DE2440359A1

DE2440359A1 - Ventilbetaetigung fuer kolbenmaschinen

Info

Publication number: DE2440359A1
Application number: DE2440359A
Authority: DE
Inventors: Helmut Cieslik; Gerhard Ing Grad Lentz; Ewald Ing Grad Wolf
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1974-08-23
Filing date: 1974-08-23
Publication date: 1976-03-04

Description

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Kennwort: Ventilbetätigung 244U359

Erfinder: H. Cieslik/G. Lentζ/Ξ. Wolf

Ventilbetätigung für Kolbenmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Ventilbetätigung für Kolbenmaschinen, bestehend aus Stößel und Kipphebel.

Die übliche Ventilbetätigung für Kolbenmaschinen erfolgt durch Nocken, die die Einlaß-und Auslaßventile betätigen. Zwischen Nocken und Ventilen können Stößelstangen und Kipphebel angeordnet sein. Gelegentlich erfolgt die Ventilbetätigung auch durch Exzenter mit Wälzhebeln oder Gleit-und Rollenschwingen. Bei der Ventilbetätigung durch Stößel und Kipphebel ist eine Schmierung erforderlich, da an der Berührungsstelle von Stößel und Kipphebel einerseits und Kipphebel und Ventil andererseits eine Gleitbewegung mit großer Flächenpressung auftritt. Diese Gleitbewegung ergibt sich, weil die Auf- und Abwärtsbewegung des Kipphebels im Bereich des Stößels und des Ventils auf einer Kreisbahn erfolgt, während der Stößel und das Ventil gradlinig geführt werden.

Nicht bei allen Kolbenmaschinen ist eine Schmierung möglich. So können Kolbenexpansionsmaschinen für tiefkalte Gase, beispielsweise Helium, nicht geschmiert werden, weil das Schmieröl gefrieren würde. Man hat deshalb den Stößel und den Ventilschaft im Kipphebel in Trockenlaufbüchsen in Form von Kugelkalotten geführt und ein verhältnismäßig großes Spiel in der Kugelkalotte vorgesehen. Trotzdem konnte auf diese Weise nicht verhindert werden, daß auf die Führungen von Stößel und Ventilschaft durch Transversalschwingungen und axiales Spiel seitliche Kräfte einwirken, so daß sowohl die Führungen als auch die Trockenlaufbuchsen schnell verschleissen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilbetätigung für Kolbenmaschinen, bestehend aus Stößel und Kipp-

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hebel, zu schaffen, die eine nahezu senkrechte Krafteinleitung vom Kipphebel auf den Stößel und auf den Ventilschaft gestattet, ohne daß es zu einer gleitenden Reibung mit Linienberührung an der Verbindungsstelle von Stößel und Kipphebel bzw. Ventilschaft und Kipphebel kommt.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Stößel und der Schaft des Ventils im Kipphebel in je einem Gelenk gelagert sind und die Verbindung zwischen Stößel und Gelenk bzw. Ventilschaft und Gelenk aus einem Stab besteht, der im Bereich des Gelenks senkrecht zu seiner Achse elastisch verformbar ist.

Die Gelenke werden zweckmäßig als Trockenlaufbüchsen aus-, geführt. Wegen der großen Berührungsfläche im Gelenk ergibt sich eine niedrige Flächenpressung, die keine Schmierung erforderlich macht. Wenn dagegen der Stößel und der Ventilschaft auf dem Kipphebel gleiten, ergibt sich keine Flächenberührung, sondern nur eine Lin±en-oder Punktbe rührung. Entsprechend groß ist die Druckbelastung und eine Schmierung ist unumgänglich. Die Gelenkachse bewegt sich auf einer vom Kipphebel beschriebenen Kreisbahn. Der Stößel und der Ventilschaft können diese Bewegung mitvollziehen, da das im Gelenk gelagerte Endstück des Stössels bzw. des Ventilschafts senkrecht zur Bewegungsrichtung von Stößel und Ventilschaft elastisch verformt werden kann. Zu diesem Zweck ist das Ende des Stößels und des Ventilschafts als elastischer Stab ausgeführt. Als Material für den elastischen Stab dient vorzugweise Federstahl.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dann, wenn der Stab auf mindestens der Hälfte seiner Länge vom Ventilschaft bzw. vom Stößel umgeben und is diesem Bereich senkrecht zu seiner Achse elastisch verformbar ist. Wenn der Stößel und der Ventilschaft in diesem Fall im Bereich des Stabes im Ventilgehäuse geführt wird, ergeben sich praktisch vernachlässigbar geringe seitliche Lagerkräfte auf die Führungen von Stößel und Ventilschaft.

