DE3625627C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbe­ griff des ersten Anspruchs angegebenen Art und geht aus von der gattungsbildenden DE-PS 7 51 538.

Beschrieben ist darin ein Druckflüssigkeitsantrieb, insbesondere für Ventile an Brennkraftmaschinen. Um zu vermeiden, daß das Ventil gegen Ende der Schließbewegung unter Einwirkung der Ventilfeder so schnell in seine Ausgangsstellung zurückkehrt, daß es unzulässig hart auf dem Ventilsitzring aufsetzen würde, ist eine hydrauli­ sche Bremseinrichtung vorgesehen, welche die Ventil­ schließgeschwindigkeit bis zum endgültigen Aufsetzen des Ventils kontinuierlich drosselt. Erzielt wird diese kontinuierliche Drosselung durch ein konisch geformtes Drosselventil, welches mit einem verengten Querschnitt des Hydraulikraumes einen beim Rückfluß der Hydraulik­ flüssigkeit wirkenden, sich kontinuierlich verengenden Drosselspalt bildet. Dabei stützt sich das Drosselventil unter Federvorspannung auf dem auf das Hubventil ein­ wirkenden Arbeitskolben ab. Nachdem im Verlauf der Ventilschließbewegung somit das Drosselventil den eigentlichen Drosselspalt bereits geschlossen hat, ist somit noch eine geringfügige weitere Ventilschließbewe­ gung möglich, welche bis zum endgültigen Aufsetzen des Hubventiles auf seinem Ventilsitz von dem zwischen Drosselventil und Arbeitskolben eingespannten Feder­ element abgebremst wird.

Wenngleich jene Anordnung ein weiches Aufsetzen des Hubventiles auf seinen Ventilsitz gewährleistet, ist ein Nachteil dieser Anordnung in der extrem starken Abbrem­ sung gegen Ende des Ventilschließvorganges zu sehen. Die von der Ventilfeder ausgelöste Ventilschließbewegung erfolgt zunächst stark beschleunigt um danach, sobald der vom Drosselventil sowie dem verengten Querschnitt des Hydraulikraumes gebildete Drosselspalt dem abströ­ menden Hydraulikmedium einen deutlichen Widerstand entgegensetzt, abrupt abgebremst zu werden. Dann pas­ siert die Hydraulikflüssigkeit im ersten Augenblick den Drosselspalt mit hoher Geschwindigkeit, so daß die Gefahr von Dampfblasenbildung und Kavitationsschäden besteht. Im Anschluß daran wird das System mit hohen Kräften beaufschlagt, da große Energiemengen vernichtet werden müssen. Dadurch kann das gesamte System mecha­ nisch unzulässig hoch belastet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des ersten Anspruchs angegebenen Art dahin­ gehend weiterzubilden, daß extrem hohe Strömungsge­ schwindigkeiten im Drosselspalt vermieden werden. In diesem Zusammenhang soll die Ventilschließbewegung zunächst nur schwach vorgebremst und erst gegen Ende der Bremsphase verstärkt verzögert werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.

Die zwischen dem Drosselventil sowie dem verengten Querschnitt des Hydraulikraumes vorgesehene frei beweg­ liche Drosselscheibe spaltet den Bremsvorgang auf in eine Vorbremsphase, während der die Drosselscheibe vom ersten zum zweiten Anschlag bewegt wird und die dabei verdrängte Hydraulikmenge über die beiden Drossel- Teilspalte geschoben wird, und eine Endbremsphase, während derer die Drosselscheibe am Anschlag anliegt, wodurch ein Drossel-Teilspalt geschlossen ist, und nurmehr der vom Drosselventil sowie der Drosselscheibe gebildete Teilspalt verstärkt wirksam ist.

Durch diese Aufteilung wird auch der Einfluß unter­ schiedlicher Hydraulikviskositäten, wie sie beispiels­ weise in der Warmlaufphase bei Kolbenmaschinen auftre­ ten, deutlich reduziert.

Vorteilhafterweise kann dabei insbesondere der in der zweiten Bremsphase wirkende Teilspalt derart ausgebildet sein, daß er sich im Verlauf der Schließbewegung kon­ tinuierlich verengt. Dies erlaubt eine optimale Ausle­ gung im Hinblick auf Ladungswechseldynamik und mecha­ nische Standfestigkeit, denn einerseits ist eine schnelle Ventilschließbewegung erwünscht, andererseits darf das Ventil nicht schlagartig aufsetzen, da die mechanischen Belastungen und Druckschwingungen (Kavi­ tationsschäden) in der Hydraulik das System zerstören würden.

