DE3149815A1 - Vorrichtung zum drehen eines ventils fuer verbrennungskraftmaschinen - Google Patents
Vorrichtung zum drehen eines ventils fuer verbrennungskraftmaschinenInfo
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Description
3H9815
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 Ebe~
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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·» 2S —
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
— 4 —
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- fie -
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 10s 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) .
de/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 (1)
- Hannover, den 10.12.1981PATENTANSPRÜCHEtJ-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 (P1S 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.- 23. 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 Ansprüche1-3, 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.
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