DE3706187A1 - Antriebsvorrichtung fuer ein vorzugsweise linear verstellbar gefuehrtes maschinenteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein vorzugsweise linear verstellbar geführtes Maschi­ nenteil, insbesondere für einen Ventilkörper, mit einer schräg zur Verstellrichtung des Maschinenteils verlaufenden Antriebswelle, auf der eine das Maschi­ nenteil betätigende Kurvenscheibe mit zwei Steuerkur­ ven angeordnet ist, längs denen im wesentlichen wech­ selweise jeweils eine Rolle abläuft, wobei die beiden Rollen gemeinsam an einem mit dem Maschinenteil ver­ bundenen Trägerteil drehbar gelagert sind und die eine Steuerkurve das Maschinenteil in der einen Richtung und die andere Steuerkurve in der entgegengesetzten Richtung verstellt.

In der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 36 28 957.4 ist eine Antriebsvorrichtung dieser Art beschrieben, bei der die Kurvenscheibe mit einer Steuer­ nut versehen ist, an deren äußerer und innerer Seiten­ wandung je eine der Steuerkurven ausgebildet ist, die somit in Richtung der Tiefe der Steuernut gegeneinan­ der versetzt sind. Dadurch weist diese Steuernut Hin­ terschneidungen auf, die zunächst die Herstellung der Kurvenscheibe erschweren, da die Steuernut durch auf­ wendige Fräsverfahren in die Kurvenscheibe eingebracht werden muß. Da ferner die beiden Steuerkurven in der Tiefe gegeneinander versetzt sind, übt die Rolle, die der an den Boden der Steuernut angrenzenden Steuer­ kurve anliegt, ein hohes Moment auf den beide Rollen tragenden, daher verhältnismäßig langen Lagerzapfen aus. Um Verformungen des Lagerzapfens zu vermeiden, muß dieser einen ausreichend großen Querschnitt be­ sitzen, wodurch auch die Rollen einen entsprechend großen Durchmesser erhalten. Dies hat zur Folge, daß die gesamte Antriebsvorrichtung entsprechend groß baut.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine An­ triebsvorrichtung der eingangs genannten Art so aus­ zubilden, daß sie hoch belastbar, d. h. für schnelle Bewegungsabläufe einsetzbar ist und hohen Beschleuni­ gungen standhält, daß ferner ein geringer Verschleiß auftritt und somit ein guter Wirkungsgrad erreicht wird und im übrigen eine einfache Herstellung möglich ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kurvenscheibe eine ringförmig in sich ge­ schlossene, stirnseitig an ihr vorstehende Steuer­ rippe aufweist, deren Innen- bzw. Außenfläche die beiden Steuerkurven bilden und daß die beiden Rollen auf im wesentlichen zueinander achsparallelen Lager­ zapfen mit freiem gegenseitigem Abstand angeordnet sind und zwischen sich eine nutartige Aufnahme für die Steuerrippe bilden.

Der durch die Erfindung erreichte Fortschritt besteht zunächst darin, daß die Kurvenscheibe in besonders einfacher Weise beispielsweise als Spritzgußteil oder durch ein Sinterverfahren hergestellt werden kann, da keine die Entformung der Kurvenscheibe erschwerende Hinterschneidungen vorhanden sind. Bei gleicher Länge der Steuerkurven läßt sich ferner die Kurvenscheibe räumlich kleiner gestalten, wenn statt einer Steuer­ nut eine Steuerrippe vorgesehen wird. Da außerdem jede der beiden Rollen auf einem eigenen Lagerzapfen angeordnet ist, kann dieser entsprechend kürzer aus­ gebildet sein, so daß das am Lagerzapfen angreifende Moment kleiner ist. Soweit die Antriebsvorrichtung für einen Ventilkörper einer Verbrennungskraftmaschine verwendet wird, bei der üblicherweise der Ventilteller gegen den Kompressionsdruck geöffnet werden muß, hat die erfindungsgemäße Vorrichtung weiter den Vorteil, daß die das Öffnen des Ventils bewirkende Steuerkurve radial außenseitig an der Kurvenscheibe angeordnet ist und daher eine größere Bahnlänge aufweist, wodurch der Verschleiß weiter verringert wird.

