DE2758199C2

DE2758199C2 -

Info

Publication number: DE2758199C2
Application number: DE2758199A
Authority: DE
Inventors: James M. Euclid Ohio Us Cherrie
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1977-01-24
Filing date: 1977-12-27
Publication date: 1991-01-03
Also published as: SE433242B; JPS6035521B2; IT1092112B; GB1580096A; CA1082063A; US4154424A; FR2378175B1; IT7819384A0; JPS5393215A; DE2758199A1; FR2378175A1; SE7800788L

Description

Die Erfindung betrifft eine Dreheinrichtung für Ventile nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Dreheinrichtung für Ventile in Brennkraft maschinen und wird daher in Verbindung damit beschrieben.

Dreheinrichtungen zum Drehen der Ventile von Brennkraftma schinen sind bekannt. Solche Dreheinrichtungen umfassen einen ersten und einen zweiten Bauteil, die derart angeordnet sind, daß sie in Richtung der Längsachse des Ventils axial beweg lich und um die Längsachse des Ventils relativ drehbar zu einander sind. Einer der Bauteile besitzt Taschen, in denen in Umfangsrichtung verschiebbare Elemente angeordnet sind, die den Bauteilen in Abhängigkeit von einer Axialbewegung zueinander eine Drehbewegung mitteilen. Die verschiebbaren Elemente können als Kugeln oder als Wendeln einer in sich geschlossenen ringförmigen Schraubenfeder ausgebildet sein. Bei Verwendung einer in sich geschlossenen ringförmigen Schraubenfeder ist diese in bekannter Weise in einer bogen förmigen Nut einer der beiden Bauteile angeordnet, wobei bei einer relativen axialen Bewegung der Bauteile zueinander die Wendeln dieser Feder sich verschieben und dadurch eine Rela tivdrehung der Teile bewirken.

Eine Dreheinrichtung, die Kugeln verwendet, ist in der US-PS 37 10 768 offenbart. Die Kugeln bewegen sich hier auf einer Neigungsbahn, die den Boden einer Tasche in einem der beiden Bauteile bildet.

Eine Dreheinrichtung mit einer Schraubenfeder ist in der US-PS 28 81 745 offenbart. Bei dieser Dreheinrichtung ist zwischen den beiden Bauteilen eine Tellerfeder angeordnet, die das Hauptlastaufnahmeglied zwischen den Bauteilen dar stellt. Eine innere Randfläche der Tellerfeder liegt an einem der Bauteile an, während eine äußere Randfläche der Tellerfeder mit dem anderen Bauteil zusammenwirkt. Der mitt lere Bereich der Tellerfeder wirkt dabei unter Linienberüh rung mit dem Außenumfang des verschiebbaren Elements zusam men. Bei einer axialen Relativbewegung der Teile zueinander wird die Tellerfeder belastet und um den Umfang der Schrau benfeder herumgebogen, wodurch eine Verschiebung der Wendeln der in sich geschlossenen ringförmigen Schraubenfeder her beigeführt wird. Wenn die Bauteile der Dreheinrichtung sich axial auseinanderbewegen, wird die auf die Schraubenfeder einwirkende Kraft der Tellerfeder verringert, so daß diese in die Ausgangsposition zurückkehren können. Die Arbeit der Tellerfeder und der Schraubenfeder führt in bekannter Weise zu der Drehung des einen Bauteils der Dreheinrichtung gegen über dem anderen Bauteil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Verschleiß zwischen dem verschiebbaren Element und der ihm zugewandten Fläche der Tellerfeder zu vermindern und so die Lebensdauer der Dreheinrichtung zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird bei einer Dreheinrichtung der zuletzt ge nannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan spruchs 1 gelöst.

Die Verbesserung beruht darauf, daß zwischen der Tellerfeder und dem verschiebbaren Element im Gegensatz zu der herkömm lichen Linienberührung eine Flächenberührung besteht. Die Flächenberührung zwischen der Tellerfläche und dem dazu pas senden verschiebbaren Element verringert die Berührungsspan nungen und den Verschleiß dieses Baukomponentenpaares.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen angegeben. Das verschiebbare Element kannt auch in Form von Kugeln vorliegen.

