WO2009124718A1 - Ventildrehvorrichtung für auslassventile von verbrennungsmotoren - Google Patents

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WO2009124718A1
WO2009124718A1 PCT/EP2009/002560 EP2009002560W WO2009124718A1 WO 2009124718 A1 WO2009124718 A1 WO 2009124718A1 EP 2009002560 W EP2009002560 W EP 2009002560W WO 2009124718 A1 WO2009124718 A1 WO 2009124718A1
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WO
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valve
valve stem
toothing
housing
spindle
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PCT/EP2009/002560
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English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Fellmann
Original Assignee
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

Definitions

  • Valve rotating device for exhaust valves of internal combustion engines
  • the invention relates to a valve rotating device for exhaust valves of internal combustion engines, in particular of marine diesel engines, which is arranged on a valve housing for the valve stem 1 in addition to a first drive element for opening the valve and a second drive element for closing the valve, with a freewheel device, the rotation of the valve stem 1 during their closing movement or their opening movement transmits and releases in the opposite direction and that for transmitting the rotational movement to the valve stem on the valve stem 3 of the valve stem 1, an outer helical toothing 16 and supported on a freewheeling device inner ring 13, the corresponding internal helical gearing 14 is provided, wherein the outer helical gearing 16 corresponds in the axial direction at least the length of the opening stroke of the valve stem 1 plus the minimum length of engagement of the helical toothing.
  • Such a valve rotation device is described in EP 0892154 Al.
  • a freewheeling device is a wrap spring, which allows a rotation of the valve on the outer teeth only in a certain direction of displacement of the valve.
  • Another known device (DE 10 2004 020 754 A1) has a hydraulic cylinder as the uppermost drive element and a compressed air cylinder as the lower drive element.
  • a support cylinder is fixedly connected to the hydraulic cylinder, while a rotary cylinder is connected via a freewheel device with the compressed air cylinder.
  • Rotary cylinder and support cylinder are connected via a helical toothing with each other.
  • the freewheel device transmits the rotational movement of the rotary cylinder to the valve spindle until its seat rotates against a stationary seat element in the valve housing.
  • the support cylinder in this case has a continuous over its entire length internal helical gearing, which corresponds in the axial direction at least the length of the opening stroke of the valve stem plus the minimum length of engagement of the helical gearing.
  • the rotary cylinder has an outer helical toothing which is shorter in the axial direction approximately by the length of the opening stroke than the inner helical toothing of the support cylinder.
  • the object of the present invention is to significantly reduce the volume of construction in the radial and axial direction on a valve rotary device of the type mentioned at the outset, to reduce the production outlay and thus to achieve a universal ren use of the device, for example, to ensure four-stroke engines.
  • this object is achieved in that the inner ring 13 is mounted on an axial ball bearing 62 within a recess of a housing cover 4 of the valve housing 2 and has on its outer periphery a ratchet teeth 57 which cooperates with ratchet elements 41 of the freewheel device.
  • This design according to the invention allows for low Vernierungsaufwand a particularly small and thus lightweight construction because of the clever arrangement of the thrust ball bearing for removing the axial Vernierungs generally and because of the integration of the inner ring with the freewheel device.
  • valve stem itself can be considered as a toothing partner for the external helical gearing
  • the valve rotary device according to the invention can also be realized with a smaller number of components compared with the known valve rotary device.
  • the first drive element In the case of large ship drives, in particular with two-stroke diesel engines, it may be expedient for the first drive element to be driven by a hydraulic cylinder for controlling the opening stroke of the valve spindle and the second drive element being driven by the compressed air piston of a pressure cylinder.
  • air cylinder is formed for controlling the closing movement of the valve stem.
  • the lower drive element is advantageously composed of a spring element for controlling the closing movement of the valve stem.
  • the external helical gearing is advantageously provided on a portion of the valve stem between its guide in the valve housing and the stem end.
  • the outer helical gearing can be formed on a hollow cylindrical sleeve, which is fastened by shrinking with its inner circumference on a corresponding seat of the valve stem.
  • the hollow cylindrical sleeve can be closed at the end by cap-like overlaps the end of the valve stem.
  • the external helical gearing can also be formed directly on the valve stem, so that a hollow cylindrical sleeve can be avoided as a separate component.
  • the length of the outer helical toothing corresponds in its axial extent to at least the length of the opening clamping stroke of the valve plus the minimum length of engagement of helical gearing.
  • Such internal helical gearing can be produced on a relatively short inner ring in a simple manner by machining.
  • the inner ring is mounted on its outer periphery on an axial ball bearing within a recess of a housing cover of the valve housing and has on its outer periphery a ratchet toothing, which cooperates with ratchet elements of the freewheel device.
  • the freewheel device advantageously comprises an annular disc, in the inner circumference of the ratchet elements are each mounted spring-loaded, wherein the annular disc is fixed to the axial ball bearing within the housing cover.