Das Trägerteil ist in bevorzugter Ausführungsform der Erfindung an zumindest einer feststehenden, parallel zur Verstellrichtung sich erstreckenden Führungssäule geführt. Besonders vorteilhafte Führungseigenschaften werden dann erreicht, wenn das Trägerteil an zwei beidseits des Maschinenteils angeordneten Führungs­ säulen geführt ist, deren Achsen in einer gemeinsamen Ebene mit der Achse des Maschinenteils liegen, wobei das Trägerteil für jede Führungssäule zwei axial hin­ tereinander angeordnete Führungslaschen aufweist, die mit Führungsausnehmungen für die Führungssäule versehen sind. Hierdurch werden besonders gute Führungseigen­ schaften des Trägerteils erreicht, ohne daß über zu­ sätzliche Reibungsverluste ein erhöhter Verschleiß in Kauf genommen werden müßte.

Hierbei besteht im Einzelfall weiter die vorteilhafte Möglichkeit, daß am Trägerteil zwei Maschinenteile an­ geschlossen sein können, wobei dann die Führungssäule bzw. -säulen zwischen den Maschinenteilen angeordnet sind.

Um das Maschinenteil, insbesondere wenn es sich hier­ bei um einen Ventilkörper handelt, um seine Längsachse drehbar lagern, in axialer Richtung aber dennoch justieren zu können, ist es von Vorteil, wenn das Ma­ schinenteil mittels einer Gewindeverschraubung in einer Aufnahmebuchse axial verstellbar und durch eine Kontermutter feststellbar angeordnet ist, wobei die Aufnahmebuchse koaxial zum Maschinenteil drehbar am Trägerteil gelagert ist. Dadurch kann, wenn der Ventil­ körper an einem Verbrennungskraftmotor eingesetzt ist, ein gleichmäßiger Abbrand am Ventilteller bzw. eine gleichmäßigere Ablagerung von Verbrennungsrückständen erreicht werden. Ist der Ventilkörper dabei so ausge­ bildet, daß der Ventilteller endseitig an einem langen zylindrischen Ventilstößel angeordnet ist, so ist es von Vorteil, wenn der Ventilstößel mit einer koaxia­ len zylindrischen Bohrung versehen ist, in der ein Kühlrohr für Kühlflüssigkeit mit freiem Abstand zwi­ schen seiner äußeren Mantelfläche und der Wandung der Bohrung vorgesehen ist. Eine selbsttätige Drehung des Ventilkörpers kann hierbei in besonders einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Wandung der Bohrung mit einer Drallnut versehen ist. Damit erzeugt je nach Strömungsrichtung das an der Wandung vorbeiströmende Kühlmittel eine Drehung des Ventilkörpers, wenn jeden­ falls der Ventilkörper dem Ventilsitz nicht anliegt.

Soweit bei Ventilsteuerungen eine Änderung der Ventil­ öffnungszeiten in Abhängigkeit von einer Maschinendreh­ zahl gewünscht wird, wobei die Steuerrippe zwei zur Antriebswelle mit unterschiedlichem Radius kreisbogen­ förmig verlaufende, die Umkehrpunkte der Verstellrich­ tung des Maschinenteils bildende Bereiche aufweist, ist es im Rahmen der Erfindung von Vorteil, wenn die Kur­ venscheibe längs einer durch die Antriebswellenachse und die beiden Umkehrpunkte verlaufenden Ebene zwei­ geteilt ist und im Bereich dieser Ebene eine sektor­ förmige Freischneidung aufweist, die eine begrenzte gegensinnige Verschwenkung zur gegenseitigen Änderung der Länge der kreisbogenförmigen Bereiche der Umkehr­ punkte um die Antriebswelle ermöglicht. Dabei können die jeweils freien Enden der zweigeteilten Steuer­ rippe mit Segmentvorsprüngen versehen sein, die den durch die Freischneidung gebildeten Spalt in der Steuerrippe durch gegenseitige Überlappung schließen.

Zu ihrer Betätigung stehen die beiden Teile der Kur­ venscheibe über eine steilgewindeartige Verzahnung mit einem axial zur Antriebswelle verschiebbaren, auf die­ ser drehfest angeordneten Stellring in Eingriff, wo­ bei die Verzahnungen der beiden Teile der Kurvenschei­ be einen jeweils entgegengesetzten Gewindesinn auf­ weisen. Der Stellring ist zweckmäßigerweise hydrau­ lisch verstellbar, wozu die Antriebswelle eine zum Stellring hin mündende axiale Druckmittelbohrung auf­ weist, die über eine oder mehrere radial zur äußeren Mantelfläche sich erstreckende Verbindungsöffnungen mit einer die Antriebswelle umgreifenden Ringnut in Verbindung steht, in die ein Druckmittelanschluß mündet.

