DE2616911A1 - Vorrichtung zur umwandlung einer axialen bewegung in eine drehbewegung - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. Zw \ Ό <J I I

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

TKW INC. 15. April 1976

23555 Euclid Avenue
Cleveland, Ohio 44117 /V.St.A.

Unser Zeichen: T 1966

Vorrichtung zur Umwandlung einer axialen Bewegung in eine Drehbewegung

Die Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Bewegungswandler und insbesondere der Vorrichtungen zur Umwandlung einer axialen Bewegung in eine Drehbewegung. Die Erfindung ist insbesondere bei Ventildrehantrieben verwendbar, mit denen den hin- und herbeweglichen Ventilen von Brennkraftmaschinen eine Drehbewegung erteilt wird, und die Erfindung wird insbesondere unter Bezugnahme auf derartige Ventildrehantriebe beschrieben. Es sei jedoch bemerkt, daß die Erfindung einen breiteren Aspekt hat und verwendet werden kann, um anderen hin- und herbeweglichen Bauteilen eine Drehbewegung zu erteilen.

Es ist üblich, Einlaß- oder Auslaßventile von Brennkraftmaschinen zu drehen, um eine gleichförmige Erwärmung zu erzielen und um eine Verformung und eine einseitige über-

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hitzung auf ein Minimum herabzusetzen, wobei gleichzeitig die Ausbildung von verkohlten ölresten am Kopf und am Schaft des Ventils auf ein Minimum herabgesetzt werden soll.

Die meist bekannten Typen von Ventildrehantrieben drehen das Ventil während dessen Öffnung. Ein bekannter Drehantrieb dieser Art weist einen ersten und einen zweiten Bauteil auf, die relativ zueinander axial und in Drehrichtung beweglich sind. Verschiebbare Glieder in der Form von Kugeln sind zwischen diesen beiden Bauteilen auf geneigten Rampen angeordnet und eine Federscheibe hält diese Bauteile normalerweise voneinander getrennt. Während der Öffnungsbewegung des Ventils nimmt die Kraft der Ventilfeder zu, bis sie die Vorspannungskraft der Federscheibe überwindet und bewirkt, daß die beiden Teile sich aufeinander zu bewegen, so daß die Kugeln längs der Rampen nach unten rollen und dabei eine relative Drehbewegung den Bauteilen erteilen und das Ventil drehen.

In vielen Fällen ist es erwünscht und notwendig, das Ventil lediglich während dessen Öffnungsbewegung zu drehen, um einen Verschleiß auf ein Minimum herabzusetzen, der durch eine Drehbewegung des Ver.tilkopfes gegen den Ventilsitz auftreten könnte, wenn sich das Ventil schließt. In bestimmten anderen Anwendungsfällen ist jedoch eine Drehung des Ventils während dessen Schließung erwünscht, um den Ventilkopf und den Sitz abzuwischen. Bei einer bekannten Ausfuhrungsform dieser-Art bewegen sich die beiden Bauteile des Drehantriebes nicht axial relativ zueinander, und eine getrennte, axial bewegliche Hülse ist vorgesehen, um auf die Federscheibe außerhalb der beiden Drehantriebsbauteile einzuwirken. Die Federscheibe drückt normalerweise die Kugeln zu den tiefen Enden der Rampen gegen die

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Vorspannungskraft von Rückholfedern hin, die auf die Kugeln einwirken, um diese zu den flachen Enden der Rampen zu drücken. Während der Öffnungsbewegung des Ventils nimmt die Kraft der Ventilfeder zu und wirkt auf die Hül- se ein, um diese axial zu bewegen, damit die Federscheibe axial von den Kugeln fortbewegt wird und es den Schraubenfedern ermöglicht wird, die Kugeln zum flachen Ende der Rampe hin zu bewegen. Wenn sich das Ventil in seine Schließstellung hin bewegt und die Kraft der Ventilfeder abnimmt, bewegt sich die Hülse von der Federscheibe fort, die dann auf die Kugeln einwirkt, um diese längs der Rampen nach unten zu rollen und eine relative Drehbewegung den Bauteilen zu erteilen. Deshalb wird das Ventil etwas gedreht, wenn es sich schließt, um den Ventilkopf und den Ventilsitz von Fremdteilchen und Schmutzteilchen zu befreien und um ein gutes Sitzen des Ventilkopfes gegen den Ventilsitz sicherzustellen.

In einigen Fällen ist es erwünscht, das Ventil sowohl während des Öffnens als auch während des Schließens zu drehen, wobei die Drehung in einer Drehrichtung größer ist als in der anderen, so daß der positive oder negative Drehungsüberschuss in fortschreitenden Stufen das Ventil dreht. Bei einer bekannten Ausführungsform dieser Art sind die beiden Ventildrehantriebe, die im Vorstehenden beschrieben wurden, kombiniert. Die beiden Drehantriebsteile verschieben sich nicht axial relativ zueinander und jeder Drehantriebsteil weist geneigte Rampen auf, auf denen Kugeln angeordnet sind, die auf diesen rollen können. Eine Federscheibe ist zwischen den Kugeln der beiden Teile angeordnet und eine besondere axial bewegliche Hülse, die sich unter der Kraft der Ventilfeder bewegt, wirkt auf diese Federscheibe ein. Während der Öffnungsbewegung des Ventils nimmt die Kraft der Ventilfeder zu, um die Hülse

