DE19500321A1 - Ventildrehvorrichtung für Gaswechselventile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventildrehvorrichtung, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit einer zwischen einem oberen und einem unteren Federteller verspannten Ventilfeder, einem zwischen dem oberen Federteller und einem mit dem Ventilschaft fest verbundenen Formteil angeordnetem Axial-Lager sowie einem zwischen dem Formteil und der Ventilführungsbuchse angeordneten Freilauf, der eine nur auf den Schließvorgang beschränkte Drehbewegung des Gaswechselventiles bewirkt.

Derartige Ventildrehvorrichtungen dienen dazu, bei jedem Ventilhub das Gaswechselventil um einen definierten Winkel zu drehen. Zur Erzeugung dieser Drehbewegung werden verschiedene Verfahren angewendet.

So wird bei einer aus der DE-PS 30 29 988 bekannten Ventildrehvor­ richtung der Drehimpuls dadurch erzeugt, daß zwischen oberem und unterem Federteller ein zweiteiliges Drehteil angeordnet ist, dessen beide Teile ineinandergreifend mit dem Ventil umlaufen, wobei der untere Teil über den Freilauf mit dem Zylinderkopf und der obere Teil mit dem oberen Federteller verbunden ist. Dabei ist dem formschlüssig mit der Ventilfeder verbundene Freilauf das zylindrische Drehteil zugeordnet, das Führungsschlitze für das als Zapfen ausgebildete obere Teil aufweist.

Dieser Vorschlag hat den Nachteil, daß seine Realisierung sehr aufwendig ist.

Weiterhin wurden Ausführungen von Freiläufen in den DE-PS 30 40 519 und DE-PS 35 01 221 bekannt. Bei beiden Freiläufen wird die Sperrwirkung durch sich verkeilende Rollkörper erzeugt. Nachteilig ist bei dieser Art von Freiläufen, daß sie einerseits einen durch die Ventiltriebsdynamik begründen relativ großen Schlupf besitzen und andererseits ihre Funktion bereits nach kurzer Einsatzdauer durch Ölrückstände negativ beeinträchtigt wird.

Eine bereits wesentlich bessere technische Lösung stellt die aus der DE-PS 31 13 944 bekannte Ventildrehvorrichtung dar. Bei ihr wird die Drehbewegung dadurch erzeugt, daß das Drehteil von einem dem oberen Federteller zugeordnetem Zylinder mit kleinerem Durchmesser und einem dem Zylinderkopf zugeordnetem Drehzylinder mit größerem Durchmesser gebildet ist und daß zwischen beiden Zylindern drehbeweglich angeordnete Kugeln vorhanden sind, die im kleineren Zylinder in einer Kugelschale und im Drehzylinder in einer schräg nach unten verlaufenden Kugelrille geführt sind (Fig. 5).

Der Aufbau des Freilaufes, der in o.g. Patenschrift nicht näher beschrieben ist, ist aus Fig. 6 ersichtlich.

Dabei können die vier dargestellten Klinken in einer Drehrichtung über die Zähne des äußeren Zahnteiles gleiten, während sie in der entgegengesetzten Drehrichtung durch die in ihrem Rücken angeordneten Federn und Bolzen in die Zahnlücke des Zahnteiles gedrückt werden und somit eine Sperrfunktion besitzen.

Nachteilig bei diesen Ventilvorrichtungen ist jedoch, daß sie sowohl was die Erzeugung der Drehbewegung betrifft, als auch bezüglich des Freilaufes, ein größeres Volumen beanspruchen, wodurch es besonders bei kleineren Brennkraftmaschinen nicht möglich ist, diese Freiläufe bzw. Ventildrehvorrichtungen zwischen dem Ventil und der Ventilfeder anzuordnen.

Ein weiterer Nachteil solcher Ventildrehvorrichtungen ist der verhältnismäßig große Anteil der gemeinsam mit dem Ventil zu bewegenden Massen. Die zu bewegenden Massen beeinflussen besonders bei schnellaufenden Brennkraftmaschinen, das sind solche, deren Nenndrehzahl etwa bei 1000 Umdrehungen je Minute oder höher liegt, die gesamte Ventiltriebsdynamik nachteilig, wodurch die, eine Verlängerung der Lebensdauer des Ventils bewirkende Funktion der Ventildrehvorrichtung, wieder aufgehoben wird.