Im folgenden wird die Erfindung an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Stirnansicht der Antriebsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Gegenstand nach Fig. 1 längs der Linie II-II,

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Gegenstand der Fig. 3 längs der Linie IV-IV,

Fig. 5 in den Teilfiguren a bis c verschiedene An­ sichten des Trägerteils,

Fig. 6 einen Schnitt durch einen Ventilkörper,

Fig. 7 in den Teilfiguren a bis c die Kurvenscheibe gemäß Fig. 3 in Draufsicht und in Seitenan­ sichten,

Fig. 8 in den Teilfiguren a bis c einen Stellring zur Betätigung der zweiteiligen Kurvenscheibe in Stirnansicht und im Schnitt.

Die in der Zeichnung dargestellte Antriebsvorrichtung ist für ein vorzugsweise linear verstellbar geführtes Maschinenteil 1 vorgesehen, das im Ausführungsbeispiel von einem Ventilkörper eines Verbrennungskraftmotors gebildet ist. Die Antriebsvorrichtung ist mit einer schräg zur Verstellrichtung des Maschinenteils 1 ver­ laufenden Antriebswelle 2 versehen, auf der eine das Maschinenteil betätigende Kurvenscheibe 3 mit zwei Steuerkurven 4, 5 angeordnet ist. Längs der beiden Steuerkurven 4, 5 laufen im wesentlichen wechselweise jeweils eine Rolle 6, 7 ab, wobei die beiden Rollen 6, 7 an einem mit dem Maschinenteil 1 verbundenen Träger­ teil 8 drehbar gelagert sind. Dadurch verstellt die eine Steuerkurve 4 das Maschinenteil 1 in der einen Richtung, in Fig. 1 also nach unten, während die ande­ re Steuerkurve 5 das Maschinenteil 1 in der entgegen­ gesetzten Richtung verstellt.

Die Kurvenscheibe 3 weist eine ringförmig in sich geschlossene, stirnseitig an ihr vorstehende Steuer­ rippe 9 auf, deren Innen- bzw. Außenfläche die beiden Steuerkurven 4, 5 bilden. Die beiden Rollen 6, 7 sind auf im wesentlichen zueinander achsparallelen, im ein­ zelnen nicht dargestellten Lagerzapfen mit freiem gegenseitigen Abstand angeordnet und bilden zwischen sich eine nutartige Aufnahme 10 für die Steuerrippe 9. Durch die annähernd ovale Form der Steuerrippe 9, die im übrigen etwas exzentrisch zur Antriebswelle 2 an­ geordnet ist, wird das Maschinenteil 1 bei sich drehen­ der Antriebswelle 2 hin- und herbewegt.

Das Trägerteil 8 ist an zwei beidseits des Maschinen­ teils 1 angeordneten, feststehenden und parallel zur Verstellrichtung sich erstreckenden Führungssäulen 11 geführt, deren Achsen in einer gemeinsamen Ebene mit der Achse des Maschinenteils 11 liegen. Wie sich ins­ besondere aus Fig. 5 ergibt, weist das Trägerteil 8 für jede Führungssäule 11 zwei axial hintereinander angeordnete Führungslaschen 8.1 auf, die mit zylindri­ schen Führungsausnehmungen 8.2 für die Führungssäulen 11 versehen sind. Hierdurch werden gute Führungseigen­ schaften bei gleichzeitig geringen Reibungsverlusten erreicht. Dabei besteht auch die in der Zeichnung nicht näher dargestellte Möglichkeit, daß am Trägerteil 8 zwei Maschinenteile 1 angeschlossen und die Führungs­ säulen 11 zwischen den Maschinenteilen 1 angeordnet sein können.

