DE2616911B2 - Vorrichtung zur Erzeugung einer Drehbewegung für Hubventile von Kraft- und Arbeitsmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen - Google Patents
Vorrichtung zur Erzeugung einer Drehbewegung für Hubventile von Kraft- und Arbeitsmaschinen, insbesondere BrennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Drehbewegung für Hubventile von Kraft-
und Arbeitsmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen, die zwei Bauteile aufweist, welche in Axialrichtung
und in Drehrichtung relativ zueinander beweglich sind, wobei zwischen ihnen eine Vielzahl von Wälzelementen
angeordnet ist, die auf getrennten Bahnen bewegbar sind und den beiden Bauteilen abhängig von der
Axialbewegung eine Drehbewegung in der einen oder der anderen Drehrichtung vermitteln, und wobei die
beiden Bauteile in Axialrichtung mit einer abwecnselnd zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert
schwankenden Kraft im Zusammendrücksinn belastet
ίο sind, während sie andererseits im Trennsinn axial durch
Vorspannelemente belastet sind, deren Trennkraft zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert liegt
Bei einer solchen, durch die US-PS 27 75 232
bekannten Vorrichtung müssen die die Ventildrehung bewirkenden Bauteile im Einwirkungsbereich des
Kipphebelarms, und zwar diesem gegenüber seitlich etwas versetzt angeordnet sein, da ihre Funktion von
einer seitlich versetzten Einwirkung des Kipphebelarms auf den äußeren Drehvorrichtungsbauteil abhängt.
Diese bekannte Ventildrehvorrichtung muß daher in ungünstiger Lage am freien Ende des Ventilschaftes
angeordnet sein, wodurch ihre Bauteile vom vollen Kipphebeldruck belastet werden. Dabei läßt sich mit
dieser Vorrichtung aber nur eine gleichmäßige Hin- und Herdrehung des Ventils erreichen, wodurch, wie die
Praxis gezeigt hat, ein die nutzbare Lebensdauer verkürzender ungleichmäßiger Verschleiß der Ventile
nicht verhindert werden kann.
Durch die DE-OS 21 16 086 ist zwar auch schon eine Ventildrehvorrichtung bekannt, die nicht zwischen dem
Ende des Ventilschaftes und dem Kipphebel angebracht werden muß, sondern unter dem Einfluß der axialen
Hin- und Herbewegung des Ventilschaftes und der damit verbundenen Veränderung der Ventilfederkräfte
unmittelbar am Durchgang des Ventilschaftes durch den Zylinderkopf sitzen kann, jedoch ist auch hierbei nur
eine gleichmäßige Hin- und Herdrehung des drehschlüssig mit dem Ventilschaft verbundenen Vorrichtungsbauteils
möglich. Damit ist auch mit dieser bekannten Ventildrehvorrichtung eine Vergleichmäßigung des
Ventilverschleißes praktisch nicht möglich.
Ventildrehvorrichtungen, mit denen Ventile von Brennkraftmaschinen hauptsächlich in nur einer Richtung
gedreht werden können, sind zwar durch die US-PS 27 75 959 und die US-PS 28 35 236 auch bereits
bekannt. Zur Hemmung der Drehbewegung in der einen Drehrichtung wird bei diesen Drehvorrichumgen eine
Tellerfeder benutzt, die zwischen einem ortsfesten Bauteil wie dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine
und den relativ zueinander verdrehbaren Bauteilen der Drehvorrichtung sitzt. Deren Aufbau ist dadurch
relativ aufwendig und störanfällig.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Ventildrehvorrichtung der eingangs beschriebenen Art,
die zur Verjleichmäßigung des Ventilverschleißes und
zur Selbstreinigung des Ventiltellers eine schrittweise fortschreitende Ventildrehung in Abhängigkeit von der
Schließ- und Öffnungsbewegung der Ventile ermöglicht und die zugleich einen verhältnismäßig einfachen, in sich
geschlossenen und dadurch wenig störanfälligen Aufbau hat.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den Drehbauteilen erste bewegbare
Wälzelemente angeordnet und auf abgegrenzten Bahnen beweglich sind, um den Drehbauteilen eine
bestimmte Winkeldrehung in einer ersten Drehrichtung zu vermitteln, und daß wenigstens ein zweites
bewegliches Wälzelement zwischen den Drehbauteilen
entlang mindestens einer gegenüber den anderen Bahnen eine unterschiedliche Länge aufweisenden Bahn
bewegbar ist, um den Drehbauteilen eine andere Relativdrehung in der anderen Drehrichtung zu
vermitteln.
