DE3401279A1

DE3401279A1 - Ventildrehvorrichtung

Info

Publication number: DE3401279A1
Application number: DE3401279A
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1983-12-09
Filing date: 1984-01-16
Publication date: 1985-06-20
Also published as: GB2151001B; JPH0228686B2; GB8401054D0; US4538558A; GB2151001A; JPS60125709A

Description

16. Januar 1984

23555 Euclid Avenue

Cleveland, Ohio 44117, USA Unser Zeichen: T 3666

Ventildrehvorrichtung

Die Erfindung "betrifft eine Ventildrehvorrichtung zum Drehen eines Ventiles einer Verbrennungskraftmaschine.

Ventildrehvorrichtungen zum Drehen eines Ventiles einer Verbrennungskraftmaschine sind bekannt. Einige dieser Vorrichtungen verwenden zum Drehen des Ventiles eine in sich geschlossene Schraubenfeder. Solche Vorrichtungen sind in den US-Patentschriften 4 094 280; 3 537 325; 3 421 734 und

2 819 706 beschrieben. Andere.Ventildrehvorrichtungen benutzen Kugeln zum Drehen des Ventiles. Beispiele solcher Vorrichtungen ergeben sich aus den US-Patentschriften

3 952 713; 4 003 353 und 4 141 325.

Eine gebräuchliche Ausführung einer Ventildrehvorrichtung, die mit einer geschlossenen Schraubenfeder arbeitet, hat einen dem Ventil zugeordneten Körper. Dieser Körper hat eine ringförmige Rinne, in welcher eine in sich geschlossene Schraubenfeder in ihrer Längsrichtung angeordnet ist. Eine Federscheibe ist zwischen einem Kragen und dem Körper

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wirksam und sie ergibt eine seitliche Belastung der Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder. Die Ventilfeder wirkt auf den Kragen ein. Befindet sich das Ventil in geschlossener Stellung, so sind die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder infolge der seitlichen Belastung durch die Federscheibe relativ zu der Achse der in sich geschlossenen Schraubenfeder schräggestellt, also gekippt.

Das Arbeitsprinzip der bekannten mit einer geschlossenen Schraubenfeder ausgerüsteten Ventildrehvorrichtung ist einfach. Die Federscheibe wirkt auf den Körper der Ventildrehvorrichtung und die dazwischen auftretende Reibungskraft widersteht einer Drehung des Körpers der Drehvorrichtung. Wenn sich das Ventil öffnet, so wird die Ventilfeder zwischen dem Kragen und dem Zylinderkopf zusammengedrückt. Die Kraft der Ventilfeder wird durch den Kragen auf einen Teil der Federscheibe übertragen. Die Kraft, welche der Kragen auf die Federscheibe ausübt, veranlaßt die Federscheibe, sich über der in sich geschlossenen "Schraubenfeder zu verbiegen, wodurch die Belastung der in sich geschlossenen Schraubenfeder vergrößert wird. Die Kraft der Ventilfeder wird auf den Körper der Ventildrehvorrichtung über die Federscheibe und die in sich geschlossene Schraubenfeder übertragen. Wenn sich die seitliche Belastung der Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder vergrößert, so kippt jede Windung der in sich geschlossenen Schraubenfeder weiter aus ihrer Normalsteilung heraus. Dadurch' wird der Reibungswiderstand zwischen der Federscheibe und dem Körper der Vorrichtung überwunden.

Infolgedessen wird bei der Schrägateilung der Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder der Körper der Vorrichtung mit dem Ventil gedreht, wobei der Körper der Ventildrehvorrichtung auf der Federscheibe gleitet. Wenn das Ventil

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sich schließt, so nimmt die Fed erscheine von selbst ihre dem Ventilschluß entsprechende Stellung ein und die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder gelangen ihrerseits-in ihre normale Kippstellung, so daß ein neuer Arbeitszyklus beginnen kann.

Bei solchen Drehvorrichtungen unterliegt die in sich geschlossene Schraubenfeder Schwingungsbelastungen und Resonanzfrequenzen, die durch Schwingungen der Ventilfeder erzeugt werden. Ventilfederschwingungen können Wirkungsfehler der in sich geschlossenen Schraubenfeder in zweifacher Hinsicht verursachen. Erstens können Ventilfederschwingungen, wenn sich das Ventil auf seinem Sitz befindet, eine Entlastung der Federscheibe bewirken,- welche an der in sich geschlossenen Schraubenfeder anliegt. Diese Entlastung kann den Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder die Möglichkeit bieten, sich aufzustellen. Insbesondere können einzelne Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder ihre Schwenksteilung verlieren oder sogar in verschiedenen Richtungen verschwenken. Wenn die Federscheibe dann darauffolgend die in sich geschlossene Schraubenfeder belastet, so können die einzelnen Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder in entgegengesetzten Richtungen verschwenken. Zweitens können Schwingungen der Ventilfeder Längsvibrationen der Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder zur Folge haben. Diese Längsvibrationen können eine Relativbewegung der Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder verursachen. Insbesondere kann sich durch die Längsvibrationen eine Endwindung der in sich geschlossenen Schraubenfeder von den and.eren Windungen entfernen. Es hat sich in der Tat gezeigt, daß Endwindungen sich soweit von den anderen Windungen entfernen können, daß die Endwindungen entgegengesetzt kippen

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und als Folge davon brechen.

