Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventildreh Vorrichtung für Verbrennungsmotoren.

Stand der Technik Zur Verhinderung einer in Umfangrichtung ungleichmäßigen Belastung der Ventile eines Verbrennungsmotors, ist während des Betriebs eine stetige Drehung der Ventile notwendig. Durch die Drehung werden einseitiger Verschleiß und Ablagerungen am Ventilsitz vermieden. Auch wird eine in Umfangrichtung gleiche Temperaturverteilung erreicht. Ist die „natürliche" Drehung" der Ventile zu gering, werden Zwangsdrehvorrichtungen eingesetzt, sogenannte Ventil drehvorri chtungen.

Venti ldrehvorrichtungen erzeugen eine Ventildrehung, indem Kugeln, die in Taschen in einem Grundkörper angeordnet sind und die an einer Tellerfeder anliegen, gezwungen werden auf schrägen Laufbahnen, die in den Taschen gebildet sind, abzurollen und somit Grundkörper und Tellerfeder relativ zueinander um die Ventilachse zu verdrehen. Die Tellerfeder ist mittels Reibungsschluss mit einem Deckel verbunden, welcher gleichzeitig die Venti lfeder stützt. Die Drehung kann entweder beim Ventilöffnungshub oder beim Ventilschließhub erfolgen. Es sind obenliegende Ausführungen, d.h. die Ventildrehvorrichtung befindet sich auf der brennraumabgewandten Seite der Venti lfeder, und untenliegende Ausführungen, d.h. die Ventildrehvorrichtung befindet sich auf der brennraumzugewandten Seite der Ventil feder, möglich. Bei der obenliegenden Ausführung weist der Grundkörper eine konische Öffnung auf, in die Kegelstücke eingesetzt werden, welche das Ventil am Schaftende halten. Bei der untenliegenden Ausführung liegt der Grundkörper auf dem Zylinderkopf auf und die Drehung wird über die Ventilfeder auf das Ventil übertragen.

Aufgrund des punktuellen Kontaktes der Kugeln mit der Tellerfeder treten hohe Wälzpressungen auf, welche zu einer hohen Belastung der Tellerfeder führen. Die hohe Wälzbelastung führt zu Verschleiß der Tellerfeder, insbesondere zu Pitting (d.h. Lochfraß bzw. Punktkorrosion).

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kompakte Ventildrehvorrichtung bereitzustellen, welche hohe Wälzbelastungen der Tellerfeder und damit einhergehenden Verschleiß vermeidet.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Ventildrehvorrichtung umfassend einen ringförmigen Grundkörper, der mehrere in einer Umfangrichtung orientierte Taschen aufweist, in denen jeweils eine Kugel und eine Tangentialfeder angeordnet sind, wobei die Taschen in Umfangrichtung eine variable Tiefe aufweisen, so dass schräge Laufbahnen für die darin angeordneten Kugeln gebildet werden, wobei die Tangentialfedern die Kugeln in Richtung eines Endes der jeweiligen Tasche drücken, einen ringförmigen Deckelkörper, der relativ zum Grundkörper um eine Achse drehbar und axial verschiebbar ist, der ein ringförmiges erstes Trägerelement und ein ringförmiges zweites Trägerelement aufweist, welche voneinander axial beabstandet sind, und der ein Verbindungsmittel aufweist, welches das erste und das zweite Trägerelement verbindet und welches das erste und das zweite Trägerelement relativ zueinander fixiert, und ein ringförmiges Axialfederelement, wobei sich ein erstes Ende des Axialfederelements an einer ringförmigen Anschlagfläche des Grundkörpers abstützt und sich ein zweites Ende des Axialfederelements an einer Oberfläche des ersten Trägerelements abstützt, wobei das Axialfederelement zwischen dem ersten Trägerelement und dem zweiten Trägerelement angeordnet ist, wobei eine Oberfläche des zweiten Trägerelements, welche von dem Axialfederelement abgewandt ist, an den Kugeln anliegt, und wobei die Kugeln und das Axialfederelement in Radialrichtung überlappend angeordnet sind. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Verbindungsmittel radial außerhalb des Axialfederelements angeordnet. Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Anschlagfläche mit einer Gleitbeschichtung versehen.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist an der Anschlagfläche ein Axialnadellager oder ein Axialkugellagcr angeordnet. Gemäß einem weiteren Aspekt ist das Axialfederelement eine Tellerfeder.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Axialfederelement mindestens zwei gestapelte Tellerfedern. Gemäß einem weiteren Aspekt sind das erste Trägerelement, das zweite Trägerelement und das Verbindungsmittel einstückig gefertigt.

Gemäß einem weiteren Aspekt liegt das Verbindungsmittel in Form einer ringförmigen äußeren Wand vor, welche eine Ausnehmung aufweist, die es ermöglicht das Axial federelement seitlich einzusetzen.

