Vorrichtung zum Drehen eines Ventils für Verbrennungskraft-maschinen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Ventildrehvorrichtung zum Drehen eines Tellerventils für Brennkraftmaschinen während der Öffnungs- oder Schließbewegung des Ventils unter Verwendung von kugelförmigen Wälzkörpern, die in konzentrisch um die Achse eines Grundkörpers der Ventildrehvorrichtung angeordneten Grundkörpertaschen mit schiefen Ebenen durch in den Taschen tangential wirkende, bei Belastung der Wälzkörper zusammendrückbare Federn in Richtung auf die flacheren Seiten der Taschen belastet werden und mit einem den Taschen gegenüberliegenden, in Ventilachsrichtung durch die Ventilschließfeder spannenden, scheibenförmigen Federelement, das über einen als Ventilfederauflage dienenden Vorrichtungsdeckel belastbar ist, zusammenwirken, wobei die Wälzkörper von diesem Federelement abwechselnd in Ventilachsrichtung zu dessen relativer Drehung gegenüber dem Grundkörper abwechselnd entlastet und belastet werden.

[0002] Es ist bekannt, Ventildrehvorrichtungen in Otto- und Dieselmotoren zu verwenden, die die axial wirkende, steigende Ventilfederkraft beim Öffnen des Ventils ausnutzen, um die Drehung hervorzurufen. Dabei wird erfahrungsgemäß erreicht, daß sich das Ventil während des Öffnens um einige Winkelgrade dreht, jedoch während der Schließbewegung keine Rotationsbewegung mehr ausführt, um unnötigen Verschleiß am Ventilsitz zu vermeiden.

[0003] Bei einer Vorrichtung zum Drehen eines Ventils während der Öffnungsbewegung werden durch tangential wirkende Schraubenfedem (Tangentialfedern) Stahlkugeln an das obere Ende von schrägen Laufbahnen eines Grundkörpers gedrückt. Auf dem Innenrand des Grundkörpers stützt sich eine Tellerfeder ab, über die zur Einleitung der Ventilfederkräfte ein Deckel greift. öffnet das Ventil, wird die Tellerfeder durch die ansteigende Ventilfederkraft abgeflacht. Dabei belastet sie die in den Taschen des Grundkörpers befindlichen Kugeln, zwingt sie zum Abrollen auf ihren schrägen Laufbahnen und rollt selbst auf den Kugeln ab. Ihre so erzeugte Drehbewegung entspricht dem doppelten Rollweg der Kugeln. Durch die Abstützung auf den Kugeln wird der Druck der Tellerfeder auf den Innenrand des Grundkörpers verringert, so daß hier ein Gleiten stattfindet. Deckel und Tellerfeder hingegen sind durch Reibschluß drehfest miteinander verbunden. Die relative Drehung zwischen Tellerfeder/Deckel und Grundkörper wird über Deckel, Ventilfedern, Ventilfederteller und Kegelstücke auf das Ventil übertragen. Bei schließendem Ventil tritt eine Entlastung der Tellerfeder und damit der Kugeln ein, die dann ohne zu rollen durch die Tangentialfedern wieder in ihre Ausgangslage zurückgeschoben werden.

[0004] Bei einem mit Schweröl betriebenen Dieselmotor ist dagegen eine Drehbewegung des Ventils während des Schließens erwünscht, um die sich bildenden glasurartigen Ablagerungen zu entfernen. Das Ventil setzt dabei nocht rotierend auf seinem Sitz auf.

[0005] So zeigen beispielsweise die deutsche Patentschrift 1 955 820 und die deutsche Offenlegungsschrift 21 10 708 Vorrichtungen, welche die Drehung eines Ventils mit Hilfe der in einem scheibenförmigen Federelement gespeicherten Energie bewirken. Weitere Möglichkeiten einer Ventildrehung während des Schließhubs zeigt die deutsche Offenlegungsschrift 30 04 320. Eine scheibenförmige feder (Tellerfeder) wird als übersetzungselement benutzt, um in schrägen Taschen laufende Kugeln so zu be- und entlasten, daß über die Tellerfedern eine Rotation entsteht, welche zur Drehung des Ventils genutzt wird.

