DE1172915B - Vorrichtung zur Erzeugung einer Dreh-bewegung zwischen zwei sich in axialer Richtung naehernden Teilen - Google Patents

Vorrichtung zur Erzeugung einer Dreh-bewegung zwischen zwei sich in axialer Richtung naehernden Teilen

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DE1172915B
DE1172915B DET16656A DET0016656A DE1172915B DE 1172915 B DE1172915 B DE 1172915B DE T16656 A DET16656 A DE T16656A DE T0016656 A DET0016656 A DE T0016656A DE 1172915 B DE1172915 B DE 1172915B
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DE
Germany
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spring
parts
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axial
coils
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Application number
DET16656A
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English (en)
Inventor
Samuel Harry Norton
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Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Original Assignee
Thompson Ramo Wooldridge Inc
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/32Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for rotating lift valves, e.g. to diminish wear

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Springs (AREA)

Description

  • Vorrichtung zur Erzeugung einer Drehbewegung zwischen zwei sich in axialer Richtung nähernden Teilen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Drehbewegung zwischen zwei unter axialer Belastung sich nähernden Teilen mit in einem axialen Abstand gegenüberliegend angeordneten Flächen, beispielsweise für Ventile von Brennkraftmaschinen, sowie einer zwischen den drehbaren Teilen eingelegten ringförmigen Schraubenfeder, deren Windungen bei axialer Belastung der Teile kippen. Zur Begrenzung der Axialbewegung zwischen den beiden Teilen sind bei dieser bekannten Vorrichtung Anschlagflächen vorgesehen, die eine sehr genaue Bearbeitung der einzelnen Teile erforderlich machen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der obengenannten Art zu schaffen, die einfach und ohne genaue Bearbeitungstoleranzen herstellbar ist und die sich durch längere Haltbarkeit auszeichnet.
  • Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Abmessungen und die Zahl der Windungen der Schraubenfeder derart gewählt sind, daß sich die einzelnen Windungen der Feder beim Kippen zu einem festen Ring aneinanderlegen und so die Axialbewegungen der beiden drehbaren Teile begrenzen, bevor die in einem axialen Abstand voneinander angeordneten Teile sich berühren. Vorzugsweise weisen die Flächen der Teile erste Flächenbereiche auf, zwischen denen die Schraubenfeder angeordnet ist, sowie zweite Flächenbereiche, deren axialer Abstand geringer als der der ersten Flächenbereiche ist, und der erste und zweite Flächenbereich der Flächen eines der Teile ist durch eine konzentrisch zur Schraubenfeder verlaufende Ringfläche verbunden.
  • Da bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung die Axialbewegung der beiden drehbaren Teile ausschließlich durch die beim Kippen der Federwindungen auftretende Sperrwirkung der Feder erreicht wird, entfällt die Anordnung von besonderen Anschlagflächen und es ist dadurch eine wesentlich einfachere und billigere Herstellung sowie Montage der Einzel- , teile der Vorrichtung möglich.
  • Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • F i g. 1 und 2 zeigen als Teildarstellungen eine erfindungsgemäße Ventildrehvorrichtung in ihrer Anwendung bei einer Tellerventilanordnung einerBrennkraftmaschine; F i g. 3 ist ein in größerem Maßstabe gezeichneter Teilschnitt durch die erfindungsgemäße Ventildrehvorrichtung; F i g. 4 und 6 zeigen ein Stück eines waagerechten Schnitts längs der Linie IV-IV nach F i g. 3, bei dem bestimmte Teile in Ansicht dargestellt sind; F i g. 5 und 7 zeigen eine Seitenansicht im wesentlichen längs der Linie V-V in F i g. 3.
  • Die einander axial benachbarten, relativ zueinander drehbaren Teile sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Ventilfederteller 10 und ein Bundteil 11 des Tellerventils eines Verbrennungsmotors. Der Ventilfederteller 10 hat einen zylindrischen Abschnitt 12 mit einer axialen, konischen Bohrung 13, durch die hindurch sich das Ende eines Ventilschaftes 37 erstreckt. Nahe der Oberseite des Ventilfedertellers 10 ist eine ringförmige Schulter 15 mit einer unteren Wand 14 und einer ringförmigen, sich axial erstrekkenden Wand 16 ausgebildet. Von der ringförmigen Schulter 15 aus erstreckt sich radial nach außen ein Flansch 17, der so geformt ist, daß er eine sich verjüngende Stirnwand 18 mit einer ringförmigen konischen Auflagefläche bildet. Die Stirnwand 18 endet in einem axial verlaufenden äußeren Rand 19.
