DE2416910A1

DE2416910A1 - Betaetigungseinrichtung fuer die arbeitsmittelventile an einer hubkolbenmaschine mit hydraulischen spielausgleichselementen

Info

Publication number: DE2416910A1
Application number: DE2416910A
Authority: DE
Inventors: Bertold Dipl Ing Dr Mayr; Siegfried Dipl Ing Roeser
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1974-04-06
Filing date: 1974-04-06
Publication date: 1975-10-16
Also published as: SE412089B; SE7503898L; DE2416910B2; FR2266800A1; FR2266800B1; US4241707A; GB1497613A; IT1032404B

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 10171/1

Stuttgart-Untertürkheim 15.3.74

Betätigungseinrichtung für die Arbeitsmittelventile an einer Hubkolbenmaschine mit hydraulischen Spielausgleichselementen

Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung für die Arbeitsmittelventile an einer Hubkolbenmaschine mit wenigstens einer Nockenwelle und je einer¹ iiocke für jedes Ventil und einer wenigstens mittelbaren Betätigung der Ventile durch die entsprechende Nocke_s mit je einem in: Kraftflufi zuischen jeder iJocke und den; zugehörigen Ventilstößel oder an jeweils einer die Betätigungsreaktionskräfte in das Maschinengestell ableitenden Stelle angeordneten hydraulischen Spielausgleichselement, welches je einen durch die Betätigungs- oder durch die Reaktionskräfte belastbaren i;.it Schmieröl ausgefüllten Arbeitsraun aufweist, der jeweils an den Schmierölkreislauf der Hubkolbenmaschine angeschlossen ist.

Die Erfahrung zeigt, daß das öl in den Schmieröikräisläiif en von Hubkolbenmaschinen keineswegs in blas chenf zweier· flüssiger Form sondern in Form eines mehr oder weniger stark lufthaltigen Schaumes vorliegt und in dieser Form im Kreislauf zirkuliert und zu den Verbrauchsstellen gelaunt. Dieser hohe Luftanteil im öl macht das Medium aber koi.ipressibei, was für das vom Arbeitsraum der hydraulischen Spieiausgleichselenente eingeschlossene (Jlvolumen und für die Wirkungsweise der Spielausgleichselemente absolut un^ulclssig ist.

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Die Arbeitsräume der hydraulischen Spielausgleichselemente sind während der Zeiten, in denen die zugehörigen Ventile in Ruhestellung sind, einem nur geringen Oberdruck unterworfen. Der volle Vorlaufdruck des Schmierölkreielaufes würde eine zu starke Anpressung der Nocke und der Nockengegenifläche, die sich nur entlang eines linienförniigen Streifens und im Ruhetakt an der Nockengegenfläche stets an derselben Stelle berühren j bewirken; hierdurch würde die flüssige Reibung verlorengehen und wenigstens teilweise eine trockene Reibung entstehen, die die Gleitflächen zum gegenseitigen Fressen bringen würden. Es ist also eine Druckabsenkung von Vorlaufdruck des Schmierölkreislaufes auf einen die Arbeitsräume der hydraulischen Spielausgleichselemente beaufschlagenden geringeren Druck erforderlich.

Diese Druckabsenkung kann i.B- dadurch geschehen, daß eine mit dem Vorlaufdruck des Schmierölkreislaufes beaufschlagte Leitung über eine Drosseldüse definierten Querschnittes angezapft wird und über ein Druckbegrenzungsventil dieser Teilstrom auf den Rücklaufdruck entspannt wird. In dem Leitungsteilstück zwischen Drossel und Druckbegrenzungsventil herrscht bei geeigneter Dimensionierung dieser Teile ein hinsichtlich seiner Höhe für die Beaufschlagung der Spielausgleichselemente brauchbarer Brück. Nachteilig hia?an ist aber, daß für diese Druckerzeugung dem Schmierölkreislauf eine gewisse Schmierölmenge entzogen werden muß, was den Schmierölkreislauf mengenmäßig zusätzlich belastet. Die Umlaufgeschwindigkeit des Schmierölkreislaufes wird dadurch erhöht, was den Lufceintrag in das öl begünstigt, die Verweilzeit im ölsumpf verkürzt und den Spiegel im ölsumpf senkt; Lufteinschnüffeiungen sind dadurch eher möglich. Durch das ständige

