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Ventilmechanismus.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen, insbesondere
zum Andern der Ventilöffnungszeiten von mit axial verschiebbaren Nockenwellen ausgestatteten
Ventilmechanismen sowie solche Ventilmechanismen selbst und bezweckt die Verbesserung
der bisher angewandten Einstellungsverfahren bzw. der Ventilsysteme als Ganzes.
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Die OffnungszcSten von Motorventilen legen den jeweils zweckmäßigen
Betriebs-Drehzahl bereich sowie die Motorleistung fest. Wenn die O£fnungszeiten
der Ventile kurz sind, liefert der Motor in der Regel das höchste Drehmoment in
einem verhältnismäßig niedrigen Drehgah}bereich. Der Motor läuft gut an und arbeitet
äußerst gleichmäßig, d.h. er ist sehr elastisch, sowie im allgemeinen besonders
wirtschaftsich. Dagegen erzielt man bei langen Öffnungszeiten der Ventile und bei
großer Hubhöhe die größtmögliche Leistung.
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Dann ist der Motor nicht sonderlich wirtschaftlich, er läuft schlecht
an und ist nicht elastisch. Die Leerlaufdrehzahl muß verhältnismäßig hoch eingestellt
werden, damit der Motor zuverlässig läuft.
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Aus dem Vorstehenden erkennt man, daß es besondere Betriebsumstände
gibt, die fflr kurze Ventilöffnungszeiten sprechen, sowie auch solche die lange
Öffnungszeiten empfehlenswert machen. Hieraus ergibt sich das BedUrfnis, die Öffnungszeiten
zu verändern. Ist es jedoch erforderlich, einen langsamlaufenden Motor schneller
laufend zu machen, so muß man in der Regel in den Motor eine neue Nockenwelle einsetzen,
welche die Ventile für längere Zeit öffnet sowie ihre Hubhöhe vergrößert. Solches
Auswechseln der Nockenwelle
ist selbstverständlich eine kostspielige
Maßnahme. Daraus ergeben sich zwei Wege: Falls der Motor einen weiten Drehzahlbereich
hat, muß man bei der Festlegung der Ventilöffnungszeiten einen Kompromiß achließen;
damit ergeben sich allerdings nicht die günstigsten Öffnungszeiten im Hinblick auf
den gesamten Drehzahlbereich. Die Offnungszeiten sowie die Hubhöhen bestimmen sich
aus der Form der Nocke sowie aus der Form des auf die Nocke der Nockenwelle einwirkenden
Glieds und aus dem Ventilspiel. Bei zu kleinem Ventilspiel dichtet das Ventil nicht
ausreichend, und es kann sich sogar Abbrand einstellen. Ist dagegen das Ventilspiel
wesentlich größer gehalten, so wird der Ventilmechanismus start beansprucht und
entwickelt laute Geräusche, insbesondere bei schnelllaufendem Motor. Folglich muß
das Ventilspiel innerhalb vorbestimmter Grenzen gehalten werden.
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Als zweite Möglichkeit bietet sich die Anordnung einer Nockenwelle,
durch deren Verstellen die Öffnungszeiten der Ventile reguSiez erden können. Solche
Ventilmechanismen mit veränderlichen Öffnungszeiten sind z.B. aus den deutschen
Patentschriften 453 835 und 356 541 bekannt. Der Grundgedanke ist hierbei, daß die
Nockenwelle in ihrer Längsrichtung verschiebbar und die Nocken in dieser LAngsrichtung
in ihrer Form veränderlich angeordnet werden.
