WO2005116408A1 - Ventildrehvorrichtung für auslassventile, insbesondere von schiffsdieselmotoren - Google Patents

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WO2005116408A1
WO2005116408A1 PCT/EP2004/004437 EP2004004437W WO2005116408A1 WO 2005116408 A1 WO2005116408 A1 WO 2005116408A1 EP 2004004437 W EP2004004437 W EP 2004004437W WO 2005116408 A1 WO2005116408 A1 WO 2005116408A1
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valve
cylinder
piston
drive element
rotary cylinder
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PCT/EP2004/004437
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English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Fellmann
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Märkisches Werk GmbH
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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
    • 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
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic

Definitions

  • Valve turning device for exhaust valves in particular of marine diesel engines
  • the invention relates to a valve rotating device for exhaust valves, in particular of marine diesel engines or the like. which is supported in a valve housing for the valve stem between an upper and a lower drive element, wherein it is connected to the lower drive element via a freewheel device which allows the valve stem to rotate during its closing movement, and in relation to the upper one Drive element is supported via a rotary cylinder which, in engagement with a fixed support cylinder, causes the valve spindle to rotate.
  • Such a valve rotating device is described in German Patent 3113944.
  • the known device comprises two concentrically arranged cylinder sections between which balls are rotatably guided in such a way that they each engage in a spherical shell of one cylinder section and in a spherical groove of the other cylinder section which runs obliquely to the cylinder axis.
  • a more even distribution of forces between the two cylinder sections is achieved in that several spherical shells or ball grooves are provided distributed over the circumference of the two cylinder sections.
  • the ball grooves preferably run in a spiral with a constant slope.
  • a cylinder section is rotated in that the ball guided in the spherical shell runs in the ball groove of the other cylinder section, one of the cylinder sections cuts is blocked by the freewheel device.
  • the valve spindle is closed, the cylinder section that is blocked when it is opened is taken in the direction of rotation.
  • the present invention has for its object to provide a particularly durable, heavy duty, yet responsive with high acceleration valve turning device of the type mentioned.
  • the valve rotating device is basically suitable for all slow-running marine engines, but especially for two-stroke engines in which the upper drive element is formed by a hydraulic cylinder for controlling the opening stroke of the valve and the lower drive element is formed by the piston of a compressed air cylinder for controlling the closing movement of the valve.
  • the spring plates of the earlier type, between which the valve rotating device was supported are replaced by a hydraulic cylinder, which forms the upper end of the valve housing, and whose oil piston moves the valve spindle in the direction of its opening so that it lifts off the valve seat, and by an in the opposite direction effective compressed air cylinder, which moves the valve spindle after compression by means of its compressed air piston in the closed position.
  • An air pressure of approx. 7 bar is sufficient for this, while the oil pressure acting on the oil piston is up to 170 bar.
  • the support cylinder has an internal helical toothing, which in the axial direction at least the length of the opening stroke of the valve plus. corresponds to the minimum engagement length of the two cylinders.
  • the rotary cylinder has an external toothing which corresponds in the axial direction at least to the minimum engagement length of the two cylinders.
  • Suitable gearing data are required for the helical gearing, e.g. a tooth height of approx. 3 to 5 mm with a pitch of less than 45 °.
  • the support cylinder preferably has a toothing that is continuous over its entire length, while the rotary cylinder has an external toothing that extends downward only about a third of its length from its upper end in the installed position, results in lower manufacturing costs for the rotary cylinder; the remaining ring gap between the two cylinders can be used more effectively for oil lubrication.
  • the supporting cylinder is expediently secured by shrinking its outer circumference in a corresponding seat of the hydraulic cylinder.
  • an annular lubrication groove can advantageously be provided on the outside of the support cylinder, which lubrication oil supplies the toothing via radial bores.
  • the rotating cylinder is mounted with its inner circumference via an axial bearing within a cylindrical recess of the piston of the compressed air cylinder, the shaft of the valve spindle being received in a frictional manner in a central through bore of a hub of the piston.
  • the rotary cylinder is therefore axially immovable with the piston, but is rotatably supported relative to it in a direction of rotation permitted by the freewheel device.
  • the stem of the valve spindle is wedged in the through bore by means of a clamping part and that the clamping part is designed as a conical sleeve which is axially secured by a pressure ring which is screwed to the hub of the piston.
  • Conical ring segments preferably made of steel according to SAE 1010, are suitable as the clamping part, which, as described in US Pat. No. 3,938,484, engage with an inner bead in a corresponding annular groove in the stem of the valve spindle.
  • the compression of the clamping part by means of the pressure ring is such that the stem of the valve spindle is released in the manner of a slipping clutch at a certain torque, ie it can spin before other components of the valve turning device would be destroyed, for example on the side of the freewheel device.
  • a ratchet disk of the freewheel device is fastened on the hub of the piston of the compressed air cylinder, in the circumferential toothing of which engage several ratchet elements which are distributed over the circumference in recesses of the rotary cylinder, where they are each spring-loaded supported.
  • a ring-shaped projection of the ratchet ring expediently serves to axially support the axial bearing, which preferably consists of a double deep groove ball bearing. Because the ratchet disc is arranged between the pressure ring and the hub, there is the possibility of screw fastening the pressure ring through bores in the ratchet disc in the hub of the piston.
  • the hydraulic cylinder and the compressed air cylinder are separated from one another by the piston of the compressed air cylinder.
  • the compressed air cushion which causes the valve to spring back into the closed position;
  • the flowing hydraulic oil collects, which is also effective as a lubricating oil.