[0006] Neben der Reduzierung von Ablagerungen auf dem Ventilsitz wird durch eine gleichmäßige, dem Ventil aufgezwungene Drehung eine Verminderung des Verschleißes und eine Egalisierung der Ventilkopftemperaturen erreicht.

[0007] Von Ventildrehvorrichtungen wird eine hohe Betriebszuverlässigkeit erwartet. Bei normalen Betriebsbedingungen und einer entsprechenden Wartung wird mit einer Standzeit der Drehvorrichtungen in Großmotoren von 10.000 Stunden und mehr gerechnet.

[0008] Bei Motoren, die kurzzeitig im überlastbereich laufen, und bei einem instationären Betrieb steigen die Belastungen der Drehvorrichtungen jedoch ganz erheblich. Empfindliche Bauteile sind hierbei infolge ihrer geringen Abmessungen die Tangentialfedern. Sie werden aufgrund der erwähnten dynamischen überlast von den sich dann unkontrolliert bewegenden Kugeln beschädigt oder sogar vollends zerstört. Eine beschädigte Tangentialfeder führt zu einer Beeinträchtigung der Funktion der Drehvorrichtung und leitet in den meisten Fällen deren kompletten Ausfall ein.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Ventildrehvorrichtungen so auszubilden, daß durch kurzzeitige Überlastungen auftretende unkontrollierte Schwingungsvorgänge von Wälzkörpern und Tangentialfedern und als deren Folge Schäden vermieden werden. Die Erfindung als Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß die Grundkörpertaschen Anschlagelemente zum Begrenzen der Bewegungsstrecken der Wälzkörper aufweisen. Der dadurch bei allen Betriebssituationen genau bestimmbare Rollweg der Wälzkörper läßt ein unkontrolliertes Zusammendrücken der Tangentialfeder oder ein überrollen durch den Wälzkörper nicht zu.

[0010] Anschlagelemente werden durch einen Käfig gebildet, in dem eine Tangentialfeder verankert ist und der in die Tasche eingesetzt wird. Der Federkäfig hat eine definierte Länge, die so bestimmt ist, daß der Wälzkörper nur eine vorgegebene Bewegung ausführen kann und die Tangentialfeder zusätzlich an einem Auslenken hindert. Diese wird somit nachhaltig gegen eine Beschädigung durch überrollen geschützt. Der Käfig kann aus Kunststoff, aus Blech sowie im Metallsinterverfahren oder mittels Feinguß hergestellt werden.

[0011] In Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und nachstehend erläutert. Bei den gezeigten Beispielen handelt es sich um eine Ventildrehvorrichtung, die dem Ventil während der Schließbewegung eine Drehung mitteilt.

[0012] Es zeigen:

Figur 1

einen Teil eines Tangentialschnitts einer Drehvorrichtung auf dem Kugelteilkreis (Radius r) bei voll geöffnetem Ventil, (Stand der Technik).

Figur 2

die Drehvorrichtung gem. Figur 1 in der Draufsicht,

Figur 3

den Tangentialschnitt durch die Drehvorrichtung nach den Figuren 1 und 2 bei beendeter Drehung nach der Ventilschließung,

Figur 4

die Draufsicht auf die Ventildrehvorrichtung nach beendeter Drehung,

Figur 5

einen Tangentialschnitt durch eine Drehvorrichtung bei voll geöffnetem Ventil mit einem Wälzkörperkäfig gemäß der Erfindung und

Figur 6

die Draufsicht auf die Ausführung gemäß Figur 5 bei voll geöffnetem Ventil.

[0013] Gemäß Figur 1 ist eine Tellerfeder 1 auf Wälzkörpern 2 abgestützt und flach gespannt. Da sie sich bei dem gezeigten Beispiel zusätzlich auf Kugeln 6 in einer konzentrischen Parallelbahn (Figuren 2 und 4) abstützt, sind die Wälzkörper 2 bei gespannter Tellerfeder 1 entlastet. Die Kugeln 6 bilden Unterstützungspunkte, so daß die Tellerfeder eine hebelartige Wirkung hat.

