DE3149815A1

DE3149815A1 - Vorrichtung zum drehen eines ventils fuer verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE3149815A1
Application number: DE19813149815
Authority: DE
Inventors: Arnold Dr.-Ing. 3000 Hannover May; Peter 3007 Gehrden Mülder
Original assignee: Teves-Thompson 3013 Barsinghausen GmbH; Teves Thompson and Co GmbH
Current assignee: TRW Thomson GmbH
Priority date: 1981-12-16
Filing date: 1981-12-16
Publication date: 1983-07-21
Also published as: SE8207182L; FR2518165A1; JPH0353446B2; SE8207182D0; SE450783B; GB2111650A; FR2518165B1; GB2111650B; JPS58117309A; ES518240A0; ES8308613A1

Description

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Hannover, den 10.12.1981

Betr.: T 420/a/Ha - Anmelder: Teves-Thompson GmbH

Postfach 26 3013 Barsinghausen 1

Vorrichtung zum Drehen eines Ventils für Verbrennungskraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Drehen eines Ventils für Brennkraftmaschinen während der Schließbewegung des Ventils, unter Verwendung von Wälzkörpern, die in konzentrisch um die Achse eines urundkörpers angeordneten Taschen mit schiefen Eb^e~

nen durch tangential wirkende, bei Belastung der Wälzkörper zusammendrückbare Federn in Richtung auf die flacheren Seiten der Taschen belastet sind und mit einem den Taschen gegenüberliegenden, beim Öffnungsvorgang des Ventils unter zunehmender Belastung durch die Ventilfeder bzw Ventilfedern sich in Ventilachsrichtung spannenden Federelement zusammenwirken, wobei die Wälzkörper in Ventilachsrichtung beim zunehmenden Spannen das Federelements entlastet, dagegen beim Entspannen des Federelements zum relativen Verdrehen des Grundkörpers gegenüber dem Federelement zunehmend belastet werden.

Es ist bekannt, Ventilvorrichtungen in Otto- und Dieselmotoren zu verwenden, die die axial wirkende, steigende Ventilfederkraft beim Öffnen des Ventils ausnutzen, um die Drehung hervorzurufen. Dabei wird

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erfahrungsgemäß erreicht, daß sich das Ventil während des Öffnens um einige Winkelgrade dreht, jedoch während der Schließbewegung keine Rotationsbewegung mehr ausführt, um unnötigen Verschleiß am Ventilsitz zu vermeiden. Bei einem mit Schweröl betriebenen Dieselmotor ist dagegen eine Drehbewegung des Ventils während des Schließens erwünscht, um die sich bildenden glasurartigen Ablagerungen zu entfernen. Das Ventil setzt dabei noch rotierend auf seinem Sitz auf.

Es sind bisher zwei nach dem oben beschriebenen Prinzip wirkende Ventildrehvorrichtungen bekannt, die während des Schließvorgangs das Ventil drehen. So zeigt die DE-PS 1 955 820 eine Vorrichtung, welche die Drehung, im Gegensatz zu den während des Öffnungshubs drehenden Vorrichtungen, mit Hilfe der in einem scheibenförmigen Federelement gespeicherten Energie bewirkt. Nachteilig macht sich bei dieser Ausführung der in Achsrichtung und im Durchmesser relativ große Bauaufwand im Vergleich zu den herkömmlichen Ausführungen bemerkbar, da der im Motor zu Verfügung stehende Platz meistens nur sehr begrenzt ist. Eine zweite Möglichkeit einer Ventildrehung während des Schließhubs zeigt die DE-OS 30 04 320. Eine scheibenförmige Feder wird als Übersetzungselement benutzt, um in schrägen Taschen laufende Kugeln zu be- und entlasten, daß die von den Schraubenfedern gehaltenen Kugeln die Tellerfedern derart bewegen, daß eine Rotation des scheibenförmigen Federelements entsteht, welche zur Drehung des Ventils genutzt wird. Dabei wird zwar der volle Schließhub des Ventils zur Drehung herangezogen, aber auch beim Öffnen entsteht, wie auf S. 18, 2. Abs., der DE-OS 30 04 32 beschrieben ist, eine Drehung in Gegen-