Eine Lösung des vorgenannten Problems ist in der US-Patentschrift 4 094 280 angegeben. Diese Druckschrift beschreibt die Verwendung eines Materials, welches mit der in sich geschlossenen Schraubenfeder in Berührung steht, um Vibrationen dieser Feder zu dämpfen. Ein anderer Vorschlag besteht darin, eine besonders gefertigte in sich geschlossene Schraubenfeder zu verwenden, deren Windungen in freiem Zustande schräggestellt sind. Dieser Vorschlag ist der US-Patentschrift 3 468 527 zu entnehmen. Die Herstellung derartiger Federn ist jedoch schwierig.

Bei Ventildrehvorrichtungen, welche zum Drehen des Ventiles Kugeln verwenden, sind die Kugeln zwischen zwei Teilen angeordnet, welche sich axial und in der Drehrichtung gegeneinander bewegen können. Einer der Teile ist mit dem Ventil verbunden und hat eine Schrägfläche, längs welcher eine Kugel abrollt. Die Teile werden durch eine Federscheibe, welche auf die Kugeln einwirkt, auseinandergedrückt. Bei der Öffnungsbewegung des Ventiles verstärkt sich die Kraft der Ventilfeder, bis sie die Belastungskraft der Federscheibe übertrifft, wobei dann die Teile aufeinander zu bewegt werden. Die Kugeln rollen auf ihren Schrägflächen ab und veranlassen eine Relativdrehung der Teile und eine Drehung des Ventiles.

Eine Ventildrehvorrichtung, welche eine Drehung des Ventiles mit Hilfe von Kugeln herbeiführt, kann durch Schwingungen der Ventilfeder zerstört werden. Ventilfederschwingungen werden auf die Kugeln übertragen, und die Kugeln graben sich in die Schrägfläche des einen Teiles der Vorrichtung ein. Die Kugeln werden dann in den in der Schrägfläche ge-

bildeten Vertiefungen gefangen, so daß sie nicht mehr längs der Schrägfläche abrollen, was zur Punktion der Ventildrehvorrichtung erforderlich ist. Wenn die Kugel in der durch Ventilfederschwingungen erzeugten Vertiefung gefangen ist, so tritt zwischen der Federscheibe und der Kugel und dem mit der Schrägfläche versehenen Teil der Vorrichtung eine hohe Belastung auf. Als Folge dieser erhöhten Belastung verschleißen diese Teile. Ferner kann die Kugel infolge der erhöhten Belastung aus der Vertiefung in der Schrägfläche längs dieser und längs der Federscheibe herausspringen. Eine solche Rutschbewegung verursacht eine gesteigerte Abnutzung der Federscheibe und der Schrägfläche. Diese Wirkungen verhindern schließlich eine ordnungsmäßige Funktion der Ventildrehvorrichtung.

Die vorliegende Erfindung hat eine völlig neue Lösung der bei Ventildrehvorrichtungen durch Ventilfederschwingungen auftretenden Probleme. Die Erfindung vermindert das Problem durch Isolierung der schrägstellbaren .Teile für die Ventildrehung, d.h. also der Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder oder der Kugeln von den Ventilfederschwingungen. Insbesondere werden die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder gegen Schwingungen isoliert, welche die Ventilfeder entlasten und somit auch die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder entlasten können und die vorstehend beschriebenen Probleme schaffen. Bei den mit Kugeln arbeitenden Ventildrehvorrichtungen werden die Kugeln gegen Schwingungen isoliert, welche ein Eingraben der Kugeln in die Schrägflächen bewirken würden, längs welchen die Kugeln abrollen. Kurz gesagt besteht die Erfindung in der Einschaltung einer besonders ausgebildeten Federanord^ nung zwischen der Ventilfeder und den schrägstellbaren Mitteln d.h. den Windungen der in sich geschlossenen Schrauben-

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feder oder den Kugeln. Der Zweck und die Wirkung der Federanordnung ist erstens eine Isolierung der schrägstellbaren Mittel von den Ventilfederschwingungen und zweitens die Übertragung der Ventilfederkraft auf die schrägstellbaren Mittel, wenn die Ventildrehung gewünscht wird.

Gemäß der Erfindung ist zwischen den schrägstellbaren Mitteln und der Ventilfeder ein Federscheibenpaar angeordnet. Eine Federscheibe wirkt auf die schrägstellbaren Mittel ein, während die andere Federscheibe auf die erste Federscheibe nahe ihrem inneren Umfang einwirkt. Die andere oder zweite Federscheibe wirkt mit ihrem äußeren Umfang auf den Kragen ein, an welchem die Ventilfeder anliegt. Ventilfederschwingungen von einer bestimmten Größe, welche die Kugeln auf .die Schrägfläche zwingen würden, längs welcher sie abrollen, wird also durch die andere oder zweite Federscheibe entgegengewirkt, so daß sie auf die Kugeln keinen Einfluß haben.

Bei einer Ausführungsform der Federanordnung gemäß der Erfindung befinden sich die Federscheibe! bei geschlossenem Ventil an ihrem äußeren Umfang in Abstand voneinander. Eine Entlastung der Ventilfeder hat eine Entlastung der mit dem Kragen zusammenwirkenden Federscheibe zur Folge. Diese Entlastung wird nicht auf die Federscheibe übertragen, welche mit der in sich geschlossenen Schraubenfeder zusammenarbeitet, und zwar wegen des Abstandes zwischen dem äußeren Umfang der beiden Federscheiben. Erhöht sich jedoch beim Öffnen des Ventils die Ventilfederkraft, so kommen die äußeren Umfange der beiden Federscheiben miteinander in Berührung und die Kraft wird auf die V/indungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder übertragen, um deren Schrägstellung oder Kippen unter einer Drehung des Ventils über die beiden Federscheiben zu bewirken.

