专利名称：尤其用于船用柴油机排气阀的阀旋转装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种尤其用于船用柴油机排气阀的阀旋转装置，它在用于阀杆的阀门外壳内支承在一上部与一下部驱动件之间，在这里，它通过一自由轮装置与该下部驱动件连接，该自由轮装置在阀杆关闭运动期间传递阀杆的旋转，此外，所述阀旋转装置通过一旋转圆筒支靠在上部驱动件上，该旋转圆筒与一个固定的支承圆筒啮合促使阀杆旋转。
在德国专利文件3113944中介绍了此类阀旋转装置。此已知的装置包括两个彼此同心地设置的圆筒段，一些滚珠以这样的方式旋转运动地在它们之间导引，即，滚珠分别啮合在其中一个圆筒段的球窝内和另一个圆筒段的一个相对于圆筒轴线倾斜延伸的滚珠槽内。为了在两个圆筒段之间达到更均匀的力分布，沿两个圆筒段的圆周分布地设有多个球窝或滚珠槽。优选地滚珠槽以恒定的斜度螺旋形延伸。
在此已知的阀旋转装置中，为了旋转圆筒段，在球窝内导引的滚珠在另一个圆筒段的滚珠槽内滚动，在这种情况下其中一个圆筒段通过自由轮装置锁止。当阀杆关闭时，沿旋转方向带动开启时锁止的圆筒段。
借助已知的装置在关闭过程中可以达到比较高的阀杆转速；但同时应估计到滚珠槽有一定量的磨损，这意味着必须考虑定期更换有关的圆筒段。
因此本发明的目的是创造前言所述类型的阀旋转装置，它能特别持久地承受高的负荷，以及尽管如此仍有高的加速度。
按本发明为达到此目的采取的措施是，旋转圆筒和支承圆筒通过斜齿或螺旋齿互相啮合，其中，旋转圆筒通过自由轮装置与阀杆连接，以及，支承圆筒固定在外壳上。
按本发明的阀旋转装置原则上适用于所有缓慢运行的船用发动机，但尤其适用于二冲程发动机，在这种发动机中上部驱动件由控制阀开启行程的液压缸构成，以及，下部驱动件由控制阀关闭运动的压缩空气缸的活塞构成。
在现代化的船用发动机中，阀旋转装置支承在它们之间的早期结构型式的弹簧阀盘被液压缸代替，液压缸构成阀门外壳的上端，以及它的油活塞使阀杆朝其开启的方向运动，所以阀杆从阀座抬起，以及通过一个沿反方向作用的压缩空气缸在压缩后借助其压缩空气活塞使阀杆重新朝关闭位置运动。对此有约7bar的空气压力便够了，而作用在油活塞上的油压达170bar。
按本发明的另一项设计，支承圆筒有内斜齿，它沿轴向至少与阀开启行程的长度加上两个圆筒的最小啮合长度相当。
相应地旋转圆筒有外齿，它沿轴向至少与两个圆筒的最小啮合长度相当。
对于斜齿适用的制齿数据例如当斜度小于45°时齿高约3至5mm。
通过支承圆筒优选地有沿其全长连续的齿，而旋转圆筒有仅沿其长度的大约三分之一从其在装入位置的上端向下延伸的外齿，使旋转圆筒降低生产成本；此外可以将两个圆筒之间留下的环形间隙更好地利用于油的润滑。
恰当地，支承圆筒通过将其外圆周紧压在液压缸相应的一支座上固定。在其固定的区域内可有利地在支承圆筒的外侧设一环形的润滑槽，后者通过径向孔向齿供应润滑油。
反之，旋转圆筒将其内圆周通过止推轴承支承在压缩空气缸活塞的圆柱形车槽内部，其中阀杆的杆摩擦连接地装在活塞轮毂的一中心通孔内。
因此，旋转圆筒不随活塞轴向移动，但可相对于活塞沿一个自由轮装置允许的旋转方向转动地支承。