  • Das Bundteil 11 umfaßt einen zylindrischen Abschnitt 21, der sich außerhalb der Stirnwand 18 konzentrisch zu dieser erstreckt. Das Bundteil 11 ist mit einem Flansch 22 versehen, der mit der Seitenwand 21 einen rechten Winkel einschließt. Der Flansch 22 ist zu einem Führungsabschnitt 23 abgewinkelt, der konzentrisch zu dem zylindrischen Abschnitt 12 des Federtellers 10 angeordnet ist.
  • Eine Seite des Flansches 22 bildet eine Ventilfeder-Auflagefläche 24. Die ebene Innenfläche 26 ist in einem axialen Abstand von der Auflagefläche 18 angeordnet und der Innenfläche 27 der Seitenwand 21 benachbart.
  • Zwischen dem Federteller 10 und dem Bundteil 11 ist eine zu einem Ring gebogene Schraubenfeder 28 angeordnet, dessen entgegengesetzte Enden entweder aneinanderliegen oder nur ein kurzes Stück voneinander entfernt sind, so daß sie sich nahezu berühren.
  • Beim Zusammenbau wird der Federteller 10 auf die Feder 28 aufgesetzt und nach unten gedrückt, bis sämtliche Windungen der Feder einem Druck ausgesetzt sind, der annähernd gleich der vorgesehenen axialen Mindestlast ist und z. B. dem normalen Ventilfederdruck entspricht. Gleichzeitig wird der Federteller 10 bei einer linksgängigen Schraubenfeder nach links bzw. bei einer rechtsgängigen Schraubenfeder nach rechts gedreht, bis die Windungen der Feder 28 umkippen. Hierauf wird der Druck vermindert, bis er nur noch etwas größer ist als die vorgesehene kleinste axiale Last, woraufhin der Rand 29 des Bundteils 11 durch Umbördeln über die Oberseite 20 des Federtellers 10 hinweg nach innen gewinkelt wird, bis der Federteller 10 durch die Feder 28 nicht mehr angehoben werden kann. Damit wird beim Zusammenbauen eine Vorspannung aufgebracht. Es ist ersichtlich, daß die Feder 28 die normalen Federkräfte zwischen dem Bundteil 11 und dem Federteller 10 überträgt und die Teile normalerweise gegen relative Drehbewegungen sichert; die Windungen der Feder 28 dienen bei der erfindungsgemäßen Anordnung ; jedoch auch als Anschlag für die Axialbewegung der Teile 10 und 11. Die Feder 28 umfaßt zu diesem Zweck eine vorbestimmte Anzahl von Schraubenwindungen, zwischen denen nur ein geringer Abstand vorhanden ist, wenn die Windungen ihre aufrechte Stellung einnehmen bzw. vor dem auf erhöhte axiale Lasten zurückzuführenden Kippen der Windungen, so daß der Schraubenwinkel der einzelnen Windungen genügend klein ist, um zu ermöglichen, daß die Feder 28 Kräfte quer zur Längsachse der Feder übertragen kann.
  • Wie aus F i g. 3, 5 und 7 ersichtlich, kann die Stirnwand 18 des Federtellers mehrere in geringen Umfangsabständen angeordnete Nuten 50 aufweisen. Jede dieser Nuten hat einen Boden 51 und geneigte Seitenwände 52 und 53. Die Zahl der Nuten entspricht der Zahl der Federwindungen der Feder 28. Wenn die Teile zusammengebaut werden, wird auf den auf die Feder 28 aufgelegten Federteller 10 ein Druck aufgebracht. Die Windungen der Feder 28 werden hierbei in Eingriff mit den entsprechenden Nuten oder Schlitzen 50 in der Auflagefläche 18 gebracht.
