DE1028384B

DE1028384B - Vorrichtung zur Erzeugung einer Drehbewegung

Info

Publication number: DE1028384B
Application number: DET11211A
Authority: DE
Inventors: Samuel Harry Norton
Original assignee: Thompson Products Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1954-08-04
Filing date: 1955-07-29
Publication date: 1958-04-17

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzielung· eimer Drehbewegung zwischen zwei Teilen, die¹ sich unter axialer Belastung einander nähern. Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art wird die Drehung mit Hilfe aufeinander gleitender Schrägflächen oder mit Hilfe von Kugeln, herbeigeführt, die auf Sehrägflächien: laufen.

Eine solche Vorrichtung ist zwar allgemein; brauchbar. Ihr kommt jeidbch besondere Bedeutung zu bei den, Ventilen von Verbrennungsmotoren; denn es ist in hohem Maße erwünscht, die Ventile von Verbrennungsmotoren während des Betriebes, zu drehen, um die Bildung abgenutzter ausgebröckelter Stellen, an den Ventilen sowie dias Fressen und die Riefenibildiung am Ventilschaft zu vermeiden.

Die bekannten Vorrichtungen haben; den Nachteil, daß sie baulich verhältnismäßig kompliziert sind und daß sie mit Teilen versehen sind, die eine genaue Bearbeitung erforderlich machen.

Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß zur Erzeugung der Drehbewegung eine zwischen! dew zueinander drehbaren Teilen schlauchartig und kreisförmig eingelegte Schraubenfeder dient, deren Windungen unter dem Einfluß der Belastungskräfte zwischen den Teilen eingezwängt werden und kippen und dadurch eine Drehung des einen Teils, gegenüber dem anderen herbeiführen. Der Steigungswinkel der Schraubenfeder muß dabei natürlich SO' gering sein, daß die Windungen, quer zu der Längsachse der Schiraubenfeder Kräfte übertragen können.

Eine solche Anordnung hat gegenüber den. bekannten Vorrichtungen insbesondere den Vorteil, daß sie mit einer geringen Anzahl leicht herstellbarer Teile aus-Vorrichtung zur Erzeugung
einer Drehbewegung

Anmelder:

Thompson Products, Inc.,
Cleveland, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls

und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,

Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 4. August 1964

Samuel Harry Norton,

University Heights, Ohio (V. St. Α.),

ist als Erfinder genannt worden

nungen an mehreren Ausführungsbeispielen, näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ventilrotationsvorrichtung;

Fig. 2 zeigt die Ventilrotationsvorrichtung nach Fig. 1 im Grundriß, wobei gewisse Stücke weggebrochen sind, um weitere Merkmale der Konstruktion erkennen zu lassen;

Fig. 3 ist ein Stück einer Ansicht, die eine erkommt, daß sie nur geringen Platz beansprucht und 35 findungsgemäße Ventilrotationsvorrichtung in Vergeringes Gewicht hat und daß sie sich ohne Schwie- bindung mit einem Tellerventilaggregat eines Verrigkeiten auch nachträglich an den, zu drehenden brennungsmotors zeigt, wobei bestimmte Stücke weg-T eilen, z. B. dem Ventilen von Verbrennungsmotoren, gebrochen bzw. im Querschnitt dargestellt sind, um anbringen läßt. die Lage der Teile für den Fall zu zeigen, daß der

Besonders zweckmäßig ist es, zwischen den zuein- 40 Ventilteller ein kleines Stück von dem Ventilsitz abander drehbaren Teilen, wie dies an sich, bekannt ist, gehoben ist und sich die Ventilrotationsvorrichtung

am Beginn eines typischen Arbeitsspiels zum Drehen des- Ventils befindet;

Fig. 4 ähnelt Fig. 3, zeigt jedoch das Ventil in seinem von dem Ventilsitz vollständig abgehobenen Zustand und läßt an den weggebrochenen bzw. im

eine konische Federscheibe anzuordnen, welche die Teile an einer gegenseitigen Drehung hindert, solange die axiale Belastung ein bestimmtes Maß nicht überschreitet.

Die konische Federscheibe drückt bei einer vorbestimmten axialen Belastung gegen die Windungen der zwischen ihr und dem einen der zueinander drehbaren. Teile liegenden Schraubenfeder und bebt sich bei weiterer Steigerung der Belastung von diesem Teil ab, wobei dann die Belastung von; dem anderen Teil über die Windungen, der Schraubenfeder auf dieses Teil übertragen wird.

Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeich-Querschnitt dargestellten Teilen die Bauteile der Ventilrotationsvorrichtung am Ende der Ventildrehungsperiode erkennen;

Fig. 5 ähnelt Fig. 3 und 4, zeigt jedoch ein abgeändertes Ausführungsbeispiel, bei dem die erfindungsgemäße Venitilrotationsvorrichtung zwischen der Ventilfeder und einem Bauteil das eigentlichen Motors eingebaut ist.

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Bevor auf die konstruktiven Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels eingegangen, wird, sei bemerkt, daß sich die Erfindung in vorteilhafter Weise einer Eigentümlichkeit einer Bandzug·- oder Schlauchifeder bedient, die darin besteht, daß eine solche Feder dann, wenn man sie zwischen zwei ebene Platten bringt, die an einer gegenseitigen Drehbewegung gehindert sind, und auf eine der Platten eine Belastung aufbringt, die bestrebt ist, die Platten entgegen der Feder zusammen förmig gewundene Wickelfeder umfaßt, bei der eine große ZaM von einzelnen Windungen in geringen; Abständen voneinander angeordnet sind, so* daß der Schrauben- oder Scbragungsiwinkel der einzelnen Win-5 düngen genügend klein ist, damit die Feder 30 Kräfte in einer quer zur Längsachse der Feder liegenden Richtung· übertragen, kann.

Bei der Feder 30 kann es sich um eine Band- ader Schlauchfeder handeln, deren Enden durch beliebige

zudrücken, diese Belastung trägt, und zwar auch dann, io geeignete Befestigungsmittel miteinander verbunden

wenn es sich, um eine große Belastung handelt. Diese Erscheinung läßt sich, durch die Tatsache erklären, daß die Feder eine große Zahl von Windungen, aufweist, von denen jede einen Teil der Last trägt, die quer zu der normalen Achse der schraubenlinienförmig gerwickelten Windungen wirkt.

Wenn man, nun eine der Druckplatten nicht mehr daran, hindert, sich zu drehen, wird die Feder in Querrichtung zusammengedrückt, da die Windungen der Feder nach vorn, oder hinten umkippen:. Durch die relative Tranislationsbewegung¹ der einander gegenüberliegenden Seiten jeder Windung wird den gegeneinander verdrehbaren Teilen eine Drehbewegung erteilt.

sind, oder um eine oder mehrere geschlossene C-förmige Federn, die in dem Kanal, der durch die Aussparung 18 in dem Flansch 17 des Federteil ers 10 gebildet wird, festgehalten werden. In jedem Falle bildet die Feder 30 eine Mehrzahl von Windungen, die in Umfangsrichtang in gegenseitigen Abständen und derart angeordnet sind, daß sie Kräfte quer zur Mittelachse der Feder bzw. deren Windungen, übertragen, können, da jede Federwindung auf ihren gegenüberliegenden Seiten die Federscheibe 27 bzw. den Flansch. 17 des Federtellers 10 berührt.

Fig. 3, 4 und 5 lassen erkennen, daß man die Ventilrotationsvorrichtung mit einem Tellerventilaggregat zusammenbauen kann, wie es bei Verbren-

Aus einer Betrachtung des Ausführungsbeispiels, _2g nungsmotoren od. dgl. verwendet wird,
das nachstehend beschrieben ist, erkennt man, daß die Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bezeich-

axial benachbartem, gegeneinander drehbaren Teile _net die Bezugsziffer 31 ein Motorenteil mit einem durch einen Ventilfederteller 10 und ein Bund- oder Steuerkanal P, der eine Ventilöffnung 32 mit einem Kragenteil 11 gebildet werden, abgeschrägten Ventilsatz 33 besitzt, und diese Ventil-

Der Federteller 10 besitzt einen Köirperabschnitt 12, ₃₀ öffnung wird durch die abgeschrägte Sitzfläche 34

eines, an einem Ventilschaft 37 angebrachten Ventiltellers 36 gesteuert. Der Ventilschaft 37 ist in dem Motorenteil 31 durch eine Ventilschaftführung 38 gleitend geführt. Ferner ist eine Ventilfeder 39 vor

der sich in Achsrichtung verjüngt, um eine Bohrung 13 zu bildeni, durch die man dias Ende eines Ventilschaftes' hindurchführen! kann.

Nahe der Oberseite dies Federtellers 10 ist eine

ringförmige Schulter 15 mit einer ringförmigen, radial ₃₅ gesehen, deren eines Ende 40 sich, an, dem Motoreniteiil .,_..r_ .!,.... «'-·" * -· -■--■· --<■- ι 31 abstützt, während sich das andere Ende41 bei .der

Anordnung nach Fig. 3 und 4 an der Ventilfedersitzfläche 22 des Flansches 21 an dem Kragenteil 11 abstützt.