  • valve housing 1 is a partial axial section through a valve housing for a two-stroke diesel engine with valve turning device
  • FIG. 2 shows a portion of Fig. 1 in an enlarged view
  • 3 shows a cross section according to III-III of Fig. 1,
  • FIG. 4 shows an axial section through a valve housing for a four-stroke diesel engine
  • FIG. 6 shows a cross section according to VI-VI of Fig. 5,
  • FIG. 7 is an axial longitudinal section through another embodiment of a valve housing for a four-stroke diesel engine
  • FIG. 8 is a section of Fig. 7 in an enlarged view
  • valve housing 10 is an axial longitudinal section through a further embodiment of a valve housing for a four-stroke diesel engine
  • FIG. 11 is an enlarged portion of Fig. 10 and
  • Figure 1 shows an axial section through a portion of a valve housing of a two-stroke diesel engine for a marine propulsion in the region of the upper end of the valve stem 1 in its closed position.
  • a housing cover 4 On one Valve housing 2 is a housing cover 4 is placed.
  • the valve stem 3 is mounted in a slide bearing (not shown) in the valve housing.
  • a compressed air cylinder 5 is provided, in which an air piston 18 is guided.
  • the valve stem 3 is rotationally fixed in a central bore of the pneumatic piston 18 by means of a clamping member in the form of a conical sleeve 48 and axially positively received via an inwardly projecting bead 55 of the conical sleeve 48.
  • the bead 55 engages in an annular groove of the valve stem 3 of the valve stem 1.
  • the conical sleeve 48 is axially secured by means of a locking ring 44 via its screw connection to the pneumatic piston 18.
  • valve stem end 24 has a hollow cylindrical sleeve 23 pressed thereon.
  • the lower cylindrical end 12 sits gap-free on an annular stop surface 46, which is formed by a frontal recess of the valve stem 3, on.
  • the upper end of the sleeve 23 is closed except for a mounting hole 47. Its front side 49 is in the closed position shown, the valve stem 1 against a recorded in the hydraulic piston 21 of the hydraulic cylinder 6 pressure plate 70, which cooperates via a coil spring 54 with a control sleeve 52.
  • the control sleeve 52 is under the pressure of the hydraulic oil During the opening stroke of the valve stem 1, during the opening stroke of the valve stem 1, it is loaded downward with the application of the hydraulic ram 21 together with the pneumatic piston 18 until the oil pressure in the cylinder chamber 26 corresponds to the pressure in the compressed-air cylinder 5.
  • the closing of the valve spindle 1 then worried the compressed air in the cylinder chamber 25 of the air cylinder 5, wherein the compressed air piston 18 is moved together with the valve stem 1 back up until it reaches the uppermost position shown in Figure 1.
  • a free-running device described in more detail in FIGS. 2 and 3 cooperates with a ratchet toothing 57 on the outer circumference of an inner ring 13, which has an inner pitch toothing 14 on its inner circumference.
  • the inner pitch gear 14 cooperates with an outer pitch gear 16 on the outer circumference of the sleeve 23.
  • the inner bevel gear 14 in the axial direction corresponds at least to its minimum engagement length with the outer helical gear 16, the latter also extends at least by the length of the opening stroke of the valve spindle 1.
  • the freewheeling device is set up so that it transmits a rotation of the valve spindle 1 either during its closing movement or its opening movement and releases the rotation of the inner ring 13 in the respective opposite direction.
  • a movement of Valve stem 1 with locked inner ring 13 in the direction of the closing movement of the valve stem ie in accordance with Figure 1 upwards, results in a rotation of the valve stem corresponding to the helical toothing and thus a grinding of the valve seats while it comes to closing the valve; in the opposite case, this grinding effect occurs at the moment of opening the valve stem 1 until it has left the valve seat.
  • Both cases differ structurally only in the choice of the locking direction of the ratchet teeth 57 against the ratchet elements 41 acting thereon, which are mounted in a housing-fixed annular disc 38 of the freewheel device.
  • the lubricating oil supply of the helical gearing and the freewheel device is ensured by a system of lubricating oil bores 34, 53 in the housing cover 4.
  • the effluent lubricating oil passes through an annular space 27 between the housing cover 4 and the air pressure cylinder 5 through an outlet bore 28 in the cylinder wall of the valve housing cover 4 to the outside.
  • Figure 2 shows an enlarged portion of Figure 1, the lower end of the sleeve 23, which rests on the annular surface 46 of the valve stem 1.
  • the sleeve 23 On its outer peripheral surface, the sleeve 23 has an external oblique toothing 16, which cooperates with the internal helical toothing 14 of the inner ring 13.
  • the inner ring 13 has a central recess 56, which ensures that the lubricating oil can freely supply the toothed area of the helical toothing.