  • the rotary cylinder has a plurality of radial bores distributed over its circumference above the freewheel device and that annular gaps between the two cylinders, and for the hydraulic oil flowing out as a result are provided between the support cylinder and the recess of the piston. From there, the hydraulic oil flowing out then passes through an annular gap delimited by the outer circumference of the compressed air cylinder through further radial bores in the valve housing and back into the oil sump or an oil reservoir.
  • the valve rotating device is arranged between an upper and a lower drive element, wherein both drive elements, namely the hydraulic cylinder and the compressed air cylinder, act on the stem of the valve spindle via their respective pistons.
  • the axial movement results in the rotation of the rotating cylinder, corresponding to the helical toothing of both cylinders.
  • the opening stroke of the valve spindle results in a rotary movement of the rotating cylinder in a direction of rotation released by the filing device when the spindle movement is straight.
  • the closing movement of the valve spindle when the hydraulic cylinder is depressurized results in a rotation of the rotary cylinder with the opposite direction of rotation under the action of the compressed air cushion, i.e.
  • the ratchet elements of the freewheel device drive the ratchet disc, via which the rotary movement is transmitted to the valve spindle.
  • This rotary movement of the valve spindle is used to grind the valve plate onto the valve seat on the housing side when the two seat surfaces meet.
  • the grinding movement ends with increasing pressure when the seat is reached, a short overrun phase corresponding to the mass torque of the valve spindle being possible in that the freewheel device allows the ratchet disk to rotate.
  • the valve rotating device according to the invention is not only suitable for installation on new engines; it is also suitable for retrofitting in the respective valve housing by machining the hydraulic cylinder, in particular by providing it with the support cylinder and by giving the compressed air cylinder a new piston on which the remaining parts of the valve rotating device are built.
  • valve rotating device With the valve rotating device according to the invention it is possible to considerably extend the service life of the valve spindles between two overhauls, for example for two-stroke engines from 6,000 hours so far to approximately 18,000 hours. This is brought about by the high rotational energy that can be achieved by means of the valve rotating device according to the invention when the valve disc is ground in on the valve seat on the housing, a defined rotational energy having an effect when the seat position is reached. This achieves the desired polishing effect, by means of which deposits in the area of the valve seat surfaces are removed, combined with the advantage that this results in an improved heat transfer between the bare metal valve seat surfaces, which advantageously results in a lower temperature in the area of the valve cone seat.
  • FIG. 1 shows a cut-away spatial representation of a valve housing
  • FIG. 2 the upper part of the valve housing with the hydraulic cylinder cut open
  • FIG. 3 shows detail III according to FIG. 1 in an enlarged representation
  • FIG. 4 shows a section according to IV-IV of FIG. 1, also in an enlarged view
  • Figure 5 is a cut spatial representation of the piston of the air cylinder
  • FIG. 6 shows a section according to VI-VI of FIG. 5.
  • FIG. 1 shows the valve housing of a two-stroke diesel engine for a ship propulsion system with a valve spindle 1 installed therein in its closed position.
  • a compressed air cylinder 5 sits on a valve housing 2, in which the stem 3 of the valve spindle 1 is rotatably mounted within a bearing bush 4, and a hydraulic cylinder 6 sits thereon.
  • the latter is shown separately in the same sectional view in FIG. 2.
  • a valve seat ring 7 on the housing side is inserted and fastened there by means of screws 8.
  • the valve seat ring 7 forms with its open end the valve seat surface on the housing side, which by a pretreated, for. B. hardened or welded as hardening alloy material section 9 and which cooperates with a corresponding valve seat surface 10 (valve cone seat) on the top of the valve plate 11.
  • a support cylinder 13 is fastened with its outer peripheral surface by shrinking.
  • the support cylinder 13 has on its inner circumferential surface a helical toothing 14 with which a rotary cylinder 15 is engaged, which has on its outer circumferential surface an outer toothing 16 corresponding to the inner toothing 14 of the support cylinder 13.
  • the rotary cylinder 15, which in Figure 5 is shown enlarged, is rotatably received in a recess 17 of the compressed air piston 18, which is accommodated within the compressed air cylinder 5 in a sealing and axially displaceable manner.
  • the compressed air piston 18 separates the compressed air side with the cylinder space 19 for the compressed air cushion from an outflow chamber 20 for the hydraulic oil, which also serves as a lubricating oil.
  • a hydraulic piston 21 is drawn, which is supplied with hydraulic oil via an oil pressure line 22.
  • the stroke of the hydraulic piston 21 in the direction of the opening movement of the valve spindle 1 is limited by the outflow channels 23 which open into the outflow chamber 20 for the hydraulic oil.
  • the hydraulic piston 21 overlaps the upper end 24 of the valve stem 3 in a bell-shaped manner in order to move it downward in the opening direction of the valve spindle when the oil pressure is up to 170 bar.
  • the cylinder chamber 19 of the compressed air cylinder 5 is connected to the compressed air supply of the operating system with 5 -
  • valve spindle 1 Due to the compressed air cushion in the cylinder chamber 19, the valve spindle 1 is moved back into the closed position as soon as it has reached the bottom dead center (not shown) at the maximum open position and the oil pressure in the hydraulic cylinder 6 is relaxed accordingly.
  • the pressure oil will during its outflow, forced to flow from the outflow lines 23 through an inner region 25 of the outflow chamber 20 and through various bores and annular spaces, as will be described in more detail below in connection with FIG. 3, into an outer region 26 of the outflow chamber 20 of the hydraulic cylinder 6 and from there Via an annular space 27 between hydraulic cylinder 6 and compressed air cylinder 5 and further through radial bores 28 in hydraulic cylinder 6 back into the oil container.
  • FIG. 3 shows detail III of FIG. 1 in an enlarged representation.