Mit dieser Ausbildung unterschiedlich langer Wälzbahnen für die zwischen den Drehbauteilen angeordneten
Wälzelementen wird eine Hin- und Herdrehung des zugehörigen Ventils erzeugt, bei dem der Drehwinkcl in
der einen Richtung größer ist als in der entgegengesetzten Richtung und daher mit der öffnungs- und
Schließbewegung des Ventils im Ergebnis eine fortschreitende Umsetzbewegung einhergeht Da dabei die
Wälz- und Federe'.emente insgesamt in der Ventildrehvorrichtung
eingeschlossen sind, kann deren Funktion durch äußere Einflüsse kaum beeinträchtigt werden.
Auch ist eine Erhöhung der Anzahl der Wälzelemente gegenüber den vorbekannten Lösungen dabei nicht
unbedingt erforderlich, so daß die erfindungsgemäße Lösung auch kostengünstig ist
Es empfiehlt sich ferner, die Bahnen der Wälzelemente so auszubilden, daß die Relativdrehung der
Drehbauteile in der ersten Drehrichtung größer ist als in der zweiten Drehrichtung, so daß zunächst in der ersten
Drehrichtung die größere Ventildrehung und dann in der zweiten, entgegengesetzten Drehrichtung die
kleinere Ventildrehung erfolgt.
Die ersten Wälzelemente sind vorteilhafterweise als Kugeln ausgebildet, die entlang begrenzter Bahnen auf
Neigungsflächen des einen Vorrichtungsbauteils abwälzbar sind, während das zweite Wälzelement »ils
Kugel ausgebildet ist, die entlang einer begrenzten Bahn auf einer Neigungsfläche des gleichen Drehbauteils
abrollt, wobei diese Bahn kürzer als die anderen Bahnen ist. Durch die Ausbildung der Wälzelemente als Kugeln
wird deren störungsfreies Abwälzen in den zugehörigen Wälzbahnen und die angestrebte Arbeitsweise am
besten sichergestellt.
Bei der Verwirklichung der erfindungsgemäßen Ventildrehvorrichtung kann die kürzere Neigungsfläche
mit einer steileren Neigung ausgebildet werden als die längere Neigungsfläche. Es ist aber auch möglich, einen
Teil der Wälzbahn mit einem anderen radialen Abstand von der Längsachse anzuordnen als die anderen
Bahnen, wobei alle Bahnen dann die gleiche Neigung haben können.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 eine Teilschnittansicht eines hin- und herbeweglichen Ventils mit einem verbesserten Drehantrieb,
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht in Richtung der Pfeile 2-2 der Fig. 1, wobei Teile
fortgelassen sind,
F i g. 3 eine Teilschnittansicht längs der Linie 3-3 der Fig. 2,
F i g. 4 eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 der Fig. 2,
F i g. 5 eine der F i g. 4 entsprechende Schnittansicht, die die beiden Drehantriebsbauteile und die beweglichen
Glieder in einer anderen Stellung zeigt,
F i g. 6 eine den F i g. 4 und 5 entsprechende Schnittansicht, die zeigt, wie die unterschiedlichen
Drehwinkel zwischen den Teilen des Drehantriebes auftreten,
F i g. 7 eine der F i g. 2 entsprechende schematische Schnittansicht einer anderen Ausführungsfcrm,
F i g. 8 eine der F i g. 7 entsprechende Ansicht, in der die beweglichen Glieder in einer anderen Stellung
gezeigt sind,
F i g. 9 eine den F i g. 7 und 8 entsprechende Ansicht, welche veranschaulicht, wie unterschiedliche relative
Drehwinkel zwischen den DrehantriebsbaUeilen entstehen,
und
Fig. 10 eine Schnittansicht längs der Linie 10-10 der Fig.7.
F i g. 1 zeigt einen Teil eines Zyliiiderkopfes A einer
F i g. 1 zeigt einen Teil eines Zyliiiderkopfes A einer
ίο 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 26 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 ßzu öffnen und zu schließen.
