DE2754779A1

DE2754779A1 - Nockengetriebener feder-rueckholmechanismus, dessen ausgangsmoment eine funktion des nockenprofils ist, sowie verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2754779A1
Application number: DE19772754779
Authority: DE
Inventors: Iii David B Wood
Original assignee: Xomox Corp
Current assignee: Xomox Corp
Priority date: 1977-08-01
Filing date: 1977-12-08
Publication date: 1979-02-15
Also published as: AU3009877A; IT1091797B; JPS5427662A; GB1589184A; FR2399587A1; SE7808243L; BR7803479A; ES473995A1; US4248104A; ES464818A1; FR2399587B3

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. HT/eicemann, Dipl-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A-Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing.H.Liska

t MÜNCHEN «6, DEN

POSTFACH 860820 -Q

MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

H0/ba

XOMOX Corporation
4444 Cooper Road
Cincinnati, Ohio 45242/USA

Nockengetriebener Feder-Rückholmechanismus, dessen Ausgangsmoment eine Funktion des Nockenprofils ist, sowie Verfahren zu seiner Herstellung

909807/0628

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.\7iick:iaxn, D1PL.-PHYS. Dr.K.Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

Dr.-Ins.H.Li ska

- Vi-

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 9139 21/22 XOMOX CORPORATION

4444 Cooper Road

Cincinnati, Ohio 45242, V.St.A.

Die Erfindung betrifft einen RUckholmechanismus nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der nockengetriebene oder nockenbetätigte Feder-Rückholmechanismus (im folgenden vereinfacht: Rückholmechanismue) dient dazu, die Welle eines Steuerelements oder von Ähnlichem von einer von zwei normalen Stellungen zur anderen zu drehen, wann immer die Kraft, die die Welle des Steuerelements anfänglich zu jener einen Stellung gedreht hatte,gelöst oder unwirksam wird.

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Die Erfindung ist speziell auf einen solchen Rückholmechanismus gerichtet, bei dem die Ausgangsmomentenkennlinie für eine bestimmte Federanordnung eine im voraus bestimmbare Funktion des Nockenprofils ist.

Es sind zwar gewisse Stellglieder der Schaufelart oder

Zahnstangen-Ritzel-Kolbenart bekannt, die ein konstantes Ausgangsmoment erzeugen können, ein solches Ausgangsmoment war von Feder-Stellgliedern bisher jedoch nicht erzielbar. Dies lag teilweise an den physikalischen Eigenschaften von Federn allgemein, hauptsächlich aber an der Art der Mechanismen, die zur übertragung und Umwandlung der Federkräfte in ein Drehmoment verwendet wurden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen nockengetriebenen, Feder-Rilckholmechanismus zu schaffen, der hinsichtlich seiner Drehmomenteneigenschaft an jegliche spezielle Anwendungserfordernisse angepaßt werden kann, der sich dabei durch einfachen Aufbau, leichte Herstellung,Verläßlichkeit und problemlose Arbeitsweise auszeichnet, der darüberhinaus in einem kompakten, einheitlichen Gehäuse ausgeführt werden kann, welches leicht auf oder in bezug auf Stellglieder, Steuerelemente oder ähnliches befestigt werden kann, und der schließlich in der Lage ist, einen konstanten Ausgangsmomentenverlauf zu liefern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Das Profil des Nockens des erfindungsgemäßen Rückholmechanismus 1st so geformt, daß das Ausgangsmoment der

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Nockenwelle für eine bestimmte Federanordnung darauf zugeschnitten werden kann, mit den Momentenerfordernissen einer angetriebenen Vorrichtung übereinzustimmen, oder darauf zugeschnitten werden kann, über den Rückkehrhub einer Feder konstant zu sein, die zuvor vom Nocken über ihren anfänglichen Vorspannungszustand hinaus in einen komprimierten Zustand versetzt wurde. Dadurch kann eine unendliche Vielzahl von Ausgangsmomentverläufen dadurch erhalten werden, daß lediglich die Nockenprofile vorgewählt oder geändert werden, während die übrigen Komponenten des Rückholmechanismus unverändert verwendet werden*

Die Erfindung ist damit auf ein einzigartiges und neues Konzept auf dem Gebiet der Feder-Rückholmechanismen gerichtet, welche eine elastische Einrichtung in Form einer Feder verwenden, um eine Drehbewegung von gewöhnlich 9o° auf die Welle eines drehbaren Steuerelements oder die Welle eines drehbaren, kraftgetriebenen Stellglieds auszuüben, welcher die Welle eines Steuerelements nur in einer Richtung dreht, etwa von einer geschlossenen zu einer offenen Stellung oder umgekehrt.

Jedes Steuerelement besitzt spezielle Momenteneigenschaften, die als Momentenkurve oder Momentenverlauf aufgezeichnet werden können, bei welchen die Ordinate das Moment und die Abszisse den Drehwinkel von 0 bis 9o darstellen, wenn die Welle des Steuerelements zunächst in einer Richtung, d.h. in Öffnungsrichtung, und dann in entgegengesetzter Richtung, d.h. in Schließrichtung, gedreht wird.

Der erfindungsgemäße Rückholmechanismus übt ein zugeschnittenes Drehmoment auf eine Nockenwelle aus, deren

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Nocken in einer antreibenden-angetriebenen Beziehung zur Nockenrolle des Nockenstößels steht, welcher zwischen dem.Nocken und der Federanordnung angeordnet ist. Die Federanordnung wird über einen anfänglichen Vorspannungszustand hinaus komprimiert, wenn sich bei Aufbringen eines Drehmoments in einer Richtung auf die Nockenwelle durch einen Mußeren Antrieb die Nockenrolle und der Nockenstößel verschieben. Das Profil des Nockens ist im Hinblick auf die Federsteifigkeit und die anfängliche Vorspannung der speziellen verwendeten Federanordnung so ausgelegt, daß die Ausgangsmomentcharakteristik der Nockenwelle mit den Momentenerfordernissen eines Steuerelements, sei es um dieses zu Offnen oder es zu schließen, übereinstimmt oder eng an diese angepaßt ist.

Die einzigartige Ausführung des Nockens und seine Beziehung zur Federanordnung als Rückholeinrichtung erlaubt es, daß die Nocken/Federkombination so ausgewählt wird, daß die Wirkung der Feder kompensiert wird, um ein konstantes Ausgangsmoment oder irgendeine andere erwünschte Ausgangskennlinie erzeugt wird.