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richtung, wodurch sich die resultierende Drehung nur als Differenz beider Drehstrecken ergibt, was zu einer unerwünschten Verminderung der Drehung im Schließhub führt. ·

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventildrehvorrichtung mit einer gegenüber den bisher bekannten Ausführungen geringeren Baugröße zu schaffen, die das Ventil während seiner Schließbewegung dreht. und beim Öffnungshub keine ungewollte Drehung erzeugt. Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zu den Wälzkörpern

und im Bereich zwischen diesen und dem Angriffspunkt der Ventilfederkraft an dem Federelement zusätzliche, das Federelement stützende Rollelement auf dem Grundkörper angeordnet sind.

Das Federelement wird also zusätzlich etwa in der Mitte zwischen seinem Innen- und seinem Außendurchmesser von einer Anzahl von Wälzelementen, beispielsweise Kugeln, unterstützt, die in einer konzentrisch um die Achse des Grundkörpers angeordneten ebenen Rille laufen, so daß es sich bei Belastungüber die dadurch gebildete, in Kreisform liegende Kugelreihe biegt. Die oben erwähnten Wälzkörper auf den schiefen Ebenen der Taschen im Grundkörper liegen auf der gleichen Seite am Innen- oder Außenrand des Federelements wie die in der ebenen, konzentrischen Rille des Grundkörpers laufenden Rollelemente und werden entlastet, wenn das Federelement belastet wird. Die

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Neigung der schiefen Ebenen muß so groß sein, das alle Drehwiderstände von der durch das Federelement aus der Axialkraft der Ventilfeder abgeleiteten Umfangskraft überwunden werden können. Das Federelement, das vorzugsweise eine flache Ringscheibe oder eine konische Scheibenfeder, letztere bekannt unter der Bezeichnung Tellerfeder, ist, dient als Arbeitsspeicher für die Energie, die beim Drehvorgang verbraucht wird. Weitere, den Erfindungsgegenstand in vorteilhafter Weise fortbildende Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben. Der besondere Vorteil der Erfindung wird in einer im Vergleich .zu bekannten, nach dem gleichen Prinzip arbeitenden Ausführungen in einer geringen Baugröße bei einfachem Aufbau gesehen.

In der Zeichnung sind zwei von mehreren möglichen Ausführungsbeispielen der Erfindung schematisch dargestellt und nachstehend erläutert. Es zeigen:

Bild 1 eine Drehvorrichtung bei voll geöffnetem Ventil

Bild 2 eine Drehvorrichtung am Ende eines Dreh-Vorgangs

Bild 3 eine Drehvorrichtung mit den die Drehung bewirkenden Wälzkörpern, konzentrisch innerhalb Laufkreises der stützenden Rollelemente.

Eine Tellerfeder 1, gem. Bild 1 flach gespannt, ist auf Wälzkörpern 2 und zusätzlichen Rollelementen 6 abgestützt. Die Wälzkörper 2 laufen in taschenförmigen Ausnehmungen eines Grundkörpers 3. In den Taschen sind Laufbahnen 4 mit Neigungen gegen die Ebene der gespannten Tellerfeder 1 vorgesehen, auf denen sie, während ihrer Bewegung, unter einem Winkel °c abrollen. Eine Druckfeder 6 sorgt dafür, daß die Wälzkörper 2 bei einer Entlastung immer in die flachere Seite der taschenförmigen Ausnehmungen gedrückt werden. Ein Deckel 7 überträgt die Kräfte P^-P₂ der nicht dargestellten Ventilfedern auf die Tellerfeder 1 .

