DE102006056486A1

DE102006056486A1 - Einrichtung zur Verbindung einer Ventilfeder mit einem Gaswechselventil einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102006056486A1
Application number: DE200610056486
Authority: DE
Inventors: Bastian Dipl.-Ing. Volpert
Original assignee: Entec Consulting GmbH
Current assignee: Entec Consulting GmbH
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2026-12-01
Also published as: DE102006056486B4

Abstract

Um eine Einrichtung zur Verbindung einer Ventilfeder mit einem Gaswechselventil einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, mittels der eine drehbare Rückstellfederbetätigung eines Gaswechselventils und gleichzeitig eine sehr kompakte Kraftübertragung zwischen einem Gaswechselventil und einer Ventilfeder erhalten wird und die an der Verbindungsstelle zwischen Ventilfeder und Gaswechselventil eine möglichst geringe Masse aufweist, wird vorgeschlagen, dass eine Einrichtung mindestens zwei symmetrisch unterschiedlich ausgebildete Mehrrillenverbindungselemente (5a, 5b) und eine letzte, möglichst eng gewickelte Windung (6) einer Ventilfeder (2) umfasst, wobei die Mehrrillenverbindungselemente (5a, 5b) mit ihrer jeweils rillenförmig ausgebildeten Seite (7) an einem oberen Ventilende (8) in Nuten (9) eines Ventilschaftes (3) positioniert sind, wobei die Ventilfeder (2) sich mit einem Ende (10) an einem Zylinderkopf (4) und mit einem anderen sich im Federdurchmesser verengenden Ende (11) mit der letzten Federwindung (13) an einer Kontaktfläche (12) des jeweiligen Mehrrillenverbindungselementes (5a, 5b) abstützt und wobei die Kontaktfläche (12) zwischen der letzten Ventilfederwindung (13) und den Mehrrillenverbindungselementen (5a, 5b) eine gleichgerichtet spiralförmig ansteigende Stütztkontur (14) zur Einrastung der letzten Ventilfederwindung (13) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verbindung einer Ventilfeder mit einem Gaswechselventil einer Verbrennungskraftmaschine zur Schaffung einer lösbaren Verbindung zwischen einem Gaswechselventil und einer Ventilfeder, die zum Rückstellen oder Schließen von geöffneten Gaswechselventilen vorgesehen ist. Bekannt sind Verbrennungskraftmaschinen mit Ventiltrieben, bei denen eine Verbindung zwischen Ventilfeder und Gaswechselventil mittels Federtellern und Federkeilen vorgesehen ist, wobei die Ventilfeder über den Federteller und die Federkeile am Ventilschaft eines Gaswechselventils befestigt wird. Nachteilig bei diesen bekannten Ventilfederverbindungen ist, dass drei zusätzliche Bauteile zwischen die Ventilfeder und das Gaswechselventil geschaltet sind, die ebenfalls wie die Ventilfeder einem Verschleiß ausgesetzt sind. In der DE 698 00 693 T2 wird eine Ventilfeder für einen Verbrennungsmotor beschrieben, die eine nach oben zulaufende Schraubenfeder umfasst, wobei die obere Oberfläche der Schraubenfeder nicht abgeflacht ist und sich das Aufnahmeende der Schraubenfeder in tangentialer Richtung, entgegengesetzt der Mittelachse der Schraubenfeder erstreckt, um einer Abnutzung der Aufnahme vorzubeugen. Aus US 1 930 894 ist eine Klemmverbindung bekannt, die über den Schaft eines Gaswechselventils geschoben wird und anschließend aufgrund der Federkräfte einrastet. Aus GB 229 669A ist ferner eine Klemmverbindung bekannt, die mittels einer Nut und eines Außenkonus die Verbindung zwischen Gaswechselventil und Ventilfeder herstellt.
Des weiteren wird in JP 10196325A eine zweigeteilte Verbindung beschrieben, die mittels eines Absatzes eine Verbindung herstellt. All diesen Verbindungen ist gemeinsam, dass sie mittels Keilen und deren Wirkung das Gaswechselventil radial festklemmen und eine axiale Drehung des Gaswechselventils verhindern.