  • the inner ring 13 has on its outer circumference a ratchet toothing 57, the teeth of which cooperate with ratchet elements 41, whose eight are distributed over the circumference in an annular disc 38 of the freewheel device are mounted (see Fig .. 3).
  • Each ratchet element 41 is held with its pawl by a loaded with a ratchet spring 42 plunger 43 in the locked position.
  • This locking position prevents rotation of the inner ring 13 relative to the annular disc 38 in a rotational direction according to the arrow Pl, with the result that the valve spindle is rotated in accordance with the helical toothing of the opposite direction according to arrow P2.
  • valve seat This rotation causes at the moment of reaching the valve seat, a grinding of the seat portion of the valve disk against the housing-side valve seat, wherein the seats grind each other in the desired manner.
  • the valve seat surfaces forming the valve seat are thereby smoothed, so that a valve seat with a high surface area is achieved.
  • FIGS. 4 to 6 show a modified embodiment of a valve housing 2 with a housing cover 4.
  • the upper drive element is used instead of a hydraulic drive.
  • raulikzylinders by a not shown valve cam for controlling the opening stroke of the valve stem 1 and the lower drive element instead of an air pressure cylinder formed by a spring element of helical valve springs 58, which between the top of the valve housing 2 and the underside of a fixed to the upper end of the valve stem 3 support ring 59 under Compression bias are used.
  • a ball bearing 60 is arranged between the support ring 59 and an end disk 61 of the valve springs 58.
  • the lower portion of the housing cover 4 is shown enlarged in FIG.
  • the outer helical gear 16 is formed directly on the valve stem 3, e.g. by a machining process.
  • the inner ring 13 with the internal helical toothing 14 is seated on an axial ball bearing 62, which on the other hand is supported relative to a guide bush 63 of the valve housing 2.
  • the ratchet elements 41 of the freewheel device are seated in corresponding recesses of the housing cover 4, as shown in FIG.
  • FIGS. 7 to 9 show a further embodiment, which is very similar to that according to FIGS. 4 to 6.
  • the thrust ball bearing 62 is seated over the freewheel device for supporting the inner ring 13 and is supported on the upper end face 64 of the guide bushing 63.
  • the corresponding reference numerals designate the same objects as for the embodiment according to FIGS. 4 to 6.
  • the freewheel device shown in Figure 9 corresponds to the view according to sectional plane IX-IX of Figure 8, i. the directions of rotation for barriers (arrow Pl) and ratcheting (arrow P2) run in opposite directions.
  • FIG. 9 also shows the sectional profile shown in FIG. 7 in accordance with the angled sectional plane VII-VII.
  • angled cutting planes also show the figures 1 and 4; only according to Figure 10, the cutting plane is unbroken, as a comparison of Figures 11 and 12 can be removed.
  • FIGS. 10 to 12 differs from the two embodiments according to FIGS. 4 to 9, which are likewise each provided with NO. Cken and valve springs actuated valve controls for four-stroke diesel engines, essentially by the fact that the freewheel device is accommodated at the upper end of the housing cover 4.
  • the axial ball bearing 62 is arranged above the freewheel device. The support of the axial ball bearing 62 takes place - deviating from the two above-described four-stroke variants, however, relative to the housing cover 4.
  • components comparable to all other variants are designated by the same reference numerals.
  • Figure 11 shows the peculiarity that the seat ring 59 is extended by a toothed sleeve 64 down.
  • the toothed sleeve 64 carries on its outer periphery the outer helical toothing 16; the torque is transmitted from the sleeve 64 to the valve stem 3 via the conical sleeve 48.
  • a cylindrical sleeve 65 mounted, which ends at the top with an inner flange 66 so as to fix the thrust ball bearing 62 and which below has an outer flange 67 for a screw connection with the housing cover 4.

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Abstract

Eine Ventildrehvorrichtung für Auslassventile von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Schiffsdieselmotoren, ist an einem Ventilgehäuse für die Ventilspindel (1) neben einem ersten Antriebselement zum Öffnen des Ventils und einem zweiten Antriebselement zum Schließen des Ventils angeordnet. Sie besitzt eine Freilaufeinrichtung, die eine Drehung der Ventilspindel (1) während deren Schließbewegung oder deren Öffnungsbewegung überträgt und in der Gegenrichtung freigibt. Dabei ist zur Übertragung der Drehbewegung auf die Ventilspindel am Ventilschaft (3) der Ventilspindel (1) eine Außenschrägverzahnung (16) und an einem über die Freilaufeinrichtung abgestützten Innenring (13) die zugehörige Innenschrägverzahnung (14) vorgesehen. Die Außenschrägverzahnung (16) entspricht dabei in axialer Richtung wenigstens der Länge des Öffnungshubs der Ventilspindel (1) zuzüglich der Mindesteingriffslänge der Schrägverzahnung. Der Innenring (13) ist auf einem Axialkugellager (62) innerhalb einer Ausdrehung eines Gehäusedeckels (4) des Ventilgehäuses (2) gelagert und besitzt an seinem Außenumfang eine Ratschenverzahnung, die mit Ratschenelementen der Freilaufeinrichtung zusammenwirkt.

