DE3516626A1

DE3516626A1 - Valve spring

Info

Publication number: DE3516626A1
Application number: DE19853516626
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 6290 Weilburg Günther
Original assignee: Stumpp & Schuele GmbH
Current assignee: Stumpp & Schuele GmbH
Priority date: 1985-05-09
Filing date: 1985-05-09
Publication date: 1986-11-13

Abstract

Valve spring for automobile engines, having a length L0 in the unloaded condition, a length L1 when the valve is closed, and a length L2 when the valve is open and with wound-in end turns (22), in which the transitional region (23) lies between 200 DEG and 360 DEG and a length of the transitional region adjoining the adjacent full turn lies between 270 DEG and 300 DEG and in which, in the unloaded condition, the transitional region (23) is at the following distance from the adjoining turn (24) of the cylindrical part: <IMAGE> where if = the number of turns with a spring action; Dm1 = the mean diameter of the end turn (22); Dm2 = the mean diameter of the turns (24) of the cylindrical part. <IMAGE>

Description

Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Ventilfeder für Automobilmotoren, die im Einbauzustand gegenüber ihrer Länge im unbelasteten Zustand bei geschlossenem Ventil auf eine erste geringere Länge und bei geöffnetem Ventil darüber hinaus auf eine zweite geringere Länge zusammendrückbar ist und eingewundene Endwindungen aufweist, wobei der Außendurchmesser der eingewundenen Endwindung um einen bestimmten Abstand kleiner als der Innendurchmesser der anschließenden Windung des zylindrischen Teils der Ventilfeder ist, und die Endwindung, beginnend mit dem Federende über einen Umschlingungswinkel von ca. 2000 konstanten Durchmesser aufweist, und der Ubergangsbereich von der Endwindung zur anschließenden Windung des zylindrischen Teils der Ventilfeder im Einbauzustand bei geschlossenem Ventil an der anschließenden Windung ein gewisses Längenstück anliegt. Description The invention relates to a valve spring for automobile engines, in the installed state versus their length in the unloaded state when closed Valve to a first shorter length and, when the valve is open, beyond a second smaller length is compressible and has coiled end turns, wherein the outer diameter of the wound end turn by a certain distance smaller than the inner diameter of the subsequent turn of the cylindrical part is the valve spring, and the end turn, starting with the spring end over one Has a wrap angle of about 2000 constant diameter, and the transition area from the end turn to the subsequent turn of the cylindrical part of the valve spring in the installed state with the valve closed a certain amount on the subsequent winding Length piece is applied.

Man versucht bei diesen Federn, durch die Reibung des genannten Längenstückes an der nächstanliegenden vollen Windung des zylindrischen Teils eine Dämpfung der beim Schließen des Ventils entstehenden Resonanzschwingungen zu erzielen. Diese Resonanzschwingungen sind insbesondere deshalb unerwünscht, weil sie zu einer Hubspannungserhöhung führen, die bei der Dimensionierung der Federn hinsichtlich Drahtfurchmesser und Bauhöhe berücksichtigt werden muß.One tries with these springs, by the friction of the said length piece at the next adjacent full turn of the cylindrical part a damping of the resonance vibrations that occur when the valve is closed to achieve. These resonance vibrations are particularly undesirable because they lead to an increase in the stroke tension when dimensioning the springs must be taken into account with regard to wire diameter and overall height.

Eine Feder der eingangs genannten Art ist aus der-DE-AS 24 59 768 (US-PS 4,017,062) bekanntgeworden.A spring of the type mentioned is from DE-AS 24 59 768 (U.S. Patent 4,017,062).

Nachteilig bei den dort beschriebenen Federn ist jedoch, daß das angestrebte Ergebnis nicht immer zuverlässig erreicht werden kann.The disadvantage of the springs described there, however, is that the desired Result cannot always be reliably achieved.

ähnliche Ventilfedern, d.h. Ventilfedern mit eingewundenen Endwindungen sind in der DE-OS 22 58 572, DE-PS 17 67 258, der DE-AS 11 74 576 (= GB-PS 864,441), der DE-OS 28 51 791 und der DE-AS 20 00 472 beschrieben. Sie enthalten jedoch keine Angaben über die spezielle Dimensionierung zur Herbeiführung einer Reibungsdämpfung.similar valve springs, i.e. valve springs with coiled end coils are in DE-OS 22 58 572, DE-PS 17 67 258, DE-AS 11 74 576 (= GB-PS 864,441), DE-OS 28 51 791 and DE-AS 20 00 472 described. However, they do not contain any Information about the special dimensioning to bring about frictional damping.