[0014] Die Wälzkörper 2 laufen in taschenförmigen Ausnehmungen 4 eines Grundkörpers 3. In den Taschen sind Laufbahnen mit Neigungen, beispielweise mit dem Winkel α, gegen die Ebene der gespannten Tellerfeder vorgesehen, auf denen sie während ihrer Bewegung abrollen. Druckfedern 8, beispielsweise Schraubenfedem, sorgen dafür, daß die Wälzkörper 2 bei einer Entlastung immer an die flacheren Enden der taschenförmigen Ausnehmungen gedrückt werden. Ein Deckel 7 überträgt die Kräfte P1-P2 der nicht dargestellten Ventilfedern auf die Tellerfeder 1.

[0015] Die Figuren 1 und 2 zeigen die Drehvorrichtung bei voll geöffnetem Ventil mit gespannter Tellerfeder 1 und die Lage der Wälzkörper 2 in der Endstellung vor Beginn der Drehung. Die Tangentialfedern 8 haben zuvor die Kugeln 2 in die für sie erreichbare geringste Tiefe der geneigten Laufbahnen 4 gedrückt, so daß sie sowohl die Tellerfeder 1 als auch die Laufbahnen 4 berühren.

[0016] Wird die von der Ventilfeder aufgebrachte konzentrische Axialkraft P 2 beim Schließen des Ventils vermindert, zuletzt bis auf P 1, so übt die gespannte Tellerfeder 1 Kräfte auf die Kugeln 2 aus, die dann nach deren Maßgabe durch deren Kraftkomponenten in Umfangsrichtung in den Laufbahnen 4 abrollen, und ihre Rollbewegung auf die Tellerfeder 1 übertragen, die dadurch den doppelten Rollweg der Kugeln 2 zurücklegt und so zusammen mit dem Deckel 7 um die Achse des Grundkörpers rotiert.

[0017] In den Figuren 3 und 4 ist der Zustand bei beendeter Drehung dargestellt. Die Kugeln 2 befinden sich in der für sie erreichbaren größten Tiefe der Laufbahnen 4. Sie sind von Position 1 zu Position 2 gerollt und haben dabei eine Translation um den Winkel ϕ , Figur 4, mit dem Rollweg r x ϕ , Figur 3, ausgeführt, so daß sich die Tellerfeder 1 um 2ϕ gedreht und den Rollweg 2r x ϕ zurückgelegt hat.

[0018] Die Laufbahnen 4 der Kugeln 2 sind etwa im Bereich des Übergangs vom tiefsten Bereich in den geneigten, flacher werdenden Bereich mit Durchmesserverengungen 9 zur Begrenzung der Rollbewegung der Kugeln 2 versehen. Diese Durchmesserverengungen bilden Anschläge, an die sich die Kugeln bei unkontrollierten Bewegungen anlegen können. Dadurch wird ein übermäßiges Zusammendrücken der Schraubenfedern 8 mit allen negativen Folgen verhindert.

[0019] Die Figuren 5 und 6 lassen erkennen, daß die Rollbegrenzung der Kugeln 2 durch einen Federkäfig 10 begrenzt wird. Sofern der Rollweg der Kugeln durch kurzzeitige Überlastvorgänge zu groß, d. h. die Schraubenfeder 8 zu weit zusammengedrückt wird, dient das vordere Ende des Federkäfigs 10 als Kugelanschlag und verhindert das zu weite Zusammendrücken und ggf. überrollen der Schraubenfeder 8. Die Länge des Federkäfigs, der in die Tasche 4 gesetzt wird, bestimmt die Bewegungsstrecke der Kugeln. Gleichzeitig verhindert der Käfig ein etwaiges Auslenken der Feder, die somit nachhaltig gegen Beschädigungen geschützt ist.