Description

Ventildrehvorrichtung für Auslassventile von Verbrennungsmotoren
Die Erfindung betrifft eine Ventildrehvorrichtung für Auslassventile von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Schiffsdieselmotoren, welche an einem Ventilgehäuse für die Ventilspindel 1 neben einem ersten Antriebselement zum Öffnen des Ventils und einem zweiten Antriebselement zum Schließen des Ventils angeordnet ist, mit einer Freilaufeinrichtung, die eine Drehung der Ventilspindel 1 während deren Schließbewegung oder deren Öffnungsbewegung überträgt und in der Gegenrichtung freigibt und dass zur Übertragung der Drehbewegung auf die Ventilspindel am Ventilschaft 3 der Ventilspindel 1 eine Außenschrägverzahnung 16 und an einem über die Freilaufeinrichtung abgestützten Innenring 13 die zugehörige Innenschrägverzahnung 14 vorgesehen ist, wobei die Außenschrägverzahnung 16 in axialer Richtung wenigstens der Länge des Öffnungshubs der Ventilspindel 1 zuzüglich der Mindesteingriffslänge der Schrägverzahnung entspricht .
Eine derartige Ventildrehvorrichtung ist in EP 0892154 Al beschrieben. Als Freilaufeinrichtung dient eine Schlingfeder, welche eine Verdrehung des Ventils über die Außenverzahnung nur in einer bestimmten Verschieberichtung des Ventils zulässt.
Eine andere bekannte Vorrichtung (DE 10 2004 020 754 Al) besitzt einen Hydraulikzylinder als oberes An- triebselement und einen Druckluftzylinder als unteres Antriebselement. Ein Stützzylinder ist fest mit dem Hydraulikzylinder verbunden, während ein Drehzylinder über eine Freilaufeinrichtung mit dem Druckluftzylinder verbunden ist. Drehzylinder und Stützzylinder stehen über eine Schrägverzahnung miteinander im Eingriff. Während der Schließbewegung des Ventils überträgt die Freilaufeinrichtung die Drehbewegung des Drehzylinders auf die Ventilspindel, bis deren Sitz drehend gegen ein feststehendes Sitzelement im Ventilgehäuse auffährt. Infolge der Drehbewegung der Ventilspindel kommt es zu einem erwünschten gegenseitigen Einschleifen des Sitzbereichs auf dem Ventilteller mit dem gehäuseseitigen Sitzelement .
Der Stützzylinder weist hierbei eine über seine gesamte Länge durchgehende Innenschrägverzahnung auf, welche in axialer Richtung wenigstens der Länge des Öffnungshubs der Ventilspindel zuzüglich der Mindesteingriffslänge der Schrägverzahnung entspricht. Der Drehzylinder besitzt eine Außenschrägverzahnung, welche in axialer Richtung etwa um die Länge des Öffnungshubs kürzer ist als die Innenschrägverzahnung des Stützzylinders.
Dem gegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, an einer Ventildrehvorrichtung der eingangs genannten Art das Bauvolumen in radialer und axialer Richtung deutlich zu verringern, den Herstellungsaufwand zu reduzieren und damit einen universelle- ren Einsatz der Vorrichtung, zum Beispiel auch bei Viertaktmotoren zu gewährleisten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Innenring 13 auf einem Axialkugellager 62 innerhalb einer Ausdrehung eines Gehäusedeckels 4 des Ventilgehäuses 2 gelagert ist und an seinem Außenumfang eine Ratschenverzahnung 57 aufweist, die mit Ratschenelementen 41 der Freilaufeinrichtung zusammenwirkt.
Diese erfindungsgemäße Konstruktion ermöglicht bei geringem Verzahnungsaufwand eine besonders kleine und damit leichte Bauweise wegen der geschickten Anordnung des Axialkugellagers zum Abtragen der axialen Verzahnungskräfte und wegen der Integration des Innenrings mit der Freilaufeinrichtung .
Dadurch, dass der Ventilschaft selbst als Verzahnungspartner für die Außenschrägverzahnung in Frage kommt, kann die erfindungsgemäße Ventildrehvorrichtung außerdem mit einer geringeren Zahl von Bauelementen verglichen mit der bekannten Ventildrehvorrichtung verwirklicht werden.
Bei großen Schiffsantrieben, insbesondere mit Zweitakt- Dieselmotoren, kann es zweckmäßig sein, dass das erste Antriebselement durch einen Hydraulikzylinder zum Steuern des Öffnungshubs der Ventilspindel und das zweite Antriebselement durch den Druckluftkolben eines Druck- luftzylinders zum Steuern der Schließbewegung der Ventilspindel gebildet ist.
