DE2757455A1

DE2757455A1 - Ventil-dreheinrichtung

Info

Publication number: DE2757455A1
Application number: DE19772757455
Authority: DE
Inventors: John H Shalaty
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1976-12-23
Filing date: 1977-12-22
Publication date: 1978-06-29
Also published as: DE2757455C2; SE432123B; CA1070582A; JPS5534286B2; GB1570797A; US4141325A; BR7708484A; IT1088574B; FR2375446A1; JPS5379113A; FR2375446B1; SE7714664L

Description

Patentanwälte

Dipl-Ing Dipl-Chem Dipl-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser 2 7 5 7 A 5 5

Ernsbergersirasse 19

8 München 60

TRW INC. 22. Dezember 1977

23555 Euclid Avenue

Cleveland, Ohio 44117 / V.St.A.

Unser Zeichen: T 3004

Ventil-Dreheinrichtung

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Bewegungsumsetzung, insbesondere Einrichtungen zur Umsetzung einer Axialbewegung in eine Drehbewegung. Die vorliegende Erfindung betrifft speziell eine Dreheinrichtung zum Drehen der Ventile von Brennkraftmaschinen, anhand derer sie nachfolgend erläutert werden soll.

Dreheinrichtungen zum Drehen der Ventile von Brenhkraftmaschinen sind bekannt. Solche Ventildreheinrichtungen umfassen erste und zweite Bauteile, die in Axialrichtung und in Drehrichtung entlang und um eine Längsachse gegeneinander drehbar sind. Einer dieser Teile besitzt Taschen, in denen Kugeln angeordnet sind, die den Bauteilen eine Relativdrehung abhängig von der relativen Axialbewegung dieser Bauteile vermittelt. Die Taschen bilden dabei eine festgelegte Bewegungsbahn für die Kugeln. Die Kugeln bewegen sich dabei

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entlang einer Neigungsbahn, die den Boden der Tasche bildet. Derartige Dreheinrichtungen sind in einer Vielzahl von Patentschriften und anderen Veröffentlichungen offenbart, wobei hier auf die US-Patentschriften 3 710 768 und 3 890 943 verwiesen sei.

Bei solchen Dreheinrichtungen verläuft die Neigungsbahn, über die sich die Kugel bewegt, mit einem einzigen Neigungswinkel zu einer Ebene, die sich senkrecht zur Längsachse des Ventils erstreckt, wobei diese Längsachse zugleich auch diejenige Achse ist, um die die Relativdrehung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil der Dreheinrichtung erfolgt. Die Größe des Neigungswinkels der einzelnen Neigungsbahn ist üblicherweise durch eine Kompromißlösung bestimmt, die von Konstruktionsgesichtspunkten diktiert ist. Ein flacher Einzelwinkel der Neigungsbahn erzeugt eine äußere Belastungsfähigkeit und eine größere Drehbewegung des Ventils bei einem bestimmten Maß an Axialbewegung der Kugeln, gemessen entlang der Längsachse des Ventilschaftes. Ein steiler Einzelneigungswinkel der Neigungsbahn ermöglicht es den Kugeln, leichter abzurollen, wobei jedoch die Belastungsaufnahmefähigkeit und die Drehbewegung bei einem gegebenen Maß an Axialbewegung der Kugeln gemessen in der Längsachse des Ventilschaftes, geringer ist.

Bei den Gestaltungen der Neigungsbahn mit nur einem einzigen Neigungswinkel bleibt die Axialkraft, die zur Bewegung der Kugeln aus der Ausgangsposition abwärts über die Neigungsbahn für eine bestimmte Axialbewegung der Kugeln erforderlich ist, während des gesamten Betriebs der Dreheinrichtung gleich. Darüberhinaus bleibt auch das Maß der Winkelbewegung bei einer gegebenen Axialbewegung der Kugel während des gesamten Betriebs der Dreheinrichtung gleich. Die Dreheinrichtungen mit einem einzigen Neigungswinkel der Neigungsbahn leiden dabei unter dem Gleitvorgang zwischen der Kugel und ihren Anlageflächen, wobei naturgemäß jegliche Gleitbewegung die Lebensdauer der Dreheinrichtung verringert.