  • the hydraulic cylinder 6 with the support cylinder 13 fastened therein can be seen, with the internal toothing 14 of which engages with an external toothing 16 of the rotary cylinder 15.
  • the external toothing 16 is substantially shorter in the axial direction than the internal toothing of the support cylinder 13. In this way, the two cylinders remain in constant engagement with one another during the opening stroke of the valve spindle 1.
  • the helical toothing 14, 16 is sufficiently lubricated by the hydraulic oil flowing out;
  • a circumferential lubrication groove 29 can be provided for lubrication of the threaded connection, which is connected via radial bores 30 through the support cylinder 13 to its internal toothing 14.
  • the lubrication groove 29 is supplied with lubricating oil via an oil connection 31.
  • a minimum engagement length is sufficient for the threaded connection, so that the external toothing 16 of the rotary cylinder 15 has only about half to one third of the axial length of the internal toothing 14 of the support cylinder 13.
  • the support of the rotary cylinder 15 within the recess 17 of the compressed air piston 18 is carried out by an axial bearing, which consists of an axial ball bearing 35. Its axial support is also served by a lower support ring 36, which springs into a corresponding groove on the inside of the rotary cylinder 15, and a collar 37 of a ratchet disk 38 of a freewheel device.
  • the ratchet disk 38 is fastened on a hub 39 of the air pressure cylinder 18 by means of screws 40.
  • the ratchet disk 38 can be seen, which is covered at the top by a pressure ring 44, which is also screwed onto the hub 39 of the compressed air cylinder 18 by means of screws 45. Accordingly, the ratchet disc 38 has bores 46 through which the screws 45 are screwed in. In the illustration according to FIG. 6, these holes 46 are for inserting the screws 45 in the ratchet disk 38 drawn. The screws 40 still present there are used to fasten the ratchet disk 38.
  • FIG. 6 which shows a section according to VI-VI of FIG. 5, one can see in the horizontal section the rotary cylinder 15 in which six ratchet elements 41 are mounted distributed over the circumference.
  • Each of these ratchet elements 41 is held in its locked position by a pawl 43 loaded with a ratchet spring 42.
  • This locking position prevents rotation of the ratchet disc 38 relative to the rotary cylinder 15 in a direction of rotation according to arrow Pl.
  • the ratchet disk 38 can be rotated with respect to the rotary cylinder 15 in an opposite direction of rotation according to arrow P2. In such a case, the pawls of the ratchet elements 41 slide over the teeth of the ratchet disk 38.
  • FIG. 5 The enlarged sectional view according to FIG. 5 serves to clarify the arrangement of the rotary cylinder 15 within the recess 17 of the compressed air piston 18.
  • the support cylinder 13 is omitted.
  • the center bore in the compressed air cylinder 18, which ends conically at the top, can be seen particularly clearly.
  • a clamping part is wedged in the form of a conical sleeve 48, which is axially secured by the pressure ring 44.
  • the cone sleeve 48 has on its inside near its upper edge an inwardly projecting bead 49 which engages in a corresponding annular groove 50 of the stem 3 of the valve spindle 1. If the valve spindle 1 is moved downwards in the direction of the valve opening by supplying pressure oil via the oil pressure line 22 from the closed position shown in FIG. 1, in which the hydraulic piston 21 exerts a corresponding force on the upper end 24 of the valve stem 3, this axial stroke movement causes an corresponding axial adjustment of the rotary cylinder 15, which rotates with support relative to the support cylinder 13 in the direction of arrow P3 ( Figure 4), while the valve tappet is moved straight down so that the valve seat opens.
  • valve spindle 1 When the valve seat is reached, causes the valve plate 11 to be ground in against the valve seat on the housing, the seat surfaces grinding each other in the desired manner.
  • the valve seat surfaces on both sides forming the valve seat are polished smooth so that a tight valve seat is achieved and also the heat exchange between the valve plate 11 and the valve seat ring on the housing side is improved.
  • the direction of rotation of the valve disk indicated in FIG. 4 according to arrow P5 during grinding corresponds to the direction of rotation of the ratchet disc according to arrow P4.

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Abstract

Eine Ventildrehvorrichtung für Auslassventile, insbesondere von Schiffsdieselmotoren, welche in einem Ventilgehäuse für die Ventilspindel (1) zwischen einem oberen und einem unteren Antriebselement abgestützt ist, ist mit dem unteren Antriebselement über eine Freilaufeinrichtung verbunden, die eine Drehung der Ventilspindel (1) während deren Schliessbewegung überträgt, ferner gegenüber dem oberen Antriebselement über einen Drehzylinder (15) abgestützt, der im Eingriff mit einem feststehenden Stützzylinder (13) die Drehung der Ventilspindel (1) bewirkt. Daei stehen Drehzylinder (15) und Stützzylinder (13) über eine Schrägverzahnung miteinander im Eingriff, wobei der Drehzylinder (15) über die Freilaufeinrichtung mit der Ventilspindel (1) verbunden ist und der Stützzylinder (13) gehäuseseitig befestigt ist.

Description

Ventildrehvorrichtung für Auslaßventile, insbesondere von Schiffsdieselmotoren
Die Erfindung betrifft eine Ventildrehvorrichtung für Auslaßventile, insbesondere von Schiffsdieselmotoren oder dgl . , welche in einem Ventilgehäuse für die Ventilspindel zwischen einem oberen und einem unteren An- triebsel-eftent abgestützt ist, wobei sie mit dem unteren Antriebselement über eine Freilaufeinrichtung verbunden ist, die eine Drehung der Ventilspindel während deren Schließbewegung zuläßt, und wobei sie gegenüber dem oberen Antriebselement über einen Drehzylinder abgestützt ist, der im Eingriff mit einem feststehenden Stützzylinder die Drehung der Ventilspindel bewirkt.