Der verwendete Ausdruck "Steuerelement" bezieht sich auf eine Vorrichtung wie ein Ventil, einen Dämpfer etc., die eine drehbare Welle aufweist, welche die Stellung eines Strömungssteuerglieds innerhalb des Steuerelements steuert. Der Ausdruck "Stellglied" bezieht sich auf eine Vorrichtung, die mit Hilfe von Luft, Fluid etc. betrieben wird, um ihre Helle in einer Richtung von einer Stellung zur anderen zu drehen. Die Helle des Stellglieds ist direkt oder indirekt in Antriebsbesiehung mit der Helle des Steuerelements, um das Strömungssteuerglied anfänglich von seiner einen su seiner anderen Stellung, d.h.

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von der Durchlaß- zur Sperrstellung oder umgekehrt zu bringen und danach dieses Strömungssteuerglied In dieser Stellung zu halten, bis das das Stellglied betreibende Medium nachläßt oder entlastet wird.

Der Ausdruck "Feder-Rückholmechanlsmus" oder "Rückholmechanismus" bezieht sich auf eine Vorrichtung, und insbesondere auf den vorliegenden hockengetriebenen Feder-Mechanismus, dessen Welle anfänglich vom Stellglied gegen die Kraft der Federanordnung des Mechanismus in einer Richtung gedreht werden kann und dort so lange gehalten wird wie das Medium das Stellglied beaufschlagt. Wenn das Medium oder Kraftmedium das Stellglied nicht mehr beaufschlagt oder durch Verschlechterung weniger beaufschlagt, übt die Federanordnung automatisch eine Antriebskraft auf den Nocken des Rückholmechanismus aus, die ausreicht,um dessen Welle und die Wellen des Steuerelements und des Stellglieds in einer umgekehrten oder entgegengesetzten Richtung zum Schließen oder Offnen des Strömungssteuerglieds im Steuerelement zu drehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen nockengetriebenen Feder-Rückholmechanismus in Verbindung mit einem Stellglied für ein Steuerelement, beispielsweise ein Ventil,

Fig. 2 eine Vertikalschnittansicht entlang der Linie 2-2 des Rückholmechanismus an sich von Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 von Fig. 2,

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- 2o -

Fig. 4 eine Schnittansicht einer anderen Federanordnung, Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines nockgenge-

triebenen Feder-Rückholmechanismus in Zwillingsanordnung zwischen einen Stellglied und einem Steuerelement, und

Fig. 6 bis 1o graphische Darstellungen zum Verständnis der mathematischen Ableitungen.

In den Fig. 1 und 5 ist mit 1o ein nockengetriebener Feder-Rückholmechanismus (im folgenden vereinfacht: Rückholmechanismus) gemäß der Erfindung bezeichnet. 12 ist ein typisches Steuerelement, als Beispiel etwa ein Ventil, und 14 bezeichnet einen typischen Kraftantrieb bzw. ein Stellglied, welches in Antriebsverbindung mit einer Welle des Steuerelements steht.

Gemäß Darstellung in Fig. 1 kann der Rückholmechanismus oben auf dem Stellglied 14 und dieser oben auf dem Steuerelement 12 angeordnet sein, wobei sich versteht, daß die Wellen aller dieser Vorrichtungen aufeinander ausgerichtet und an ihren Enden miteinander verbunden sind, so daß die Zufuhr eines Energie- oder Steuermediums zum Stellglied zu einer gleichzeitigen Drehung der Wellen des Rückholmechanismus und des Steuerelements in derselben Richtung und um denselben Betrag führt, während das Strömungssteuerglied des Steuerelements anfangs aus einer ersten in eine zweite Stellung gedreht wird. Wenn der Rückholmechanismus in Aktion tritt, etwa nachdem das Steuermedium in oder zum Stellglied abgelassen bzw. entfernt wurde, dreht die Welle

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des Rückholraechanismus die Wellen des Steuerelements und des Stellglieds von der zweiten zurück zur ersten Stellung.

In Flg. 5 1st eine vorzugsweise Anordnung von Rückholme Chemismus , Stellglied und Steuerelement dargestellt.

Dabei 1st der Rückholmechanismus 1o zwischen dem Stellglied 14 und dem Steuerelement 12 angeordnet. Dies führt Insofern zu einem Feuerschutz, als die Betriebseigenschaften des Rückholmechanismus unbeelnträchtigt und diese;voll betriebsfähig bleiben, da die Gehäuse des Rückholmechanismus aus Schmiedeeisen und -stahl gefertigt sind, während der Körper des Stellglieds aus Aluminium oder Ahnlichem hergestellt ist, welches unter Einwirkung hoher Temperaturen zerstört oder schädlich beeinflußt wird. Dadurch, daß das Stellglied über dem Rückholmechanismus angeordnet ist, wie in Fig. 5, beeinträchtigt eine Verformung oder Beschädigung des Stellglieds die Montage- und Betriebsverhältnisse des Rückholmechanismus nicht nachteilig, wie es bei der Anordnung der Teile gemäß Fig. 1 der Fall sein könnte.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die speziellen Einzelheiten des Aufbaus des Steuerelements 12 noch des Stellglieds 14 gerichtet, für eine ins einzelne gehende Beschreibung eines typischen Stellglieds wird jedoch auf die amerikanische Patentschrift 3 554 o96 verwiesen.

Das Steuerelement 12 kann irgendein Ventil, einen Dämpfer oder ähnliches enthalten, was ein Ventilglied, eine Platte oder ähnliches einschließt, die zwischen einer ersten und zweiten, d.h. zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung um 9o° drehbar ist.

Das Anlegen eines Steuermediums an das Stellglied 14

führt zur Drehung der Welle eines Steuerelements nur in

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einer Richtung von einer zur anderen seiner beiden Stellungen, d.h. von der geschlossenen zur offenen Stellung oder von der offenen zur geschlossenen Stellung und hält diese Welle in jener Stellung, solange das Steuermedium anliegt.

Aufgabe des Rückholmechanismus Io ist es, die Welle eines Steuerelements schnell/ wirkungsvoll und automatisch in einer entgegengesetzten Richtung zu drehen, wenn immer das Steuermedium zum Stellglied entlastet oder abgeschaltet wird oder den ihm zugedachten Zweck nicht mehr erfüllt. Dabei ist das Ausgangsmoment des Rückholmechanismus darauf zugeschnitten, die Drehmomenterfordernisse des Steuerelements zu erfüllen.

GemäB Fig. 2 ist eine Nockenwelle 2o mit Hilfe von konischen Lagern bzw. Kegelrollenlagern oder dergleichen 26 und 28 innerhalb einer axialen Bohrung 22 eines Gehäuses 24 drehbar und in axialer Längsrichtung nicht verschiebbar gelagert. Die Lager sind, wie Fig. 2 deutlich zeigt, auf geeignete Weise nahe den entgegengesetzten Enden der Nockenwelle 2o angeordnet.

