EP1148211A2 - Ventildrehvorrichtung - Google Patents

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EP1148211A2
EP1148211A2 EP01109652A EP01109652A EP1148211A2 EP 1148211 A2 EP1148211 A2 EP 1148211A2 EP 01109652 A EP01109652 A EP 01109652A EP 01109652 A EP01109652 A EP 01109652A EP 1148211 A2 EP1148211 A2 EP 1148211A2
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EP
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valve
base body
cover
spring
ratchet ring
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EP1148211B1 (de
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Stefan Dipl.-Ing. Kellermann
Fabrice Dipl.-Ing. Schneider
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/32—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for rotating lift valves, e.g. to diminish wear

Definitions

  • the invention relates to a device for rotating a Valve of an internal combustion engine, during the Closing movement of the valve using a Basic body with a central conical bore and in it arranged valve cone pieces for power and positive connection with the valve stem and under Use of a valve spring cover with a Contact surface for the valve spring.
  • Valve rotation device is the rotation of a valve enforced.
  • Use the known valve rotators usually the axially acting rising Valve spring force when opening the valve to its Cause rotation. It is achieved that Valve rotates a few degrees during opening, however none during the closing movement Rotational movement performs more to an unnecessary Avoid wear on the valve itself.
  • Valve turning devices have a high Operational reliability expected. With normal Operating conditions and appropriate maintenance with a service life of the turning devices in large engines of 10,000 hours and more. For engines that run briefly in the overload range and at one unsteady operation, the loads on the Rotating devices, however, quite considerably. Sensitive Components are due to their small dimensions the tangential springs for moving the balls in the sloping pockets. They are mentioned on the basis of dynamic overload which then becomes uncontrolled moving balls easily damaged or even completely destroyed. A damaged tangential spring leads to a Impairment of the function of the rotating device and in most cases directs their complete failure on.
  • the known turning devices are based on the Principle, a rectilinear movement in a rotary movement convert. For all standard turning devices this conversion is achieved mechanically.
  • the Parts suffer because of the large forces that occur a high wear or an early Material fatigue, so that the engine manufacturer desired downtimes are difficult to achieve.
  • the disadvantage that the known turning devices technically complex and expensive are in the making.
  • the invention has for its object to provide a device for rotating a valve mentioned in the introduction, the elements of which are subject to low wear and allow an increase in the service life of the rotating device.
  • a simple construction should simplify production and make the entire rotating device cheaper.
  • the invention solves this problem for a device mentioned in the introduction in that elements for transmitting the spring rotational movement occurring during the relief movement of the valve spring from the cover to the base body are arranged between the cover and the base body.
  • the cover is preferably provided with a toothed ring which is concentric with the valve axis and has one-sided locking toothing, into which the toothing of a ratchet ring engages, which is positively connected to the base body, however, movable in the longitudinal direction of the valve.
  • the base body can be supported on the cover via an axial bearing. It is also advantageous to arrange a needle bearing between the cover and the base body to absorb lateral forces. In order to prevent the ratchet ring from rotating relative to the base body, it can engage in axially directed grooves of the base body with parallel keys distributed over its circumference and thus remain axially movable. In order to prevent an unintentional lifting of the ratchet ring from the locking teeth of the cover, compression springs can be used between the base body and the ratchet ring, so that a constant engagement between the locking teeth is achieved.
  • valve rotating device designed according to the invention does not use valve lift or valve spring force, to create a rotation derived from it. Rather, it is used when tensioning or relaxing a coil spring - here valve spring - associated Rotational movement that only with suitable mechanical Elements from the cover over the base body and the Valve plug pieces are led into the valve stem.
  • the valve spring forces are transferred from Valve spring cover on the base body by a Axial bearing directed so that the locking teeth of Ratchet ring and cover not exposed to great forces are and the wear of these parts is kept very low can be. It is obvious that the ones used simple components making the whole Rotary device designed simply and inexpensively.
  • the rotating device with the solution features of Invention consists of a valve spring cover 1 with a Contact surface 2 for the valve spring, not shown.