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Die vorliegende Erfindung betrifft die Gestaltung einer Dreheinrichtung, die einen höheren Wirkungsgrad und eine höhere Lebensdauer ermöglicht sowie, verglichen mit der Gestaltung der Neigungsbahn mit einem einzigen Neigungswinkel, die Vorteile einer flexiblen Gestaltung aufweist.

Die vorliegende Erfindung schafft insbesondere eine Ventil-Dreheinrichtung der zuvor beschriebenen Art, bei der die Neigungsbahn, über die sich eine Kugel bewegt, mit mehreren Neigungswinkeln gestaltet ist. Die Neigungsbahn, über die sich die Kugel bewegt, ist mit mehreren Oberflächenabschnitten ausgebildet, die mit unterschiedlichen Winkeln zu einer Ebene verlaufen, welche sich senkrecht zur Längsachse des Ventils erstreckt. Ein Oberflächenabschnitt in der Nähe des Endes der Neigungsbahn, auf der die Kugel vor der Axialbewegung der Teile der Dreheinrichtung zueinander angeordnet ist, besitzt den größten Winkel gegenüber der Ebene, die sich senkrecht zur Längsachse des Ventils erstreckt. Der Winkel, mit denen die anderen Oberflächenabschnitte der Neigungsbahn zu der Ebene verlaufen, die sich senkrecht zur Längsachse des Ventils erstreckt, werden zum anderen Ende der Neigungsbahn hin zunehmend geringer. Anders ausgedrückt bedeutet das, daß die Reihenfolge der in einer bestimmten Tasche vorgesehenen Neigungswinkel beim Abwärtsrollen der Kugel auf der Neigungsbahn von steil nach flach geht.

Diese Gestaltung, insbesondere die Tatsche, daß der steilere Winkel an dem Ende der Neigungsbahn vorgesehen ist, an der die Kugel mit ihrer Bewegung beginnt, führt dazu, daß die zum Auslösen der Rollbewegung der Kugel erforderliche vertikale Kraft verringert wird. Eine erhöhte Rollbewegung der Kugel führt zu einer Erhöhung der Drehbewegung und zu einer Verringerung der Gleitbewegung der Kugel auf den benachbarten Flächen. Durch die Verringerung der gleitenden Bewegung zwischen der Kugel und ihren Kontaktflächen erhöht sich die Lebensdauer der Einrichtung in der erfindungsgemäßen Gestaltung .

Die vorlegende Erfindung bringt weitere Vorteile durch die erhöhte Kontruktionsflexibilität mit sich. Durch die mehrwinklige Neigungsbahn ist eine exaktere Gestaltung der Dreheinrichtung für bestimmte Anwendungen möglich. Durch die mehrwinklige Gestaltung der Neigungsbahn erhöht sich auch die erforderliche Vertikalkraft zur Abwärtsbewegung der Kugel auf der Neigungsbahn für eine bestimmte axiale Kugelbewegung mit jeder Verringerung des Neigungswinkels der Neigungsbahn. Weiterhin erhöht sich das Maß der Winkeldrehung des Ventils bei einer gegebenen Axialbewegung der Kugel mit jeder Änderung des Neigungswinkels der Neigungsbahn.