Zusätzlich zu den Wälzkörpern 2, im gezeigten Beispiel Kugeln, sind auf dem Grundkörper 3 Rollelemente 6, in dem gezeigten Beispiel ebenfalls Kugeln, konzentrisch zu den Wälzkörpern 2 angeordnet. Die konzentrische Anordnung kann sowohl radial außer- als auch innerhalb des Wälzkörperlauf kreises sein, sofern der Kraftangriffspunkt des Deckels 7 auf die Tellerfeder 1 entsprechend geändert wird3eim Beispiel' des Bildes 1 ist der Kraftangriffspunkt des Deckels 7 auf die Tellerfeder am radial inneren Rand mit einer Anordnung der stutzenden Kugeln 6 konzentrisch innerhalb des Wälzkörperlaufkreises, während in Bild 3 der Kraftangriffspunkt des Deckels 7 auf die Tellerfeder 1 an ihrem radial äußeren Rand liegt,, so daß auch die Stützkugeln 6 radial außerhalb des Wälzkörperiaufkreises angeordnet sind.

Die Rollelemente 6 bilden Unterstützungspunkte 10_s so daß die Tellerfeder die Wirkung eines zweiarmigen Hebels

hat . Der Berührungspunkt der Wälzkörper 2 mit der Tellerfeder 1 ist mit 9 bezeichnet. Zur Verringerung der Flächenpressung im Grundkörper bewegen sich die Rollelemente 6 in Laufrillen 5. Auch die Laufflächen der taschenförmigen Ausnehmungen sind

mit einer Wölbung zur Herabsetzung der Flächenpressung

vorsehen.

Die Anlagepunkte 9 und 10 der Kugeln 2 und der Kugelreihe mit der Tellerfeder 1 können/in vorteilhafter Weise als Kugellaufbahnen ausgeführt werden, um eine gute Führung der Tellerfeder 1 und eine Verminderung der Wälzpressungen zwischen den Kugeln 2 und der Kugelreihe 6 einerseits und der Tellerfeder 1 andererseits zu erreichen.

Bild 1 zeigt die Drehvorrichtung bei voll geöffnetem Ventil mit gespannter Tellerfeder 1 und die Lage der Wälzkörper 2 in der Endstellung vor Beginn der Drehung.

O Die in den Grundkörper 3 eingearbeiteten schrägen Lauf-

bahnen k mit dem Neigungswinkel oi sind im Querschnitt (1 . 1j in der Draufsieht (Λ.2)und■in der tangentialen Abwicklung ft. 3)auf dem Kugelteilkreis, Radius r, dargestellt. Die Tellerfeder 1 stützt sich bei geöffnetem Ventil auf dem in der Laufrille 5 des Grundkörpers 3 geführten Rollelementen 6 ab und wird vom Deckel 7 axial belastet. Die

Tangentialfedern ti haben zuvor die Kugeln 2 in die für sie erreichbare geringste Tiefe der geneigten Laufbahnen 4 gedrückt, so daß sie sowohl die Tellerfeder 1 als auch die Laufbahnen k berühren. -

Wird die von der Ventilfeder aufgebrachte konzentrische

^^ Axialkraft P beim Schließen des Ventils vermindert, zu

letzt bis auf P , so übt die gespannte Tellerfeder- 1 Kräfte auf die Kugeln 2 aus, die dann nach deren Maßgabe durch Kraftkomponenten in Umfangsrichtung· in" den Laufbahnen 4 abrollen und ihre Rollbewegung auf die Tellerfeder

übertragen, die dadurch den doppelten Rollweg der Kugeln ! *) zusamme« rntf- r) .

d_e/ri Dukel 7 zurücklegt und so um die Achse a-b des Grundkörpers rotiert.

