DE7243874U

DE7243874U - Schraubenfeder zur Verwendung als Ventilfeder, insbesondere bei Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE7243874U
Application number: DE7243874U
Authority: DE
Original assignee: Gebrueder Ahle GmbH and Co
Current assignee: Gebrueder Ahle GmbH and Co
Priority date: 1972-11-30
Filing date: 1972-11-30
Publication date: 1973-03-29
Also published as: DE2258572A1

Description

Firma Gebrüder Ahle, 5251 KarIsthai/Post Berghausen

Schraubenfeder zur Verwendung als Ventilfeder, insbesondere bei Verbrennungsmotoren.

Gegenstand der Neuerung ist eine Schraubenfeder aus Draht mit kreisförmigem Querschnitt zur Verwendung als Ventilfeder, insbesondere bei Verbrennungsmotoren.

Ventilfedern für die Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen werden im allgemeinen als Zylinderfedern ausgebildet. Bei der Herstellung und Anwendung von Ventilfedern muß vor allem dafür gesorgt werden, daß ein sehr guter Sitz der Federn auf der Unterlage erreicht wird, damit die Federkräfte gleichmäßig übertragen werden. Damit dies erreicht wird, weisen die bekannten Ventilfedern an jedem Ende 1 1/2 nicht federnde Windungen auf, d.h. es werden zur Anzahl der federnden Windungen insgesamt drei Windungen hinzugegeben. Hierdurch soll ein guter Übergang zwischen den federnden Windungen und den toten Endwindungen, die der Überleitung der Federkräfte auf die Teller dienen, bewirkt werden. Die Endwindungen werden dann über einen Bereich von 0,75 Windungen angeschliffen und zwar so weit, daß das Windungsende auf 1/4 der ursprünglichen Drahtdicke abgeschliffen wird.

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Die der vorliegenden Neuerung zugrunde liegende Aufgabe bestand nun darin, eine Ventilfeder zu schaffen, die bei gleicher Beanspruchung eine geringere Blocklänge aufweist und ein geringeres Gewicht besitzt. Dies ist von erheblicher Bedeutung, da eine solche Feder nicht nur geringere Herstellungskosten verursacht, sondern auch wesentliche Vorteile in der Anwendung bringt. Selbstverständlich muß gleichzeitig sichergestellt werden, daß ein guter Sitz der Feder auf den Auflagetellern gewährleistet ist und eine gleichmäßige Beanspruchung der Feder, sowie eine gute und gleichmäßige Kraftübertragung auf den Ventilteller erreicht werden.

Die Lösung der oben angegebenen Aufgabe geschieht bei. einer Schraubenfeder aus Draht mit kreisförmigem Querschnitt neuerungsgemäß dadurch, daß an beiden Federenden der Windungsdurchmesser nach den Federenden hin so abnimmt, daß der Außendurchmesser jeder Endwindung bi}e 0,5 bis 1 Windungen vom Ende kleiner ist als der Innendurchmesser der jeweils benachbarten Windung.

Bei einer Ventilfeder, die als Zylinderfeder ausgebildet ist, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Außendurchmesser jeder Endwindung bei 0,75 Windungen vom Ende kleiner ist als der Innendurchmesser der Feder in Federmitte, und im Bereich von 0,75 bis 1,5 Windungen vom Ende inkonstant ist. Hierdurch wird ein besonders günstiger Beanspruchungsübergang zwischen der Endwindung und den federnden Windungen erreicht, da in diesem Bereich die auftretenden Beanspruchungen von der Feder her den Radien der Windungsdurchmesser direkt proportional sind.

Es hat sich weiterhin als zweckmäßig erwiesen, wenn der Außendurchmesser jeder Endwindung vom Ende an bis 0,75 Windungen konstant ist, wobei er ca. 60 % des Außendurchmessers der Feder in Federmitte betragen kann. Die Endwindungen können über einen Bereich von 0,75 Windungen vom Ende her

angeschliffen sein. Es genügt allerdings ein ganz schwaches Anschleifen für einen guten Sitz der Feder, und das Abschleifen bis auf ein Viertel der Drahtdicke, wie bei den bekannten Federn, ist nicht erforderlich.