axial zu bewegen, wodurch die Federscheibe deformiert wird, die gegen die Kugeln an einem Drehantriebsbauteil einwirkt, um diese längs ihrer Rampen nach unten zu bewegen und um eine relative Drehung in einer Richtung zu bewirken. Während dieser Bewegung sind die Kugelfedern für die Kugeln am anderen Bauteil frei, um diese Kugeln in die flachen Enden ihrer Rampen zu verschieben. Bei der Schließbewegung des Ventils bewegt sich die Hülse von der Federscheibe durch die abnehmende Kraft der Ventilfeder fort, so daß die Federscheibe die Kugeln am anderen Bauteil längs ihrer geneigten Rampen nach unten drückt, um eine relative Drehung in einer entgegengesetzten Richtung durchzuführen. Bei einer solchen Ausführungsform ist eine Mehrfach-Federscheibe erforderlich, um einen größeren Drehwinkel in einer Richtung als in der anderen zu erzielend Ein derartiger Aufbau ist ausserordentlich kompliziert, da eine zusätzliche Hülse vorgesehen ist zusammen mit Mehrfach-Federscheiben, wobei Kugeln in den geneigten Rampen beider Drehantriebsbauteile vorgesehen sind.

Eine andere Ausfuhrungsform, mit der ein Ventil um verschiedene Drehwinkel während des öffnens und des Schliessens gedreht wird, ist in der US-PS 2 935 O58 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Drehantriebsbauteile derart montiert, daß eine Trennkraft, die auf diese ausgeübt wird, gegen die Ventilfeder in Richtung der Ventilöffnungsbewegung anstelle in Richtung der Ventilschließbewegung einwirkt. Dies bedeutet, daß die Vorspannungseinrichtungen, die zum axialen Trennen der Bauteile vorgesehen sind, nicht eine Größe haben können, die zwischen den Ventilschließ- und Ventilöffnungskräften liegt, die durch die Ventilfeder aufgebracht werden, da die Vorspannungseinrichtungen dann dazu neigen würden,

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das Ventil offen zu halten und ein vollständiges Schließen des Ventils verhindern würden, wenn nicht eine extrem genaue Einstellung des Kipphebels aufrechterhalten wird.

Bei dieser bekannten Ausfuhrungsform ist ein Drehantriebsbauteil 8 vorgesehen, der gegen eine axiale relative Bewegung gegenüber dem Ventilschaft 4 festgelegt ist, sich jedoch frei relativ zu diesem drehen kann. Ein anderer Drehantriebsbauteil 10 ist zu dem Bauteil 8 hin beweglich und^dreht sich ebenfalls relativ zum Bauteil 8, um eine Drehung dem Ventil während dessen öffnung zu erteilen. Die Ventilfeder ist bei dieser bekannten Ausführungsform derart gewunden, daß eine Drehung des Bauteiles 10 durch das Abrollen der Kugeln entlang der Rampen nach unten auch dazu führt, den Bauteil 8 zu drehen, der dann ein Drehmoment auf die Ventilfeder ausübt, um diese aufzuwickeln und Energie während der Öffnungsbewegung des Ventils zu speichern. Während der Schließbewegung des Ventils wird die in der Ventilfeder gespeicherte Energie abgegeben, wenn die Ventilfeder in entgegengesetzter Richtung gewickelt wird, so daß der Teil 8 in einer entgegengesetzten Richtung gegenüber der,die ihm durch die rollenden Kugeln erteilt wird, gedreht wird und diese Drehung wirkt über die Kugeln auf den Drehantriebsbauteil 10 und das Ventil in einer entgegengesetzten Richtung während der Schließbewegung ein, wobei ein Drehwinkel erzielt wird, der geringer ist als der Drehwinkel, der während der Öffnungsbewegung erreicht wird. Diese bekannte Ausführungsform ist außerordentlich kompliziert und ist von der verhältnismäßig unzuverlässigen Aufwicklung und Abwicklung der Ventilfeder abhängig. Die Ventilfeder ist eigentlich kein Teil des Drehantriebes selbst. Die relative Wicklungskraft der Ventilfeder kann sich durch Differenzen in der Wärmebehandlung oder durch andere Her-

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stellungsschritte verändern, so daß eine zuverlässige und wiederholbare umgekehrte Drehung um einen vorbestimmten Winkel nicht immer möglich ist. Es ist auch möglich, daß die Arbeiter die Ventilfeder umgekehrt einsetzen, so daß sie sich nicht aufwickelt, um Energie während der Öffnungsbewegung des Ventils zu speichern. Die Abhängigkeit von der gespeicherten Energie in der Ventilfeder macht es auch erforderlich, daß der Bauteil 8 sich in einer Richtung dreht, um die Kugeln längs der Rampen während der Schließbewegung des Ventils nach oben zu rollen. Deshalb können die Kugeln über den gesamten Weg der Rampen nach oben rollen oder gleiten, ohne daß irgendeine umgekehrte Drehung auf das Ventil übertragen wird oder daß eine derartige umgekehrte Drehung beendet ist, bevor sich das Ventil gerade schließt, so daß das Ventil eine Abwischwirkung gegen den Ventilsitz ausübt.

Der erfindungsgemäße Ventildrehantrieb weist einen ersten und einen zweiten Bauteil auf, die um eine axiale Bewegung und eine Drehbewegung relativ zueinander längs und um eine Längsachse montiert sind.

Gernäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung sind die Einrichtungen, die eine Drehung erteilen und die einen Teil des Drehantriebes selbst bilden, zwischen den beiden Bauteilen derart angeordnet, daß sie eine relative Drehbewegung den Teilen in einer Richtung während einer relativen Axialbewegung zwischen diesen Teilen in einer axialen Richtung erteilen und daß sie eine entgegengesetzte relative Drehung über einen unterschiedlichen Drehwinkel während der relativen axialen Bewegung der Teile in der anderen Richtung erteilen. Die Anordnung derartiger, eine Drehung erteilender Einrichtungen zwischen den beiden

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Drehantriebsbauteilen selbst vereinfacht ganz erheblich die Konstruktion und den Zusammenbau des Drehantriebes und stellt einen zuverlässigen Betrieb sicher, bei dem unterschiedliche relative Drehwinkel in entgegengesetzten Richtungen erzielt werden.

Bei einer Ausführungsform umfassen die die Drehung erteilenden Einrichtungen mehrere bewegliche Glieder, die bestimmte bewegliche Glieder aufweisen, mit denen eine relative Drehung zwischen den Teilen in einer Richtung um einen vorbestimmten Winkel durchgeführt wird und bestimmte andere bewegliche Glieder, mit denen eine relative Drehung zwischen den Teilen in einer entgegengesetzten Richtung über einen anderen Drehwinkel durchgeführt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die beweglichen Glieder auf geneigten Rampen derart angeordnet, daß sie längs Bahnen eine Roll- oder Wälzbewegung durchführen.

Gemäß der Erfindung bewegen sich die anderen beweglichen Glieder entlang Rampen, die eine steilere Neigung haben als die Rampen, entlang welchen sich die anderen beweglichen Glieder bewegen. Während einer Axialbewegung der Bauteile in einer axialen Richtung fallen die bestimmten anderen beweglichen Glieder von ihren Rampen ab, so daß eine relative Drehung den Bauteilen durch eine Bewegung der bestimmten beweglichen Glieder längs ihrer flacheren Rampen erteilt wird. Während der Axialbewegung der Bauteile in der entgegengesetzten axialen Richtung drücken Rückholfedern die beweglichen Glieder längs ihrer Rampen nach oben und die bestimmten anderen beweglichen Glieder rollen auf ihren steileren Rampen schneller nach oben und üben eine größere Reaktionskraft zwischen den Bauteilen aus, um eine entgegengesetzte relative Drehung um einen'gerin-

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geren Drehwinkel zu erteilen, während die bestimmten beweglichen Glieder auf den flacheren Rampen teilweise sich abrollen und teilweise aufwärts gleiten. Deshalb wird eine positive Restdrehung des Ventils während jeder öffnungs- und Schließbewegung erzielt.

Bei einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung bewegen sich die beweglichen Glieder entlang Bahnen und die Bahnen, längs denen sich die bestimmten anderen beweglichen Glieder bewegen, sind in einem größeren radialen Abstand von der Längsachse angeordnet als die Bahnen der bestimmten beweglichen Glieder.

Der erfindungsgemäße verbesserte Ventildrehantrieb wird vorzugsweise in einer Baugruppe verwendet, die eine Ventilfeder aufweist, welche normalerweise das Ventil in seine Schließstellung vorspannt und die auch wirksam ist, die beiden Drehantriebsbauteile aufeinander zu mit einer veränderlichen Kraft vorzuspannen, welche alternierend zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert zunimmt und abnimmt, wenn sich das Ventil schließt und öffnet. Die Vorspannungseinrichtungen zwischen den beiden Drehantriebsbauteilen erzeugen eine Trennkraft, die eine Größe hat, die tiwischen den Minimal- und Maximalkraftwerten der Ventilfeder liegt und die die beiden Bauteile gegen die Kraft der Ventilfeder in einer Richtung vorspannt, die der Schließrichtung des Ventils entspricht. Die beweglichen Glieder erteilen den Bauteilen eine relative Drehung um einen vorbestimmten Drehwinkel in einer Richtung, wenn der minimale Kraftwert zum maximalen Kraftwert hin ansteigt und erteilen eine relative Drehung den Bauteilen in entgegengesetzter Richtung über einen anderen Drehwinkel, wenn der maximale Kraftwert zum minimalen Kraftwert hin abnimmt.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform können die beweglichen Glieder eine Roll- oder Abwälzbewegung entlang ihrer geneigten Rampen durchführen, und diese beweglichen Glieder können Kugeln sein, die normalerweise zu den flachen Enden der Rampen hin durch Rückholfedern vorgespannt sind.

Es ist ein Hauptziel der Erfindung, einen verbesserten Ventildrehantrieb zu schaffen, der eine Drehung um unterschiedliche Drehwinkel in entgegengesetzten Drehrichtungen während des öffnens und Schließens eines Ventils erzeugt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Ventildrehantrieb zu schaffen, bei dem die die Drehung erteilenden Einrichtungen, welche eine relative Drehung in entgegengesetzten Richtungen über verschiedene Drehwinkel erteilen, vollständig zwischen den beiden Drehantriebsbauteilen angeordnet sind.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Ventildrehantrieb zu schaffen, der eine minimale Anzahl von Bauteilen umfaßt und der im Betrieb außerordentlich zuverlässig ist.