In Bild 2 ist der Zustand bei beendeter Drehung dargestellt. Die Kugeln 2 befinden sich in der für sie erreichbaren größten Tiefe der Laufbahnen k. Sie sind von Pos, 1 Bild 1.2 und 1.3 zu Pos; 2 Bild 2.2 und 2.3 gerollt und haben dabei eine Translation um den Winkel '~f , Bild 2.2, mit dem Rollweg r ·^f , Bild 2..3 ausgeführt, so daß sich die Tellerfeder 1 um 2 · ^f gedreht und den Rollweg 2 r ·■ ;/. zurückgelegt hat. -.;._■■■;

In Bild 3 is-t-ei-rie Dr«KvDri"i.ck^:an{j in der gleichen Ausgangslage wie in Bild 1 dargestellt, jedoch mit der umgekehrten Lage der Kugeln 2, die nun am Innenrand des Grundkorpers 3 angeordnet sind. Die Kugelreihe 6 befindet sich wieder etwa in der Mitte des massiven Querschnitteiis des Grundkörpers 3 und der Tellerfeder D©r seitenvertauschten Lage der Kugeln 2 entsprechend wird die Tellerfeder 1- an ihrem Außenrand durch den Deckel 7 belastet. Eine weitere Möglichkeit» die Wals-Pressungen, die durch die Kugeln 2 und die Kugelreihe auf die Tellerfeder 1 wirken, von dieser fernzuhalten, bieten die beiden Kugel laufringe 11 und 12. Die Funktion der Ausführungen nach Bild 3 ist die gleiche wie die gemäß Bild 1; nach beendeter Drehung ergibt sich eine Darstellung analog Bild 2 mit entsprechend umgekehrter Neigung der Tellerfeder.

Sowohl für die Ausführung nach Bild 1 als auch nach Bild 3 kann es vorteilhaft sein, die als ICugelreihe 6 dargestellten Rollelemente durch ein komplettes Axial-Wälzlager bekannter Ausführung, z. B. ein Axial-Kugellager, -Rollenlager oder -Nadellager, zu ersetzen. Außerdem können beide Ausführungen der Drehvorrichtung in bekannter Weise durch Anbringen eines Innenkonus im Grnndkorper 3 für die Aufnahme von Ventilkegelstücken sur Befestigung der Drehvorrichtung am Schaftende des zu drehenden Ventils ausgestattet werden.

"40-Leerseite

Claims

Hannover, den 10.12.1981

PATENTANSPRÜCHE

tJ-Vorrichtung zum Drehen eines Ventils fur Brennkraftmaschinen während der Schließbewegung des Ventils, unter Verwendung von Wälzkörpern, die in konzentrisch um die Achse eines Grundkörpers !angeordneten Taschen mit schiefen Ebenen durch tangential wirkende, bei Belastung der Wälzkörper zusammendrlickbare Federn in Richtung auf die flacheren Seiten der Taschen belastet sind und mit einem den Taschen gegenüberliegenden, beim Öffnungsvorgang des Ventils unter zunehmender Belastung durch die Ventilfeder bzv/ Ventilfedern sich in Ventilachsrichtung spannenden Federelement zusammenwirken, v/obei die Wälzkörper in Ventilachsrichtung beim zunehmenden Spannen des Federelements entlastet, dagegen beim Entspannen des Federelements zum relativen Verdrehen des Grundkörpers gegenüber dem Federelement zunehmend belastet werden, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zu den Wälzkörpern (2) und im Bereich zwischen diesen und dem Angriffspunkt der Ventilfederkraft (P_1S Pp) an dem Federelement (1) zusätzliche, das Federelement (1) stützende Rollelemente (6) auf dem Grundkörper angeordnet sind.

2ο Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (1) als konische Ringscheibe ausgebildet ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß das Federelement (T) als ebene Ringscheibe ausgebildet ist.

^;- 4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement

(1) vertiefte Laufbahnen zur Führung der Wälzkörper

(2) und der Rollelemente (6) enthält.

S*\ 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1-3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Federelement (1) und den Wälzkörpern (2) ein Wälzkörperlauf ring (11) angeordnet ist...

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3,5,.dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Federelement (1) und den Rollelementen (6) ein Kugellaufring (12) eingefügt ist.

7..Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollelemente (6) in einem Axial-Wälzlager zusammengefaßt sind.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7» dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper

(3) eine zentrale Öffnung aufweist, deren Mantelfläche einen Innenkonus für die Aufnahme von Kegelstücken zur Befestigung der Vorrichtung am Schaftende des zu drehenden Ventils ausgestattet ist.