Eine derartige Ventildrehvorrichtung ist in der deutschen Patentschrift 3113944 beschrieben. Die bekannte Vorrichtung umfaßt zwei konzentrisch zueinander angeordnete Zylinderabschnitte zwischen denen Kugeln derart drehbeweglich geführt sind, daß sie jeweils in eine Kugelschale des einen Zylinderabschnitts und in eine zur Zylinderachse schräg verlaufenden Kugelrille des anderen Zylinderabschnitts eingreifen. Eine gleichmäßigere Kräfteverteilung zwischen den beiden Zylinderabschnitten erreicht man dadurch, daß mehrere Kugelschalen bzw. Kugelrillen über den Umfang der beiden Zylinderabschnitte verteilt vorgesehen sind. Bevorzugt verlaufen die Kugelrillen spiralförmig mit konstanter Steigung.
Bei dieser bekannten Ventildreheinrichtung wird ein Zylinderabschnitt dadurch gedreht, daß die in der Kugel- schale geführte Kugel in der Kugelrille des anderen Zylinderabschnitts abläuft, wobei einer der Zylinderab- schnitte durch die Freilaufeinrichtung gesperrt ist . Beim Schließen der Ventilspindel wird der beim Öffnen gesperrte Zylinderabschnitt in Drehrichtung mitgenommen.
Mittels der bekannten Vorrichtung ist eine relativ hohe Drehzahl der Ventilspindel während des Schließvorgangs erzielbar; mit einem gewissen Verschleiß der Kugelrillen ist jedoch zu rechnen, das heißt es ist mit einem regelmäßigen Auswechseln der entsprechenden Zylinderabschnitte zu rechnen.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine besonders dauerhafte, hochbelastbare, dennoch mit hoher Beschleunigung ansprechende Ventildrehvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Drehzylinder und Stützzylinder über eine Schrägverzahnung miteinander im Eingriff stehen, wobei der Drehzylinder über die Freilaufeinrichtung mit der Ventilspindel verbunden ist und wobei der Stützzylinder am Ventilgehäuse befestigt ist.
Die erfindungsgemäße Ventildrehvorrichtung ist grundsätzlich für alle langsam laufenden Schiffsmotoren geeignet, besonders jedoch für Zweitaktmotoren, bei welchen das obere Antriebselement durch einen Hydraulikzylinder zum Steuern des Öffnungshubs des Ventils und das untere Antriebselement durch den Kolben eines Druckluftzylinders zum Steuern der Schließbewegung des Ventils gebildet sind. Bei modernen Schiffsmotoren sind die Federteller früherer Bauart, zwischen denen die Ventildrehvorrichtung abgestützt war ersetzt durch einen Hydraulikzylinder, der das obere Ende des Ventilgehäuses bildet, und dessen Ölkolben die Ventilspindel in Richtung ihrer Öffnung bewegt, so daß sie vom Ventilsitz abhebt, sowie durch einen in der Gegenrichtung wirksamen Druckluftzylinder, der die Ventilspindel nach der Kompression mittels seines Druckluftkolbens wieder in die Schließstellung bewegt. Hierfür genügt ein Luftdruck von ca. 7 bar, während der auf den Ölkolben einwirkende Öldruck bis zu 170 bar beträgt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Stützzylinder eine Innenschrägverzahnung auf, welche in axialer Richtung wenigstens der Länge des Öffnungshubs des Ventils zzgl . der Mindesteingriffslänge der beiden Zylinder entspricht.
Dementsprechend besitzt der Drehzylinder eine Außenverzahnung, welche in axialer Richtung wenigstens der Mindesteingriffslänge der beiden Zylinder entspricht.
Für die Schrägverzahnung sind geeignete Verzahnungsda- ten, z.B. eine Zahnhöhe von ca. 3 bis 5 mm bei einer Steigung von weniger als 45° .
Dadurch, daß der Stützzylinder bevorzugt eine über seine gesamte Länge durchgehende Verzahnung aufweist, während der Drehzylinder eine Außenverzahnung aufweist, die sich nur über etwa ein Drittel seiner Länge von seinem in der Einbaulage oberen Ende nach unten erstreckt, ergeben sich niedrigere Herstellungskosten für den Drehzylinder; außerdem ist der verbleibende Ring- spalt zwischen den beiden Zylindern für die Ölschmie- rung besser nutzbar.
Zweckmäßig ist der Stützzylinder durch Einschrumpfen mit seinem Außenumfang in einem entsprechenden Sitz des Hydraulikzylinders befestigt. Im Bereich seiner Befestigung kann vorteilhaft an der Außenseite des Stützzylinders eine ringförmige Schmiernut vorgesehen sein, welche über radiale Bohrungen die Verzahnung mit Schmieröl versorgt .
Der Drehzylinder hingegen ist mit seinem Innenumfang über ein Axiallager innerhalb einer zylindrischen Ausdrehung des Kolbens des Druckluftzylinders gelagert, wobei der Schaft der Ventilspindel in einer zentralen Durchgangsbohrung einer Nabe des Kolbens reibschlüssig aufgenommen ist.
Der Drehzylinder ist daher mit dem Kolben axial unver- schieblich, aber diesem gegenüber in einer von der Freilaufeinrichtung zugelassenen Drehrichtung drehbar gelagert .
