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Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen mit einem Ausgleichstück zum
selbsttätigen Spielausgleich Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilsteuerung
für Brennkraftmaschinen mit einem zwischen einem Kipphebel und dem Ventilschaft
bzw. zwischen einem Kipphebel und einer von der Nockenwelle angetriebenen axial
geführten Stößelstange angeordneten und sich gegenüber diesen Teilen verstellenden
vom Kipphebel axial geführten, senkrecht zur Spielausgleichsrichtung federbelasteten
Ausgleichstück zum selbsttätigen Spielausgleich im Steuermechanismus.
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Bei einer derartigen bekannten Ventilsteuerung ist ein federbelastetes
Ausgleichstück mit einer schiefen Ebene vorgesehen, welches hydraulisch betätigt
wird. Diese Einrichtung bedarf zusätzlich zu dem federbelasteten Ausgleichstück
eines mit Öldruck beaufschlagten, in den Kipphebel genau eingepaßten und auf das
Ausgleichstück einwirkenden Kolbens, wodurch die Einrichtung wesentlich aufwendiger
als die gemäß der Erfindung ausgeführte, mit rein mechanischen Mitteln arbeitende
Einrichtung zum Spielausgleich, ist.
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Es sind weiter Ventilsteuerungen mit einer Einrichtung zum Spielausgleich
bekannt, bei denen das Ausgleichstück entweder als eine exzentrisch am Kipphebel
gelagerte und sich auf den Ventilschaft abstützende kreisförmige Scheibe oder als
Scheibennocken mit spiralförmig verlaufender Auflagefläche ausgebildet ist.
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Diese letztgenannten Ventilsteuerungen arbeiten mit einer reinen Drehbewegung
des Ausgleichstückes, woraus sich der Nachteil ergibt, daß der wirksame Reibradius
zwischen dem Ausgleichstück und dem Ventilschaft einerseits und dem Ausgleichstück
und dem Kipphebel andererseits notwendigerweise stark unterschiedlich ist. In bezug
auf die Reibung des Ausgleichstückes am Kipphebel ist demzufolge die Reibungskraft
zwischen Ausgleichstück und Ventilschaft stark übersetzt, wodurch die Anordnung
sehr empfindlich ist und bereits bei kleinen Veränderungen der Reibungsverhältnisse
versagen muß. Durch diese Empfindlichkeit erfordert die Konstruktion eine besonders
sorgfältige Bearbeitung der Reibflächen und damit einen hohen Fertigungsaufwand,
ohne daß damit der Erfolg absolut sichergestellt werden könnte, da eine genaue Konstanthaltung
der Reibwerte im Betrieb kaum möglich sein dürfte. Es kommt noch hinzu, daß die
Zahl der zu bearbeitenden Flächen vergleichsweise hoch ist.
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Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine Ventilsteuerung
eingangs geschilderter Art zu schaffen, bei der die beschriebene Übersetzung der
Reibungskräfte mit ihrer erhöhten Empfindlichkeit nicht eintritt.
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Die Ventilsteuerung erfährt gemäß der Erfindung dadurch eine wesentliche
Verbesserung, daß der Kipphebel an seiner dem Ventilschaft bzw. der Stößelstange
zugewandten Seite mit einer teilkreiszylindrischen Fläche versehen ist, in welcher
das Ausgleichstück mit einer teilkreiszylindrischen Fläche verschiebbar und im Bereich
eines spitzen Winkels gegen Federkraft aus einer Mittellage verschwenkbar gelagert
ist, die annähernd zusammenfallenden Mittelachsen der teilkreiszylindrischen Flächen
gegenüber einer senkrecht zur Schwingebene des Kipphebels durch die Berührungsstelle
zwischen Ausgleichstück und Ventilschaft bzw. Stößelstange senkrecht zur Ventil-
bzw. Stößelstangenachse gelegten Ebene und dabei annähernd in einer durch die Achse
des Ventilschaftes bzw. der Stößelstange gehenden senkrecht zur Schwingachse gelegten
Ebene liegend, einen spitzen Winkel bilden, und das Ausgleichstück eine mit der
Stirnfläche des Ventilschaftes bzw. der Stößelstange zusammenwirkende an der Berührungsstelle
senkrecht zur Achse des Ventilschaftes bzw. der Stößelstange verlaufende teilkegelförmige
Fläche aufweist, deren wirksamer Radius stets größer ist als der der teilkreiszylindrischen
Fläche.
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Bei der Ausbildung der Einrichtung zum Spielausgleich gemäß der Erfindung
tritt die Übersetzung der Reibungskräfte mit ihrer erhöhten Empfindlichkeit nicht
ein, da sämtliche Ausgleichsbewegungen auf Flächen mit nur wenig unterschiedlichem
Reibradius vollzogen werden. Dieses Radienverhältnis kann ohne Rücksicht auf konstruktive
Belange ganz den gewünschten Kräfteverhältnissen angepaßt werden.
