DE2809915A1

DE2809915A1 - Nocken zur steuerung der ventile in hubkolbenmaschinen

Info

Publication number: DE2809915A1
Application number: DE19782809915
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Deschler; Hans Ing Grad Gebhardt; Dieter Wittmann
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1978-03-08
Filing date: 1978-03-08
Publication date: 1979-09-13
Also published as: DE2809915C2

Description

fo/kr

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft

Nürnberg, 7. März· 1978

Nocken zur Steuerung der Ventile in Hubkolbenmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Nocken zur Steuerung der Ventile in Hubkolbenmaschinen, durch den das Ventil
über einen Flachstößel gegen die Kraft einer Schließfeder geöffnet wird.

Kraft- oder Arbeitsmaschinen mit zyklischer Arbeitsweise brauchen zur Durchführung des Kreisprozesses Ventile, die üblicherweise über drehende, auf einer Welle angeordnete Nocken gesteuert werden. Bei der Umsetzung der drehenden Bewegung des Nockens in eine hin- und hergehende am Ventil treten hohe Beschleunigungen auf, die in den Steuerungsteilen starke Belastungen hervorrufen und besonders in
den Teilen mit großen Relativbewegungen, wie beispielsweise Nocken und Stößel, zu hohem Verschleiß führen können. Diese Erscheinung der auf die Laufzeit der Maschine bezogenen rascheren Abnützung der aufeinander gleitenden Flächen von Nocken und Stößel wird durch den Bau leistungsstarker und damit zum Teil auch höher drehender Motoren
verstärkt. Die dafür verantwortlichen Ursachen sind vorwiegend in der nicht optimalen Ausbildung eines tragfähigen hydrodynamischen Schmierfilms zu suchen.

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Es ist heute bekannt und wurde durch Messungen inzwischen bestätigt, daß sich auch zwischen hochbelasteten Gleitflächen bei flüssiger Schmierung ein Ölfilm bilden kann, der zwar nicht zu vollkommener Körpertrennung führt, jedoch durch einen hydrodynamischen Traganteil den Flächenanteil metallischer Berührung verringert. Dieser Schmierungszustand wird mit Mischreibung bezeichnet.

In der DE-Patentanmeldung P 2726 073 wird darauf hingewiesen, daß der Bereich um die Nockenspitze der für die Bildung eines tragfähigen Schmierfilms kritische Bereich ist. Aufbauend auf der elasto-hydrodynamischen Schmierungstheorie wird in der Patentanmeldung eine hydrodynamische Beurteilungskennzahl y definiert, die sich aus den-geometrischen Größen des Nockens wie dem Nockenkrümmungsradius r_N, dem Grundkreisradius r~ und dem Nockenhub ζ zusammensetzt. Gute Schmierverhältnisse im kritischen Bereich der Nockenspitze werden erreicht bei

0,15 « £> = 0,25, wobei sich die hydrodynamische Beurteilungskennzahl errechnet aus j> * r_N . Wie die

^rG ^{+ z}

Praxis inzwischen zeigte, reichen diese Erkenntnisse jedoch noch nicht aus, um sie optimal zu verwerten.

Hier setzt bereits die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, bei einem Nocken der eingangs beschriebenen Art im kritischen Bereich der Nockenspitze durch Schaffung eines möglichst großen Flüssigkeits-Traganteiles den Verschleiß am Nocken und an der Kontaktfläche des Stößels auf ein äußerstes Minimum zu begrenzen.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die hydrodynamische Beurteilungskennzahl 0>, die sich aus

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dem Nockenkrümmungsradius r_N, dem Grundkreisradius r„ und dem Nockenhub ζ zusammensetzt (. γ - r_N/r_r+z), über

den gesamten kritischen Bereich der Nockenspitze genau konstant gehalten wird, und daß die Form des Nockens in diesem Bereich durch den Nockenhub ZL^c₁- cosfp/T^ ^x - χ,)} T(X₂₁ -st η IfJ¹Po' (^Λ -beschrieben wird, wobei b_e die in einem Bereich zwischen 0,15 und 0,25 gewählte konstante hydrodynamische Beurteilungskennzahl und χ den Nockenwinkel· bedeuten und , sofern vor dem Bereich γ = konstant noch ein anderer Bereich vorgesehen ist, bedeuten der Koeffizient a, die Summe aus dem Nockenhub z_Q zu Beginn des Bereiches O = konstant und dem Grundkreisradius r„, und der Koeffizient a~ die Stetigkeitsbedingung von Nockenhub ζ und dessen erster Ableitung nach dem Nockenwinkel x_Q zu Beginn des Bereiches U « konstant.

Damit wird ein vollkommen neuer Weg eingeschlagen, durch den im kritischen Bereich der Nockenspitze in jedem Falle optimale Schmierverhältnisse vorliegen, denn man wählt zuerst mit Rücksicht auf die oft beschränkten Einbauverhältnisse, wie beispielsweise Wahl des Grundkreisradius, die hydrodynamische Beurteilungskennzahl, die, wie bekannt ist, zwischen 0,15 und 0,25 liegen soll·, hält diese über den kritischen Bereich konstant und errechnet erst dann unter Zugrundelegung dieses Wertes den jeweiligen Nockenhub. ■

Ein solches Vorgehen bringt den Vorteil mit sich, daß die Hertzpressung von der Nockenspitze zur Nockenflanke hin zumindest gleich bleibt oder sogar leicht absinkt.

