DE1912046C - Spielausgleichsvornchtung fur Ven tilantriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spielausgleichsvorrichtung in hin- und herbewegten Antriebsgestängen für Ventilantriebe von Kolbenkraft, und/ oder -arbeitsmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen, mit einem in einen Zylinder unter Freilassung eines einen gewissen Lecköldurchtritt zulassenden Ringspaltes nach unten oder allenfalls waagerecht eintauchenden Kolben vor einem mit öl angefüllten Druckraum, der durch einen ein gegebenenfalls als Rückschlagventil mit einem durch einen Käfig od. dgl. gehaltenen Ventilkörper ausgebildetes Ventil aufweisenden und an den Druckraum unterhalb einer Eintrittsstelle in den Ringspalt anschließenden Durchlaß mit einem ebenfalls öl enthaltenden Vorratsraum verbunden ist, und mit einer den Kolben im Sinne dessen Herausbewegung aus dem Zylinder vorspannenden Druckfeder, wobei der Druckraum schräg zur Leckölabströmungsrichtung nach oben verlaufende Wandteile aufweist.

Bei einer solchen bekannten Spielausgleichsvorrichtung bi.det die Bodenflache des in den Zylinder nach unten eintauchenden Kolbens eine Kegelflache, wahrend die Zylinderwandung gerade im Bereich des äußeren Randes der Bodenfläche eine obere Ringschulter einer in die Zylinderwandung eingearbeiteten Ringnut bildet. Der durch entsprechendes Einstauchen eines Rohrproiils hergestellte kegelmantelförmige Boden des Kolbens läßt axial einen Durchlaß zwischen dem unter dem Kolben befindlichen Druckraum und dem im Kolben befindlichen Vorratsraum fü' das öl frei und weist im übrigen infolge der Materialstauchung eine verhältnismäßig große Wandstärke ai.'

Wenn im kegelmantelföi inigen Bereich der Bodenfläche auch ein Aufsteigen im D.uckraum etwa vorhandener Luftblasen begünstigt wird, so hat sich in der Praxis doch gezeigt, daß auch diese Konstruktion im praktischen Betrieb den gestellten Forderungen nicht hinreichend entspricht. Bei solchen Spielausglcichsvorrichtungen kommt es nämlich darauf an, daß der zu Beginn der Ventilöffnung sein größtes Volumen aufweisende Druckraum dieses Volumen während der Öffnungszeit des Ventils möglichst beibehält, damit die bei der Durchströmung des Ventils auftretenden Strömungsverluste möglichst klein bleiben. Dieser Offenhaltung des Ventils steht die Tatsache entgegen, daß im Druckraum der Ausgleichsvorrichtung während der Auswärtsbewegung des Kolbens aus dem Zylinder und gegebenenfalls während der öffnung des am genannten Durchlaß befindlichen Rückschlagventils Luftblasen entstehen oder in ihn mit dem öl vom Vorratsraum hincingelangen, die sich bei der dortigen Entspannung des Öle·; ausdehnen und sich im Verlaufe der Durchströmnng des Druckraumes zu immer größer werdenden Luftblasen vereinigen, wenn nicht für ihr genügend schnelles Entweichen gesorgt wird. Die Folge ist eine unerwünschte Kompressibilität des Drticklauines während des üifnungshubes des Ventil* gestänge», die wegen der damit verbundenen unzureichenden Öffnung des Ventils zu den vorgenannten, bei ganz geöffnetem Ventil nicht auftretenden Strömungsverlusten führt. Man hat sogar die Erfahrung machen müssen, daß die Luftblasenbildung selbst bei sogenannten geschlossenen ölkreisläufen der bekannten Spielausgleichsvorrichtungen vorhanden ist, bei denen durch eine am äußeren Ende des Kolbens befindliche Abdichtung ein Entweichen von öl aus der Vorrichtung verhindert wird. Auch durch einmaliges Einfüllen eines besonders gut entlüfteten Öles in solche geschlossenen ölkreisläufe konnte ein späteres Entstehen von Luftblasen im Druckraum nicht wirksam verhindert werden. Geschlossene Kreisläufe bieten gegenüber den offenen, beispielsweise an den Schmierstoffkreisl&.uf einer Brennkraftmaschine angeschlossenen Kreisläufen praktisch nur den Vorteil, daß Störungen der einwandfreien Arbeit der AusgleichsvorricLtung durch vom Betrieb der Brennkraftmaschine her verunreinigtes Schmieröl auch ohne Anordnung besonderer Filtereinsätze ausgeschlossen sind.