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Bei einer anderen Ausführungsform der in sich geschlossenen Schraubenfeder gemäß der Erfindung können die äußeren Umfange des Federacheibenpaares bei geschlossenem Ventil miteinander in Anlage sein. Bei dieser Ausfuhrungsform reicht eine Entlastung der Ventilfeder um einen geringen Betrag nicht aus, um die Federscheiben außer Eingriff zu bringen. Eine geringe Entlastung der Ventilfeder wird auf die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder übertragen und hat somit eine Verminderung der seitlichen Belastung der Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder zur Folge. Eine starke Entlastung der Ventilfeder bewirkt jedoch, daß sich die Federscheiben an ihrem äußeren Umfang voneinander trennen, bevor eine größere Verminderung der seitlichen Belastung der Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder eintritt. Es erfolgt also keine größere Entlastung der Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder.

Gemäß der Erfindung können die Federscheiben verschieden ausgebildet sein. Beispielsweise kann es sich bei einer Federscheibe um eine keglige Scheibe und bei der anderen Federscheibe um eine ebene Federscheibe handeln. Es können aber auch beide Federscheiben eben sein, wobei sich dann zwischen den inneren Umfangen derselben ein Abstandshalter befindet. Anstelle eines Abstandshalters zwischen zwei ebenen Federscheiben kann eine der Scheiben mit einer Lippe versehen sein, die einen Abstandshalter bildet.

Die Federscheiben gemäß der Erfindung können die Neigung haben, sicli um ihre eigenen Achsen zu"drehen. Infolgedessen ist dafür gesorgt, daß die Federscheiben an einer Drehung um ihre eigenen Achsen gehindert sind. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Federscheiben Abflachungen haben, welche mit einem Teil

des Kragens in Eingriff sind, welcher die Federscheiben umgibt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 ein Schnitt durch die Ventilanordnung einer Verbrennungskraftmaschine und eine Ventildrehvorrichtung mit einer in sich geschlossenen Schraubenfeder gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Teilschnitt durch die Ventildrehvorrichtung der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 ein Schnitt durch Teile der Ventildrehvorrichtung gemäß der Erfindung in teilweise zusammengebauter Stellung,

Fig. 4 eine schematische Teilansicht von Teilen der Ventildrehvorrichtung nach Fig. 1 in übertriebener Darstellung,

Fig. 5 ein Teilschnitt durch.die Ventildrehvorrichtung nach Fig. 2, wobei sich die Teile jedoch in unterschiedlicher Arbeitsstellung befinden,

Fig. 6 ein teilweiser Schnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 2 mit Darstellung eines baulichen Merkmals derselben,

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Fig. 7 bis 10 Teilschnitte durch weitere Ausführungsformen von Ventildrehvorrichtungen mit in sich geschlossenen .Schraubenfedern gemäß der Erfindung,

Fig. 11 und 12 Teilschnitte einer Ventildrehvorrichtung, bei welcher zur Drehung Kugeln Verwendung finden,

Fig. 13 ein Grundriß der Ventildrehvorrichtung nach Fig. mit abgebrochenen Teilen und

Fig. 14 ein Schnitt nach Linie H-H in Fig. 13.

Die Erfindung betrifft, wie schon gesagt, eine Ventildrehvorrichtung, zum Drehen eines Ventiles einer Verbrennungskraftmaschine. Die Ventildrehvorrichtung hat zur Herbeiführung der Ventildrehung schrägstellbare oder kippbare Mittel. Bei diesen Mitteln kann es sich um die Windungen einer in sich geschlossenen Schraubenfeder oder um Kugeln handeln. Die Ventildrehvorrichtung gemäß der Erfindung ist so ausgebildet, daß Schwingungen der Ventilfeder sich nicht nachteilig auf die Arbeitsweise der Ventildrehvorrichtung auswirken. Im einzelnen kann sich die Konstruktion ebenso wie die Kraftmaschine, in der die Vorrichtung Verwendung findet, ändern.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine Ausführungsform einer Ventildrehvorrichtung 10 gemäß der Erfindung. Die Ventildrehvorrichtung 10 ist einem Ventil 11 zugeordnet, welches einen in einer Ventilführung H des Zylinderkopfes 15 einer Kraftmaschine geführten Ventilschaft 12 hat. Am unteren Ende des Ventilschaftes 12 befindet sich der Ventilkopf 16. Dieser trägt die Dichtfläche, welche mit dem Ventilsitz 20 des Motorblocks zusammenarbeitet.

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Der Ventilkopf 16 wird durch eine zwischen dem Zylinderkopf 15 und dem Ventilschaft 12 angeordnete Feder 21 auf den Ventilsitz 20 gedruckt. Die Ventilfeder 21 wirkt mit ihrem oberen Ende auf die Ventildrehvorrichtung 10 ein, um das Ventil 11 in seine Schließlage zu drücken.