Ein Nocken bzw. eine Kurvenscheibe 3o ist fest aber lösbar mit Hilfe eines Keils 32 (Fig. 3) an der Nockenwelle 2o befestigt. Eine Stirnseite 34 des Nockens liegt an einem ringförmigen Absatz 36 der Nockenwelle 2o an, während die andere Stirnseite 38 mit einem Abstandhalter 4o im Eingriff steht. Der Abstandhalter 4o ist zwischen dem Nocken und dem Innenlaufring 42 des Lagere 26 angeordnet.

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Ein Nockenfolger, im vorliegenden Fall beispielsweise eine Nockenrolle 5o, ist drehbar auf einem Paßstift 52 angeordnet, der in eine Bohrung 54 des vorderen, vergrößerten, zylindrischen Endes 56 einer Nockenfolgerwelle bzw. eines Nockenstößel 58 eingesetzt ist. Das Ende 56 ist in einer Bohrung 6o für den Nockenstößel in dem Gehäuse 2o aufgenommen. Es ist zu erkennen, daß die Bohrung 6o rechtwinklig zur Bohrung 22 für die Nockenwelle angeordnet ist und diese schneidet. Der Paßstift 52 wird innerhalb der Bohrung 54 mit Hilfe einer langgestreckten Stellschraube 62 gehalten.

Zwischen den benachbarten Flächen des vergrößerten Endes 56 des Nockenstößels 58 und der Bohrung 6o des Gehäuses ist eine Gleitpassung gebildet, so daß sich der Nockenstößel innerhalb der Bohrung in Längsrichtung frei bewegen kann. Das Ende 56 des Nockenstößels 58 kann, nur für Montagezwecke, mit einem Führungsstift 63 versehen sein, welcher in einem langgestreckten Schlitz bzw. einer Nut 64 in der Bohrung 6o aufgenommen ist.

Zwischen einem ringförmigen Anschlag 72 und einem Abstandshalter 74 ist eine allgemein mit 7o bezeichnete Federanordnung am Nockenstößel 58 befestigt und wird von diesem getragen. Der Abstandshalter weist eine innere axiale Bohrung 76 auf, die in einem Gleiteingriff mit dem äußeren Umfang des Nockenstößels 58 steht. Der Abstandshalter besitzt außerdem eine äußere axiale Fläche 78, die gleitfähig innerhalb eines ringförmigen Sitzes 8o eine's Federgehäuses 82 aufgenommen ist. Die innere Stirnseite dieses Gehäuses endet in einer vergrößerten Montageplatte 84 (siehe Fig. 1 und 5), welche fest aber lösbar mit Hilfe von Schraubenbolzen 86 mit dem Gehäuse 24 verbunden ist.

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- .24 -

«5

Die Federanordnung 7o weist eine bekannte Federsteifigkeit auf und kann eine Vielzahl von Tellerfedern umfassen/ wie in Fig. 2 dargestellt, eine Schraubenfeder oder eine Kombination von Tellerfedern und einer Schraubenfeder, wie in Fig. 4 dargestellt.

Die gemäß Fig. 2 zusammengefügte Federanordnung ist mit Hilfe eines Paares geschlitzter Ringe 9o mit einer Anfangs- oder Ruhevorspannung versehen. Die Ringe 9o sind in einer Nut im Nockenstößel 58 aufgenommen, um den Axialdruck der Federn aufzufangen. Um die Federanordnung über den Abstandshalter 74 mit einer gewünschten Vorspannung zu versehen, können eine oder mehrere Vorspannungs-Beileg- oder -Abstandsscheiben 92 verwendet werden. Die Ringe 9o sind vorzugsweise durch Schweißen aneinandergeheftet, um zu verhindern, daß sie sich zufällig oder unbeabsichtigt vom Nockenstößel lösen; hierdurch wird eine vorgespannte Federbaugruppe geschaffen, die sicher eingesetzt und entfernt werden kann.

Die Federanordnung wird anfänglich vorgespannt, während der nockenstößel und seine zugehörige Nockenrolle 5o aus der Zuordnung zum Gehäuse 24 entfernt sind und bevor das Federgehäuse 82 über die Federanordnung gebracht wurde.

Eine Drehung des Nockens 3o über 9o° wird die Nockenrolle 5o und den Nockenstößel 58 gegen die Gegenkraft der Federanordnung 7o aus der vorderen oder Ruhestellung von Fig. 2 in eine hintere Stellung verschieben, in der die Federanordnung um den Betrag der Bewegung des Nockenstößels über ihre Ruhevorspannung hinaus komprimiert ist.

Aus Fig. 3 erkennt man, daß das Profil der Nockenfläche 1oo mit dem Profil der Nockenfläche 1o2 völlig überein-

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stimmt, so daß eine zweite Nockenfläche 1o2 vorhanden ist, und im Fall dar Abnutzung oder Beschädigung der ersten Nockenfläche 1oo dadurch verwendet werden kann, daß der Keil 32 entfernt wird, der Nocken auf der Nockenwelle 2o um 18o° gedreht wird und der Keil dann in einen Hilfsschlitz 33, welcher in Fig. 3 in gestrichelter Linie dargestellt ist, wieder eingesetzt wird. Die gleichartigen Nockenflächen 1oo und 1o2 erleichtern auch einen solchen Aufbau des Rückholmechanismus, der ein Paar gleichartiger Nockenrollen 5o, Nockenstößel 58, Federanordnungen 7o und Federgehäuse 82 aufweist, wie dies bei dem in Fig. 5 dargestellten Mechanismus der Fall ist. Falls erwünscht, kann der Nocken natürlich auch mit einer einzigen Nockenfläche 1oo hergestellt werden.

Die vorliegende Erfindung ist insofern einzigartig, als durch Vorauswahl oder Entwurf eines bestimmten Nockenprofils das Ausgangsmoment der Nockenwelle 2o darauf zugeschnitten werden kann, mit den Ausgangseigenschaften irgendwelcher bekannter, gegenwärtig verwendeter Feder-Rückholmechanismen übereinzustimmen, oder darauf zugeschnitten werden kann, den Drehmomenterfordernissen einer angetriebenen Vorrichtung zu genügen, beispielsweise eines Steuerelements 12. Dies ist möglich, ohne das Gehäuse 24, das Federgehäuse 82, die Nockenrolle 5o und/oder ihre zugeordnete Federanordnung 7ο hinsichtlich Größe und Aufbaueinzelheiten ändern zu müssen.