Der Erfindung liept die Aufgabe zugrunde, die vor-

'5 genannten Mängel zu vermeiden und die eingangs genannten Spielausgleichsvorrichtungen unabhängig davon, ob sie mit einem offenen oder geschlossenen ölkreislauf arbeiten, so zu vervollkommnen, daß der Druckraum der Vorrichtung während der Druck-

ao beanspruchung des Gestänges und damit beispielsweise während der Ventilöffnung einer mit der Vorrichtung versehenen Brennkraftmaschine keine nachteilige Zusammendrückung mehr erfahren kann. Diese Verbesserung soll möglichst selbst dann erreicht werden, wenn sich das die Ausgleichsvorrichtung aufweisende Gestänge waagerecht hin- und herbewegt. Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sämtliche den Druckraum gegebenenfalls nebst Käfig od. dgl. seitlich und oben begrenzenden Wandflächen höchstens etwas schräg zur Leckölabströmungsrichtung nach oben zum Ringspalt bzw. nach dessen höchster Eintrittsstelle hin verlaufen und der Druckraum an den Ringspalt bzw an dessen höchste Eintrittsstelle mit einem unmittel-

"5 bar vom Spaltquerschnitt aus nach dem Durchlaß hin etwa trichterähnlich stufenlos stetig zunehmenden Durchströmungsquerschnitt anschließt.

Eingehende Versuche mit derart ausgebildeten Spielausgleichsvorrichtungen haötn überraschend ge-

λο zeigt, daß die im Druckraum beim Einströmen des Öles entstandenen Luftblasen allein durch die an ihnen wirksamen Auftriebskräfte und Strömungskräftc des in den Ringspalt entweichenden Lecköles mit in den Ringspalt hinein abströmen. Dieses zuverlässige Abströmen der Luftblasen, welches bei erfindungsgemäß ausgebildeten Ausgleichsvorrichtungen mit versuchsweise durchsichtig ausgebildeten Zylindern leicht nachgewiesen werden kann, ist nur so erklärlich, daß in der Bewegungsbahn der Luftblasen mit stetig kleiner werdendem Durchströmungsluerschnitt auch die Strömungsgeschwindigkeit des Öles stetig zunimmt und damit auch die während der Verformung der zunächst mehr oder weniger kugelrunden Luftblasen in, in Strömungsrichtung mehr od'T weniger abgeplattete, Kreisringnbschnitte erforcieiliehe Verformungsarbeit durch die entsprechend zunehmende Strömungsenergie des in den Ringspalt abströmenden Leiköles aufgebracht werden kann. Befinden sich im Durchströmungsweg der Lu(I-blasen durch den Druckraum demgegenüber irgend welche Hindernisse in Form nach unten vorragender Wandteile, die umströmt werden müssen, oder in Form plötzlicher Querschnittsänderungen, wie es bei den eingangs genannten bekannten Vorrichtungen der Fall ist, dann werden die vorhandenen Luftblasen seitlich aus der Strömungsbahn des Lecköles in vorhandene Bereiche geringerer Strömungsgeschwindigkeit abgedrängt und die gegenüber dem öl ohnehin

nur verhältnismäßig geringe Auftriebskraft der Luftblasen reicht nicht mehr dazu aus, diese in den Hauptströmungsweg des Lecköles zurückzubringen.