/在这种情况下恰当的是，阀杆的杆借助夹紧件摩擦连接地楔紧在通孔中；以及，夹紧件设计为锥套，它通过一压环被轴向保险，该压环与活塞的轮毂用螺钉固定。作为夹紧件适用优选地用按SAE 1010的钢制的圆锥形环段，如美国专利文件3938484所述，它将一个内部隆凸啮合在阀杆的杆上一个相应的环槽内。夹紧件借助压环压紧，使阀杆的杆在规定的扭矩时按摩擦离合器的方式释放，换句话说，该阀杆的杆可以在所述阀旋转装置的另一些例如在自由轮装置方面的构件被破坏前旋转(durchdrehen)。
最后，按本发明规定，在压缩空气缸活塞的轮毂上固定自由轮装置的棘轮，在其圆周齿内啮合多个沿圆周分布地分别装在旋转圆筒的多个槽内的棘爪，后者分别弹簧加载地支承在那里。恰当地，棘轮的环形凸块同时用作止推轴承的轴向支座，止推轴承优选地由一个双深槽球轴承组成。通过将棘轮安置在压环与轮毂之间，可以将压环的固定螺钉穿过棘轮的孔插入活塞的轮毂内。
显然，液压缸和压缩空气缸通过压缩空气缸的活塞彼此隔开。压缩气垫处于压缩空气缸内其活塞的下方，它促使阀回弹到关闭位置；一个其中收集流出的液压油的腔处于活塞的上方，液压油同时起润滑油的作用。为此目的按本发明规定，旋转圆筒在自由轮装置的上方有沿其圆周分布的多个径向孔；以及，在两个圆筒之间以及在支承圆筒与活塞的车槽之间设有环形间隙，用于经所述径向孔流出的液压油。流出的液压油从那里经过一个以压缩空气缸的外圆周为界的环形间隙，通过另一些径向孔向外进入阀门外壳内，并回到油泵或储油箱内。
按本发明的阀旋转装置设在一上部和一下部驱动件之间，在这里两个驱动件，亦即液压缸和压缩空气缸，通过它们各自的活塞作用在阀杆的杆上。通过它的轴向运动，导致旋转圆筒相应于两个圆筒的斜齿旋转。通过阀杆的开启行程，在杆直线运动时造成旋转圆筒沿一个被自由轮装置释放的旋转方向旋转运动。通过阀杆在液压缸无压力时的关闭运动，在压缩气垫的作用下使旋转圆筒以相反的旋转方向旋转，这意味着自由轮装置的棘爪驱动棘轮，通过棘轮将旋转运动传给阀杆。阀杆的这种旋转运动利用于使阀盘在外壳一侧的阀座上在这两方面的配合面彼此相遇的瞬间研磨。研磨运动随着到达位置和压力增加而终止，此时相应于阀杆的惯性矩可能发生短的惯性运动阶段，为此，自由轮装置允许棘轮旋转。
按本发明的阀旋转装置不仅适合装入新的发动机中；它也适用于事后装入当时的阀门外壳内，为此要加工液压缸，尤其设置支承圆筒，以及使压缩空气缸得到一个新的活塞，在活塞上安装阀旋转装置的其余零件。
采用按本发明的阀旋转装置，成功地做到显著加长在两次检修之间的阀杆使用寿命，例如对于二冲程发动机从迄今的6000小时延长到约18000小时。这通过可借助按本发明的阀旋转装置达到的高旋转能量使阀盘在外壳一侧的阀座上研磨实现，其中，一定的旋转能量在到达配合位置的瞬时起作用。由此获得期望的抛光效果，由于此效果清除了在阀座表面区域内的沉积物，与之相关的优点是导致阀门光洁的金属配合面之间更好的热传导，其结果是有利地在阀锥形配合区域内有较低的温度。
下面借助
本发明的实施例，其中图1用立体剖切图表示一个阀门外壳；图2表示阀门外壳的上部和剖切的液压缸；图3放大表示按图1的局部详图III；
图4同样放大表示按图1的剖面IV-IV；图5用立体剖切图表示压缩空气缸的活塞；以及图6表示按图5的剖面VI-VI。
