DE3004320A1

DE3004320A1 - Dreher fuer ein ventil einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3004320A1
Application number: DE19803004320
Authority: DE
Inventors: Stanley Hubert Updike
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1979-02-07
Filing date: 1980-02-06
Publication date: 1980-08-14
Also published as: FR2448627A1; US4227493A; JPS55134710A; FR2448627B1; GB2041499A; JPS6214689B2; GB2041499B; DE3004320C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dreher für ein Ventil einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und zwar insbesondere für Dieselmotoren. Derartige Dreher finden jedoch auch bei Ottomotoren zunehmend Anwendung.

Ventildreher zur Rotation der Ventile von Brennkraftmaschinen erfüllen zwei Zwecke. Der erste Zweck ist der, dan Ventil in Drehung zu versetzen, insbesondere das Auslaßventil, so daß die heißen Verbrennungsgase direkt auf verschiedene Stellen der Ventilfläche bei jedem Hub auftreffen. Dadurch wird die Wärmezerstörung des Ventils und der sich damit ergebende Kompressionsverlust herabgesetzt und die Lebensdauer des Ventils sowie des Ventilsitzes werden verlängert. Während es nicht ungewöhnlich war, Dieselmotoren nach 120 000 bis 160 0OO km (75 OOO bis lOO 0OO Meilen) Betrieb zu überholen, sind die heutigen Anforderungen derart, daß eine Überholung erst nach 482 000 km (300 000 Meilen) Betrieb erfolgen sollte. Der Einsatz von Ventildrehern trägt zum Erreichen einer verbesserten Lebensdauer durch seine vorteilhafte Wirkung auf die Ventile und die Ventilsitze bei.

Typische Beispiele für bekannte Ventildreher, die eine Rotation der Ventile während des Ventilöffnungshubes bewirken, gehen aus den US-PSen 4 094 280, 3 952 713, 4 003 353, 4 075 987, 3 537 325, 2 526 795, 2 761 434 und 2 624 323 hervor.

Eine andere Bauart eines Ventildrehers wird nicht nur dafür verwendet, verschiedene Oberflächen den heißen Gasen bei jedem Zyklus anzubieten, sondern auch dafür, den Ventilsitz zu säubern, in dem eine Rotation der Ventilfläche gegenüber dem Sitz beim Schließen stattfindet.

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Die Dreher werden beim Ventilschließhub betätigt und wischen Ablagerungen, wie Kohlenstoff-Ablagerungen, vom Ventilsitz ab, die dann au.'·- dom Brennraum beispielsweise durch die ausgestoßenen Gase geblasen werden, oder durch das Einströmen des Brennstoff-Luft-Gomischs.

Ein Beispiel für einen Ventildreher, der beim Ventilschließhub betätigt wird, geht aus der US-PS 3 710 768 als bekannt hervor.

Weitere interessante Veröffentlichungen auf dem Gebiet der Ventildroher sind die US-PSen 3 890 °43, 3 717 133, 2 935 058, 2 827 886 und 2 582 O6O. Ventilspielausgleicher, die zu einer Ventildrehung in beiden Richtungen (im Uhr- und Oogenuhrzeigersinn) führen, sind aus der US-I¹S 2 875 74O bekannt. In der US-PS 2 775 232 ist eine andere Einrichtung gezeigt, bei der ein gebogener Kipphebel verwendet wird. Aus der US-PS 2 66 2 511 geht ein kombinierter Dreher und Ventilspielausgleicher hervor.

Diese Konstruktionen nach dem Stand der Technik lassen erkennen, daß jede sich durch bestimmte Grundelemente auszeichnet, die einen Dreherkörper, eine Dreherkappe, ein verschiebliches Element oder Elemente, die zwischen der Kappe und dem Körper wirksam sind, und, abgesehen von den Ventilspielausgleichern, eine Tellerfeder, ζ. Β. eine Belleville-Feder umfassen. Die Ventilfeder liegt im allgemeinen mit ihrem einen Ende an der Dreherkappe an. Der Dreherkörper liegt im allgemeinen auf dem Zylinderkopf. Die verschieblichen Elemente können entweder eine seitlich belastete Ringbandschraubenfeder oder eine Reihe von Stahlkugeln sein, die in einzelnen, am Umfang sich erstreckenden Taschen gehalten sind, die jeweils eine abfallende, schräge Fläche aufweisen, auf

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der sich die betreffende Kugel bewegt. Um die Kugeln auf das obere Ende der schrägen Fläche zu zu belasten, sind einzelne Spiralfedern vorgesehen. Die Kugeln ragen über die Oberfläche des Dreherkörpers in jeder Lage entlang der schrägen Fläche hinaus, um mit der Tellerfeder in Berührung zu stehen. Die Tellerfedern dieser bekannten Vorrichtungen sind so angeordnet, daß eine Umfangskante der Tellerfeder in Berührung mit der Kappe steht und die andere Umfangskante normalerweise in Berührung mit dem Körper dos Drehers steht. Die Laufbahn der Kugeln ist zwischen den Umfangskanten der Tellerfeder angeordnet .