Die Ventildrehvorrichtung 10 hat einen Körper 22, der durch einen oder mehrere Keile 24 oder dergleichen nicht drehbar an dem Ventilschaft 12 angebracht ist. Die Keile 24 greifen in eine Nut 26 in dem Ventilschaft 12 ein und sind so auf diesem festgelegt. Der Körper 22 der Vorrichtung wird durch Reibung mit den Keilen 24 und damit auch mit dem Ventilschaft 12 verbunden gehalten. Einzelheiten dieser Konstruktion werden nicht beschrieben, da sie üblich ist. Jedenfalls bewirkt eine Drehung des Körpers 22 auch eine Drehung des Ventilschaftes 12.

Der Körper 22 hat eine ringförmige Umfangsrinne 30 (Fig. 2), welche sich um die Achse des Ventilschaftes 12 herum erstreckt. In der ringförmigen Rinne 30 ist in ihrer Längsrichtung eine in sich geschlossene Schraubenfeder 32 angeordnet. Die Achse a der Schraubenfeder 32 (Fig. 4) verläuft im allgemeinen parallel zu der ringförmigen Rinne 30.

Die Ventildrehvorrichtung 10 hat außerdem einen Kragen bzw. ein Ventilfederlager 34, worauf die Ventilfeder 21 einwirkt. Zwischen dem Kragen 34 und der in sich geschlossenen Schraubenfeder 32 befindet sich eine FederScheibenanordnung, die allgemein mit 40 bezeichnet ist. Die FederScheibenanordnung 40 enthält ein Paar Federscheiben 41 und 42. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1-6 ist die Federscheibe 41 eben, während die Federscheibe 42 eine keglige Gestalt hat, wie sie

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bekannt und in der Zeichnung dargestellt ist.

Die Federanordnung 40 unterwirft die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder bei geschlossenem Ventil 11 einer seitlichen Belastung. Auf diese Weise werden die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder durch die Federanordnung 40 so belastet, daß die Windungen schräggestellt oder gekippt werden. Die Schrägstellung oder Kippung ist am besten aus Fig. 4 ersichtlich, welche die Stellung der Teile schematisch und in übertriebener Weise darstellt, wenn der Ventilkopf 16 auf dem Ventilsitz 20 aufsitzt.

Die Achse der in sich geschlossenen Schraubenfeder ist in Fig. 4 mit a bezeichnet. Eine rechtwinklig zu der Achse a verlaufende Linie, welche durch den Berührungspunkt einer Schraubenfederwindung mit dem Körper 22 verläuft, ist mit b bezeichnet. Der Vertikalwinkel zwischen der Vertikalen b und einer Windung, die sich in einer Richtung von der Linie b erstreckt, ist mit c bezeichnet, während der vertikale Winkel zwischen der Vertikalen b und der Windung, die sich von der L^:inie b in entgegengesetzter Richtung erstreckt, mit d bezeichnet ist. Offensichtlich ist der Winkel c bei jeder Windung der in sich geschlossenen Schraubenfeder größer als der Winkel d. Das bedeutet, daß die in sich geschlossene Schraubenfeder gekippt oder schräggestellt ist. Wenn sich der Körper 22 nach der Federscheibenanordnung 40 bewegt, so haben die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder die Neigung, in der Richtung des Pfeiles e zusammenzuklappen/ da diese Windungen ja die schon vorher erwähnte Schrägsteilung hatten. Fig. 4 ist eine in mehrfacher Hinsicht übertriebene Darstellung. Die Windungen haben einen zu großen Abstand voneinander und die Längen verschiedener Windungshälften sind unterschiedlich. Natürlich ist das bei der prak-

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tischen Ausführung nicht der Fall.

Beim Zusammenbau der Ventildrehvorrichtung werden die Teile derselben im allgemeinen so angeordnet, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Gemäß Fig. 3 werden die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder hochgestellt, so daß die Winkel c und d gleich sind. Dabei wirken die Windungen auf die Federscheibe 4-1 ein, wodurch diese mit dem Körper 22 außer Berührung kommt. Die Federscheibe 42 und der Kragen 34 kommen in die gezeigte Stellung.

Es wird nun auf die gemäß Fig. 3 zusammengestellten Teile eine Kraft aufgebracht, um die Teile zusammenzubewegen. Diese Kraft bewirkt zunächst, daß der innere Umfang der Federscheibe 41 an einer Schulter 44 des Körpers 22 zur Anlage kommt. Dabei werden die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder gekippt und die Federscheibe. 41 wird belastet. Die Federscheibe 41 wirkt nämlich dem Bestreben der Windungen entgegen, sich aufzurichten. Nachdem die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder in eine Schrägstellung gebracht wurden, wird" die der Zusammenfügung der Teile dienende Kraft weiterhin zur Einwirkung gebracht, wodurch die Federscheibe 42 "zusammengedrückt oder belastet wird. Eine weitere Belastung der Federscheibe 41 oder der Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder findet nicht statt, da die Federscheibe 41 an der Schulter 44 anliegt.

Nun wird der Teil 34b (Fig. 5) des Kragens 34 über den Körper 22 gebogen, um die Teile in ihrer zusammengefügten Stellung zu halten. Ist dies geschehen, so sind die Windungen der in sich geschlossenen.".Schraubenfeder und die Federscheiben 41 und 42 belastet.

