Vorteile von Concentric-Federn an Hilfsmotor-Zylinderköpfen

Warum werden Concentric-Federn an Hilfsmotor-Zylinderköpfen eingesetzt?

Concentric-Federn (konzentrische Federn) im Zylinderkopf des Hilfsmotors dienen dem Öffnen und Schließen von Auslass- und Einlassventil.

Gründe für den Einsatz konzentrischer Federn an Auslass- und Einlassventilen:

1. Fällt eine Feder aus, hält die andere das Ventil in Position.
2. Die Dicke der Einzel-federn für Einlass- und Auslassventil kann reduziert werden.
3. Der Bauraum für eine einzelne große Feder entfällt.
4. Wenn die Eigenfrequenz der Feder harmonisch mit der Nockenwellendrehzahl schwingt, kann die Feder axial schwingen und Surge (Schwingungsanregung) verursachen. Dies wird durch unterschiedlich große Federn, eine in der anderen, vermieden.
5. Zur Vermeidung von Seitenschub auf die Feder: Eine Feder ist links-, die andere rechtsgewunden, sodass der resultierende Schub null beträgt.

Anwendung konzentrischer Federn

1. Durch zwei Federn steigt die Tragfähigkeit; hohe Lasten können in begrenztem Raum übertragen werden.
2. Der Mechanismus bleibt funktionsfähig, auch wenn eine Feder bricht – ein „Fail-Safe“-System.
3. Federschwingungen (Surge) werden unterdrückt.

Warum zwei Federn am Auslassventil?

Ist die Eigenfrequenz der Auslassventilfeder eine Harmonische der Nockenwellendrehzahl, kann die Feder axial schwingen und in Surge geraten. Surge wird vermieden, indem man Federn unterschiedlicher Größe paarweise anordnet und ineinander einbaut.

Fällt eine Feder aus, wird das Ventil gehalten und nicht durch Kolbenkollision beschädigt. Die Dicke der Einzel-federn kann gegenüber der ursprünglichen Dicke reduziert werden.

Normalerweise werden zwei Federn mit unterschiedlichen Schwingungseigenschaften gewählt.

Zudem erfordern die Steifigkeitsanforderungen und die Platzverhältnisse eine konzentrische Anordnung; die resultierende Steifigkeit entspricht der Summe der Einzelsteifigkeiten.