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Nachteile dieser bekannten Ventilsteuerungen sind, daß eine Schaltung
nur im Stillstand der Nockenwelle erfolgen kann und daß die oben erwähnten Anpassungsmöglichkeiten
an die verschiedenen Betriebszustände nicht erreichbar sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, diese Nachteile der bekannten Ventilmechanismen
zu beseitigen und ein Arbeitsverfahren für Ventilmechanismen zu schaffen, welches
man universell einsetzen kann. Das geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß das Einstellen
bzw. das Andern der Ventilöffnungszeiten stufenlos bei laufender Maschine unter
Konstanthalten
des Ventilspiels erfolgt. Die Vorteile dieses Verfahrens liegen auf der Hand denn
man erkennt ohne weiteres, wie zweckmäßig es ist, die Nockenwelle nicht anhalten
zu müssen, um eine Schaltung vorzunehmen. Die Xnderung der Öffnungszeiten bei laufender
Maschine kann, je nach den Gegebenheiten, vorzugsweise mechanisch, von Hand oder
mittels Regler durchgeführt werden. Sie kann weiter auch in Abhangigkeit von Treibstoff-
oder Traibstoffgemischmenge erfolgen, d.h. der jeweilige Betriebszustand des Aggregats
nimmt eine automatische Regelung der Ventilstellung vor, Durch die Berücksichtigung
der Menge des zugeführten Treibstoffes bzw. Treibstoffgemisches als auch durch Berücksichtigung
der Motordrehzahl beim Verschieben der Nockenwelle erzielt man außerdem verhältnismäßig
günstige Ventilöffnungszeiten über der gesamten Drehzahlbereich des Motors.
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In konstruktiver Hinsicht wird die der Erfindung zugrunde liegende
Aufgabe durch einen Ventilmechanismus mit axial verschiebbarer Nockenwelle zur Änderung
der Ventilöffnungszeiten dadurch gelöst, daß auf der Nockenwelle Grundfiachen in
Form von koaxialen Zylindern angeordnet sind, auf denen konische Form aufweisende
Nocken sitzen. Damit wird in einwandfreier Weise die stufenlose Veränderung der
Ventilöffnungszeiten sowie der Hubhöhe ohne irgendeine Veränderung des Ventilspiels
erzielt. Be einer Drehung der Nockenwelle um ihre tAngsachse ist bei der konischen
Ausbildung der Nocken das Zeit intervall baw, der Drehwinkel zwischen dem Anfangs-
und den Endzeitpunkt im niedrigeren Teil der Nocke kleiner als im oberen Nockenteil.
Dadurch, daß ein wasentlicher Teil der Nockenanordnung auf der Nockenwelle ylindrische
Form besitzt, Andern sich bei axialer Verschiebung der Nockenwelle eben nur Anfangs-
und Endzeitpunkt des Ventilhub@s.
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Um eine Möglichkeit zur Einstellung der Ventilöffnungs zeit Null
vorzusehen, erstrecken sich zweckmäßig die zylindrischen Grundflächen in axialer
Richtung geringfügig über den niedrigsten Teil der konischen Nocken hinaus.
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Die Auslenkungen der Nockenwelle werden bei solchen Mechanismen üblicherweise
von einem Zwischenglied auf das Ventil übertragen, welches eine nockenseitige Anlagefläche
besitzt und vorzugsweise in Form eines zweiarmigen Hebels ausgebildet ist. Um nun
das Zusammenwirken zwischen der nockenseitigen Anlage fläche und der Nocke selbst
einwandfrei zu gestalten, ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsform
der Erfindung vorgesehen, daß die Anlagefläche des Zwischengliedes zweiteilig ausgebildet
ist, wobei eine der beiden Teilflächen als gerade, der Zylinderfläche parallele
ebene Fläche ausgebildet ist, während die andere Teilfläche eine der Konizität der
Nocken angepaßte @bene Sohrägfiache bildet. Dadurch sind die gegeneinander anliegenden
Flächen linienförmig und nicht mehr, wie bei den bekannten Anordnungen, punktförmig,
wodurch man erfindungsgemäß eine wesentliche Erhöhung der Lebensdauer des Ventilmechanismus
erreicht.