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Wenn die Ventildrehvorrichtung in eine Kraftmaschine eingesetzt wird, so wirkt die Ventilfeder 21 auf den Kragen 34 ein, wobei der herübergebogene Teil 34b des Kragens 34 von dem Körper 22 entfernt wird. Die Kraft der Ventilfeder bewirkt dabei eine weitere Belastung der Federscheibe 42. Diese Belastung wird über den inneren Umfang der Feder 41 auf die Schulter 44 des Körpers 22 übertragen. Die Feder 41 wird also dabei nicht belastet. Die Federscheibe 42 wird also beim Einbau der Ventildrehvorrichtung in die Kraftmaschine stärker belastet als die Federscheibe 41.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, berührt die Federscheibe

41 die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder zwischen deren inneren und ,äußeren Umfangen. Die zweite Federscheibe 42 berührt die Federscheibe 41 in der Nähe des inneren Umfanges. Der äußere Umfang der Federscheibe 42 liegt an dem Kragen 34 an. Der äußere Umfang der Federscheibe

42 befindet sich in axialem Abstand von dem äußeren Umfang der Federscheibe 41, wenn sich das Ventil in seiner Schlußstellung befindet. Der Abstand zwischen den äußeren Umfangen der Federscheiben ist mit 45 bezeichnet.

Die Art und Weise, in welcher das Ventil 11 durch die Vorrichtung 10 gedreht wird, ist dem Fachmann klar. Der Körper 22 bewegt sich bei der Öffnung des Ventils 11 nach unten. Durch die Abwärtsbewegung des Körpers 22 wird die Ventilfeder 21 zusamnrengedrückt. Die Zusammendrückung der Ventilfeder 21 vergrößert die Kraft, welche die Ventilfeder auf den Kragen 34 überträgt. Diese Kraft wird weiterhin auf die Federscheibe 42 übertragen. Wenn sich die Kraft verstärkt, so bewegt sich der äußere Umfang der Federscheibe 42 nach der Federscheibe 41 hin. Gegebenenfalls kommen die äußeren Umfange der Federscheiben 41 und 42 gemäß Fig. 5 miteinander

in Berührung und die Belastung der Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder erfährt auch eine Vergrößerung. Mit der weiteren Vergrößerung der Kraft werden die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder 32 gezwungen, weiter zu kippen d.h. sich schrägzustellen. Der Körper dreht sich, da die darauf durch die Kippung der Windungen der Schraubenfeder übertragene Kraft ausreicht, um die Reibung zwischen dem inneren Umfang der Federscheibe 41 und dsm Körper 22 zu überwinden. Der Körper 22 gleitet also auf der Federscheibe 41, wenn er sich dreht.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß das Ventil 11 beim Öffnen eine Drehung erfährt. Wenn sich das Ventil 11 jedoch von seiner Offenstellung in seine Schließstellung bewegt, so arbeiten die Teile derart zusammen, daß die Reibungskraft zwischen dem inneren Umfang der Federscheibe 41 und der Schulter 44 des Körpers 22 groß genug ist, um den Körper 22 daran zu hindern, sich zurück in seine Ausgangsstellung zu drehen. Die Federscheibe 41 bremst also eine Rückdrehung des Ventiles ab. Dies ist bekannt und wird beispielsweise in der US-Pate^;ntschrift 3 537 325 zum Ausdruck gebracht. Die Ventildrehvorrichtung 10 bewirkt also eine Drehung des Ventils 11 nur in einer Richtung.

Die bisherigen Ventildrehvorrichtungen hatten Probleme, wenn die in sich geschlossene Schraubenfeder ihre seitliche Belastung verlor. Bei den bekannten Ventildrehvorrichtungen konnte nämlich die seitliche Belastung auf die in sich geschlossene Schraubenfeder sich verringern und diese Schraubenfeder konnte eine Belastung vollständig verlieren. Dies kam vor, weil die Kraft der Ventilfeder, welche die seitliche Belastung der geschlossenen Schraubenfeder bewirkte, infolge Schwingungen der Ventilfeder eine Verminderung erfuhr. Wenn

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beispielsweise die Ventilfederkraft sich bei geschlossenem Ventil verminderte, so konnten die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder ihre Belastung verlieren, so daß die Windungen ihre aufgerichtete Stellung einnahmen. Eine nachfolgende Belastung der Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder konnte bewirken, daß diese Windungen sich in entgegengesetzter Richtung schrägstellten.

Durch die Erfindung treten die vorgenannten Probleme nicht auf. Insbesondere kann nach der vorliegenden Erfindung eine Entlastung der Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder so wie bei den bekannten Vorrichtungen nicht auftreten. Wenn sich beim Erfindungsgegenstand die Belastung der Ventilfeder verringert, so werden die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder nicht entlastet. Wenn die Ventilfeder 21 bei Schwingungen derselben entlastet wird, so folgt der äußere Umfang der Federscheibe 42 der Bewegung der Ventilfeder. Der innere Umfang der Federscheibe 42 bleibt jedoch in Berührung mit der Federscheibe 41, so daß die Federscheibe an der Schulter 44 zurückgehalten wird. Dadurch bleiben die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder unter Belastung und die Verminderung der Kraft wird nicht auf die Federscheibe 41 übertragen. Die Federscheibe 42 bildet also ein Mittel, um solche Schwingungen von der Federscheibe 41 fernzuhalten.