Der Ventildrehantrieb Cweist einen ersten und einen zweiten Bauteil 36 und 38 auf. Der zweite Bauteil 38 ist
>5 gegen eine axiale und Drehbewegung fest entweder an
der Hülse 14 oder am Zylinderkopf A befestigt. Der Reibungseingriff des zweiten Bauteils 38 mit dem
Zylinderkopf A unter der Vorspannungskraft einer Ventilfeder kann ausreichend sein, um diesen Bauteil
gegen eine Drehbewegung festzuhalten. Der erste Drehantriebsbauteil 36 kann sich frei axial längs der
Längsachse 18 relativ zum zweiten Bauteil 38 bewegen und sich um diese Drehachse relativ zum zweiten
Bauteil drehen.
.!5 Ein Federteller 40 ist am Ventilschaft 16 gegen eine Dreh- und Axialbewegung durch ein Verriegelungsglied
42 befestigt. Eine als Schraubenfeder ausgebildete Ventilfeder 44 ist zwischen dem Drehantrieb Cund dem
Federteller 40 angeordnet und spannt normalerweise
<io 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
■15 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
so 36 einen unteren, sich nach innen erstreckenden Abschnitt 48 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
:55 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
t,o angeordnet sind und wenigstens eine Nut 54, die sich in
einer noch zu beschreibenden Weise von den Nuten 52 unterscheidet.
JeHe Nut 52 und 54 nimmt ein bewegliches Glied 56, 56a auf, welches eine Kugel sein kann. Jede Nut 52 weist
iö einen geneigten Boden 58 auf, der eine geneigte Bahn
bildet, während die Nut 54 einen geneigten Boden 60 hat, der eine andere geneigte Bahn bildet. Gegenüberliegende
Enden 64 und 66 der Nuten 52 bilden flachere und
tiefere Enden der geneigten Bahnen 58, während gegenüberliegende Endabschnitte 68 und 70 der Nut 54
im allgemeinen flache und tiefere Enden der geneigten Bahnen 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 56,56a anliegt. Diese Federn 74 wirken in einer Richtung, um
die beweglichen Glieder 56, 56a längs der geneigten Bahnen 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 24 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 ßvoll 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 Öffnungsstelliing
bewegt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die Federn 74, die auf die beweglichen Glieder 56, 56a
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 F i g. 1 zeigt, üben die Federn 74 eine Kraft aus, die ausreichend ist, um die beweglichen Glieder 56, 56a
längs der geneigten Bahnen 58 und 60 nach oben zu bewegen, so daß die beweglichen Glieder die Bauteile
36 und 38 axial voneinander um eine Strecke 78 (F i g. 4) getrennt halten. Die beweglichen Bauteile, die als
Kugeln 56, 56a ausgebildet sind, haben einen Durchmesser, der größer ist als die Tiefe der flachen Bahnenden 68
und 64. um eine derartige axiale Trennung der beiden Bauteile in der Schließsteilung des Ventils ßdurchzuführen.
Bei dem Drehantrieb sind die eine Drehung erteilenden Einrichtungen, die durch die beweglichen
Glieder 56, 56a gebildet werden, derart angeordnet, daß eine unigekehrte 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 DrehwinkeSunterschied wesentlich
kleiner als der vorbestimmte Drehwinkel, damit eine positive Gesamtdrehung entsteht, durch die fortschreitend
das Ventil Bin einer Drehrichtung geschaltet wird.
Wie F i g. 4 zeigt, ist die Bahn 58 unter einem Winkel
82 geneigt, während die Bahn 60 unter einem größeren Winkel 84 geneigt ist Die Trennkraft, die durch die
Rückholfedern 74 der beweglichen Glieder 56, 56a aufgebracht wird, ist größer als die Last, die von der
Ventilfeder 44 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:
= N82Fb2 N84F84
R sin (82) sin (84)'
In dieser Gleichung entspricht Fr der Reaktionskraft,
ίο Λ/82 der Anzahl der Nuten mit den Rampenwinkeln 82,
Fg2 der Kraft der Federn 74 in den Nuten, die die Rampenwinkel 82 haben, /Vg4 der Anzahl von Nuten mit
Rampenwinkeln 84 und Fg4 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 Kugein 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, 56a längs ihrer Bahnen 58 und 60 nach unten zu rollen. Ein
vorgegebener Punkt 90 am Bauteil 36 in F i g. 4 bewegt sich von der Linie 94 in F i g. 5 zur Linie 96, wenn sich
der Bauteil 36 zum Teil 38 hin bewegt, da die Drehbewegung, die dem ersten Bauteil 36 erteilt wird,
gleich der doppelten Rollstrecke ist, um die sich die beweglichen Glieder 56 längs der Bahnen 58 nach unten
bewegen. Die beweglichen Glieder 56 auf der Bahn 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 2 Kzwischen den Linien 94 und 96.