  • Bei bereits bekannten Ventildrehvorrichtungen mit einer in der oben beschriebenen Weise angeordneten Schraubenfeder ist ein Anschlag vorgesehen, um die Kippbewegungen der Federwindungen zu begrenzen, denn bei zu großen Kippbewegungen würde die Feder übermäßig beansprucht und könnte beschädigt werden. Beispielsweise könnte man die Fläche 14 der Schulter 15 an dem Federteller 10 in einem vorbestimmten Abstand von der Fläche 26 der Wand 22 des Bundteils 11 anordnen. In diesem Falle würde sich die Fläche 14 an die Fläche 26 anlegen können, um zu große Kippbewegungen der Federwindungen zu verhindern und die Feder gegen Beschädigungen zu sichern.
  • Wenn man bei dieser Anordnung die Kippbewegungen in geeigneter Weise begrenzen will, muß man jedoch die Teile, insbesondere den Federteller 10 und das Bundteil 11, bezüglich des Abstandes zwischen den Flächen 1d und 26 an der Schulter 15 bzw. der Wand 22 innerhalb enger Toleranzen genau herstellen, und solche engen Toleranzen lassen sich nur unter Schwierigkeiten und mit besonderen Kosten einhalten, während andererseits angestrebt wird, das Aggregat so wirtschaftlich wie möglich unter Verwendung von Preßteilen od. dgl. aus Metall herzustellen, die sich für die Massenferti(1 ,ung eignen.
  • Gemäß der Erfindung wird nun ein Anschlagflansch ganz fortgelassen, und die Begrenzung der Kippbewegung erfolgt allein durch die Federwindungen selbst. Wie man insbesondere in F i g. 3 erkennt, erstreckt sich die untere Wand 14 der Schulter 15 nach oben und außen, doch verläuft sie nicht notwendigerweise parallel zu der Fläche 26 des Bundteils 11, und es braucht auch keine vorbestimmte Toleranz für den Abstand zwischen der unteren Fläche 14 und der Fläche 26 eingehalten zu werden. Tatsächlich ist der Abstand zwischen den Flächen 14 und 26 gemäß der Erfindung so bemessen, daß diese Flächen während des Betriebs der Vorrichtung nicht in gegenseitige Berührung kommen.
  • Der Durchmesser des Federdrahtes und die Anzahl der Windungen der Feder 28 werden außerdem genügend groß gewählt, so daß beim Umkippen der Federwindungen die Schrägstellung derselben bewirkt, daß sich die Federwindungen gegenseitig berühren und ein lückenloses Band von zusammenhängenden Federwindungen bilden, die sich dann nur in einem Ausmaß umlegen, das sich nach der durch die Ventilfeder aufgebrachten Kraft richtet.
  • In F i g. 4 und 5 nehmen die Federwindungen ihre aufrechte Stellung ein. In F i g. 6 und 7 sind die Federwindungen gekippt, und man erkennt, daß die Feder in ihrer aus F i g. 6 und 7 ersichtlichen Lage praktisch längs ihrer Innenkante einen »massiven« Körper bildet.
  • Aus F i g. 6 und 7 ist ersichtlich, daß dann, wenn die Windungen 56 gekippt bzw. zusammengedrückt sind, jede einzelne Windung der Feder 28 längs einer ununterbrochenen Linie an einer benachbarten Windung anliegt, und die Windungen 56 auf der Innenseite der Feder 28 in »dichter Packung« angeordnet sind, wenn das Ventil 36 seine in F i g. 2 gezeigte öffnungsstellung einnimmt; denn zwischen den Federwindungen sind Abstände nur längs der Außenkante der Feder vorhanden, die auf die Aufspreizung der Windungen in radialer Richtung nach außen zurückzuführen sind. Um für diesen Fall eine dichte Packung der Windungen 56 der Feder 28 zu gewährleisten, sieht man eine vorbestimmte Zahl von Windungen aus Federdraht von vorbestimmtem Durchmesser vor, und hierbei richtet sich die Zahl der Windungen natürlich nach der Größe des ringförmigen Aufnahmeraums, der durch die Auflagefläche 18, die ebene Innenfläche 26 und die konkave Fläche 27 innerhalb des Federtellers 10 und des Bundteils 11 abgegrenzt wird. Durch geeignete Wahl der Drahtstärke und der Zahl der Windungen kann man das Ausmaß der Schrägstellung der Windungen variieren, bei welcher sich die Windungen während des Zusammendrückens bzw. Umlegens derselben gegenseitig berühren. Das Ausmaß der Schrägstellung der Federwindungen richtet sich natürlich außerdem nach der durch die Ventilfeder 39 aufgebrachten Kraft; wenn man jedoch die Stärke des Federdrahtes und die Zahl der Windungen 56 richtig wählt, wirkt die Feder im zusammengedrückten Zustand wie ein axialer Anschlag, der die relative Axialbewegung der Teile 10 und 11 begrenzt, ohne daß die Fläche 14 der ringförmigen Schulter 15 zusammen mit dem inneren Teil der ebenen Innenfläche 26 des Flansches 22 eine solche Begrenzung der axialen Relativbewegung bewirkt.