Wie insbesondere die Fig. 5b zeigt, ist das Maschinen­ teil 1 mittels einer Gewindeverschraubung 1.1 in einer Aufnahmebuchse 12 axial verstellbar und durch eine Kontermutter 13 feststellbar angeordnet, wobei die Aufnahmebuchse 12 koaxial zum Maschinenteil 1 drehbar im Trägerteil 8 gelagert ist. Diese freie Drehbarkeit hat insbesondere bei einem Ventilkörper in Verbren­ nungskraftmaschinen den Vorteil, daß Ablagerungen von Verbrennungsrückständen längs des Randes des Ventil­ tellers 14 gleichmäßig verteilt auftreten, sofern für eine betriebsmäßige Drehung des Ventilkörpers gesorgt wird. Bei einem Ventilkörper, wie er in Fig. 6 darge­ stellt ist, dessen Ventilteller 14 endseitig an einem langen zylindrischen Ventilstößel 15 angeordnet ist, ist es zu Kühlungszwecken vorteilhaft, wenn der Ven­ tilstößel 15 mit einer koaxialen zylindrischen Bohrer 16 versehen ist, in der ein feststehendes Kühlrohr 17 für Kühl­ flüssigkeit mit freiem Abstand zwischen seiner äußeren Mantelfläche und der Wandung der Bohrung 16 angeord­ net ist. Dabei wird die Kühlflüssigkeit zweckmäßiger­ weise über das Kühlrohr 17 zugeführt und fließt im Bereich der Wandung der Bohrung 16 wieder zurück. Um die erwähnte betriebsmäßige Drehung des Ventilkörpers zu erreichen, kann die Wandung der Bohrung 16 im Ven­ tilstößel 15 mit einer in der Zeichnung nicht darge­ stellten Drallnut versehen sein, über die die zurück­ strömende Kühlflüssigkeit den Ventilkörper antreibt.

Für eine optimierte Betriebsweise von Verbrennungs­ kraftmotoren, insbesondere bei der angestrebten hohen Belastbarkeit, müssen die Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile den verschiedenen Betriebszuständen, ins­ besondere der unterschiedlichen Drehzahl angepaßt werden. Die Dauer der Öffnungs- und Schließzeiten be­ stimmt sich aus den beiden Bereichen der Steuerrippe 9, die mit unterschiedlichem Radius kreisbogenförmig zur Antriebswelle 2 verlaufen und somit die Umkehr­ punkte der Verstellrichtung des Ventilkörpers dar­ stellen. Um diese Bereiche in ihrer Länge ändern zu können, ist die Kurvenscheibe 3 längs einer durch die Antriebswellenachse 2.1 und die beiden Umkehrpunkte verlaufenden Ebene zweigeteilt und weist im Bereich dieser Ebene eine sektorförmige Freischneidung 18 auf, wie dies insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht. Diese Freischneidung 18 ermöglicht eine begrenzte gegen­ seitige Verschwenkung zur gegensinnigen Änderung der Länge der die Umkehrpunkte darstellenden kreisbogen­ förmigen Bereiche um die Antriebswelle 2 und somit eine auf die Umdrehungszeit der Antriebswelle bezogene, geänderte Öffnungs- bzw. Schließzeit. Um das Auftre­ ten eines Spaltes in der Steuerrippe 9 im Bereich der Freischneidung zu vermeiden, können die jeweils freien Enden der zweigeteilten Steuerrippe 9 mit in der Zeich­ nung nur angedeuteten Segmentvorsprüngen 9.1 versehen sein, die den Spalt durch gegenseitige Überlappung schließen.

Um die beiden Teile der Kurvenscheibe 3 im Betrieb verstellen zu können, stehen diese über eine steilge­ windeartige Verzahnung 20, 21 mit einem axial zur An­ triebswelle 2 verschiebbaren, auf dieser drehfest an­ geordneten Stellring 19 im Eingriff. Hierfür weist der Stellring auch innenseitig eine jedoch axial ver­ laufende Verzahnung 24 auf. Dabei weisen die Verzah­ nungen 20, 21 der beiden Teile der Kurvenscheibe 3 einen jeweils entgegengesetzten Gewindesinn auf, um den gegenläufigen Bewegungsablauf zu ermöglichen. Der Stellring 19 ist, wie sich dies insbesondere aus Fig. 4 ergibt, hydraulisch verstellbar, wozu die Antriebswelle 2 eine zum Stellring 19 hin mündende axiale Druckmit­ telbohrung 20 aufweist, die über eine oder mehrere radial nach außen sich erstreckende Verbindungsöff­ nungen 25 mit einer die Antriebswelle 2 umgreifenden Ringnut 22 in Verbindung steht, in die ein Druckmit­ telanschluß 23 mündet.