Ein zusätzliches Ziel der Erfindung ist es, einen Ventildrehantrieb zu schaffen, der Rampen aufweist, die verschiedene Neigungen haben, so daß bewegliche Glieder, die sich längs der Rampen mit flacherer Neigung bewegen, eine relative Drehung in einer Richtung erteilen, während die beweglichen Glieder, die sich längs der steileren Rampen bewegen, eine relative Drehung in der entgegengesetzten Richtung erteilen.

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Ferner ist es Ziel der Erfindung, einen Drehantrieb zu schaffen, bei dem sich die beweglichen Glieder längs Rampen bewegen, die die gleiche Neigung haben und bei dem bestimmte bewegliche Glieder längs Bahnen beweglich sind, die in einem größeren radialen Abstand, von der Längsachse der beiden Bauteile angeordnet sind als die Bahnen, längs denen sich die anderen beweglichen Bauteile bewegen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine Teilschnittansicht eines hin- und herbeweglichen Ventils, welches den erfindungsgemäß verbesserten Drehantrieb aufweist,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht, gesehen in Richtung der Pfeile 2-2 der Fig. 1, wobei Teile fortgelassen sind,

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

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

Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 4, die die beiden Drehantriebsbauteile und die beweglichen Glieder in einer anderen Stellung zeigt,

Fig. 6 eine ähnliche Ansicht wie die Fig. 4 und 5, wobei gezeigt ist, wie die unterschiedlichen Drehwinkel zwischen den Teilen des Drehantriebes auftreten,

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Pig. 7 eine schematische Schnitfcansicht ähnlich wie Fig. 2 einer anderen Ausfuhrungsform,

Fig. 8 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 7, in der die beweglichen Glieder in einer anderen Stellung gezeigt sind,

Fig. 9 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 7 und 8, welche veranschaulicht, wie unterschiedliche relative Drehwinkel zwischen den Drehantriebsbauteilen entstehen
und

Fig.10 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 10-10 der Fig. 7.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Zylinderkopfes A einer Brennkraftmaschine, der eine Bohrung 12 aufweist, die eine langgestreckte Führungshülse 14 aufnimmt, in der der langgestreckte zylindrische Schaft 16 eines Ventils B eine Drehbewegung und eine Hin- und Herbewegung längs und um eine Längsachse 18 durchführt. Das Ventil B weist einen Ventilkopf 22 auf, der mit einem Sitz 24 zusammenarbeitet, welcher eine öffnung umgibt, welche aus einer Brennkraftmaschinenbrennkammer zu einem Auslaßkanal führt. Der Ventilschaft 16 weist eine obere Spitze 30 auf, auf die ein Kipphebel 32 einwirkt, der sich aufeinanderfolgend nach oben und nach unten verschwenkt, um aufeinanderfolgend das Ventil B zu öffnen und zu schließen.

Der Ventildrehantrieb C weist einen ersten und einen zweiten Bauteil 36 und 38 auf. Der zweite Bauteil 38 ist gegen eine axiale und Drehbewegung fest entweder an der Hülse lh oder am Zylinderkopf A befestigt. Der Reibungseingriff des zweiten Bauteils 38 mit dem Zylinderkopf A

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unter der Vorspannungskraft einer Ventilfeder kann ausreichend sein, um diesen Bauteil gegen eine Drehbewegung festzuhalten. Der erste Drehantriebsbauteil 36 ist frei, sich axial längs der Längsachse 18 relativ zum zweiten Bauteil 38 zu bewegen und sich um diese Drehachse relativ zum zweiten Bauteil zu drehen.

Ein Federteller 40 ist am Ventilschaft l6 gegen eine Dreh- und Axialbewegung durch ein Verriegelungsglied 42 befestigt. Eine als Schraubenfeder ausgebildete Ventilfeder 44 ist zwischen dem Drehantrieb C und dem Federteller 40 angeordnet und spannt normalerweise das Ventil B bei der Betrachtung der Fig. 1 in Aufwärtsrichtung vor, und zwar in einer Richtung, in der sich der Ventilkopf 22 gegen den Ventilsitz 24 anlegt. Die Ventilfeder 44 liegt auch gegen den ersten Drehantriebsbauteil 36 an, um diesen zum zweiten Drehantriebsbauteil 38 hin zu drücken. Wenn der erste Drehantriebsbauteil 36 sich dreht, so wird dessen Drehbewegung auf das Ventil B über die Ventilfeder 44 und den Federteller 40 übertragen.

Wie Fig. 3 zeigt, weist der erste Drehantriebsbauteil 36 einen unteren, sich nach innen erstreckenden Abschnitt auf, der sich unter einen, nach außen sich erstreckenden Flansch 50 am zweiten Drehantriebsbauteil 38 erstreckt, um eine vollständige axiale Trennung der Bauteile zu verhindern, wobei diese Anordnung eine relative Drehung des ersten Bauteiles 36 gegenüber dem zweiten Bauteil 38 ermöglicht. Der zweite Drehantriebsbauteil 38 weist mehrere in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Nuten 52 auf, die symmetrisch um die Längsachse 18 herum angeordnet sind und wenigstens eine Nut 54 umfassen, die sich in einer noch zu beschreibenden Weise von den Nuten 52 unterscheidet.