  • the Base body 3 arranged coaxially to the cover 1 is provided with a conical bore 4 for not receiving provided valve cone pieces to a force-transmitting connection with the not shown To manufacture valve stem.
  • a Rolling bearings arranged in the form of an axial ball bearing 5.
  • the base body 3 is covered by a needle bearing 6 on the lid 1, so that the thrust bearing 5 through Lateral forces are not burdened.
  • a ratchet ring 9 Arranged concentrically to the axial bearing 5, the upper side of the cover 1 facing away from the valve spring has a ring gear 7 with a locking toothing 8.
  • the toothing of a ratchet ring 9 engages in the locking toothing, which is axially movable, but is secured against rotation against the base body 3.
  • the securing is carried out on the circumference of the ratchet ring arranged feather keys 10 which engage in corresponding grooves 11 of the base body.
  • compression springs 12 are distributed on the end face.
  • the springs 12 have their abutments in bores 13 of the ratchet ring and in sleeves 14 which rest with their outer closed surfaces on the underside of a flange 15 of the base body.
  • the compression spring 12 constantly ensures a sufficient engagement of the teeth of the locking teeth of the ratchet ring and valve spring cover by a slight preload.
  • the entire device is covered by an oil protection cover 16 and secured by a conventional snap ring 17.
  • a ring 18 on the underside of the cover 1 ensures a captive connection of the preassembled unit.
  • a rocker arm presses with its pressure finger on the end of the valve stem end.
  • the pressure force is communicated to the base body via the valve cone pieces.
  • the axial forces introduced are denoted by F. They are transferred via the thrust bearing 5 into the valve spring cover and from there onto the valve spring.
  • the valve spring performs a helical movement in its axial compression movement, which rotates with the cover 1 because of the large-area contact.
  • the ratchet teeth arranged on the top of the cover slide relative to the ratchet ring 9, which is not rotated as it can perform an axially upward evasive movement through the toothed slopes.
  • the valve itself does not turn either because the pressure finger on the rocker arm causes sufficient braking torque due to friction.
  • valve spring When the valve closes, the valve spring is released. It can turn back to its starting position and, thanks to the non-positive connection with the valve cover, turn it back into its starting position.
  • the rotation of the valve cover leads to the ratchet ring 9 being carried along, since the teeth which are in engagement with one another are directed on one side and have the effect of stops during the return movement.
  • the rotary movement of the ratchet ring is transmitted to the base body via its feather keys and to the valve through the force-transmitting connection to the valve.
  • the torque generated by the valve spring is significantly greater than the braking torque exerted by the rocker arm finger on the end face of the valve stem.

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Abstract

Es wird eine Ventildrehvorrichtung vorgeschlagen, durch die die Federdrehbewegungen der Ventilfeder zum Drehen des Ventils genutzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Drehen eines Ventils einer Brennkraftmaschine, während der Schließbewegung des Ventils unter Verwendung eines Grundkörpers mit zentraler konischer Bohrung und darin angeordneten Ventilkegelstücken zur kraft- und formschlüssigen Verbindung mit dem Ventilschaft und unter Verwendung eines Ventilfederdeckels mit einer Anlagefläche für die Ventilfeder.