Die durch die US-PS 2 875 740 vorbekannte Lösung arbeitet nicht nach dem Prinzip der vorliegenden Dreheinrichtung. Der Gegenstand dieser Patentschrift ist vielmehr als Spiel-Einstel!vorrichtung und nicht als Dreheinrichtung zu bezeichnen. Weiterhin sind die Kugeln bei der Lösung nach dieser Patentschrift nicht zur Bewegung in einer besonderen, vorbestimmten Bahn eingeschlossen, die durch Flächen einer Tasche gebildet ist, in denen die Kugeln in der erfindungsgemäßen Weise angeordnet sind.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsformen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäß gestalteten Ventil-Dreheinrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Linie 2-2 in Fig. 1, jedoch in vergrößertem Maßstab und mit fortgelassenen Teilen,

Fig. 3 einen Schnitt entsprechend der Linie 3-3 in Fig.2,

Fig. 4 und 5

der Fig. 3 entsprechende Darstellungen abweichen-

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der Winkelgestaltungen der Neigungsbahn, die bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform verwendbar sind,

Fig. 6 einen Axialschnitt einer modifizierten Ausführungsform der erfindungsgemäß gestalteten Ventil-Dreheinrichtung,

Fig. 7 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung der Tasche einer bekannten, konventionellen Ventil-Dreheinrichtung und

Fig. 8 eine grafische Vergleichsdarstellung der Betriebseigenschaften der erfindungsgemäß ausgebildeten Ventil-Dreheinrichtungen und der bekannten Ventil-Dreheinrichtungen .

Wie eingangs schon erwähnt worden ist, betrifft die vorliegende Erfindung eine Dreheinrichtung, insbesondere eine Dreheinrichtung zum Drehen eines Ventils einer Brennkraftmaschine um dessen Längsachse. Solche Dreheinrichtungen sind an sich bekannt und die vorliegende Erfindung läßt sich auf eine Vielzahl verschiedener spezieller Dreheinrichtungen anwenden. Die Fig. 1 zeigt stellvertretend für die Erfindung eine spezielle Gestaltung einer Dreheinrichtung, die die Merkmale der Erfindung aufweist.

Die Fig. 1 zeigt einen Zylinderkopf 10 mit einer durchgehenden Bohrung 12, die eine zylindrische Ventil-Führungshülse 14 aufnimmt. Der Schaft 14 eines Ventils 17 für die Brennkraftmaschine geht durch die Hülse 14 hindurch. Der Ventilschaft 16 kann sich in der Führungshülse 14 hin und her bewegen und zugleich um seine Längsachse 18 drehen. Das Ventil 17 besitzt einen Ventilteller 24, der durch die Hin- und Herbewegung des Ventils 17 zwischen einer Öffnungslage und einer Schließlage gegenüber einem Ventilsitz 26 bewegt wird. Das Ventil 17 be-

wegt sich dabei längs seiner Achse 18 zwischen der Öffnungslage und der Schließlage gegenüber dem Ventilsitz 26 durch die Einwirkung eines geeigneten Kipphebels 27, der am oberen Ende des Ventils 28 angreift und dieses in Richtung seiner Längsachse 18 bewegt.

Das Ventil wird bei seiner Hin- und Herbewegung in Richtung der Längsachse 18 zugleich auch durch eine generell mit 29 bezeichnete Ventil-Dreheinrichtung um seine Längsachse 18 gedreht. Die Ventil-Dreheinrichtung 29 umfaßt einen ersten Teil 30 und einen zweiten Teil 32, die beide die Führungshülse 14 umschließen. Der Teil 32 der Dreheinrichtung liegt der oberen Fläche des Zylinderkopfes 10 an. Zwischen dem Teil 30 der Ventil-Dreheinrichtung und einem Ventilfedersitz 36, der am oberen Ende des Ventilschaftes 16 angeordnet ist, ist eine schraubenförimge Ventilfeder 34 wirksam. Der Federsitz 36 ist an dem Schaft 16 durch ein Halteglied 38 axial unbeweglich und drehfest festgelegt. Es versteht sich daher, daß bei der Abwärtsbewegung des Kipphebels 27 die Feder zusammengedrückt und das Ventil 24 in die Öffnungsposition bewegt wird. Nach der Aufwärtsbewegung des Kipphebels 27, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, führt die Feder 34 das Ventil 24 in die Schließlage gegen den Ventilsitz 26 zurück. Die Ventilfeder 34 umfaßt eine veränderliche Belastungseinrichtung, mit deren Hilfe auf das Ventil veränderliche Kräfte aufbringbar sind, die abwechselnd zwischen minimalen und maximalen Werten ansteigen bzw. abfallen, wenn das Ventil 24 zwischen der Öffnungslage und der Schließlage bewegt wird.