Mit der neuerungsgerväßen Feder gelingt es bei gleicher Beanspruchung des Werkstoffes, wesentlich geringere Bauhöhen und wesentlich geringere Einsatzgewichte und Fertiggewichte der Feder zu erreichen. Dies hat zur Folge, daß die bewegten Massen im Ventiltrieb und damit die auftretenden Kräfte verringert werden können. Auch die Bauhöhe des Motors kann auf diese Weise verringert werden, oder es kann die gewonnene Höhe benutzt werden ^m Kühlräume im Zylinderkopf zu vergrößern und damit ein besseres thermisches Verhalten des Zylinderkopfes zu erreicher. Gleichzeitig können höhere Motordrehzahlen erreicht werden.

Im folgenden werden anhand der beigefügten Figuren die (Eigenschaften und Vorteile der neuerungsgemäßen Feder näher erläutert.

In den Figuren 1 bis 3 ist zunächst zum Vergleich eine bekannte Ventilfeder, die als reine Zylinderfeder ausgebildet ist, dargestellt. Hierbei zeigt

Figur 1 die Feder im ungespannten Zustand in Seitenansicht, Figur 2 die Feder nach Figur 1 im blockierten Zustand in Seitenansicht und

Figur 3 die Feder nach Figur 1 in einer Aufsicht auf die Endwindung.

In den Figuren 4 bis 6 ist ein Ausführungsbeispiel für die neuerungsgemäße Feder dargestellt. Hierbei zeigt Figur 4 die Feder in Seitenansicht im ungespannten Zustand, Figur 5 die Feder nach Figur 4 im blockierten Zustand in Seitenansicht und

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j Figur 6 die Feder nach Figur 4 In einer Aufsicht auf die Endwindung·

In Figur 7 1st In eines« Diagramm eine Kennlinie dargestellt, die sowohl für die Feder nach Figur 1 bis 3 als auch für die Feder nach Figur 4 bis 6 Gültigkeit hat.

In den Figuren 1 bis 3 1st eine Ventilfeder bekannter Bauart dargestellt, die als Schraubenfeder aus Draht mit kreisförmiges! Querschnitt von Durchmesser d gewickelt ist· Sie besitzt federnde Windungen 1 und an Jedem Federende anderthalb tote Endwindungen 2a_y 2b, wobei die beiden Endwindungen über jeweils 3/4 Windung mit einem Anschliff 3 versehen sind.

Die in den Figuren 4 bis 6 dargestellte Feder ist in ihrem Mittelteil ebenfalls als Zylinderfeder ausgebildet, d.h. die Windungen/besitzen hier alle gleichen Windungsdurchmesser. Die Drahtdicke 1st d. Die Endwindungen 5a und 5b dieser Feder sind jedoch auf einen wesentlich kleineren Durchmesser eingerollt, der etwa 60 % des Außendurchmessers der Windungen 4 beträgt. Als Endwindung sind jeweils nur 0,75 Windungen 5a und 5b vorgesehen, die einen ganz schwachen Anschliff 6 besitzen. Auf die 0,75 Sndwindungen 5a und 5b mit konstantem Windungsdurchmesser folgen weitere 0,75 Windungen 5c mit inkonstantem Durchmesser, d.h. der Durchmesser steigt an bis nach 0,75 Windungen der Durchmesser der Windungen 4 der Zylinderfeder erreicht ist· Diose 0,75 Windungen mit inkonstantem Windungsdurchmesser gewähren einen günstigen Beanspruchungsübergang zwischen der jeweiligen Endwindung 5a und 5b und den federnden Windungen 4, da hier in diesem Bereich 5c die auftretenden Beanspruchungen von der Feder her den Radien der Windungsdurchmesser direkt proportional sind.

Ein Vergleich der Figuren 2 und 5 zeigt, daß die Blocklänge der Fader gemäß den Figuren 4 bis 6 wesentlich geringer ist als die Blocklänge der Feder gemäß den Figuren 1 bis 3·

Außerdem ist hieraus ersichtlich, das beim Blockieren der Feder die Endwindungen 5a, 5b, da ihr Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der benachbarten Windungen, mindestens teilweise innerhalb der jeweils benachbarten Windung liegen. Hierdurch ist ein guter Si+-ζ der Feder auf den Auflagetellern gewährleistet trotz der Verkürzung der Endwindungen.