图1表示用于船舶推进的二冲程柴油机的(气)阀门外壳和装在它里面处于其关闭位置的阀杆1。在阀门外壳2内阀杆1的杆3可旋转地支承在轴套4内部，以及压缩空气缸5处于阀门外壳1上面和液压缸6处于压缩空气缸上面。液压缸6用相同的剖切图单独表示在图2中。在阀门外壳2的下侧，将一个在外壳一侧的阀座环7装入阀门外壳内并借助螺钉8固定在那里。阀座环7以其开口端构成在外壳一侧的阀座面，它通过一个经预处理例如淬火的，或作为硬质合金焊接的材料段9构成，以及它与在阀盘11上侧相应的阀配合面10(阀锥形配合)共同工作。
在液压缸6的一环形凹槽12内，支承圆筒13通过其外圆周面的压配合固定。支承圆筒13在其内圆周面上有斜齿14，旋转圆筒15与之啮合，它在其外圆周面上有与支承圆筒13的内齿14对应的外齿16。在图5中放大表示的旋转圆筒15可旋转地安装在压缩空气活塞18的一环形车槽17内，活塞18密封和可轴向移动地装在压缩空气缸5的内部。压缩空气活塞18将具有用于压缩气垫的缸腔19的压缩空气侧，与同时用作润滑油的液压油流出腔20隔开。
在液压缸6缸腔的上面部分内，在上死点表示了一个液压活塞21，它通过油压管22供给液压油。如由图2可看出的那样，液压活塞21朝阀杆1开启运动方向的行程受流出通道23的限制，流出通道23汇入液压油的流出腔20内。
液压活塞21钟形地扣在阀杆3的上端24上，使杆3在油压达170bar时向下朝阀杆的开启方向运动。同样与阀杆固定和密封连接的压缩空气活塞18，如后面还要结合图3和5详细说明的那样反向作用。压缩空气缸5的缸腔19与具有5至7bar的工作系统压缩空气源连接，它用于关闭阀杆。一旦阀杆1到达最大开启位置时的下死点(图中未表示)以及相应地卸除了液压缸6内的油压，通过在缸腔19内的压缩气垫使阀杆1重新回移到关闭位置。压力油在其流出时是被迫的，它从流出管23经流出腔20的内部区25及通过一些孔和环腔，如后面结合图3详细说明的那样，流入液压缸6流出腔20的外部区26，并从那里经液压缸6与压缩空气缸5之间的环腔27和进一步通过液压缸6内的径向孔28回到油箱。
图3放大表示图1中的详情III。可以看到液压缸6和固定在其中的支承圆筒13，它的内齿14与旋转圆筒15的外齿16啮合。外齿16沿轴向设计得比支承圆筒13的内齿短得多。以此方式使两个圆筒在阀杆1开启行程期间始终保持互相啮合。这些斜齿14、16通过流出的液压油充分润滑；除此之外为了润滑螺旋连接还可以设环形的润滑槽29，它经由径向孔30穿过支承圆筒13与其内齿14连接。润滑槽29通过油接头31供给润滑油。对于螺旋连接而言啮合一个最小长度就足够了，所以旋转圆筒15的外齿16只有大约支承圆筒13内齿14轴向长度的二分之一至三分之一。除了与此相关联的成本降低外，为在两个圆筒之间的环形间隙33内流出的液压油提供了更大的横截面，液压油经旋转圆筒15的径向孔32从流出腔20的内部区25流出，以便在这之后经两个圆筒之间的环形间隙33向下通过压缩空气活塞18的车槽17，以及重新向上通过车槽17外壁与支承圆筒13外圆周之间的环腔34，流入液压缸6流出腔20的外腔26内。液压油然后从此外部区26经压缩空气缸5的外圆周与液压缸6内圆周之间的环腔27通过液压缸6缸壁内的排出孔28向外流出。
