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Sich selbsttätig hydraulisch einstellender Ventilstößel für Kolbenmaschinen
Die Erfindung betrifft einen sich selbsttätig hydraulisch einstellenden Ventilstößel
für Kolbenmaschinen. Er besteht .aus zwei längsverschiebbar ineinandergeführten
Teilen, die zwischen sich einen Druckraum einschließen. Der Druckraum ist durch
ein Rückschlagventil mit einem in dem einen der beiden Stößelteile untergebrachten
Vorraum verbunden, der seinerseits über Bohrungen mit Drucköl aus dem Schmierölkreislauf
beaufschlagt wird. Der Druckraum befindet sich dabei auf der Seite des Ventilstößels,
die dem den Ventilstößelhub bewirkenden Nocken zugewandt ist. Er weist eine Leckbohrung
auf, die aus ihm nach außerhalb des Ventilstößels führt.
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Die Wirkung derartiger Ventilstößel besteht darin, daß die den Ventilstößel
bildenden ineinandergeführten Teile zwischen Steuernocken einerseits und Ventilstange
andererseits gegeneinander längsverschiebbar eingeschaltet sind. Das eine der beiden
Stößelteile arbeitet dabei mit dem Steuernocken und das andere mit der Ventilstange
zusammen. Die selbsttätige hydraulische Einstellung derartiger Ventilstößel in der
Art, daß ein Ventilspiel Null erreicht wird, wird dadurch herbeigeführt, daß zwischen
die beiden Stößelteile Öl aus dem Schmiermittelkreislauf der Maschine eingeführt
wird. Das unter dem Schmieröldruck stehende Öl gelangt über ein Rückschlagventil
aus dem Vorraum in den Druckraum und drückt die beiden Stößelteile so weit auseinander,
daß sie ohne Spiel gegen den Steuernocken einerseits und die Ventilstange andererseits
anliegen. Wenn der von diesen beiden Teilen eingeschlossene Druckraum vollständig
mit Öl ausgefüllt ist; ergibt sich praktisch ein Ventilstößel, der eine starre Kupplung
zwischen Steuernocken und Ventilstange herstellt, aber jederzeit in der Lage ist,
ein im Ventilgestänge entstehendes Spiel auszugleichen.
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Solche Ventilstößel sind seit längerer Zeit bekannt, doch konnten
sie in die Praxis keinen Eingang finden, da sie bereits nach kurzer Betriebsdauer
unbrauchbar geworden sind. Ein Grund dafür ist darin zu sehen, daß das aus dem Schmierölkreislauf
beispielsweise einer Verbrennungsmaschine stammende Öl immer irgendwelche Schmutzteilchen
(z. B. Ölkohle, Abrieb od. dgl.) mit sich führt und daß dieses Öl praktisch niemals
gasfrei ist, sondern immer eine bestimmte Menge Luft enthält. Die Beschreibung der
Funktion eines derartigen Stößels zeigt, daß die beiden gegeneinanderbeweglichen
Teile, die den Stößel bilden, leicht gegeneinander verschiebbar sein müssen, damit
sie tatsächlich jederzeit ein auftretendes Spiel ausgleichen können. Gleichzeitig
sollen sie jedoch möglichst exakt gegeneinander abgedichtet sein, um zu verhindern,
daß in dem Druckraum größere Ölverluste auftreten. Bei den bisher bekanntgewordenen
Stößelausführungen hat man dementsprechend das Spiel zwischen den beiden Stößelteilen
so gewählt, daß eine gute Verschiebbarkeit bei ausreichend guter Dichtung vorhanden
ist. Die Funktionsfähigkeit derartiger Stößel ist daran gescheitert, daß sich die
im Schmieröl mitgeführten mechanischen Schmutzteilchen in dem engen Spalt zwischen
den beiden Teilen festsetzten und so die gegenseitige Verschiebbarkeit der beiden
Teile blockierten.