Es wird ausdrücklich erwähnt, daß die erfindungsgemäße Festiegung des Nockenhubes nicht nur für stetig ver-

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laufende Nocken, d.h. bei denen die Nockenform genau an der Nockenspitze beginnt, Gültigkeit besitzt, sondern daß sie auch für Nocken, bei denen vor dem Bereich

I⁷ = konstant noch ein anderer Bereich vorgesehen ist, angewendet werden kann.Derartige Nocken, die beispielsweise an ihrer höchsten Erhebung eine Abflachung aufweisen, kommen jedoch in der Praxis nur selten vor.

. Aus diesem Grund wird als Weiterbildung der Erfindung noch vorgeschlagen, daß bei Nockenformen, die genau an der Nockenspitze beginnen, die Festlegung des Nockenhubes ζ vereinfachbar ist durch ζ = α,- cos(VT^¹ · x)-r_&

Eine solche Vereinfachung ist möglich, weil der Nockenwinkel x„ entfällt, denn er wird Null, und der Nockenhub z_A ist gleichzeitig der maximale Nockenhub ζ . Der Koeffizient a» wird damit ebenfalls Null und kann somit unberücksichtigt bleiben.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Beispieles entnommen werden.Es zeigen:

Fig. I den Aufbau einer Nockensteuerung rein schematisch,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Zusammenhänge zwischen hydrodynamischer Beurteilungskennzahl, Nockenhub und Hertzpressung, wenn der Nocken nach der Erfindung ausgelegt wird.

In Fig. I ist ein Nocken 1 angedeutet, der soeben von einem Gleitstößel 2 mit ebenem Boden 3 abläuft. Mit r_fl ist der Grundkreisradius und mit r_N der Krümmungsradius des Nockens 1 bezeichnet. Ferner ist der jeweilige Nockenhub z, der sich nach der Nockenform 4 richtet, und der maximale Nockenhub z_m„„ eingetragen.

Fig. 2 zeigt ein Koordinatensystem, in dem auf der

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Ordinate eine Skala P„ für die Hertzpressung in N/mm , eine Skala ζ für den Nockenhub ζ in mm und eine Skala γ für die hydrodynamische Beurteilungskennzahl angebracht sind, während auf der Abszisse der Nockenwinkel χ aufgetragen ist, der an der Nockenspitze den Wert Null hat. Hieraus ergibt sich, daß die eingetragenen Kurven für die Ablaufflanke eines Nockens gelten müssen. Dies ist auch deutlich an der abfallenden Noclenhubkurve ζ zu sehen, die gleichzeitig die Ablaufflanke des Nockens darstellt. Die Nockenspitze ist mit ζ bezeichnet. Der kritische Bereich eines Nockens beginnt etwa 30° vor der Nockenspitze und endet ca. 30° nach dieser. Für die Ablaufflanke ist der Bereich durch die strichpunktierte Linie 5 angezeigt. Aus der die hydrodynamische Beurteilungskennzahl darstellenden Kurve läßt sich entnehmen, daß diese im kritischen Bereich erfindungsgemäß einen konstanten Wert J> von 0,2 aufweist und erst danach plötzlich ansteigt. Die die Herzpressung wiedergebende Kurve P^ zeigt, daß die Hertzpressung im kritischen Bereich nahezu konstant bleibt bzw. geringfügig abfällt, was als wesentlicher Vorteil zu werten ist.

Die dargestellte Nockenhälfte weist eine stetig verlaufende Nockenform auf und beginnt genau an der Nockenspitze. In diesem Falle ist, wie bereits erwähnt, ζ« « ζ und X₀-O. Würde ein Nocken darzustellen sein, der vor dem Bereich £> « konstant noch einen anderen Bereich aufweist, so würde X₀ im Diagramm weiter links liegen und auf deren Senkrechten auch z„.

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Leerseite

Claims

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg 2809915

Aktiengesellschaft

Nürnberg, 7. März 1978

Patentansprüche

Nocken zur Steuerung der Ventile in Hubkolbenmaschinen, durch den das Ventil über einen Flachstößel gegen die Kraft einer Schließfeder geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrodynamische Beurteilungskennzahl ( t>), die sich aus dem Nockenkrümmungsradius (r_N), dem Grundkreisradius (r^) und dem Nockenhub (z) zusammensetzt (F"= r_N/r„+z), über den gesamten kritischen Bereich der Nockenspitze genau konstant gehalten wird, und daß die Form des Nockens (l) in diesem Bereichdur ch den Nockenhub

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beschrieben wird, wobei f-_c die in einem Bereich zwischen 0,15 und 0,25 frei gewählte konstante hydrodynamische Beurteilungskennzahl und χ den Nockenwinkel bedeuten und, sofern vor dem Bereich fc «= konstant noch ein anderer Bereich vorgesehen ist, bedeuten der Koeffizient a, die Summe aus dem Nockenhub (z_Q) zu Beginn des Bereiches fr = konstant und dem Grundkreisradius (r_ß), und der Koeffizient (a₂) die Stetigkeitsbedingung von Nockenhub (z) und dessen erster Ableitung nach dem Nockenwinkel (x_Q) zu Beginn des Bereiches £>'-konstant.

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GIMAL INSPECTED

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2. Nocken nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer genau an der Nockenspitze beginnenden Nockenform, d.h. z^ = ζ „„ und X_n * °* die Festlegung des Nocken-

O ΓΠ3.Χ U

hubes (z) vereinfachbar ist durch ζ « a, . cos (ii-,γο ' X

wobei der Koeffizient a. durch die Summe aus dem maximalen Nockenhub (z ) und dem Grundkreisradius (v_r)

max \i

gebildet

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