Die Leistungsdichte moderner Motoren stellt große Anforderungen an alle Motorenteile, insbesondere an die Ventile. Diese hoch beanspruchten Motorenelemente erreichen nur bei Verwendung bester Werkstoffe und präziser Bearbeitung eine ausreichende Lebensdauer. Da allein vom Ventil her die Beherrschung aller Ventilschwierigkeiten nicht immer möglich ist, wurden Wege gesucht, die Ventile insbesondere bei Großmotoren zu drehen. Dadurch werden ungleichmäßige Erwärmungen des Ventilkopfes, Verzug und Undichtigkeit sowie Hochtemperaturkorrosion und Verbrennungsrückstände an den wärmsten Stellen vermieden. Durch eine Ventildrehvorrichtung wird die Drehung eines Ventils erzwungen. Die bekannten Ventildrehvorrichtungen nutzen üblicherweise die axial wirkende steigenden Ventilfederkraft beim Öffnen des Ventils, um deren Drehung hervorzurufen. Dabei wird erreicht, daß sich das Ventil während des Öffnens um einige Winkelgrade dreht, jedoch während der Schließbewegung keine Rotationsbewegung mehr ausführt, um einen unnötigen Verschleiß am Ventil selbst 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. So zeigen beispielsweise die Deutsche Patentschrift 1 955 320 und die Deutsche Auslegeschrift 21 10 708 Vorrichtungen, welche die Drehung eines Ventils mit Hilfe der in einem scheibenförmigen Federelement gespeicherten Energie bewirken. Weitere Möglichkeiten einer Ventildrehung während des Schließens zeigt die Deutsche Offenlegungsschrift 30 04 320. Eine scheibenförmige Feder (Tellerfeder) wird als Übersetzungselement benutzt, um in schrägen Taschen des Grundkörpers laufende Kugeln so zu be- und entlasten, daß über die Tellerfedern eine Rotation entsteht, die zur Drehung des Ventils genutzt wird.
Von Ventildrehvorrichtungen wird eine hohe Betriebszuverlässigkeit erwartet. Bei normalen Betriebsbedingungen und einer entsprechenden Wartung wird mit einer Standzeit der Drehvorrichtungen in Großmotoren von 10.000 Stunden und mehr gerechnet. Bei Motoren, die kurzzeitig im Überlastbereich laufen und bei einem instationären Betrieb steigen die Belastungen der Drehvorrichtungen jedoch ganz erheblich. Empfindliche Bauteile sind hierbei infolge ihrer geringen Abmessungen die Tangentialfedern zum Verschieben der Kugeln in den schrägen Taschen. Sie werden auf Grund der erwähnten dynamischen Überlast von den sich dann unkontrolliert bewegenden Kugeln leicht beschädigt oder sogar vollends zerstört. Eine beschädigte Tangentialfeder führt zu einer Beeinträchtigung der Funktion der Drehvorrichtung und leitet in den meisten Fällen deren kompletten Ausfall ein.
Die bekannten Drehvorrichtungen beruhen auf dem Prinzip, eine geradlinige Bewegung in eine Drehbewegung umzuwandeln. Bei allen marktgängigen Drehvorrichtungen wird diese Umwandlung auf mechanischem Wege erzielt. Die Teile leiden wegen der auftretenden großen Kräfte unter einem hohen Verschleiß oder einer frühzeitigen Werkstoffermüdung, so daß die vom Motorenhersteller gewünschten Standzeiten nur schwer erreichbar sind. Ferner ist der Nachteil zu berücksichtigen, daß die bekannten Drehvorrichtungen technisch aufwendig und teuer in der Herstellung sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine einleitend genannte Vorrichtung zum Drehen eines Ventils zu schaffen, deren Elemente einem geringen Verschleiß unterliegen und eine Erhöhung der Standzeiten der Drehvorrichtung ermöglichen. Dabei soll eine einfache Konstruktion die Herstellung vereinfachen und die gesamte Drehvorrichtung preiswerter gestalten. Die Erfindung löst diese Aufgabe für eine einleitend genannte Vorrichtung dadurch, daß zwischen dem Deckel und dem Grundkörper Elemente zum Übertragen der bei der Entlastungsbewegung der Ventilfeder auftretenden Federdrehbewegung vom Deckel auf den Grundkörper angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Deckel mit einem zur Ventilachse konzentrischen Zahnkranz mit einer einseitig gerichteten Sperrverzahnung versehen, in welche die Verzahnung eines Ratschenringes greift, der formschlüssig jedoch in Ventillängsrichtung bewegbar mit dem Grundkörper verbunden ist.
Der Grundkörper kann dabei über ein Axiallager auf dem Deckel abgestützt sein.