Wenn die Belastung auf die Kugeln zunimmt durch das Anwachsen des Ventilfederdrucks während des Öffnen des Ventils durch einen Kipphebel, wird die Dreherkappe auf den Dreherkörper zu bewegt und die Kugeln werden die schrägen Flächen entgegen dem Druck der Spiralfedern hinabgedrückt. Die Bewegung der Kugeln die schrägen Flächen hinab führt dazu, daß die Tellerfeder gegenüber dem durch Reibschluß gehaltenen Körper sich dreht. Die Bewegung der Tellerfeder um die Ventilachse leitet die Rotationsbewegung zu der Kappe weiter, mit der sie reibschlüssig zusammenwirkt. Die Ventilfeder, die an einem Halter nahe dem äußersten Ende des Ventils aufliegt, wird wegen der reibschlüssigen Verbindung mit der Dreherkappe gedreht. Die Rotationsbewegung der Ventilfeder wird weitergeleitet an das Ventil über den Halter, der mit dem Ventilschaft verriegelt ist. Wenn das Ventil wieder aufliegt, so ist es in einer anderen Winkellage gegenüber der, die es eingenommen hatte, als der Zyklus begann. Ventildreher bewirken, im Gegensatz zu Ventilausgleichern, eine resultierende positive Drehung in einer vorgegebenen Richtung während des Zykluses des

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Ventilöffnens und -schließens. Um eine resultierende positive Rotation in eine Richtung zu erhalten, wird eine Einweg-Kupplung verwendet, die eine Rotation in der Gegenrichtung verhindert. Bei diesen Ventilöffnungsdrehern sind die Dreherkörper und die Dreherkappe an gegenüberliegenden Seiten der Tellerfeder angeordnet.

In der US-PS 3 71O 768 wird die Wirkungsweise einer Vorrichtung erläutert, die beim Ventilschließhub betätigt wird. In Fig. 1 und 2 sind handelsübliche Konstruktionen dargestellt, die beim Ventilschließhub betätigt werden und die sich durch mehrere Tellerfedern und eine Laufbahn auszeichnen. Bei diesen Ventilschließdrehern sind der Dreherkörper und die Dreherkappe auf der gleichen Seite der Tellerfeder angeordnet.

Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Konstruktionen, die beim Ventilschließhub betätigt werden, also insbesondere die in Fig. 1 und 2 dargestellten Konstruktionen, zu vereinfachen, indem Teile fortgelassen werden, um die Herstellungskosten herabzusetzen.

Der erfindungsgemäße Dreher weist außerdem kleinere Abmessungen auf und neigt weniger zum Verschmutzen.

Um dies zu erreichen, ist der Dreherkörper, der in seinem Aufbau demjenigen ähnlich ist, der bei der Herstellung von Ventildrehern, die während des Öffnungshubes betätigt werden, verwendet wird, mit einer Hebelunterlage versehen. Diese Hebelunterlage überträgt den Ventilfederdruck normalerweise von der Kappe über die Tellerfeder und das verschiebliche Element oder Elemente zu dem Dreherkörper, so daß ein Zustand eingenommen wird, bei dem der Druck

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von der Kappe weitergeleitet wird zu der Tellerfeder und direkt zu dem Körper. Der Druck ist damit von dem verschieblichen Element oder Elementen entfernt und die Kappe und der Körper sind reibschlüssig gegen eine gegenseitige Rotation durch die Tellerfeder gekuppelt. Die Entfernung des Drucks von dem verschieblichen Element oder Elementen ermöglicht es den verschieblichen Mitteln, eine andere Lage gegenüber der Kappe und dem Körper einzunehmen (beispielsweise werden die Kugeln über die schräge Fläche hinaufgedrückt). Wenn der Ventilfederdruck wieder auf die verschieblichen Mittel über die Tellerfeder ausgeübt wird, wenn die Kappe und der Körper sich voneinander weg bewegen und die Tellerfeder die Hebelunterlage verläßt, werden die verschiebliehen Mitteln dadurch mit großem Druck berührt und in die entgegengesetzte Richtung bewegt (beispielsweise werden die Kugeln die schräge Fläche hinabgedrückt). Dadurch werden die Kappe und der Körper entkuppelt und eine gegenseitige Rotation zwischen Kappe und Körper wird möglich,· wie nachstehend im einzelnen beschrieben wird.

Das Vorhandensein von Mitteln zum Entfernen des Drucks von dem verschieblichen Element oder Elementen während des Ventilhubs, um diesem Element oder Elementen die Möglichkeit zu geben, eine andere Stellung einzunehmen, unterscheidet die Erfindung von dem Stand der Technik.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung, die zwischen dem Teil und der Tellerfeder wirksam wird, um die Belastung zu entfernen, eine Hebelunterlage, auf der die Tellerfeder während der Bewegung der Teile aufeinander zu und voneinander weg gekippt wird, wodurch die Belastung der Tellerfeder von den verschiebliehen Elementen genommen wird, um diesem Element oder

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Elementen die Möglichkeit zu geben, eine andere Position zwischen den Teilen einzunehmen, während die Teile gegenüber einer gegenseitigen Rotation aneinandergekuppelt sind. Bei einer gegenseitigen Bewegung der beiden Teile in entgegengesetzte Richtungen wird die Belastung erneut auf das Element oder die Elemente ausgeübt, die sich nun in einer anderen Lage befinden, wodurch das Element oder die Elemente zurückgedrückt werden, um gleichzeitig eine gegenseitige Rotation zwischen den Teilen zu bewirken, die sich nun in einem entkuppelten Zustand befinden.

Die Hebelunterlage kann mit einem der beiden Teile integriert sein, beispielsweise mit dem Dreherkörper, oder sie kann ein separates Teil sein, das zwischen einem der beiden Teile und der Teilerfeder angeordnet ist, beispielsweise ein separater Ring. Die Hebelunterlage ist zwischen dem Innen- und dem Außenumfang der Tellerfeder angeordnet, und zwar vorzugsweise in der Mitte zwischen dem Innen- und dem Außendurchmesser der Tellerfeder.

