DE2038381A1

DE2038381A1 - Kipphebelanordnung fuer Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2038381A1
Application number: DE19702038381
Authority: DE
Inventors: John Lombardi
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1969-08-27
Filing date: 1970-08-01
Publication date: 1971-03-04
Also published as: GB1290083A; CA930266A; US3621823A

Description

Patentanmeldung

Kipphebelanordnung für Verbrennungsmotoren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kipphebelanordnung für Verbrennungsmotoren mit einem einstückigen, hoh^len, einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisenden Kipphebel mit umlaufenden, ebenen Seitenwänden und einem hierzu senkrechten Boden, der eine konkave, halbzylindrische Lagerfläche bildet, die eine längliche Öffnung aufweist, einem im Kipphebel in der halbzylindrischen Lagerfläche aufgenommenen Widerlager, das eine Öffnung aufweist, einem Befestigungsbolzen, der durch die längliche Öffnung im Kipphebel hindurchtritt und in die Öffnung im Widerlager einragt und dieses festlegt und einer zwischen dem Kipphebel und dem Widerlager angeordneten Lageranordnung.

Die Erfindung ist in der vorliegenden Anmeldung als auf einen Ventiltrieb bezogen beschrieben, bei dem ein hängendes Ventil von einer seitlichen Nockenwelle über eine Stoßstange und einen Kipphebel betätigt wird. Selbstverständlich kann die Erfindung in gleicher Weise bei einem Ventiltrieb Anwendung finden« bei dem ein hängendes Ventil von einer obenliegenden Nockenwelle über einen Schlepp- oder Kipphebel betätigt wird.

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Herkömmliche Ventiltriebe von Verbrennungsmotoren für Personenkraftwagen sind im allgemeinen aus einer Anzahl von Gründen nicht für die Verwendung in sogenannten Rennmotoren geeignet. Eine herkömmliche Ventiltrieb-Kipphebelanordnung ist im allgemeinen so konstruiert, dass sie bei den im normalen Betrieb auftretenden Höchstdrehzahlen des Ventiltriebes ausreichend geschmiert sind. Diese normalen Höchstdrehzahlen sind jedoch wesentlich geringer als die bei sogenannten Rennmotoren-Ventiltrieben auftretenden Höchstdrehzahlen, bei denen die Drehzahl des Ventiltriebes um einige tausend Umdrehungen erhöht ist. Würde in einem solchen Fall eine herkömmliche Ventiltrieb-Kipphebelanordnung verwendet, so wäre das herkömm-• liehe Schmiersystem unzureichend und es würde eine beträchtliche auf den fc Reibungswiderstand zurückzuführende Erwärmung auftreten.- Letztlich würde das zum Versagen von bestimmten Bauteilen führen. Zum Beispiel erzeugt ein unzureichend geschmierter Ventiltrieb bei Erhöhung der Belastung der Lagerflächen eine erhöhte Reibung und Wärme. Das kann dazu führen, dass sich die Stoßstange durch die Lagerfläche des Kipphebels durchschleisst. Ebenso neigen bei andauernden Höchstdrehzahlen, wie sie bei einem Rennmotoren-Ventiltrieb vorherrschen, die Lagerteile dazu schneller als bei einer herkömmlichen Ventiltrieb-Kipphebelanordnung zu verschleissen, da die Belastung dazu neigt sich auf einige wenige Lagerflächen zu konzentrieren.

Aus den obengenannten Gründen benötigt ein Rennmotoren-Ventiltrieb im allgemeinen speziell konstruierte oder von der Serfenausführung abweichende Kipphebelanordnungen, die den auftretenden hohen Belastungen standhalten " können und die gleichzeitig die Reibung auf ein Minimum herabsetzen, um die Erwärmung und Abnützung der Teile herabzusetzen und damit ein Versagen durch Ermüdung oder Bruch auf ein Minimum zu verringern.

Herkömmliche Ventiltrieb-Kipphebelanordnungen, bei denen ein Kipphebel sich auf einem Lagerbolzen abstützt, weisen im allgemeinen ein sphärisches oder teilzylindrisches Widerlager auf, das eine verhältnismässig grosse Lagerfläche bildet. Diese LAgerflache bildet Jedoch auch eine grosse Fläche, an der bei unzureichender Schmierung Reibungswiderstände und Erwärmung auftreten.