Gemäß einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung geht die Bodenfläche des in an sich bekannter Weise nach unten in den Zylinder eintauchenden und eine Kegelfläche von etwa 90 bis 120° bildenden Kolbens entlang ihrem Außenrand in dessen zylindrische Seitenwand mit einer einen Kegelwinkel zwischen 20 und 40° aufweisenden, im Falle einer schrägen oder waagerechten Zylinderachse jedoch nur im Bereich der oberen Hälfte des Außenrandes verlaufenden Fase über. Eine solche Fase, die gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung lediglich eine radiale Breite von etwa 1 mm aufzuweisen braucht, trägt überraschenderweise besonders vorteilhaft dazu bei, daß die Luftblasen in Verbindung mit der Strömungsenergie des sie aufnehmenden Öles ausreichend plattgedrückt und in den Ringspalt mitgerissen werden.

Andere Ausgestaltungen betreffen weitere konstruktive Einzelheiten der erfindungsgemäßen Spieltiusgleichsvorrichtung.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform einer erfindungs- ^ema'ßen Spielausgleichsvorrichtung in einem Axialschnitt (ein Kolben der Vorrichtung taucht in einen zugeordneten Zylinder nach unten ein),

Fig. 2 eine Einzelheit der Fig. 1 in einer gegenüber F i g. 1 vergrößerten Ausschnittdarstellung,

Fig. 3 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einem Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. 1,

F i g. 4 eine abgewandelte Spielausgleichsvorrichtung in einem axialen Teilschnitt (der Kolben taucht in den zugeordneten Zylinder dieser Vorrichtung waagerecht ein).

Die in F i g. 1 dargestellte Spielausgleichsvorrichlung 1 ist am oberen Ende einer Ventilstößelstange 2 eine/ im übrigen nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeordnet. Sie besteht im wesentlichen aus einem an seinem unteren geschlossenen Ende 3 an der Ventilstößelstange 2 festgelegten Zylinder 4, einem in diesen unter Freilassung eines einen gewissen Lecköldurchtritt zulassenden Ringspaltes 5 von etwa 0,02 mm Breite nach unten eintauchenden Kolben 6, einem unter diesem im Zylinder 4 gebildeten Druckraum 7 und aus einem im Kolben 6 befindlichen Vcratsraum 8 für weiteres öl, der mit dem Druckraum 7 über einen axialen Durchlaß 9 und mit einer am äußeren Ende des Ringspaltes 5 befindlichen äußeren Ringnut 10 dt~. Kolbens 6 über radiale Bohrungen 11 des Kolbens 6 verbunden ist.

An seinem äußeren, aus dem Zylinder 4 herausragenden Ende trägt der Kolben 6 einen den Vorratsraum 8 nach außen abschließenden und eine Kugelpfanne 12 für einen üblichen (nicht dargestellten) Kipphebel der Ventilsteuerung bildenden Kopf 13, der gegenüber dem Zylinder 4 durch einen Dichtring 14 abgedichtet ist. Im übrigen ist der Kolben 6 durch eine im Druckraum 7 befindliche Schraubendruckfeder 15 nach außen vorgespannt und bei der dargestellten, am meisten entspannten Stellung der Feder an einem im Zylinder 4 nahe bei dessen äußerem Ende in eine entsprechende innere Ringnut eingesetzten Sprengring 16 abgestützt. An der Seite des Druckraumes 7 ist der Durchlaß 9 normalerweise durch die Kugel 17 eines Rückschlagventils abgeschlossen.

In den vorstehend beschriebenen Teilen entspricht die dargestellte Spielausgleichsvorrichtung grundsätzlich einer bekannten Ausführung mit einem sogenannten »geschlossenen« ölkreislauf, der somit unabhängig von einer äußeren, beispielsweise durch den Schmierölkreislauf einer Brennkraftmaschine gebildeten Ölquelle ist. Während bei anderen Spiel-

ausgleichsvorrichtungen mit sogenanntem »offenem« ölkreislauf das im Druckraum befindliche öl ständig durch öl aus dem Schmierölkreislauf einer Brennkraftmaschine od. dgl. ersetzt wird und bei der Durchströmung des Ringspaltes 5 durch verschmutz-

tes öl leicht Störungen auftreten können, zu deren Vermeidung allenfalls besondere Filterungsmaßnahmen erforderlich wären,' bietet der geschlossene ölkreislauf den Vorteil, daß bei ursprünglich eingefülltem reinem öl keine späteren Störungen durch

ao ölverschmutzungen zu befürchten sind.