In der in Fig. 1 dargestellten Schließlage des Ventils ist die Ventilfeder 34 auf ihre größte Länge ausgedehnt und bringt daher auf das Ventil nur eine minimale Kraft auf. Wenn der Kipphebel 27 jedoch abwärtsbewegt und das Ventil von dem Ventilsitz 26 abgehoben wird, steigt die Kraft der Ventilfeder 34 zunehmend an, bis bei vollständig geöffnetem Ventil 17 die maximale Federkraft erreicht wird. Die Kraft

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der Ventilfeder 34 wirkt dabei auch auf den Teil 3O der Dreheinrichtung ein und belastet diesen axial gegen den zweiten Teil 32 der Dreheinrichtung, wodurch dieser wiederum eng an die Außenfläche des Zylinderkopfs 10 gedrückt und dadurch gegen eine Drehbewegung festgelegt wird.

Die beiden Teile 30 und 3 2 der Dreheinrichtung sind in Bezug auf die Längsachse 18 des Ventils 17 in Axialrichtung und in Drehrichtung frei zueinander beweglich. Die Teile 3O und 32 sind dazu in der Fig. 1 in ihrer maximalen Abstandslage in Axialrichtung dargestellt.

Der zweite Teil 32 der Dreheinrichtung besitzt mehrere einzelne und voneinander getrennte Taschen 52, die verlagerbare Elemente in Form von Kugeln 54 aufnehmen. Die Taschen 52 bilden festgelegte Bahnen, auf denen entlang sich die Kugeln 54 bewegen. In jeder der Taschen 52 ist eine Kugel untergebracht. Zugleich ist in jeder Tasche eine Feder 57 angeordnet, die der Kugel 54 anliegt und diese zu einem Ende 6O der jeweiligen Tasche hin belastet. Jede der Taschen besitzt ein flaches Ende, nämlich das Ende 60, und ein tieferes Ende 61 auf der dem Ende 60 abgewandten Seite. Der Boden einer jeden Tasche ist, wie am besten die Fig. 3 erkennen läßt, von dem flachen Ende 60 zu dem tieferen Ende 61 hin geneigt, so daß er eine Neigungsbahn 62 bildet. Der Durchmesser der Kugeln 54 ist wesentlich größer als die Tiefe der Taschen am flachen Ende 60.

Es ist hinzuzufügen, daß bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform die Taschen 52 in Umfangsrichtung im Abstand zueinander in dem Teil 32 angeordnet und gekrümmt ausgebildet sind. Jede Tasche wird durch eine äußere, sich in Axialrichtung erstreckende Fläche 65 und durch eine innere sich in Axialrichtung erstreckende Fläche 66 umschlossen, die beide konzentrisch zu der Achse 18 verlaufen. Die Flächen 65 und 66 haben in Radialrichtung einen so großen Abstand voneinan-

der, daß sie die Kugeln 54 zu einer Bewegung entlang einer festgelegten Bahn zwingen, die aus der Mittellinie der Tasche 52 besteht. Die Flächen 65, 66 begrenzen jegliche Mehrbewegung gegenüber dieser Mittellinie, da sie einen Abstand voneinander aufweisen, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser der zwischen ihnen angeordneten Kugel 54 ist.

Zwischen den Teilen 30 und 32 der Dreheinrichtung ist eine Tellerfeder 70 angeordnet, die auf diese Teile eine Trennkraft ausübt und diese axial voneinander weg zu bewegen sucht. Die von der Tellerfeder 70 aufgebrachte Trennkraft ist so groß gewählt, daß sie zwischen der von der Ventilfeder 34 aufgebrachten minimalen Kraft bei geschlossenem Ventil und der maximalen Kraft bei geöffneten Ventil liegt. In der Schließlage des Ventils liegt der innere untere Rand 72 der Tellerfeder 70 der oberen Fläche des Teils 32 der Dreheinrichtung an, während die obere äußere Fläche 76 der Tellerfeder einer Fläche des Teils 3O der Dreheinrichtung anliegt.