Für einen Viertaktmotor, bei welchem das obere Antriebselement durch einen Ventilnocken zum Steuern des Öffnungshubs der Ventilspindel gebildet ist, besteht das untere Antriebselement vorteilhaft aus einem Federelement zum Steuern der Schließbewegung der Ventilspindel.
Die Außenschrägverzahnung ist vorteilhaft auf einem Abschnitt des Ventilschafts zwischen seiner Führung im Ventilgehäuse und dem Schaftende vorgesehen.
Die Außenschrägverzahnung kann dabei auf einer hohlzy- lindrischen Hülse ausgebildet sein, welche durch Aufschrumpfen mit ihrem Innenumfang auf einem entsprechenden Sitz des Ventilschafts befestigt ist. An einem Ende kann die hohlzylindrische Hülse stirnseitig verschlossen sein, indem sie das Ende des Ventilschafts kappenartig übergreift.
Alternativ kann die Außenschrägverzahnung auch direkt an den Ventilschaft angeformt sein, so dass eine hohl- zylindrische Hülse als gesondertes Bauteil vermieden werden kann.
Die Länge der Außenschrägverzahnung entspricht dabei in ihrer axialen Erstreckung wenigstens der Länge des Öff- nungshubs des Ventils zuzüglich der Mindesteingriffs- länge der Schrägverzahnung.
Dem gegenüber genügt für die Innenschrägverzahnung ein in axialer Richtung wesentlich kürzerer Verzahnungsabschnitt .
Eine derartige Innenschrägverzahnung kann an einem relativ kurzen Innenring auf einfache Weise durch spanabhebende Bearbeitung erzeugt werden. Vorteilhaft ist der Innenring an seinem Außenumfang auf einem Axialkugellager innerhalb einer Ausdrehung eines Gehäusedeckels des Ventilgehäuses gelagert und weist an seinem Außenumfang eine Ratschenverzahnung auf, die mit Ratschenelementen der Freilaufeinrichtung zusammenwirkt.
Die Freilaufeinrichtung umfasst vorteilhaft eine Ringscheibe, in deren Innenumfang die Ratschenelemente jeweils federbelastet gelagert sind, wobei die Ringscheibe mit dem Axialkugellager innerhalb am Gehäusedeckel befestigt ist.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert; es zeigt
Fig. 1 einen teilweisen Axialschnitt durch ein Ventilgehäuse für einen Zweitaktdieselmotor mit Ventildrehvorrichtung,
Fig. 2 einen Abschnitt von Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, Fig. 3 einen Querschnitt gemäß III-III der Fig. 1,
Fig. 4 einen Axialschnitt durch ein Ventilgehäuse für einen Viertaktdieselmotor,
Fig. 5 einen vergrößerten Abschnitt von Fig. 4,
Fig. 6 einen Querschnitt gemäß VI-VI der Fig. 5,
Fig. 7 einen axialen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Ventilgehäuses für einen Viertaktdieselmotor,
Fig. 8 einen Abschnitt von Fig. 7 in vergrößerter Darstellung,
Fig. 9 einen Querschnitt gemäß IX-IX der Fig. 8,
Fig. 10 einen axialen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Ventilgehäuses für einen Viertaktdieselmotor,
Fig. 11 einen vergrößerten Abschnitt von Fig. 10 und
Fig. 12 einen Querschnitt gemäß XII-XII der Fig. 11.
Figur 1 zeigt einen Axialschnitt durch einen Abschnitt eines Ventilgehäuses eines Zweitaktdieselmotors für einen Schiffsantrieb im Bereich des oberen Endes der Ventilspindel 1 in ihrer Schließstellung. Auf einem Ventilgehäuse 2 ist ein Gehäusedeckel 4 aufgesetzt. Der Ventilschaft 3 ist in einem (nicht dargestellten) Gleitlager im Ventilgehäuse gelagert.
Auf dem Ventilgehäuse 2 ist ein Druckluftzylinder 5 vorgesehen, in welchem ein Druckluftkolben 18 geführt ist. Der Ventilschaft 3 ist in einer Mittelbohrung des Druckluftkolbens 18 mittels eines Klemmteils in Form einer Konushülse 48 drehfest und axial formschlüssig über eine nach innen vorspringende Wulst 55 der Konushülse 48 aufgenommen. Die Wulst 55 greift in eine Ringnut des Ventilschafts 3 der Ventilspindel 1 ein. Die Konushülse 48 ist mittels eines Verschlussrings 44 über dessen Verschraubung mit dem Druckluftkolben 18 axial gesichert.