  • Wenn das Ventil während des Betriebs der Vorrichtung geschlossen ist (F i g. 1), stehen die Windungen der Feder 28 aufrecht, wie es auch in F i g. 3 bis 5 gezeigt ist. Jede einzelne Federwindung 56 berührt somit gemäß F i g. 3 den Ventilfederteller im Punkte A, das Bundteil 11 im Punkte B und die ebene Innenfläche 26 des Bundteils im Punkte C. Bei dieser Stellung der Teile werden die durch die Ventilfeder 39 aufgebrachten normalen Federkräfte zwischen den Teilen durch die Federwindungen 56 übertragen. Wenn das Tellerventil bestrebt ist, sich in seine Öffnungsstellung nach F i g. 2 zu bewegen, wird eine erhöhte Kraft aufgebracht. Während die Ventilfeder 39 im Verlauf der Öffnungsbewegung des Ventils zusammengedrückt wird, werden die Windungen 56 der Feder 28 einer sich immer mehr vergrößernden Last ausgesetzt, bis die Windungen 56 nach vorn kippen, wie es in F i g. 6 bei A' angedeutet ist, während die Federwindungen gemäß F i g. 7 bei B' zurückgehalten werden. Wenn die Federwindungen bei A' umkippen und sie sich jeweils um den Punkt C (F i g. 7) drehen, wird der Ventilfederteller 10 gedreht. Wenn der Druck der Ventilfeder 39 während der Schließbewegung des Ventils abnimmt, richten sich die Windungen 56 der Feder wieder auf und heben den Federteller 10 wieder in seine ursprüngliche;Lage.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1.. Vorrichtung zum Erzeugen einer Drehbewegung zwischen zwei unter axialer Belastung sich nähernden Teilen mit in einem axialen Abstand gegenüberliegend angeordneten Flächen, z. B. für Ventile von Brennkraftmaschinen, sowie einer zwischen den drehbaren Teilen eingelegten ringförmigen Schraubenfeder, deren Windungen bei axialer Belastung der Teile kippen, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Abmessungen und die Zahl der Windungen (56) der Schraubenfeder (28) derart gewählt sind, daß sich die einzelnen Windungen der Feder beim Kippen zu einem festen Ring aneinanderlegen und so die Axialbewegungen der beiden drehbaren Teile (10, 11) begrenzen, bevor die in einem axialen Abstand voneinander angeordneten Teile sich berühren.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen der Teile (10, 11) erste Flächenbereiche (8, 26) aufweisen, zwischen denen die Schraubenfeder (28) angeordnet ist, sowie zweite Flächenbereiche (14, 26) aufweisen, deren axialer Abstand geringer als der der ersten Flächenbereiche ist und der erste und zweite Flächenbereich (14, 18) der Flächen eines der Teile (10) durch eine konzentrisch zur Schraubenfeder verlaufende Ringfläche (16) verbunden ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1028 384; USA.-Patentschriften Nr. 2 848 985, 2 881745.
DET16656A 1958-05-09 1959-05-08 Vorrichtung zur Erzeugung einer Dreh-bewegung zwischen zwei sich in axialer Richtung naehernden Teilen Pending DE1172915B (de)

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