Dabei ist zweckmäßig, daß der Schaft der Ventilspindel mittels eines Klemmteils reibschlüssig in der Durchgangsbohrung verkeilt ist und daß das Klemmteil als Konushülse ausgebildet ist, welche durch einen Druckring axial gesichert ist, der mit der Nabe des Kolbens verschraubt ist. Als Klemmteil eignen sich konische Ringsegmente, bevorzugt aus Stahl nach SAE 1010, welche, wie in der US-Patentschrift 3938484 beschrieben, mit einer Innenwulst in eine entsprechende Ringnut des Schaftes der Ventilspindel eingreifen. Die Verpressung des Klemmteils mittels des Druckrings ist derart, daß der Schaft der Ventilspindel in Art einer Rutschkupplung bei einem bestimmten Drehmoment freigegeben wird, d. h. durchdrehen kann bevor andere Bauteile der Ventildrehvorrichtung, zum Beispiel auf eiten der Freilaufeinrichtung zerstört würden.
Schließlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß auf der Nabe des Kolbens des Druckluftzylinders eine Ratschenscheibe der Freilaufeinrichtung befestigt ist, in deren UmfangsVerzahnung mehrere über den Umfang verteilt in Vertiefungen des Drehzylinders gelagerte Ratschenelemente eingreifen, wo sie jeweils federbelastet abgestützt sind. Zweckmäßig dient ein ringförmiger Vorsprung des Ratschenrings gleichzeitig der axialen Ab- stützung des Axiallagers, welches bevorzugt aus einem doppelten Rillenkugellager besteht. Dadurch, daß die Ratschenscheibe zwischen Druckring und Nabe angeordnet ist, besteht die Möglichkeit der Schraubenbefestigung des Druckrings durch Bohrungen der Ratschenscheibe hindurch in der Nabe des Kolbens .
Es versteht sich von selbst, daß Hydraulikzylinder und Druckluftzylinder durch den Kolben des DruckluftZylinders von einander getrennt sind. Im Druckluftzylinder unterhalb seines Kolbens befindet sich das Druckluftkissen, welches die Rückfederung des Ventils in die Schließstellung bewirkt; oberhalb des Kolbens befindet sich ein Raum in dem sich das abströmende Hydrauliköl sammelt, welches gleichzeitig als Schmieröl wirksam ist. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Drehzylinder oberhalb der Freilaufeinrichtung über seinen Umfang verteilt mehrere Radialbohrungen aufweist und daß für das hierdurch abströmende Hydrau- liköl Ringspalte zwischen den beiden Zylindern, sowie zwischen Stützzylinder und der Ausdrehung des Kolbens vorgesehen sind. Von dort gelangt das abströmende Hydraulikδl dann über einen vom Außenumfang des Druck- luftzylinders begrenzten Ringspalt durch weitere Radialbohrungen im Ventilgehäuse nach außen und zurück in den Ölsumpf bzw. einen Ölvorratsbehälter .
Die erfindungsgemäße Ventildrehvorrichtung ist zwischen einem oberen und einem unteren Antriebselement angeordnet, wobei beide Antriebselemente, nämlich der Hydraulikzylinder und der Druckluftzylinder über ihre jeweiligen Kolben auf den Schaft der Ventilspindel einwirken. Durch deren Axialbewegung ergibt sich die Verdrehung des Drehzylinders, entsprechend der Schrägverzahnung beider Zylinder. Durch den Öffnungshub der Ventil- spindel ergibt sich bei geradliniger Spindelbewegung eine Drehbewegung des Drehzylinders in einem von der Feilaufeinrichtung freigegebenen Drehsinn. Durch die Schließbewegung der Ventilspindel bei drucklosem Hydraulikzylinder ergibt sich unter der Wirkung des Druckluftkissens eine Drehung des Drehzylinders mit entgegengesetztem Drehsinn, das heißt, die Ratschenelemente der Freilaufeinrichtung treiben die Ratschenscheibe an, über welche die Drehbewegung auf die Ventilspindel übertragen wird. Diese Drehbewegung der Ventilspindel wird genutzt zum Einschleifen des Ventiltellers auf dem gehäuseseitigen Ventilsitz im Moment des Aufeinandertreffens der beiderseitigen Sitzflächen. Die Schleifbewegung endet mit zunehmendem Druck bei Erreichen des Sitzes, wobei eine kurze Nachlaufphase entsprechend dem Massendrehmoment der Ventilspindel möglich ist, indem die Freilaufeinrichtung ein Durchdrehen der Ratschenscheibe ermöglicht . Die erfindungsgemäße Ventildrehvorrichtung eignet sich nicht nur für den Einbau an neuen Motoren; sie ist auch für den nachträglichen Einbau in das jeweilige Ventil - gehäuse geeignet indem der Hydraulikzylinder bearbeitet, insbesondere mit dem Stützzylinder versehen wird und indem der Druckluftzylinder einen neuen Kolben erhält auf welchem die übrigen Teile der Ventildrehvorrichtung aufgebaut sind.
Mit der erfindungsgemäßen Ventildrehvorrichtung gelingt es, die Standzeit der Ventilspindeln zwischen zwei Überholungen erheblich zu verlängern, beispielsweise für Zweitaktmotoren von bislang 6.000 Stunden auf etwa 18.000 Stunden. Dies wird bewirkt durch die mittels der erfindungsgemäßen Ventildrehvorrichtung erzielbare hohe Drehenergie beim Einschleifen des Ventiltellers auf dem gehäuseseitigen Ventilsitz, wobei eine definierte Rotationsenergie im Augenblick des Erreichens der Sitzposition zur Wirkung kommt. Dadurch wird der gewünschte Poliereffekt erzielt, durch welchen Ablagerungen im Bereich der Ventilsitzflächen beseitigt werden, verbunden mit dem Vorteil, daß dadurch ein verbesserter Wärmeübergang zwischen den metallisch blanken Ventilsitzflächen zustande kommt, der vorteilhaft eine niedrigere Temperatur im Bereich des Ventilkegelsitzes zur Folge hat .