Nachstehend sind zwei handelsübliche Konstruktionen sowie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine handelsübliche

Konstruktion, die während des Ventilschließhubes betätigt wird;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine andere handelsübliehe Konstruktion, die gleichfalls während

des Ventilschließhubes betätigt wird;

Fig. 3 jeweils einen Schnitt durch einen Teil einer und 3A Ventilanordnung mit einem Ventildreher nach

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der Erfindung, der bei dem Ventilschließhub betätigt wird, wobei Fig. 3A ein Detail der Fig. 3 in vergrösserter Wiedergabe veranschaulicht, nämlich eine mit dem Dreherkörper integrierte Hebelunterlage;

Fig. 4 einen teilweisen Schnitt des Drehers nach der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Teil in vergrösserter Wiedergabe mit dem verschieblichen Element und der Feder nach der Linie 5-5 in Fig. 4;

Fig. 6 einen Schnitt durch einen Teil der Ventilan-Ordnung mit einem Ventildreher nach der Erfin

dung in dem Zustand, in dem sich das Ventil zu öffnen beginnt;

Fig. 7 einen Schnitt durch einen Teil des Drehers nach Fig.6 indem Zustand der Bewegungsumkehr

des Ventils;

Fig. 8 einen Schnitt· durch einen Teil des Drehers gemäß Fig. 6, jedoch gerade vor dem Schließen des Ventils;

Fig. 9 einen Schnitt durch einen Teil des Drehers nach der Erfindung, wobei eine seitlich belastete Ringbandschraubenfeder als verschiebliches Element verwendet wird;

Fig. 10 einen Schnitt durch eine Anordnung gemäß Fig. 9, wobei die Kappe des Drehers teilweise weggeschnitten ist, um die Ringbandsehraubenfeder zu verdeutlichen;

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Fig. 11 einen Schnitt in vergrößerter Wiedergabe entlang der Linie 11-11 in Fig. 10;

Fig. 12 einen Schnitt durch einen Teil einer Ventilanordnung mit einem abgeänderten Ventil

dreher nach der Erfindung·;

Fig. 13 einen Schnitt durch einen Teil der Anordnung gemäß Fig. 12, wobei das Ventil vollkommen geöffnet ist; und

Fig. 14 einen Schnitt durch einen Teil des Drehers nach Fig. 12 und 13, wobei der Dreher sich der Ventilschließstellung nähert.

Es werden nun Konstruktionen nach dem Stand der Technik anhand der Fig. 1 und 2, die im Handel erhältliche Dreher im Querschnitt zeigen, geschildert. Die dargestellen Dreher sind bei der Ventilschließbewegung wirksam. Die Ventildreher 10 weisen jeweils einen Körper 12 auf, der so ausgebildet ist, daß er mit seiner unteren Oberfläche 11 auf einem Zylinderkopf aufliegt. Der Körper 12 ist mit einer Axialbohrung 16 versehen, die so bemessen ist, daß sie einen Ventilschaft umgibt, und in den meisten Fällen mit einem Ventilführungsabschnitt. Der Körper 12 ist mit einem Kragen 18 versehen, der auf ihn mittels einer Keilanordnung, wie des Vorsprungs 20, aufgekeilt ist, um eine gegenseitige Drehbewegung zwischen dem Kragen 18 und dem Körper 12 zu verhindern.

Der Kragen 18 ist mit einer Reihe von Taschen 22, die umfangsmäßig um ihn herum angeordnet sind, versehen, wobei jede Tasche 22 ein verschiebliches Teil, beispielsweise eine Kugel 24, aufweist. Die Taschen 22 sind mit einer schrägen Fläche (nicht dargestellt) versehen, die

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die das Ausmaß steuert, mit dem die Kugel 22 aus der Fläche der unteren Oberfläche des Kragens 18 hervorsteht.

Die Konstruktionen, die in Fig. 1 und 2 gezeigt sind, sind außerdem mit einer Kappe 26 versehen, die in axialer Richtung gegenüber dem Körper 18 beweglich und außerdem um die Ventilschaftachse drehbar ist. Die Kappe 26 dient als Sitz für die Ventilfeder, die an der Oberfläche 28 anliegt und eine sich ändernde Kraft auf eine Tellerfeder 30 ausübt, mit der die untere Kante 32 in Reibkontakt steht. Die Dreher nach Fig. 1 und 2 führen zu einer Rotation des Ventils durch die Rotation der Ventilfeder (nicht dargestellt), die ihrerseits den Ventilfederhalter in Rotation versetzt, der mit dem äussersten Ende des Ventilschafts in Eingriff steht. Wenn die Rotation der Kappe 28 des Drehers 1O erfolgt, wird damit das Ventil in Rotation versetzt. Die Tellerfeder 30 muß gleichfalls rotieren. Wegen seines Reibschlusses mit der unteren Kante 38 hat es sich als erforderlich herausgestellt, den Innenumfang an einer geeigneten Lagerstelle anzubringen, die allgemein mit 36 bezeichnet ist, um eine derartige Rotation zu ermöglichen. In Fig. 1 ist die Lagerstelle 36 als Wälzlager und -laufbahn dargestellt. In Fig. 2 besteht die Lagerstelle 36 aus einer zweiten Tellerfeder 38, die auf einer Reihe von Laufkugeln 40 angeordnet ist, die von einer geeigneten Kugellaufbahn 42 getragen werden. Die Kappe 26 und der Körper 12 sind beide an der gleichen Seite der Tellerfeder 30 vorgesehen.