旋转圆筒15在压缩空气活塞18车槽17内部的支承由止推轴承承担，它由一个轴向滚珠轴承35组成。此外一个下部支承环36和自由轮装置的棘轮38的轮缘37用于轴承35的轴向支承，其中支承环36弹性地装入旋转圆筒15内侧上一个相应的槽内。棘轮38借助螺钉40固定在压缩空气活塞18的轮毂39上。
由图4可看到棘轮38，它向上的方向被一压环44覆盖，该压环借助螺钉45同样固定在压缩空气活塞18的轮毂39上。相应地，棘轮38有一些孔46，螺钉45通过它们旋入。在图6中表示了这些用于将螺钉45穿过插入棘轮38内的孔46。在那里还存在的螺钉40用于固定棘轮38。
在表示图5的剖面VI-VI的图6中，可在此水平剖面内看到旋转圆筒15，在旋转圆筒15内沿圆周分布地安装六个棘爪41。每一个棘爪41通过其挡爪被一个用棘轮弹簧42加载的冲头43保持在止动位置。在此止动位置阻止棘轮38相对于旋转圆筒15沿箭头P1所示的旋转方向转动。然而允许棘轮38克服冲头43的弹簧力作用相对于旋转圆筒15沿箭头P2所示相反的旋转方向转动。在这种情况下棘爪41的爪在棘轮38的齿上滑过。
图5的放大剖面图用于表示旋转圆筒15在压缩空气活塞18车槽17内部的布置。在此图中没有表示支承圆筒13。由此图可以非常清楚地看到压缩空气活塞18内的中心孔，它向上方圆锥形终止。在用于阀杆1的杆3的安装孔所述的锥形扩张段47与杆3外圆周之间，楔入一个可在图3中清楚看到形式上为一锥套48的夹紧件，它被压环44轴向保险。锥套48在其内侧靠近其上边缘处有一个向里突出的隆凸49，它啮合在阀杆1的杆3上相应的环槽50中。
当阀杆1通过经由油压管22供入压力油从图1所示的关闭位置向下朝阀门开启的方向运动时，为此液压活塞21在阀杆3上端部24施加相应的力，此轴向的行程运动促使旋转圆筒15相应地轴向移动，它与支承装置一起相对于支承圆筒13沿箭头P3(图4)的方向转动，在此期间阀杆向下直线运动，从而打开阀座。
若反之在液压缸卸压后在缸腔19内的压缩气垫使压缩空气活塞18向上运动，则阀杆1朝关闭位置的方向提升，两个圆筒之间的斜齿啮合促使旋转圆筒15逆箭头P3所示的旋转方向转动。其结果是截止自由轮装置，也就是说，随旋转圆筒15一起运动的棘爪41带动棘轮38，所以使棘轮沿箭头P4(图4)的方向转动，在这种情况下通过锥套48相应地带转阀杆1。阀杆1的转动促使在到达阀座的瞬间阀盘11在外壳一侧的阀座上进行研磨，此时配合面彼此按期望的方式磨光。构成阀座的两方面的阀门配合面在这种情况下被抛光，从而获得一种密封的阀门配合，以及除此之外改善了在阀盘11与外壳一侧的阀座环之间的热交换。在图4中用箭头P5说明的研磨期间阀盘的旋转方向，与棘轮按箭头P4的转动方向一致。由于阀杆的惯性存在这样的可能性，即，当旋转圆筒15已经停止时，在自由轮装置按箭头P2滑转的情况下阀杆沿箭头P5继续转动。
权利要求
1.一种尤其用于船用柴油机排气阀的阀旋转装置，它在用于阀杆(1)的阀门外壳内支承在一上部与一下部驱动件之间，在这里，它通过一自由轮装置与该下部驱动件连接，该自由轮装置在阀杆(1)关闭运动期间传递阀杆的旋转，以及，所述阀旋转装置通过一旋转圆筒(15)支靠在所述上部驱动件上，该旋转圆筒(15)与一个固定的支承圆筒(13)啮合促使所述阀杆(1)旋转，其特征为所述旋转圆筒(15)和支承圆筒(13)通过斜齿互相啮合，其中，所述旋转圆筒(15)通过自由轮装置与阀杆(1)连接，以及，所述支承圆筒(13)固定在外壳上。