Wie aus F i g, 1 weit-'-hin ersichtlich ist, bildet die Bodenfläche 18 des Ko.bens 6 im Anschluß an den axialen Durchlaß 9 eine Kegelfläche mit einem Kegelwinkel λ von etwa 90 '. Außerdem geht die Boden-

»5 fläche 18 entlang ihrem Außenrand in die zylindrische Seitenwand des Kolbens 6 mit einer einen Kegelwinkel β von etwa 30"' aufweisenden Fase 19 über. Wie insbesondere aus F i g. 2 hervorgeht, ist die Schraubendruckfeder 15 an der Bodenfläche 18 neben dem inneren Rand der Fase 19 auf einer Anzahl etwa radial nach außen vorstehender Stifte 20 abgestützt, die nach außen in bezug auf das äußere Ende des Zylinders 4 zugleich etwas nach auswärts verlaufen. Dabei stützt sich die Schraubendruckfeder 15 mit ihrer äußersten Windung 21 auf den Stiften 20 in einem Abstand 22 von etwa 1 mm ab. Während übliche, beispielsweise an Drehteile angedrehte Fasen vergleichbarer Teile in der Regel eine radiale Breite von nur etwa 0,5 mm aufweisen, beträgt die radiale Breite 23 der Fase 19 1 mm.

Die Kugel 17 des Rückschlagventils ist in ihrer Schließstellung auf der unteren öffnung des Durchlasses 9 mittels eines schmalen Blattfederarmes 24 gehalten, der die Kugel nur von einer Seite her radial untergreift.

Die beschriebene Spielausgleichsvorrichtung arbeitet folgendermaßen: Bei geschlossenem Ventil und entsprechend entlasteter Ventilstößelstange 2 befindet sich der Kolben 6 in der aus Fig. 1 ersichtlichen äußerer Endstellung. Dei D. uckraum 7 ist mit öl gefüllt, von dem entsprechend den praktischen Erfahrungen angenommen werden muß, daß es feinste Luftbläschen enthält, die auf Grund der an ihnen wirksamen Auftriebskraft bestrebt sind, nach oben aufzusteigen, wobei sie sich ta größeren Luftblasen vereinigen und entlang der kegeligen Bodenfläche 18 des Kolbens 6 zugleich nach außen wandern.

Bei Jem darauffolgenden Öffnungshub des Ventils wird der Kolben 6 nach der Ventilstößelstange 2 hin mit einer gegenüber der Kraft der Schraubendruckfeder 15 wesentlich größer™ Kraft belastet, die im wesentlichen durch das im Druckraum 7 befindliche öl aufgenommen werden muß. Da die Gesamtlänge des aus der Ventilstößelstange 2 und der Spieles ausgleichsvorrichtung 1 bestehenden Ventilgestänges bei geschlossenem Ventil etwas länger ist, als der konstruktiven Nennlänge entspricht, ist der Ringspalt 5 zwischen Kolben 6 und Zylinder 4 der Spiel-

ausgleichsvorrichtung 1 so bemessen, daß bei geöffnetem Ventil und entsprechend belastetem Druckraum 7 eine geringfügige Leckölmenge durch den Ringspalt 5, die Ringnut 10 und die Bohrungen 11 in den Vorratsraum 8 abströmen kann, damit das Ventilgestänge im Augenblick des Wiederschließens des Ventils zumindest so weit verkürzt ist, daß ein einwandfreies Aufsitzen des Ventils gewährleistet ist. Dies bedeutet, daß das Ventilgestänge im Augenblick des Aufsitzens des Ventils aus Sicherheitsgründen stets geringfügig kürzer sein muß, als der vorgenannten Nennlänge entspricht. Somit strömt während der Öffnungszeit des Ventils jeweils eine geringe Leckölmenge durch den Ringspalt S in den Vorratsraum 8 zurück, über dessen ölspiegel 25 sich stets ein gewisses Luftpolster 26 befindet.