Vorteilhafte Weiterbildungen beschreiben die Unter­ ansprüche. Ist die Drosselscheibe in ihrem Randbereich mit Durchbrüchen versehen, so erfolgt bei der Ventil­ öffnungsbewegung die Befüllung insbesondere des zwischen Drosselscheibe und Arbeitskolben befindlichen Teil­ hydraulikraumes deutlich beschleunigt, so daß eine gewünschte schnelle Ventilöffnungsbewegung ermöglicht wird.

Anspruch 3 bildet das Drosselventil vorteilhaft weiter. Indem dieses - im Arbeitskolben axial verschiebbar untergebracht - die Gestalt eines mit Hydraulikflüssig­ keit gefüllten Hohlkolbens hat, dessen dem Hydraulikraum zugekehrte Stirnseite eine Drosselöffnung aufweist, wird im Verlauf der Ventilschließbewegung die Hydraulikflüs­ sigkeit nicht nur vom Arbeitskolben über die Drossel­ spalte verdrängt, sondern - bedingt durch das Kräfte­ gleichgewicht - zum Teil auch aus jenem Hohlkolben über die Drosselöffnung in den Hydraulikraum gefördert. Dies bedingt gegen Ende der Ventilschließbewegung eine abermals verstärkte Abbremsung, so daß von einer wei­ teren, dritten Bremsphase, der sog. Endbremsphase gesprochen werden kann. Eine Ausbildung der Drossel­ öffnung als scharfkantige Blende eliminiert zugleich den Einfluß unterschiedlicher Hydraulikviskositäten. Somit ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine nahezu konstante, von der Temperatur des Hydraulikmedium unabhängige Bremsfunktion gewährleistet.

Im folgenden wird anhand der Abbildungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher beschrieben, wobei zur ein­ fachen Erläuterung zwei verschiedene Stadien im Verlauf der Ventilbewegung dargestellt sind. Es zeigt:

Fig. 1 eine Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Ventilanordnung,

Fig. 2 eine perspektivisch vergrößerte Ansicht der Drosselscheibe,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt der hydraulischen Bremsvorrichtung während der Ventilöffnungsbewegung, sowie

Fig. 4 den gleichen Ausschnitt wie Fig. 3 in der Endbremsphase.

Dargestellt sind nur die zum Verständnis notwendigen Teile. In einer nicht weiter dargestellten Hubkolben- Brennkraftmaschine wirkt ein Nocken 1 auf einen Geber­ kolben 2, welcher über einen Hydraulikraum einen axial verschiebbaren Arbeitskolben 4 betätigt. Dieser besteht aus einer Hülse 5 und einer Abschlußscheibe 6, welche auf dem freien Ende eines Ventilschafts 7 eines nicht weiter dargestellten Ventils aufliegt. Ein als Hohl­ kolben ausgebildetes Drosselventil 8 ist im Inneren der Hülse 5 axial verschiebbar gelagert und stützt sich über eine Feder 9 an der Abschlußscheibe 6 ab. Die im Inneren des Drosselventiles 8 gebildete Hydraulikkammer 10 steht über eine Drosselöffnung 11 im Drosselventil 8 mit dem Hydraulikraum 3 in Verbindung. Vorgesehen ist desweite­ ren eine Drosselscheibe 13, welche innerhalb des Gehäu­ ses 12 der Vorrichtung zwischen zwei Anschlägen 15 und 23 axial verschiebbar geführt ist. Gebildet wird dabei der Anschlag 23 von einem in das Gehäuse 12 einge­ schraubten und die Laufbahn für die Hülse 5 bildenden Hohlzylinder 14, während der Anschlag 15 direkt aus dem Gehäuse 12 herausgearbeitet ist.

Die Drosselscheibe 13 ist mit einer mittigen Öffnung 24 versehen, welche umgeben ist von einer Umfangswand 25. Im Randbereich abseits der Umfangswand 25 ist die Drosselscheibe mit Durchbrüchen 16 versehen. Die Dros­ selscheibe 13 unterteilt den Hydraulikraum 3 in zwei ringförmige Teilhydraulikräume 17 und 18, welche mit­ einander über die Durchbrüche 16 verbunden sind und unterteilt somit auch den Drosselspalt (gebildet von Drosselventil 8 sowie dem verengten Querschnitt des Hydraulikraumes 3) in zwei Teilspalte 19 und 20.

Ein Teil des im Hydraulikraum 3 befindlichen Hydrau­ likvolumens kann über ein Steuerventil 21 abgeführt werden. Am Ventilschaft 7 des Hubventils greift in bekannter Weise eine Ventilfeder 22 an.