Bemerkenswert ist, daß erreicht werden kann, daß die beiden einerseits in den Figuren 1 bis 3 und andererseits in den Figuren 4 bis 6 dargestellten Federn den gleichen Kennlinienverlauf besitzen, der in Figur 7 dargestellt ist. Die in Figur 7 dargestellte Kennlinie verläuft zunächst von Null bis zum Punkt Pl linear, ist dann vom Punkt Pl bis zum Punkt P2 leicht progressiv ansteigend und vom Punkt P2 bis zum Blockieren bei Punkt PBL wieder linear. Dieser Kennlinienverlauf hat sich bei Ventilfedern als besonders günstig für das Schwingungsverhalten der Federn erwiesen. Mit Pl, P2 sind die Federkräfte an den entsprechenden Stellen der Kennlinie bezeichnet, während PBL die Federkraft beim Blockleren der Feder ist. LO ist die Länge der ungespannten Feder, die Längen Ll und L2 entsprechen den Federkräften Pl und P2, während LBl die Blocklänge der Feder darstellt.

I Zum besseren Vergleich der beiden Federn wird im folgenden i ein Zahlenbeispiel für Venti.lfedern üblicher Abmessungen bei einem bestimmten Verbrennungsmotor gegeben· Die Feder ;nach den Figuren 1 bis 3 wird dabei als Feder I bezeichnet, i während die Feder nach den Figuren 4 bis 6 mit Feder II

I bezeichnet wird.

ι
j

Die Abmessung' der Federn sind wie folgt: Feder I»

Drahtdicke (d) 4,55 mm
Außendurchmesser (Qa) 42 mm

«lit

Gesamtwindungszahl 5,9 Anzahl der federnden Windungen 2,9 Blocklänge (LBl) 24,5 ram

2 maximale Beanspruchung 96 kp/mm

Federkräfte gemäß Kennlinie Figur

Pl 45 kp P2 85 kp PBl 95 kp

Einsatzgewicht 89 g Fertiggewicht der an den Enden geschliffenen Feder 80 g.

Feder XI:

■3

Drahtdicke (d) 4,55 mm Außendurchmesser (Da) 42 mm Durchmesser (DAE) der eingerollten Endwindung 27 mm Zahl der Windungen 4,7 Zahl der federnden Windungen 3,2 Blocklänge (LBl) 15 mm Einsatzgewicht 60 g Gewicht der geschliffenen Feder 58 g Erhöhung der Schwingungszahl im sicheren Bereich um 20 %. Beanspruchung und Kennlinienverlauf entsprechen der Feder I·

Das oben beschriebene Beispiel zeigt, daß bei der Feder IZ eine beträchtliche Werkstoffersparnis gegenüber der Feder I erreicht worden ist. Diese Ersparnis teträgt beim Einsatzgewicht 32,7 %, und beim Fertiggewicht 27,5 %. Weiterhin wird die erforderliche Zerspanungsmenge wesentlich verringert, nämlich von 9 g bei der Feder I auf 2 g bei der Feder II, was eine weitere Kosteneinsparung zur Folge hat·

Von ganz besonderer Bedeutung ist die Einsparung an Blocklänge· Der Unterschied in den Blocklängen der beiden Federn I und II beträgt 9,5 mm· Dies ermöglicht eine Verkürzung des Ventilstößels um 9,5 mm· Darüber hinaus wird der Auflageteller, der

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das Federende aufnimmt, entsprechend dem kleineren Durchmesser der Entrindungen ebenfalls leichter· Es hat sich gezeigt, daß die Motordrehzahl um 20 % erhöht werden kann·

Schutzansprüche

Claims

_ 8 S c hu t ζ an s ρ rü ehe

1. Schraubenfeder aus Draht mit kreisförmigem Querschnitt zur ι Verwendung als Ventilfeder, insbesondere bei Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Federenden (5a, 5b) der Windungsdurchmesser nach den Federenden hin so abnimmt, daß der Außendurchmesser (DAE) jeder Endwindung bei 0,5 bis 1 Windungen vom Ende kleiner ist als der Innendurchmesser (Di) der benachbarten Windung.

2. Schraubenfeder nach Anspruch 1, die als Zylinderfeder ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (DAE) jeder Endwindung (5a, 5b) bei 0,75 Windungen vom Ende kleiner ist als der Innendurchmesser (Di) der Feder in Federmitte und im Bereich (5c) von 0,75 bis 1,5 Windungen vom Ende inkonstant ist.

3. Schraubenfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,, daß der Außendurchmesser jeder Endwindung (5a, 5b) vom Ende an bis 0,75 Windung konstant ist, wobei er ca. 60 % des Außendurchmessers (Da) der Feder in Federmitte beträgt.