Ein gegenüber dem übrigen Ventilschaft 3 abgedrehtes Ventilschaftende 24 besitzt eine darauf aufgepresste hohlzylindrische Hülse 23. Deren unteres zylindrisches Ende 12 sitzt spaltfrei auf einer ringförmigen Anschlagfläche 46, welche durch eine stirnseitige Eindrehung des Ventilschafts 3 gebildet ist, auf.
Das obere Ende der Hülse 23 ist bis auf eine Montagebohrung 47 geschlossen. Ihre Stirnseite 49 liegt in der gezeigten geschlossenen Stellung der Ventilspindel 1 gegen eine im Hydraulikkolben 21 des Hydraulikzylinders 6 aufgenommene Druckplatte 70 an, welche über eine Spiralfeder 54 mit einer Steuerhülse 52 zusammenwirkt. Die Steuerhülse 52 steht unter dem Druck des Hydrauliköls aus der Oldruckleitung 22. Wahrend des Offnungshubs der Ventilspindel 1 wird diese mit Beaufschlagung des Hyd- raulikkolbens 21 zusammen mit dem Druckluftkolben 18 nach unten befordert, bis der Öldruck im Zylinderraum 26 dem Druck im Druckluftzylinder 5 entspricht. Das Schließen der Ventilspindel 1 besorgt dann die Druckluft im Zylinderraum 25 des Druckluftzylinders 5, wobei der Druckluftkolben 18 zusammen mit der Ventilspindel 1 wieder nach oben gefahren wird, bis sie die in Figur 1 dargestellte oberste Stellung erreicht.
Eine in den Figuren 2 und 3 naher beschriebene Frei- laufemrichtung wirkt mit einer Ratschenverzahnung 57 am Außenumfang eines Innenrings 13 zusammen, der an seinem Innenumfang eine Innenschragverzahnung 14 aufweist. Die Innenschragverzahnung 14 wirkt mit einer Außenschragverzahnung 16 am Außenumfang der Hülse 23 zusammen .
Wahrend die Innenschragverzahnung 14 in axialer Richtung wenigstens ihrer Mindesteingriffslange mit der Außenschragverzahnung 16 entspricht, erstreckt sich letztere darüber hinaus noch wenigstens um die Lange des Offnungshubs der Ventilspindel 1.
Die Freilaufemrichtung ist so eingerichtet, dass sie eine Drehung der Ventilspindel 1 entweder wahrend deren Schließbewegung oder deren Offnungsbewegung übertragt und in der jeweiligen Gegenrichtung die Drehung des Innenrings 13 freigibt. Im Falle einer Bewegung der Ventilspindel 1 bei gesperrtem Innenring 13 in Richtung der Schließbewegung der Ventilspindel, also gemäß Figur 1 nach oben hin, ergibt sich eine Drehung der Ventilspindel entsprechend der Schrägverzahnung und somit ein Einschleifen der Ventilsitze während es zum Schließen des Ventils kommt; im umgekehrten Fall entsteht diese Schleifwirkung im Moment des Öffnens der Ventilspindel 1 bis diese den Ventilsitz verlassen hat. Beide Fälle unterscheiden sich in konstruktiver Hinsicht lediglich in der Wahl der Sperrrichtung der Ratschenverzahnung 57 gegen die darauf einwirkenden Ratschenelemente 41, welche in einer gehäusefesten Ringscheibe 38 der Freilaufeinrichtung gelagert sind.
Die Schmierölversorgung der Schrägverzahnung und der Freilaufeinrichtung wird durch ein System von Schmierölbohrungen 34, 53 im Gehäusedeckel 4 sichergestellt. Das abfließende Schmieröl gelangt über einen Ringraum 27 zwischen dem Gehäusedeckel 4 und dem Luftdruckzylinder 5 durch eine Auslassbohrung 28 in der Zylinderwand des Ventilgehäusedeckels 4 nach außen.
Figur 2 zeigt als vergrößerten Abschnitt aus Figur 1 das untere Ende der Hülse 23, welches auf der Ringfläche 46 der Ventilspindel 1 aufsitzt. An ihrer äußeren Umfangsflache besitzt die Hülse 23 eine Außenschrägver- zahnung 16, welche mit der Innenschrägverzahnung 14 des Innenrings 13 zusammenwirkt. Der Innenring 13 besitzt eine zentrale Ausnehmung 56, welche sicherstellt, dass das Schmieröl ungehindert den Verzahnungsbereich der Schrägverzahnung versorgen kann.