Die bekannten Konstruktionen nach Fig. 1 und 2 sind im Handel erhältlich und funktionieren im wesentlichen in der Weise, wie in der US-PS 3 710 768 angegeben. Es sind

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diese Konstruktionen oder Bauarten, die vereinfacht, weniger teuer und mit kleineren axialen Abmessungen hergestellt werden sollen.

Eine Brennkraftmaschine von verhältnismäßig kleiner Größe hatte einen begrenzten Ventilfederraum und konnte einen ventxlschließenden Dreher der in Fig. 1 und 2 gezeigten Art anstelle eines herkömmlichen ventilschliessenden Drehers nicht aufnehmen. Sie nimmt jedoch eine erfindungsgemäße Konstruktion mit einer kleineren axialen Abmessung auf. Die ventilschließenden Anordnungen nach der Erfindung weisen den Vorteil auf, anstelle gegenwärtig verwendeter, ventilöffnender Dreher eingesetzt werden zu können, ohne eine Änderung der Ventilfeder vornehmen zu müssen, um den richtigen Druck zu erhalten. Die dargestellten, kommerziellen Bauarten nach dem Stand der Technik können nicht ausgetauscht werden, ohne eine Änderung der Gesamtaxiallänge oder eine Änderung der Ventilfeder vornehmen zu müssen, um den richtigen Druck zu erhalten.

Es wird nun auf Fig. 3 bis 8 Bezug genommen, wo ein Ventil gezeigt ist, bei dem die Erfindung verwirklicht ist. Fig. 3 stellt einen teilweisen Schnitt durch einen Zylinderkopf 5O mit einem Ventilauslaßkanal 52 dar.

Der Auslaßkanal 52 ist durch ein Ventil 54 geschlossen, das einen Ventilteller 56 und einen Ventilschaft 58 aufweist.Um das Ventil auf die Ventilschließstellung zu zu belasten, ist, wie in Fig. 3 dargestellt ist, eine Ventilfeder 6O vorgesehen, die mit einem Ende an einem Federhalter oder -teller 62 anliegt, der in bekannter Weise am äußersten Ende des Ventilschafts 58 mit Hilfe von Zungen 64 verankert ist. Die Feder 60 ist zwischen dem Zylinderkopf 5O und dem Teller 62 eingespannt. Er-

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findungsgemäß ist eine Ventildreheranordnung, die allgemein mit 66 bezeichnet ist, zwischen dem Zylinderkopf 50 und dem unteren Ende 68 der Ventilfeder 60 angeordnet. Bei bestimmten Arten des Einbaus ist die Ventildreheranordnung 66 zwischen dem Teller 62 und dem oberen Ende der Ventilfeder 60 angeordnet.

Der Dreher 66 ist zusammengesetzt aus einem Dreherkörper 70, der so ausgebildet ist, daß er am Zylinderkopf 5O anliegt, und aus einer Dreherkappe 72, die den Sitz für das untere Ende der Ventilfeder 60 bildet. Die Kappe 72 ist so bemessen, daß sie in axialer Richtung gegenüber dem Körper 70 beweglich ist, um auf die Zu-und Abnahme der Kraft anzusprechen, die von der Feder 60 auf die Kappe 72 ausgeübt wird, wenn das Ventil durch einen Kipphebel oder einen Nocken (nicht dargestellt) zwischen der Öffnungs- und der Schließstellung bewegt wird.

Die Kappe 72 ist mit einer Lippe oder Kante 74 versehen, die einen Innendurchmesser aufweist, der geringfügig kleiner ist als der Außenumfang des Körpers 70. Am Innenumfang der Kappe 72 ist eine Hülse 78 vorgesehen, die mit lockerer Passung um die Ventilführung 80 herum angeordnet ist.

Wie vorstehend angegeben ist, sind die Kappe 72 und der Körper 7o aufeinander zu und voneinander weg beweglich angeordnet, um auf Änderungen des Drucks, der von der Feder ausgeübt wird, anzusprechen. Zwischen der Kappe 72 und dem Körper 70 ist eine Tellerfeder 82 vom Belleville-Typ angeordnet, um die Teile 72 und 70 auseinanderzudrücken. Die Kappe 72 und der Körper 70 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten der Tellerfeder 82 angeordnet .

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Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform greift die Tellerfeder 82 am Innenumfang 84 unter einem Flansch 86 an der Kappe 72 an. Die Außenuinf angskante 88 ist für einen Reibschluß sowie eine Druckweiterleitung mit verschieblichen Elementen ausgebildet. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, umfassen die verschieblichen Elemente eine Vielzahl, umfangsmäßig verteilter Stahlkugeln 90. Wie am deutlichsten aus Fig. 4 und 5 hervorgeht, werden die Stahlkugeln 90 in einzelnen Umfangstaschen 92 getragen, die in der oberen Oberfläche des Körpers 70 ausgebildet sind. Die Taschen 92 können auf irgendeine geeignete Art und Weise hergestellt sein, beispielsweise durch Fräsen, Prägen oder Schmieden. Die Taschen 92 haben eine bogenförmige Gestalt, wie in Fig. 4 gezeigt ist, und sind mit einer schrägen Fläche 94 versehen, entlang welcher die Kugel 90 rollen oder gleiten kann (Fig. 5). Um die Kugel 9O auf das flache Ende 96 zu zu belasten, ist eine Spiralfeder 98 vorgesehen, die mit einem Ende mit der Kugel 90 in Berührung steht und mit dem anderen Ende mit der'Stirnwand 100 der Tasche 92. Wenn der Druck von der Tellerfeder 82 entfernt wird, was nachstehend beschrieben ist, dann drückt die Feder 98 die Kugel 90 die schräge Fläche 94 hinauf zu dem flachen Ende 96. Im allgemeinen sind 5 bis 7, also beispielsweise 6 Taschen 92 vorgesehen, die jeweils ein verschiebliches Element 90 sowie eine Druckfeder 98, die das Element 90 auf das flachere Ende 96 der Tasche 92 zurückbewegt, aufweisen. Die Axialkraft, die insgesamt durch die Druckfedern 98 erzeugt wird, ist kleiner als die kleinste Kraft der wechselweise zu- und abnehmenden. Ventilfederkräfte.