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, es zeigt
Figur 1 eine aufgeschnittene räumliche Darstellung eines Ventilgehäuses,
Figur 2 das Oberteil des Ventilgehäuses mit aufgeschnittenem Hydraulikzylinder, Figur 3 das Detail III gemäß Figur 1 in vergrößerter Darstellung,
Figur 4 einen Schnitt gemäß IV-IV der Figur 1, ebenfalls in vergrößerter Darstellung,
Figur 5 eine aufgeschnittene räumliche Darstellung des Kolbens des DruckluftZylinders und
Figur 6 einen Schnitt gemäß VI-VI der Figur 5.
Figur 1 zeigt das Ventilgehäuse eines Zweitaktdieselmotors für einen Schiffsantrieb mit darin eingebauter Ventilspindel 1 in ihrer Schließstellung. Auf einem Ventilgehäuse 2, in welchem der Schaft 3 der Ventil - spindel 1 innerhalb einer Lagerbuchse 4 drehbar gelagert ist, sitzt ein Druckluftzylinder 5 und auf diesem ein Hydraulikzylinder 6. Letzterer ist in derselben Schnittdarstellung in Figur 2 gesondert dargestellt. Auf der Unterseite des Ventilgehäuses 2 ist in dieses ein gehäuseseitiger Ventilsitzring 7 eingesetzt und dort mittels Schrauben 8 befestigt. Der Ventilsitzring 7 bildet mit seinem offenen Ende die gehäuseseitige Ventilsitzfläche, welche durch einen vorbehandelten, z. B. gehärteten oder als Härtelegierung aufgeschweißten Materialabschnitt 9 gebildet wird und welche mit einer entsprechenden Ventilsitzfläche 10 (Ventilkegelsitz) auf der Oberseite des Ventiltellers 11 zusammenwirkt.
In einer Eindrehung 12 des Hydraulikzylinders 6 ist ein Stützzylinder 13 durch Einschrumpfen mit seiner äußeren Umfangsflache befestigt. Der Stützzylinder 13 besitzt an seiner inneren Umf ngsflache eine Schrägverzahnung 14, mit welcher ein Drehzylinder 15 in Eingriff steht, der an seiner äußeren Umfangsflache eine der Innenverzahnung 14 des Stützzylinders 13 entsprechende Außenverzahnung 16 aufweist. Der Drehzylinder 15, welcher in Figur 5 vergrößert dargestellt ist, ist drehbar aufgenommen in einer Ausdrehung 17 des Druckluftkolbens 18, welcher innerhalb des Druckluftzylinders 5 dichtend und axial verschieblich aufgenommen ist. Der Druckluftkolben 18 trennt die Druckluftseite mit dem Zylinderraum 19 für das Druckluftkissen von einer Abströmkammer 20 für das Hydrauliköl, welches gleichzeitig als Schmieröl dient .
Im oberen Teil des Zylinderraums des Hydraulikzylinders
6 ist im oberen Umkehrpunkt ein Hydraulikkolben 21 gezeichnet, welcher über eine Öldruckleitung 22 mit Hy- drauliköl beaufschlagt wird. Wie man in Figur 2 erkennt, ist der Hub des Hydraulikkolbens 21 in Richtung der Öffnungsbewegung der Ventilspindel 1 begrenzt durch die Abströmkanäle 23, welche in die Abströmkammer 20 für das Hydrauliköl münden.
Der Hydraulikkolben 21 übergreift glockenförmig das obere Ende 24 des Ventilschafts 3 um diesen bei Öldrük- ken bis zu 170 bar nach unten in Öffnungsrichtung der Ventilspindel zu bewegen. Dagegen wirkt der Druckluftkolben 18, der ebenfalls mit der Ventilspindel fest und dichtend verbunden ist, wie noch in Zusammenhang mit den Figuren 3 und 5 weiter unten näher beschrieben wird. Der Zylinderraum 19 des DruckluftZylinders 5 ist mit der Druckluftversorgung des Betriebssystems mit 5 -
7 bar verbunden, die zum Schließen der Ventilspindel zur Verfügung stehen. Durch das Druckluftkissen im Zylinderraum 19 wird die Ventilspindel 1 wieder in die Schließstellung zurückbewegt, sobald diese den unteren (nicht dargestellten) Totpunkt bei maximaler Öffnungsstellung erreicht hat und der Öldruck im Hydraulikzylinder 6 entsprechend entspannt ist. Das Drucköl wird bei seinem Abströmen gezwungen, aus den Abströmleitungen 23 über einen Innenbereich 25 der Abströmkammer 20 und durch diverse Bohrungen und Ringräume, wie weiter unten in Zusammenhang mit Figur 3 näher beschrieben wird, in einen Außenbereich 26 der Abströmkammer 20 des Hydraulikzylinders 6 zu strömen und von dort über einen Ringraum 27 zwischen Hydraulikzylinder 6 und Druckluftzylinder 5 und weiter durch Radialbohrungen 28 im Hydraulikzylinder 6 zurück in den Ölbehälter.