Bei der dargestellten Spielausgleichsvorrichtung sorgt nun die kegelige Bodenfläche 18, die beschriebene Abstützung der Schraubendruckfeder 15 auf den Stiften 20 und insbesondere die beschriebene Fase 19 entlang dem äußeren Rand der Bodenfläche 18 dafür, daß in der Bewegungsbahn der Luftblasen mit stetig kleiner werdendem Durchströmungsquerschnitt auch die Strömungsgeschwindigkeit des Öles stetig zunimmt und damit auch die während der Verformung der zunächst mehr oder weniger kugelrunden Luftblasen 27 in Strömungsrichtung in mehr oder weniger abgeplattete Kreisringabschnitte erforderliche Verformungsarbeit durch die entsprechend zunehmende Strömungsenergie des in den Ringspalt abströmenden Lecköles aufgebracht werden kann. Die während der Entlastung des Druckraumes 7 entstandenen Luftblasen wandern auf diese Weise zuverlässig und schnell in den Ringspalt 5 und über die Ringnut 10 und die Bohrungen 11 in den Vorratsraum 8 ab, so daß im Druckraum keine störende Kompressibilität mehr möglich ist.

Die in F i g. 4 dargestellte abgewandelte Spielausgleichsvorrichtung 1' unterscheidet sich von der in F i g. 1 dargestellten Spielausgleichsvorrichtung 1 vor allem dadurch, daß der Kolben 6' in den Zylinder 4' in waagerechter Richtung eintaucht und eine ovale, von der Unterkante nach oben außen schräg verlaufende Bodenfläche 18' aufweist Außerdem ist auch der in F i g. 4 rechts befindliche Boden 3' des Zylinders 4' in gleicher Richtung, jedoch weniger als die Bodenfläche 18' schräggestellt. Schließlich weist auch der Kolben 6' am Rand seiner Bodenfläche 18' eine Fase 19' auf, die grundsätzlich der Fase 19 des ersten Ausführungsbeispiels entspricht, die sich aber nur über etwa die obere Hälfte des im Zylinder 4' in nicht besonders dargestellter Weise unverdrehbar geführten Kolbens 6' erstreckt.

Die Funktion der Spielausgleichsvorrichtung 1' ist völlig analog der Funktion der Spielausgleichsvorrichtung 1, da auch hier die im Druckraum 7' auftretenden Luftblasen sowohl durch die an ihnen wirksamen Auftriebskräfte als auch durch die Strömungsenergie des in den Ringspalt 5' abströmenden Lecköles zuverlässig und schnell nach dem Vorratsraum 8' hin mitgerissen werden, wo sie schließlich in das Luftpolster 26' entweichen können.

Die Erfindung ist nicht an alle Einzelheiten der beschriebenen Ausfühningsbeispiele gebunden. Es ist insbesondere, wie schon aus F i g. 4 ersichtlich ist, nicht erforderlich, daß die den Kolben 6 der Spielausgleichsvorrichtung nach außen vorspannende Druckfeder 15 im Druckraum 7 selbst angeordnet ist.

Es ist vielmehr auch möglich, die Druckfeder um den aus dem Zylinder 4 herausragenden Kopf 13 des Kolbens 6 herum anzuordnen und außen an einem Außenbund des Kopfes 13 und innen am darunter

S befindlichen Ende des Zylinders 4 abzustützen. Wenn ein Kegelwinkel α der Bodenfläche 18 des Kolbens 6 gemäß F i g. 1 von etwa 90° auch bevorzugt wird, so könnte dieser Winkel doch auch bis zu 120° groß oder aber auch kleiner als 90° sein. Weiterhin könnte

to auch der Kegelwinkel β der Fase statt 30° noch zwischen 20 und 40° liegen. Die Erfindung ist auch nicht an die nur beispielsweise beschriebenen Druckausgleichsvorrichtungen mit sogenanntem geschlossenem Kreislauf gebunden. Es ist z. B. möglieh, daß der am unteren Ende des Zylinders befindliche Druckraum über eine axiale Bohrung mit dem Innenraum der nach unten anschließenden rohrförmigen Stößelstange verbunden ist und durch die Stößelstange hindurch mit Drucköl aus dem Schmier-