Gemäß einem weiteren Aspekt weist mindestens eines von dem ersten und dem zweiten Trägerelementen eine sich in Axialrichtung erstreckende ringförmige Erweiterung auf, die das Verbindungsmittel bildet, wobei ein freies Ende der mindestens einen Erweiterung Eingriffselemente aufweist, die zusammen mit komplementären Eingriffselementen am anderen Trägerelement in Eingriff gebracht sind.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Verbindungsmittel mehrere Verbindungsmittel, die nach Einsetzen des Axialfederelcments um das Axialfederelement angeordnet werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine vom Axial federelement abgewandte Oberfläche des ersten Trägerelements eingerichtet, als Stützfläche für eine Venti Ifeder zu dienen.

Gemäß einem weiteren Aspekt weist die vom Axialfederelement abgewandte Oberfläche des zweiten Trägerelements eine Kugellaufbahn auf.

, Axial' bezieht sich auf eine durch die ringförmigen Körper definierte Achse, die im eingebauten Zustand mit der Ventilachse zusammenfällt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren genauer beschrieben, wobei

Fig. 1 einen axialen Schnitt einer Venti Idrehvorri chtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 2 einen axialen Schnitt einer Ventildrehvorrichtung gemäß einer andern Ausführungsform zeigt;

Fig. 3 einen axialen Schnitt einer Ventildrehvorrichtung gemäß einer weiteren Aus führungs orm zeigt;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Deckelkörpers mit teilweise eingesetztem Axialfederelement zeigt; und

Fig. 5 einen Schnitt in Umfangrichtung einer Tasche zeigt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung Fig. I stellt eine erfindungsgemäße Ventildrehvorrichtung in einem axialen Schnitt - d.h. eine Achse der Ventildrehvorrichtung liegt in der Schnittebene - dar. Die Ventildrehvorrichtung umfasst einen ringförmigen Grundkörper 2, einen ringförmigen Deckelkörper 4 und ein ringförmiges Axial federelement 6. Grundkörper 2 und Deckelkörper 4 sind relativ zueinander um die Achse der Venti Idrehvorri chtung (also in Umfangrichtung) verdrehbar und relativ zueinander in axialer Richtung verschiebbar. Es ist eine obenliegende Ausführung dargestellt. Entsprechend ist der Grundkörper 2 mit einer konischen Öffnung versehen, in welche Kegelstücke eingesetzt werden können, die geeignet sind, ein Ventil zu halten. Ebenso ist eine untenliegende Ausführung möglich. Eine konische Öffnung ist dann nicht notwendig, sondern lediglich eine Öffnung, durch welche der Schaft eines Ventils verlaufen kann.

In den Grundkörper 2 sind in Umfangrichtung mehrere Taschen 8 (bzw. Vertiefungen) eingearbeitet, welche in Umfangrichtung orientiert sind und sich in Umfangrichtung (senkrecht zur Zeichenebene) jeweils über einen bestimmten Winkelbereich erstrecken. Eine Tiefe der Taschen 8 (also die Ausdehnung der Taschen in axialer Richtung) ist in Umfangrichtung variabel, so dass in jeder der Taschen 8 eine schräge Laufbahn 26 gebildet wird; vgl. Fig. 5. In jeder der Taschen 8 sind eine Kugel 10 und eine (nicht dargestellte) Tangentialfeder 28 angeordnet, wobei die Kugel auf der schrägen Laufbahn 26 abrollen kann. Ein Durchmesser der Kugeln 10 sollte größer als eine geringste Tiefe der Taschen 8 sein. Bevorzugt weisen alle Kugeln den gleichen Durchmesser und alle Taschen die gleichen Abmessungen auf. Die Tangentialfedern 28 drücken die Kugeln 10 in Umfangrichtung gegen ein jeweiliges Ende der Taschen 8, und zwar gegen das Ende, an dem die entsprechende Tasche ihre geringste Tiefe aufweist.

Weiter weist der Grundkörper 2 eine Anschlagfläche 18 auf, an der sich ein erstes Ende des Axial federelements 6 abstützt, wobei bevorzugt die Anschlagfläche 18 radial (also in einer Richtung senkrecht zur Achse) weiter innen liegt als die Taschen 8. An der Anschlagfläche 18 ist ein Axialnadellager 20 angeordnet, das ein reibungsarmes Drehen von Grundkörper 2 und Axialfederelement 6 um die Achse, relativ zueinander, ermöglicht. Der Deckelkörper 4 weist ein ringförmiges erstes Trägerelement 12, ein ringförmiges zweites Trägerelement 14 und ein Verbindungsmittel 16 auf, welches das erste und das zweite Trägerelement verbindet. Das erste Trägerelement 12 und das zweite Trägerelement 14 sind in axial voneinander beabstandet, wobei das Verbindungsmittel 16 die beiden Trägerelemente 12, 14 in axialer Richtung stützt, so dass ein Abstand zwischen erstem und zweitem Trägerelement konstant ist. Gleichzeitig unterbindet das Verbindungsmittel 16 ein relatives Drehen (um die Achse) zueinander der beiden Trägerelemente 12, 14. Das Verbindungsmittel 16 fixiert also die relative Position von erstem und zweitem Trägerelement in Axial- und/oder Umfangrichtung.

