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Die Erfindung bezieht sich auf einen pockenbetätigten Ventilstößel,
dessen dem Nocken zugewandten Ende ein mit einer ebenen Fläche an dem Nocken anliegendes
Druckstück über eine sphärische Abstützvorrichtung allseitig kugelbeweglich schwenkbar
in einer Kugelpfanne am Stößelende abgestützt ist.
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Es ist ein pockenbetätigter Ventilstößel der eingangs erläuterten
Art bekannt, bei dem das Druckstück als von einer Lagerkugel getrenntes Einzelteil
ausgebildet ist. Die Lagerkugel ist bei diesem bekannten Ventilstößel weder an dem
Stößelkörper noch an dem Druckstück befestigt, so daß die Teile auseinanderfallen
können. Bei dem bekannten Venilstößel ist außerdem die Nockenkontaktfläche des Druckstücks
im großen Abstand außerhalb des Umfangs der Lagerkugel, was eine sehr ungünstige
Einleitung der von dem Nocken kommenden Kräfte in den Stößelkörper und in die Stößelführung
ergibt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen pockenbetätigten Ventilstößel
der eingangs erläuterten Art zu schaffen, welcher bei einfachem, gewichtsparendem
Aufbau und wirtschaftlicher Fertigung einen sicheren, zuverlässigen und störungsfreien
Betrieb auch bei hohen Nockenwellendrehzahlen zuläßt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst; daß das Druckstück
und die Abstützvorrichtung zusammen als einstückiges Nocken-Kontaktelement ausgebildet
sind, welches einerseits eine sphärisch gewölbte Fläche aufweist, die sich kugelgelenkig
in einem Kugelpfannen-Lagersitz abstützt und andererseits eine in Kontakt mit dem
Nocken stehende ebene Nocken-Kontaktfläche aufweist, deren Abstand vom Mittelpunkt
der sphärischen Fläche kleiner ist als der Radius der sphärischen Fläche.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung werden die vom Nocken in die
Stößelführung übertragenen Kräfte günstig eingeleitet, so daß der als Folge von
Kräften quer zur Hauptkraftrichtung eintretende Verschleiß auf ein Minimum herabgesetzt
wird.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Für die Merkmale
der Unteransprüche wird Schutz nur in Verbindung mit dem Hauptanspruch beansprucht.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen pockenbetätigten
Ventilstößels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine
Teilansicht, hauptsächlich im Querschnitt, einer Ventilanordnung mit einem erfindungsgemäßen
Ventilstößel, entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei der Stößel und
einige der zugeordneten Teile in vollen Linien dargestellt sind, F i g. 2 einen
vergrößerten Längsschnitt des Stößels an der Linie 2-2 von F i g. 3, F i g. 3 einen
Längsschnitt des Stößels an der Linie 3-3 von F i g. 2, F i g. 4 einen Querschnitt
an der Linie 4-4 von F i g. 2, F i g. 5 eine Teilansicht, hauptsächlich im Querschnitt,
die die Anpassung des ersten Ausführungsbeispiels an eine andere Motorkonstruktion
zeigt, F i g. 6 eine Teilansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Erfindungsgegenstandes,
wobei einige der Teile in üblicher Weise gezeigt werden, F i g. 7 eine vergrößerte
Teilansicht, die Konstruktionseinzelheiten einer abgewandelten Form des Erfindungsgegenstandes
zeigt, F i g: 8 eine vergrößerte Teilansicht des Ausführungsbeispiels von Fig.7
und erläutert das..Zusammenarbeiten des in F i g. 7 gezeigten Ausführungsbeispiels
mit einem Nocken, F i g. 9 eine Teilansicht des Ausführungsbeispiels von F i g.
6, 7 und 8, hauptsächlich im Schnitt an der Linie 9-9 von F i g. 6, F i g. 10 eine
Teilansicht, die ein etwas modifiziertes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
zeigt.
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Es wird darauf hingewiesen, daß die in den Zeichnungen dargestellten
Teile nicht die Abmessungen besitzen, wie dies bei einer technischen Ausführungsform
der Fall ist, und daß einige der Teile eine im wesentlichen herkömmliche Konstruktion
besitzen.
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Der Motorkörper, mit 1 bezeichnet, weist wie gewöhnlich eine Reihe
von Zylindern 2 und Kolben 3 auf. Im Ansaugrohr 4 ist ein Ventil 5 vorgesehen, das
mit einem Ventilsitz 6 zusammenarbeitet. Das Ventil 5 besitzt einen Ventilschaft
7, der in einem Lager 8 angeordnet ist und darin hin- und herbewegt werden kann.