Dabei muß berücksichtigt werden, daß an sich das Fachwissen davon ausgeht, daß ein Anliegen benachbarter Windungen aneinander und eine Reibung aneinander vermieden werden muß. Dies ist z.B. in der DE-PS 11 69 209 beschrieben (Spalte 1, Zeile 30 bis 32 und 48 bis 50; Spalte 3, Zeile 20 bis 25; Spalte 4, Zeile 5 bis 8), die ebenfalls eine Ventilfeder mit eingewundenen Endwindungen zeigt. Siehe auch Huhnen, Entwicklungen auf dem Federgebiet, DRAHT- FACHZEITSCHRIFT, 18. Jahrgang (AugustWegezurDämpfungdynamischer(August1967) Andere Wege zur Dämpfung dynamischer Hubspannungsschwingungen bei Ventilfedern gehen in die Richtung, die sog. "Progression" der Ventilfedern daraufhin auszulegen (vgl. M. Feldinger, Probleme des Schnelllaufs in Nockentrieben, Forschung auf dem Gebiete des Ingenieurwesens, Band 21, Heft 6 (1955), S. 181 - 188).It must be taken into account that in itself the specialist knowledge of it assumes that adjacent turns are in contact with one another and that there is friction with one another must be avoided. This is e.g. in DE-PS 11 69 209 described (Column 1, lines 30 to 32 and 48 to 50; Column 3, lines 20 to 25; Column 4, line 5 to 8), which also shows a valve spring with threaded end coils. Please refer also chickens, developments in the pen area, DRAHT-FACHZEITSCHRIFT, 18th year (AugustWegezurDampfdynamischer (August1967) Other ways to dampen more dynamic Stroke stress oscillations in valve springs go in the same direction, the so-called "progression" of the valve springs to be interpreted accordingly (see M. Feldinger, Problems of fast running in cam drives, research in the field of engineering, volume 21, issue 6 (1955), pp. 181-188).

Unter Progression versteht man die Tatsache, daß die einzelnen Federwindungen voneinander verschiedenen AbstandhEbenoder - anders ausgedrückt - daß die Steigung der einzelnen Windungen verschieden ist. Damit wird eine Nichtlinearität der Kennlinie erreicht, die auf eine veränderliche arbeitende Windungszahl zurückzuführen ist. Damit kommt die Schwingungsanregung "außer Tritt". Man hat auch versucht, innerhalb zylindrischer Ventilfedern Reibelemente vorzusehen (sog. "Flat Wire Damper"; vgl. Geschelin, Designing Valve Springs, Automotive Industries, Januar 1965, S. 61 bis 63) oder die Progression der Federn durch unterschiedliche Drahtstärken zu verwirklichen (DE-AS 28 56 632 US-PS 1,878,128).Progression means the fact that the individual spring coils different distances from one another or - in other words - that the slope of the individual turns is different. This results in a non-linearity of the characteristic achieved, which is due to a variable working number of turns. This means that the vibration excitation is "out of step". One has also tried within cylindrical valve springs provide friction elements (so-called "Flat Wire Damper"; cf. Geschelin, Designing Valve Springs, Automotive Industries, January 1965, pp. 61 bis 63) or to realize the progression of the springs by using different wire sizes (DE-AS 28 56 632 US-PS 1,878,128).

Andere Vorschläge gehen davon aus, die Eigenfrequenz der Feder durch Verstärkung des Drahtdurchmessers oder des Windungsdurchmessers oder durch Verringerung der Windungszahl sehr hoch zu legen oder unter dem festen Federende eine Lage aus stark dämpfendem Stoff anzubringen (Lehr, Schwingungen in Ventilfedern, Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure, Band 77, Nr. 18, S. 457 bis 462). Wieder andere Vorschläge gehen davon aus, mehrere konzentrische zylindrische Federn vorzusehen (US-PS 1,742,755). Other proposals assume the natural frequency of the spring through Reinforcement of the wire diameter or the winding diameter or by reducing it the number of turns very high or one layer under the fixed spring end to attach strongly damping material (teaching, vibrations in valve springs, magazine of the Association of German Engineers, Volume 77, No. 18, pp. 457 to 462). Still others Proposals assume the provision of several concentric cylindrical springs (U.S. Patent 1,742,755).

Alle diese Lösungen haben jedoch noch nicht zu befriedigenden Ergebnissen geführt, d.h. zu Ventilfedern, bei denen sicher und zuverlässig reproduzierbar die Resonanzschwingung der Hubspannung verringert werden kann.However, all of these solutions have not yet produced satisfactory results led, i.e. to valve springs in which the Resonance oscillation of the stroke voltage can be reduced.

Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, eine Ventilfeder der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der zuverlässig und reproduzierbar die Hubspannungserhöhungen, die durch eigenfrequente Resonanzschwingungen verursacht werden, unter Einsatz der geschilderten Reibungsdämpfung zu verbessern, um dadurch Federn geringeren Drahtdurchmessers und geringerer Bauhöhe als dies seither möglich war, zu schaffen.The object of the invention is accordingly to provide a valve spring of the initially mentioned to create the type mentioned, in which the stroke voltage increases reliably and reproducibly, caused by resonance vibrations of the natural frequency, using the To improve the described friction damping, in order to thereby provide springs with a smaller wire diameter and lower overall height than has been possible since then.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß, gemessen vom Federende) der Übergangsbereich zwischen in einem Winkelbereich 2000 und 3600 und das genannte anliegende Längenstück in einem Winkelbereich zwischen 2700 und 3000 liegt, daß ferner im unbelasteten Zustand der Übergangsbereich von der anschließenden Windung des zylindrischen Teils einen Abstand hat, wobei L0 die Länge der Ventilfeder im unbelasteten Zustand, L1 die Länge der Ventilfeder bei geschlossenem Ventil, i die Zahl der federnden Windungen Dml der mittlere Durchmesser der Endwindung innerhalb des Umschlingungswinkels und Dm2 der mittlere Durchmesser der Windungen des zylindrischen Teils der Ventilfeder ist, und die Steigung der Ventilfeder anschließend an das Längenstück in Richtung auf die anschließende Windung derart bestimmt ist, daß sich zumindest bei geschlossenem Ventil über das genannte Längenstück hinaus kein weiteres Anliegen des Ubergangsbereiches an der anschließenden Windung des zylindrischen Teils der Feder ergibt.According to the invention, this object is achieved in that, measured from the end of the spring) the transition area between in an angular range of 2000 and 3600 and the abutting length in an angular range between 2700 and 3000, further that in the unloaded state the transition area from the subsequent turn of the cylindrical part a distance where L0 is the length of the valve spring in the unloaded state, L1 is the length of the valve spring when the valve is closed, i is the number of resilient turns, Dml is the mean diameter of the end winding within the wrap angle and Dm2 is the mean diameter of the turns of the cylindrical part of the valve spring, and the slope of the valve spring adjoining the length in the direction of the subsequent turn is determined in such a way that at least when the valve is closed beyond the said length there is no further contact of the transition area with the subsequent turn of the cylindrical part of the spring.

Durch diese Dimensionierungsangaben ist gewährleistet, daß über ein gewisses Längenstück, dessen Größe sich auch im Betrieb beim Lastwechsel etwas verändern kann, Reibungsdämpfung gegeben ist. An der Stelle des Aneinanderliegens federn dabei die Windungen auch etwas in radialer Richtung. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß keine Brüche auftreten, sondern daß die Hubspannungsschwingungen zuverlässig reduziert werden können, so daß Federn mit geringerem Drahtdurchmesser und geringerer Bauhöhe - bei gleicher Federkraft -hergestellt werden können.This dimensioning information ensures that over a certain length of length, the size of which also changes slightly during operation when the load changes can, friction damping is given. Feather at the point of contact the turns also somewhat in the radial direction. Surprisingly, it turned out that no breaks occur, but that the stroke voltage oscillations are reliable can be reduced so that springs with a smaller wire diameter and smaller Construction height - can be produced with the same spring force.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar: Figur 1 ein Ventil eines Automobilmotors mit einer Ventilfeder; Figur 2 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel; Figur 3a, 3b, 3c Querschnitte entlang der Linie III-III in Fig. 2 im unbelasteten (Fig. 3a) Zustand, im Einbauzustand bei geschlossenem Ventil (Fig. 3b) und im Einbauzustand bei geöffnetem Ventil (Fig. 3c); Figur 4 eine Ansicht in Richtung der Pfeile IV-IV in Fig. 3b; Figur 5 die Hub spannung in Abhängigkeit von der Drehzahl bei einer bekannten zylindrischen Ventilfeder; Figur 6 die Hub spannung in Abhängigkeit von der Drehzahl bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 7 die eigenfrequenten Resonanzschwingungen der Hub spannung bei einer bekannten zylindrischen Feder; Figur 8 die eigenfrequenten Resonanz schwingungen der Hub spannung bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.An embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying drawings. The figures show: FIG. 1 a valve of an automobile engine with a valve spring; FIG. 2 shows a plan view of an exemplary embodiment; figure 3a, 3b, 3c cross-sections along the line III-III in Fig. 2 in the unloaded (Fig. 3a) State, in the installed state with the valve closed (Fig. 3b) and in the installed state with the valve open (Fig. 3c); Figure 4 is a view in the direction of arrows IV-IV in Fig. 3b; Figure 5, the stroke voltage as a function of the speed at a known cylindrical valve spring; Figure 6 the stroke voltage as a function of the speed in one embodiment of the invention; Figure 7 the natural frequency Resonance vibrations of the stroke voltage in a known cylindrical spring; figure 8 the natural-frequency resonance oscillations of the stroke voltage in one embodiment the invention.

Figur 1 zeigt das Ventil 1 eines Automöïlmotors in geschlossener Stellung. Dabei sitzt das Ventil 1 auf dem Ventilsitz 2 auf und verschließt den Durchgang zwischen Ansaugleitung 3 und Zylinder 4. Das Ventil 1 ist in einer Ventilführung 4 geführt. Am oberen Ende des Ventils 1 ist an diesem der Ventilfederteller 5 mittels zweier Sicherungsringe 6 befestigt. Auf das obere Ende des Ventiles 1 wirkt das linke Ende des Kipphebels 7, der auf der Kipphebelwelle 8 drehbar gelagert ist und an dessen anderem Ende die Stoßstange 9 angreift, die mit ihrem unteren Ende in einer kugeligen Aufnahme des Stößels 10 sitzt, der von der Nockenwelle 11, die vom Motor angetrieben wird, auf- und abbewegt wird.Figure 1 shows the valve 1 of an automobile oil engine in the closed position. The valve 1 sits on the valve seat 2 and closes the passage between intake line 3 and cylinder 4. Valve 1 is in a valve guide 4 led. At the upper end of the valve 1 is the valve spring plate 5 by means of this two retaining rings 6 attached. This acts on the upper end of valve 1 left end of the rocker arm 7, which is rotatably mounted on the rocker arm shaft 8 and at the other end of the bumper 9 engages with its lower end in a spherical receptacle of the tappet 10 is seated by the camshaft 11, which is from Motor is driven, is moved up and down.