Der Dreherkörper 70 ist erfindungsgemäß weiterhin mit einer Hebelunterlage oder einem Stützpunkt 102 versehen, der in der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ein inte-

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grierter, ringförmiger Bord ist, der in axialer Richtung von der oberen Oberfläche 103 des Körpers 7O wegragt. Die Wechselwirkung der Tellerfeder 82 mit der Hebelunterlage 102 ist am deutlichsten in Fig. 6-8 dargestellt. Der Außendurchmesser der Tellerfeder 82 ist größer als der Teilkreisdurchmesser der Kegeltaschen 92.

In Fig. 6 ist das Ventil 54 während des Ventilöffnens dargestellt, wobei die Ventilauflagefläche 57 vom Ventilsitz 59 abgehoben ist. In diesem Zustand ist der Druck der Ventilfeder 60 erhöht und übertrifft die Summe aus dem mittleren Flachdruck der Belleville-Feder 82 und den miteinander vereinigten Kräften der Federn 98, wobei die Kappe 72 auf den Zylinderkopf 50 zu, auf dem der Dreherkörper 70 aufliegt, und auf den Kopf 7O zu gedrückt wird. Die Bewegung der Dreherkappe 72 in Richtung des Dreherkörpers 70 führt zu einer Abnahme des axialen Abstandes zwischen den beiden Teilen und führt zu einer Verschwenkung der Tellerfeder 82 um die Kugeln 9O herum, um augenblicklich mit der Hebelunterlage oder dem Bord 1O2 in Berührung zu kommen. Wenn der Ventildreher 66 durch den Nocken oder Kipphebel am oder nahe der Schließstellung des Ventils belastet wird, d.h. gerade, wenn sich das Ventil zu öffnen beginnt, dann sollte die Tellerfeder 82 mit der Hebelunterlage 102 in Berührung kommen. Diese Berührung ist in Fig. 6 dargestellt. Die Kugeln 90 befinden sich an der niedrigsten oder tiefsten Stelle der Taschen 92; trotzdem stehen sie noch über die Oberfläche 103 des Körpers 70 um einen Betrag vor, der ausreicht, um den Angriff an der Tellerfeder 82 sicherzustellen.

Gemäß Fig. 7 ist die Axialbewegung der Kappe 72 in Richtung des Dreherkörpers 70 genügend groß, um den Druck, der von der Tellerfeder 82 auf die Kugeln 9O ausgeübt wird,

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zu entfernen und ihn auf die Hebelunterlage 102 zu übertragen. In Fig. 7 ist die Tellerfeder 82 dargestellt, wie sie von der Oberfläche der Kugeln 9O durch die Hebelunterlage 102 abgehoben wird. Bei diesem Vorgang wird der Körper 70 mit der Kappe 72 durch die Tellerfeder 82 "gekuppelt" und eine gegenseitige Rotation dieser Teile verhindert. Obgleich ein Loslösen der Tellerfeder 82 von den Kugeln 90 tatsächlich nicht erfolgt, ist dies in dieser Weise des besseren Verständnisses wegen dargestellt. Wenn der Druck von den Kugeln 90 weggenommen ist, können die Federn 98 die Kugel 90 die schräge Fläche 94 hinauf zu dem flachen Ende 96 der Tasche 92 drücken.

In Fig. 8 sind die Kugeln 90 nunmehr an dem Punkt mit dem größten Vorstand aus den Taschen 92, d.h. an dem flacheren Ende 96 der Taschen 92, angelangt. Wenn das Ventil 54 sich wieder zu schließen beginnt aufgrund der Bewegung des das Ventil betätigenden Nockens, dann wird der Druck der Ventilfeder 60, der sich an oder nahe seinem Maximalwert befindet, wieder auf die Kugeln 90 übertragen (die jetzt weiter aus der Fläche 103 vorstehen), und zwar durch die Tellerfeder 82, die sich nun von der Hebelvinterlage bzw. dem Bord 102 aufgrund der Auseinanderbewegung der Kappe 72 und des Körpers 7O abgehoben hat. Durch diesen Vorgang wird die Kappe 72 freigegeben, um sich gegenüber dem Körper 70 zu drehen. Unter den jetzt eintretenden Belastungszuständen werden die Kugeln 90 erneut belastet und von ihrer neu eingenommenen Lage am flachen Ende 96 die schräge Fläche 94 hinabgedrückt. Dei der Abwärtsbewegung die schräge Fläche 94 hinunter überwinden die Kugeln 90 die Federn 98 und üben auf die Tellerfeder 82 eine Reaktionskraft aus, die auf eine Rotation des Rings 82 abzielt. Diese Reaktionskraft wird

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durch eine Reibberührungslinie 83 an dem Innenumfang 84 auf den Abschnitt 86 der Kappe 72 übertragen. Die Reaktionskraft der Kugeln 90, die belastet sind, um die schrägen Flächen 94 hinunterzurollen, führt zu einer Rotation der Tellerfeder 82 in der abschüssigen Richtung der schrägen Flächen 94 (die im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn verlaufen kann). Die Rotation der Kappe 72 wird auf die Ventilfeder 6O übertragen und von der Ventilfeder 6O auf den Federhalter 62, der mit dem Iq Ventilschaft 58 und den Zungen 64 verbunden ist. Auf diese Weise wird die Rotationsbewegung der Kugeln 90, wenn sie sich in den Taschen 92 entlang der schrägen Flächen 94 bewegen auf das Ventil 54 übertragen.