2.按照权利要求1所述的阀旋转装置，它用于二冲程发动机，在此二冲程发动机中，所述上部驱动件由控制阀开启行程的液压缸(6)构成，以及，所述下部驱动件由控制阀关闭运动的压缩空气缸(5)的活塞(18)构成。
3.按照权利要求2所述的阀旋转装置，其特征为，所述支承圆筒(13)有内斜齿(14)，它沿轴向至少与阀开启行程的长度加上所述两个圆筒的最小啮合长度相当。
4.按照权利要求2所述的阀旋转装置，其特征为，所述旋转圆筒(15)有外齿(16)，它沿轴向至少与所述两个圆筒的最小啮合长度相当。
5.按照权利要求2所述的阀旋转装置，其特征为，所述支承圆筒(13)通过将其外圆周紧压在液压缸(6)相应的支座上固定。
6.按照权利要求5所述的阀旋转装置，其特征为，所述支承圆筒(13)在其外圆周上有一环形润滑槽(29)，它通过径向孔(30)与支承圆筒(13)的内齿(14)连接。
7.按照权利要求2所述的阀旋转装置，其特征为，所述旋转圆筒(15)将其内圆周通过止推轴承(35)支承在压缩空气缸(5)活塞(18)的圆柱形车槽(17)内部；以及，阀杆(1)的杆(3)摩擦连接地装在活塞(18)轮毂(39)的中心通孔内。
8.按照权利要求7所述的阀旋转装置，其特征为，所述阀杆(1)的杆借助一夹紧件摩擦连接地楔紧在通孔中；以及，该夹紧件设计为锥套(48)，它通过一压环(44)被轴向固定，该压环与活塞(18)的轮毂(39)用螺钉固定。
9.按照权利要求2所述的阀旋转装置，其特征为，在活塞(18)的轮毂(39)上固定所述自由轮装置的一棘轮(38)，在其圆周齿内啮合多个沿圆周分布地装在所述旋转圆筒(15)的槽内的棘爪(41)，所述棘爪(41)分别弹簧加载地支承在那里。
10.按照权利要求7和8所述的阀旋转装置，其特征为，所述棘轮(38)安置在所述压环(44)与轮毂(39)之间。
11.按照权利要求2所述的阀旋转装置，其特征为，所述旋转圆筒(15)在自由轮装置的上方有沿其圆周分布的多个径向孔(32)；以及，在两个圆筒(13、15)之间以及在支承圆筒与活塞(18)的车槽(17)之间设有环形间隙，用于经此径向孔(32)流出的液压油。
全文摘要
本发明涉及一种尤其用于船用柴油机的排气阀的阀旋转装置，它在用于阀杆(1)的阀门外壳内支承在上部与下部驱动件之间，在这里，它通过自由轮装置与下部驱动件连接，自由轮装置在阀杆(1)关闭运动期间传递阀杆的旋转，此外，它通过旋转圆筒(15)支靠在上部驱动件上，旋转圆筒(15)与一个固定的支承圆筒(13)啮合促使阀杆(1)旋转。旋转圆筒(15)和支承圆筒(13)通过斜齿互相啮合，其中，旋转圆筒(15)通过自由轮装置与阀杆(1)连接，以及，支承圆筒(13)固定在外壳上。
文档编号F01L9/00GK1961137SQ200480042892
公开日2007年5月9日 申请日期2004年4月27日 优先权日2004年4月27日
发明者霍尔格·费尔曼 申请人:米尔基希斯沃克有限责任公司