DE2611777A1

DE2611777A1 - Bewegungsumwandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2611777A1
Application number: DE19762611777
Authority: DE
Inventors: William Arthur Michaels; Max Joseph Tauschek
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1975-04-23
Filing date: 1976-03-19
Publication date: 1976-11-04
Also published as: DE2611777C2; JPS5629089B2; SE421643B; US4075987A; JPS51124722A; GB1539245A; FR2308840B3; FR2308840A1; SE7604662L

Description

Cleveland, Ohio 44117 / V.St.A.

Unser Zeichen: T 1967

Bewegungsumwandlungsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Bewegungsumwandlungsvorrichtungen und insbesondere auf eine Vorrichtung, welche hin- und herbewegliche Ventile an Brennkraftmaschinen dreht.

Es ist üblich, Ablaßventile in Brennkraftmaschinen zu drehen, um ein Verbrennen, eine Ablagerung und hohe Spannungen zu reduzieren. Ein bekannter Ventildrehantrieb ist in der US-PS 2 62*l 323 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung sind zwei Flansche oder Gehäuseteile relativ zueinander in axialer Richtung und in Drehrichtung beweglich. Verschiebbare Kugeln sind zwischen den Flanschen angeordnet, um einen Flansch relativ zu dem anderen während der relativen axialen Bewegung der Flansche aufeinander zu zu drehen. Der drehbare Flansch ist am Ventilschaft befestigt, um das Ventil zu drehen. Dieses Ventil ist normalerweise in eine Schließstellung mittels einer Schließfeder vorgespannt, welche

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ebenfalls gegen einen der Plansche einwirkt, um diesen zum anderen Flansch hin zu drücken. Wenn das Ventil geschlossen ist, müssen die beiden Plansche axial getrennt voneinander gehalten werden, so daß sie sich anschliessend aufeinander zu bei der öffnung des Ventils bewegen können. Bei der bekannten Vorrichtung ist eine Tellerfeder oder eine andere Vorspanneinrichtung getrennt von den schiebbaren Ballen vorgesehen, und diese erzeugt die Vorspannungskraft, die erforderlich ist, um die beiden voneinander getrennt zu halten, wenn das Ventil geschlossen ist. Wenn sich das Ventil öffnet, nimmt die Kraft, die von der Ventilfeder ausgeübt wird, zu und überwindet die Trennkraft der Tellerfeder, so daß die beiden Teile sich aufeinander zu bewegen und die Kugeln dem einen der Plansche eine Drehung erteilen, wenn sich die Kugeln längs Rampen zwischen den Flanschen bewegen.

Bei einem anderen Ventildrehantrieb, der in der US^PS 2 758 583 beschrieben wird, ist eine Schraubenfeder zwischen den beiden Flanschen vorgesehen. Die Windungen der Feder werden äusgelenkt, wenn sich die Flansche aufeinander zu bewegen, um eine relative Drehung zwischen den Flanschen zu erzeugen. Bei diesem Drehantrieb wird eine besondere Tellerfeder oder eine andere Trennvorspannungseinrichtung ebenfalls verwendet, um die Teile voneinander getrennt zu halten, wenn das Ventil geschlossen ist.

Ventildrehantriebe, bei denen keine Tellerfedern oder andere getrennte Vorspannungselemente zum Trennen der beiden Flansche vorgesehen sind, werden in den US-Patentschriften 2 775 232, 2 875 7^0 und 2 935 058 beschrieben. Diese Patentschriften beschreiben Einrichtungen, die ein Ventil drehen und/oder eine konstante Kraft zwischen einem Kipphebel und dem Ventilschaft aufrechterhalten, um ein Ge-

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rausch zu verhindern. Bei diesen bekannten Vorrichtungen werden Kugeln, die zwischen zwei Planschen angeordnet sind, zum flachen Abschnitt von Rampen mittels Federn hingedrückt.. Diese Federn sind relativ weich und können keine Kraft gegen die Kugeln ausüben, die groß genug ist, um die Ventilfeder zu überwinden, die das Ventil geschlossen hält. Wenn die Kugelvorspannfedern stark genug wären, um die Ventilfeder zu überwinden, so könnten sich die Flansche trennen und das Ventil würde leicht geöffnet.