Aus US 4 590 900 ist eine nicht drehbare Klemmverbindung bekannt, die mit zwei symmetrischen Blechumformteilen mit konstanter Dicke die Verbindung zwischen Ventilfeder und Ventil durch einen Formschluss in einer einrilligen Nut vorsehen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur Verbindung einer Ventilfederfeder mit einem Gaswechselventil einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, mittels der eine drehbare Rückstellfederbetätigung eines Gaswechselventils und gleichzeitig eine sehr kompakte Kraftübertragung zwischen einem Gaswechselventil und einer Ventilfeder erhalten wird, wobei die Verbindungsstelle zwischen Ventilfeder und Gaswechselventil eine möglichst geringe Masse aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1, indem die Einrichtung mindestens zwei symmetrisch unterschiedlich ausgebildete Mehrrillenverbindungselemente und eine letzte, möglichst eng gewickelte Windung einer Ventilfeder umfasst, wobei die Mehrrillenverbindungselemente mit ihren jeweils rillenförmig ausgebildeten Seiten an einem oberen Ventilende in Nuten eines Ventilschaftes positioniert sind, wobei die Ventilfeder sich mit einem Ende an einem Zylinderkopf und mit einem anderen, sich im Federdurchmesser verengenden Ende mit einem Teil der letzten Federwindung an einer Kontaktfläche des jeweiligen Mehrrillenverbindungselementes abstützt, wobei die Kontaktfläche zwischen der letzten Federwindung und dem entsprechenden Mehrrillenverbindungselement gleichgerichtet spiralförmig ansteigend mit einer Stützkontur zur Einrastung der letzten Federwindung ausgebildet ist, und wobei durch den letzten Teil der anliegenden Federwindung die Mehrrillenverbindungselemente gegenseitig radial vorgespannt zusammengepresst gehalten sind.
Durch diese Befestigung einer Ventilfeder an einem Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors wird die Anzahl der benötigten Bauteile für die Kraftübertragung reduziert und zusätzlich ein Ventiltrieb mit einer deutlich reduzierten bewegten Masse erhalten. Des Weiteren wird eine Einbaumaßreduzierung dadurch erreicht, dass die Ventilfeder das Mehrrillenverbindungselement umschlingt und der Teil oberhalb der Ventilfeder deutlich kleiner ausfällt als bei bisherigen Ventil-Feder-Verbindungen. Das Gaswechselventil kann in seiner Länge im oberen Bereich bei gleicher Führungslänge im Zylinderkopf reduziert werden. Damit kann auch der Zylinderkopf kompakter ausfallen, da die Steuerungsorgane, wie Nockenwelle oder Schlepphebel näher an das Ventilende gebracht werden können. Außerdem entfällt das Anschleifen der oberen Federwindung und es entsteht ein deutlicher Kostenvorteil. Eine weitere Kostenreduzierung entsteht durch den Wegfall des üblicherweise an Verbrennungsmotoren eingesetzten Ventilfedertellers, der bei der vorgeschlagen Erfindung entfällt. Nur mit der oben beschriebenen Erfindung ist es erst möglich, den Umschlingungswinkel am oberen Federende zu vergrößern und die Ventilfeder oben noch enger zu wickeln. Durch diese nahezu komplette Umschlingung des Ventils an der oberen Verbindung mit der letzten Federwindung resultieren weniger Querkräfte auf den Ventilschaft als bei bisher bekannten Ausführungen.
Der Wegfall der Konusverbindung, wie bei bisher bekannten Ausführungen zur Verbindung zwischen Ventilfeder und Ventil üblich, führt weiterhin zu einer günstigeren Toleranzsituation. Das Ventilfedereinbaumaß ist genauer einzustellen. Durch eine begünstigte Gesamttoleranzsituation zwischen Ventilfeder und Gaswechselventil kann die Auslegung des Ventiltriebs genauer erfolgen. Das dynamische Verhalten des Ventiltriebs verbessert sich deutlich, da aufgrund der geringeren Streuungen von Toleranzen an der Verbindungsstelle zwischen Gaswechselventil und Ventilfeder der Ventiltrieb für höhere Drehzahlen ausgelegt werden kann. Ferner kann durch die begünstigte Toleranzsituation das gesamte Einbaumaß im Zylinderkopf reduziert werden. Durch die bessere Ventiltriebsdynamik und der gleichzeitig reduzierten Masse bringt die Erfindung deutliche Vorteile bei Ventiltrieben, die zur Veränderung von Ventilhub und Ventilöffnungszeiten zusätzliche Komponenten über dem Gaswechselventil einsetzten. Hierbei wirkt besonders der in der Breite der Verbindungsstelle zwischen Gaswechselventil und Ventilfeder reduzierte Platzbedarf. Der zusätzlich gewonnene Raum ist bei variablen Ventiltrieben von Vorteil, da an diesen Stellen oft die zusätzlichen Komponenten sehr eng am Ventilende vorgesehen sind.
