DE2758199C2 - - Google Patents
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- 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
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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 (3)
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.
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