Ein erfindungsgemäßer Ventilanstrieb weist bewegliche Bauteile auf, wie beispielsweise Kugeln, die sich entlang von Rampen in einer Richtung bewegen, um eine relative Drehung zwischen zwei Bauteilen oder Flanschen zu bewirken, und diese Kugeln sind in einer entgegengesetzten Richtung durch Federn vorgespannt, um eine Trennkraft auf die beiden Flansche auszuüben. Die Größe der Kraft, die auf die beweglichen Teile oder Kugeln durch die Federn ausgeübt wird, ist ausreichend, um die Wirkung einer Ventilfeder zu überwinden, wenn das Ventil geschlossen ist und reicht nicht aus, die Wirkung der Feder zu überwinden, wenn das Ventil offen ist. Dies bedeutet, daß die Trennkraft, die auf die beiden Flansche durch die beweglichen Teile oder Kugeln ausgeübt wird, größer ist als die Kraft der Ventilfeder, wenn sich das Ventil in der Schließstellung befindet und kleiner ist als die Kraft der Ventilfeder, wenn das Ventil geöffnet ist.

Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung ist eine Drehsperre zwischen den beiden Elementen oder Flanschen vorgesehen, um eine umgekehrte relative Drehung zwischen diesen zu verhindern, so daß eine reine positive Drehung erzielt wird. Diese Drehsperre mag irgendeine Form aufr weisen und weist eine sehr leichte Reibungstellerfeder, eine gewellte Beilagscheibe oder eine Torsionsfederkupplung.

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Es ist ein Ziel der Erfindung, einen Ventildrehantrieb zu schaffen, der bewegliche Glieder hat, wie beispielsweise Kugeln, die zu flachen Teilen einer Rampe gedrückt werden und zwar mit einer ausreichenden Kraft, um die Einwirkung einer Ventilfeder zu überwinden, wenn das Ventil geschlossen ist. Die auf die beweglichen Glieder einwirkende Kraft reicht nicht aus, die Ventilfeder zu überwinden, wenn das Ventil offen ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Ventildrehantrieb mit einer Einwegkupplung zu schaffen, wodurch es ermöglicht wird, daß ein Ventil in einer Richtung gedreht wird und wodurch eine Drehung des Ventils in der entgegengesetzten Richtung verhindert wird.

Die Erfindung betrifft somit einen verbesserten Drehantrieb, der mehrere Vorspannungsfedern aufweist, die bewirken, daß zugeordnete Kugeln zu den flachen Enden von Rampen hingedrückt werden, welche zwischen zwei Gehäusebauteilen ausgebildet sind. Die Gesamtkraft, die gegen die Kugeln durch die Vorspannungsfedern ausgeübt wird, reicht aus, die Gehäuseteile gegen den Einfluß einer Ventilfeder voneinander getrennt zu halten, wenn sich das Ventil in einer Schließstellung befindet. Bei einer Bewegung des Ventils in eine Öffnungsstellung, nimmt die Ventilfederkraft bis zu einer Größe zu, die ausreicht, um die Kugeln in den zugeordneten Rampen gegen den Einfluß der Vorspannungsfedern nach unten zu bewegen. Wenn sich die Kugeln in den Rampen nach unten bewegen, bewirkt die Drehbewegung der Kugeln, daß einer der Gehäusebauteile sich relativ zu dem anderen dreht, worauf eine Drehung des Ventils folgt, wenn sich dieses öffnet. Wenn sich das Ventil anschließend in die Schließstellung bewegt, nimmt die Kraft der Ventilfeder ab, und die Kugel-

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vorspannungsfedern werden wirksam, um die Kugeln in den Rampen nach oben zu bewegen, um die beiden Gehäusebauteile gegen den Einfluß der Ventilfeder voneinander zu trennen. Die Trennbewegung zwischen den beiden Gehäusebauteilen erfolgt in einer Richtung, in der das Ventil geschlossen wird, so daß die Trennbewegung das Schließen des Ventils unterstützt. Um eine umgekehrte Drehung des Ventils, wenn es geschlossen wird, zu verhindern, ist eine Einwegkupplung vorgesehen, um eine relative Drehung zwischen den Gehäuseteilen zu sperren, wenn sie getrennt werden und wenn sich die Kugeln in den Rampen nach oben bewegen.