Für die Fälle, bei denen der Rückholmechanismus mit einer einzigen Nockenrolle, einem einzigen Nockenstößel und einer einzigen Federanordnung ausgestattet ist, wie in den Fig. 2 und 3, ist an der äußeren axialen Fläche 96 des Gehäuses 24 mit Hilfe von Schraubenbolzen oder

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ähnlichem eine Schließplatte 94 befestigt.

In Fig. 4 bezeichnet 75 eine abgewandelte Ausführungsform des rückwärtigen Teils des Abstandshalters 74 von Fig. 2. Das eine oder das andere oder beide Enden der Nockenwelle 2o sind mit Abflachungen 21 oder mit nicht kreisförmigen Buchsen 23 zur Aufnahme einer Welle versehen, die in eine Antriebs-Abtrlebs-Verbindung mit drehbaren Wellen eines Stellglieds 14 und/oder eines Steuerelements 12 zu bringen sind. Dadurch wird die Nockenwelle 2o schnell, wirksam und automatisch aufgrund der nockengetriebenen Federantriebskraft der Nockenrolle 5o gegen das Profil des Nockens 3o gedreht bei und wann immer die Stellkraft des Stellglieds 14 aufgehoben oder unwirksam wird, um dadurch die Welle des Steuerelements 12 in einer Richtung entgegen der Richtung zu drehen, in welcher diese Welle anfangs durch das Stellglied gedreht wurde.

Bei der vorliegenden Erfindung ist die Kontur bzw. das Profil der Nockenflächen 1oo und 1o2 des Nockens 3o so ausgelegt, daß die Betriebseigenschaften der Federan-2ο Ordnung 7o kompensiert werden, um ein konstantes Ausgangsmoment oder irgendein anderes gewünschtes Ausgangsmoment an der Nockenwelle 2o zu erzeugen.

Anhand der Darstellungen in den Fig. 6 bis 1o soll im folgenden ein Nocken für ein konstantes Drehmoment abgeleitet werden.

Es sei zunächst auf Fig. 6 Bezug genommen, in welcher in allgemeiner Form dargestellt ist, wie Federkräfte über einen Nocken in ein Drehmoment überführt werden.

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Aus der Darstellung ist ersichtlich, daß die Federkräfte an jedem beliebigen Punkt in eine Komponente aufgelöst werden können, die entlang der Drucklinie des Druckwinkels oC wirkt. Diese Komponente der Federkraft kann dann mit dem senkrechten Abstand zwischen ihrer Wirkungslinie und dem Drehpunkt des Nockens multipliziert werden, um das für die spezielle Position der Anordnung erzeugte Drehmoment am Nocken zu errechnen, was für jede neue Position von Nocken und Nockenrolle zu wiederholen ist.

Möglich und praktischer ist es jedoch, einen viel einfacheren und aussagekräftigeren Ausdruck für das Drehmoment mit Hilfe der Methode der Momentanpole abzuleiten, bei der es sich um ein kinematisches Instrument zur Geschwindigkeitsanalyse handelt. Ein Momentanpol (etwa der Momentanpol 2,4) ist ein Punkt, an dem zwei Elemente in einem Mechanismus dieselbe Momentangeschwindigkeit besitzen. Dieser Punkt fällt nicht immer auf eines der beiden Elemente, noch müssen die Elemente in direktem Kontakt miteinander stehen.

Der Momentalpol 2,4 des Punkts gemeinsamer Geschwindigkeit von Nocken 3o und Nockenstößel 58 fällt immer auf den Schnittpunkt der Druckwinkellinie mit der Mittellinie der Nockendrehung, wie dies in Fig. 6 gezeigt let, und zwar für jegliche Stellung des Mechanismus. Die Momentangeschwindigkeit des Nockenstößels ergibt sich daraus zu:

Y4 » w2 * CD· tan eC
oder R(eq) - Y4/w2

mit Y4 » w2 · R(eq)

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dabeiist R(eq) (Radius Äquivalent) der Abstand vom Drehpunkt des Nockens bis zum Schnittpunkt der Druckwinkellinie, der sich aus der grundlegenden kinematischen Beziehung V-RW ergibt.

Um diese Geschwindigkeitsbeziehung in eine Kraft/Drehmoment-Beziehung umzusetzen, wird der Energieerhaltungssatz verwendet, nach dem unter Vernachlässigung aller Verluste die Eingangsenergie gleich der Ausgangsenergie sein muß:

Eingangsenergie - Ausgangsenergie Kraft * Abstand - Drehmoment · Winkel

Zelt Zelt

oder: Kraft · Geschwindigkeit » Drehmoment · Winkel-

geschwindigkei t

• Y4

anders ausgedrückt: P · Y4 ■ T · w2 bzw. T = F

mit R(eq) - Y4 ergibt sich

w2

T-F- R(eq) (1)

Dies stellt eine einfache Beziehung zwischen der Federkraft (F) und dem Ausgangsmoment (T) für ein Nockensystem allgemein dar und gilt für alle Drehpunkte, vorausgesetzt, daß F und R(eq) für jeden Punkt bekannt sind. Falls F und R(eq) durch eine stetige Funktion des Drehwinkels beschrieben werden können, führt die Gleichung zu einer stetigen Darstellung des Ausgangsmomente.

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3(7

Zur Entwicklung eines Nocken-Feder-Systems, welches ein konstantes Moment hervorbringt, muß das Produkt aus F und R(eq) konstant bleiben.

Die Federkraft F 1st eine Funktion des Gesamtfederwegs Y4 In jedem Moment multipliziert mit der Federsteifigkeit R(eq) ist eine Funktion der Momentangeschwindigkeit Y4 der Nockenrolle, wie zuvor abgeleitet:

R(eq) - Y4
wT

Damit das Produkt dieser beiden Faktoren konstant bleibt« muß die Kurve des Nockens einer solchen mathematischen Funktion gehorchen, daß die Verschiebung Y4 des Nocken- ' stößeis multipliziert mit ihrer ersten Ableitung bzw. der Geschwindigkeit Y4 des Nockenstößels konstant bleibt. Dies bedeutet, daß die erste Ableitung der Verschiebung gleich dem Kehrwert der Verschiebung multipliziert mit einer Konstanten sein muß. Diese mathematische Eigenschaft hat eine Parabel, wie anhand von Fig. 7 gezeigt wird.

dy/de = (1/2)·(2ΡΘ)"^1/2.2Ρ - P (2ΡΘ)"^1/2

(2ΡΘ)^1/2

Diese Ableitung dy/de oder Y4 ist gleich dem Kehrwert

der Ursprungsfunktion multipliziert mit der Konstanten P.