Weiterhin besitzen sie den Nachteil, daß sie aus einer großen Anzahl von Einzelteilen bestehen, wodurch sie sehr kostenintensiv sind. Deshalb konnten solche Ventilvorrichtungen, die an sich den großen Vorteil besitzen, das Ventil nur während der Schließperiode und um einen definierten Winkel zu drehen, bisher nur bei größeren und langsam laufenden Brennkraftmaschinen eingesetzt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Ventildrehvorrichtung vorzuschlagen, die auch in mit einer Drehzahl von 1000 Umdrehungen je Minute laufenden Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann und die über eine geringe zu bewegende Masse verfügt, einen kleineren Bauraum und eine geringe Anzahl von Bauteilen aufweist und damit nur einen geringen Herstellungs- und Reparaturaufwand erfordert.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Zahnnabe als zentrales Teil der erfindungsgemäßen Ventildrehvorrichtung einerseits gemeinsam mit einem Formteil die Drehbewegung erzeugt und andererseits in Verbindung mit einem Zahnring und einem Widerlager die Freilauffunktion gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird der Freilauf der Ventildrehvorrichtung durch drei Teile ermöglicht, wobei zwei Teile, nämlich die Zahnnabe und der Zahnring, auf der einander zugerichteten Stirnseite jeweils eine sich gegenseitig ergänzende, einseitig wirkende Verzahnung aufweisen, und die Zahnnabe nur soviel axiales Spiel aufweist, daß die sich beim Öffnungsvorgang des Gaswechselventiles gerade ungehindert drehen kann, während das dritte Teil das Widerlager, das mit dem Zahnring einerseits und mit der Ventilführungsbuchse andererseits fest verbunden ist, die Zahnnabe von drei Seiten umschließt, beim Schließvorgang des Gaswechselventiles eine Drehung der Zahnnabe verhindert und damit über das Formteil beim Gaswechselventil zusätzlich zur axialen Bewegung eine Drehbewegung erzeugt.

Durch die Zusammenlegung dieser Funktion kann die Zahnnabe sehr klein gestaltet werden. Um den Schlupf, der ausgehend von der Freilaufstellung des Zahnteiles bis zum Einrasten der Stirnverzahnung entsteht, möglich gering zu halten, ist die Winkeldifferenz der Zahnteilung der Stirnverzahnung sehr fein abgestuft. Aus gleichem Grund ist die Zahnhöhe niedrig gehalten. Dadurch, daß auf der Stirnseite gleichzeitig eine Vielzahl von Zähnen angeordnet ist, die alle gleichzeitig zum Eingriff kommen, werden erfindungsgemäß die den Drehimpuls erzeugenden Kräfte eben auf diese Vielzahl von Zähnen verteilt und damit für den einzelnen Zahn relativ gering gehalten.

Der gleiche Effekt tritt ein durch die Verteilung der genannten Kräfte auf eine größere Anzahl von Keilen des Keilwellenprofils bzw. auf eine größere Anzahl von Zähnen des Zahnwellenprofils. Damit kann die Zahnnabe in ihren Abmessungen erfindungsgemäß sehr klein und gleichzeitig sehr massearm gestaltet werden. Durch die Wahl einer inneren oder einer äußeren Umschließung des Zahnteiles durch die das Widerlager bildenden Teile bzw. durch die Wahl der inneren oder äußeren Anordnung des Formteiles zur Zahnnabe, kann erfindungsgemäß die Ventildrehvorrichtung den gegebenen Motorenkonstruktionen angepaßt werden.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 1 bis 6 ist die zeichnerische Wiedergabe der nicht unmittelbar mit der Funktion der Ventildreh­ vorrichtung in Verbindung stehenden Elemente nur symbolisch angedeutet.

Gezeigt ist eine Ventildrehvorrichtung eines mit 1 bezeichneten Gaswechselventils, das mittels der Ventilfeder 2 und dem Federteller 3 vorgespannt ist. Durch das zwischen dem Federteller 3 und dem Formteil 4 angeordnete Axial-Lager 5 ist das Gaswechselventil 1 in der Ventilführungsbuchse 6 frei drehbar. Beim Öffnen des Gaswechselventils 1 wird die Zahnnabe 7 mit der glatten Stirnseite gegen die glatte Auflagefläche des Widerlagers 8 gedrückt, wobei sich die Zahnnabe 7 frei drehen kann. Damit erfährt das Gaswechselventil 1 während der Öffnungsphase, wie vorgesehen, keine Drehbewegung. Die Verzahnungen an den Stirnseiten der Zahnnabe 7 und des Zahnringes 9 stehen, wie Fig. 2 zeigt, nicht im Eingriff. Während des Schließvorganges des Gaswechselventiles 1 wird zunächst die Zahnnabe 7 vom Gaswechselventil 1 soweit mit­ genommen, bis die Verzahnungen sich an einer beliebigen Stelle berühren. Danach erfolgt nur noch eine Bewegung entlang der schrägen Zahnflanken, wie in Fig. 3 bzw. in Fig. 4 dargestellt, bis die Verzahnung voll eingerastet hat.