Ansprüche

1. Ventildrehvorrichtung zum Drehen eines Tellerventils für Brennkraftmaschinen während der Öffnungs- oder Schließbewegung des Ventils unter Verwendung von kugelförmigen Wälzkörpern (2), die in konzentrisch um die Achse eines Grundkörpers (3) der Ventildrehvorrichtung angeordneten Grundkörpertaschen (4) mit schiefen Ebenen durch in den Taschen tangential wirkende, bei Belastung der Wälzkörper zusammendrückbare Federn (8) in Richtung auf die flacheren Seiten der Taschen belastet werden und mit einem den Taschen gegenüberliegenden, in Ventilachsrichtung durch die Ventilschließfeder spannenden, scheibenförmigen Federelement (1), das über einen als Ventilfederauflage dienenden Vorrichtungsdeckel (7) belastbar ist, zusammenwirken, wobei die kugelförmigen Wälzkörper von diesem Federelement (1) in Ventilachsrichtung zu dessen relativer Drehung gegenüber dem Grundkörper (3) abwechselnd entlastet und belastet werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß innerhalb jeder Grundkörpertasche ein Käfig (10) für die Tangentialfedern (8) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Grundkörpertasche (4) eine Durchmesserverengung (9) aufweist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig aus Kunststoff gefertigt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig aus Blech hergestellt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig aus gesintertem Metall besteht.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig aus einem Feingußwerkstoff besteht.

Claims

1. A valve rotating device for rotating a mushroom valve for internal combustion engines during the opening or closing movement of the valve by utilizing spherical rolling bodies (2) that are arranged in base body pockets (4) with inclined planes which are concentrically situated around the axis of a base body (3), wherein said rolling bodies are acted upon in the direction of the flatter sides of the pockets by springs (8) that tangentially act in the pockets and can be compressed when the rolling bodies are subjected to a load, wherein said rolling bodies cooperate with a disk-shaped spring element (1) that is situated opposite of the pockets and can be acted upon with a device cover (7) that serves as a valve spring support, wherein the disk-shaped spring element can be tensioned in the axial direction of the valve by a valve closing spring, and wherein the spherical rolling bodies are alternately subjected to and alleviated from a load in the axial direction of the valve by this spring element (1) in order to turn the valve relative to the base body (3), characterized by the fact that a cage (10) for the tangential springs (8) is arranged within each base body pocket.

2. The device according to Claim 1, characterized by the fact that each base body pocket (4) contains a diameter contraction (9).

3. The device according to one of the preceding claims, characterized by the fact that the cage is manufactured from plastic.

4. The device according to one of the preceding claims, characterized by the fact that the cage is manufactured from sheet metal.

5. The device according to one of the preceding claims, characterized by the fact that the cage consists of sintered metal.

6. The device according to one of the preceding claims, characterized by the fact that the cage consists of a precision casting material.

Revendications

1. Dispositif de rotation de soupape destiné à entraîner en rotation une soupape en champignon pour des moteurs à combustion interne pendant le mouvement d'ouverture ou de fermeture de la soupape, par l'utilisation de corps de roulement (2) sphériques, lesquels, dans des poches (4) d'un corps de base (3), munies de plans inclinés et agencées concentriquement autour de l'axe dudit corps de base du dispositif de rotation de soupape, sont sollicités en direction des côtés plus plats des poches sous l'action de ressorts (8) agissant tangentiellement dans les poches et pouvant être comprimés au moment de la sollicitation des corps de roulement, et lesquels coopèrent avec un élément de ressort (1) en forme de disque, situé en face des poches, exerçant une tension dans le sens de l'axe de la soupape sous l'effet du ressort de fermeture de la soupape et pouvant être sollicité par un couvercle du dispositif (7) faisant fonction de butée du ressort de soupape, les corps de roulement sphériques étant alternativement dégagés de la sollicitation et soumis à la sollicitation de cet élément de ressort (1) dans la direction de l'axe de soupape en vue d'une rotation relative de celui-ci par rapport au corps de base (3), caractérisé en ce qu'une cage (10) pour les ressorts tangentiels (8) est disposée à l'intérieur de chaque poche du corps de base.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque poche du corps de base (4) comporte un rétrécissement (9) du diamètre.

3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cage est réalisée en matière plastique.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cage est réalisée en tôle.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cage est réalisée dans un métal fritté.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cage est réalisée dans un matériau obtenu par moulage à moule perdu.

Zeichnung