Andere Ziele und Vorteile sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

Pig. 1 eine Teilschnittansicht eines Ventils, bei dem der erfindungsgemäße Drehantrieb vorgesehen ist,

Fig. 2 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 2-2 der Fig. 1, bei der bestimmte Teile fortgelassen sind und andere Teile geschnitten,

Fig. 3 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 3-3 der Fig. 2,

Fig. k eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 4-M der Fig. 2,

Fig. 5 eine schematische Darstellung, welche die Kräfte veranschaulicht, die auf die verschiebbaren Elemente einwirken, welche im erfindungsgemäßen Drehantrieb verwendet werden,

Fig. 6 ein Kräftediagramm der in Fig. 5 gezeigten Kräfte,

Fig. 7 eine Teilschnittansicht ähnlich wie Fig. 3_S in der eine Federscheibe gezeigt ist, die als Drehsperre verwendet wird,

Fig. 8 eine Schnittansicht ähnlich wie Fig. 7, die eine Wellenfeder zeigt, die als Drehsperre verwendet wird

und
Fig. 9 eine ähnliche Ansicht w*ie Fig. 3» in der eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist.

In den Figuren der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Zylinderkopf 10 einer Brennkraftmaschine, die einen Auspuffkanal 12 aufweist, der von einer Verbrennungskammer kommt, die nicht dargestellt ist. Gase strömen aus der Verbrennungskammer durch eine öffnung, die von einem Ventilsitz 14 umgeben ist, zum Auspuffkanal 12.

Eine Bohrung im Zylinderkopf 10 v/eist eine langgestreckte Ventilführungshülse 16 auf, die über Bohrung montiere ist und die den Schaft 18 eines Ventils für eine hin- und hergehende Bewegung und für eine Drehbewegung aufnimmt, wobei die Bewegung entlang und um die Längsachse 19 erfolgt. Das Ventil A weist einen Kopf 20 auf, der mit dem Ventilsitz I¹I zusammenarbeitet und ein Schaftende 22.

Ein Federteller 30 ist am Schaft 18 gegen eine axiale Bewegung und gegen eine Drehbewegung relativ zum Schaft mittels einer Verriegelung 32 in bekannter Weise befestigt. Ein Drehantrieb B ist vorgesehen, um dem Ventil A irgend-

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einer axialen Bewegung in einer Richtung, in der der Kopf 20 vom Ventilsitz 14 wegbewegt wird, eine Drehbewegung zu erteilen. Der Drehantrieb B weist obere und untere Gehäuseteile 34 und 36 auf, die in axialer Richtung und in Drehrichtung zueinander beweglich sind und zwar um die Längsachse 19·

Eine Schraubenventilfeder 40 ist zwischen dem Federteller 30 und dem äußeren Gehäuseabschnitt 3¹J vorgesehen, um den Ventilkopf 20 in einer Richtung zum Ventilsitz 14 hin vorzuspannen. Wenn das Ventil A sich in der in Fig. dargestellten Schließstellung befindet, ist die Ventilfeder 40 ausgedehnt und übt eine erste Kraft aus, die den Kopf 20 des Ventils A zum Sitz 14 hin drückt. Während des Betriebes der Maschine übt ein Kipphebel 44 eine Kraft auf das Ventilschaftende 22 aus, um den Ventilkopf 20 vom Ventilsitz 14 in eine maximale Öffnungsstellung fortzubewegen. Wenn das Ventil A sich in der Öffnungsstellung befindet, wird die Ventilfeder 40 axial gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Öffnungsstellung zusammengepreßt. Die Vorspannungskraft, die auf das Ventil A durch die Feder 40 ausgeübt wird und das Ventil zur Schließstellung hin drückt, nimmt zu, wenn sich das Ventil aus der in Fig. 1 dargestellten Schließstellung in eine volle Öffnungsstellung bewegt. Die Kraft, die gegen den Drehantrieb B durch die Ventilfeder 40 ausgeübt wird, ist wesentlich größer, wenn das Ventil sich in der Öffnungsstellung befindet, als wenn das Ventil sich in der Schließstellung befindet.

Wie in den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist, weist der untere Gehäuseteil 36 des Drehantriebs B mehrere langgestreckte, in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete gebogene Nuten 46 auf. Die Nuten 46 haben eine gemeinsame

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kreisförmige Längsachse, deren Mitte in der Achse 19 liegt. Jede Nute 46 weist gegenüberliegende Endwandungen 48 und 50 auf und eine Rampe 52, die sich von einem flachen Endabschnitt neben der Endwand 40 nach unten zu einem tiefen Endabschnitt neben der Endwand 50 hin neigt.

Jede Nute 46 nimmt eine Kugel 54 auf, die ein verschiebbares Element bildet. Die Tiefe des flachen Endabschnittes der Nute neben der Endwand 48 ist wesentlich geringer als der Durchmesser der Kugel 54. Der tiefe Endabschnitt der Nute 46 neben der Endwand 50 weist jedoch eine Tiefe auf, die größer ist als der Durchmesser der Kugel 54. Schraubenförmige Vorspannungsfedern 56 sind in den Nuten angeordnet und drücken die Kugeln die Rampe 52 aufwärts zum flachen Endabschnitt 48 der Nuten 46 hin.