Der Innenring 13 besitzt an seinem Außenumfang eine Ratschenverzahnung 57, deren Zähne mit Ratschenelementen 41 zusammenwirken, deren acht über den Umfang verteilt in einer Ringscheibe 38 der Freilaufeinrichtung gelagert sind (vgl. Fig. 3) . Jedes Ratschenelement 41 wird mit seiner Sperrklinke von einem mit einer Ratschenfeder 42 belasteten Druckstempel 43 in der Sperrstellung gehalten. Diese Sperrstellung verhindert eine Verdrehung des Innenrings 13 gegenüber der Ringscheibe 38 in einer Drehrichtung gemäß Pfeil Pl mit der Folge, dass die Ventilspindel entsprechend der Schrägverzahnung der Gegenrichtung gemäß Pfeil P2 gedreht wird. Jedoch ist andererseits eine Drehung des Innenrings 13 in der entgegengesetzten Richtung, nämlich gemäß Pfeil P2 gegen die Federwirkung der Druckstempel 43 der Ratschenelemente 41 möglich, d.h. die Freilaufeinrichtung gibt die Drehung des Innenrings 13 frei, wobei eine Verdrehung der Ventilspindel während ihrer Hubbewegung unterbleibt .
Handelt es sich dabei um eine durch den Hydraulikkolben 21 nach unten in Öffnungsrichtung der Ventilspindel angetriebene Hubbewegung, so bewirkt die Schrägverzahnung eine Verdrehung des Innenrings 13 gemäß Pfeil P2, während sich die Ventilspindel geradlinig nach unten bewegt, so dass sich der Ventilteller in Öffnungsrichtung vom Ventilsitz entfernt. Wenn umgekehrt nach dem Druckloswerden des Hydraulikzylinders und unter der Wirkung des Druckluftkolbens 18 die Ventilspindel 1 nach oben in Richtung Schließstellung bewegt wird, so bewirkt die Schrägverzahnung eine entgegen der Drehrichtung gemäß Pfeil P2 gerichtete Drehung der Ventilspindel 1, da hierbei eine Drehung des Innenrings 13 durch die Freilaufeinrichtung gesperrt wird, d.h. die Ventilspindel dreht sich entgegen Pfeil Pl in der Richtung gemäß Pfeil P3. Diese Drehung bewirkt im Moment des Erreichens des Ventilsitzes ein Einschleifen des Sitzbereichs des Ventiltellers gegen den gehäuseseitigen Ventilsitz, wobei sich die Sitzflächen gegenseitig in erwünschter Weise abschleifen. Die den Ventilsitz bildenden beiderseitigen Ventilsitzflächen werden dabei geglättet, so dass ein Ventilsitz mit hoher Flächenauflage erreicht wird.
Soll hingegen eine Drehung der Ventilspindel nicht beim Schließen des Ventils sondern in umgekehrter Richtung beim Öffnen des Ventils bewirkt werden, so kann dies ohne Änderung der Schrägverzahnung auf einfache Weise dadurch bewirkt werden, dass eine Freilaufeinrichtung mit entgegengesetzten Wirkungsrichtungen eingesetzt wird .
Die Figuren 4 bis 6 zeigen eine abgeänderte Ausführungsform eines Ventilgehäuses 2 mit Gehäusedeckel 4.
Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß den Figuren 1 bis 3 ist das obere Antriebselement anstelle eines Hyd- raulikzylinders durch einen nicht gezeichneten Ventilnocken zum Steuern des Öffnungshubs der Ventilspindel 1 und das untere Antriebselement anstelle eines Luftdruckzylinders durch ein Federelement aus spiralförmigen Ventilfedern 58 gebildet, welche zwischen der Oberseite des Ventilgehäuses 2 und der Unterseite eines am oberen Ende des Ventilschafts 3 befestigten Stützrings 59 unter Druckvorspannung eingesetzt sind. Um eine Drehung der Ventilspindel 1 nicht zu behindern, ist zwischen dem Stützring 59 und einer Endscheibe 61 der Ventilfedern 58 ein Kugellager 60 angeordnet.
Der untere Abschnitt des Gehäusedeckels 4 ist in Figur 5 vergrößert dargestellt. Die Außenschrägverzahnung 16 ist direkt auf dem Ventilschaft 3 ausgebildet, z.B. durch ein spanendes Bearbeitungsverfahren. Der Innenring 13 mit der Innenschrägverzahnung 14 sitzt auf einem Axialkugellager 62, welches andererseits gegenüber einer Führungsbuchse 63 des Ventilgehäuses 2 abgestützt ist. Die Ratschenelemente 41 der Freilaufeinrichtung sitzen in entsprechenden Ausnehmungen des Gehäusedeckels 4, wie in Figur 6 gezeigt.
Wie in Figur 6 dargestellt, trägt der Innenring 13 an seinem Außenumfang die Ratschenverzahnung 57, an seinem Innenumfang die Innenschrägverzahnung 14. Die Außenschrägverzahnung 16 ist direkt auf dem Schaft 3 der Ventilspindel eingeschnitten. In den Figuren 7 bis 9 ist eine weitere Ausfϋhrungsform dargestellt, welche jener gemäß den Figuren 4 bis 6 sehr ähnlich ist. Ein Unterschied besteht allerdings darin, dass das Axialkugellager 62 zur Lagerung des Innenrings 13 über der Freilaufeinrichtung sitzt und auf der oberen Stirnfläche 64 der Führungsbuchse 63 abgestützt ist. Im übrigen bezeichnen die übereinstimmenden Bezugsziffern gleiche Gegenstände wie zur Ausführungsform nach den Figuren 4 bis 6.