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Jede Nut 52 und 54 nimmt ein bewegliches Glied 56 auf, welches eine Kugel sein kann. Jede Nut 52 weist einen geneigten Boden 58 auf, der eine geneigte Rampe bildet, während die Nut 54 einen geneigten Boden 60 hat, der eine andere geneigte Rampe bildet. Gegenüberliegende Enden 64 und 66 der Nuten 52 bilden flachere und tiefere Enden der geneigten Rampen 58, während gegenüberliegende Endabschnitte 68 und 70 der Nut 54 im allgemeinen flache und tiefere Enden der geneigten Rampe 60 bilden.

Jede Nut nimmt eine Rückholfeder 74 auf, deren eines Ende gegen die Nutenenden 66 oder 70 anliegt und deren anderes Ende gegen ein bewegliches Glied 56 anliegt. Diese Federn 74 wirken in einer Richtung, um die beweglichen Glieder 56 längs der geneigten Rampen 58 und 60 nach oben zu bewegen.

Wie Fig. 1 zeigt, wirkt die Ventilfeder 44 immer in einer Richtung gegen den Federteller 40, um das Ventil B in Schließrichtung vorzuspannen, damit sich der Ventilkopf 22 an den Ventilsitz 2 4 anlegt. Wenn sich der Kipphebel 32 nach unten bewegt, bewegt sich der Ventilkopf 22 in eine Öffnungsstellung vom Ventilsitz 24 fort, und die Ventilfeder 44 wird zusammengedrückt, so daß die axiale Kraft, die sie ausübt, zunimmt. Die Kraft, die durch die Ventilfeder 44 ausgeübt wird, ist minimal, wenn das Ventil B geschlossen ist, und maximal, wenn das Ventil B voll geöffnet ist.

Im allgemeinen kann die Ventilfeder 44 als ein Mittel betrachtet werden, welches veränderliche Kräfte aufbringt, die alternierend zwischen Maximal- und Minimalwerten zunimmt und abnimmt, wenn sich das Ventil B zwischen seiner Schließ- und Öffnungsstellung bewegt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die Federn 74,

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die auf die beweglichen Glieder 56 einwirken, eine Vorspannungseinrichtung, die eine Trennkraft zwischen dem ersten und zweiten Drehantriebsbauteil 36 und 38 ausübt, um den ersten Bauteil 36 vom zweiten Bauteil 38 axial fortzubewegen. Die Federn 74 weisen eine derartige Vorspannungskraft auf, daß die Trennkraft eine Größe zwischen dem minimalen und maximalen Kraftwert hat, der von der Ventilfeder 44 aufgebracht wird. Wenn das Ventil B geschlossen ist, wie Fig. 1 zeigt, üben die Federn 74 eine Kraft aus, die ausreichend ist, um die beweglichen Glieder 56 längs der Rampen 58 und 60 nach oben zu bewegen, so daß die beweglichen Glieder die Bauteile 36 und 38 axial voneinander um eine Strecke 78 (Fig. 4) getrennt halten. Die beweglichen Bauteile, die als Kugeln 56 ausgebildet sind, haben einen Durchmesser, der größer ist als die Tiefe der flachen Rampenenden 68 und 64,um eine derartige axiale Trennung der beiden Bauteile in der Schließstellung des Ventils B durchzuführen.

Bei dem Drehantrieb sind die eine Drehung erteilenden Einrichtungen, die durch die beweglichen Glieder 56 gebildet werden, derart angeordnet, daß eine umgekehrte Drehung des Teiles 36 relativ zum Teil 38 begrenzt wird. Mit anderen Worten bedeutet dieses, daß die eine Drehung erteilenden Einrichtungen einen vorbestimmten Drehwinkel des Teiles 36 gegenüber dem Teil 38 in einer Drehrichtung erteilen, während ein anderer Drehwinkel des Teiles 36 gegenüber dem Teil 38 in der entgegengesetzten Drehrichtung erteilt wird. Vorzugsweise ist der Drehwinkelunterschied wesentlich kleiner als der vorbestimmte Drehwinkel, damit eine positive Gesamtdrehung entsteht, durch die fortschreitend das Ventil B in einer Drehrichtung geschaltet wird.

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Wie Pig. 4 zeigt, ist die Rampe 58 unter einem Winkel 82 geneigt, während die Rampe 60 unter einem größeren Winkel 84 geneigt ist. Die Trennkraft, die durch die Rückholfedern 74 der beweglichen Glieder 56 aufgebracht wird, ist größer als die Last, die von der Ventilfeder Ί4 in der Schließstellung des Ventils aufgebracht wird, jedoch kleiner als die Last der Feder 44, die in der Öffnungsstellung des Ventils aufgebracht wird. Die erforderliche Kraft der Rückholfedern 74 kann durch die folgende Gleichung ermittelt werden:

N₈₂P₈₂ ^N84^F84

R sin (82) sin (Ö4J

In dieser Gleichung entspricht P_R der Reaktionskraft, Ng₂ der Anzahl der Nuten mit den Rampenwinkeln 82, Fg₂ der Kraft der Federn 74 in den Nuten, die die Rampenwinkel 82 haben, Ng₂, der Anzahl von Nuten mit Rampenwinkeln 84 und Fg₁. gleich der Rückholkraft der Federn 74 in den Rampen, die die Winkel 84 haben. Die Rückholkraft der Rückholfedern in den verschiedenen Rampen kann so eingestellt werden, daß die Schwingungsbelastungen der Kugeln und der mit diesen zusammenarbeitenden Teilen auf ein Minimum herabgesetzt werden können, obwohl gleiche Rückholfedern für alle Rampen verwendet werden können, falls dies gewünscht ist.