Im Betrieb der Ventildrehvorrichtung gemäß der Erfindung haben die Federscheiben 41 und 42 die Neigung, sich zu drehen. Zweckmäßig wird jedoch eine solche Drehung verhindert. Hierfür ist jedes geeignete Mittel brauchbar. Aus der Zeichnung ist zu ersehen, daß jede der Federscheiben diametral gegenüberliegende Abflachungen hat. In Fig. 6 ist an der Federscheibe 41 nur eine Abflachung 46 dargestellt. Mit der Abfla-

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chung steht ein verformter oder eingedrückter Teil 34c des Kragens 34 in Eingriff. Infolgedessen kann keine der Scheiben 41 oder 42 sich um die eigene Achse drehen. Der Teil 34c "beeinträchtigt jedoch nicht die sonstige Arbeitsweise der Federscheiben 411 42, da durch ein ausreichendes Spiel dafür gesorgt ist, daß die Federscheiben sich in der gewünschten Weise verbiegen können.

Die Pig. 7 bis 10 zeigen weitere Ausführungsformen der Ventildrehvorrichtung mit in sich geschlossener Schraubenfeder gemäß der Erfindung. Diese Ausführungsformen ähneln derjenigen nach Fig. 1, so daß entsprechende Teile der Vorrichtungen nach den Fig. 7 bis 10 mit gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1 versehen sind. Die Ausführungsformen nach den Fig. 7 bis 10 haben alle eine Federscheibenanordnung 40, die baulich von der Federscheibenanordnung nach den Fig. 1 bis 6 abweicht, jedoch in gleicher oder ähnlicher Weise arbeitet. Insbesondere verhindert die Federscheibenanordnung 40 nach den Fig. 7 bis 10, daß starke Schwingungen der Ventilfeder die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder entlasten, wobei sie jedoch auf die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder eine Kraft übertragen, die eine Drehung des Ventils bewirkt.

Die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform der Erfindung hat zwei ebene Federscheiben 60, 61, die an ihrem inneren Umfang durch einen Abstandhalterring 63 voneinander getrennt sind. Statt sich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bei der Ventilöffnung auf ihren einander zugekehrten Flächen zu berühren, kommen die Federscheiben 60,61 längs ihrem äußeren Umfang in Anlage. Es hat sich gezeigt, daß die Form des Abstandhalters 63 für die Arbeitsweise des Erfindungsgegenstandes nicht wesentlich ist. Wesentlich ist jedoch, daß der Abstand

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45 zwischen den beiden Federscheiben 60, 61 aufrechterhalten wird.

Die Ausführungsform nach Fig. 8 entspricht derjenigen nach den Fig. 1 bis 6, jedoch mit der Abweichung, daß statt einer kegligen an dem Kragen 34 anliegenden Federscheibe eine keglige Federscheibe 70 Anwendung findet, welche an der in sich geschlossenen Schraubenfeder 32 anliegt. An dem Kragen 34 liegt eine ebene Federscheibe 71 an. Die Federscheiben 70 und 71 sind nach ihrem inneren Umfang in Anlage miteinander.

Eine weitere Ausführungsform einer Ventildrehvorrichtung mit einer in sich geschlossenen Schraubenfeder zeigt Fig. 9. Bei dieser Ausführungsform besteht die Federscheibenanordnung 40 aus einer ebenen Scheibe 80' und einer geformten Scheibe 81. Die ebene Scheibe 80 liegt an der in sich geschlossenen Schraubenfeder 32 an. Die geformte Scheibe 81 hat rund um ihren inneren Umfang eine Rippe 82, welche einen Abstandhalter bildet, um die Scheiben 80 und 81 voneinander zu trennen. Diese Konstruktion hat den Vorteil eines vereinfachten Zusammenbaus, wobei der Abnutzung unterliegende Flächen zwischen den Teilen im Vergleich mit der Ausführung nach Fig. 7 in ihrer Anzahl vermindert sind.

Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 10 dargestellt. Bei dieser ist eine Federscheibenanordnung 40 mit zwei Federscheiben 90, 91 vorhanden, die sich zwischen dem Kragen 94 und der in sich geschlossenen Schraubenfeder 32 befindet. Die Federscheiben werden an ihrem inneren Umfang durch einen Abstandhalter 93 getrennt gehalten. Die untere Federscheibe 91 liegt, wie man sieht, an dem Kragen 94 an, während die obere Federscheibe 90 die

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Windungen der in eich geschlossenen Schraubenfeder 32 seitlich belastet.

Wird die Ventildrehvorrichtung nach Fig. 10 zusammengesetzt, so befinden sich die äußeren Umfange der Federscheiben voneinander in Abstand. Wenn nun die Ventildrehvorrichtung in eine Kraftmaschine eingebaut wird, so bewirkt die Ventilfeder, daß der äußere Umfang der Scheibe 91 sich in Anlage an den äußeren Umfang der Scheibe 90 bewegt und diese belastet. Die Scheiben haben also eine verschiedene Belastung zu tragen. So kann beispielsweise die Scheibe 91 75 $ der Ventilfederbelastung bei geschlossenem Ventil tragen, während die Scheiben 91 und 90 an den verbleibenden 25 1° der Federbelastung bei geschlossenem Ventil teilhaben.

Ein gewisses Maß der ursprünglichen Entlastung der Ventilfeder wirkt sich auf beide Federscheiben 90, 91 aus. Dieses Maß an Entlastung ergibt auch eine gewisse Verminderung der seitlichen Belastung der in sich geschlossenen Schraubenfeder. Im Falle einer übermäßigen Ventilfederschwingung, ■welche eine übermäßige Entlastung der Ventilfeder ergibt, bewegt sich jedoch die untere Federscheibe 91 von der oberen Federscheibe 90 weg und auf diese Weise wird eine übermäßige Entlastung nicht auf die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder übertragen. Wie bei den anderen Ausführungsformen können sich dann die Windungen der in sich geschlossenen Schraubenfeder nicht durch Ventilfederschwingungen, welche eine übermäßige Entlastung der Ventilfeder zur Folge haben, selbst aufrichten.