Während der Bewegung des Bauteiles 36 zum Bauteil 38 hin, wenn die beweglichen Glieder beginnen, längs
der entsprechenden Bahnen nach unten zu rollen, neigen die beweglichen Glieder 56a auf den Bahnen 60
dazu, wegen der steileren Neigung von der Bahn herunterzufallen, so daß die Reaktionskraft zwischen
den beiden Teilen durch diejenigen beweglichen Glieder aufgenommen wird, die sich auf den Bahnen 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 104 mit Zgekennzeichnet
ist. Wghrend dieser Bewegung des Bauteiles 36 zum Bauteil 38 hin, rollen die beweglichen Glieder 56, 56a
wenn die Kraft der Ventilfeder 44 zunimmt, entgegengesetzt zur Uhrzeigerdrehrichtung längs ihrer Bahnen
nach unten, wie es die F i g. 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, 56a entlang ihrer Bahnen nach oben, um eine Trennkraft auszuüben, um den
ersten Drehantriebsbauteil 36 axial vom zweiten Drehantriebsbauteil 38 fortzubewegen. Während dieser
Bewegung drehen sich die Kugeln 56,56a in Richtung des Uhrzeigerdrehsinns auf ihren Bahnen aufwärts, um
eine umgekehrte Drehung dem Bauteil 36 relativ zum Bauteil 38 zu erteilen. Die beweglichen Glieder 56a auf
den steileren Bahnen 60 bewegen sich schneller nach oben als die beweglichen Glieder auf den flacheren
Rampen, so daß die maximale Reaktionskraft zwischen den Teilen 36 und 38 auf die beweglichen Glieder 56a
auf den Bahnen 60 einwirkt. Deshalb drehen sich die beweglichen Glieder 56a auf den Bahnen 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 Bahnen 58 nach
oben teilweise eine Abwälzbewegung und teilweise eine Gleitbewegung ist. Die beweglichen Glieder 56a auf den
Bahnen 60 bewegen sich über eine Gesamtstrecke, die mit Z gekennzeichnet ist und die Bewegung eines
gegebenen Punktes 90 von der Linie % zur Linie 98 ist gleich der doppelten Rollstrecke der beweglichen
Glieder 56a auf der Bahn 60, wobei die Gesamtstrecke gleich 2Zist.
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 2 Y 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 2 Y— 2Zist.
Bei der in den F i g. 2 bis 6 dargestellten Ausführungsform sind die Bahnen 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 Bahnen derart anzuordnen, daß sich die beweglichen Glieder entlang
gerader Linien bewegen und ebenfalls eine gewisse radiale Bewegung relativ zur Längsachse 18 durchführen
können, um die Verschleißbelastung über einen größeren radialen Abschnitt des Teiles 36 zu verteilen.
Die gegenüberliegenden Enden 64 und 66 bestimmen im allgemeinen die Grenzen der Bahnen, durch denen sich
die beweglichen Glieder 56 auf der ßahn 58 bewegen, während die entgegengesetzten Enden 68 und 70 für die
Bahnen 60 im allgemeinen Bewegungsbahnen für die beweglichen Glieder bilden, die auf diesen Rampen
angeordnet sind.
Wie unter Bezugnahme auf die F i g. 4 bis 6 ausgeführt wurde, bewegen sich die beweglichen Glieder 56 auf den
Bahnen 60 über eine wesentlich kürzere Bahn als die beweglichen Glieder auf den Bahnen 58 während des
Betriebes des Drehantriebes. Vorzugsweise ist wenigstens eine Bahn 60 mit größerer Neigung als die anderen
Rampen vorgesehen, um 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 IS
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 F i g. 7 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen
alle Nuten 52 und 52' Böden auf, die geneigte Bahnen 58, 60 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,
56a auf einem gemeinsamen Radius liegen, der von der Längsachse 18 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 Längsachse 18 herum anzuordnen. Bei der in den Fig.7 bis 10 dargestellten
Ausführungsform sind die Rückholfedern 74 der F i g. 2 bis 6 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, 56a entlang ihrer Bahnen 58, 60 nach unten rollen. Da alle
Bahnen 58,60 der äußeren und inneren Nuten 52 und 52' unter dem gleichen Winkel sich nach unten neigen,
müssen die beweglichen Glieder 56, 56a die gleiche absolute Umfangsstrecke 112 durchlaufen, wie es in
F i g. 8 gezeigt ist Deshalb bewegen sich die beweglichen Glieder 56 in den Nuten 52 über einen Winkel 114,
während die beweglichen Glieder 56a in den Nuten 52' sich über einen Winkel 116 bewegen. Dies bedeutet, daß
die Bewegung der beweglichen Glieder über die Bahnen in den Nuten 52 nach unten teilweise eine Rollbewegung
und teilweise eine Gleitbewegung ist, während sich die beweglichen Glieder 56a in den inneren Nuten 52'
vollständig längs ihrer Bahnen über einen Winkel 116 nach unten abwälzen. Wenn sich die inneren beweglichen
Glieder 56a längs der Rampen 60 nach unten bewegen, wird der Bauteil 36 über einen Winkel 116
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.