Wenn sich der Kipphebel 27 abwärts bewegt und den Ventilteller 24 von dem Ventilsitz 26 abhebt, steigt die Kraft der Feder 34 so an, daß sie durch den ersten Teil 30 der Dreheinrichtung auf den oberen äußeren Bereich 76 der Tellerfeder ausgeübte Kraft dazu führt, daß sich die untere Innenfläche 72 der Tellerfeder von dem zweiten Teil 32 der Dreheinrichtung weg aufwärts bewegt und dadurch der erste Teil 30 der Dreheinrichtung zusammen mit der Tellerfeder 70 gegenüber dem zweiten Teil 32 der Dreheinrichtung drehbar wird. Die verlagerbaren Elemente, hier die Federn 54, rollen dann auf der Neigungsbahn 62 abwärts. Während einer solchen Abrollbewegung der Kugeln 54 bewirkt die enge Anlage zwischen dem Abschnitt 76 der Tellerfeder 70 und dem ersten Teil 30 der Dreheinrichtung dessen Drehung gegenüber dem zweiten Teil 32 der Dreheinrichtung. Aufgrund des engen Reibkontakts der Ventilfeder 34 mit dem ersten Teil 30 der Dreheinrichtung und dem Federsitz 36 wird diese Drehbewegung auch auf das Ventil 17 übertragen

und bewirkt dessen Drehung um die Längsachse 18 während seiner Öffnungsbewegung.

Bei der Aufwärtsbewegung des Kipphebels 27, die die Rückkehr des Ventils 24 in die Schließlage gegen den Ventilsitz zuläßt, legt sich der innere untere Bereich 72 der Tellerfeder 70 wieder der Oberfläche des zweiten Teils 32 der Dreheinrichtung an und verhindert dadurch eine umgekehrte Relativbewegung zwischen den beiden Teilen 30 und 32 der Dreheinrichtung. Durch die Wirkung der Tellerfeder 70 und die Trennung der Teile 30 und 32 beim Abfallen der Kraft der Ventilfeder 34 von dem Maximalwert zu dem Minimalwert hin wird es möglich, daß sich die Kugeln 54 dann unter Einwirkung der Spiralfeder 57 zu dem flachen Ende 60 der Tasche 52 hin zurückzubewegen. Dieser wiederholte Vorgang dreht das Ventil in aufeinanderfolgenden Schritten, damit Verschleißschäden und Schäden durch Spannungsbeanspruchungen des Ventils und des Ventilsitzes 26 auf ein Minimum beschränkt werden.

Bei den herkömmlichen Lösungen ist der Boden der Taschen 52 bzw. die Neigungsbahn 62 mit einem einzigen Neigungswinkel ausgebildet. Eine solche Ausführungsform ist am besten aus Fig. 7 ersichtlich, in der die Neigungsbahn 62 mit einem einzigen Neigungswinkel A gegenüber einer Ebene 80 verläuft, welche sich senkrecht zur Längsachse 18 des Ventils 17 erstreckt. Die Größe dieses Winkels ergibt sich bei den bekannten Konstruktionen gewöhnlich durch eine Kompromißlösung. Ein flacherer Winkel führt zu einer größeren Belastbarkeit und zu einer größeren auf das Ventil 17 übertragbaren Drehbewegung bei einem vorgegebenen Maß einer vertikalen Verlagerung einer Kugel 54.

Ein steilerer Winkel führt dazu, daß die Kugeln 54 leichter abrollen können, verringert jedoch die Belastungsfähigkeit und die erreichbare Drehbewegung.