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Strömen von Öl in dem der Erzeugung des geringeren Druckes für die Spielausgleichseleniente dienenden Zweig des ölkreislaufes fließt hier selbstverständlich noch|ständig stark lufthaltiges öl. Man hat deshalb schon Entlüftungen an den Spielausgleiehselementen vorgesehen (vergl· DT-OS 1 451 940). Es ließe sich auch denken, das öl in dem erwähnten Druckabsenkungszweig über Körper großer Oberfläche, z.B. Siebhaufwerke, sog. Entschäumer zu leiten, bevor das Öl in die Spielausgleichseleniente geleitet wird. Diese Maßnahmen bringen aber nur Teilerfolge, da sie eine zuverlässige Luftausscheidung des öles im Spielausgleichselement und somit eine Restkompressibilität nicht vermeiden können. Die Spielausgleichselemente wirken dann allenfalls als eine mehr oder weniger harte Feder. Im übrigen lassen sich die sog. Entschäumer aus Platzgründen in der Nähe der Spielausgleichselemente meist gar nicht unterbringen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Druckversorgung der hydraulischen Spielausgleichselemente anzugeben, die den Schmierölkreislauf mengenmäßig praktisch nicht belastet und die konstruktiv einfacher ist als bekannte Druckversorgungen. Diese Aufgabe wird effindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stelle des hydraulischen Anschlusses der Spielausgleichselemente an den Schmierölkreislauf (Anzapfstelle) an eine solche Stelle in diesen Kreislauf gelegt ist, an der der Schmierölkreislauf systembedingt einen in allen Betriebszuständen unter dem Vorlaufdruck des Kreislaufes aber über dem Umgebungsluftdruck der Hubkolbenmaschine liegenden Druck aufweist.

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Dank der Anzapfung einer Stelle des Schmierölkreislaufes, an der ohnehin ein geeigneter Druck vorhanden ist, entfallen die Maßnahmen einer gesonderten Druckabsenkung und - was noch wichtiger ist - es entfällt auch der dafür erforderliche Teilstz'om. An der Anzapfstelle wird nämlich nun, abgesehen von der sehr geringen Leckmenge der Arbeitsräume der Spielausgleichseleinente, keine Flüssigkeit abgezogen und dementsprechend nur ein Druck überlagert, aber der Kreislauf mengenmäßig nicht belastet. Aufgrund der sehr geringen Strömungsgeschwindigkeit in der Anzapfleitung - es fließen nur die Leckmengen nach - kommt es in der Anzapfleitung zu einer Eeruhigung und Luftabscheidung, so daß an den Spielausgleichselementen luftfreies öl zur Verfügung steht. Der Anzapfdruck kann auch über ein lufthaltiges öl übertragen werden.

Um eine Luftabscheidung aus dem Öl der Anzapfleitung in den Ölkreislauf zurück/zubegünstigen, ist es zweckmäßig, wenn die Anzapfstelle bei Arbeitslage der Hubkolbenmaschine geodätisch höher liegt als die Spielausgleichseleinente und daß die Anzapfleitung zumindest in dem der Anzapfstelle nächstfolgenden Bereich möglichst steil mit stets eindeutigem Gefälle verläuft. Bei der Anordnung der Anzapfleitung ist darauf Bedacht zu nehmen, daß sich keine Luftsäcke aufgrund von Luftausscheidungen an bestimmten Stellen halten können. Die in der abfallenden Anzapfleitung aufsteigenden Luftbläschen gelangen über die Anzapfstelle in den ölkreislauf zurück, wohingegen das für die Spielausgleichselemente angezapfte entlüftete Öl nach unten in der Anzapfleitung den Spielausgleichselementen zuströmt. Um eine besonders gute Entlüftung des Öles in der Anzapfleitung zu bekommen, ist es vorteilhaft, wenn die Anzapfleitung wenigstens im Gefällebereich einen möglichst großen Querschnitt aufweist,

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derart, daß die Fließgeschwindi&keit des Öles darin geringer ist als die Aufper!geschwindigkeit der Luftbläschen. Es wird hierdurch gewissermaßen eine Beruhigungsstrecke geschaffen, in der das öl nahezu stagniert.