Es ist ersichtlich, daß bei der dargestellten Ausführungsform die Rotationsbewegung bei dem Ventilschließhub und nicht bei dem Ventilöffnungshub erfolgt, wie es bei den bekannten Konstruktionen dieser Art üblich ist. Wäre nicht die Hebelunterlage oder der Bord Io2 dazwischengeschaltet, würde die in Fig. 3 bis 8 gezeigte Ausführungsform so funktionieren, daß die Rotation des Ventils 54 beim Öffnungshub erfolgen würde, wenn die Kappe 72 in axialer Richtung auf den Dreherkörper 70 zu bewegt wird. Es ist ferner ersichtlich, daß ein "Einweg-Kupplungs"-Effekt erzielt ist, der eine resultierende positive Rotation des Ventils in einer vorgegebenen Richtung zur Folge hat. Die derart "gekuppelten" Teile sind die Kappe 72, der Körper 70 und die Tellerfeder 82.

Abgesehen von der Abänderung des Dreherkörpers 70 zur Bildung des Bords 102 als Hebelunterlage und der Federkonstante der Federn 98, sind die übrigen Teile, die zum Bau eines Ventildrehers erforderlich sind, die gleichen, ob die Vorrichtung als ein Dreher verwendet wird, der beim

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Ventilöffnungshub arbeitet, oder als ein Dreher, der beim Ventilschließhub arbeitet. Die Auswirkungen auf die Bestandsanforderungen zur Ausgestaltung beider Typen von Ventildrehern sind offensichtlich.

Es ist zu bemerken, daß die Federkonstante der Federn 98 bei dem normalen ventilöffnenden Dreher ausreicht, um insgesamt eine Axialkraft in Kombination mit der Tellerfeder 82 zu ergeben, um die Kappe 72 und den Körper 7O auseinanderzudrücken, wenn das Ventil geschlossen ist, wobei die Kugeln 90 an dem flachen Ende der Taschen 92 angeordnet sind. Bei dem ventilschließenden Dreher sind die Kugeln an dem tiefen Ende der Taschen 92 angeordnet, wenn das Ventil geschlossen ist, und die Federn 98 sind nicht ausreichend, um die Kugeln die schräge Fläche hinaufzubewegen und den Druck der Tellerfeder 82 und der Ventilfeder 60 zu überwinden. Bei dem ventilschließenden, erfindungsgemäßen Dreher ist die Axialkraft der Federn 98 insgesamt kleiner als 60 X, beispielsweise etwa 30 %, des mittleren Flachdrucks der Tellerfeder 82. Die Tellerfeder 82 weist einen mittleren Flachdruck auf, der ausreichend ist, die Kappe 72 und den Körper 70 auseinanderzudrücken, während die Kugeln 90 sich am tiefsten Ende der Taschen 92 befinden.

Die Erfindung kann grundsätzlich auch dort verwirklicht werden, wo das bewegliche Element anstelle einer Reihe von Stahlkugeln 90, in einzelnen, bogenförmigen, im Abstand am Umfang verteilter Taschen 92 gehalten sind, eine seitlich belastete Ringbandschraubenfeder 104 ist. Die Feder 104 ist in einer Umfangsnut 106 gehalten, die in die obere Fläche 84 des Drehers 70 eingefräst ist. Die Arbeitsweise des in Fig. 9, 10 und 11 dargestellten Drehers ist im wesentlichen die gleiche wie die Arbeits-

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weise des Drehers, der in den Fig. 3 bis 8 dargestellt ist. Anstelle der Kugeln, die in einzelnen Taschen verschieblich sind, werden jedoch bei Belastung der seitlich belasteten Spiralfeder 104 die Windungen der Feder 104 dazu gebracht, sich mit einem spitzeren Winkel gegenüber der Kappe 7O zu neigen. Wenn die Belastung von der Feder 60 weggenommen wird, greifen die Torsionskräfte, die in der Spiralfeder 1O4 gespeichert sind, an der Tellerfeder 82 mit einer Belastung ohne Schlupf an, um sie in eine vorgegebene Richtung zu bewegen, wenn die Federbelastung von der Kappe 72 weggenommen wird. Die Rotation des Ventils 54 erfolgt in der gleichen Weise wie vorstehend im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 8 beschrieben.

Die Fig. 12 bis 14 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die verschieblichen Elemente, wie die Kugeln 90, an einem kleineren Radius als dem Radius des Bords 1O2 angeordnet sind. In den Fig. 3 bis 8 sind die verschieblichen Elemente an einem Radius angeordnet, der größer ist als der Radius der Hebelunterlage oder des Bords 102. Bei der Ausführungsform, die in Fig. 12 bis 14 dargestellt ist, weist die Tellerfeder 82 eine Position auf, die umgekehrt ist gegenüber derjenigen, die in Fig. 6 bis 8 dargestellt ist. Die Kugeln 9O berühren die Tellerfeder 82 an ihrem inneren Umfangsabschnitt 84 und der äußere Umfangsabschnitt 88 ist in Reibkontakt mit dem Umfang der Kappe 72. Um die Tellerfeder 82 zu zentrieren, ist die Innenumfangskante 82 in Anlage an einem integrierten Kragen 73, der axial in Richtung der Kappe 72 vorsteht. Um den Zusammenbau zu erleichtern, ist der Durchmesser der Innenfläche des Dreherkörpers 70 geringfügig größer als der Außendurchmesser der Ventilführung 80.