Da
weiter bei der Fertigung nur reine Kreisbögen herzustellen sind, ist die Bearbeitung
wesentlich vereinfacht, was sich bei einer Massenproduktion erheblich auf die Herstellungskosten
auswirkt.
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Nach weiteren Merkmalen der Erfindung fallen die Mittelachsen der
teilkreiszylindrischen Flächen am Kipphebel und der teilkreiszylindrischen Fläche
sowie der teilkegelförmigen Fläche am Ausgleichstück zusammen, und der Kipphebel
. ist in an sich bekannter Weise im Querschnitt U-förmig mit in Richtung zu seiner
Schwingachse weisenden Seitenwänden ausgebildet, und das Ausgleichstück ist zwischen
diesen Seitenwänden mittels einer Klammer mit seiner teilkreiszylindrischen Fläche
in Anlage gegen die teilkreiszylindrische Fläche des Kipphebels gehalten. Die Klammer
ist U-förnnig ausgebildet und mit ihren Schenkeln durch Aussparungen in der Decke
des Kipphebels gesteckt, und die freien Enden der Schenkel sind gegen eingezogene
Flächen des Ausgleichstückes gelegt. Die Länge des Ausgleichstückes ist kürzer als
der Abstand zwischen den Seitenwänden des Kipphebels, und zwischen einer der Seitenwände
und dem Ausgleichstück ist eine Feder angeordnet, welche bestrebt ist, das Ausgleichstück
in Richtung von der mit Bezug zur Mittelachse höheren Seite der teilkonusförmigen
Fläche zur niedrigen Seite derselben zu verschieben.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung
als Beispiel dargestellt. Es zeigt A b b. 1 die Steuerungsteile im senkrechten Schnitt,
A b b. 2 eine .Draufsicht auf den Kipphebel nach Abb.l. A b b. 3 einen Querschnitt
durch das Ende des Kipphebels und des darin gelagerten Ausgleichstückes und A b
b. 4 eine perspektivische Ansicht des Ausgleichstückesmit einem weggeschnittenen
Teilstück. Von der Brennkraftmaschine, an der die Ventilsteuerung Anwendung findet,
ist ein Gehäuseteilstück 10 dargestellt. Die Ventilsteuerung enthält einen
Kipphebel 11, der mit Hilfe eines an der Decke 22 des Kipphebels befestigten
Gewindebolzens 13 mit einer Lagerwelle 12 verbunden ist. Diese liegt in der
zylindrischen Bohrung 14 des Lagerbockes 16 und kann in dieser Bohrung 14 hin- und
herschwingen. Die Schwingebene des Kipphebels ist in A b b. 3 mit 11' bezeichnet.
Der Lagerbock 16 ist beispielsweise mit Hilfe eines Gewindes in das Gehäuseteilstück
10 eingesetzt und besitzt einen Ölkanal 17, der mit einer ölzuführbohrung
18 in Verbindung steht und die Fläche zwischen der Lagerwelle 12 und
der Bohrung 14 schmiert.
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Die Schwingbewegung wird auf den Kipphebel 11 durch eine Stößelstange
19 übertragen, die mit einem abgerundeten Kopf 20 ausgebildet ist, der in
eine entsprechend konkave Einsenkung 21 des Kipphebels eingesetzt ist. In
dieser Einsenkung 21 ist eine Bohrung 23 vorgesehen, durch welche Schmieröl
einfließen kann. Das andere Ende des Kipphebels 11
ist mit einer quer zur
Kippbewegung des Hebels gerichteten teilkreisaylindrischen Fläche 24 ausgestattet,
die zwischen den nach unten gehenden Seitenwänden 26 und 27 des Kipphebels angeordnet
ist. Die teilkreiszylindrische Fläche 24 besitzt eine Neigung, wie sie in A b b.
3 und 4 gezeigt ist. Auf beiden Seiten der teilkreiszylindrischen Fläche 24 befinden
sich Aussparungen 29 und 31, deren Zweck später erläutert wird. Die
Aussparung 29 ist, wie A b b. 2 zeigt, in Draufsicht T-förmig ausgebildet, was dadurch
erreicht wird, daß aus der Decke 22 des Kipphebels eine Zunge 32 nach innen ausgestoßen
ist.