Die bisher beschriebenen Ventildrehvorrichtungen gemäß der Erfindung sind mit einer in sich geschlossenen Schraubenfeder versehen, deren Windungen schräggestellt oder gekippt

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werden, um eine Drehung des ' Ventilschaftes zu "bewirken. Die Erfindung kann aber auch bei Ventildrehvorrichtungen Anwendung finden, welche als verstellbares Element zur Herbeiführung der Drehung des Ventilschaftes Kugeln benutzen. Solch eine Ventildrehvorrichtung ist in den Fig. 11 bis 14 dargestellt und mit 100 bezeichnet. Diese Ventildrehvorrichtung hat einen Körper 101, welcher an dem Ventilschaft 102 durch Keile 103 oder dergleichen befestigt ist. Die Keile wirken in der gleichen Weise wie diejenigen, welche in Verbindung mit der Ventildrehvorrichtung beschrieben wurden, welche mit einer in sich geschlossenen Schraubenfeder arbeiten.

Der Körper 101 enthält eine Reihe von sich über den Umfang erstreckenden und voneinander in Abstand befindlichen gebogenen Rinnen 105, von welchen zwei in Tig. 13 gezeigt sind. Jede Rinne 105 hat eine Bodenfläche, welche eine Schrägfläche 107 aufweist, die sowohl gegenüber der Achse des Ventilschaftes als auch gegenüber dem restlichen Teil der Bodenfläche geneigt ist. In^- jeder Rinne ist eine Kugel 109 angeordnet, welche mit der Schrägfläche 107 in jeder Rinne 105 zusammenarbeitet. Jede Kugel 109 wird durch eine Schraubenfeder 111, die sich in der betreffenden Rinne 105 befindet, nach dem flachen Ende der Schrägfläche hin gedruckt. Das eine Ende der Feder. 111 liegt an der Kugel 109 an, während das andere Federende sich auf einer Stirnwand der ;Rinne gegenüber dem flachen Ende der Schrägfläche abstützt (Fig.14). Die Ventildrehvorrichtung 100 hat auch einen Kragen 115, welcher den Vorrichtungskörper 101 umgibt. Die Ventilfeder 117 überträgt eine Belastungskraft auf den Kragen 115. Der Kragen 115 und der Körper 101 sind gegeneinander in Richtung der Achse des Ventilschaftes 102 beweglich und auch um die Achse des Ventilschaftes 102 gegeneinander verdrehbar.

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Zwischen dem Kragen 115 und dem Körper 101 ist eine aus einem Federscheibenpaar "bestehende Scheibenanordnung 121 vorgesehen. Diese Anordnung besteht aus einer ersten Federscheibe 1?3 und aus einer zweiten Federscheibe 125. Die Federscheiben 123 und 125 sind den anderen Teilen der Ventildrehvorrichtung 100 in der gleichen Weise zugeordnet, wie die Federscheiben 41 und 42 den anderen Teilen der Ventildrehvorrichtung in den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 5 zugeordnet sind.

Im allgemeinen liegt der innere Umfang der Federscheibe an der Umfangsfläche 127 des Körpers 101 an. Ein mittlerer Flächenabschnitt der Federscheibe 123 liegt an den Kugeln 109 an und drückt die Kugeln in die Anlage mit der Schrägfläche 107. Der äußere Umfang der Federscheibe 123 befindet sich von dem Vorrichtungskörper 101 in Abstand, wenn das Ventil seine geschlossene Stellung einnimmt.

Wenn sich das Ventil in seiner geschlossenen Stellung befindet, nimmt die Federscheibe 125 die in Fig. 11 gezeigte Stellung ein. In dieser Stellung liegt der innere "Umfang der Federscheibe 125 an dem inneren Umfang der Federscheibe 123 an, wobei die Scheibe 125 über den inneren Umfang der Scheibe 123 herüberragt. Der äußere Umfang der Federscheibe 125 liegt an dem Kragen 115 an.

Wenn Schwingungen der Ventilfeder 117 auftreten und den Kragen 115 belasten, so wird der Schwingungskraft der Feder 117 durch die Federscheibe 125 Widerstand entgegengesetzt. Da die Kraft der Federscheibe 125 direkt auf den Körper der Drehvorrichtung übertragen wird, so kann ein bestimmter Schwingungswert der Ventilfeder auftreten, ohne daß diese Ventilfederschwingung auf die Kugeln 109 übertragen wird. Die Ventilfederschwingungen werden also von den Kugeln 109 fern-

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gehalten und es besteht somit keine oder nur eine verhältnismäßig geringe Gefahr, daß die Kugeln 109 sich in die die Rinne 105 darstellenden Flächen in dem Körper 101 eingraben. Somit sind bei dieser Ausführungsform der Erfindung die oben erwähnten Gefahren eines Eingrabens der Kugeln in die Schrägfläche 107 beseitigt.