»o ölkreislauf einer Brennkraftmaschine versorgt wird. In diesem Falle bildet die Stößelstange den Vorratsraum und die zum Druckraum führende Bohrung den Durchlaß, der an der Seite des Druckraumes das beschriebene Rückschlagventil aufweist. Der Boden des Kolbens der Ausgleichsvorrichtung ist in diesem Falle geschlossen. Das die Luftblasen enthaltende Lecköl kann aus dem Ringspalt zwischen Kolben und ZylKvJer beispielsweise unmittelbar über entsprechende Abflußkanäle zum ölsumpf der Brennkraftmaschine zurückkehren. Es sind auch noch andere Abwandlungen und Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, ohne daß dadurch der in den nachstehenden Ansprüchen niedergelegte Schutzbereich der Erfindung verlassen wird.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Spielausgleichsvorrichtung in.hin- und her bewegten Antriebsgestängen für Ventilantriebe von Kolbenkraft- und/oder -arbeitsmaschinen insbesondere Brennkraftmaschinen, mit einem ir einen Zylinder unter Freilassung eines einen ge wissen Lecköldurchtritt zulassenden Ringspalte; nach unten oder allenfalls waagerecht eintauchen den Kolben vor einem mit öl angefüllten Druck raum, der durch einen ein gegebenenfalls al; Rückschlagventil mit einem durch einen Käfig od. dgl. gehaltenen Ventilkörper ausgebildete; Ventil aufweisenden und an den Druckraurc unterhalb einer Eintrittsstelle in den Ringspal anschließenden Durchlaß mit einem ebenfalls Ö enthaltenden Vorratsraum verbunden ist, und mi einer den Kolben im Sinne dessen Heraus bewegung aus dem Zylinder vorspannender Druckfeder, wobei der Druckraum schräg zui Leckölabströmungsrichtung nach oben ver laufende Wandteile aufweist, dadurch ge kennzeichnet, daß sämtliche den Druck raum (7 bzw. 7^ gegebenenfalls nebst Käfij od. dgl. seitlich und oben begrenzenden Wand flächen höchstens etwas schräg zur Lecköl abströmungsrichtung nach oben zum Ringspal (S bzw. S') bzw. nach dessen höchster Eintritts stelle hin verlaufen, und der Druckraum (7 bzw T) an den Ringspalt (5 bzw. 5^ bzw. an dessei höchste Eintrittsstelle mit einem unmittelbar von

   IQS?

   .Spiilt(|tiersclinili| aus nach dem Durchlaß (9) hin etwa iriclileriitiiilicli stufenlos sielig zunehmenden Durchstr(imunpsi|:ier schnitt anschließt.

   2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, da« die Uodenflache (18) des in an sich bekannter Weise nach unten in den Zylinder (4) eintiiuchemlv'ii und eine Kegelfliichc von etwa W his 120 bildenden Kolbens (6) entlang ihrem Außenrand in dessen zylindrische Seitenwand mil einer einen Kcgelwinkel (/<) zwischen 20 und 40 aufweisenden, im Falle einer schragen oder waagerechten Zylinderachse jeiioch nur im Hereich dei oberen Hälfte ihres Außcnrandes verlaufenden läse (19 bzw. 19') übergeht.

   } Vdiiichlung nach Anspruch 2. dadurch pekennzeichnet, dall der Kegelwinkcl (/>') der Fase 119) etwa M) betragt.

   (θ

   4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig des als Riickschlagvenlil ausgebildeten Ventils als ein schmaler, den Ventilkörper (Kugel 17) nur von einer Seile her radial untergrcifender Blallfederarm (24) ausgebildet ist.

   5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis (S. dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (15) bei einer Anordnung im Druckraum kolbenseitig auf etwa racial von der Bodenflächc (18) nach außen vorstehenden Stiften (20) od. dgl. mit Abstand von der Hodenflache (18) abgestützt ist.

   (1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis .S. dadurch gekennzeichnet, daß die Fase (19 bzw. 19) eine radiale Breite (23) von etwa 1 mm aufweist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1C9 684/282

   H X, L