Drückt der Nocken 12 den Stößel 10 und damit die Stoßstange 9 nach oben, so drückt das linke Ende des Kipphebels 7 das Ventil mit dem Federteller 5 nach unten.If the cam 12 pushes the plunger 10 and thus the push rod 9 afterwards at the top, the left end of the rocker arm 7 presses the valve with the spring plate 5 downward.

Das Ventil wird dann geöffnet.The valve is then opened.

Mit der Ventilführung 4 ist die Ventilfederaufnahme 14 einteilig ausgebildet. Zwischen dieser Ventilfederaufnahme 14 und dem Ventilfederteller 5, der mit dem Ventil 1 sich über die Sicherungsringe 6 verbunden ist und mit diesem auf- und abbewegt, befindet sich die Ventilfeder 20.The valve spring receptacle 14 is formed in one piece with the valve guide 4. Between this valve spring seat 14 and the valve spring plate 5, which is connected to the Valve 1 is connected via the retaining rings 6 and moves up and down with it, is the valve spring 20.

In dem in Fig. 1 dargestellten Einbauzustand kann sie also zwei Längen einnehmen: die sich bei geschlossenem Ventil (wie in Fig. 1) ergebende Länge L1 und die sich bei geöffnetem Ventil ergebende, demgegenüber verringerte Länge L2. Bereits in dem Einbauzustand nach Fig. 1 ist die Ventilfeder 20 gegenüber ihrer Länge in unbelastetem Zustand, die im allgemeinen mit Lg bezeichnet wird, um ein bestimmtes Maß zusammengedrückt.In the installed state shown in FIG. 1, it can therefore have two lengths occupy: which are when closed Valve (as in Fig. 1) resulting Length L1 and that resulting when the valve is open, on the other hand, decreased Length L2. Already in the installed state according to FIG. 1, the valve spring 20 is opposite their length in the unloaded state, which is generally referred to as Lg, compressed by a certain amount.

Es ist also: LO<L1<L2 .So it is: LO <L1 <L2.

Der Aufbau der Ventilfeder 20 ergibt sich im einzelnen aus den Figuren 2 und 3. Es handelt sich bei der Ventilfeder 20 um eine zylindrische Feder mit eingewundenen Endwindungen. Ausgehend von einem Federende 21 hat die Endwindung 22 konstanten Durchmesser, und zwar bis zu einem Winkel s= ca. 200°, gemessen vom Federende 21 an.The structure of the valve spring 20 can be seen in detail from the figures 2 and 3. The valve spring 20 is a cylindrical spring with a wound End turns. Starting from a spring end 21, the end turn 22 has constant Diameter, up to an angle s = approx. 200 °, measured from the spring end 21 at.

An die Endwindung schließt sich ein Ubergangsbereich 23 an. Innerhalb dieses Ubergangsbereiches erweitert sich der Durchmesser der Windung ständig und im wesentlichen stetig vom Durchmesser der Endwindung 22 auf den Durchmesser der Windungen des zylindrischen Teils. Die erste sich an den Übergangsbereich 23 anschließende Windung des zylindrischen Teils der Ventilfeder 20 ist mit 24 bezeichnet.A transition area 23 adjoins the end turn. Within The diameter of the turn is constantly expanding and in this transition area substantially continuously from the diameter of the end turn 22 to the diameter of the Turns of the cylindrical part. The first adjoins the transition area 23 The turn of the cylindrical part of the valve spring 20 is denoted by 24.

Der Ubergangsbereich 23, also der Bereich der Durchmesservergrößerung vom Durchmesser der Endwindung bis zum Durchmesser des zylindrischen Teils der Ventilfeder, erstreckt sich, gemessen vom Federende 21 an, von ca.The transition region 23, that is to say the region of the enlarged diameter from the diameter of the end coil to the diameter of the cylindrical part of the valve spring, extends, measured from the spring end 21, from approx.

2000 bis ca. 3600. Dieser Bereich ist mit ß bezeichnet.2000 to approx. 3600. This area is designated by ß.