Die Gehäuseteile 34 und 36 sind so ausgebildet und angeordnet, daß sie sich axial relativ zueinander längs der Längsachse 19 bewegen können und ferner sich um diese Längsachse relativ zueinander drehen können. Die Ventilfeder 40 drückt normalerweise den Drehantrieb B längs der Führungshülse 16, so daß der untere Gehäuseabschnitt 36 gegen die äußere Oberfläche des Motorkopfes 10 anliegt, und zwar erfolgt dieses Drücken mit einer ausreichenden Normalkraft, um eine Drehung des unteren Gehäuseteils relativ zum Motorkopf zu verhindern. Die Ventilfeder 40 liegt gegen den Federteller 30 und den oberen Gehäuseteil 34 mit einer ausreichenden Normalkraft an, so daß die Reibung zwischen diesen Teilen eine relative Drehung zwischen dem oberen Gehäuseteil 34, der Feder 40 und dem Federteller 30 verhindert, der seinerseits fest mit dem Ventilschaft 18 verbunden ist. Falls gewünscht, kann der untere Gehäuseteil 36 positiv oder zwangsweise ■am Kopf 10 oder der Hülse 16 befestigt sein, und die

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Ventilfeder 40 kann positiv oder fest am oberen Gehäuseteil 34 und am Federteller 30 befestigt sein. Falls gewünscht, kann der Ventildrehantrieb B zwischen dem oberen Ende, der Ventilfeder 40 und dem Federteller 30 angeordnet sein.

Der obere Gehäuseteil 34 ist, wie bei 58 dargestellt, nach innen umgebogen und dieser Flanschabschnitt arbeitet mit einem nach außen sich erstreckenden Rand 59 am unteren Gehäuseteil 36 zusammen, um eine vollständige axiale Trennung dieser Teile zu verhindern, wobei gleichzeitig eine relative Drehung zwischen diesen Teilen ermöglicht wird. Der untere Gehäuseteil 36 weist eine zylindrische Nabe 60 auf, um die herum eine als Schraubenfeder ausgebildete Kupplungsfeder 62 angeordnet ist, die mit diesem in leichtem Reibungseingriff steht. Der obere Gehäuseteil 34 weist ebenfalls einen zylindrischen Nabenabschnitt 64 auf, der eine Aussparung 66 hat, welche ein nach außen umgebogenes Ende 68 der Kupplungsfeder 62 aufnimmt.

Während des Betriebes des Drehantriebs B, bei welchem dem Ventil A eine Drehung erteilt wird, dreht sich der obere Gehäuseteil 34 in Richtung des Pfeils 72 in Fig. 2 relativ zum unteren Gehäuseabschnitt 36. Die Kupplungsfeder ist in einer derartigen Richtung um die Nabe 60 des unteren Gehäuseteiles 36 herumgewickelt, daß eine Zusammenarbeit zwischen der Aussparung 66 und dem Federende 68, wenn der obere Gehäuseteil 34 sich in Richtung des Pfeiles dreht, die Schraubenfeder aufgewickelt und verlängert wird. Dies erlaubt der Feder 62, sich frei mit dem oberen Gehäuseteil 34 relativ zur Nabe 60 in Richtung des Pfeiles 72 in Fig. 2 zu drehen. Wenn der obere Gehäuseteil 34 die Neigung hat, sich in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung des Pfeiles 72 zu drehen, bewirkt eine Zusammenarbeit zwischen der Aussparung 66 und dem Federende 68,

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daß die Federwicklungen zusammengezogen werden und daß eine geringe Verminderung im Durchmesser erfolgt, so daß der Nabenabschnitt 60 des unteren Gehäuseteiles 36 fest eingespannt wird, wodurch eine umgekehrte Drehung des oberen Gehäuseteiles 34 und des Ventils A verhindert wird.

