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Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehventil für Brennkraftmaschinen
mit einem auf einem Teil seiner Länge in einer Führungsbuchse geführten Ventilschaft
und einem diesen umgebenden Wälzlager aus einem fest in den Zylinderkopf eingebauten
Unterteil und einem dagegen verdrehbaren, als Auflager für die Ventilfeder(n) dienenden
Oberteil, dessen Drehung durch einen gegenüber der Ventilachse seitlich versetzten
Ventilbetätigungshebel ausgelöst wird.
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Wie sich beim Betriebe von Brennkraftmaschinen gezeigt hat, läßt sich
die Lebensdauer der Ventile und damit die Lebensdauer der gesamten Maschine um das
Zwei- bis Fünffache verlängern, wenn man die Ventile als Drehventile ausführt. Insbesondere
gilt dies hinsichtlich der Auspuffventile, die bei der üblichen Ausführung einer
einseitigen Temperaturbelastung durch die Auspuffgase ausgesetzt sind und besonders
rasch unbrauchbar werden. Außerdem wirkt sich die Verwendung von Drehventilen insofern
vorteilhaft aus, als sie eine Verringerung der sich im Laufe des Betriebes auf der
Dichtungsfläche des Ventilkegels absetzenden Verbrennungsrückstände erzielen lassen,
so daß sich eine wesentlich längere Dichtungsfähigkeit der Ventile ergibt. Erleichtert
wird außerdem die Schmierung der Ventilschäfte, was sich ebenfalls in einer geringeren
Abnutzung der Ventile und außerdem durch eine Verringerung der Gefahr einer Verklemmung
der Ventilschäfte vorteilhaft bemerkbar macht.
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Der Vielzahl von Vorteilen, die mit dem Einsatz von Drehventilen verbunden
sind, entspricht auch die Vielzahl von Konstruktionen, die für solche Ventile bekanntgeworden
sind. Eine konstruktiv relativ einfache Ausführung ist in der deutschen Patentschrift
959 422 behandelt, bei der die Drehung des Ventils als Ganzes einerseits durch einen
exzentrischen Angriff des Schwinghebels an dem freien Ende des Ventilschaftes ausgelöst
und durch die Anbringung eines Kugellagers zwischen dem Ventilschaft und einem als
oberes Auflager für die Ventilfeder dienenden Federteller erleichtert werden soll.
Der wesentliche Nachteil dieser an sich einfachen Konstruktion liegt darin, daß
die Schwingungen des Federtellers zu hohen Stoßbelastungen für die Laufbahnen der
Kugeln in dem Kugellager führen, so daß sich beim längeren Betrieb unvermeidlich
Störungen hinsichtlich der angestrebten Drehbewegung des Ventils um seine Achse
einstellen, die mit der Drehung des Ventils verbundenen Vorteile also nicht über
lange Zeit zu erhalten sind.
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In dieser Hinsicht bessere Ergebnisse läßt eine in der USA: Patentschrift
2 664 076 beschriebene Konstruktion zunächst erwarten, bei der die Drehung
des Ventilschaftes gegenüber dem Zylinderkopf durch ein zwischen dem unteren Federteller
und dem Zylinderkopf eingebautes Wälzlager erreicht werden soll und für die Auslösung
der Drehbewegung eine Zwangsführung in Form einer Kupplung vorgesehen ist, die aus
einem trommelförmigen Federteller und einer auf diesem aufgewickelten Schraubenfeder
besteht, die mittels eines Verbindungshebels entspannt bzw. gespannt wird und dadurch
eine zwangläufige Drehbewegung des Ventils bewirkt. Auch diese bekannte Konstruktion
hat sich jedoch wegen ihres komplizierten Aufbaues in der Praxis nicht durchsetzen
können, da sie durch diesen Aufbau einerseits teuer in der Herstellung wird und
andererseits den vielfältigen Beanspruchungen in Betriebe eines Ventils auf die
Dauer nicht standzuhalten vermag.
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Aus der USA.-Patentschrift 2 775 232 ist schließlich ein weiteres
Drehventil bekannt, bei dem unter Verzicht auf eine Zwangsführung für die Drehbewegung
des Ventils, das für diese Bewegung erforderliche Drehmoment durch eine seitliche
Versetzung des Ventilbetätigungshebels gegenüber der Ventilschaftachse erzeugt wird.
Die Drehbarkeit wird bei diesem bekannten Ventil durch zwischen dem unteren Federteller
und dem Zylinderkopf eingefügte Wälzelemente erzielt, jedoch hat sich in der Praxis
gezeigt, daß damit die sich einer Drehung des Ventils entgegenstellenden Hemmnisse
nicht hinreichend weitgehend beseitigen lassen, so daß bei dem bekannten Ventil
ein zusätzlicher Antrieb vorgesehen ist, der außer der gewünschten Drehbewegung
auch eine Axialbewegung des Ventilschaftes zur Folge hat. Dieser Antrieb besteht
darin, daß zwischen den Ventilbetätigungshebel und das freie Ende des Ventilschaftes
eine Art Freilaufkupplung eingeschaltet ist, bei der in einem käfigartigen Gehäuse
eine Vielzahl von Kugeln untergebracht ist, die in Ausnehmungen unterschiedlicher
Tiefe sitzen und jeweils durch in tangentialer Richtung wirkende Federn auf die
flache Seite dieser Ausnehmungen zu gedrückt werden. Im Wechselspiel zwischen diesen
Federn und dem Ventilbetätigungshebel kommt es zu einer oszillierenden Bewegung
einerseits der Kugeln und damit andererseits des gesamten Käfigs und also auch des
Ventilschaftes, der dadurch sowohl eine Translationsbewegung in Richtung seiner
Achse als auch eine Rotationsbewegung um diese Achse ausführt. Mit einer solchen
Konstruktion ist zwar zunächst eine einigermaßen zuverlässige Drehung des Ventilschaftes
zu erreichen, nachteilig ist jedoch auch hier wieder der komplizierte Gesamtaufbau
des Ventils, der einerseits die Herstellungskosten erheblich verteuert und andererseits
bei längerer Betriebsdauer Ursache für Störungen sein kann, die schließlich auf
die Dauer gesehen die Zuverlässigkeit der Drehbewegung doch in Frage stellen.
