen Kanal des elastischen Puffers hineinragt und in einer Nut
des dazugehörigen Endes untergebracht ist. Ferner kann der zentrale Kanal Öff
nungen, wie z. B. Längsschlitze, aufweisen.
Auch wenn angegeben wurde, daß die Kappen 17, 18 aus Metall sind, kann man
diese Kappen aus jedem Material herstellen, das ausreichend steif ist, um die ra
diale Ausdehnung des elastischen Puffers während seines Stauchens zu verhin
dern.
Obgleich angegeben wurde, daß das Öl von einem Abfließen um die Betätigungs
stange herum stammt, um die Mulde zu versorgen, kann man eine Düse des
Schmierölkreises vorsehen, die dazu bestimmt ist, diese Funktion zu überneh
men. Ferner kann man Kanäle vorsehen, die in dem elastischen Puffer ausge
bildet sind und sich entlang des Abschnittes des elastischen Puffers erstrecken,
der auf die Betätigungsstange aufgepreßt ist, um das Öl, das um die Betätigungs
stange herum fließt, direkt in der Kammer 12 aufzufangen.
Claims (10)
1. Ventilbetätigungsvorrichtung, umfassend eine Betätigungsstange (5), die
derart gelagert ist, daß sie entlang einer Schiebeachse (X) des Ventils
verschoben werden kann, wobei das Ventil eine Spindel (1) hat, die ein
Ende hat, das dem Ende der Betätigungsstange (5) gegenüberliegt, wobei
die Vorrichtung einen elastischen Puffer (9) enthält, der zwischen zwei
Anlageorganen (8, 10) gelagert ist, die fest mit der Betätigungsstange (5)
bzw. der Ventilspindel (1) verbunden sind, wobei mindestens eines der
Anlageorgane (8) relativ zu einer Endfläche des Endes, mit dem es fest
verbunden ist, zurückgesetzt ist, und wobei der elastische Puffer (9) so
angeordnet ist, daß er einen direkten Kontakt zwischen den gegenüber
liegenden Enden während eines Stauchens des elastischen Puffers (9)
ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Anlage
organe an einer Endfläche des elastischen Puffers (9) anliegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elasti
sche Puffer (9) einen zentralen Kanal (16) hat, der einen abgeschlos
senen Bereich (12) zwischen dem fest mit der Betätigungsstange (5) ver
bundenen Anlageorgan (8) und dem fest mit dem Ventil verbundenen
Anlageorgan (10) begrenzt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der elastische Puffer (9) auf mindestens einem der Enden der Betäti
gungsstange (5) und der Ventilspindel (1) in Position gehalten wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elasti
sche Puffer (9) dadurch in Position gehalten wird, daß er mit Kraft auf das
Ende aufgepreßt wird.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der elastische Puffer (9) eine Umfangsmulde (14)
und einen Verbindungskanal (15) enthält, der sich zwischen dem zentra
len Kanal (16) und der Mulde (14) erstreckt.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Scheibe (10) zwischen dem elastischen Puffer
(9) und der Ventilspindel (1) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mulde (14) an ein Ende des elastischen Puffers angrenzt, das an
der Scheibe zur Anlage kommt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende
der Betätigungsstange ausgebaucht ist, und der Verbindungskanal (15)
nahe der Scheibe (10) in den zentralen Kanal (16) mündet.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens ein Ende des elastischen Puffers von
einer Kappe (17, 18) umschlossen ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der elastische Puffer (9) in einem komprimierten
Zustand ist, unabhängig von der relativen Entfernung zwischen der Betä
tigungsstange (5) und dem Ventil.
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