Wenn das Ventil A geschlossen ist, sind die Gehäuseteile 34 und 36 axial voneinander getrennt, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, und die Kugeln 54 befinden sich im flachen Endabschnitt der Nuten 46. Zu dieser Zeit übt die Ventilfeder eine erste Kraft aus, die man auch als Ventilschließkraft bezeichnen kann und die die Neigung hat, den oberen Gehäuseteil 34 zum unteren Gehäuseteil 36 hin zu bewegen. Wenn der Kipphebel 44 das Ventil A öffnet, wird die Ventilfeder A zusammengepreßt und übt eine zunehmende Kraft aus, die einen Maximalwert erreicht, wenn das Ventil A vollständig offen ist. Diese Maximalkraft kann als zweite Kraft oder Ventilöffnungskraft bezeichnet werden. Dies heißt, daß die Ventilfeder 40 eine Einrichtung ist, die eine veränderliche Kraft ausübt, wodurch Kräfte aufgebracht werden, die alternativ zwischen einem Maximal- und einem Minimalwert zu- und abnehmen, wenn das Ventil A sich zwischen seiner Schließ- und Öffnungsstellung hin- und herbewegt. Wenn die Kraft der Ventilfeder 40 zunimirt, beginnen die Kugeln 54, längs der Rampen 52 nach unten zu rollen, so daß sich der obere Gehäuseteil 34 zum unteren Gehäuseteil 36 hin bewegt. Wenn dies stattfindet, wird dem oberen Gehäuseteil 34 relativ zum unteren Gehäuseteil 36 eine Drehbewegung in Richtung des Pfeiles dadurch erteilt, daß die äußere Oberfläche der Kugeln 54 mit dem oberen Gehäuseteil 34 in einen Abwälzkontakt gelangen.

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Wenn sich das Ventil A wieder in seine Schließstellung bewegt, nimmt die Kraft der Ventilfeder 40 ab, so daß die Kugeln 54 sich wieder längs der Rampen unter dem Einfluß der Federn 56 nach oben bewegen. Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind die Kugelfedern so ausgelegt, um eine ausreichende Kraft zu erzeugen, damit die Gehäuseteile 34 und 36 gegen die Ventilschließkraft der Feder 40 getrennt werden können. Die Trennung der Gehäuseteile 3^ und 36 unter der Einwirkung der Federn 56 hat die Neigung, das Ventil A zu schließen, da der Drehantrieb B zwischen dem Federteller 30 am Ventilschaft 18 und dem Zylinderblock 10 angeordnet ist. Die Vorspannungskraft, die gegen die Kugeln 54 durch die Federn ausgeübt wird, reicht jedoch nicht aus, die Gehäuseteile 34 und 36 gegen den Einfluß der verhältnismäßig großen Kraft zu trennen, die auf den Ventildrehantrieb B ausgeübt wird, wenn sich das Ventil A in der Schließstellung befindet .

Es sei bemerkt, daß die Kugeln 54 und die Federn 56 eine kombinierte Einrichtung bilden, welche eine doppelte Funktion hat und zwar einmal,eine Drehung dem Gehäuseteil 34 relativ zum Gehäuseteil 36 zu erteilen, und zum anderen, diese Teile mit einer dritten Kraft zu trennen, die eine Größe hat, die ausreicht, um den Einfluß der Ventilfeder 40 zu überwinden, wenn das Ventil A geschlossen ist. Dies schaltet die Notwendigkeit einer besonderen Tellerfeder aus, die erforderlich wäre, um die Gehäuseteile 34 und axial voneinander getrennt zu halten, wenn das Ventil A geschlossen ist. Da die Federn 56 nicht in der Lage sind, die .erhöhte Kraft der Ventilfeder 40 zu überwinden, wenn sich das Ventil A öffnet, ermöglichen es die Federn den Kugeln 54, entlang der Rampe 52 zu rollen und sowohl den oberen Gehäuseteil 34 als auch das Ventil A zu drehen, wenn sich dieses Ventil öffnet.

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Wie Fig. 5 zeigt, übt jede Feder 56 eine Kraft P auf jede Kugel 54 aus. Diese Kraft drückt die zugeordnete Kugel 54 längs der Rampe 52 nach oben und zwar gegen den Einfluß der Kraft F, die auf den Drehantrieb B durch die Feder 40 ausgeübt wird. Eine normale nach unten gerichtete Kraft N wird zwischen jeder Kugel 54 und jeder Rampe 52 erzeugt. Der Winkel zwischen der Horizontalen und der Rampe 52 ist in Fig. 5 ganz allgemein mit 80 gekennzeichnet. Das aus diesen Kräften gebildete Kräftediagramm ist in Fig. 6 gezeigt. Es sei bemerkt, daß, wenn das Ventil A sich in der Schließstellung befindet, die Kraft F, die von der Ventilfeder 40 ausgeübt wird, nicht ausreicht, um den Einfluß der Federkräfte P und der Normalkräfte N zu überwinden, so daß die Kugel 54 zum flachen Ende der Rampe 52 hin gedrückt wird und die Gehäuseteile 34 und 36 werden dadurch getrennt, wie es Fig. 4 zeigt. Wenn das Ventil A geöffnet wird, nimmt die Federkraft F ausreichend zu, um den Einfluß der Federkräfte P zu überwinden, und die Kugeln 54 rollen längs der Rampe 52 nach unten. Die Berechnungsformel für jede Kugelfeder ist die folgende:

P =

8D⁵(Nu)

In der Formel bedeutet P die Kraft, die durch eine Feder ausgeübt wird, f ist die Federverbiegung, G ist der Torsionsmodul, d ist der Graddurchmesser, D ist der mittlere Durchmesser und Nu die Anzahl der Federwicklungen. In der Ventilschließstellung ist die Gesamtkraft, die auf den Bauteil 34 einwirkt und die dazu neigt, diesen vom Bauteil 36 zu trennen, gleich der Gesamtkraft P, die durch alle Federn 56 erzeugt wird, die auf alle Kugeln 54 einwirken. Die Gesamttrennkraft ist ausreichend groß, um die erste

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oder Ventilschließkraft F zu überwinden, die durch die Ventilfeder 40 erzeugt wird, welche auf den Bauteil 34 einwirkt, so daß die Bauteile 34 und 36 axial voneinander getrennt werden, wie es Fig. 3 zeigt, wenn das Ventil geschlossen ist. Zu dieser Zeit wird die gesamte Drucklast der Feder 40 von allen Kugeln 54 aufgenommen. Wenn das Ventil A beginnt, sich durch die Einwirkung des Kipphebels 44 zu öffnen, nimmt die Kraft, die von der Ventilfeder ausgeübt wird, zu, so daß die Kugeln 44 beginnen, längs der Rampen 52 nach unten zu rollen, die sich am Boden der Rampe 52 oder in der Nähe des Bodens befinden. Während dieses Vorganges bewirkt die Abwälzreaktion der Kugeln am Bauteil 34, daß dieser Bauteil 34 relativ zum Bauteil 36 gedreht wird, wodurch das Ventil A gedreht wird.

Wenn das Ventil A beginnt, sich zu schließen, ist die Wirkung umgekehrt, wobei die Kraft der Ventilfeder 40 abnimmt, so daß die Kraft einer jeden Kugelfeder 56 beginnt, die zugehörige Kugel 54 längs der Rampe 52 zu drücken. Zu diesem Zeitpunkt besteht die Neigung, daß eine umgekehrte relative Drehung zwischen den Bauteilen 34 und 36 erfolgt. Da die Kugeln 54 nunmehr in einer entgegengesetzten Richtung rollen, wird die Kupplungsfeder 62 eingerückt, um eine umgekehrte relative Drehung zu verhindern. Die Kugelfedern 56 erzeugen dann anstatt eines Abwälzens ein Gleiten einer jeden Kugel 54 längs der zugeordneten Rampe 52. Das Ergebnis ist, daß keine umgekehrte Ventildrehung stattfindet. Diese Wirkung hält an, bis die Ventilschließstellung erreicht ist und die Kugeln zum oberen Ende der Rampe hin gedrückt sind, wodurch der Ventildrehzyklus beendet ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Drehantrieb muß die Trennkraft, die durch die Federn 56 erzeugt wird und die bewirkt, daß axial die Teile 34 und 36 während der relativen Drehung

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zwischen getrennt werden, einen Wert haben, der ausreicht, um die Ventilschließkraft, die die Feder 40 erzeugt, zu überwinden, und dieser Wert soll so sein, daß dadurch nicht die Ventxlöffnungskraft überwunden wird, die durch die Feder 40 erzeugt wird. Dies wird unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 dadurch erreicht, daß:

ψ = sin (des mit 80 bezeichneten Winkels)