Ferner ist es von Vorteil, zur Aufnahme von Seitenkräften ein Nadellager zwischen dem Deckel und dem Grundkörper anzuordnen.
Um die Verdrehung des Ratschenringes relativ zum Grundkörper zu verhindern, kann dieser mit auf seinem Umfang verteilt angeordneten Paßfedern in axial gerichtete Nuten des Grundkörpers greifen und somit axial bewegbar bleiben.
Um ein ungewolltes Abheben des Ratschenringes von der Sperrverzahnung des Deckels zu verhindern, können Druckfedern zwischen dem Grundkörper und dem Ratschenring eingesetzt werden, so daß ein ständiger Eingriff zwischen den Sperrverzahnungen erreicht wird.
Die erfindungsgemäß gestaltete Ventildrehvorrichtung benutzt nicht den Ventilhub oder die Ventilfederkräfte, um eine hieraus abgeleitete Drehung zu erzeugen. Ausgenutzt wird vielmehr die beim Spannen oder Entspannen einer Schraubenfeder - hier Ventilfeder - einhergehende Drehbewegung, die lediglich mit geeigneten mechanischen Elementen vom Deckel über den Grundkörper und die Ventilkegelstücke in den Ventilschaft geleitet werden. Die Ventilfederkräfte werden bei der Übertragung vom Ventilfederdeckel auf den Grundkörper durch ein Axiallager so geleitet, daß die Sperrverzahnungen von Ratschenring und Deckel keinen großen Kräften ausgesetzt sind und der Verschleiß dieser Teile sehr gering gehalten werden kann. Es ist einleuchtend, daß die eingesetzten einfachen Bauteile die Herstellung der gesamten Drehvorrichtung einfach und preiswert gestaltet.
In der Zeichnung ist der Axialschnitt eines Ausführungsbeispiels der Erfindung schematisch dargestellt und nachstehend erläutert. Es zeigen:
Figur 1
den Axialschnitt durch den Grundkörper, den Ventilfederdeckel und den Ölschutzdeckel,
Figur 2
eine Einzelheit der Sperrverzahnung im Umfangsschnitt und
Figur 3
eine Einzelheit der axialen Abstützung des Ratschenringes.
Die Drehvorrichtung mit den Lösungsmerkmalen der Erfindung besteht aus einem Ventilfederdeckel 1 mit einer Anlagefläche 2 für die nicht dargestellt Ventilfeder. Der koaxial zum Deckel 1 angeordnete Grundkörper 3 ist mit einer konischen Bohrung 4 zur Aufnahme der nicht dargestellten Ventilkegelstücke versehen, um eine kraftübertragende Verbindung mit dem nicht dargestellten Ventilschaft herzustellen. Zwischen der der Ventilfeder abgekehrten Seite des Deckels und dem Grundkörper ist ein Wälzlager in Form eines Axialkugellagers 5 angeordnet. Durch ein Nadellager 6 wird der Grundkörper 3, bezogen auf den Deckel 1, geführt, so daß das Axiallager 5 durch Seitenkräfte nicht belastet wird.
Konzentrisch zum Axiallager 5 angeordnet, trägt die der Ventilfeder abgekehrte Oberseite des Deckels 1 einen Zahnkranz 7 mit einer Sperrverzahnung 8. In die Sperrverzahnung greift die Verzahnung eines Ratschenringes 9, der axial beweglich, jedoch gegen Verdrehung gegen den Grundkörper 3 gesichert ist. Die Sicherung übernehmen auf dem Umfang des Ratschenringes verteilt angeordnete Paßfedern 10, die in entsprechende Nuten 11 des Grundkörpers greifen.
Um zu verhindern, daß der Ratschenring seinen Kontakt mit der Sperrverzahnung 8 verliert, sind Druckfedern 12 auf der Stirnfläche verteilt angeordnet. Die Federn 12 haben ihre Widerlager in Bohrungen 13 des Ratschenringes und in Hülsen 14, die mit ihren äußeren geschlossenen Flächen an der Unterseite eines Flansches 15 des Grundkörpers anliegen. Die Druckfeder 12 sorgt ständig durch eine geringfügige Vorspannung für einen ausreichenden Eingriff der Zähne der Sperrverzahnungen von Ratschenring und Ventilfederdeckel.