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Um eine Laufrichtungsänderung der Maschine ohne Schwierigkeiten bewirken
zu können, ist nach einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung vorgesahen,
daß auf der Nockenwelle nebeneinander zwei gleiche Nocken auf zylindrischen Grundflächen
angeordnet sind, wobei die niedrigen Enden der Nockenkonen einander zugewandt sind
und sich zwischen diesen beiden Enden ein mindestens der Breite der parallelen ebenen
Fläche des Zwischengliedes entsprechende Teil der Zylinderfläche befindet Zum Zwecke
des Spülens oder des Ausblasen der Zylinder von Dampfmaschinen oder Motoren
ist
es erforderlich, die Ventile für längere Zeit offen zu halten. Dieses Ziel wird
durch eine weitere bevorzugte Ausbildungsform der Erfindung dadurch erreicht, daß
auf der Nockenwelle oder auf der Zylinderfläche seitlich der Nocke oder zwischen
zwei Nocken ein Ring mit einen den Zylinderdürchmesser übersteigenden Durchmesser
angeordnet ist. Man kann bei einer solchen Anordnung einen kleineren Anlaßmotor
vorsehen, da in einer Stellung der Nockenwelle, in der der Ring mit dem Zwischenglied
in Wirkverbindung steht, keine Kompression eintritt.
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Die Verwendung des erfindungsgemäßen Ventilmechanismus kann zweckmäßig
in Motoren, Dampfmaschinen oder allen sonstigen ventilgesteuerten Aggregaten erfolgen.
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Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung
schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele naher erläutert; es zeigen Fig. 1
den Ventilmechanismus im Schnitt Fig. 2 eine Draufsicht der Fig. 1* Fig. 3 den längs
der Linie ZTI-III in Fig. 1 geführten Schnitt, Fig. * und 5 Darstellungen wie Fig.
3, jedoch in verschiedenen Regulierstellungen, Fig. 6 einen mit doppelten Nocken
versehenen Ventilmechanismus und Fig. 7 einen mit Spülring versehenen Ventilmechanismus.
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In den Figuren erkennt man eine Nockenwelle 1, auf der sich Grundflächen
1b in Form von koaxialen Zylindern befinden. Auf diesen koaxialen Zylindern wiederum
sitzen die Nocken 1a, welche eine konisch Form aufweisen. Wie man aus den Figuren
3 bis 5 erkennt, erstrecken sich die zylindrischon
Grundflächen
1b in axialer Richtung geringfügig über den niedrigsten Teil der konischen Nocken
ta hinaus.
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Die Flache des auf die Nocke ia der Nockenwelle 1 ein wirkenden Zwischenglieds
2 ist zweiteilig, wobei eine Schrägfläche 2a mit der Nocke la zusammenwirkt und
ein gerader Teil 2b zeitweise bei laufendem Motor mit der zylindrischen Grundebene
1b in Wirkverbindung steht (z.B.
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Fig. 3). Das bedeutet daß die gerade Fläche 2b parallel der Zylinderfläche
1b ist, während die Schrägfläche 2a der Konizität der Nocke la angepaßt ist.
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Das Zwischenglied 2 ist als um eine Welle 3 beweglicher zweiarmiger
Hebel ausgebildet, der an seinem zweiten, dem die Flächen 2a, 2b tragenden Ara gegenüberliegenden
Ende das Ventil 4 trägt.
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Bei laufendem Motor kann die Nockenwelle 1 in ihrer Längsrichtung
verschoben werden, während das unter Ein wirkung der Nocken la stehende Zwischenglied
2 in axialer Richtung feststeht, womit sich die Länge der Ventilöffnungsseiten sowie
die Hubhöhe stufenlos bei unverändertem Ventilspiel ändern lassen, wie aus Figuren
3, 4 und S ersichtlich ist Zur änderung der Laufrichtung der Maschine können, wie
aus Fig. 6 hervorgeht, auf der Nockenwelle für jedes mit einer Nocke zusammenwirkende
Zwischenglied 2 zwei gleiche No@ken 1a nebeneinander auf zylindrischen Grundflächen
1b angeordnet sein, wobei die niedrigen Enden der Nockenkonen einander zugewandt
siend und sich zwischen diesen beiden niedrigen Enden ein mindestens der Breite
der parallelen ebenen Fläche 2b des Zwischengliedes 2 entsprechendes Teil der Zylinderfläche
befindet.
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Schließlich zeigt Fig. 7, durch ein Maß R angedeutet, einen Spülring,
durch den die Ventile zum Zwecke des Spülene oder Ausblasens offengehalten werden
können. Läuft die Anlagefläche des Zwischengliedes 2 auf diesen Spülring R auf,
so tritt selbstverständlich keine Kompression im Zylinder ein.