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Ausgehend von diesem bekannten Stande der Technik, liegt daher der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Drehventil anzugeben, bei dem trotz konstruktiv
einfachsten Aufbaus auch auf lange Betriebsdauer hin eine absolute Zuverlässigkeit
hinsichtlich der Drehbewegung des Ventils gegeben ist.
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Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Drehventil der eingangs erwähnten
Art, dadurch gelöst, daß der Ventilbetätigungshebel unmittelbar an dem freien Ende
des Ventilschaftes angreift und daß die Führungsbuchse im Bereich der Trennfuge
zwischen Oberteil und Unterteil des Wälzlagers mit mehreren radialen Bohrungen versehen
ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Drehventil ist einerseits durch den unmittelbaren
Angriff des Ventilbetätigungshebels an dem freien Ende des Ventilschaftes die einfachste
Einleitung des für die Drehung des Ventilschaftes erforderlichen Drehmomentes gewährleistet
und werden andererseits die sich einer solchen Drehung entgegenstellenden Hemmnisse
durch die Bohrungen in der Führungsbuchse dadurch überwunden, daß diese Bohrungen
zu der Ausbildung eines gezielten Ölstromes führen, der eine besonders gute Schmierung
und gleichzeitig Kühlung des in dem Zylinderkopf eingebauten Wälzlagers ergibt.Die
Erfindung baut also auf der überraschenden
Erkenntnis auf, daß sich
ungeachtet der im allgemeinen am Zylinderkopf in der Ventilumgebung vorhandenen
großen Ölmenge durch einen gezielten Ölstrom vorteilhafte Auswirkungen auf die Leichtgängigkeit
des die Drehbarkeit des Ventilschaftes gewährleistenden Wälzlagers erzielen lassen,
und macht sich in diesem Zusammenhang die Pumpwirkung zunutze, die von der Auf-
und Abbewegung des Ventilschaftes in seiner Führungsbuchse ausgeht, indem sie mit
Hilfe der von dieser Bewegung ausgehenden Saug- bzw. Druckeffekte eine gezielte
Ölbewegung gewinnt. Insoweit unterscheidet sich die Erfindung auch grundsätzlich
von dem durch das deutsche Gebrauchsmuster 1842 136 bekanntgewordenen Ventil,
dessen Führung eine den Ventilschaft umgebende Aussparung aufweist, die zu einer
Ablösung überschüssigen Öles, das zu unerwünschten Verkokungserscheinungen Anlaß
geben könnte, führen soll und mit schräg nach unten verlaufenden Bohrungen in Verbindung
steht, über die das überschüssige Öl abgeführt werden kann. Bei diesem Ventil
gibt es nämlich ebenso wenig wie bei dem in der französischen Patentschrift
1150 075 beschriebenen Ventil einen unter Ausnutzung der Pumpwirkung des
hin- und hergehenden Ventilschaftes zur Speisung bestimmter Bauteile gedachten gerichteten
Ölstrom, vielmehr wäre eine solche Pumpwirkung für den in dem Gebrauchsmuster
1842 136 angestrebten Zweck einer bloßen Abführung überflüssigen und gegebenenfalls
schädlichen Öles sinnlos oder sogar störend, und bei dem Ventil nach der französischen
Patentschrift 1150 075, bei dem unterhalb eines den oberen Federteller
umgebenden Wälzlagers Durchtrittsspalte für Lageröl vorgesehen sind, erfolgt der
ölabfluß allein unter der Einwirkung von dessen Eigengewicht, d. h. unter alleiniger
Ausnutzung der Schwerkraft.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei nunmehr ein mögliches Ausführungsbeispiel
für ein erfindungsgemäßes Drehventil beschrieben, das in der Zeichnung veranschaulicht
ist, die einen Axialschnitt durch ein im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine gelagertes
erfindungsgemäßes Drehventil darstellt. Unterhalb zweier den Ventilschaft 9 umgebender
Ventilfedern 1 und 2 ist ein Axialwälzlager 3 mit einem Käfig 4 eingefügt, dessen
Unterteil 5 fest in den Zylinderkopf 6 des Motors eingebaut ist, während das dagegen
verdrehbare Oberteil 7 als Auflager für die Ventilfedern 1 und 2 dient und deren
Drehbewegung unterstützt. Zur Kühlung und Schmierung des Wälzlagers 3 mit überschüssigem
Öl sind in der Führungsbuchse 8 des Ventilschaftes 9 mehrere radiale Bohrungen 10
vorgesehen, die im Bereich der Trennfuge zwischen Oberteil ? und Unterteil s des
Axialwälzlagers 3 ausmünden. Die obere Verbindung zwischen den Ventilfedern 1 und
2 und dem Ventilschaft 9 ist in bekannter Weise, nämlich mit einem oberen Federteller
11 und klemmenden Kegelhälften 12, als feste Verbindung ausgeführt. Außerdem wird
in ebenfalls bekannter Weise die Impulswirkung des Ventilantriebs zur Erzeugung
der Drehbewegung des Ventils ausgenutzt, indem der Schwinghebel 14 exzentrisch auf
dem Ventilschaftende aufruht, wie dies in der Zeichnung bei 13 angedeutet
ist.