Wenn das Ventil B durch den Kipphebel 32 in seine Öffnungsstellung bewegt wird, so nimmt die Kraft der Ventilfeder 44 zu, bis sie die Trennkräfte überwindet, die durch die Rückholfedern 74 gebildet werden. Zu diesem Zeitpunkt beginnen die beweglichen Teile 56, längs ihrer Rampen 58 und 60 nach unten zu rollen. Ein vorgegebener Punkt 90 am Bauteil 36 in Fig. 4 bewegt sich von der Linie in Fig. 5 zur Linie 96* wenn sich der Bauteil 36 zum Teil 38 hin bewegt, da die Drehbewegung, die dem ersten Bau-

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teil 36 erteilt wird, gleich der doppelten Rollstrecke ist, um die sich die beweglichen Glieder 56 längs der Rampen 58 nach unten bewegen. Die beweglichen Glieder an der Rampe 58 bewegen sich von der Linie 94 zur Linie 98 und diese Strecke wird durch Y dargestellt. Die Bewegung eines gegebenen Punktes 90 ist im wesentlichen gleich der Strecke 2Y zwischen den Linien 94 und 96.

Während der Bewegung des Bauteiles 36 zum Bauteil 38 hin, wenn die beweglichen Glieder beginnen, längs der entsprechenden Rampen nach unten zu rollen, haben die beweglichen Glieder 56 auf den Rampen 60 die Neigung, wegen der steileren Neigung von der Rampe herunterzufallen und die Reaktionskraft zwischen den beiden Teilen wird durch diejenigen beweglichen Glieder aufgenommen, die sich auf den Rampen 58 befinden, so daß sich die beweglichen Glieder 56 auf den Rampen 60 über eine Strecke bewegen, die in Fig. 5 zwischen den Linien 102 und 10*1 mit Z gekennzeichnet ist. Während dieser Bewegung des Bauteiles 36 zum Bauteil 38 hin, rollen die beweglichen Glieder 56, wenn die Kraft der Ventilfeder 44 zunimmt, entgegengesetzt zur Uhrzeigerdrehrichtung längs ihrer Rampen nach unten, wie es die Fig. 4 und 5 zeigen.

Wenn das Ventil B seine Bewegung aus der vollen Öffnungsstellung zur Schließstellung hin beginnt, und wenn die Kraft der Ventilfeder 44 vom Maximalwert zum Minimalwert hin abnimmt, drücken die Federn 74 die beweglichen Glieder 56 entlang ihrer Rampen nach oben, um eine Trennkraft auszuüben, um den ersten Drehantriebsbauteil 36 axial vom zweiten Drehantriebsbauteil 38 fortzubewegen. Während dieser Bewegung drehen sich die Kugeln 56 in Richtung des Uhrzeigerdrehsinns auf ihren Rampen aufwärts, um eine umgekehrte Drehung dem Bauteil 36 relativ zum Bauteil zu erteilen. Die beweglichen Glieder 56 auf den steileren

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Rampen 60 bewegen sich schneller nach oben als die beweglichen Glieder auf den flacheren Rampen, so daß die maximale Reaktionskraft zwischen den Teilen J>6 und 38 auf die beweglichen Glieder 56 auf den Rampen 60 einwirkt. Deshalb drehen sich die beweglichen Glieder 56 auf den Rampen 60 nach oben, um den Bauteil 36 relativ zum Bauteil 38 in entgegengesetzter Richtung während der Schließbewegung des Ventils B zu drehen, während die Bewegung der beweglichen Glieder 56 längs der Rampen 58 nach oben teilweise eine Abwälzbewegung und teilweise eine Gleitbewegung ist. Die beweglichen Glieder 56 auf den Rampen 60 bewegen sich über eine Gesamtstrecke, die mit Z gekennzeichnet ist und die Bewegung eines gegebenen Punktes 90 von der Linie 96 zur Linie 98 ist gleich der doppelten Rollstrecke der beweglichen Glieder 56 auf der Rampe 60 _s wobei die Gesamtstrecke gleich 2Z ist.

Die positive Gesamtdrehung des Bauteiles 36 relativ zum Bauteil 38 ist im allgemeinen gleich der Strecke 2Y-2Z. Der Bauteil 36 dreht sich in Uhrzeigerrichtung relativ zum Bauteil 38 während der Öffnungsbewegung des Ventils B um eine Strecke 2Y und dreht sich in entgegengesetzter Richtung relativ zum Bauteil 38 um eine Strecke 2Z während der Schließbewegung des Ventils B. Es verbleibt deshalb eine positive Gesamtdrehung in Richtung des Uhrzeigerdrehsinns, die im allgemeinen gleich 2Y-2Z ist.

Bei der in den Fig. 2 bis 6 dargestellten Ausführungsform sind die Rampen so ausgebildet, daß deren Längsachsen auf dem Umfang eines Kreises liegen, der um die Längsachse 18 geschlagen wird. Es sei jedoch bemerkt, daß es möglich ist, die Rampen derart anzuordnen, daß sich die beweglichen Glieder entlang gerader Linien bewegen und ebenfalls eine gewisse radiale Bewegung relativ zur Längsachse 18 durch-

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führen können, um die Verschleißbelastung über einen größeren radialen Abschnitt des Teiles 36 zu verteilen. Die gegenüberliegenden Enden Gk und 66 bestimmen im allgemeinen die Grenzen der Bahnen, durch denen sich die beweglichen Glieder 56 auf der Rampe 58 bewegen, während die entgegengesetzten Enden 68 und 70 für die Rampen 60 im allgemeinen Bewegungsbahnen für die beweglichen Glieder bilden, die auf diesen Rampen angeordnet sind.