Vielfach ist geodätisch oberhalb der Spielausgleichseleiriente eine an den Schmierölkreislauf angeschlossene Gleitlagerteile, z.B. ein Nockenwellenlager angeordnet. In diesen Fällen kann in vorteilhafter Weise die Anzapfstelle in den Gleitspait eines solchen Gleitlagers an einer gegenüber der Anschlußstelle des Gleitlagers an den Schmierölkreislauf (Versorgungsstelle) in Drehrichtung des Lagers etwas versetzt angeordneten Umfangslage münden. Derartige Gleitlagerspalte stellen günstige Druckabbaustrecken dar, die ohnehin vorhanden und für die vorliegenden Zwecke gut ausnutzbar sind. Zweckmäßigerweise wird die Anzapfstelle weniger als die axiale Länge des Gleitlagers mißt in Drehrichtung des Lagers gegenüber der Versorgungsstelle versetzt. An dieser Stelle ist auch unter ungünstigen Bedingungen ein ausreichend hoher Druck stets gewährleistet. Dabei können die Anzapfstelle und die Versorgungsstelle durch eine wenigstens teilweise das Gleitlager in Unifangsrichtunt, umschließende ;»ut miteinander verbunden sein.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im folgenden näher erläutert, aie Figur zeigt einen Schnitt durch den Ventilantrieb einer Hubkolbenmaschine mit hydraulischem Spielausgleichseler.ient und erfindungs· gemäßer Druckversorgung.

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Die Darstellung zeigt einen Zylinderkopf 1 mit einem durch ein Ventil 2 (Ventilteller 3, Ventilschaft 4, Ventilsitz 5, Ventilfedern 16) verschließbaren Arbeitsmittelkanal 6, einer das Ventil betätigenden auf der. Zylinderkopf gelagerten (Lagerbock 7 mit Lager 8) Nockenwelle 9 ir.it Nocke 10 und einem in dem. Widerlager 11 gelagerten spielfrei air. Ventilstößeldruckstück 12 und an der Nockenbahn 10 ir.it seinen Arbeitsflächen 13 bzw. 14 anliegenden Kipphebel 15. Das Kipphebelwiderlager 11 nimmt bei Ventilbetätigung durch die Nocke 10 und den Kipphebel 15 die Reaktionskräfte teilweise auf. In Kraftfluß zwischen dem Widerlager 11 und den die Reaktionskräfte aufnehmenden Zylinderkopf 1 ist ein hydraulisches Spielausgleichseleraent 17 angeordnet, welches in der Ruhephase des Ventiles 2 und der Nocke auf das Widerlager eine nach oben gerichtete das Spiel im Betätigungskraftfluß des Ventiles beseitigende Kraft ausübt. Das Spielausgleichselement weist einen mit dem Widerlager 11 fest verbundenen in dem Zylinder It gleitenden Kolben 19 auf, der mit dem Gehäuse 18 zusammen einen über ein in Zulaufrichtung zum Arbeitsraum offenes Rückschlagventil 20 verschließbaren Arbeitsraum 21 bildet. Zu jedem Ventil der Hubkolbenmaschine gehört ein Kipphebel, ein Nocken- und ein Spielausgleichselement. Die in einer Reihe hintereinander angeordneten Spielausgleichselemente stehen mit ihrer ZulaufÖffnung (Ventil 20) mit der Längsleitung 22 in Verbindung. Diese Längsleitung ist an einer geeigneten Stelle mit dem Schrderölkreislauf der Kubkolbenmaschine verbunden, derart, daß der Schmierölkreislauf mengenmäßig dadurch nicht belastet ist und entlüftetes öl in die Spielausgleichselemente gelangt. Einen geringen öldurchsatz haben die Spielausgleichselemente gleichwohl, da der Kolben im Gehäuse 18 ständig kleine Oszillationsbewegungen bei jeder Ventil$ffnung macht und im Spalt zwischen Kolben 19 und Gehäuse