Es entsteht damit eine Verbindung, bei der sich die Gaswechselventile um ihre eigene Achse drehen können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung im Schnitt;
2 die Einrichtung in isometrischen Darstellung in Draufsicht;
3 eine Seitenansicht der Einrichtung mit Stützkontur;
4 eine Seitenansicht der Einrichtung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der Stützkontur;
5 einen Schnitt der Einrichtung in Seitenansicht;
6 einen Schnitt der Einrichtung in Draufsicht.
1 bis 6 zeigen das Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Verbindung einer Ventilfeder 2 mit einem Gaswechselventil 1 einer Verbrennungskraftmaschine. Die Einrichtung besteht dabei aus mindestens zwei symmetrisch unterschiedlich ausgebildeten Mehrrillenverbindungselementen 5a, 5b und einer letzten, möglichst eng gewickelten Federwindung 6 der Ventilfeder 2, wobei die Mehrrillenverbindungselemente 5a, 5b mit ihrer jeweils rillenförmig ausgebildeten Seite 7 an einem oberen Ventilende 8 in Nuten 9 eines Ventilschaftes 3 positioniert sind. Durch diese unsymmetrische Ausbildung der Mehrrillenverbindungselemente 5a, 5b wird eine Drehbewegung, die beim axialen Zusammendrücken der Ventilfeder 2 entsteht, auf die Mehrrillenverbindungselemente 5a, 5b übertragen und damit durch Reibung auf das Gaswechselventil 1. Die Ventilfeder 2 stützt sich mit einem freien Ende 10 an einem Zylinderkopf 4 und mit einem anderen, sich im Federdurchmesser verengenden Ende 11 mit einem Teil einer letzten Federwindung 13 an einer Kontaktfläche 12 des jeweiligen Mehrrillenverbindungselementes 5a, 5b ab. Die Kontaktfläche 12 zwischen der letzten Federwindung 13 und den Mehrrillenverbindungselementen 5a, 5b ist mit einer gleichgerichtet spiralförmig ansteigenden Stützkontur 14 zur Einrastung der letzten Windung 6 ausgebildet, so dass durch den letzten Teil der anliegenden Federwindung 13 die Mehrrillenverbindungselemente 5a, 5b gegenseitig radial vorgespannt zusammengepresst gehalten sind. Diese radiale Vorspannung wird einerseits dadurch erreicht, dass der Durchmesser der letzten Federwindung 13 so gestaltet ist, dass eine radiale Vorspannung auf die Mehrrillenverbindungselemente 5a, 5b erfolgen kann, und anderseits wird diese Vorspannung durch die federnde Wirkung der offenen letzten Federwindung 6 erreicht. 5 zeigt insbesondere im Detail die Ausbildung der Mehrrillenverbindungselemente 5a, 5b, die vorzugsweise drei Rillen 15 zur Positionierung zum Ventilschaft 3 hin aufweisen. Der Abstand von einer oberen Abschlusskante 16 und einer unteren Abschlusskante 17 zu den jeweiligen Rillen 13 der einzelnen Mehrrillenverbindungselemente 5a, 5b ist vorzugsweise unterschiedlich vorgesehen. Die Stützkontur 14 zur Einrastung der letzten Federwindung 13 der Ventilfeder 2 ist entweder über den kompletten Verlauf der Kontaktfläche 12 spiralförmig ansteigend oder nur punktuell an der Kontaktfläche 12 ausgebildet. Gemäß 5 und 2 stützen sich die Mehrrillenverbindungselemente 5a, 5b mit ihren jeweils rillenförmig ausgebildeten Seiten 7 derart über die Vorspannung der letzten Federwindung 13 gegenseitig ab, dass zwischen den Rillen 15 und den Nuten 9 im Ventilschaft 3 ein Spiel 18 entsteht, und sich das Gaswechselventil 1 in den Mehrrillenverbindungselementen 5a, 5b frei drehen kann. Die letzte gewickelte Federwindung 6 weist vorteilhaft einen kreisrunden Querschnitt 19 auf und ist nicht angeschliffen. Weiterhin kann die Ventilfeder 2 im Bereich des ersten freien Endes 10 der Ventilfeder 2 einen sich verändernden Drahtdurchmesser und eine sich verändernde Federsteigung der Windungen zum ersten freien Ende 10 hin aufweisen. Die Mehrrillenverbindungselemente 5a, 5b weisen zusätzlich insbesondere eine variierende Wandstärke auf.