Der Ventilschaft ist mit einer Anlagescheibe 9 ausgerüstet, mit der eine Feder 10,
die am Lager anliegt, zusammenarbeitet. Diese Teile weisen im wesentlichen eine
herkömmliche Konstruktion auf; sie können von Motortype zu Motortype eine Abwandlung
erfahren.
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Die Nockenwelle 11 in F i g. 1 ist mit einer Reihe von Nocken 12 ausgerüstet,
die mit den erfindungsgemäßen Ventilstößeln zusammenarbeiten. In F i g. 6 sind drei
Einheiten dargestellt; ihre Anzahl ändert sich natürlich mit der Anzahl der Zylinder
im Motor.
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Im Motorbloclteil 13 sind Lager 14 für die Ventilstößel 15 vorgesehen.
Diese Blockteile 13 sind mit Ölleitungen 16 ausgerüstet, die sich zu den Stößellagern
14 hin öffnen. Die Körper der Stößel 15 weisen Mittelteile 17 mit vermindertem Durchmesser
und Lagerteile 18 auf, die gleitbar in den Stößellagern 14 sitzen. Selbstverständlich
besitzen die Lagerteile 18 einen satten Gleitsitz in den Lagern. Am inneren Ende
ist der Stößel 15 mit einer Schulter 19 für das Lager 20 ausgerüstet, das
mit einem kugelförmigen Lager 21 am Ventilschaft zusammenarbeitet. Das Lager 20
ist mit einer Schmierungsbohrung 22 für die Schmierung des Lagers am Ende des Ventilschafts
ausgerüstet. Dieses- Teil 20 besitzt am inneren Ende des Stößelkörpers einen im
wesentlichen dichtenden Sitz.
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Am äußeren Ende ist der Stößelkörper mit einem nach außen gewandten
kugelförmigen Lager 23 für das Nockenkontaktelement 24-- ausgerüstet, dessen innere
Seite konvex gekrümmt ist. Die äußere Seite 25 ist vorzugsweise plan oder flach,
wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Am inneren Ende weist das konkave Nockenkontaktelement
24 eine zentrale Bohrung 26 auf, die sich zur Kammer im Stößel öffnet. Das Nockenkontaktelement
besitzt weiterhin einen Stiel 27, der durch diese Öffnung 26 hindurchragt, wobei
die Öffnung eine solche Größe aufweist, daß eine gewisse Schwenkbewegung des Nockenkontaktelements
möglich ist. Eine solche Bewegung ist durch gestrichelte Linien in F i g. 3 angedeutet.
Selbstverständlich ändert sich die Bewegung beim Gebrauch in Abhängigkeit von den
jeweiligen Konstruktionsmerkmalen beträchtlich.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel reicht der Stiel des Nockenkontaktelements
in den Stößelkörper hinein und ist mit einer Nut 28 versehen, in der eine Rückhalteklammer
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eingerastet ist. Die Klammer 29 ist vorzugsweise aus Federmaterial; sie dient nicht
nur zur Rückhaltung des Nockenkontaktelements im Stößelkörper, sondern sie drückt
das Nockenkontaktelement auch in seinen Sitz und verhindert ein unerwünschtes Entweichen
von Schmiermittel. Es ist jedoch erwünscht, daß das Nockenkontaktelement wirksam
geschmiert wird und daß auch etwas Schmiermittel auf den Nocken abgegeben wird.
Um dies sicherzustellen, ist bei dieser Ausführungsform das Nockenkontaktelement
mit einem Paar einander gegenüberliegender Schmiermittelleitnuten 30 versehen, welche
in F i g. 2 in durchgezogenen Linien und in F i g. 3 in gestrichelten Linien gezeigt
sind.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 bis 4 verbindet eine Schmiermittelöffnung
31 die Schmiermittelkammer des Stößelkörpers mit dem Lager für das Nockenkontaktelement.
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Es wurde nicht versucht, die verschiedenen Grade der Schwenkbewegung
des Nockenkontaktelements in den F i g. 1, 2, 3 und 4 darzustellen, aber es ist
selbstverständlich, daß sich dieser Grad ändert und daß er in einigen Fällen nur
in der Größenordnung eines Bruchteils liegt. Jedoch gewährleisten die Nocken-Kontaktelemente
eine effektive Anlage an den Nocken, die die verschiedensten Formen aufweisen können
und nicht nur einen punktförmigen Kontakt, und sie kompensieren ungenau Ausrichtungen
der Nockenwelle mit dem Stößel aus. Die Hersteller versuchen, die produzierten Nocken
mit den Stößellagerflächen sauber auszurichten; bei der Produktion ergeben sich
jedoch leicht Änderungen, was eine veränderte Abnutzung zur Folge hat.