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Wie am besten die Fig. 3, 4 und 5 erkennen lassen, ist bei der erfindungsgemäßen Ausführung die Bodenfläche 62 bzw. die Neigungsbahn, auf der sich eine Kugel 54 bewegt, derart gestaltet, daß die die Neigungsbahn 62 bildenden Flächenabschnitte einen unterschiedlichen Winkel zu der Ebene 80 einnehmen, die senkrecht zur Längsachse 18 des Ventils 17 verläuft. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist die Neigungsbahn 62 durch die Flächenabschnitte 81 und 82 gebildet. Der Flächenabschnitt 81 ist am Ende 60 der Tasche 52 angeordnet, während der Flächenabschnitt 82 vom Flächenabschnitt 81 aus abwärts zu dem Ende 61 der Tasche hin verläuft. Der Flächenabschnitt 81 ist mit einem Winkel B gegenüber der Ebene 80 geneigt, die senkrecht zur Achse 18 des Ventilschaftes verläuft. Der Flächenbereich 82 ist mit einem Winkel C gegenüber der Ebene 80 geneigt.

Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Neigungsbahn 62 der Tasche 52 aus drei Flächenabschnitten gebildet ist, die mit 85, 86 und 87 bezeichnet sind. Diese Flächenabschnitte sind mit drei verschiedenen Winkeln D, E und F gegenüber der Ebene 80 geneigt, welche sich senkrecht zur Achse 18 des Ventilschaftes erstreckt. Die Fig. 5 zeigt eine weitere mehrwinklige Neigungsbahn 62, die tatsächlich krummlinig begrenzt ist und daher wirkungsmäßig aus einer Vielzahl bzw. unbestimmten Anzahl von Flächen mit unterschiedlicher Winkelneigung gebildet ist.

Es versteht sich, daß die in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellten Gestaltungen der Neigungsbahn bei einer Dreheinrichtung verwendbar ist, wie sie Fig. 1 zeigt. Es versteht sich weiterhin, daß bei jeder der in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellten Gestaltungen der steilste bzw. größte Winkel am Ende 60 der Tasche der Dreheinrichtung vorhanden ist, d.h. an dem Ende, zu dem hin die Kugel 54 durch die Feder 57 belastet wird. Dadurch daß die steileren Neigungswinkel am Ende 60 vorgesehen sind, ist zur Auslösung der Wälzbewegung der Kugel 54 eine

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geringere vertikale Kraft erforderlich als dies bei einer konventionellen Gestaltung der Fall ist, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist und bei der an dem Ende der Tasche ein verhältnismäßig flacher Neigungswinkel vorliegt. Das führt dazu, daß während der Anfangsbewegung der Kugel 54 eine vermehrte Abwälzung herbeigeführt und die Gleitbewegung auf ein Minimum beschränkt wird, wodurch die Lebensdauer der erfindungsgemäß gestalteten Dreheinrichtung gegenüber der in Fig. 7 dargestellten Dreheinrichtung erhöht wird.

Die in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellten Gestaltungen ergeben darüberhinaus beträchtliche Vorteile hinsichtlich der Flexibilität in der Gestaltung verglichen mit dem Stand der Technik, wie er in Fig. 7 dargestellt ist. Wie bei derartigen Einrichtungen der gegenwärtigen Bauart bekannt ist, erhöht sich die erforderliche Vertikalkraft zur Bewegung der Kugel 54 auf der Neigungsbahn 62 abwärts mit kleiner werdendem Neigungsbahnwinkel. Darüberhinaus steigt das Maß der Winkeldrehung des Ventilschaftes 16 für jeden Betrag einer Vertikalbewegung der Kugel 54 mit jeder Verringerung des Neigungsbahnwinkels. Diese Betriebseigenschaften der Ventil-Dreheinrichtungen sind in Fig. 8 grafisch dargestellt, die einen Vergleich der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen mit der bekannten, in Fig. 7 dargestellten Lösungsart zeigt.