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Rennniotoren hingegen weisen zur Vermeidung oder Verringerung der Reibung im allgemeinen Wälzlageranordnungen auf, die einerseits an seitlich ausragenden zylindrischen Ansätzen am Widerlager und andererseits in Öffnungen der Seitenwände des Kipphebels angeordnet sind. Der Kipphebel weist in diesem Fall im allgemeinen wesentlich dickere Seitenwände auf als bei einem herkömmlichen Serienmotor-Ventiltrieb, da die Nadellageranordnungen im allgemeinen in Bohrungen der Seitenwände des Kipphebels eingepresst sind.

Aus dem Y -rhergehenden ist somit zu erkennen, dass Rennmotoren-Ventiltriebe wesentlich eurer und aufwendiger sind als herkömmliche Serienmotoren-Ventiltriebe und somit vom Standpunkt der Herstellung für Serienmotoren nicht geeignet sind. Ein weiterer Nachteil der Kipphebelanordnung mit eingepressten Nadellageranordnungen liegt darin, dass bei andauernden Höchstdrehzahlen der Verschleiss dazu neigt, sich auf den unteren Teil der Wälzlageranordnung zu konzentrieren, d. h., es tritt ein ungleichmässiger Versohleiss auf, der eine Ermüdung eines Teiles der Nadellageranordnung verursacht, während die anderen Teile im wesentlichen keinen nennenswerten Verschleiss zeigen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kipphebelanordnung für Verbrennungsmotoren zu schaffen, die den hohen Belastungen in einem Rennmotor ohne Ermüdung oder Bruch standhält und dennoch wesentlich wirtschaftlicher in der Herstellung und weniger schwierig in der Montage ist als herkömmliche Rennmotoren-Ventiltriebe.

Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem die Lageranordnung aus einem am Widerlager drehbar gelagerten, ringförmigen Gehäuse besteht, das sich an der inneren, konkaven Lagerfläche des Kipphebels kraftschlüssig abstützt und bei Belastung gemeinsam mit dem Kipphebel und bei Entlastung infolge Schwingungen relativ zum Kipphebel drehbar ist.

Das V/iderlager ist hierbei mit von seinem Grundkörper seitlich nach entgegengesetzten Seiten ausragenden, zylindrischen Ansätzen versehen und die Lageranordnung besteht aus je einem auf Jedem der zylindrischen Ansätze drehbar

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gelagerten ringförmigen Gehäusen.

Zwischen Jedem der zylindrischen Ansätze und den ringförmigen Gehäusen sind hierbei Nadellager angeordnet.

Die ebenen Seitenwände des Kipphebels sind hierbei im wesentlichen parallel und das Widerlager weist mit den ringförmigen Gehäusen zusammen eine Breite auf, die dem Abstand der Seitenwände entspricht.

Das Widerlager kann hierbei nach einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem sich nach unten erstreckenden Teil versehen sein, der den Befestigungsbolzen umfasst, sich durch die Öffnung im Kipphebel erstreckt und mit Teilen des Zylinderkopfes eine Drehung des Widerlagers gegenüber dem Zylinderkopf verhindernd zusammenwirkt.

Die Nadellager sind hierbei mit Nadelkäfigen versehen, deren Stirnflächen gegen die Seitenwände des Kipphebels liegen.

Die Erfindung schafft somit eine Kipphebelanordnung für Verbrennungsmotoren, bei der ein herkömmlicher Serienmotor-Ventiltrieb durch einfachen Austausch des herkömmlichen Widerlagers eines herkömmlichen Kipphebels gegen ein erfindungsgemässes Widerlager mit einer Lageranordnung in einem Rennmotor-Ventiltrieb veränderbar ist, der durch die Verringerung der Reibung und der damit verbundenen Erwärmung und des Verschleisses die auftretenden Belastungen aushält und bei dem durch die relative Drehung der Lageranordnung gegenüber dem Kipphebel ein einseitiger Verschleiss der Lageranordnung vermieden und damit eine höhere Lebensdauer erzielt wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nun folgenden Beschreibung der in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten Aüsführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch eine erflndungsgemässe Kipphebelanordnung, der entlang der Linie 1-1 in Figur 2 verläuft.