Es folgt die Beschreibung der in den Zeichnungen dargestell ten bevorzugten Ausführungsform. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Teil-Schnittansicht einer Aus führungsform der Dreheinrichtung,

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt eines Teils der Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt der bei der Ausführung gemäß Fig. 1 verwendeten Tellerfeder und

Fig. 4 eine Teildraufsicht eines Abschnittes einer Teller feder, wie sie bei der in Fig. 1 dargestellten Aus führungsform verwendet wird.

Die Fig. 1 zeigt den Zylinderkopf 10 eines Motors mit einem zugeordneten Ventil 17. Der Schaft 16 des Ventils 17 erstreckt sich durch eine Bohrung 14 in dem Zylinderkopf 10. Der Ventil schaft 16 kann sich in der Bohrung 14 hin und her bewegen und zugleich um seine Längsachse 18 drehen. Das Ventil 17 besitzt einen Ventilteller 24, der sich bei der hin- und hergehenden Ventilbewegung zwischen einer Öffnungslage und einer Schließ lage gegenüber einem Ventilsitz 26 bewegt. Das Ventil 17 wird in Richtung seiner Längsachse 18 zwischen der Öffnungslage und der Schließlage gegenüber dem Ventilsitz 26 durch einen geeignet ausgebildeten Kipphebel 27 bewegt, der am oberen En de 28 des Ventils angreift und dieses in bekannter Weise in Richtung der Längsachse 18 bewegt.

Bei der Hin- und Herbewegung des Ventils 17 in Richtung seiner Längsachse 18 wird es zugleich um diese Längsachse durch eine Ventil-Dreheinrichtung gedreht, die generell mit 29 gekennzeich net ist. Die Ventil-Dreheinrichtung 29 umfaßt einen ersten Bauteil 30 und einen zweiten Bauteil 32, die beide den Ven tilschaft 16 umgebend angeordnet sind. Zwischen dem Bauteil 30 und dem Zylinderblock wirkt eine Spiral-Ven tilfeder 34. Der Bauteil 30 wird daher gegen eine Drehung um die Ventilachse 18 festgehalten. Der Bauteil 32 ist an dem Ventilschaft 16 befestigt bzw. an diesem festgelegt. Die Festlegung des Bauteils 32 gegenüber dem Schaft 16 erfolgt dabei sowohl in Axialrichtung als auch in Drehrichtung in an sich bekannter Weise insbesondere durch ein Befestigungselement 38.

Es versteht sich dabei, daß bei der Abwärtsbewegung des Kipp hebels 27 die Feder 34 zusammengedrückt und das Ventil 24 in die Öffnungslage überführt wird. Bei der Aufwärtsbewegung des Kipphebels 27, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, führt die Feder 34 das Ventil 24 in die Schließlage gegen den Ventil sitz 36 zurück. Die Ventilfeder 34 umfaßt eine Belastungsein richtung zur Aufbringung einer veränderlichen Belastung auf das Ventil, wobei die Belastungskräfte abwechselnd zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert ansteigen und abfallen, wenn sich das Ventil 24 zwischen der Öffnungslage und der Schließlage bewegt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schließlage ist die Ventil feder 34 auf ihre größte Länge ausgedehnt, wobei sie das Ven til nur mit einer minimalen Kraft belastet. Wenn der Kipphe bel 27 sich zum Abheben des Ventils vom Ventilsitz 26 abwärts bewegt, steigt die Kraft der Ventilfeder 34 zunehmend an, bis bei vollständig geöffnetem Ventil 17 die maximale Federkraft erreicht wird. Die Kraft der Ventilfeder 34 wirkt zugleich auch auf den Bauteil 30 der Dreheinrichtung ein und belastet diesen axial auf den zweiten Bauteil der Dreheinrichtung zu, wodurch dieser in feste Anlage an die Außenfläche des auf den Ventilschaft 16 angeordneten Befestigungselements 38 drückt.

Wie zuvor schon erwähnt worden ist, sind der erste Bauteil 30 und der zweite Bauteil 32 der Dreheinrichtung derart angeord net, daß sie gegeneinander und in bezug auf die Längsachse 18 des Ventils 17 frei verdrehbar und axial bewegbar sind. Die Bauteile 30 und 32 sind in Fig. 1 generell in der Position darge stellt, in der sie bei geschlossenem Ventil 24 in der Axial richtung am weitesten voneinander entfernt sind. Wenn sich die Bauteile in Axialrichtung aufeinander zubewegen, wird zwischen ihnen eine Drehbewegung erzeugt.

Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Relativdrehung durch das Zusammenwirken einer Tellerfeder 60 und einer in sich geschlossenen ringförmigen Schraubenfeder 54 bewirkt. Der zweite Bauteil 32 der Dreheinrichtung ist bei der darge stellten Ausführungsform mit einer Tasche 52 versehen, die die in sich geschlossene ringförmige Schraubenfeder aufnimmt. Diese ringförmige Schraubenfeder ist konventionell gestaltet und arbeitet, wie vorangehend schon erwähnt worden ist, in an sich bekannter Weise. Die ringförmige Schraubenfeder erstreckt sich in Umfangsrichtung und dem Teil 32. Die Federscheibe bzw. Tellerfeder 60 ist zwischen die beiden Bauteile 30 und 32 ein gefügt.

Die Tellerfeder besitzt einen äußeren Umfangsflächenbereich 61, der dem Teil 30 anliegt, und einen inneren Umfangsflächen bereich 62, der einer Schulter des Bauteils 32 anliegt. Die Federscheibe bzw. Tellerfeder drückt die beiden Drehbauteile 30, 32 normalerweise in Axialrichtung auseinander. Darüber hinaus besitzt die Federscheibe bzw. Tellerfeder einen mit 63 bezeichneten Mittelbereich zwischen den Bereichen 62 und 62, der dem Außenumfang der in sich geschlossenen ringförmigen Schraubenfeder 54 anliegt.

Bei einer Axialbewegung des Drehbauteils 30 gegenüber dem Drehbauteil 32 wird die Tellerfeder belastet, wodurch sie sich in dem Mittelbereich um und über den Wendeln der in sich geschlossenen ringförmigen Schraubenfeder 54 durchbiegt.

Das führt dazu, daß sich die Wendeln der in sich geschlosse nen ringförmigen Schraubenfeder 54 in der Tasche 52 verschie ben und dadurch einen abweichenden Neigungswinkel gegenüber der Bodenfläche der Tasche 52 einnehmen. Wenn sich der Kipp hebel 27 in eine entgegengesetzte Richtung bewegt, die eine Auseinanderbewegung der Drehbauteile 30 und 32 in Axialrich tung zuläßt, dann kehren die Wendeln der ringförmigen Schrau benfeder 54 in ihre Ausgangslage zurück. Dadurch werden die Bauteile 30, 32 relativ zueinander gedreht, wodurch wiede rum eine Drehung des Ventilschaftes 16 um die Achse 18 gegen über dem Ventilsitz 26 erfolgt. Da die Funktionsweise der in sich geschlossenen ringförmigen Schraubenfeder an sich be kannt ist, wird an dieser Stelle von einer ins einzelne ge henden Beschreibung abgesehen.

Die Federscheibe bzw. Tellerfeder 60 ist erfindungsgemäß mit einer in Um fangsrichtung verlaufenden Vertiefung 70 auf der gemäß der Darstellung in Fig. 2 obenliegenden Flächen versehen. Die Vertiefung 70 ist derart geformt, daß sie den Außenum fangsbereich 52c der ringförmigen Schraubenfeder 54 aufnimmt. Der Radius der Vertiefung 70 ist so gewählt, daß wenigstens ein Teil des umlaufenden Außenumfangs der ringförmigen Schrau benfedern diesem während der Drehbewegung entspricht. Der Ra duis und die Tiefe der Vertiefung 70 ist insbesondere so be messen, daß eine konkave Kontaktfläche 70 auf der Tellerfeder vorgesehen ist, die einem konvexen Umfangsflächenbereich der äußeren Wendelabschnitte der ringförmigen Schraubenfeder 54 entspricht. Dadurch wird die Lebensdauer der Dreheinrich tung erhöht, weil zwischen der Tellerfeder und dem Außenum fang der in sich geschlossenen ringförmigen Schraubenfeder 54 eine Linienberührung vermieden und eine flächige Berührung hergestellt wird. Auf diese Weise werden die Berührungsspan nungen und der Verschleiß zwischen der ringförmi gen Schraubenfeder 54 und der Tellerfeder 60 im Vergleich mit den Gestaltungen verringert, bei denen eine linienförmige Be rührung vorliegt.