In der Fig. 8 ist die Vertikalkraft und die Winkelbewegung in Horizontalrichtung und die Vertikalbewegung der Kugel, gemössen in Richtung der Längsachse des Ventils der Vertikalen aufgetragen. Die mit 100 bezeichnete Kurve ist eine Gerade und zeigt die Arbeitsweise einer Dreheinrichtung, die Neigungsbahnen mit nur einem einzigen Neigungswinkel hat. Es ergibt sichdaraus klar, daß bei einer Neigungsbahn mit einem einzigen Winkel jeder Betrag einer vertikalen Verlagerung der Kugel 54 einem bestimmten Betrag einer Winkelbewegung des Ventils entspricht.

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Die Kurve 101 in Fig. 8 zeigt eine Neigungsbahngestaltung mit drei verschiedenen Neigungswinkeln, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Die Kurve 1O1 weist drei Abschnitte 101a, 101b, 101c auf. Diese Abschnitte zeigen das Maß der Winkelbewegung des Ventils in Abhängigkeit von der Vertikalbewegung der Kugel, wenn diese sich auf den Flächenabschnitten 85, 86 und 87 der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform entlangbewegen.- Der Kurvenbereich 101a entspricht der Bewegung der Kugel über den Flächenabschnitt 85. Die Kurven 101b und 101 c entsprechen der Kugelbewegung über die Flächenabschnitte 86 bzw. 87.

Die Kurve 102 in Fig. 8 ist eine grafische Darstellung der Arbeitsweise einer erfindungsgemäß gestalteten Dreheinrichtung, bei der die Neigungsbahn 62 aus einer unendlichen Anzahl von Flächenabschnitten mit unterschiedlichen Winkeln gebildet ist, wie sie Fig. 5 zeigt. Wie sich daraus erkennen läßt, verändert sich die Winkelbewegung des Ventilschaftes bei einem bestimmten Betrag in der vertikalen Verlagerung der Kugel 54 beträchtlich und zeigt in der Tat eine nichtlineare Abhängigkeit.

Die vorangehenden Ausführungen lassen erkennen, daß die erfindungsgemäße Ventildreheinrichtung wesentliche Vorteile aufweist und in einer Vielzahl baulich verschiedener Ausführungsformen ausführbar ist. Es versteht sich auch, daß Kombinationen der verschiedenen Taschen mit mehrwinkligen Neigungsbahnen in einer Dreheinrichtung vorgesehen werden können und daß Taschen mit mehrwinkligen Neigungsbahnen in der gleichen Dreheinrichtung zusammen mit Taschen verwendbar sind, die nur eine einwinklige Neigungsbahn haben, um die gegebenenfalls erwünschten funktioneilen und betrieblichen Eigenschaften für einen bestimmten Anwendungsfall zu erreichen.

Es sei ferner darauf hingewiesen, daß der spezielle Aufbau der Dreheinrichtung, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, nur eine

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Anwendung einer Konstruktion zeigt, mit der zusammen die vorliegende Erfindung verwendbar ist. Die Fig. 6 zeigt einen anderen typischen Aufbau einer Ventil-Dreheinrichtung, bei der die vorliegende Erfindung verwendbar ist.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist die Ventil-Dreheinrichtunq 130 am oberen Ende des Ventilschaftes angeordnet. Diese Gestaltung ist an und für sich bekannt und soll daher hier nicht im einzelnen beschrieben werden. Es ist dazu jedoch zu bemerken, daß die Ventil-Dreheinrichtung 130 Drehteile 111 und 112 umfaßt, zwischen denen eine auf die Kugeln 120 einwirkende Federscheibe 114 wirksam ist. Die Kugeln 120 bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform sind in Taschen angeordnet, die so gestaltet sind, wie dies in den Fig. 3, 4 oder 5 dargestellt ist.