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Fig. 13 zeigt den Zustand des Systems, bei dem das Ventil sich in der geöffneten Position befindet, wobei die Tellerfeder 82 an der Hebelunterlage 102 zur Anlage kommt. In diesem Zustand ist der Druck von den Kugeln 90 entfernt und die Federn 98 und die Taschen 92 (Fig. 5) sind jetzt in der Lage, die Kugeln 90 in Richtung des flacheren Endes 96 der Taschen 92 in der gleichen Weise zudrücken, wie sie im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 8 geschildert ist. Wenn auf die Kugeln 9O wieder ein Druck ausgeübt wird durch die Bewegung der Kappe 72 von dem Körper 7O weg, um auf eine Abnahme des Drucks anzusprechen, der von der Feder 60 ausgeübt wird, kann in der vorstehend beschriebenen Weise eine Rotation der Tellerfeder 82, eine anschließende Rotation der Kappe 72, der Feder 6O, des Federhalters 62 und als Folge davon des Ventilschafts 58 eintreten.

BeidenKonstruktionen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, muß der mittlere Flachdruck der Tellerfeder 82 im freien Zustand zwischen dem minimalen Druck, der durch die Ventilfeder 60 bei geschlossenem Ventil erzeugt wird, und dem maximalen Druck liegen, der durch die Ventilfeder 60 bei geöffnetem Ventil erzeugt wird. Der Axialdruck der Tellerfeder 82 und die axiale Komponente des Drucks der Federn 98 soll insgesamt im Gleichgewicht stehen mit dem minimalen Druck, der durch die Ventilfeder 60 erzeugt wird, wenn das Ventil sich in Schließstellung befindet. Falls der gemeinsame Axialdruck größer ist, ist er bestrebt, die Ventilfeder 60 zusammenzudrücken und es den Kugeln 90 zu ermöglichen, sich vom Boden der Taschen 92 nach oben zu bewegen. Die Kugeln 9O unterstützen anfangs den Umfang der Tellerfeder 82, wenn sie am Boden der Taschen 92 sind. Die gemeinsame Axialkraft, die durch die Tellerfeder 82 und

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die Summe der Axialkräfte, die durch die Federn 98 erzeugt wird, entsteht, muß ebenfalls im Gleichgewicht mit dem Druck stehen, der durch die Ventilfeder 6O bei vollständig geöffnetem Ventil erzeugt wird. Um zu verhindern, daß die Tellerfeder 82 über den flachen Zustand hinaus gebogen wird, wenn das Ventil offen ist, ist ein solcher mittlerer Flachdruck vorgesehen, der einen grösseren Wert besitzt als der Druck bei offenem Ventil, wenn er durch die Hebelunterlage 102 unterstützt wird.

Vorzugsweise ist der mittlere Flachdruck unter diesen Bedingungen um etwa 10 % größer als der Ventildruck bei geöffnetem Ventil.

Bei einem Test einer Brennkraftmaschine unter Verwendung einer 'IHC V-345E Rig"-Maschine betrug die Belastung der Ventilfeder bei geöffnetem Ventil 190 lbf. und bei geschlossenem Ventil 63 lbf. Die Ventilfeder war eine rechtsdrehende Spiralfeder mit Dämpfer. Mit dieser Maschine wurde eine Ventildrehzahl von etwa sechs Umdrehungen/min, erreicht, mit einer Drehzahl der Nockenwelle von 600 Umdrehungen/min., die bis zu einer maximalen Drehzahl von 9 Umdrehungen/min, mit einer Nockenwellendrehzahl von lOOO Umdrehungen/min, anstieg und nahezu linear abfiel, wenn die Nockenwellendrehzahl vom 2000 Umdrehungen/min, erhöht wurde, wobei die Ventildrehzahl etwa 1,71 Umdrehungen/min, betrug. Bei diesem Test wurden kugelbelastende Federn 98 verwendet. Die besten Ergebnisse wurden erhalten, wenn die gemeinsame Axialkraft der Kugelfedern (R4-4-7) auf die Tellerfeder O.D. etwa 42 lbf. betrug. Die verwendete Tellerfeder war eine RO-551-5 Standard-Tellerfeder mit einem mittleren Flachdruck von 160 lbf. Es wurden 6 Kugeln mit einem Durchmesser von O,4764 cm verwendet. Der Durchmesser betrug als größte Abmessung des Drehers 4,764 cm.