Das Drehmoment ist proportional ^{T te y}4 * *4 ^{oder T ä} y * ä&

daraus wird für die Parabel:

T- (2ΡΘ)^1/2 - - P (konstant)

(2ΡΘ)¹'²

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Damit ist gezeigt, daß eine Parabel die richtige mathematische Funktion für die Nockenrollenverschiebung in Abhängigkeit von der Nockendrehung zur Erzielung eines konstanten Ausgangsmoments ist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der "entworfene" Nocken klein, auf eine Drehung von 9o° beschränkt und hat einen kurzen Hub, führt also zu einer kurzen Nockenrollen- bzw. Nockenstößel-Verschiebung mit dem Ergebnis, daß nur ein kleines Segment der allgemeinen

Parabel verwendet wird. Allgemeine Parabel: y - -J2P9 oder y² - 2ΡΘ Aufgelöst nach θ: θ ·

Wenn ein kleiner Teil der Parabel verwendet wird, wird die Gleichung zu:

(2)

[ B_L + ψ . <e₃ - O₁)] (Θ - Radiant)

Die vorstehende Gleichung verschiebt die Achse der Parabel der Fig. 8 zu der Stelle gemäß Fig. 9.

Durch Multiplizieren der Gleichung mit 2P in der angegebenen Weise ergibt sich:

y - \j 2ΡΘ_± + ψ (2ΡΘ₃ - 2ΡΘ_±)

Unter Einsetzen von Gleichung (2) ergibt sich dann:

y - ^yi² + ψ (y·² - yi²) U)

Um eine richtige Nockenrollenbahn sicherzustellen, muß die Momentanänderung der Nockenrollen bzw. Nockenstößelstellung (Hub) gleich dem momentanen Tangens des Druckwinkels des Nockens sein (vgl. Fig. 1o).

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Damit die Vektoren A und B in Fig. 1o parallel sind, muß dy

co · de

TAN P.A. gelten.

da aber TAN P.A. » R(eg) ist,

CD

_erglbtBlch!

^oder! % - R(eq) (4.)

Differenziert man die Gleichung (3),um R(eq) zu erhalten, ergibt sich:

yi² + ψ . (ye² - yi²)'

R(eq) (4b)

für θ β ο ergibt sich:

für θ =■ -γ- ergibt sich

ye² -

ye (4d)

Hie vorher schon beschrieben, stellt R(eq) den wirksamen Hebelarm an irgendeinem Punkt dar, mit dem die Federkraft multipliziert werden muß, um das resultierende Drehmoment an irgendeinem Puntk zu erhalten.

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Gleichung (1) ist die Drehmomentengleichung:

T - Fs · R(eq) Die Federkraft ist:

Fs - Fi + (y-yi)R darin bedeuten:

Fi - Federruhekraft (Vorspannung) R - Federsteifigkeit

+ ψ . (ye² - yi²) (3)

so daß:

Fs - Fi + Ra[Y yi² + ψ (ye² - yi²) - yi

Multipliziert man diesen Ausdruck für Fs mit R(eq) gemäß Gleichung (4b), dann wird die Gleichung für das Drehmoment:

T - (Fi + Ra.Γ ψΐ² + ψ (ye²-yi²)-yi])( ) (5)

-y±²>

(Fi + Ra.Γ ψΐ² + ψ (ye²-yi²)-yi])(

Gleichung (5) stellt die allgemeine Momentengleichung dar, die bei Verwendung einer nicht linearen Feder, wie einer Tellerfeder, benutzt werden kann. Die Federsteifigkeit Ra ist die mittlere Federsteifigkeit im Arbeitsbereich ye - yi.

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--33 -

die im Fall eines kleinen Arbeitsbereiche nahezu konstant ist, Falls die Federsteifigkeit nicht völlig konstant ist, wird auch das Ausgangemoment nicht "theoretisch konstant" seinF jedoch für alle praktischen Zwecke mit sehr großer Näherung konstant sein.

Wenn eine tatsächlich konstante Federkonstante vorliegt, kann die Gleichung (5) dadurch vereinfacht werden, daß man Fi gemäß Gleichung (6) ersetzt:

Fi - R · yi (6)

Setzt man dies ein und zieht R heraus, dann ergibt sich:

T - RJyi + ^|yi² + T?(ye²-y±²)-yiL

ye² - yi²

<ye² - yi²)

Durch Kürzen ergibt sich daraus als endgültige Gleichung für das Drehmoment:

— ( - konstant) (7)

Die Gleichung (7) gibt die Beziehung zwischen einem theoretisch konstanten Ausgangsmoment und einer (konstanten Federkonstanten) für ein spezielles Segment einer allgemeinen Parabel an, die zur Erzeugung des Nockenprofils verwendet wird.

Die erforderliche Federvorspannung ergibt sich aus Gleichung (6).

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Aus den Voranstehenden ergibt sich, daß, da sich der Nocken gegen die Vorspannung dreht, die Federanordnung gemäB Gleichung (3) komprimiert wird, wobei y » Nockenrollen-, Nockenstößel- und Federweg, und yi und ye die Anfangs- bzw. Endordinaten des Segments der zur Beschreibung des Nockenrollenwegs verwendeten Parabel sind, während θ der Winkel im Bogenmaß ist, um den sich der Nocken dreht.

Der beschriebene nockengetriebene, Feder-Rückholmechanismus stellt einen wesentlichen Durchbruch in der Entwicklung von Feder-Rückholstellgliedern dar, da er die einzigartige Fähigkeit besitzt, hinsichtlich des Drehmoments irgendwelchen speziellen Anwendungserfordernissen angepaßt zu werden wofür nur geringfügige Änderungen des Mechanismus und keine Änderungen des Betriebskonzepts notwendig sind.