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 längs der entsprechenden
Bahnen nach oben, um eine umgekehrte Drehung des Bauteiles 36 relativ zum Bauteil 38 zu bewirken. Die
beweglichen Glieder 56 in den äußeren Nuten 52 rollen längs ihrer Rampen nach oben und müssen sich lediglich
über einen Winkel 114 bewegen, ehe sie die flachen
Enden der Rampen erreichen, um die Teile 36 und 38 vollständig voneinander zu trennen. Die beweglichen
Glieder 56a in den inneren Nuten 52' müssen sich über
so einen Winkel 116 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 114.
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 Bahnen teilweise rollen und
teilweise gleiten, wenn sich die Teile 36 und 38 voneinander fortbewegen.
Es ist zu erkennen, daß unterschiedliche umgekehrte Drehungen dadurch erzielt werden können, daß die
Neigungen der verschiedenen Bahnen bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 bis 6 verändert wird, oder
dadurch, daß der radiale Abstand der Nuten verändert wird, wie bei der Ausführungsform nach den F i g. 7 bis
10
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.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Erzeugung einer Drehbewegung für Hubventile von Kraft- und Arbeitsmaschinen,
insbesondere Brennkraftmaschinen, die zwei Bauteile aufweist, welche in Axialrichtung und in
Drehrichtung relativ zueinander beweglich sind, wobei zwischen ihnen eine Vielzahl von Wälzelementen
angeordnet ist, die auf getrennten Bahnen bewegbar sind und den beiden Bauteilen abhängig
von der Axialbewegung eine Drehbewegung in der einen oder der anderen Drehrichtung vermitteln,
und wobei die beiden Bauteile in Axialrichtung mit einer abwechselnd zwischen einem Minimalwert und
einem Maximalwert schwankenden Kraft im Zusammendrücksinn belastet sind, während sie andererseits
im Tiennsinn axial durch Vorspannelemente belastet sind, deren Trennkraft zwischen dem
Minimalwert und dem Maximalwert liegt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den
Drehbauteilen (36, 38) erste bewegbare Wälzelemente (56) angeordnet und auf abgegrenzten
Bahnen (58) beweglich sind, um den Drehbauteilen eine bestimmte Winkeldrehung in einer ersten
Drehrichtung zu vermitteln, und daß wenigstens ein zweites bewegliches Wälzelement (56a^ zwischen
den Drehbauteilen (36,38) entlang mindestens einer gegenüber den anderen Bahnen (58) eine unterschiedliche
Länge aufweisenden Bahn (60) bewegbar ist, um den Drehbauteilen (36, 38) eine andere
Relativdrehung in der anderen Drehrichtung zu vermitteln.
2. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativdrehung der
Drehbauteile in der ersten Drehrichtung größer ist als in der zweiten Drehrichtung.
3. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Wälzelemente
(56) als Kugeln ausgebildet sind, die entlang begrenzter Bahnen auf Neigungsflächen (58) des
einen Vorrichtungsbauteils (38) abwälzbar sind, während das zweite Wälzelement (56a^ als Kugel
ausgebildet ist, die entlang einer begrenzten Bahn auf einer Neigungsfläche (60) des gleichen Drehbauteils
(38) abrollt, wobei diese Bahn (60) kürzer als die anderen Bahnen(58) ist.
4. Ventildrehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kürzere
Neigungsfläche (60) eine steilere Neigung (84) hat als die längere Neigungsfläche (58).
5. Ventildrehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der
Wälzbahnen (60) mit einem anderen radialen Abstand von der Längsachse (18) angeordnet ist al·,
die anderen Bahnen (58).
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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