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Man hat deshalb schon Ventilstößel vorgeschlagen, bei denen zwischen
den beiden Teilen ein größeres Spiel vorgesehen worden ist. Um hier ein Austreten
des Öles zwischen den beiden Teilen zu verhindern, hat man Dichtungselemente vorgesehen.
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Derartige Stößel haben deshalb nicht befriedigt, weil durch die vollständige
Abdichtung des Druckraumes die in dem Öl enthaltene Luft nicht mehr aus dem Druckraum
entweichen konnte. Die mit dem Schmieröl in den Druckraum eintretende Luftmenge
hat schon nach kurzer Betriebsdauer ein solches Volumen angenommen, daß eine starre
Verbindung zwischen Steuernocken und Ventilstange nicht mehr gewährleistet war.
Infolge der Nachgiebigkeit der Luft wurde das Ventil nicht mehr ganz geöffnet.
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Man hat deshalb weiter vorgeschlagen, Leckbohrungen vorzusehen, die
aus dem Druckraum nach außerhalb des Ventilstößels führen. Da der Durchmesser der
Leckbohrung aus Fertigungsgründen nicht so klein ausgeführt werden konnte, daß zwar
alle Luft, aber nur so viel Öl aus dem Druckraum ausströmen kann, daß die Betriebsfähigkeit
des Ventilstößels gewährleistet ist, hat man vor die Leckölbohrung eine Drosselstrecke
in Form eines engen Spaltes angeordnet. Hier besteht aber wiederum die Gefahr, daß
sich der enge Spalt durch die im Schmieröl
enthaltenen Schmutzteilchen
zusetzt. Wenn kein Öl aus dem Druckraum mehr nach außen treten kann, ist neben der
Gefahr der Nachgiebigkeit des Stößels ein Längenausgleich dann nicht möglich, wenn
sich die Ventilstange infolge Erwärmung ausdehnt. Dazu muß nämlich die Ölmenge in
dem Druckraum verringert werden. Ein Längenausgleich dieser Art ist aber unbedingt
notwendig, da sonst das Maschinenventil nicht mehr ganz schließt und es infolgedessen
durch die heißen austretenden Verbrennungsgase zerstört wird.
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Die vorliegende Erfindung behebt diese Nachteile und schafft einen
Ventilstößel, dessen Funktionsfähigkeit praktisch dauernd erhalten bleibt. Erfindungsgemäß
geschieht dies dadurch, daß die Leckbohrung sich in der dem Nocken zugewandten Stirnseite
des Stößels befindet und dort so angeordnet ist, daß sie von dem umlaufenden Nocken
gedrosselt ist. Der Durchmesser der Leckölbohrung ist dabei so bemessen, daß eine
wirksame Drosselung durch den Nocken eintritt und die im Öl enthaltenen Schmutzteilchen
durch die Bohrung hindurchgespült werden können.
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Eine Drosselung der Leckölbohrung findet dabei nicht über den ganzen
Umfang des Nockens statt, vielmehr ist während einer Phase des Nockenumlaufs die
Leckölbohrung nicht gedrosselt. Während dieser kurzen Zeitspanne kann vermehrt Öl
aus dem Druckraum austreten, der Leckölsfrom wird danach aber durch den sich weiterdrehenden
Nocken sofort wieder gedrosselt. Dadurch entstehen Druckwellen, die einer Verstopfung
der Leckölbohrung zusätzlich entgegenwirken.