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Pig. 2 zeigt einen senkrechten Querschnitt einer Kipphebelanordnung nach Fig. 1, der entlang der Linie 2-2 in Figur 3 verläuft.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgeraässe Kipphebelanordnung.

Fig. h a und 4 b zeigen den Figuren 1 und 2 entsprechende Schnittansichten einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 5 zeigt eine der Figur 2 entsprechende Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt den Teil eines Ventiltriebes eines Verbrennungsmotores mit hängenden Ventilen. In diesem Fall ist das von der Ventilfeder geschlossene Ventil IO in Strich-Punkt-Linien angedeutet und wird über ein Ende eines Kipphebels 12 betätigt. Der Kipphebel 12 ist auf einem Lagerbolzen schwenkbar, der in einem Teil Ik des Zylinderkopfes des Motors befestigt ist. Das andere Ende des Kipphebels 12 wird über eine Stoßstange 16 betätigt, die in Strich-Punkt-Linien angedeutet ist und über einen herkömmlichen Stössel von einer Nockenwelle (nicht gezeigt) betätigt wird.

Der Kipphebel 12 besitzt im vorliegenden Fall im wesentlichen eine herkömmliche Form. Er besteht aus einem gepressten oder gegossenen einstückigen Teil 12, der einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt, siehe Figur 2, mit im wesentlichen ebenen sich nach aufwärts erstreckenden Seitenwänden 18 und einem mit diesem verbundenen Boden 20V. Die Seitenwände Io sind umlaufend vorgesehen und sorgen für eine gute Steifigkeit der Konstruktion. Wie nachfolgend noch erläutert wird, führen die Seitenwände 18 den Kipphebel 12 auch seitlich gegenüber dem Widerlager und dem Befestigungsbolzen. Der Boden 20 ist entlang seiner Länge gekrümmt ausgebildet, siehe Figur 1, um an seinem einem Ende eine Kontaktfläche 22 für den Schaft des Ventiles 10 und an seinem anderen Ende eine Kontaktfläche 24 für die Stoßstange 16 zu bilden. Ein Schmierschlitz 26 im Kipphebel 12 wirkt mit einer Schmierbohrung (nicht gezeigt) in der Stoßstange 16 zusammen, um die Lager-und Kontaktflächen des Kipphebels 12 in bekannter Weise zu schmieren.

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Der Boden 20 ist weiterhin mit einer Ausnehmung versehen, die eine konkave, halbzylindrische innere Lagerfläche 28 bildet. Die Lagerfläche 28 ist mit einer im wesentlichen reckteckigen Öffnung 30 versehen, die sich über einen grösseren Bereich der Länge der Lagerfläche 28 erstreckt und eine Schwenkbewegung des Kipphebels 12 in bekannter V/eise um seinen feststehenden Lagerbolzen ermöglicht, der nachfolgend näher erläutert wird.

Wie bereits erwähnt, ist jeder Kipphebel 12 auf einem eigenen Lagerbolzen schwenkbar gelagert, der in einem Teil Ik des Zylinderkopfes befestigt ist. Im vorliegenden Fall ist ein Befestigungsbolzen 32 im Teil 14 des Zylinderkopfes eirgesöhraubt und nimmt, wie aus Figur 2.zu ersehen ist, ein Widerlager J>k, das eine Öffnung 3ö von etwa dem Durchmesser des Befestigungsbolzens aufweist, auf. Das Widerlager 34 ist mit seitlich nach entgegengesetzten Seiten ausragenden zylindrischen Ansätzen J58 versehen, die sich im vorliegenden Fall axial soweit erstrecken, dass sie mit ihren Stirnflächen gegen die Seitenwand l8 des Kipphebels 12 liegen. Hierdurch wird der Kipphebel 12 seitlich und axial festgelegt. Je ein ringförmiges Gehäuse 40 ist konzentrisch zu den zylindrischen Ansätzen 38 angeordnet und auf diesen über je eine Nadellageranordnung 42 drehbar gelagert.