Die Ventilgehäuseteile 34 und 36 müssen sich aufeinander zu bewegen, wenn das Ventil A'geöffnet wird, um eine Drehung des Ventils durchzuführen. Wenn das Ventil A offen ist, steigt das Produkt des Sinus des mit 80 bezeichneten Winkels und der von der Ventilfeder 40 erzeugten Kraft F zu einer Gesamtkraft an, die größer ist als die Gesamtkraft P der Fig. 5, die von allen Federn 56, die auf die Kugeln 54 einwirken, erzeugt wird. Da sich die Ventilgehäuseteile 34 und 36 voneinander fort bewegen müssen, wenn sich das Ventil A schließt, um den Drehantrieb B für den nächsten Betriebszyklus einzustellen, muß das Produkt aus dem Sinus des mit 80 bezeichneten Winkels und der Ventilkraft F der Feder bis zu einer Gesamtkraft abnehmen, die geringer ist als die Gesamtkraft B, die durch alle Federn 56 erzeugt wird, welche auf die Kugeln 54 einwirken. Im allgemeinen kann gesagt werden, daß die Trennkraft, die von den Federn 56 ausgeübt wird, welche ihrerseits auf die Kugeln 54 einwirken, zwischen der minimalen oder Ventilschließkraft und der maximalen oder Ventxlöffnungskraft liegt, die von der Feder 40 erzeugt werden. Bei der öffnung des Ventils A ist das Produkt aus der Kraft F und dem Sinus des mit 80 bezeichneten Winkels größer als P und die Kugeln 54 rollen längs der Rampen 52 nach unten. Wenn dies stattfindet, dreht die Drehung der äußeren Oberfläche der Kugeln 54 den

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oberen Gehäuseabschnitt 34 und das Ventil A um die Achse 19. Beim Schließen des Ventils A ist das Produkt aus F und dem Sinus des mit 80 bezeichneten Winkels kleiner als P. Zu diesem Zeitpunkt hält die Wirkung der Kupplung 62 den Gehäuseteil 34 gegen eine Drehung fest, und die Kugeln 54 gleiten die Rampen 52 ohne Gegendrehung des Ventils A um die Achse 19 nach oben. Wenn die Kugeln 54 längs der Rampen 52 gleiten, werden die Gehäuseteile 34 und 36 axial in Richtung der Ventilschließung voneinander fort bewegt. Der obere Gehäuseteil 34 wird nach oben vom unteren Gehäuseteil 36 fortbewegt, wenn sich der Ventilkopf 20 nach oben zum Ventilsitz 14 hin bewegt.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine andere Drehsperre, die anstelle der Federkupplung 62 von Fig. 3 verwendet wird. Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausfuhrungsform ist eine Tellerfeder 90 zwischen den Teilen 34 und 36 angeordnet, um einen.Reibungswiderstand zwischen diesen Teilen auszubilden, der leicht durch die größere eine Drehung erzeugende Kraft überwunden werden kann, wenn die Kugeln 54 längs der Rampen 52 nach unten rollen. Diese Feder sperrt jedoch eine umgekehrte Drehung und bewirkt, daß die Kugeln gleiten, wenn sie längs der Rampen nach oben bewegt werden, wenn sich die Kraft der Feder 40 vermindert. Es sei bemerkt, daß bei dieser Ausführungsform die Tellerfeder 90 einen extrem leichten Aufbau aufweist, so daß die Kraft, die sie erzeugt, nicht von Bedeutung ist, soweit es die Trennung der Teile 34 und 36 betrifft. Eine derartige Tellerfeder ist lediglich dazu vorgesehen, einen Reibungswiderstand gegen eine umgekehrte relative Drehung zwischen den Teilen 34 und 36 zu erzeugen, und diese Tellerfeder ist kein Lastaufnahmeglied. Bei der Darstellung in Fig. 8 ist eine Wellenscheibe 92 vorgesehen, um einen Reibungswiderstand gegen eine relative Drehung zwischen den Teilen 34 und 36 zu erzeugen, wodurch eine umgekehrte Drehung dieser Teile verhindert wird.

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Pig. 9 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei welchem der Bauteil 36 eine Umfangsnut 98 aufweist, die eine Schraubenfeder 102 aufnimmt, die einen Mündungsdurchmesser hat, der größer ist als die Tiefe der Nut 98. Bei einer Ausfuhrungsform dieser Art sind die Windungen der Feder 102 normalerweise in einer Richtung etwas geneigt, die der gewünschten Drehrichtung des Teiles 3^ gegenüber dem Teil 36 entspricht. Bei bisher bekannten Anordnungen dieser Art wurde eine Tellerfeder verwendet, um die Trennkraft zwischen den Teilen34 und 36 zu erzeugen und um die Ventilschließkraft der Ventilfeder ¹IO zu überwinden. Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform ist die Feder 102 derart bemessen, daß deren Reaktionskraft zwischen den Kräften der Feder ¹IO in der Ventilschließstellung und in der.VentilöTfnungsstellung liegt. Die Reaktionskraft der Feder allein erzeugt die Trennkraft zum Trennen der Teile 3^ und 36 gegen die Kraft der Feder 40 in der Ventxlschließstellung. Wenn sich das Ventil A beginnt zu öffnen und die Kraft, die durch die Ventilfeder kO ausgeübt wird, zu ihrer maximalen Öffnungskraft hin zunimmt, bewegen sich die Windungen der Feder 102 aus ihrer leicht geneigten Stellung gegenüber der vertikalen zu einer mehr horizontalen Stellung hin, so daß sich der Teil 34 relativ zum Bauteil 36 dreht. Wenn sich das Ventil beginnt zu schließen und die Kraft der Ventilfeder 40 abnimmt, beginnt die Reaktionskraft der Feder 102, wieder die Teile 3^ und 36 zu drehen, wobei eine umgekehrte Drehung zwischen diesen Teilen durch die Kupplungsfeder 62 gesperrt wird.