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Die F i g. 6 bis 10 erläutert eine abgewandelte Form des Erfindungsgegenstandes,
bei welcher das Nockenkontaktelement 32 keinen Stiel aufweist, wie dies bei der
Ausführungsform der F i g. 1 bis 5 der Fall ist. In F i g. 6 ist ein Rahmenteil
33 gezeigt, das eine Vielzahl von Stößeln 34 trägt, die im wesentlichen genauso
ausgeführt sind wie bei der Ausführungsform von F i g. 1 bis 5, mit dem Unterschied,
wie bereits gesagt, daß das Nockenkontaktelement 32 keinen Stiel aufweist, sondern
eine kugelförmige Innenoberfläche 35. Die konkaven Sitze 36 weisen Leitungen 37
auf, die mit ihren inneren Enden über die Schmiermittelöffnung 38 mit der Schmiermittelkammer
des Stößelkörpers verbunden sind. Die Nockenkontaktelemente 32 besitzen plane Oberflächen,
die an den Nocken 40 anliegen, welche funktionall mit den Nocken 12 des Ausführungsbeispiels
von F i g. 1 und 2 übereinstimmen.
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Bei dem in F i g. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel ist durch gestrichelte
Linien 41 die gewöhnlich verwendete Nockenform und durch durchgezogene Linien die
Form gezeigt, die bevorzugt verwendet wird und die mit Stößeleinheiten gemäß der
Erfindung verwendet werden kann. Bei der Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes,
wie er in den F i g. 6, 7, 8 und 9 dargestellt ist, werden die Nockenkontaktelemente
32 in den dafür vorgesehenen Lagern mit Hilfe von Ringen 42 festgehalten, die aufgepreßt
oder anderweitig am Stößelkörper befestigt sind; die Befestigungseinrichtung ist
nicht gezeigt.
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Bei dem in F i g. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
werden die Nockenkontaktelemente 32 durch Walzen oder Pressen der äußeren Teile
43 gehalten, was erst erfolgt, nachdem das Nockenkontaktelement eingeführt ist;
ansonsten ist die Konstruktion die gleiche, wie sie in den F i g. 6, 7, 8 und 9
erläutert wird.
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In den F i g. 3, 6, 8 und 9 wurde das Nockenkontaktelement in verschiedenen
Schwenklagen gezeigt. Es ist jedoch selbstverständlich, daß sich diese in der Praxis
nicht nur aus Gründen der Konstruktion, sondern auch auf Grund der Abnutzung stark
unterscheiden. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Schwenkbewegung verhältnismäßig
klein, wie dies durch die gestrichelten Linien von F i g. 3 erläutert wird. Die
Aufrechterhaltung eines wirksamen Kontakts mit den Nocken ist ein wichtiges Merkmal
der Erfindung. Es ist jedoch selbstverständlich, daß im Falle einer unerwarteten
oder übermäßigen Abnutzung am Nocken oder am Nockenkontaktelement diese leicht mit
sehr geringen Kosten ersetzt werden können.
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Alle Ausführungsbeispiele des Stößels verhindern, daß die plane Anlagefläche
des Nockenkontaktelements am Rand des Nockens reitet, der sich gewöhnlich in Achsrichtung
verjüngt, wie dies in F i g. 6 zu sehen ist. Die Nockenkontaktelemente 24 und 32
können ausreichend in einer vertikalen Ebene durch die Achse der Nockenwelle schwenken,
so daß eine Berührungslinie axial entlang des sich verjüngenden Umfangs des Nockens
ausgebildet wird. Dies beseitigt nicht nur die hohen Punktkontaktbelastungen, durch
welche die hohen Kanten der Nocken rasch abgenutzt oder abgebrochen werden, sondern
erlaubt auch die Verwendung stärkerer Ventilfedern 10, wodurch ein rascheres und
besseres Schließen der Ventile erreicht wird.
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Der große Schwenkwinkel der Nockenkontaktelemente 32 in Ebenen senkrecht
zur Achse der Nokkenwelle erlaubt die Verwendung von Nockenvorsprüngen mit einem
größeren bzw. längeren Radius, wie er bei 40 dargestellt ist. Hierdurch wird die
Berührungslinie zwischen den Nocken und dem Nockenkontaktelement näher zum Zentrum
des Stößels geführt. Dies schafft eine längere Kontaktlinie über eine längere Seele
des Stößels, wodurch die Lagerdruckeinheit verringert wird. Dies erlaubt wiederum
die Verwendung stärkerer Ventilfedern und/oder Stößel mit kleinerem Durchmesser
und leichterem Gewicht.
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Bei beiden Ausführungsbeispielen der Stößel besteht durch den zur
Stößelachse exzentrischen Nokkenkontakt die Neigung, daß sowohl das halbkugelförmige
Nockenkontaktelement im Stößelkörper 15 als auch der Stößel im Lager 14 gedreht
werden. Dies verteilt die Abnutzung und verlängert die Lebensdauer von Stößel und
Nocken.