Figur 3 zeigt in vergrößerter Darstellung das Detail III der Figur 1. Man erkennt den Hydraulikzylinder 6 mit dem darin befestigten Stützzylinder 13, mit dessen Innenverzahnung 14 eine Außenverzahnung 16 des Drehzylinders 15 im Eingriff steht. Die Außenverzahnung 16 ist in axialer Richtung wesentlich kürzer ausgebildet als die Innenverzahnung des Stützzylinders 13. Auf diese Weise bleiben die beiden Zylinder während des Öffnungshubs der Ventilspindel 1 ständig miteinander in Eingriff. Durch das abströmende Hydrauliköl wird die Schrägverzahnung 14, 16 hinreichend geschmiert; zusätzlich kann zur Schmierung der Gewindeverbindung noch eine umlaufende Schmiernut 29 vorgesehen sein, welche über Radialbohrungen 30 durch den Stützzylinder 13 hindurch mit dessen Innenverzahnung 14 verbunden ist. Die Schmiernut 29 wird über einen Ölanschluß 31 mit Schmieröl versorgt . Für die Gewindeverbindung genügt eine Mindesteingriffslänge, so daß die Außenverzahnung 16 des Drehzylinders 15 nur etwa die Hälfte bis ein Drittel der axialen Länge der Innenverzahnung 14 des Stützzylinders 13 besitzt. Neben der damit verbundenen Kosteneinsparung ergibt sich ein größerer Querschnitt für das im Ringspalt 33 zwischen den beiden Zylindern abströmende Hydrauliköl, welches über Radialbohrungen 32 des Drehzylinders 15 aus dem Innenbereich 25 der Abströmkammer 20 ausströmt um danach über den Ringspalt
33 zwischen den beiden Zylindern nach unten über die Ausdrehung 17 des Druckluftkolbens 18 und wiederum nach oben durch einen Ringraum 34 zwischen der Außenwand der Ausdrehung 17 und dem Außenumfang des Stützzylinders 13 in den Außenraum 26 der Abstrόmkammer 20 des Hydraulikzylinders 6 zu strömen. Aus diesem Außenbereich 26 strömt das Hydrauliköl dann über einen Ringraum 27 zwischen dem Außenumfang des Druckluftzylinders 5 und dem Innenumfang des Hydraulikzylinders 6 durch Auslaßbohrungen 28 in der Zylinderwand des Hydraulikzylinders 6 nach außen.
Die Abstützung des Drehzylinders 15 innerhalb der Aus- drehung 17 des Druckluftkolbens 18 wird übernommen von einem Axiallager, welches aus einem Axialkugellager 35 besteht. Seiner axialen Abstützung dient ferner ein unterer Stützring 36, welcher in eine entsprechende Nut an der Innenseite des Drehzylinders 15 einfedert, sowie ein Kragen 37 einer Ratschenscheibe 38 einer Freilaufeinrichtung. Die Ratschenscheibe 38 ist auf einer Nabe 39 des Luftdruckzylinders 18 mittels Schrauben 40 befestigt .
Gemäß Figur 4 erkennt man die Ratschenscheibe 38, welche nach oben hin überdeckt ist von einem Druckring 44, der mittels Schrauben 45 ebenfalls auf der Nabe 39 des Druckluftzylinders 18 aufgeschraubt ist. Dementsprechend besitzt die Ratschenscheibe 38 Bohrungen 46, durch welche die Schrauben 45 eingedreht sind. In der Darstellung gemäß Figur 6 sind diese Bohrungen 46 zum Hindurchstecken der Schrauben 45 in der Ratschenscheibe 38 gezeichnet. Die dort noch vorhandenen Schrauben 40 dienen der Befestigung der Ratschenscheibe 38.
In Figur 6, welche einen Schnitt gemäß VI-VI der Figur 5 zeigt, erkennt man im Horizontalschnitt den Drehzylinder 15, in welchem über den Umfang verteilt sechs Ratschenelemente 41 gelagert sind. Jedes dieser Ratschenelemente 41 wird mit seiner Sperrklinke von einem mit einer Ratschenfeder 42 belasteten Druckstempel 43 in der Sperrstellung gehalten. Diese Sperrstellung verhindert eine Verdrehung der Ratschenscheibe 38 gegenüber dem Drehzylinder 15 in einer Drehrichtung gemäß Pfeil Pl . Jedoch ist gegen die Federwirkung der Druckstempel 43 eine Verdrehung der Ratschenscheibe 38 gegenüber dem Drehzylinder 15 in einer entgegengesetzten Drehrichtung gemäß Pfeil P2 möglich. In einem solchen Fall gleiten die Klinken der Ratschenelemente 41 über die Zähne der Ratschenscheibe 38 hinweg.
Die vergrößerte Schnittdarstellung gemäß Figur 5 dient zur Verdeutlichung der Anordnung des Drehzylinders 15 innerhalb der Ausdrehung 17 des Druckluftkolbens 18. In dieser Darstellung ist der Stützzylinder 13 weggelassen. Man erkennt besonders deutlich die Mittelbohrung im Druckluftzylinder 18, welche nach oben hin konisch endet. Zwischen dieser konusförmigen Erweiterung 47 der Aufnahmebohrung für den Schaft 3 der Ventilspindel 1 und dem Außenumfang des Schafts 3 ist ein in Figur 3 deutlich erkennbares Klemmteil in Form einer Konushülse 48 eingekeilt, welche durch den Druckring 44 axial gesichert ist. Die Konushülse 48 besitzt auf ihrer Innenseite nahe ihrem oberen Rand eine nach innen vorspringende Wulst 49, welche in eine entsprechende Ringnut 50 des Schaftes 3 der Ventilspindel 1 eingreift. Wenn die Ventilspindel 1 durch Zufuhr von Drucköl über die Öldruckleitung 22 aus der in Figur 1 gezeigten Schließstellung nach unten in Richtung Ventilöffnung bewegt wird, in dem der Hydraulikkolben 21 auf das obere Ende 24 des Ventilschafts 3 eine entsprechende Kraft ausübt, bewirkt diese axiale Hubbewegung eine entsprechende axiale Verstellung des Drehzylinders 15, der sich mit Abstützung gegenüber dem Stützzylinder 13 in Richtung des Pfeils P3 (Figur 4) verdreht, während der Ventilstößel geradlinig nach unten bewegt wird, so daß der Ventilsitz öffnet.