Der mittlere Durchmesser der Endwindung 22 ist Dml, der äußere Durchmesser der Endwindung 22 ist Dal, der innere Durchmesser der Windungen des zylindrischen Teils ist Di2, der mittlere Durchmesser der Windungen des zylindrischen Teils ist Dm2. Damit im zusammengedrückten Zustand die Endwindung 22 sicher vollständig innerhalb der Windungen des zylindrischen Teils, also der Windung 21 liegt, ist der Außendurchmesser Dal der Endwindung 22 um einen bestimmten Toleranzbetrag 6 kleiner als der Innendurchmesser Di2 der Windung 21 des zylindrischen Teils.The mean diameter of the end turn 22 is Dml, the outer diameter of the end turn 22 is Dal, the inner diameter of the turns of the cylindrical Part is Di2, which is the mean diameter of the turns of the cylindrical part Dm2. Thus, in the compressed state, the end turn 22 is safely completely inside of the turns of the cylindrical part, that is to say the turn 21, is the outer diameter Dal the end turn 22 is smaller by a certain tolerance amount 6 than the inner diameter Di2 of the turn 21 of the cylindrical part.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß beim Ausführungssich beispiel die Endwindung 22vom Federende 21 an gemessen von Null bis zum Umfangswinkel ca. 2000 erstreckt; der Übergangsbereich 23 erstreckt sich, ebenfalls vom Federende 21 an gemessen, von ca. 2000s ca. 3600; die erste volle Windung 21 des zylindrischen Teils der Ventilfeder erstreckt sich dann von 3600 bis 7200.From the above it follows that in the embodiment example the end turn 22 from the spring end 21 measured from zero to the circumferential angle approx. 2000 extends; the transition area 23 extends, also from the spring end 21 on measured, from approx. 2000s approx. 3600; the first full turn 21 of the cylindrical Part of the valve spring then extends from 3600 to 7200.

Innerhalb des Übergangsbereichs 23 befindet sich das Längenstück 25. Es erstreckt sich über den eingezeichneten Winkel p . z erstreckt sich, gemessen vom Federende 21 an, etwa zwischen 270 und 3000.The length piece 25 is located within the transition region 23. It extends over the drawn angle p. z extends, measured from the end of the spring 21 on, approximately between 270 and 3000.

Die Feder ist nun so dimensioniert, daß das Längenstück 25 innerhalb des Ubergangsbereichs 23 im unbelasteten Zustand (Fig. 3a; Länge der Ventilfeder = Lo) von der abschließenden Windung 24 des zylindrischen Teils der Ventilfeder 20 den Abstand fx hat. Dieser Abstand berechnet sich wie folgt: Dabei ist, wie teilweise bereits erwähnt: Lg die Länge der Ventilfeder (20) im unbelasteten Zustand, L1 die Länge der Ventilfeder (20) bei geschlossenem Ventil (1), if die Zahl der federnden Windungen Dml der mittlere Durchmesser der Endwindung (22) innerhalb des Umschlingungswinkels zu), und Dm2 der mittlere Durchmesser der Windungen (24) des zylindrischen Teils der Ventilfeder (20).The spring is now dimensioned so that the length 25 within the transition area 23 in the unloaded state (Fig. 3a; length of the valve spring = Lo) from the final turn 24 of the cylindrical part of the valve spring 20 is at a distance fx. This distance is calculated as follows: As already mentioned in some cases: Lg is the length of the valve spring (20) in the unloaded state, L1 is the length of the valve spring (20) when the valve (1) is closed, if the number of resilient coils Dml is the mean diameter of the end coil (22) within the wrap angle zu), and Dm2 is the mean diameter of the turns (24) of the cylindrical part of the valve spring (20).

Bei Wahl eines derartigen Abstandes fx zwischen dem Längenstück 25 (innerhalb des Übergangsbereichs 23) und der nächst anschließenden vollen Windung 24 des zylindrischen Teils ergibt sich im Einbauzustand bei geschlossenem Ventil der in Fig. 3b (und auch in Fig. i) gezeigte Zustand, daß nämlich das Längenstück 25 an der Windung 24 anliegt. Dadurch, daß anschließend an dieses Längenstück die Steigung der Feder stärker sowie zunimmt als im Bereich dieses Längenstückes auch vorher, wird gewährleistet, daß bei geschlossenem Ventil (Fig. 3b) nur das Längenstück 25 an der Windung 24 anliegt, während der sich daran anschließende Teil des Übergangsbereiches 23 wieder frei ist. Es ist besonders notwendig, auf diesen Anstieg der Steigung nach dem genannten Längenstück 25 zu achten, da ansonsten, d.h. bei gleicher Steigung, beim Zusammendrücken einer Feder sich zunächst die Windungen großen Durchmessers aneinander anlegen und dann erst die Windungen geringeren Durchmessers. Dies ist die Folge davon, daß - sofern alle anderen Parameter gleich sind -die Kräfte bei der Windung größeren Durchmessers mit größerem Hebelarm wirksam werden.If such a distance fx is selected between the length piece 25 (within the transition area 23) and the next subsequent full turn 24 of the cylindrical part results in the installed state at closed Valve the state shown in Fig. 3b (and also in Fig. I), namely the length piece 25 is applied to the turn 24. Characterized in that then to this length piece the The incline of the spring increases more and more than in the area of this length piece beforehand, it is ensured that when the valve is closed (Fig. 3b) only the length piece 25 rests against the turn 24, while the adjoining part of the transition area 23 is free again. It is especially necessary on this increase in incline to pay attention to the mentioned length piece 25, otherwise, i.e. with the same slope, when compressing a spring, the coils of large diameter are the first to move lay against each other and only then the coils of smaller diameter. This is the consequence of the fact that - provided all other parameters are the same - the forces at the winding of larger diameter with a larger lever arm become effective.