Von diesem Moment an ist die Zahnnabe 7 über den Zahnring 9 und das Widerlager 8 drehfest mit der Ventilführungsbuchse 6 verbunden und die weitere Schließbewegung des Gaswechsel­ ventiles 1 kann nur entlang der vom Formteil 4 vorgegebenen Schraubenlinie erfolgen, wodurch dem Gaswechselventil 1 gleichzeitig eine Drehbewegung aufgezwungen wird.

Der Formschluß zwischen Formteil 4 und der Zahnnabe 7 kann durch ein gewundenes Keil-, Zahn- oder Polygonprofil erzeugt werden, wobei die Profile wahlweise bei der Zahnnabe 7 innen und beim Formteil 4 außen bzw. bei der Zahnnabe 7 außen und bei dem Formteil 4 innen angeordnet sind.

Ebenso kann die Zahnnabe 7 vom Widerlager 8 gemeinsam mit dem Zahnring 9 wahlweise innen bzw. außen umschlossen werden.

Bezugszeichenliste

1 Gaswechselventil
2 Ventilfeder
3 Federteller
4 Formteil
5 Axial-Lager
6 Ventilführungsbuchse
7 Zahnnabe
8 Widerlager
9 Zahnring

Claims (7)

1. Ventildrehvorrichtung für Gaswechselventile, insbesondere von Brennkraftmaschinen, bei denen der Ventilschaft des Gaswechselventiles von einer Ventilfeder umgeben, die drehfest zwischen einem unteren Federteller oder dem Zylinderkopf und einem oberen Federteller angeordnet ist, wobei sich zwischen dem oberen Federteller und einem mit dem Ventilschaft fest verbundenen Formteil ein Axial-Lager befindet, das die ungehinderte Drehbewegung des Gaswechselventiles ermöglicht und zwischen dem Formteil und der Ventilführungsbuchse ein Freilauf eine auf den Schließvorgang des Gaswechselventiles beschränkende Drehbewegung ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf durch drei Teile ermöglicht wird, wobei zwei Teile, nämlich die Zahnnabe (7) und der Zahnring (9), auf der einander zugerichteten Stirnseite jeweils eine sich gegensei­ tig ergänzende, einseitig wirkende Verzahnung besitzen, und die Zahnnabe (7) nur soviel axiales Spiel aufweist, daß sie sich beim Öffnungsvorgang des Gaswechselventiles (1) gerade unge­ hindert drehen kann, während das dritte Teil, das Widerlager (8), das mit dem Zahnring (9) einerseits und mit der Ventil­ führungsbuchse (6) andererseits fest verbunden ist, die Zahn­ nabe (7) von drei Seiten umschließt, beim Schließvorgang des Gaswechselventiles (1) eine Drehung der Zahnnabe (7) verhindert und damit über das Formteil (4) beim Gaswechselventil (1) zusätzlich zur axialen Bewegung eine Drehung erzeugt.

2. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnnabe (7) mit dem Formteil (4) formschlüssig so verbunden ist, daß zwischen beiden Teilen nur eine Bewegung entlang einer sich um die Achse des Formteiles (4) windenden Schraubenlinie möglich ist.

3. Ventildrehvorrichtung nach den Ansprüchen 1 + 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne der Stirnverzahnung der Zahnnabe (7) und des Zahnringes (9) jeweils eine gerade Flanke besitzen, die mit der Ebene des Achsenlängsschnittes zusammenfällt bzw. nur eine geringe Neigung gegen diese Achse besitzt, während die zweite ebenfalls gerade Flanke eine starke Schrägstellung gegen die Achse besitzt und die Zahn­ profile der Zahnnabe (7) und des Zahnringes (9) sich gegen­ seitig ergänzend in einer Drehrichtung der Zahnnabe (7) eine Sperrwirkung und in der entgegengesetzten Drehrichtung ein Abgleiten bewirken.

4. Ventildrehvorrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Formschluß zwischen Zahnnabe (7) und Formteil (4) wahlweise durch ein gewundenes Keilwellenprofil, Zahnwellenprofil oder ein Polygonprofil hergestellt wird.

5. Ventilvorrichtung nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Profile wahlweise bei der Zahnnabe (7) innen und bei dem Formteil (4) außen bzw. bei der Zahnnabe (7) außen und bei dem Formteil (4) innen angeordnet sind.

6. Ventildrehvorrichtung nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zahnnabe (7) vom Widerlager (8) gemeinsam mit dem Zahnring (9) wahlweise innen bzw. außen umschlossen wird.

7. Ventildrehvorrichtung nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigungsrichtung der Gewinde zwischen dem Zahnring (9) und dem Widerlager (8) einerseits bzw. zwischen dem Widerlager (8) und der Ventilführungsbuchse (6) andererseits so gewählt ist, daß sich diese Teile in Sperrichtung des Freilaufes gegenseitig festziehen.