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Das seitlich bewegliche Ausgleichstück 33 ist mit einer oberen teilkreiszylindrischen
Fläche 34 versehen; die mit der teilkreiszylindrischen Fläche 24 des Kipphebels
11 zusammenwirkt. Das Ausgleichstück besitzt ferner (Ab b. 3 und 4)
eine Bohrung 36,
in welcher unter bestimmter Vorspannung eine Feder 37 liegt,
welche das Ausgleichstück33 von der höheren Seite der Fläche 34 in Richtung auf
deren niedrigere Seite zu drücken bestrebt ist. Auf der Unterseite besitzt das Ausgleichstück
33 eine teilkegelförmige Fläche 38, die sich im Bereich der Ebene
11" gegen die Stirnfläche 39 eines Ventilschaftes 41 legt. Dieser
Ventilschaft 41 besitzt einen die Ventilfeder 44 haltenden Federteller
43, der mit Kegelstücken 42 auf dem Ventilschaft gehalten wird. Der teilzylindrische
Teil des Ausgleichstückes 33 wird innerhalb der Grenzen der teilzylindrischen Fläche
24 des Kipphebels mit Hilfe einer U-förmig gebogenen Klammer 46 gehalten,
deren beide Schenkel 47 sich durch die Aussparungen 29 und 31 erstrecken
und eingezogene Flächen 48 des Ausgleichstückes erfassen. Die aus der Decke
22 des Kipphebels ausgestoßene Zunge 32
ist, wie bereits bemerkt, nach
innen gerichtet und stützt sich gegen den einen Schenkel 47 der Klammer
46. Ein Flansch 49 ist von der Oberfläche des Kipphebels nach unten
abgebogen und legt sich gegen den anderen Schenkel 47 der Klammer, der durch die
Aussparung 31 ragt.
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Mit 41' ist in A b b. 1 die Ebene bezeichnet, die senkrecht
zur Schwingebene 11' liegt und in der die Ventilachse liegt.
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In A b b. 3 und 4 ist die Mittellinie 51 der teilkegelförmigen
Fläche 38 des Ausgleichstückes 33 eingetragen. Sie fällt zusammen mit den Mittellinien
der beiden teilkreiszylindrischen Flächen 24 und 34,
die ebenfalls
durch die Linie 51 bezeichnet sind.
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Hieraus geht hervor, daß eine Seitenbewegung des Ausgleichstückes
33 innerhalb der Ausdehnung der teilkreiszylindrischen Fläche 24 das Spiel
aufnimmt, das in Richtung des Ventilschaftes 41 im Steuermechanismus enthalten
sein kann.
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Der die Neigung der Mittellinie 51 der teilkreiszylindrischen
Flächen 24 und 34 des Kipphebels 11
und des Ausgleichstückes
33 bestimmende Winkel a ist derart zu wählen, daß die Neigung, unter dem Einfluß
der ruhenden Reibung einerseits zwischen Ausgleichstück 33 und Kipphebel
11 und andererseits zwischen Ausgleichstück und Ventilschaft 41
bzw.
Stößel 19 eine Schubbewegung des Ausgleichstückes verhindert, jedoch die Schubbewegung
zuläßt, sobald durch ein auftretendes Spiel im Steuermechanismus eine freie Drehung
des Ausgleichstückes auf der teilkreiszylindrischen Fläche 24 des Kipphebels
11 stattfindet.
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Wenn der Kipphebel durch die von der nicht dargestellten Nockenwelle
betätigte Stößelstange 19 betätigt wird, schwingt er auf der Lagerwelle 12
um die Achse A, wodurch die teilkegelförmige Fläche 38
des Ausgleichstückes
33 auf der Stirnfläche 39 des Ventilschaftes 41 bewegt wird.
Das Reibungsmoment, das aus der Reibung zwischen dem Ausgleichstück 33 und
dem Ventilschaft 41 hervorgerufen wird und am Hebelarm R angreift, ist größer
als das Reibungsmoment, das sich aus der Reibung zwischen
dem Ausgleichstück
33 und der teilkreiszylindrischen Fläche 24 ergibt und am Hebelarm r angreift.
Infolgedessen kann sich das Ausgleichstück auf der Fläche 24 drehen und auf
der Stirnfläche 39 des Ventilschaftes 41 abrollen.
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Wenn sich das Ausgleichstück 33 auf der teilkreiszylindrischen Fläche
24 dreht, ändert sich sofort der Reibungskoeffizient an dieser Fläche, indem
er weit unter den der ruhenden Reibung fällt. Infolge der Abnahme der Reibung wird
nun das von der Ventilfeder 41 belastete Ausgleichstück 33 entgegen der Wirkung
der Feder 37 in Richtung der Mittelachse 51 verschoben. Dadurch wird die
gesamte kinematische Kette in der Steuerung verkürzt und ein kleines Spiel geschaffen.
Wenn der Ventilschaft 41 vom Druck entlastet wird, d. h., wenn das Ventil
geschlossen ist, bewirkt die Entspannung der Kräfte in der Ventilsteuerung nach
dem Ventilschluß, daß sich das Ausgleichstück 33 unter dem Druck der Feder 37 wieder
rückwärts bewegt und das vorher geschaffene Spiel aufhebt.
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Die Anordnung ist sehr einfach, und die Einrichtung ist insbesondere
für Massenproduktion gut geeignet, weil nur wenig Toleranzen erforderlich sind.
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Obgleich der Kipphebel in der Ausführungsform aus Stahlblech gepreßt
ist, kann er natürlich aus anderem Material bestehen, z. B. gegossen sein. Das Ausgleichstück
kann auch auf der Stößelseite des Kipphebels liegen.