Claims (11)

1. Antriebsvorrichtung für ein vorzugsweise linear verstellbar geführtes Maschinenteil, insbesondere für einen Ventilkörper, mit einer schräg zur Ver­ stellrichtung des Maschinenteils verlaufenden An­ triebswelle, auf der eine das Maschinenteil betä­ tigende Kurvenscheibe mit zwei Steuerkurven ange­ ordnet ist, längs denen im wesentlichen wechsel­ weise jeweils eine Rolle abläuft, wobei die beiden Rollen gemeinsam an einem mit dem Maschinenteil verbundenen Trägerteil drehbar gelagert sind und die eine Steuerkurve das Maschinenteil in der einen Richtung und die andere Steuerkurve in der anderen entgegengesetzten Richtung verstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe (3) eine ringförmig in sich geschlossene, stirnseitig an ihr vorstehende Steuerrippe (9) aufweist, deren Innen- bzw. Außenfläche die beiden Steuerkurven (4, 5) bilden, und daß die beiden Rollen (6, 7) auf im wesentlichen zueinander achsparallelen Lager­ zapfen mit freiem gegenseitigem Abstand angeordnet sind und zwischen sich eine nutartige Aufnahme (10) für die Steuerrippe (9) bilden.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Trägerteil (8) an zumindest einer feststehenden, parallel zur Verstellrichtung sich er­ streckenden Führungssäule (11) geführt ist.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Trägerteil (8) an zwei beidseits des Maschinenteils (1) angeordneten Führungssäulen (11) geführt ist, deren Achsen in einer gemeinsamen Ebene mit der Achse des Maschinenteils (1) liegen, wobei das Trägerteil (8) für jede Führungssäule (11) zwei axial hintereinander angeordnete Führungs­ laschen (8.1) aufweist, die mit Führungsausnehmungen (8.2) für die Führungssäule (11) versehen sind.

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Trägerteil (8) zwei Maschinenteile (1) angeschlossen sind und die Führungssäule bzw. -säulen (11) zwischen den Maschinenteilen (1) an­ geordnet sind.

5. Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Maschinenteil (1) mittels einer Gewindeverschraubung (1.1) in einer Aufnahmebuchse (12) axial verstellbar und durch eine Kontermutter (13) feststellbar angeordnet ist, wo­ bei die Aufnahmebuchse (12) koaxial zum Maschinen­ teil (1) drehbar im Trägerteil (8) gelagert ist.

6. Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei der das Maschinenteil (1) von einem Ventil­ körper gebildet ist, dessen Ventilteller (14) end­ seitig an einem langen zylindrischen Ventilstößel (15) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstößel (15) mit einer koaxialen zylindri­ schen Bohrung (16) versehen ist, in der ein Kühl­ rohr (17) für Kühlflüssigkeit mit freiem Abstand zwischen seiner äußeren Mantelfläche und der Wan­ dung der Bohrung (16) angeordnet ist.

7. Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Bohrung (16) mit einer Drallnut versehen ist.

8. Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, bei der die Steuerrippe (9) zwei zur Antriebswelle mit unterschiedlichem Radius kreisbogenförmig ver­ laufende, die Umkehrpunkte der Verstellrichtung des Maschinenteils (1) bildende Bereiche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe (3) längs einer durch die Antriebswellenachse (2.1) und die beiden Umkehrpunkte verlaufenden Ebene zweigeteilt ist und im Bereich dieser Ebene eine sektorförmige Freischneidung (18) aufweist, die eine begrenzte gegenseitige Verschwenkung zur gegen­ sinnigen Änderung der Länge der kreisbogenförmigen Bereiche der Umkehrpunkte um die Antriebswelle (2) ermöglicht.

9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die jeweils freien Enden der zweige­ teilten Steuerrippe (9) mit Segmentvorsprüngen (9.1) versehen sind, die den durch die Freischnei­ dung (18) gebildeten Spalt durch gegenseitige Über­ lappung schließen.

10. Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile der Kurvenscheibe (3) über eine steilgewindeartige Ver­ zahnung (20, 21) mit einem axial zur Antriebswelle verschiebbaren, auf dieser drehfest angeordneten Stellring (19) in Eingriff stehen, wobei die Ver­ zahnungen der beiden Teile der Kurvenscheibe (3) einen jeweils entgegengesetzten Gewindesinn auf­ weisen.

11. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stellring (19) hydraulisch verstellbar ist und dazu die Antriebswelle (2) eine zum Stellring (19) hin mündende axiale Druckmittel­ bohrung (20) aufweist, die über eine oder mehrere radial zur äußeren Mantelfläche sich erstreckende Verbindungsöffnungen (25) mit einer die Antriebs­ welle (2) umgreifenden Ringnut (22) in Verbindung steht, in die ein Druckmittelanschluß (23) mündet.