Wenn der Ventiltrieb montiert ist, drücken die über den Ventilschaft und die Stoßstange an entgegengesetzten Enden auf den Kipphebel 12 einwirkenden nach aufwärts gerichteten Kräfte den Boden 20 des Kipphebels 12 gegen die Gehäuse 40. Ein Teil des Umfanges der Gehäuse 40 liegt hierbei kraftSchlussig in der halbzylindrischen Lagerfläche 28 des Kipphebels 12, wie es in Figur 1 und 2 gezeigt ist. Aus dem bisher Beschriebenen ist zu entnehmen, dass der Kipphebel im montierten Zustand sowohl seitlich als auch vertikal durch das Widerlager 34 mit der Nadellageranordnung 42 und den ringförmigen Gehäusen 4o festgelegt ist.

An dieser Stelle ist es wichtig darauf hinzuweisen, dass der Kipphebel 12 so montiert ist, dass er sich während eines Zeitraumes relativ gegenüber den ringförmigen Gehäusen 4o drehen kann und er sich während eines anderen Zeitraumes infolge des Reibungswiderstandes zwischen den Teilen nicht relativ hierzu drehen kann, so dass während dieses Zeitraumes der Kipphebel 12 und die ringförmigen Gehäuse 40 als Einheit um das Widerlager 34 schwenken.

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Genauer gesagt,befindet sich ein Verbrennungsmotor mit einem Ventiltrieb mit der erf indungsgeBiassen Kipphebelanordnung im Betrieb und der Nocken auf der Nockenwelle (nicht gezeigt) bewegt die Stoßstange 16 nach aufwärts und drückt den Kipphebel 12 gegen den unteren Teil der ringförmigen Gehäuse 40, so ist der Reibungswiderstand gegen eine relative Drehung zwischen den ringförmigen Gehäusen 40 und dem Kipphebel 12 zu dieser Zeit grosser als der Reibungswiderstand zwischen den zylindrischen Ansätzen 38 am Widerlager 34 und der Nadellageranordnung 42. Daher wird der Kipphebel 12 und die ringförmigen Gehäuse 40 als Einheit um die halbzylindrisehen Ansätze 38 des Widerlagers 34 schwenken, wobei ein Minimum an Reibung, an Erwärmung und Verschleiss auftritt. Andererseits hat sich der Nocken der Nockenwelle von der Oberfläche des Stössels (nicht gezeigt) wegbewegt, so wird die Stoßstange 16 zu dieser Zeit im wesentlichen keine Kraft auf den Kipphebel 12 ausüben. '

Daher wirkt auch im wesentlichen keine Kraft zwischen dem Boden 20 des Kipphebels 12 und den ringförmigen Gehäusen 40, d. h. der Kipphebel 12 belastet die ringförmigen Gehäuse 40 nicht mehl·, und diese können sich infolge von Motorschwingungen und Massenkräften, die zu diesem Zeitpunkt auf die ringförmigen Gehäuse 4o einwirken, relativ zum Kipphebel 12 drehen.

Daraus ergibt sich, dass im unbelasteten Zustand die Drehung der ringförmigen Gehäuse 40 dafür sorgt, dass andere Teile der ringförmigen Gehäuse 40 in Berührung mit der halbzylindrischen Lagerfläche 28 des Kipphebels 12 kommen, wodurch der Verschleiss der ringförmigen Gehäuse 40 gleichmässig verteilt wird. Sobald jedoch der Kipphebel 12 durch das Anheben des Stössels erneut belastet wird, vermeiden die Reibungswiderstände zwischen dem Kipphebel 12 und den ringförmigen Gehäusen 40 eine relative Drehung, wodurch Reibung und Versehleiss herabgesetzt werden.

Die Figuren 4 a und 4 b geigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Das Widerlager 34* ist hierbei mit einem sich nach unten erstreckenden Teil 44 versehen, der sich durch die Öffnung 30 im Kipphebel 12 erstreckt und an seinem unteren Ende einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweist.

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Dieser rechteckige oder quadratische Querschnitt wird in einer Ausnehmung oder Nut (nicht gezeigt) in Teil 14 des Zylinderkopfes aufgenommen und verhindert dadurch eine Drehung des Widerlagers 3>4' gegenüber dem Zylinderkopf.