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Claims

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Ernsbergerstrasse 19

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Unser Zeichen; T 3004

Ansprüche :

.] Dreheinrichtung für ein Ventil, das zwischen einer Öffnungslage und einer Schließlage in Richtung einer Längsachse hin und her bewegbar und um die Längsachse drehbar ist, mit einem ersten und einem zweiten Bauteil, die beide in Richtung der Längsachse und um die Längsachse gegeneinander axial bewegbar und verdrehbar sind, wobei sie von einem das Ventil in die Schließlage belastenden, veränderliche Kräfte aufbringenden Bauelement mit abwechselnd ansteigender und abfallender Kraft gegeneinander gedrückt werden, ferner mit einer dem ersten und dem zweiten Bauteil bei deren Axialbewegung zueinander eine Relativdrehung mitteilenden und bei deren Axialbewegung voneinander weg eine Relativdrehung verhindernden Einrichtung, die eine Mehrzahl verschiebbarer Kugeln aufweist, welche zwischen den beiden Bauteilen über festgelegte, getrennte

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Bahnen beweglich angeordnet sind, wozu in einem der Bauteile Taschen zur Aufnahme und zur Zwangsführung jeweils einer Kugel in der vorgegebenen unabhängigen Bahn ausgebildet sind, die jeweils eine Neigungsbahn aufweisen, auf denen die Kugel bei einer relativen Axialbewegung des Bauteils entlangbewegt wird, wobei sie durch Vorspannelemente zu einem Ende der Neigungsbahn hin belastet sind und wobei sie sich bei einer Axialbewegung des ersten und des zweiten Bauteils zueinander zu dem anderen Ende der Neigungsbahn hin bewegen, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine der Neigungsbahnen mit einer Vielzahl von Flächenabschnitten ausgebildet ist, die mit unterschiedlichen Winkeln zu einer Ebene geneigt sind, die sich senkrecht zu der Bewegungslängsachse erstreckt, wobei der Flächenabschnitt im Bereich des einen Endes der Neigungsbahn mit dem größten Winkel gegenüber der Ebene geneigt ist und die anderen Flächenabschnitte mit zunehmend geringer werdenden Neigungswinkel zum anderen Ende der Neigungsbahn hin anschließen.
2. Dreheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Herbeiführung einer Relativdrehung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil bei deren Axialbewegung zueinander und zur Verhinderung einer Relativbewegung dieser Bauteile zueinander bei ihrer Axialbewegung voneinander weg eine Tellerfeder umfaßt, die zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist und mit den Kugeln in Berührung steht.
3. Dreheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem der Teile ausgebildeten Taschen von axial verlaufenden Flächen begrenzt sind, die radial in einem Abstand zueinander liegen, der dem Durchmesser der in den Taschen angeordneten Kugeln entspricht und diese dadurch zwangsschlüssig auf der Mittellinie der Taschen entlangbewegbar sind.

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4. Dreheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Neigungsbahn mit einer unendlichen Anzahl von Oberflächenabschnitten gestaltet ist und eine gekrümmte Fläche bildet.
5. Dreheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Neigungsbahn durch zwei oder mehrere ebene Flächenabschnitte gebildet ist, die mit unterschiedlichen Winkeln zu der Ebene geneigt sind, welche senkrecht zur Bewegungslängsachse verläuft.
6. Dreheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Herbeiführung einer Relativdrehung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil bei deren Axialbewegung aufeinander zu und zur Verhinderung einer relativen Drehbewegung dieser Teile zueinander bei deren Axialbewegung voneinander weg eine Tellerfeder umfassen, die zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist und mit den Kugeln in Berührung steht, während die Taschen in dem einen der Bauteile durch axial verlaufende Flächen gebildet sind, die einen radialen Abstand voneinander haben, der dem Durchmesser der in den Taschen angeordneten Kugeln entspricht, wodurch diese zwangsweise entlang der Mittellinie der Taschen geführt werden.
7. Dreheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Taschen eine Neigungsbahn hat, die ihrerseits jeweils von mehreren Flächenabschnitten gebildet sind, welche mit unterschiedlichen Winkeln zu einer Ebene geneigt sind, die sich senkrecht zu der Bewegungslängsachse erstreckt.
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