Wie unter Bezugnahme auf die Fig. H bis 6 ausgeführt wurde, bewegen sich die beweglichen Glieder 56 auf den Rampen 60 über eine wesentlich kürzere Bahn als die beweglichen Glieder auf den Rampen 58 während des Betriebes des Drehantriebes. Vorzugsweise ist wenigstens eine Rampe 60 mit größerer Neigung als die anderen Rampen vorgesehen, uin eine geringere Drehung in umgekehrter Richtung zu erzielen. Es können aber auch große Anzahlen von steileren und flacheren Rampen vorgesehen sein, falls dies gewünscht ist. Vorzugsweise sind die Rampen symmetrisch um die Längsachse 18 herum angeordnet.

Die Fig. 7 bis 10 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Nuten 52' radial innerhalb der Nuten 52 angeordnet sind. Bei dem in den Fig. 7 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen alle Nuten 52 und 52' Böden auf, die geneigte Rampen 58 bilden, die unter dem gleichen Winkel 82 geneigt sind. Die Nuten 52 und 52' sind vorzugsweise derart angeordnet, daß die Mitten der beweglichen Glieder 56 auf einem gemeinsamen Radius liegen, der von der Längsachse l8 ausgeht, wenn sich die beweglichen Glieder am flachen Ende der Rampen befinden. Es sei bemerkt, daß es sehr vorteilhaft ist, mehrere Nuten 52 und 52' symmetrisch um die Längsache 18 herum anzuordnen. Bei der in den Fig. 7 bis 10 dargestellten Ausführungsform sind die Rückholfedern Ik der Fig. 2 bis 6

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nicht dargestellt. Es sei jedoch bemerkt, daß diese Rückholfedern in der gleichen Weise verwendet werden, um eine Trennkraft zwischen den Bauteilen auszuüben, deren Größe zwischen der Minimal- und Maximalkraft liegt, die von der Feder 44 ausgeübt wird, wenn das Ventil B sich zwischen seiner Schließ- und öffnungsstellung bewegt.

Bei der in den Fig. 7 bis 10 dargestellten Ausführungsform wird, wenn sich das Ventil Öffnet und die Kraft der Ventilfeder zum Maximalwert hin zunimmt, die Kraft der Rückholfedern für die beweglichen Glieder überwunden, so daß der erste Drehantriebsbauteil sich zum zweiten Drehantriebsbauteil 38 hin bewegt, um zu bewirken, daß die beweglichen Glieder 56 entlang ihrer Rampen 58 nach unten rollen.Da alle Rampen 58 der äußeren und inneren Nuten 52 und 52' unter dem gleichen Winkel sich nach unten neigen, müssen die beweglichen Glieder 56 die gleiche absolute Umfangsstrecke 112 durchlaufen, wie es in Fig. 8 gezeigt ist. Deshalb bewegen sich die beweglichen Glieder in den Nuten 52 über einen Winkel 114, während die beweglichen Glieder 56 in den Nuten 52' sich über einen Winkel II6 bewegen. Dies bedeutet, daß die Bewegung der beweglichen Glieder über die Rampen in den Nuten 52 nach unten teilweise eine Rollbewegung und teilweise eine Gleitbewegung ist, während sich die beweglichen Glieder 52 in den inneren Nuten 52' vollständig längs ihrer Rampen über einen Winkel II6 nach unten abwälzen. Wenn sich die inneren beweglichen Glieder 56 längs der Rampen 58 nach unten bewegen, wird der Bauteil 36 über einen Winkel II6 gedreht. Während dieser Zeit bewegen sich die äußeren beweglichen Glieder 56 über einen Winkel 114 und eine Gleitbewegung findet zwischen dem Bauteil 36 und den äußeren beweglichen Gliedern 56 statt.

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Wenn das Ventil in seine Schließstellung zurückkehrt und die Kraft der Ventilfeder vom Maximalwert hin zum Minimalwert abnimmt, bewegen die Federn der beweglichen Glieder diese Glieder längs der entsprechenden Rampen nach oben, um eine umgekehrte Drehung des Bauteiles 36 relativ zum Bauteil 38 zu bewirken. Die beweglichen Glieder in den äußeren Nuten 52 rollen längs ihrer Rampen nach oben und müssen sich lediglich über einen Winkel bewegen, ehe sie die flachen Enden der Rampen erreichen, um die' Teile 36 und 38 vollständig voneinander zu trennen. Die beweglichen Glieder in den inneren Nuten 52' müssen sich über einen Winkel II6 bewegen. Die Rückbewegung der beweglichen Glieder in den Nuten 52 ist eine Rollbewegung, bis eine vollständige Trennung der Bauteile 36 und 38 erzielt ist, während die Bewegung der beweglichen Glieder in den inneren Nuten 52 teilweise eine Rollbewegung und teilweise eine Gleitbewegung ist. Deshalb wird eine positive Gesamtdrehung des Bauteiles 36 erreicht, und diese Drehung ist im allgemeinen gleich dem Winkel 116 minus dem Winkel

Bei der in den Fig. 7 bis 10 dargestellten Ausführungsform bewegen sich die beweglichen Glieder entlang Bahnen, die einen radialen Abstand voneinander ausserhalb der Längsachse 18 haben und die ferner derart angeordnet und ausgebildet sind, daß die beweglichen Glieder auf den äußeren Rampen teilweise gleiten und teilweise rollen, während die Teile 36 und 38 sich aufeinander zu bewegen, wobei die beweglichen Glieder in den inneren Rampen teilweise rollen und teilweise gleiten, wenn sich die Teile 36 und 38 voneinander fort bewegen.