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Die Erfindung ermöglicht eine nahezu exakte senkrechte FUhrung von Stößel und Ventil bei denkbar geringstem Verschleiß sowohl in den Führungen von Stößel und Ventil als auch in den Angriffspunkten von Stößel und Ventil am Kipphebel. Beim Stößel bewirkt die senkrechte Führung, daß keine Schwingungen auftreten und die Pakkungen dicht bleiben. Beim Ventil bewirkt die senkrechte Führung eine exaktere Ventilführung, wodurch das Ventil besser abdichtet. Hierdurch wird dar Wirkungsgrad erhöht. Der Verschleiß wird wesentlich herabgesetzt, was identisch mit einer geringeren Wärmeerzeugung durch Reibung ist. Dies ist insbesondere für Kolbenexpansionsmaschinen für tiefkalte Gase von großem Vorteil, da bei diesen Maschinen jede im kalten Teil durch Reibung erzeugte Wärme den Wirkungsgrad erheblich beeinträchtigt.

Eine Ventilbetätigung ohne die genannten Nachteile ließe sich auch mit einem zusätzlichen Gelenk zwischen Stößel bzw. Ventilschaft und Kipphebel verwirklichen. Dies hätte aber verschiedene Nachteile, nämlich größere bewegte Massen, dadurch größere Massenkräfte und mehr Reibung. Bei Kolbenexpansionsmaschinen für tiefkalte Gase würden außerdem die Abkühl- und Anwärmzeiten verlängert.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt.

In der Zeichnung ist der Zylinderkopf einer Kolbenexpansionsmaschine für Helium dargestellt. Der Schnitt ist durch das Einlaßventil mit zugehörigem Kipphebel und Stößel gelegt, die Ausführung des nicht dargestellten Auslaßventils unterscheidet sich hiervon nicht wesentlich. Abgebrochen dargestellt ist der Zylinder 1 und der Kolben 2. Auf dem Zylinder 1 ist mit Schrauben 3 der Zylinderkopf h befestigt. Durch Schrauben 5 ist auf dem Zylinderkopf 4 das Ventilgehäuse 6 befestigt. Auf dem Ventilgehäuse 6 befindet sich der Ventilgehäusedeckel 7. Im Ventilgehäuse 6 ist der Kipphebel 8 drehbar gelagert.-Der Kipphebel 8 wird durch den Stößel 9 gedreht, der

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seinerseits durch einen nicht dargestellten Nockenantrieb betätigt wird. Der Stößel 9 ist im Kipphebel 8 in einer Trockenlaufbuchse 10 gelenkig gelagert. Erfindungsgemäß ist die Verbindung zwischen dem Stößel 9 und der Trockenlaufbuohse 10 ein Stab 11 aus Federstahl, der im Bereich der Trockenlaufbuohse 10 elastisch aus seiner Ruhelage gebogen werden kann. Zu diesem Zweck ist der Stab 11 so in ein Führungsstück 12 gesetzt, daß zwischen dem Stab 11 und dem FUhrungsstück ein Ringkanal 13 verbleibt, in welchem der Stab 11 sich senkrecht zu seiner Achse verbiegen kann. Das FiüirungsstUck 12 ist an den Stößel 9 angeschweißt und gleitet in einer Lagerbuchse 14. Die Lagerbuchse 14 selbst befindet sich im Stößelsitz 15, der in das Ventilgehäuse 6 eingeschraubt ist.