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Claims

Patentansprüche:

( 1 ./Dreher für ein Ventil einer Brennkraftmaschine, das entlang einer Längsachse zwischen einer Öffnungsund einer Schließstellung hin und her beweglich und um diese Längsachse drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreher (66) ein erstes und ein zweites Teil (70 und 72), welche gegenüber einander in axialer Richtung beweglich sind, um auf wechselweise zu- und abnehmende Kräfte anzusprechen, sowie eine Einrichtung aufweist, die zur gegenseitigen Rotation des ersten und des zweiten Teils (7O und 72) bei gegenseitiger Bewegung dieser Teile (7O und 72) in axialer Richtung führt, und die verschiebliche Mittel (9O; 104), Taschen (92; 106) zur Aufnahme dieser verschieblichen Mittel (90; 104) in

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einem der beiden Teile (70), eine Tellerfeder (82), die um die Längsachse herum angeordnet ist, zwischen dem ersten und dem zweiten Teil (7O und 72) wirksam ist und mit den verschieblichen Mitteln (90; Io4) in Berührung steht, um die Axialbelastung zwischen den beiden Teilen (7O und 72) über die verschieblichen Mittel (9O; 104) weiterzuleiten, sowie Mittel (102) umfaßt, die zwischen dem einen der beiden Teile (7O) und der Tellerfeder (82) wirksam sind, um die ver- IQ schieblichen Mittel (9O; 104) von der Belastung der Tellerfeder (82) während wenigstens eines Teils des Weges der gegenseitigen Bewegung der beiden Teile (70 und 72) zu befreien.
2. Dreher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfeder (82) zwischen dem ersten und dem zweiten Teil (70 und 72) angeordnet ist.
3. Dreher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η-zeichnet, daß die Mittel (102) zur Befreiung von der Belastung sich axial von der Oberfläche (103) des einen der beiden Teile (7O) weg in Richtung des anderen Teils (72) erstrecken.
4. Dreher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g ekennzeichnet, daß die Mittel (1Ο2) zur Befreiung von der Belastung ein sich axial erstreckender, umlaufender Bord an diesem einen der beiden Teile (70) ist.
5. Dreher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeic hn e t, daß der Bord (102) gegenüber den verschieblichen Mitteln (9O; 104) radial einwärts angeordnet ist.

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6. Dreher nach Anspruch 4, dadurch gekennzei chn e t, daß der Bord (102) radial außerhalb der verschieblichen Mittel (90; 104) angeordnet ist.
7. Dreher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verschieblichen Mittel durch eine Vielzahl umfangsmäßig verteilter Kugeln (90) gebildet sind, die jeweils in einer Tasche (92) angeordnet sind, die eine axial abfallende, schräge Fläche (94), entlang der sich die betreffende Kugel (9O) bewegt, und eine Feder (98) aufweist, die zwischen der Stirnwand (lOO) der Tasche (92) und der Kugel (90) wirksam ist, um die Kugel (90) auf das flachere Ende (96) der Tasche (92) zu zu drücken, wenn die Kugeln (9O) von der Belastung der Tellerfeder (82) befreit werden.
8. Dreher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verschieblichen Mittel durch eine seitlich belastete 360 -Ringbandschraubenfeder (1O4) gebildet sind.
9. Dreher nach Anspruch 7, dadurch gekennzei c hn e t, daß die Druckfedern (98) der Kugeln (90) insgesamt eine Kraft ergeben, die kleiner ist als die kleinste Kraft der wechselweise zu- und abnehmenden Kräfte.

IO. Dreher nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei dem Ventil ein Ventilsitz im Zylinderkopf, ein Federhalter und eine Ventilfeder zugeordnet sind, und das Ventil einen Ventilkörper zur Anlage an dem Ventilsitz und einen Ventilschaft aufweist, an dessen äussersten Ende der Federhalter befestigt ist, wobei die

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Ventilfeder zwischen dem Federhalter und dem Zylinderkopf wirksam ist, um das Ventil auf seine Schließstellung zu zu belasten, und wobei der Dreher den Ventilschaft umgibt, um das Ventil während des Ventilschließhubes um die Ventilschaftachse in Umdrehung zu versetzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreher (99) einen Ventildreherkörper(70) und eine Ventildreherkappe (72) aufweist, welche Dreherkappe (72) einen äußeren sitz für ein Ende (68) der Ventilfeder (60) aufweist, welche Dreherkappe(72) und welcher Dreherkörper (70) in axialer Richtung gegenüber einander beweglich sind, um auf wechselweise zu- und abnehmende Kräfte anzusprechen, sowie eine Einrichtung aufweist, die eine gegenseitige Rotation zwischen der Dreherkappe

(72) und dem Dreherkörper(7O) erteilt, wenn diese Kräfte abnehmen und der Dreherkörper(7O) und die Dreherkappe (72) sich in axialer Richtung voneinander weg bewegen, welche rotationserteilende Einrichtung verschiebliche Mittel (90; 104) zwischen der Dreherkappe (72) und dem Dreherkörper(7O), Taschen (92; 1O6) zur Aufnahme der verschieblichen Mittel (90; 104), eine Tellerfeder (82), deren innere und äußere Umfangsabschnitte (84 und 88) den Ventilschaft (58) umgeben und die zwischen dem Dreherkörper (70) und der Dreherkappe(72) angeordnet ist, um eine axiale Belastung zwischen der Dreherkappe (72) und dem Dreherkörper(70) über die verschieblichen Mittel (90; 104) weiterzuleiten, wobei ein Umfangsabschnitt (84) der Tellerfeder (82) in Berührung steht mit der Dreherkappe(72) und der andere Umfangsabschnitt (88) der Tellerfeder (82) in Berührung steht mit den verschieblichen Mitteln (9O; 104) während wenigstens eines Teils des Ventilschließhubes, und Mittel (102) umfaßt, die zwischen dem Dreherkörper(70) und der Tellerfeder (82) zwischen den Umfangsabschnitten (84 und 88) wirk-

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sam sind, um die verschieblichen Mittel (90; 104) von der Belastung der Tellerfeder (82) zu befreien und diese Belastung direkt an den Dreherkörper (70) weiterzuleiten, während wenigstens eines Teils des Ventilhubes, wenn die gegenseitige Bewegung des Ventilkörpers (70) und der Dreherkappe (72) aufeinander zu stattfindet.

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