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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.