Während der Ventilöffnungsbewegung liegt die Drossel­ scheibe 13, wie Fig. 3 zeigt, an ihrem unteren An­ schlag 23 an. Durch den vom Geberkolben 2 aufgebrachten Druck im Hydraulikraum 3 und der Hydraulikkammer 10 bewegt sich der Arbeitskolben 4 nach unten und das Hubventil wird geöffnet. Wird nun der Hydraulikraum 3 vergrößert - sei es durch Aufwärtsbewegung des Geber­ kolbens 2 oder durch Öffnen des Steuerventils 21 - so bewirkt die Kraft der Ventilfeder 22 eine Schließbewe­ gung des Ventils, der Ventilschaft 7 drückt den Arbeits­ kolben 4 nach oben und dabei strömt die Hydraulikflüs­ sigkeit aus dem Teilhydraulikraum 18 über den Teil­ spalt 19, sowie aus dem Teilhydraulikraum 17 über den Teilspalt 20. Zugleich gelangt Hydraulikflüssigkeit aus dem Teilhydraulikraum 18 über die Durchbrüche 16 in den Teilhydraulikraum 17 und von da über den Teilspalt 20 durch den verengten Querschnitt des Hydraulikraumes 3. In dieser Vorbremsphase bewegt sich die Drosselschei­ be 13 in Richtung ihres oberen Anschlags 15. Liegt die Drosselscheibe 13 an diesem Anschlag an, so kann die Hydraulikflüssigkeit nur mehr über den Teilspalt 19 durch den verengten Querschnitt des Hydraulikraumes 3 gelangen. In diesem Stadium - der zweiten Bremsphase - erfolgt somit eine verstärkte Bremswirkung, welche kontinuierlich gesteigert wird durch den sich im Verlauf der Ventilschließbewegung verengenden Teilspalt 19.

In der in Fig. 4 gezeigten Endbremsphase des Ventil­ schließvorganges liegt nicht nur die Drosselscheibe 13 an ihrem oberen Anschlag 15 an, sondern tangiert auch das Drosselventil 8 die Umfangswand 25 der Drossel­ scheibe 13. Der Teilspalt 20 ist somit vollständig, der Teilspalt 19 quasi geschlossen. Dadurch steigt der Druck im Teilhydraulikraum 18 so stark an, daß das Drossel­ ventil 8 nach unten gepreßt und die Hydraulikkammer 10 verkleinert wird. Hydraulikflüssigkeit tritt solange über die Drosselöffnung 11 in den Hydraulikraum 3, bis der Teilspalt 19 wieder ausreichenden Querschnitt zur Abführung von Hydraulikflüssigkeit aus dem Teilhydrau­ likraum 18 aufweist. Dies führt zu einer alternierenden, sozusagen schwingenden Bewegung des Drosselventiles 8 im Arbeitskolben 4.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum hydraulischen Öffnen eines in Schließrichtung federvorgespannten Hubventiles einer Kolbenmaschine, bestehend aus einem auf das Hubventil einwirkenden von Hydraulikflüssigkeit bewegten Arbeitskolben, welcher an seiner einem Hydraulikraum zugekehrten Stirnseite ein axial verschiebbares, in Schließrichtung federvorge­ spanntes Drosselventil aufweist, das mit einem verengten Querschnitt des Hydraulikraumes einen beim Rückfluß der Hydraulikflüssigkeit wirkenden Drosselspalt bildet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Drossel­ ventil (8) sowie dem verengten Querschnitt des Hydraulikraumes (3) eine mit einer Öffnung (24) versehene Drosselscheibe (13) vorgesehen ist, welche mit ihrem Rand zwischen zwei Anschlägen (15, 23) axial verschiebbar geführt ist und den Drossel­ spalt unterteilt in einen ersten Teilspalt (20) gebildet von der die Öffnung (24) umgebenden Umfangswand (25) sowie dem verengten Querschnitt des Hydraulikraumes (3) - und einen zweiten Teilspalt (19) - gebildet von der Umfangswand (25) sowie dem Drosselventil (8).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselscheibe in ihrem abseits der Umfangswand (25) liegenden Randbereich mit Durchbrüchen (16) versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das im Arbeitskolben (4) untergebrachte, axial verschiebbare Drossel­ ventil (8) die Gestalt eines mit Hydraulikflüssig­ keit gefüllten Hohlkolbens hat, dessen dem Hydrau­ likraum (3) zugekehrte Stirnseite eine Drosselöff­ nung (11) aufweist.