Das Axialfederelement 6 ist, in axialer Richtung, zwischen dem ersten Trägereiement 12 und dem zweiten Trägerelement 14 angeordnet, wobei sich ein zweites Ende des Axialfederelements 6 an einer Oberfläche des ersten Trägerelements 12 abstützt. In radialer Richtung ist das Axialfederelement 6 weiter innen angeordnet als das Verbindungsmittel 16. Das Axialfederelement 6 bewirkt eine Federkraft in axialer Richtung, die Grundkörper 2 und Deckelkörper 4 gegebenenfalls auseinander drückt, da sich das erste Ende des Axial federelements 6 an der Anschlagfläche 18 des Grundkörpers 2 abstützt. Das Axial ederelemcnt 6 und die Kugeln 10 sind in Radialrichtung überlappend angeordnet. In Axialrichtung sind das Axialfederelement 6 und die Kugeln 10 nebeneinander angeordnet, wobei sich das zweite Trägerelement 14 zwischen Axial federelement 6 und Kugeln 10 befindet. Insgesamt ist bevorzugt die Abfolge in axialer Richtung: erstes Trägerelement 12, Axial federelement 6, zweites Trägerelement 14, Kugeln 10, bzw. anderes ausgedrückt überlappen diese vier Teile in Radialrichtung. Als Axial federelement 6 wird bevorzugt eine Tellerfeder verwendet.

Eine von dem Axial federelement 6 abgewandte Oberfläche des zweiten Trägerelements 14 liegt an den Kugein 10 an, die in den Taschen 8 des Grundkörpers 2 angeordnet sind. Werden Grundkörper 2 und Deckelkörper 4 entgegen der Kraft des Axialfederelements 6 zusammengedrückt, z.B. beim Öffnungshub des Ventils, so wird eine axiale Kraft auf die Kugeln 10 ausgeübt, welche daraufhin einerseits auf den schrägen Laufbahnen 26 in den Taschen 8 abrollen und andererseits auf der vom Axialfederelement abgewandten Oberfläche des zweiten Trägerelements 14 abrollen. Dadurch werden Grundkörper 2 und Deckelkörper 4 relativ zueinander um die Achse verdreht. Beim Entlasten der Ventildrehvorrichtung, z.B. beim Schließhub des Ventils, drückt das Axialfederelcment 6 den Grundkörper 2 und den Deckelkörper 4 wieder auseinander, wobei die auf den Kugeln 10 lastende Kraft kleiner wird und somit kein Abrollen der Kugeln stattfindet, wenn diese durch die Tangentialfedem 28 zurückgestellt werden. Das Abrollen der Kugeln findet im Gegensatz zu bekannten Venti 1 dreh vorr i chtungen nicht auf der Tellerfeder statt, sondern auf dem zweiten Trägerelement. Dadurch wird eine hohe Wälzpressung an der Tellerfeder und damit einhergehender Verschleiß vermieden. Das zweite Trägerelement wiederum kann einfacher entsprechend der auftretenden Wälzbeiastungen ausgelegt werden, da es nicht gleichzeitig eine Federfunktion übernehmen muss. Ebenso ist die Wahl des Axialfederelements, insbesondere einer Tellerfeder, nicht durch die Wälzbelastungen eingeschränkt, es wird also eine freiere Auslegung des Axial federelements ermöglicht. Dadurch wird auch eine kompakte, platzsparende Bauweise der Ventildrehvorrichtung ermöglicht. Da die Tellerfeder vollständig in den Deckelkörper eingefügt ist, wird die komplette Hubbewegung der Tellerfeder über die Neigung der Taschen in eine Drehbewegung umgesetzt. Gegenüber bisherigen Bauformen kann dadurch die Drehbewegung je Hub um das zirka 1 ,5- bis 2-fache erhöht werden. Alternativ kann bei unveränderter Drehung eine steifere Telierfeder mit erhöhter Lebensdauer verwendet werden.

Die vom Axial federelement 6 abgewandte Oberfläche des zweiten Trägerelements 14 kann eine Kugeüaufbahn aufweisen, dadurch wird z.B. die Wälzpressung am zweiten Trägerelement vermindert. Die vom Axialfederelement 6 abgewandte Oberfläche des zweiten Trägerelements 12 ist bevorzugt eingerichtet, um als Stützfläche für eine Ventilfeder zu dienen.