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ständig eine geringe Ö'lir.eiige leckt. Diec ist aus schr.iierungstechnischen Gründen schon erforderlich. Das aus der Längsleitung über das Rückschlagventil 20 in den Arbeitsraum 21 nachströmende Öl muß weitgehend luftfrei sein, daji'it das in. Arbeitsraum befindliche ölpolster inkompressibel ist und das Widerlager 11 unter den Ventilbetätigungskräften nicht nachgibt. Das Lecköl niuß stets unter einem in allen erdenklichen Betriebs zuständen eindeutig positiven Überdruck zugeführt werden, andererseits darf dieser Druck nicht zu hoch sein, da sonst die Flächenpressung zwischen den Gleitflächen der Nocke 10 und dem Kipphebelrücken zu hoch wird (Linienberührung) uric insbesondere in der· dargestellten Ruhephase (Stillstand der Eerührungslinie auf deir: Kipphebelrücken IU) die Gefahr einer halbtrockenen Reibung und des Fressens besteht.

Der Schmierölkreislauf der Hubkolbenmaschine ist nur schematisch und auch nur unvollständig angedeutet n.it Schniierclpurr.pe 23, Pumpensumpf 24 und Vorlauf leitung 25. Das Schn-ieröl gelangt durch Abtropfen und Oberflächenablauf von den Berbrauchsstellen in den Pumpensumpf zurück. Die Vorlaufleitung verzweigt sich in die ganze Hubkolbenmaschine hinein und führt auch bis in den Zylinderkopf 1 und den Lageebock 7 der Nockenwelle hinauf, über eine die Schmiermenge des Lagers bestimmende Drosselstelle 26 - Versorgungsstelle des Lagers - am Ende der Vorlaufleitung 2 5 im Lagerbock 7 gelangt das Schmieröl in eine das Nockenwellenlager 8 umgebende Umfangsnut 27, die das einseitig zugeführte Schmieröl in Umfangsrichtung des Lagers verteilt. Entlang der Drossel 26 nimmt der Schnieröldruck vom Vorlaufdruck auf den Lagerzulaufdruck ab, der unmittelbar hinter der Drossel in der Nut gemessen werden kann. Der Druck in der Nut nimmt - ausgehend von dem Lagerzulaufdruck an der Versorgungsstelle 26 - aufgrund

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von axialen Abflüssen in den Gleitspalt hinein in Drehrichtung (Pfeil 28) des Lagers ab. Itwa 3U bis 4b in Drehiichtung hinter der Versorgun_fosatelle ibt aaüui-ch auf ii&cüi licht systembedingte Weise eine Reduzierung des uruckes auf ein solches iiiveau eingetreten, wie sie für eine bruckversGr^uii^ der Gpielcius_toleichoelemente günstig ist. An dieser Stelle ist über eine kleine die Nut 27 anschneidende Bohrung i.2 das Schrei ex· sy st era der Hubkolbenmaschine angezapft für eine L'r^cKVeuorgung der Spielausgleichseleniente (Anzapistelle mit entüprecuendem Anzapfdruck). Durch eine von der gegenüber den Spielciuskieichs elementen geodätisch höher gelegenen Anzapfstelle faliexid zu der uängsleitung 2 2 führenden Αηζαρίleitung 3ü wird dieser Anzapfdruck zu den Spieiausgieichseiementen weitergeleitet. Aufgrund der großen Querschnittsbeiaessung der miZa^iieiLung und der an sich nur sehr geringen Anzapfmengen stagniert das angezapfte 3l nahezu in der Leitung 30. Noch enthaltene L.ufteinschiüsse können dank der fallenden Anordnung der¹ Anzapf leitung zu der Anzapfstelle 2 9 zurückperlen. Bis ein bestimmtes ülvolumen in der Anzapfleitung aufgrund der Leckverluste bis zur Längsleitung 2 2 abgesunken ist, hat es genügend Zeit gehabt, uji. «ausreichend Luft abzuscheiden.