Das Profil der Nockenfläche 1oo ist derartig, daß es zum Drehen des Nockens 3o im Gegenuhrzeigersinn in Fig. 3 vonseinem niedrigen zu seinem hohen Punkt zum Verschieben der Nockenrolle 5o, des NockenstuBeIs 58 und der Federanordnung 7o (Fig. 2) gegen die Kraft der Federanordnung (über die Vorspannung der Federanordnung hinaus) erforderlich ist, an der Nockenwelle 2o ein Drehmoment aufzubringen, das genauso groß ist wie das Drehmoment, das auf die Nockenwelle einwirkt, nachdem die Kraft auf die Nockenwelle, die anfänglich zur Verschiebung von Nockenrolle, Nockenstößel und Federanordnung führte, aufhört. Das Profil der Nockenfläche 1oo ist so, daß die über den Nockenstößel von der Federanordnung auf die Nockenrolle ausgeübte Kraft automatisch den Nocken von seinem hohen zu seinem

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niedrigen Punkt dreht, während dieser in umgekehrter Richtung ein Drehmoment auf die Nockenwelle ausübt, das gleich dem ursprünglich auf diese Nockenwelle einwirkenden Drehmoment ist.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.Wkickmanw, Dipl.-Phys. Dr.K.Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing.H.Liska

8 MÖNCHEN 86, DEN

POSTFACH «60 «20

MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 9« 39 21/22

HO/ba

Patentansprüche

11.)Nocken-Peder-Rückholmechanismus mit einer Nockenwelle, ^-^ einem Nocken, einer vorgespannten Federanordnung bestimmter Federsteifigkeit und mit einem Nockenfolger zwischen dem Nocken und der Federanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil (1oo, 1o2) des Nockens (3o) so ausgebildet ist, daß die Verschiebung des Nockenfolgers (5o, 58) zur genauen Steuerung der Federkräfte einer bestimmten Beziehung folgt und sich ein spezieller Verlauf des Ausgangsmoments bei Aufbringen und Lösen von Druckkräften durch den Nockenfolger auf die Federanordnung ergibt.

2. Rückholmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kraft auf die Federanordnung (7o) eine Funktion der um den Weg des Nockenfolgers (5o, 58) bei Drehung des Nockens (3o) erhöhten Vorspannung ist, daß das Nockenprofil (1oo, 1o2) von einer Vielzahl äquivalenter Radien definiert wird, von denen jeder eine Funktion der Momentangeschwindigkeit des Nockenfolgers in einer bestimmten Stellung des sich drehenden Nockens ist, und daß das Ausgangsmoment des Nockens dem Produkt aus der Kraft auf die Federanordnung und dem äquivalenten Radius in einer jeweiligen Stellung des Nockens proportional ist.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Rückholmechanismus nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Heg (Verschiebung) des Nockenfolgers (5o, 58) bei Drehung des Nockens (3o) einer parabolischen Kurve folgt.

4. Rückholmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Profil (1oo, 1o2) des Nockens (3o) parabolisch 1st und ein konstantes Ausgangsmoment erzeugt.

5. Rückholmechanismus nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Produkt aus der Kraft auf die Federanordnung (7o) und dem äquivalenten Radius des Nockens (3o) konstant ist, wodurch der Federrückholantrieb des Nockens konstant ist und auf die Nockenwelle (2o) ein konstantes Moment ausübt.

6. Rückholmechanismus nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die äquivalenten Radien eine Funktion der ersten Ableitung des Nockenfolgerwegs sind und daß das Ausgangsmoment proportional dem Produkt aus dem Nockenfolgerweg und der ersten Ableitung des Nockenfolgerwegs ist.

7. Rückholmechanismus nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß zur Erzielung eines konstanten Moments der Nockenfolgerweg einer mathematischen Funktion folgt, deren erste Ableitung gleich dem Produkt aus dem Kehrwert der Ursprungsfunktion mit einer Konstanten ist.

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8. Rückholmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche^ dadurch gekennzeichnet , daß das auf den Nocken (3o) ausgeübte Moment im Fall einer nicht linearen Federanordnung (7o) gegeben ist durch:

- \T± +[Ra · \|yi² + ψ- (ye^yi^'-yij)

y·² - yi²

worin bedeuten:
T - Moment

Fi - Vorspannung der Federanordnung

Ra- mittlere Federsteifigkeit im Arbeitsbereich (ye-yi) θ - Drehwinkel des Nockens im Bogenmaß yi und ye * Anfangs- und Endordinaten eines Parabelsegments, die die gesamte Hubhöhe des Nockens und den Gesamtweg des Nockenfolgers definieren.

9. Rückholmechanismus nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das auf den Nocken (3o) von einer linearen Federanordnung (7o) mit einer konstanten Federsteifigkeit R ausgeübte Moment gegeben ist durch:

TC

1o. Rückholmechanismus nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß eine drehung des Nockens (3o) um 9o° die Federanordnung (7o) komprimiert und den Nockenf olger (So, 58) gemäß folgender Gleichung verschiebt:

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2 2Θ 2 2 ^ri + — (ye - yi ), wobei

y = Weg von Nockenfolger und Federanordnung, und θ - Drehwinkel des Nockens im Bogenmaß sind.

11. Rückholmechanismus nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das zur Drehung der Nockenwelle (2o) gegen die Kraft der Federanordnung (7o) aus einer vorderen, vorgespannten Ruhestellung zu einer zurückgezogenen, komprimierten Stellung erforderliche Moment gleich dem Moment ist, das über den Nocken (3o) und den Nockenfolger (5o, 58) auf die Nockenwelle (2o) ausgeübt wird, wenn sich der Nockenfolger bzw. sein Nockenstößel (58) bewegt, während die Federanordnung aus ihrer komprimierten Stellung zur Rückkehr in die Ruhestellung freigegeben wird.

12. RUckholmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Moment, das erforderlich ist, um die Federanordnung (7o) bei Drehung des Nockens (3o) über ihre Vorspannung hinaus zu komprimieren, konstant ist, und daß das Moment ebenfalls konstant ist, das vom Nockenfolger (5o, 58) zur Drehung des Nockens in entgegengesetzter Richtung auf diesen aufgebracht wird, wenn die Federanordnung von einem komprimierten Zustand zum anfänglichen Zustand der Vorspannung zurückkehrt.

13. Rückholmechanismus, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kombination mit einem Steuerele-

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ment (12), das eine zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung drehbare Welle aufweist, mit einem Stellglied (14), das eine Welle aufweist, die zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung drehbar ist, welche der ersten bzw. der zweiten Stellung der Welle des Steuerelements entsprechen, und mit Antriebsmitteln zum Drehen der Welle des Stellglieds zwischen der ersten und der zweiten Stellung, wobei der Rückholmechanismus (1o) die Wellen von Steuerelement und Stellglied automatisch und gleichzeitig aus ihrer jeweiligen zweiten zur ersten Stellung dreht, wenn der Einfluß der Mittel, die die Welle des Stellglieds in ihre zweite Stellung gedreht haben, aufhört oder nachläßt.

14. Rückholmechanismus nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Verbindungsmittel (21, 23) zum Verbinden der Wellen von Steuerelement (12), Stellglied (14) und Rückholmechanismus (1o) in einer antreibenden und angetriebenen Weise.

15. Rückholmechanisrous nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet , daß eine Drehung der Welle des Stellglieds (14) auf ihrer ersten in ihre zweite Stellung die Welle des Nocken-Feder- Rückholmechanismus (1o) um einen gleichen Betrag gegen die Kraft der Federanordnung (7o) des Rückholmechanismus dreht.