Wie am besten die Fig. 3 erkennen läßt, ist die Dicke der Tellerfeder bzw. Federscheibe 60 erfindungsgemäß über die gesamte Ausdehnung im wesentlichen gleich gestaltet. Die Dicke der Tellerfeder, wie sie in Fig. 3 mit 80 bezeichnet ist, ist im wesentlichen gleich der Dicke in dem Bereich 81, der die Vertiefung 70 bildet, und in dem Bereich 82 am Innen umfang. Dadurch, daß die Tellerfeder über ihre gesamte Ausdeh nung im wesentlichen gleichmäßig dick ausgebildet ist, treten keine signifikanten Änderungen der Durchbiegungseigenschaften bei Belastung auf.

Die Federcharakteristik einer Federscheibe der Tel lerfederbauart ist unter anderem abhängig von der vier ten Potenz der Dicke der Federscheibe. Wenn daher die Feder scheibe mit einem sehr dünnen Querschnitt ausgebildet ist, verändert sich die Federcharakteristik beträchtlich. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Bereich 81 der Fe derscheibe wesentlich dünner ist als beispielsweise die Be reiche 80 und 82. Bei einer solchen Gestaltung ist die Federcharakteristik der Federscheibe abhängig von der geringen Dicke im Bereich 81.

Claims

1. Dreheinrichtung für ein zwischen einer Öffnungslage und ei ner Schließlage in Richtung einer Längsachse hin- und herbe wegbares und um seine Achse drehbares Ventil, mit zwei gegenein ander in Richtung der Längsachse beweglichen und um die Längs achse gegeneinander verdrehbaren Bauteilen (30, 32), die mit abwech selnd ansteigender und abfallender Kraft durch eine das Ventil in Schließrichtung belastende, eine veränderliche Kraft aufbringende Einrichtung (34) zueinander gedrückt werden, mit einer weiteren Einrichtung (54, 60) zur Erzeugung einer Relativdrehung zwischen den sich axial aufeinander zubewegenden Bauteilen (30, 32) mittels ei nes zwischen den beiden Bauteilen (30, 32) angeordneten verschiebbaren Elements (54), das einen konvexen Außenumfangsbereich aufweist und in einer in einem (32) der beiden Bauteile ausgebildeten Tasche an geordnet ist, und mit einer den Ventilschaft umgebenden, zwi schen den Bauteilen angeordneten sowie diese in Axialrichtung belastenden Tellerfeder (60), die mit einem inneren Flächenbereich an einem (32) der Bauteile und mit einem äußeren Flächenbereich an dem anderen Bauteil (30) anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfeder (60) einen Mittelbereich mit einer Vertiefung (70) besitzt, die eine in Umfangsrichtung über die Tellerfeder (60) verlaufende konkave Fläche bildet, welche mit dem konvexen Außenumfangsbereich (52c) des wenigstens einen verschiebbaren Elementes (54) in Berührung steht, und daß die Tellerfeder (60) im Bereich ihrer Vertiefung (70) im wesentlichen dieselbe Dicke (81) aufweist wie über ihre gesamte Ausdehnung, so daß die Durchbiegungscharak teristik der Tellerfeder (60) gegenüber einer gleich bemes senen, die Vertiefung nicht aufweisenden Tellerfeder zumindest nahezu unverändert ist.

2. Dreheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als verschiebbare Elemente Wendeln einer in sich geschlos senen ringförmigen Schraubenfeder (54) vorgesehen sind und daß die in einem (32) der Bauteile der Dreheinrichtung angeordnete Tasche zur Aufnahme der ringförmigen Schraubenfeder (54) in Umfangsrichtung verläuft.

3. Dreheinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß eines (32) der Bauteile durch ein Befestigungs element (38) drehfest an den Ventilschaft (16) angeschlossen ist und die Einrichtung zur Aufbringung einer veränderlichen Kraft eine Feder (34) umfaßt, die auf das andere Bauteil (30) einwirkt und dessen Drehung verhindert.