Die in Figur 9 gezeigte Freilaufeinrichtung entspricht der Ansicht gemäß Schnittebene IX-IX der Figur 8, d.h. die Drehrichtungen für Sperren (Pfeil Pl) und Durchratschen (Pfeil P2 ) verlaufen in gegensätzlicher Richtung. Diese ergibt sich daraus, dass bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 der Querschnitt VI-VI in Figur 6 in der Draufsicht dargestellt ist, während bei der Figur 8 der Querschnitt IX-IX der Figur 9 in der Ansicht von unten dargestellt ist.
In Figur 9 ist außerdem der in Figur 7 dargestellte Schnittverlauf gemäß der abgewinkelten Schnittebene VII-VII dargestellt. Ähnlich abgewinkelte Schnittebenen zeigen auch die Figuren 1 und 4; lediglich nach Figur 10 verläuft die Schnittebene ungebrochen, wie einem Vergleich der Figuren 11 und 12 entnehmbar ist.
Die Ausführungsform gemäß den Figuren 10 bis 12 unterscheidet sich von den beiden Ausführungsformen gemäß den Figuren 4 bis 9, welche ebenfalls jeweils mit No- cken und Ventilfedern betätigte Ventilsteuerungen für Viertaktdieselmotoren zeigen, im wesentlichen dadurch, dass die Freilaufeinrichtung am oberen Ende des Gehäusedeckels 4 untergebracht ist. Wie bei der Variante gemäß den Figuren 7 bis 9 ist das Axialkugellager 62 über der Freilaufeinrichtung angeordnet. Die Abstützung des Axialkugellagers 62 erfolgt - abweichend von den beiden vorbeschriebenen Viertaktvarianten -jedoch gegenüber dem Gehäusedeckel 4. Auch zur vorliegenden Variante sind mit allen anderen Varianten vergleichbare Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 11 zeigt die Besonderheit, dass der Sitzring 59 durch eine verzahnte Hülse 64 nach unten verlängert ist. Die verzahnte Hülse 64 trägt an ihrem Außenumfang die Außenschrägverzahnung 16; die Übertragung des Drehmoments von der Hülse 64 auf den Ventilschaft 3 erfolgt über die Konushülse 48.
Über den Gehäusedeckel 4 ist noch eine zylindrische Hülse 65 aufgezogen, welche oben mit einem Innenflansch 66 endet, um damit das Axialkugellager 62 zu fixieren und welche unten einen Außenflansch 67 für eine Schraubverbindung mit dem Gehäusedeckel 4 aufweist.

Claims

Patentansprüche
1. Ventildrehvorrichtung für Auslassventile von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Schiffsdieselmotoren, welche an einem Ventilgehäuse für die Ventilspindel (1) neben einem ersten Antriebselement zum Öffnen des Ventils und einem zweiten Antriebselement zum Schließen des Ventils angeordnet ist, mit einer Freilaufeinrichtung, die eine Drehung der Ventilspindel (1) während deren Schließbewegung oder deren Öffnungsbewegung überträgt und in der Gegenrichtung freigibt und dass zur Übertragung der Drehbewegung auf die Ventilspindel am Ventilschaft (3) der Ventilspindel (1) eine Außenschrägverzahnung (16) und an einem über die Freilaufeinrichtung abgestützten Innenring (13) die zugehörige Innenschrägverzahnung (14) vorgesehen ist, wobei die Außenschrägverzahnung (16) in axialer Richtung wenigstens der Länge des Öffnungshubs der Ventilspindel (1) zuzüglich der Mindesteingriffslänge der Schrägverzahnung entspricht . dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (13) auf einem Axialkugellager (62) innerhalb einer Ausdrehung eines Gehäusedeckels (4) des Ventilgehäuses (2) gelagert ist und an seinem Außenumfang eine Ratschenverzahnung (57) aufweist, die mit Ratschenelementen (41) der Freilaufeinrichtung zusammenwirkt .
2. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass exne Ringscheibe (38) der Freilaufeinrichtung vorgesehen ist, in deren Innenumfang die Ratschenelemente (41) jeweils federbelastet gelagert sind und dass die Ringscheibe (38) mit dem Axialkugellager (62) am Gehausedeckel (4) befestigt ist.
3. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschragverzahnung (16) direkt an den Ventilschaft (3) angeformt ist.
4. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschragverzahnung (16) auf einer hohlzylindrischen Hülse (23) ausgebildet ist, welche durch Aufschrumpfen mit ihrem Innenumfang auf einem entsprechenden Sitz des Ventilschafts (3) befestigt ist.
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