Die Erfindung wurde an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert und es können Abänderungen und Veränderungen vorgenommen werden, die im Rahmen der Erfindung liegen.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung, gekennzeichnet durch einen ersten und zweiten Teil, die axial und in Drehrichtung relativ zueinander beweglich sind, eine Einrichtung, die eine veränderliche Kraft aufbringt und mit der eine maximale erste Kraft und eine zweite Kraft in einer Richtung aufgebracht werden, in der die Teile aufeinander zu bewegt werden, wobei die zweite Kraft eine Größe hat, die wesentlich größer ist als die erste Kraft, eine kombinierte Einrichtung, die zwischen diesen Teilen angeordnet ist und zwei Funktionen durchführt, nämlich eine Trennkraft ausübt, die eine Größe hat, die zwischen der ersten und zweiten Kraft liegt und zwar in einer Richtung, in der diese Teile voneinander fortbewegt werden, wobei diese Einrichtung ferner eine relative Drehbewegung diesen Teilen in einer vorbestimmten Richtung während der relativen axialen Bewegung aufeinander zu erteilt, wenn diese erste Kraft zur zweiten Kraft hin zunimmt, eine. Drehsperre zwischen den Teilen, die vollständig getrennt von der kombinierten Einrichtung ist, um eine relative Drehung zwischen den Teilen in einer Richtung entgegengesetzt zur vorbestimmten Richtung zu sperren, wobei die Drehsperre im wesentlichen nicht in der Lage ist, eine Drehung zwischen diesen Teilen in der vorbestimmten Richtung zu verhindern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte Einrichtung eine Schraubenfeder aufweist, die in einer Umfangsnut in einem der Teile angeordnet ist, welche zu dem anderen der Teile hinweist, wobei die Nuttiefe geringer ist als der Durchmesser der Schraubenfeder.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehsperre eine Reibungsfeder aufweist, die zwischen den Teilen mit Reibungseingriff gegen diese Teile angeordnet ist.

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k. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Teile eine Nabe aufweist, daß die Drehsperre eine Schraubenfederkupplung ist, die auf der Nabe angeordnet ist und deren eines Ende am anderen der Teile befestigt ist, daß die Federkupplung so angeordnet ist, daß sich diese radial ausdehnen kann, um eine freie Drehung zwischen der Kupplungsfeder und der Nabe während einer relativen Drehung dieser Teile in der vorbestimmten Richtung zu ermöglichen, wobei die Feder sich ferner radial zusammenziehen kann, um sich an der Nabe fest anzulegen, wenn die Teile die Neigung haben, sieh relativ zueinander in einer Richtung entgegengesetzt zur vorbestimmten Richtung zu drehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte Einrichtung verschiebbare Glieder zwischen den Teilen aufweist, die in einer Richtung verschoben werden können,um eine relative Drehung den Teilen während der Bewegung dieser Teile aufeinander zu zu erteilen, wenn die erste Kraft zur zweiten Kraft hin anwächst und wobei diese Elemente in einer entgegengesetzten Richtung verschoben werden können, um die Trennkraft auszuüben, damit die Teile voneinander fort bewegt v/erden können, wenn die zweite Kraft zur ersten Kraft hin abnimmt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbaren Elemente mehrere Kugeln umfassen, die an Rampen zwischen den Teilen angeordnet sind, daß die Rampen von einem ersten Rampenende zu einem zweiten Rampenende hin nach unten geneigt sind, daß die Kugeln einen derartigen Durchmesser haben, daß die Teile getrennt voneinander gehalten werden, wenn die Kugeln am ersten Rampenende angeordnet sind, daß die Kugeln längs der Rampe

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