Es ist zu erkennen, daß unterschiedliche umgekehrte Drehungen dadurch erzielt werden können, daß die Neigungen der verschiedenen Rampen bei der Ausführungsform nach

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den Pig. 1 bis 6 verändert wird, oder dadurch, daß der radiale Abstand der Nuten verändert wird, wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 7 bis 10. Obwohl Rückholfedern bei der bevorzugten Ausführungsform verwendet werden, um die Trennkräfte auszuüben, ist es offensichtlich, daß bestimmte Merkmale der Erfindung auch bei ölantrieben verwendet werden können, die eine Trennfederscheibe oder andere Vorspannungsmittel aufweisen, um die Trennkraft auszuüben.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme von bestimmten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben, und es ist klar, daß Abänderungen und Veränderungen durchgeführt werden können, die im Rahmen der Erfindung liegen.

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Claims (12)

1. Pat entansprüche

   l.j Vorrichtung zur Umwandlung einer axialen Bewegung in eine Drehbewegung, gekennzeichnet durch einen ersten und zweiten Bauteil, die für eine Bewegung aufeinander zu und voneinander fort in axialer Richtung längs einer Längsachse montiert sind und für eine Drehbewegung relativ zueinander um diese Achse in entgegengesetzten Richtungen, eine Drehung erteilende Einrichtungen, die zwischen diesen Bauteilen angeordnet sind, um eine vorbestimmte Winkeldrehung der Bauteile in einer Richtung ansprechend auf die axiale Bewegung zwischen diesen in einer axialen Richtung zu erzeugen und um eine andere relative Winkeldrehung zwischen den Teilen in einer anderen Drehrichtung ansprechend auf eine axiale Bewegung zwischen diesen Teilen in der anderen axialen Richtung zu erteilen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine axiale Richtung eine axiale Bewegung der beiden Teile aufeinander zu umfaßt und daß die unterschiedliche Winkeldrehung geringer ist als die vorbestimmte Winkeldrehung.
3. 3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Drehung erteilenden Einrichtungen mehrere bewegliche Glieder umfassen.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Glieder erste bewegliche Glieder aufweisen, die eine relative Drehung zwischen den Bauteilen in der einen Drehrichtung erzeugen und wenigstens ein zweites bewegliches Glied, welches eine relative Drehung zwischen den Bauteilen in der anderen Drehrichtung erzeugt.

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5. 5. Vorrichtung nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Glieder Kugeln sind, die sich längs getrennter Bahnen auf geneigten Rampen an einem der Bauteile abwälzen können, daß die zweiten beweglichen Glieder längs wesentlich kürzeren Bahnen beweglich sind als die anderen der beweglichen Glieder.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Drehung erteilenden Einrichtungen mehrere bewegliche Glieder aufweisen, die zwischen den Teilen angeordnet sind und die sich entlang getrennten Bahnen bewegen, wobei mehrere erste bewegliche Glieder vorgesehen sind, die zwischen den Bauteilen eine relative Drehung in der ersten Drehrichtung erzeugen und wobei wenigstens ein zweites bewegliches Glied vorhanden ist, das eine relative Drehbewegung zwischen den Bauteilen in der anderen Drehrichtung erzeugt.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich das zweite bewegliche Glied längs einer Bahn bewegt, die wesentlich kürzer ist als die Bahnen, entlang denen sich die ersten beweglichen Glieder bewegen.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, die eine veränderliche Kraft aufbringt, welche alternativ zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert zunimmt und abnimmt, wobei diese Kraft in einer Richtung wirkt, um die Bauteile axial aufeinander zu zu bewegen, wobei Vorspannungseinrichtungen vorgesehen sind, um eine Trennkraft zwischen diesen Bauteilen auszuüben, um diese Bauteile axial voneinander fort zu bewegen, wobei diese Trennkraft eine Größe hat, die zwischen der Minimalkraft und der Maximalkraft liegt.

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9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Drehung erteilenden Einrichtungen mehrere Kugeln umfassen, die längs geneigter Rampen auf einem der Teile in getrennten Bahnen beweglich sind.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Rampen steiler geneigt sind als die anderen Rampen.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Bahnen in unterschiedlichen radialen Abständen von der Längsachse angeordnet sind als die anderen Bahnen.
12. 12. Ventildrehantrieb, gekennzeichnet durch einen ersten Bauteil, der für eine axiale Bewegung und Drehbewegung relativ zu einem zweiten Bauteil längs einer Längsachse und um diese herum montiert ist, wobei eine Drehung erteilende Einrichtungen zwischen diesen Bauteilen angeordnet sind, um den ersten Bauteil in einer Richtung während einer axialen Bewegung auf den zweiten Bauteil zu zu erteilen und um eine Drehung mit einem verschiedenen Drehwinkel dem ersten Bauteil in einer entgegengesetzten Drehrichtung während der axialen Bewegung dieses Bauteils vom zweiten Bauteil fort zu erteilen.

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