Die Arbeitsweise der Ventildrehvorrichtung nach Fig. 11 ist bekannt und braucht daher im einzelnen nicht beschrieben zu werden. Es sei nur bemerkt, daß beim Schließen des Ventiles der äußere Umfang der Federscheibe 125 sich in die Anlage mit dem äußeren Umfang der Federscheibe 123 bewegt, wie dies in Fig. 12 dargestellt ist. Die Reibungskraft zwischen der Federscheibe 123 und dem Körper 101 ist vermindert und die Kugeln 109 rollen über die Schrägfläche 107 und längs der Federscheibe 123. Die Rollwirkung der Kugeln längs der Schrägfläche 107 und der Federscheibe 123 bewirkt bekanntlich eine Drehung des Ventils.

Die in Verbindung mit einer Kugeln verwendenden Drehvorrichtung 100 zur Anwendung kommende Federanordnung 121 kann die Form einer jeden Federanordnung haben, wie sie in Verbindung mit den eine in sich geschlossene Schraubenfeder benutzenden Ventildrehvorrichtungen beschrieben wurde. Dies wird nicht im einzelnen mehr beschrieben, da es auf der Hand liegt, daß die Federanordnungen nach den Fig. 8, 9 und 10 auch bei Ventildrehvorrichtungen Anwendung finden können, welche zur Erzielung einer Drehung des Ventilschaftes Kugeln benutzen.

Alle beschriebenen Ausführungsformen betreffen Ventildrehvorrichtungen, die sich am oberen Ende des Ventilschaftes befinden. Die Erfindung kann aber ebenso dort Anwendung finden, wo die Ventildrehvorrichtungen sich am Führungsende des Ventilschaftes befinden.

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Claims

PRINZ, LEISER, BCPK¹KE i&. FARTHER

Patentanwälte European Patent Attorneys

München Stuttgart 3401 279

16. Januar 1984

TEV/ ING.

23555 Euclid Avenue
Cleveland, Ohio 44117« USA

Unser Zeichen; T 3666

Patentansprüche

Ventildrehvorrichtung für in Richtung auf die Schließstellung federbelastete Ventile von Verbrennungskraftmaschinen mit einem "beim VentilÖffnungshub um seine Längsachse drehbaren Ventilschaft, gekennzeichnet durch:

a) einen an dem Ventilschaft angebrachten und mit ihm drehbaren Körper mit wenigstens einer wenigstens teilweise um den Ventilschaft herumlaufenden Rinne,

b) verstellbare Mittel in dieser Rinne,

c) einen Kragen zur Aufnahme der Ventilfederkraft, der den Ventilschaft nahe dem Vorrichtungskörper umgibt, wobei dieser und der Kragen in axialer und in der Drehrichtung gegeneinander beweglich sind,

d) ein Paar den Ventilschaft umgebender, zwischen dem Kragen und den schrägstellbaren Mitteln angeordneten Eederscheiben, wobei

i) eine erste Federscheibe einen an den schrägstellbaren Mitteln anliegenden und einen anderen Teil hat, der bei geschlossenem Ventil an dem Vorrichtungskörper anliegt,

Pr/Hf

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_₂_ 3A01279

II) eine zweite Federscheibe, die zwischen dem Kragen und dem anderen Teil der ersten Federscheibe angeordnet ist, an dem Vorrichtungskorper anliegt und einen ersten Teil, welcher den anderen Teil der ersten Federscheibe überlagert, sowie einen zweiten, von der ersten Federscheibe bei geschlossenem Ventil wenigstens teilweise in Abstand befindlichen Teil hat,

III) an Federscheiben mit innerem und äußerem Umfang die sich überlagernden Teile der ersten und der zweiten Federscheibe nahe der inneren Umfange zusammenarbeiten, um Schwingungen der Ventilfeder von dem Kragen über die sich überlagernden Teile der ersten und der zweiten Federscheibe auf den Vorrichtungskorper zu übertragen und so die Schwingungen von den verstellbaren Mitteln fernzuhalten, wobei der zweite Teil der zweiten Federscheibe auf die erste Federscheibe nahe dem äußeren Umfang einwirkt, wenn die Belastungskraft der Ventilfeder einen bestimmten, . ··* auf die verstellbaren Mittel zu übertragenden Wert übersteigt, um so eine Drehung des Vorrichtungskörpers und des Ventilschaftes zu bewirken.
2. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kinne eine Bodenfläche hat, die gegen die Ventilschaftachse schräg verläuft, .und daß die verstellbaren Mittel aus einem kugelförmigen Element bestehen, das längs der Schrägfläche und der ersten Federscheibe abrollt und dabei eine Drehung des Vorrichtungskörpers und des Ventilschaftes bewirkt.
3. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbaren Mittel aus den Windungen einer Schraubenfeder bestehen, die in ihrer Längsrichtung in der Rinne angeordnet ist, wobei die erste Federscheibe die Windungen der Schraubenfeder seitlich belastet,
4. Ventildrehvorrichtung nach ".Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Federscheibe eben und die zweite Federscheibe keglig ist.
5. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Federscheiben eben- und zwischen diesen nahe deren innerem Umfang ein Abstand haltendes Element vorhanden ist.
6. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Federscheibe keglig und die zweite eben ist.
7. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Federscheibe eben und die zweite als ebene Federscheibe mit einer Lippe nahe ihrem inneren Umfang ausgebildet ist, welche zwischen den Federscheiben einen Abstand hält.
8. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch Mittel zur Verhinderung einer Drehung der Federscheiben gegeneinander und gegenüber dem Kragen.

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