Die Vorteile der erf in dungs gemäß en Lx uckversor^urit der hydraulischen Spielausgleichselemente liefen darin, άαΖ die Linzelteile für eine gesonderte Druckreduzierung gespart werden, daiö der Schiriierölkr eis lauf mengenmäßig weniger belastet wird, was den Lufteintrag ins Schmieröl reauiiert und da£ auf^i'und einer ölberuhigung und fallenden ü!zuführung, eine wirksame Luftabscheidung vor Lintritt des üles in die jpielausgieichseltmente stattfindet, was deren funktion besser zur Geltung bringt. Außerdem ist der Zulaufdruck zuverlässig aui zulässige Werte begrenzt.

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Claims

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Ansprüche

l.i Betätigungseinrichtung für die Arbeitsmittelventile an ^-'" einer Eubkolbenmaschine mit wenigstens einer Nockenwelle und je einer Nocke für jedes Ventil und einer wenigstens mittelbaren Betätigung der Ventile durch die entsprechende Nocke, mit je einem im Kraftfluß zwischen jeder Nocke und dem zugehörigen Ventilstößel oder an jeweils einer die Betätigungsreaktionskräfte in das riaschinengestell ableitenden Stelle angeordneten hydraulischen Spielausgleichselement, welches je einen durch die Betatigungs- oder durch die Reaktionskräfte belastbaren mit Schmieröl ausgefüllten Arbeitsraum aufweist, der jeweils an den Schmierölkreislauf der Hubkolbenmaschine angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Stelle des hydraulischen Anschlusses der Spielaus^leichselemente (17) an den Schmierölkreislauf (23 bis 27) (Anzapfstelle 29) an eine solche Stelle in diesem Kreislauf gelegt ist, an der der Schmierölkreislauf (23 bis 27) systembedingt einen in allen Betriebszuständen unter dem Vorlaufdruck des Kreislaufes aber über dem Umgebungsluftdruck der Hubkolbenmaschine liegenden Druck aufweist.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j daß die Anzapfstelle (29) bei Arbeitslage der Hubkolbenmaschine geodätisch höher liegt als die Spielausgleichselemente (17) und daL die Anzapfleitung (30) zumindest in dem der Anzapfstelle (29) nächstfolgenden Bereich möglichst steil mit stets eindeutigem Gefalle verläuft.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzapfleitung (30) wenigstens im Gefällebereich einen möglichst großen Querschnitt aufweist, derart j daß die Fließgeschwindigkeit des ö'les darin geringer ist als die Aufperlgeschwindigkeit der Luftbläschen.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3 ir.it geodätisch oberhalb der Spielausgleichseleiuente angeordneten an den Schuierölkreislauf angeschlossenen Cleitiagerstellen, insbesondere Nockenwellenlagern, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzapfstelle (29) in den Gleitspalt eines solchen Gleitlagers (8) an einer gegenüber der Anschlußstelle (26) des Gleitlagers (S) an den Schi:.ierölkreislauf (2 3 bis 27) (Versorgungsstelle 2G) in Drehrichtung des Laders etwas versetzt angeordneten umfangslage mündet.
5. Einrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzapfstelle (29)

in Drehrichtung

(Pfeil 2δ) des Lagers (S) gegenüber der Versorgungsstelle (26) versetzt angeordnet ist.

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6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet j daß die Anzapfstelle (29) und
die Versorgungsstelle (26) durch eine wenigstens teilweise das Gleitlager (8) in Umfangsrichtung umschließende Hut (27) miteinander verbunden sind.

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