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Eine ganz besonders zweckmäßige und funktionssichere Ausführung des
erfindungsgemäßen Ventilstößels ergibt sich dann, wenn man der in der dem Nocken
zugewandten Stirnseite des Stößels befindlichen Leckbohrung ein weiteres, im Druckraum
befindliches Drosselelement vorschaltet. Durch diese mehrmalige Drosselung können
der Drosselspalt des zusätzlichen Drosselelementes sowie der Durchmesser der Leckölbohrung
so groß gewählt werden, daß mit Sicherheit die im Öl befindlichen Verunreinigungen
hindurchgespült werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich beim Starten des Motors
nach einer längeren Stillstandszeit. Während des Stillstandes des Motors ist es
nämlich möglich, daß alles Öl aus dem Druckraum in dem Ventilstößel durch die Leckölbohrung
ausströmt. Dies geschieht namentlich dann, wenn im ruhenden Zustand der Ventilstößel
durch den Nocken angehoben und das Öl im Druckraum durch den Ventilfederdruck belastet
ist. Beim erneuten Starten des Motors gelangt mit dem für die Füllung des Druckraumes
notwendigen Öl auch eine erhebliche Liftmenge in den Druckraum. Diese kann jedoch
durch die reichlich bemessene Leckölbohrung innerhalb sehr kurzer Zeit aus dem Druckraum
des Ventilstößels entweichen, so daß der Stößel schon nach wenigen Ventilhüben voll
funktionsfähig ist.
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Die Leckölbohrung befindet sich bei liegender Anordnung des Ventilstößels
zwar nicht an der obersten Stelle bzw. kommt auch nicht in periodischen Abständen
an die oberste Stelle des Druckraumes. Es hat sich aber gezeigt, daß die Luft trotzdem
aus dem Druckraum ausströmen kann, da die auf das Öl einwirkende Schwerkraft durch
bei den Hubbewegungen des Stößels auftretende Massenkräfte überlagert wird, die
bei jedem Abwärtsgang des Stößels die Luft in Richtung Leckölbohrung strömen lassen.
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Durch das aus der Leckölbohrung austretende Öl wird eine Schmierung
des Nockens sowie der anlaufenden Stößelfläche herbeigeführt, so daß der Ver= schleiß
an dieser Stelle auf ein Mindestmaß reduziert werden kann.
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In der Zeichnung ist beispielsweise eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Ventilstößels dargestellt.
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In dem mit 1 bezeichneten äußeren Stößelteil, das an seinem dem Nocken
2 zugekehrten Ende durch einen Körper 3 verschlossen ist, ist das innere Stößelteil
4 längsverschiebbar gelagert. Die beiden Stößelteile 1 und 4 schließen zwischen
sich einen Druckraum 5 ein, der über ein Rückschlagventil 6 mit dem in dem Teil
4 untergebrachten Vorraum 7 verbunden ist. Der Vorraum 7 ist seinerseits über Bohrungen
8, 9 und 10 mit dem Schmierölkreislauf verbunden. Eine im Druckraum 5 angeordnete
Feder 11 drückt einerseits das äußere Stößelteil1 gegen den Nocken 2 und andererseits
das innere Stößelteil 4 gegen die Ventilstange 12. Ein Sicherungsring 15 begrenzt
die Bewegung des inneren Stößelteils 4. Der Druckraum 5 ist gegenüber dem Vorraum
7 durch die Rundschnurdichtung 14 abgedichtet.
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In dem Körper 3 befindet sich die Leckölbohrung 15, die von dem auflaufenden
Nocken 2 gedrosselt wird. Im Druckraum 5 befindet sich ein Drosselelement 16. Es
besitzt einen solchen Außendurchmesser, daß zwischen ihm und der Bohrung des äußeren
Stößelteils 1 ein Drosselspalt 17 verbleibt. Das Lecköl gelangt aus dem Druckraum
5 über den Drosselspalt 17 und die Schlitze 18 in den Raum 19 und von dort über
die Leckölbohrung 15 ins Freie.
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Die äußere Gestaltung des Stößelteils 1 sowie die Anordnung des Rückschlagventils
6 und die Ölzuführung durch die Bohrungen 8, 9 und 10 in den Vorraum 7 haben keinen
Einfluß auf die Erfindung und können auch von der in der Darstellung gezeigten Ausführung
abweichen.