Bevorzugt sind erstes Trägerelement 12, zweites Trägerelement 14 und Verbindungsmittel 16 einstückig gefertigt. Das Verbindungsmittel 16 ist in Fig. 1 beispielhaft als ringförmige Wand realisiert, welche eine Ausnehmung aufweist, die es ermöglicht (insbesondere ausreichend groß ist), das Axialfederelement 6 seitlich einzusetzen. In der Schnittansicht ist die Ausnehmung auf der rechten Seite erkennbar. Fig. 4 stellt eine entsprechende Detailansicht dar, in welcher das Axialfederelement 6 in teilweise eingesetztem Zustand gezeigt ist. In diesem Fall ist die, mit Bezugszeichen 24 benannte, ringförmige Wand mit Ausnehmung einstückig mit dem ersten Trägerelement 12 und dem zweiten Trägerelement 14 gefertigt. Denkbar sind auch andere, nicht dargestellte, Ausführungen des Verbindungsmittels. Zum

Beispiel kann das Verbindungsmittel mehrere Verbindungselemente umfassen, die ringförmig um das Axialfederelement angeordnet sind, so dass ein Käfig gebildet ist, wobei die Verbindungselemente erst nach Anordnen des Axialfederelements zwischen erstem und zweitem Trägerelement angebracht werden. Als Verbindungselemente können z.B. Stifte oder in Umfangrichtung ausgedehnte Teilringstücke verwendet werden.

Eine weitere denkbare Ausführung des Verbindungsmittels Ist, dass diese in Form mindestens einer ringförmigen Erweiterung, die sich in Axialrichtung erstreckt, eines der Trägerelemente vorliegt. Ein freies Ende der mindestens einen Erweiterung kann mit Eingriffselementen versehen sein, die zusammen mit Eingriffselementen, welche am anderen Trägerelement bzw. gegebenenfalls an einer ringförmigen Erweiterung des anderen Trägerelements vorgesehen sind, in Eingriff gebracht werden, um die beiden Trägerelemente in Umfang- und Radialrichtung relativ zueinander zu fixieren. In Axialrichtung stützen sich die beiden Trägerelemente einerseits aufeinander ab und andererseits werden sie im eingebauten Zustand durch die Ventil feder zusammengedrückt.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungs form ist im Wesentlichen identisch zu der in Fig. 1 gezeigten. Der einzige Unterschied besteht darin, dass an der Anschlagfläche 18 ein Axialkugellager 22 angeordnet ist, das eine reibungsarme relative Drehbewegung von Grundkörper und Axialfederelement bzw. Deckelkörper um die Achse ermöglicht. Ansonsten gilt für Fig. 2 das oben im Zusammenhang mit Fig. 1 gesagte. Selbstverständlich können auch andere Axiallager als die in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten verwendet werden, z.B. ein Axialzylinderrollenlager oder ein Axialkegelroilenlager.

Fig. 3 stellt eine weitere Ausführungsform dar. Diese ist im Wesentlichen identisch zu den in den Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ausführungsformen, wobei zwei Unterschiede vorhanden sind. Zunächst ist hier die Anschlagfläche 18 des Grundkörpers 2 mit einer reibungsvermindernden Gleitbeschichtung versehen, so dass das erste Ende des Axialfederelements 6 reibungsarm an der Anschlagfläche 18 gleiten kann. Weiter umfasst das Axialfederelement 6 mehrere gestapelte Tellerfedern, der Abstand der beiden

Trägerelemente 12, 14 ist entsprechend angepasst,

Fig. 5 stellt eine teilweise Schnittansicht in Umfangrichtung dar, wobei eine Tasche 8 mit einer schrägen Laufbahn 26 gezeigt ist In der Tasche 8 ist eine Kugel 10 und eine Tangential feder 28 angeordnet, welche die Kugel 10 gegen das Ende der Tasche 8, an dem die Tasche ihre geringste Tiefe aufweist. Weiter ist ein Ausschnitt des zweiten Trägerelements 14 zu sehen, das an der Kugel 10 anliegt. Bei axialer Belastung werden Grundkörper 2 und zweites Trägerelement 14 aufeinander zu bewegt, so dass die Kugel 10 sowohl auf der schrägen Laufbahn 26 als auch auf der Oberfläche des zweiten Trägerelemcnts 14 abrollt und somit den Grundkörper 2 relativ zum Deckelkörper um die Achse dreht.

Bezugszeichenliste

2 Grundkörper

4 Deckelkörper

6 Axialfederelement

8 Tasche

10 Kugel

12 erstes Trägerelement

14 zweites Trägerelement

16 Verbindungsmittel

18 Anschlagfläche

20 Axialnadellager

22 Axialkugellager

24 ringförmige Wand mit Ausnehmung

26 Laufbahn

28 Tangential feder