In Figur 1 kann die Stoßstange 16 über Einrichtungen (nicht gezeigt) geführt werden, um ein seitliches Schwenken oder Verdrehen des Kipphebels 12 auf seinem Lagerbolzen im Teil 14 des Zylinderkopfes zu vermeiden. Die Figuren 4a und 4b zeigen eine andere Lösung dieses Problemes. Eine weitere Lösung dieses Problemes könnte darin bestehen, eine gemeinsame Einrichtung für h mehrere, z. B. vier Ventile anzuordnen, die die Kipphebel seitlich festlegt. Bei der Verwendung einer solchen gemeinsamen Einrichtung könnte der Teil 44 des Widerlagers 34' zylindrisch sein.

Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. In diesem Fall ist jede Nadellageranordnung 42* mit einem Nadelkäfig 54 versehen, der einen radial gewellten Teil 56 aufweist, der als Abstandshalter zwischen der Seitenwand l8 des Kipphebels 12 und den Stirnenden der zylindrischen Ansätze 358^f dient. Dieser Abstandshalter legt somit den Kipphebel 12 in ähnlicher Weise seitlich fest, wie die längeren zylindrischen Ansätze 38 es in der Figur 1 tun. In Jeder anderer Hinsicht ist die Funktion der in den Figuren 4a 4b und 5 gezeigten Ausführungsformen im wesentlichen die gleiche wie sie bereits im Zusammenhang mit den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsfor-P men beschrieben wurde.

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Claims

Patentansprüche

Kipphebelanordnung für Verbrennungsmotoren, mit einem einstückigen, hohlen, einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisenden Kipphebel mit umlaufenden, ebenen Seitenwänden und einem hierzu senkrechten Boden, der eine konkave, halbzylindrische Lagerfläche bildet, die eine längliche Öffnung aufweist, einem im Kipphebel in der halbzylindrischen Lagerfläche aufgenommenen Widerlager, das eine Öffnung aufweist, einem Befestigungsbolzen, der durch die längliche Öffnung im Kipphebel hindurchtritt und in die Öffnung im Widerlager einragt und dieses festlegt und einer zwischen dem Kipphebel und dem Widerlager angeordneten Lageranordnung, dadurch gekennzeichnet , dass die Lageranordnung aus einem am Widerlager drehbar gelagerten, ringförmigen Gehäuse besteht, das sich an der inneren konkaven Lagerfläche (28) des Kipphebels (12) kraftschlüssig abstützt und bei Belastung gemeinsam mit dem Kipphebel (12) und bei Entlastung Infolge Schwingungen relativ zum Kipphebel (12) drehbar ist.
2. Kipphebelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager (34) mit von seinem Grundkörper seitlich nach entgegengesetzten Seiten ausragenden, zylindrischen Ansätzen (38) versehen ist und die Lageranordnung aus Je einem auf Jedem der zylindrischen Ansätze (38) drehbar gelagerten, ringförmigen Gehäusen (4o) besteht.
3. Kipphebelanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch

gekennzeichnet, dass zwischen Jedem der zylindrischen Ansätze (38) und den ringförmigen Gehäusen (4φ) Nadellageranordnungen (42) angeordnet sind.
4* Kipphebelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennz e ic h η e t , dass die ebenen Seitenwände (l8) des Kipphebels (12) la wesentlichen parallel sind und das Widerlager (34) mit den ringförmigen Gehäusen (40) zusammen eine Breite aufweist, die dem Abstand der Seitenwände (l8) entspricht.

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5. Kipphebelanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, dass die Nadellageranordnungen (42*) mit Nadelkäfigen (54) versehen sind, deren gewellte Stirnflächen (56) gegen die Seitenwände (l8) des Kipphebels (12) liegen.
6. Kipphebelanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager (34) mit einem sich nach unten erstreckenden Teil (44) versehen ist, der den Befestigungsbolzen (32) umfasst, sich durch die Öffnung (30) im Kipphebel (12) erstreckt und mit Teilen des Zylinderkopfes (nicht gezeigt) eine Drehung des Widerlagers (34) gegenüber dem Zylinderkopf verhindernd zusammenwirkt.

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