Diese Umstände sind bei der Erfindung also insgesamt durch folgende Bemessungen der Steigung berücksichtigt: Die Endwindung 22 zwischen 0° und 2000 liegt in einer zur Ventilfederachse senkrecht verlaufenden Ebene. Ihre Steigung ist 0. Der Übergangsbereich hat nun bereits eine Steigung. Sie ergibt sich daraus, daß das Längenstück 25 im unbelasteten Zustand (Fig. 3a) von der Windung 24 den Abstand fx haben muß. Da die Lage des Längenstücks 25 auch winkelmäßig (zwischen 2700 und 3000) relativ genau definiert ist, läßt sich daraus bei gegebenem f gemäß obiger Form die Steigung in Abhängigkeit der sonstigen vorgegebenen Federparameter geometrisch leicht bestimmen. Anschließend an diesen Bereich 25 muß dann die Steigung stetig weiter zunehmen, damit gewährleistet ist, daß zumindest bei geschlossenem Ventil, also dem in Fig. 3b gezeigten Zustand, der Übergangsbereich nur im Bereich des Längenstücks 25 an der Windung 24 anliegt.These circumstances are therefore in the invention as a whole as follows Dimensioning of the slope taken into account: The end turn 22 between 0 ° and 2000 lies in a plane running perpendicular to the valve spring axis. Your slope is 0. The transition area now already has a slope. It results from that the length piece 25 in the unloaded state (Fig. 3a) from the turn 24 the Distance fx must have. Since the position of the length piece 25 is also angular (between 2700 and 3000) is relatively precisely defined, it can be derived from this for a given f according to In the above form, the slope as a function of the other specified spring parameters easy to determine geometrically. Subsequent to this area 25 must then be the slope steadily increase, so that it is guaranteed that at least when closed Valve, so the state shown in Fig. 3b, the transition area only in the area of the length piece 25 rests against the turn 24.

Wird nun die Ventilfeder weiter zusammengedrückt, und zwar auf die Länge L2, die sich bei geöffnetem Ventil ergibt (vgl. Fig. 3c), so verlängert sich das Längenstück 25 des Anliegens des Übergangsbereichs 23 an der Windung 24 etwas. Wie bereits erwähnt, ist jedoch die Steigung der Ventilfeder anschließend an das Längenstück 25 in Richtung auf die erste Windung des zylindrischen Teils derart bestimmt, daß im Anschluß an dieses Längenstück wieder ein Zwischenraum zwischen Übergangsbereich und Windung 24 besteht, so daß die Federwirkung erhalten bleibt und die Feder an dieser Stelle nicht aufsitzt.If the valve spring is now further compressed, on the Length L2, which results when the valve is open (cf. FIG. 3c), is thus lengthened the length 25 of the abutment of the transition region 23 on the turn 24 somewhat. As already mentioned, however, the slope of the valve spring is subsequent to the Length 25 in the direction of the first turn of the cylindrical part in this way determines that following this length piece again a gap between Transition area and turn 24 exists, so that the spring effect is maintained and the spring is not seated at this point.

Dies ist zumindest bei geschlossenem Ventil (L1) gegeben.This is the case at least when the valve (L1) is closed.

Dieser Zustand bleibt auch im Ausführungsbeispiel beim Zusammendrücken bis hin zu L2 (Fig. 3c; Ventil offen) erhalten, wenngleich es noch im Rahmen der erfinderischen Lehre anzusehen ist, wenn im letzten Bereich kurz vor der voll geöffneten Stellung, also kurz vor Erreichen von L2 der Ubergangsbereich 23 voll auf der ersten vollen Windung 24 aufsitzt.This state also remains in the exemplary embodiment when the components are pressed together up to L2 (Fig. 3c; valve open), although it is still within the scope of inventive teaching is to be seen when in the last area just before the fully open Position, so shortly before reaching L2, the transition area 23 fully on the first full turn 24 is seated.

Das Längenstück 25 des Übergangsbereichs 23 ist in Fig. 4 gezeigt. Figur 4 zeigt auch die Grenzen der Fläche, mit der der Ubergangsbereich 23 an der Windung 24 anliegt.The length 25 of the transition region 23 is shown in FIG. 4. Figure 4 also shows the boundaries of the area with which the transition region 23 on the Turn 24 is applied.

Diese Grenzen verändern sich natürlich in den verschiedenen Betriebszuständen.These limits naturally change in the various operating states.