Wenn umgekehrt nach dem Druckloswerden des Hydraulikzylinders das Druckkissen im Zylinderraum 19 den Druck- luftkolben 18 nach oben bewegt, so daß die Ventilspindel 1 in Richtung Schließstellung angehoben wird, so bewirkt die Schrägverzahnung zwischen den beiden Zylindern eine entgegen der Drehrichtung gemäß Pfeil P3 gerichtete Drehung des Drehzylinders 15. Dies hat zur Folge, daß die Freilaufeinrichtung sperrt, d. h. die mit dem Drehzylinder 15 mitbewegten Ratschenelemente 41 nehmen die Ratschenscheibe 38 mit, so daß sie sich in Richtung des Pfeils P4 (Figur 4) dreht, wobei über die Konushülse 48 die Ventilspindel 1 entsprechend mitgedreht wird. Diese Drehung der Ventilspindel 1 bewirkt im Moment des Erreichens des Ventilsitzes ein Einschleifen des Ventiltellers 11 gegen den gehäuseseiti- gen Ventilsitz, wobei sich die Sitzflächen gegenseitig in erwünschter Weise abschleifen. Die den Ventilsitz bildenden beiderseitigen Ventilsitzflächen werden dabei glattpoliert, so daß ein dichter Ventilsitz erreicht wird und außerdem der Wärmeaustausch zwischen dem Ventilteller 11 und dem gehäuseseitigen Ventilsitzring verbessert wird. Die in Figur 4 gemäß Pfeil P5 angegebene Drehrichtung des Ventiltellers während des Ein- schleifens entspricht der Drehrichtung der Ratschenscheibe gemäß Pfeil P4. Infolge der Massenträgheit der Ventilspindel besteht die Möglichkeit, daß die Ventil - spindel bei gemäß Pfeil P2 durchratschender Freilauf- einrichtung gemäß Pfeil 5 weiter dreht, wenn der Drehzylinder 15 bereits stillsteht.

Claims

Ansprüche
Ventildrehvorrichtung für Auslaßventile, insbesondere von Schiffsdieselmotoren, welche in einem Ventilgehäuse für die Ventilspindel (1) zwischen einem oberen und einem unteren Antriebselement abgestützt ist, wobei sie mit dem unteren Antriebselement über eine Freilaufeinrichtung verbunden ist, die eine Drehung der Ventilspindel (1) während deren Schließbewegung überträgt und wobei sie gegenüber dem oberen Antriebselement über einen Drehzylinder (15) abgestützt ist, der im Eingriff mit einem feststehenden Stützzylinder (13) die Drehung der Ventilspindel (1) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß Drehzylinder (15) und Stützzylinder (13) über eine Schrägverzahnung miteinander im Eingriff stehen, wobei der Drehzylinder (15) über die Freilaufeinrichtung mit der Ventilspindel (1) verbunden ist und wobei der Stützzylinder (13) gehäuseseitig befestigt ist.
Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 1 für einen Zweitaktmotor, bei welchem das obere Antriebselement durch einen Hydraulikzylinder (6) zum Steuern des Öffnungshubs des Ventils und das untere Antriebselement durch den Kolben (18) eines Druckluftzylinders (5) zum Steuern der Schließbewegung des Ventils gebildet sind.
Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützzylinder (13) eine Innenschrägverzahnung (14) aufweist, welche in axialer Richtung wenigstens der Länge des Öffnungshubs des Ventils zuzüglich der Mindesteingriffslänge der beiden Zylinder entspricht .
Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzylinder (15) eine Außenverzahnung (16) aufweist, welche in axialer Richtung wenigstens der Mindesteingriffslänge der beiden Zylinder entspricht.
Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützzylinder (13) durch Einschrumpfen mit seinem Außenumfang in einem entsprechenden Sitz des Hydraulikzylinders (6) befestigt ist.
Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützzylinder (13) an seinem Außenumfang eine ringförmige Schmiernut (29) aufweist, welche über Radialbohrungen (30) mit der Innenverzahnung (14) des Stützzylinders (13) verbunden ist.
Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzylinder (15) mit seinem Innenumfang über ein Axiallager (35) innerhalb einer zylindrischen Ausdrehung (17) des Kolbens (18) des Druckluftzylinders (5) gelagert ist und daß der Schaft (3) der Ventilspindel (1) in einer zentralen Durchgangsbohrung einer Nabe (39) des Kolbens (18) reibschlüssig aufgenommen ist.
8. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft der Ventilspindel (1) mittels eines Klemmteils reibschlüssig in der Durchgangsbohrung verkeilt ist, und daß das Klemmteil als Konushülse (48) ausgebildet ist, welche durch einen Druckring (44) axial gesichert ist, der mit der Nabe (39) des Kolbens (18) verschraubt ist.
9. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Nabe (39) des Kolbens (18) eine Ratschenscheibe (38) der Freilaufeinrichtung befestigt ist, in deren UmfangsVerzahnung mehrere über den Umfang verteilt in Vertiefungen des Drehzylinders (15) gelagerte Ratschenelemente (41) eingreifen, wo sie jeweils federbelastet abgestützt sind.
10. Ventildrehvorrichtung nach Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ratschenscheibe (38) zwischen Druckring (44) und Nabe (39) angeordnet ist.
11. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzylinder (15) oberhalb der Freilaufeinrichtung über seinen Umfang verteilt mehrere Radialbohrungen (32) aufweist, und daß für das hierdurch abströmende Hydrauliköl Ringspalte zwischen den beiden Zylindern (13, 15) sowie zwischen Stützzylinder und der Ausdrehung (17) des Kolbens (18) vorgesehen sind.
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