Auch der Ventilschaft.16 ist über einen Stab 17 aus Federstahl in einer Trockenlaufbuchse 18 im Kipphebel 8 erfindungsgemäß gelagert. Der Stab 17 ist auf dem größten Teil seiner Länge vom Ventilschaft 16 unter Ausbildung eines Ringkanals I9 umgeben. Der Ventilschaft 16 gleitet in einer Lagerbuchse 20, die ihrerseits in den Ventilsitz 21 eingepreßt ist. Der Ventilsitz 21 selbst ist in den Zylinderkopf 4 eingesetzt. In bekannter Weise wird das Ventil 22 durch eine auf den Federteller 235 wirkende Feder 24 geschlossengehalten und kann nur geöffnet werden, wenn der Stößel 9 den Kipphebel 8 gegen die Feder 24 dreht,

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Achsen der Trockenlaufbuchsen 10 und 18 bei Drehung des Kipphebels 8 auf einer Kreisbahn geführt werden. In diesen Achsen sind auch die elastischen Stäbe 11 und 17 befestigt, so daß diese bei Drehung des Kipphebels 8 aus ihrer Mittelage gebogen werden. Die Stäbe 11 und 17 können diese Bewegung ausführen, da sie aus elastischem Material sind und die Ringkanäle 13 und I9 genug Platz für diese Bewegung bieten. Die Stäbe 11 und 17 sind mit dem FUhrungsstück 12 bzw, dem Ventilschaft 16 starr verbunden. Da diese starre Verbindung jeweils am unteren, vom Kipphebel 8

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abgewandten Ende der Lagerbuchsen 13 bzw. 20 vorgesehen ist, ergibt sich nur eine praktisch vernachlässigbar
kleine Kraftkomponente senkrecht auf die Lagerbuchsen
13 und 20 beim Verbiegen der Stäbe 11 und 17. Es ergibt sich somit eine äußerst verschleißarme Führung des Stössels 9 und des Ventils 22. Gleichzeitig ist es möglich, den Stössel 9 und den Ventilschaft 16 über die zugehörigen Stäbe 11 und 17 in den Trockenlaufbüchsen 10 und 18 exakt gelenkig zu lagern, ohne daß ein übermäßig großes Spiel vorgesehen werden muß. Die gesamte Ventilbetätigung erfolgt dadurch genauer, was eine Verbesserung des Wirkungsgrades zur Folge hat.

Die erfindungsgemäße Ventilbetätigung ist vor allem für Kolbenexpansionsmaschinen geeignet, bei denen ein ölfreier Betrieb notwendig ist. Es ist jedoch ohne weiteres zu erkennen, daß die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist, sondern bei allen Arten von Kolbenmaschinen angewendet werden kann.

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Claims

ANSPRUCH

1. Ventilbetätigung für Kolbenmaschinen, bestehend ■■-■■■ aus Stößel und Kipphebel, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (9) und der Schaft (16) des Ventils im Kipphebel in je einem Gelenk (10;18) gelagert sind und die Verbindung zwischen Stößel (9) und Gelenk (10) bzw. Ventilschaft (16) und Gelenk (18) aus einem Stab besteht, der im Bereich des Gelenks senkrecht zu seiner Achse elastisch verformbar ist.

2. Ventilbetätigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab aus Federstahl besteht.

3. Ventilbetätigung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab auf mindestens der Hälfte seiner Länge vom Ventilschaft bzw. vom Stößel umgeben und in diesem Bereich senkrecht zu seiner Achse elastisch verformbar ist.

4. Ventilbetätigung nach Anspruch ;ί, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft und der Stößel im Bereich des Stabes geführt sind.

06. 08. 1974
Ba/Lg

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