Das Anliegen des Längenstücks 25 des Übergangsbereichs 23 an der ersten vollen Windung 24 bewirkt bei der Änderung der Betriebszustände, also bei einer Änderung von Fig. 3b (Ventil geschlossen) nach Fig. 3c (Ventil offen) eine Reibung und damit eine Dämpfung der Resonanzschwingungen, die bei schnellen Lastwechseln, wie dies beim Einbau solcher Ventilfedern in Automobilmotoren der Fall ist, auftreten.The abutment of the length piece 25 of the transition region 23 on the first full turn 24 causes a change in the operating conditions, so in a Change from Fig. 3b (valve closed) to Fig. 3c (valve open) friction and thus a damping of the resonance vibrations that occur with rapid load changes, as is the case when installing such valve springs in automobile engines.

Die Resonanzschwingungen führen drehzahlabhängig zu einer Erhöhung der Hubspannung tkh und zwar sowohl des höchsten Wertes ko als auch des niedrigsten Wertes rku (siehe DIN 2089, Vornorm vom Februar 1963, Blatt 1, Seite 3 bis 5), die bei einer Dimensionierung der Feder, d.h. insbesondere bei der Berechnung des Drahtdurchmessers d und der Federlänge berücksichtigt werden müssen. Ergibt sich also infolge der Dämpfung der eigenfrequenten Resonanzschwingungen der Hubspannung eine Verringerung der dynamischen Werte für ko und so so können die Federn dünner und damit mit geringerer ku' Bauhöhe realisiert werden. Das führt zu einer Gewichts-und Materialersparnis und ermöglicht ferner eine geringere Bauhöhe des Zylinderkopfes eines Automobilmotors. Gleichzeitig führt die Verringerung der dynamischen Hubspannungs-Anteile zu einem sichereren Schließen des Ventils und damit zur Ausschaltung schädlicher Einflüsse auf den Verbrennungsvorgang und damit auf Sauberkeit der Verbrennung und Verbrauch.The resonance vibrations lead to an increase depending on the speed the stroke voltage tkh, namely both the highest value ko and the lowest Value rku (see DIN 2089, preliminary standard from February 1963, sheet 1, Pages 3 to 5), which is important when dimensioning the spring, i.e. in particular with the Calculation of the wire diameter d and the spring length must be taken into account. So the result of the damping of the natural-frequency resonance vibrations is Stroke tension a reduction in the dynamic values for ko and so can the Springs can be made thinner and thus with a lower ku 'overall height. Leading to a weight and material saving and also enables a lower overall height of the cylinder head of an automobile engine. At the same time it leads to a reduction in dynamic stroke tension components for a more reliable closing of the valve and thus to eliminate harmful influences on the combustion process and thus on Combustion cleanliness and consumption.

Der Vorteil ergibt sich aus folgender Gegenüberstellung für ein Rechenbeispiel bei normaler zylindrischer Ventilfeder und einer eingewundenen Ventilfeder mit den erfindungsgemäßen Merkmalen. Dabei sei der angenommene Ventilhub (L1 - L2) = 10,5 mm. Der maximale Außendurchmesser der Ventilfeder betrage Da2 = 33 mm. Die Federkraft bei geschlossenem Ventil sei F1 = 30,6 Kp. iSF sei 66,1 Kp.The advantage results from the following comparison for a calculation example with a normal cylindrical valve spring and a wound valve spring with the features according to the invention. The assumed valve lift (L1 - L2) = 10.5 mm. The maximum outside diameter of the valve spring is Da2 = 33 mm. The spring force with the valve closed, let F1 = 30.6 Kp. iSF let 66.1 Kp.

Der Werkstoff habe eine Dauerhubfestigkeit 2 zul. = = 83 Kp/mm Da man aufgrund experimenteller Ergebnisse (siehe dazu weiter unten anhand der Figuren 5 und 6) davon ausgehen kann, daß bei einer erfindungsgemäßen Ventilfeder die dynamische Erhöhung der Hubspannung lediglich 18 % beträgt, während sie bei einer zylindrischen Ventilfeder ca. 34 % beträgt, und diese Erhöhung zur Erzielung einer Bruchsicherheit mitberücksichtigt werden muß, ergeben sich somit folgende Größen: Zylindrische Ventilfeder: Ventilfeder gemäß Ausführungs- beispiel: 3 a- d = rr=4,76 mm d -- tC"F IrrrxS Dm = 28 mm = =3,83 t ar L1 = 40,5 mm LB1 = 27,8 mm rkh = 54,17 Kp/mm (zul.=54,8) Zg ~ C3 kp/twa2gNt.= 6w) Eigenfrequenz ne = 579,9 L/S (Hertz) 4 3dV L/S Es ergibt sich also eine geringere Federlänge (L1, LB1.The material has a fatigue strength of 2 perm. = = 83 Kp / mm Since it can be assumed on the basis of experimental results (see further below with reference to FIGS. 5 and 6) that the dynamic increase in the stroke tension is only 18% in a valve spring according to the invention, While it is approx. 34% for a cylindrical valve spring, and this increase must also be taken into account in order to achieve break resistance, the following values result: Cylindrical valve spring: valve spring according to design example: 3 a- d = rr = 4.76 mm d - tC "F IrrrxS Dm = 28 mm = = 3.83 t ar L1 = 40.5 mm LB1 = 27.8 mm rkh = 54.17 Kp / mm (perm. = 54.8) Zg ~ C3 kp / twa2gNt. = 6w) Natural frequency ne = 579.9 L / S (Hertz) 4 3dV L / S This results in a shorter spring length (L1, LB1.