1: Gaswechselventil
2: Ventilfeder
3: Ventilschaft
4: Zylinderkopf
5a, 5b: Mehrrillenverbindungselement
6: letzte eng gewickelte Windung
7: rillenförmig ausgebildete Seite
8: oberes Ventilende
9: Nuten
10: freies Ende der Ventilfeder
11: verengendes Ende
12: Kontaktfläche
13: letzte Ventilfederwindung
14: Stützkontur
15: Rillen
16: obere Abschlusskante
17: untere Abschlusskante
18: Spiel
19: kreisrunder Querschnitt

Claims

Einrichtung zur Verbindung einer Ventilfeder mit einem Gaswechselventil einer Verbrennungskraftmaschine zur Schaffung einer lösbaren Verbindung zwischen dem Gaswechselventil und der Ventilfeder, die zum Rückstellen oder Schließen von geöffneten Gaswechselventilen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet dass eine Einrichtung mindestens zwei unterschiedlich ausgebildete Mehrrillenverbindungselemente (5a, 5b) und eine letzte, möglichst eng gewickelte Windung (6) einer Ventilfeder (2) umfasst, wobei die Mehrrillenverbindungselemente (5a, 5b) mit ihrer jeweils rillenförmig ausgebildeten Seite (7) an einem oberen Ventilende (8) in Nuten (9) eines Ventilschaftes (3) positioniert sind, wobei die Ventilfeder (2) sich mit einem Ende (10) an einem Zylinderkopf (4) und mit einem anderen sich im Federdurchmesser verengenden Ende (11) mit einem Teil einer letzten Federwindung (13) an einer Kontaktfläche (12) des jeweiligen Mehrrillenverbindungselementes (5a, 5b) abstützt, und wobei die Kontaktfläche (12) zwischen der letzten Ventilfederwindung (13) und den Mehrrillenverbindungselementen (5a, 5b) gleichgerichtet spiralförmig ansteigend mit einer Stützkontur (14) zur Einrastung der letzten Ventilfederwindung (13) ausgebildet ist, und wobei durch einen letzten Teil der anliegenden letzten Ventilfederwindung (13) die Mehrrillenverbindungselemente (5a, 5b) gegenseitig radial vorgespannt zusammengepresst gehalten sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrrillenverbindungselemente (5a, 5b) insbesondere drei Rillen (15) zur Positionierung zum Ventilschaft (3) hin aufweisen.
Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Mehrrillenverbindungselementen (5a, 5b) der Einrichtung der Abstand von einer oberen Abschlusskante (16) zu den jeweiligen Rillen (15) vorzugsweise unterschiedlich vorgesehen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Mehrrillenverbindungselementen (5a, 5b) der Einrichtung der Abstand von einer unteren Abschlusskante (17) zu den jeweiligen Rillen (15) vorzugsweise unterschiedlich vorgesehen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den Mehrrillenverbindungselementen (5a, 5b) die Stützkontur (14) zur Einrastung der letzten Federwindung (13) über den kompletten Verlauf der spiralförmig ansteigenden Kontaktfläche (12) verläuft.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den Mehrrillenverbindungselementen (5a, 5b) die Stützkontur (14) zur Einrastung einer letzten Federwindung (18) nur punktuell an der Kontaktfläche (12) ausgebildet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrrillenverbindungselemente (5a, 5b) mit ihren jeweils rillenförmig ausgebildeten Seiten (7) derart über die Vorspannung der letzten Federwindung (13) sich gegenseitig abstützen, dass zwischen den Rillen (15) und dem Ventilschaft (3) ein Spiel (18) entsteht.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die letzte Federwindung (13) einen kreisrunden Querschnitt (19) aufweist und nicht angeschliffen ausgebildet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (2) im Bereich des verengenden Endes (11) einen sich verändernden Drahtdurchmesser und eine sich verändernde Federsteigung der Windungen zum verengenden Ende (11) hin aufweist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrrillenverbindungselemente (5a, 5b) eine variierende Wandstärke aufweisen.