Die gesamte Einrichtung ist von einem Ölschutzdeckel 16 umfaßt und durch einen üblichen Sprengring 17 gesichert. Ein Ring 18 an der Unterseite des Deckels 1 sorgt für eine unverlierbare Verbindung der vormontierten Einheit.
Um das Ventil zu öffnen, drückt ein nicht dargestellter Kipphebel mit seinem Druckfinger auf die Stirnseite des Ventilschaftsendes. Über die Ventilkegelstücke wird die Druckkraft dem Grundkörper mitgeteilt. Die eingeleiteten axialen Kräfte sind mit F bezeichnet. Sie werden über das Axiallager 5 in den Ventilfederdeckel und von diesem auf die Ventilfeder übertragen. Die Ventilfeder führt bei ihren axialen Kompressionsbewegung eine schraubenförmige Bewegung aus, die wegen der großflächigen Anlage am Deckel 1 diesen mitdreht. Die auf der Oberseite des Deckels angeordneten Sperrzähne gleiten relativ zum Ratschenring 9. Dieser wird nicht mitgedreht, da er durch die Zahnschrägen eine axial aufwärts gerichtete Ausweichbewegung ausführen kann. Das Ventil selbst dreht sich ebenfalls nicht, da der Druckfinger des Kipphebels ein ausreichendes Bremsmoment durch Reibung verursacht.
Beim Schließen des Ventils wird die Ventilfeder entspannt. Sie kann sich wieder in ihre Ausgangsposition zurückdrehen und durch die kraftschlüssige Verbindung mit dem Ventildeckel diesen in seine Ausgangslage zurückdrehen. Die Drehung des Ventildeckels führt zu einer Mitnahme des Ratschenringes 9, da die miteinander in Eingriff stehenden Zähne einseitig gerichtet sind und bei der Rückdrehbewegung die Wirkung von Anschläge haben. Die Drehbewegung des Ratschenringes wird über dessen Paßfedern auf den Grundkörper und durch die kraftübertragende Verbindung mit dem Ventil auf dieses übertragen. Das von der Ventilfeder erzeugte Drehmoment ist erheblich größer als das vom Kipphebelfinger auf die Endfläche des Ventilschaftes ausgeübte Bremsmoment.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zum Drehen eines Ventils einer Brennkraftmaschine während der Schließbewegung des Ventils, unter Verwendung eines Grundkörpers mit zentraler, konischer Bohrung und darin angeordneten Ventilkegelstücken zur kraft- und formschlüssigen Verbindung mit dem Ventilschaft und unter Verwendung eines Ventilfederdeckels mit einer Anlagefläche für die Ventilfeder dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Deckel (1) und dem Grundkörper (3) Elemente (7, 8, 9, 10, 11) zum Übertragen der bei der Entlastungsbewegung der Ventilfeder auftretenden Federdrehbewegung vom Deckel auf den Grundkörper angeordnet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel mit einem zur Ventilachse (19) konzentrischen Zahnkranz (8) mit einer einseitig gerichteten Sperrverzahnung versehen ist, in welche ein Ratschenring (9) greift, der formschlüssig, jedoch in Ventillängsrichtung bewegbar, mit dem Grundkörper verbunden ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper über ein Axiallager (5) auf dem Deckel abgestützt ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme von Seitenkräften ein Nadellager (6) zwischen dem Deckel und dem Grundkörper angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ratschenring mit auf seinem Umfang verteilt angeordneten Paßfedern (10) in axial gerichtete Nuten (11) des Grundkörpers greifend gegen relative Verdrehung zum Grundkörper gesichert ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ratschenring (9) durch auf seiner dem Grundkörper zugewandten Stirnfläche verteilt angeordnete Druckfedern (12) gegen ein Abheben von der Sperrverzahnung des Deckels gesichert ist.
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