sowie ein geringererlraht-Durchmesser (4,4 mm anstelle von 4,76 mm). Die geringere Länge im Einbauzustand bei geschlossenem Ventil ist das entscheidende Einbaumaß, das für die Motordimensionierung (Zylinderkopf) maßgebend ist.and a smaller wire diameter (4.4 mm instead of 4.76 mm). The decisive factor is the shorter length when installed with the valve closed Installation dimension that is decisive for the engine dimensioning (cylinder head).

Derartige Ventilfedern wurden für den gleichen Motor gefertigt. Diese Ventilfedern wurden mit Dehn-Meßstreifen versehen in einen Automobilmotor eingebaut und bei laufender Maschine wurden die sich ergebenden Hubspannungsveränderungen über einen Meßverstärker mit angeschlossenem Schreiber aufgezeichnet. In den Figuren 5 (bekannte zylindrische Ventilfeder) und 6 (Feder mit eingewundener Endwindung gemäß Ausführungsbeispiel der Erfindung) wurde über einen Drehzahlbereich von 0 bis 6500 U/min gemssen. Figur 6 (Ausführungsbeispiel der Erfindung) zeigt eine deutlich verringerte Erhöhung Höchst- bzw. Tiefstwertet: zwar der dynamischen Hubspannung auf 18 % bezogen auf den statischen Wert im Vergleich mit der Erhöhung für eine zylindrische Ventilfeder (34 %).Such valve springs were made for the same engine. These Valve springs were fitted with strain gauges in an automobile engine and with the machine running, the resulting stroke voltage changes were recorded via a measuring amplifier with a connected recorder. In the figures 5 (well-known cylindrical valve spring) and 6 (spring with a coiled end turn according to the embodiment of the invention) was over a speed range of 0 up to 6500 rpm. Figure 6 (embodiment of the invention) shows one clearly reduced increase maximum or minimum value: the dynamic stroke voltage to 18% based on the static value compared with the increase for one cylindrical valve spring (34%).

Die Figuren 7 und 8 zeigen in sehr viel größerem Zeitmaßstab den Verlauf für einzelne Hübe bei einer mittleren Drehzahl von ca. 4500 U/min. Figur 7 zeigt den Verlauf bei einer zylindrischen ungedämpften Feder, Figur 8 bei einer Ventilfeder gemäß Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie ersichtlich, klingen die Resonanzschwingungen der Hubspannung bei der Ventilfeder nach dem Ausführungsbeispiel sehr viel schneller ab.FIGS. 7 and 8 show the course on a much larger time scale for individual strokes at an average speed of approx. 4500 rpm. Figure 7 shows The progress for a cylindrical undamped spring, Figure 8 in a valve spring according to the embodiment of the invention. As can be seen the resonance vibrations of the stroke tension sound in the valve spring according to the exemplary embodiment much faster.

Ergänzend ist zu bemerken, daß die Endwindungen in Abweichung des gezeigten Ausführungsbeispiels auch angeschliffen sein können.In addition, it should be noted that the end turns in deviation of the embodiment shown can also be ground.

- Ende der Beschreibung - - End of description -

Claims

Title: Valve spring Patent claim valve spring for automobile engines which, when installed, can be compressed to a first shorter length (L1) compared to its length (Lo) in the unloaded state with the valve (1) closed and to a second shorter length (L2) when the valve is open and has wound end turns (22), the outer diameter (Dal) of the wound end turn (22) being a certain distance ()) smaller than the inner diameter (Di2) of the subsequent turn (24) of the cylindrical part of the valve spring (20), and the end turn (22), starting with the spring end (21) over a wrap angle (4) of approx. 2000 constant diameter (Dm1), and the transition area (23) from the end turn (22) to the subsequent turn (24) of the cylindrical part of the valve spring (20) in the installed state with the valve closed, a certain length (25) rests on the adjacent winding (24), characterized in that, measured from In the spring end (21) the transition area (23) lies in an angular range 2000 and 3600 and the abutting length piece mentioned lies in an angular range (13) between 2700 and 3000, that furthermore, in the unloaded state, the transition area (23) from the adjoining turn (24) of the cylindrical part where Lo is the length of the valve spring (20) in the unloaded state, L1 is the length of the valve spring (20) when the valve (1) is closed, if the number of resilient turns Dml is the mean diameter of the end turn (22) within the wrap angle fix) , and Dm2 is the mean diameter of the turns (24) of the cylindrical part of the valve spring (20), and the pitch of the valve spring (20) following the length piece (25) in the direction of the subsequent turn (24) is determined such that at least when the valve (1) is closed beyond the said length piece (25) there is no further contact of the transition area (23) with the subsequent winding (24) of the cylindrical part of the spring.

- End of claim -