EP0864729B1 - Vorrichtung zum Drehen eines Ventils für Verbrennungskraft-maschinen - Google Patents
Vorrichtung zum Drehen eines Ventils für Verbrennungskraft-maschinen Download PDFInfo
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- EP0864729B1 EP0864729B1 EP97103697A EP97103697A EP0864729B1 EP 0864729 B1 EP0864729 B1 EP 0864729B1 EP 97103697 A EP97103697 A EP 97103697A EP 97103697 A EP97103697 A EP 97103697A EP 0864729 B1 EP0864729 B1 EP 0864729B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L2301/00—Using particular materials
Definitions
- the invention relates to a valve turning device for turning a poppet valve for internal combustion engines during the Opening or closing movement of the valve using of spherical rolling elements which are concentric around the Axis of a body of the valve rotating device arranged body pockets with inclined planes through in the pockets act tangentially when the rolling elements are loaded compressible springs towards the flatter sides the bags are loaded and with one of the bags opposite, in the valve axis direction through the Valve closing spring exciting, disc-shaped spring element, the one serving as a valve spring support Device lid is resilient, cooperate with the Rolling elements of this spring element alternately in Valve axis direction for its relative rotation with respect to Base body alternately relieved and loaded.
- tangentially acting coil springs tangential springs
- steel balls pressed against the upper end of oblique raceways of a base body.
- tangential springs tangential springs
- On a disc spring is supported on the inner edge of the base body, via which to Initiation of the valve spring forces a cover engages. opens the valve, the Disc spring flattened due to the increasing valve spring force. In doing so, it burdens balls in the pockets of the body force them to roll off their sloping tracks and rolls themselves on the balls. Your so generated Rotational movement corresponds to the double rolling path of the balls.
- the pressure of the disc spring on the inner edge of the base body reduced so that sliding takes place here.
- Lid and disc spring are non-rotatably connected by friction.
- the relative rotation between Belleville washer / cover and base body is over cover, valve springs, valve spring retainer and transfer cone pieces to the valve.
- A occurs when the valve closes Relief of the plate spring and thus the balls, which then roll through without the tangential springs are pushed back into their starting position.
- German Patent 1 955 shows 820 and German Offenlegungsschrift 21 10 708 devices which the rotation of a valve with the help of a disc-shaped Spring element cause stored energy. Further Possibilities of a valve rotation during the closing stroke shows the German Offenlegungsschrift 30 04 320.
- a disk-shaped spring (disc spring) is used as a translation element used to load balls in sloping pockets relieve that a rotation occurs over the disc springs, which is used to turn the valve.
- Valve turning devices have high operational reliability expected. Under normal operating conditions and Appropriate maintenance is carried out with a service life of the turning devices calculated in large engines of 10,000 hours and more.
- Sensitive components are the tangential springs due to their small dimensions. They are dynamic due to the mentioned Overload from the balls moving uncontrollably damaged or even completely destroyed. A damaged one Tangential spring affects the function the rotating device and in most cases directs it complete failure.
- the invention has for its object the described Form valve turning devices so that by short-term Uncontrolled vibrations that occur when overloaded of rolling elements and tangential springs and as a result Damage can be avoided.
- the invention draws as a solution is characterized in that the body pockets stop elements to limit the movement distances of the rolling elements. The one that can be precisely determined in all operating situations Rolling path of the rolling elements leaves an uncontrolled Squeeze the tangential spring or roll it over the rolling elements.
- Stop elements are formed by a cage in which a Tangential spring is anchored and inserted into the pocket becomes.
- the spring cage has a defined length, like this it is determined that the rolling element only a predetermined movement can perform and the tangential spring additionally on one Deflection prevents. This will be sustainable against one Damage protected by rolling over.
- the cage can be out Plastic, sheet metal and in the metal sintering process or be produced by investment casting.
- a plate spring 1 is supported on rolling elements 2 and flat curious; excited. Since in the example shown they are also on balls 6 in one concentric parallel path ( Figures 2 and 4) supports, the rolling elements 2 at tensioned disc spring 1 relieved. The balls 6 form support points, see above that the disc spring has a lever-like effect.
- the rolling elements 2 run in pocket-shaped recesses 4 one Basic body 3.
- the pockets are raceways with inclinations, for example with the angle ⁇ , provided against the plane of the tensioned disc spring which they roll off as they move.
- Compression springs 8 for example Coil spring, ensure that the rolling elements 2 always with a relief are pressed against the flatter ends of the pocket-shaped recesses.
- a cover 7 transmits the forces P1-P2 of the valve springs, not shown the disc spring 1.
- Figures 1 and 2 show the rotating device with the valve fully open tensioned disc spring 1 and the position of the rolling elements 2 in the end position Start of rotation.
- the tangential springs 8 previously have the balls 2 in them achievable lowest depth of the inclined raceways 4 pressed, so that they both the disc spring 1 and the Touch raceways 4.
- FIGS. 3 and 4 show the state when the rotation has ended shown.
- the balls 2 are in the reachable for them greatest depth of the raceways 4. They are out of position 1 rolled to position 2 and have a translation by the angle ⁇ , FIG. 4, with the taxiway r x ⁇ , FIG. 3, executed so that the plate spring 1 rotated by 2 ⁇ and has covered the taxiway 2r x ⁇ .
- the raceways 4 of the balls 2 are approximately in the area of the transition from the deepest area to the inclined, flattening Area with constrictions in diameter 9 to limit the rolling movement the balls 2 provided. This narrowing in diameter form stops to which the balls stick when uncontrolled Can create movements. This will cause excessive squeezing the coil springs 8 with all negative consequences prevented.
- Figures 5 and 6 show that the roll limitation the balls 2 is limited by a spring cage 10.
- the front end of the spring cage 10 serves as a ball stop and prevents it from compressing too far and rolling over if necessary the coil spring 8.
- the length of the spring cage, which in the Pocket 4 is set, determines the movement distance of the Balls. At the same time, the cage prevents any deflection the spring, which is therefore sustainable against damage is protected.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
Description
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Claims (6)
- 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. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Grundkörpertasche (4) eine Durchmesserverengung (9) aufweist.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig aus Kunststoff gefertigt ist.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig aus Blech hergestellt ist.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig aus gesintertem Metall besteht.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig aus einem Feingußwerkstoff besteht.
Priority Applications (2)
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| DE59710043T DE59710043D1 (de) | 1997-03-06 | 1997-03-06 | Vorrichtung zum Drehen eines Ventils für Verbrennungskraft-maschinen |
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Applications Claiming Priority (1)
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| EP97103697A EP0864729B1 (de) | 1997-03-06 | 1997-03-06 | Vorrichtung zum Drehen eines Ventils für Verbrennungskraft-maschinen |
Publications (2)
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| EP0864729A1 EP0864729A1 (de) | 1998-09-16 |
| EP0864729B1 true EP0864729B1 (de) | 2003-05-07 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| EP97103697A Expired - Lifetime EP0864729B1 (de) | 1997-03-06 | 1997-03-06 | Vorrichtung zum Drehen eines Ventils für Verbrennungskraft-maschinen |
Country Status (2)
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| DE3305421A1 (de) * | 1983-02-17 | 1984-08-23 | INA Wälzlager Schaeffler KG, 8522 Herzogenaurach | Vorrichtung zum drehen der ventile in verbrennungskraftmaschinen |
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1997
- 1997-03-06 DE DE59710043T patent/DE59710043D1/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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| EP0864729A1 (de) | 1998-09-16 |
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