16. Rückholmechanismus nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß das Profil (1oo, 1o2) des Nockens (3o) ein solches ist, daß das Ausgangsmoment des Rückholmechanismus den Momenten-

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anforderungen des Steuerelements (12) angepaßt 1st.

17. RUckholmechanlsmus nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß der Rückholmechanismus (1o) eine Welle (2o) umfaßt, die in einer Richtung von einer ersten in eine zweite Stellung gegen die Kraft der Federanordnung (7o) drehbar ist und durch die Federanordnung in entgegengesetzter Richtung von der zweiten zur ersten Stellung drehbar ist, daß die Wellen des Steuerelements (12) und des Rückholmechanismus (1o) bei von den Antriebsmitteln verursachter Drehung der Welle des Stellglieds (14) gleichzeitig von der ersten in die zweite Stellung gedreht werden, während die Wellen von Stellglied und Steuerelement von der Welle des Rückholmechanismus gleichzeitig von der zweiten zur ersten Stellung gedreht werden, wenn die Antriebsmittel gelöst werden oder aufhören, und daß das Profil (1oo, 1o2) des Nockens (3o) ein solches ist, daß das auf die Welle des Steuerelements ausgeübte Moment bei dessen Drehung von der ersten zur zweiten Stellung wenigstens gleich dem Moment ist, das die Welle des Rückholmechanismus auf die Welle des Steuermechanismus ausübt, um diese von der zweiten in die erste Stellung zu drehen.

18. Rückholmechanismus nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß auf der Welle (2o) des Rückholmechanismus ein Nocken (3o) angeordnet ist, der über einen Nockenfolger (5o, 58) bei Drehung eine Druckkraft auf die Federanordnung (7o) ausüben kann, wobei das Profil des Nockens (1oo, 1o2) in

Verbindung mit der Federsteifigkeit (Ra, R) der vor-

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gespannten Feder so ausgewählt ist« daß bei Lösen der Federanordnung aus dem komprimierten Zustand in einen anfänglichen vorgespannten Zustand ein bestimmtes Moment auf die Welle des Rückholmechanismus ausgeübt wird.

19. Rückholmechanisinus nach einem der Ansprüche 13 bis 18/ dadurch gekennzeichnet , daß der Rückholmechanismus (1o) zwischen dem Stellglied (14) und dem Steuerelement (12) angeordnet ist.

2o. Rückholmechanismus nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet , daß die entgegengesetzten Enden der Helle (2o) des Rückholmechanismus (1o) für eine Antriebs-Abtriebsverbindung mit anderen Wellen von außen zugänglich sind.

21. Rückholmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (24) mit einer zentral angeordneten ersten Bohrung (22) zur Aufnahme einer Nockenwelle (2o) und einer axial ausgerichteten zweiten Bohrung (6o) zur Aufnahme eines Nockenstößels (58), die die erste Bohrung schneidet, durch eine drehbar in der ersten Bohrung befestigte Nockenwelle (2o), durch einen Nocken (3o) auf der Nockenwelle, durch einen hin- und herbeweglich in der zweiten Bohrung befestigten Nockenstößel (58), durch eine drehbar an einem Ende des Nockenstößels gelagerte Nockenrolle (5o), und durch eine Federanordnung (70), die mit dem Nockenstößel im Eingriff steht, um die Nockenrolle in Berührung mit der Nockenfläche (1oo, 1o2) des Nockens (3o) zu bringen und zu halten, wobei

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das Profil der Nockenfläche ein solches 1st, das das Ausgangsmoment, das Ober die Nockenrolle vom Nocken auf die Nockenwelle ausgeübt wird, wenn die von der Federanordnung herrührende Verschiebung des Nockenstößeis freigegeben wird, bei gegebener FedersteifIgkeit (Ra, R) und Vorspannung der Federanordnung speziell ausgewählt 1st, um die Momentenanforderungen einer mit der Nockenwelle in Antriebsverbindung zu versetzenden Vorrichtung erfüllt werden.

22. Rückholmechanismus nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch Einstelleinrichtungen zur Einstellung der anfänglichen Vorspannung der Federanordnung (7o).

23. Rückholmechanismus nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtungen umfassen: eine Führungsanordnung (74) mit einer durch diese hindurchgehenden axialen öffnung (76) zur gleitenden Aufnahme des Nockenstößels (58) an einer von der Nockenrolle (5o) entfernten Stelle, am äußeren Ende des Nockenstößels befestigte und von diesem getragene Mittel (9o) zur Sicherung der Führungsanordnung gegenüber dem Nockenstößel und gegen ein Ende der Federanordnung (7o) zum Aufbringen einer anfänglichen Vorspannung auf die Federanordnung, ein Federgehäuse (82) für den Nockenstößel und die Federanordnung, und Einrichtungen (84) zur sicheren aber lösbaren Befestigung des Federgehäuses am Gehäuse (24) zur Anordnung der Führungsanordnung in einem bestimmten Verhältnis in bezug auf die

Nockenwelle (2o).

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24. Rückholmechanismua nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Federanordnung (7o) aus einem Stapel Tellerfedern besteht.

25. RQckholmechanismue nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , da8
die Federanordnung (7o) aus einer Schraubenfeder
besteht.

26. Rückholmechanismus nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,

dae die Federanordnung (7o) einen Stapel von Tellerfedern in Verbindung mit einer Schraubenfeder enthält.

27. Rückholmechanismus nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet , daß Vorspan-

nungs-Beilegscheiben (92) zwischen angrenzende Flächen von Führungsanordnung (74) und Federgehäuse (82) gesetzt sind.

28. Rückholmechanismus nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet , daß Vorspannungs-Beilegscheiben (92) zwischen angrenzende Flächen von Führungsanordnung (74) und Federanordnung (7o) gesetzt sind.

29. Rückholmechanismus nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet , daß die Nockenwelle (2o) in der ersten Bohrung (22) in kegeligen
Wälzlagern (26, 28) drehbar gelagert ist, welche neben entgegengesetzten Enden der Nockenwelle angeordnet

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sind/ wobei die Nockenwelle an einer Axialbewegung in Längsrichtung relativ zur ersten Bohrung gehindert ist.

30. Rückholmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgangsmoment-Charakteristiken des Rückholmechanismus eine Funktion des Profils der Nockenfläche (1oo, 1o2) sind, wobei die Ausgangsmoment-Charakteristiken eines gegebenen Rückholmechanismus durch Änderung des Profils des Nockens geändert werden können, um an ein spezielles Momentenerfordernis angepaßt zu werden.

31. Rückholmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Profil des Nockens (3o) ein solches ist, das sich während einer 9o°-Drehung des Nockens in einer

Richtung von einem kleinen zu einem großen Radius

ändert, um den Nockenfolger bzw. die Nockenrolle (5o) und den Nockenstößel (58) von einer ganz vorgerückten zu einer ganz zurückgezogenen Stellung gegen die Kraft der Federanordnung (7o) zu verschieben, und daß der Nocken in entgegengesetzter Richtung um 9o° gedreht wird, wenn sich Nockenrolle und Nockenstößel durch Einwirkung der Federanordnung gegen den Nocken bewegen.

32. Rückholmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß auf dem Nockenfolger bzw. dem Nockenstößel (58) Einrichtungen vorhanden sind, um die Vorspannung der Federanordnung (7o) im Sinne der Federsteifigkeit wahlweise zu steuern.

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33. Rückholmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (24) mit einer zentral angeordneten ersten Bohrung (22) zur Aufnahme einer Nockenwelle (2o) und mit einem Paar axial ausgerichteter zweiter Bohrungen zur Aufnahme von NockenstoBein, die auf entgegengesetzten Seiten der ersten Bohrung, senkrecht zu dieser und sie schneidend angeordnet sind, durch eine drehbar in der ersten Bohrung befestigte Nockenwelle (2o), durch einen Nocken (3o) auf der Nockenwelle, welcher ein Paar übereinstimmender Nockenflächen (1oo, 1o2) mit identischem Profil aufweist, die gegeneinander um 18o° versetzt sind, durch übereinstimmende Nockenstößel, die jeweils in einer der zweiten Bohrungen hin- und herbeweglich befestigt sind, durch übereinstimmende Nockenrollen, von denen je eine an einem Ende je eines Nockenstößels gelagert ist, und durch übereinstimmende Federanordnungen, die mit den Nockenstößel^ im Eingriff stehen und die jeweilige Nockenrolle in Berührung mit entsprechenden Teilen der übereinstimmenden Nockenflächen des Nockens zu bringen und zu halten, wobei das Profil jeder Nockenfläche ein solches ist, das bei gegebener Federsteifigkeit und anfänglicher vorspannung der Federanordnungen das vom Nocken über die Nockenrollen auf die Nockenwelle ausgeübte Ausgangsmoment, wenn die von den Federanordnungen verursachte Rückkehrbewegung der Nockenstößel freigegeben wird, mit den Momentenerfordernissen einer mit der Nockenwelle in Antriebsverbindung zu bringenden vorrichtung in Obereinstimmung ist.

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34. Rückholmechanismus nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet , daß die gleichzeitige Verschiebung der Nockenstößel bei Drehung des Nockens übereinstimmenden Bahnen identischer parabolischer

Kurven folgen.

35. Rückholraechanisrous nach einem der Ansprüche 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet , daß die jeweils übereinstimmenden Nockenflächen, Nockenrollen, Nockenstößel und Federanordnungen die Eigenschaften der entsprechenden anderen übereinstimmenden Einrichtungen verstärken und vervielfachen.

36. Rückholroechanismus nach einem der Ansprüche 33 bis 35, dadurch gekennzeichnet , daß das Moment, das erforderlich 1st, um die Nockenstößel von anfängliehen vorderen Stellungen zu rückgezogenen Stellungen zu verschieben, gleich dem Moment ist, das über die Nockenrollen auf die Nockenflächen ausgeübt wird, wenn die auf den Federanordnungen beruhende Rückkehrbewegung der Nockenstößel aus der zurückgezeogenen

Stellung in die Anfangsstellung stattfindet.

37. Rückholmechanismus nach einem der Ansprüche 33 bis 36, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur unabhängigen Einstellung der Vorspannung der einzelnen Federanordnungen.

38. Verfahren zur Schaffung eines nockengetriebenen Feder-Rückholmechanismus, welcher einen Nocken auf einer drehbaren Nockenwelle, eine Feder und einen Nockenfolger zwischen dem Nocken und der Feder aufweist, wobei das Ausgangsmoment einen bestimmten Verlauf

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zeigt, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a. Bestimmen des Nockenprofils, das zur Erzielung des gewünschten Verlaufs des Ausgangsmoments erforderlich ist, und

b. Auswählen einer Feder mit der richtigen Federsteif igkeit und -kennlinie zum Erhalt der gewünschten Größe des Ausgangsmomentenverlaufs.

39. Verfahren zum Korrelieren des Nocken/Feder-Verhältnisses eines nockengetriebenen Feder-Rückholmechanismus mit vorgespannter Feder mit den maximal konstanten Momentenanforderungen einer in Antriebsverbindung mit dem Rückholmechanismus zu bringenden Vorrichtung , gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a. Bestimmen der konstanten Momentenerfordernisse der vom Ruckholmechanismus anzutreibenden Vorrichtung, und

b. Erfüllen der Momentenerfordernisse im Rttckholmechanismus durch Schaffen einer Beziehung zwischen dem Nocken und einer nicht linearen, vorgespannten Feder entsprechend der Gleichung:

/ Γ / 2 2Θ 2 T "Π

T -(Fi + Ra [ ^ yi^z + ψ · <ye^z-yi^z)-yijl

worin bedeuten:
T- Moment

Fi ■ Vorspannung der Federanordnung

Ra - mittlere Federsteifigkeit im Arbeitsbereich (ye-yi)

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θ * Drehwinkel des Nockens Im Bogenmaß yl und ye ■ Anfangs- und Endordlnaten eines Parabel segments, die die gesamte Hubhöhe des Nockens und den Gesamtweg des Nockenfolgers definieren.

4o. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet , daß eine vorgespannte lineare Feder mit einer tatsächlich konstanten Federsteifig keit verwendet wird, um den Rückholmechanismus mit einem konstanten Moment entsprechend folgender Gleichung auszustatten:

_{darin sind}

T ■ Moment

R «> Federkonstante im Arbeitsbereich ye-yi, und yi und ye - die Anfangs- und Endordinaten eines Parabelsegments, die den Arbeitsbereich (Hubhöhe)

des Nockens definieren.

41. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet , daß die anfänglich herrschende Federvorspannung, der die Feder ausgesetzt 1st gegeben ist durch die Gleichung:

Fi - Ra . yi
darin sind

Fi - die Vorspannung

Ra » die mittlere Federsteifigkeit im Arbeitsbereich des Nockens, und

yi β die Anfangsordinate des zur Bestimmung des

Nockenrollenwegs verwendeten Parabelsegmente.

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