Der Federteller 10 ist nahe dem Ende des Schaftes 37 mit dem Schaft durch ein Ventilschaftverriegelungsstück 42 verbunden, das mit einer ringförmigen Haltenut 43 an dem Schaft in der Nähe seines Endes zusammenwirkt.

Für die Zwecke der hier gegebenen Darstellung kann man annehmen, daß die Ventilfeder 39 zwei Zusammendrücliungsstellungen: besitzt, und zwar eine erste, in Fig. 3 wiedergegebene Stellung, bei der die Feder leicht zusammengedrückt ist, wenn der Ventilteller 36 auf der Sitzfläche 33 aufliegt, und eine zweite, in Fig. 4 gezeigte Stellung, bei der das Ventil geöffnet ist.

Wie aus. Fig. 3 hervorgeht, ist infolge der Vielzahl von Windungen in, der Feder 30 eine ausreichende Steifigkeit vorhanden, so daß sich die Feder wie ein massiver Ring verhält, wobei sie die konische federnde Scheibe 27 auf Druck beansprucht und flach zu drücken bestrebt ist, wenn auf die Ventilfeder 39 ein erhöhter Drude wirkt, sobald auf den Ventilschaft 37 durch einen an dessen Ende angreifenden Kippoder Schwenkhebel 44 eine Kraft aufgebracht wird.

Wenn der Ventilteller 36 durch diese Druckkraft von dem Ventilsitz 33 abgehoben wird, bringt somit die auf Grund der Zuisamimendrückung der Feder 39

verlaufenden, Wand 14 und^! einer ringförmigem, axial verlaufenden, Wand 16 vorgesehen,.

Von der ringförmigen, Schulter 15 aus erstredet sich radial nach außen ein Flansch 17, der von solcher Gestalt ist, daß sich eine ringförmige Aussparung 18 ergibt, die von einer sich, axial erstredcenden ringförmigen Rippe 19 begrenzt wird.

Das Kragenteil 11 umfaßt einen zylindrischen Körperahschnitt 20, der in, einem radial nach außen ragenden ringförmigen Flansch 21 endet. Die bei 22 angedeutete Fläche dieses Flansches dient als Sitzoder Abstütefläche für eine Ventilfeder, während die gegenüberliegende Fläche 23 des Flansches 21 eine Sitzfläche bildet, deren. Zwedc im folgenden dargetan wird.

Der Flansch 21 endet an. seinem äußeren Rand in einer sich axial erstreckenden, Wand 24, die bei 26 nach innen umgebördelt ist, um zusammen mit der abgesetzten Rippe 19 des Flansches 17 an dem Federteller 10 eine formschlüssige Verbindung zu bilden.

Zwischen dem Federteller 10 und dem Kragenteil 11 liegt eine konische Federscheibe 27, deren Innenrand 28 an der radialen Wand 14 der ringförmigen Schulter 15 und deren Außenkante 29 an der Fläche des Flansches 21 anliegt.

Der konische Federring 27 überträgt normale Federbelastungen zwischen dem Kragenteil 11 und dem: Federteller 10.

Gemäß der Erfindung wird eine Band^ug·- oder

Schlauchfeder 30 als ein Mittel benutzt, durch, das 65 zunehmende Axialkraft einen ständig größer werdenverscbiebbare bzw. lageveränderliche Elemente z.wi- den Druck auf, der zwischen der Außenkante bz.w: sehen den gegeneinander drehbaren Teilen bereit- Außenfläche der Federscheibe 27 und der Feder 30 gestellt werden. Es sei bemerkt, daß die Feder 30 wirksam wird, bis sich die Federscheibe 27 flach zu zweckmäßigerweise eine Mehrzahl von schrauben- drücken beginnt. Wenn dies stattfindet, wird die linienförmigen Windungen oder eine Schraubenlinien- 70 Innenkante 28 des konischen Federringes 27 von ihrer

Auflagefläche an der radialen. Wand, 14 der ringförmigen Schulter 15 abgehoben, wodurch die Behinderung einer Drehbewegung aufgehoben wird, die normalerweise durch die Beziehung gegeben ist, welche durch den konischen Federring 27 zwischen dem Ventilfederteller 10 und dem Kragen,- oder Bundteil 11 hergestellt wird.

Wenn diese Behinderung einer Drehbewegung aufgehoben ist, neigen die einzelnen Windungen der Feder 30 dazu, sich in Querrichtung zusammendrücken oder verkippen zu lassen. Mit anderen Worten, die normale Lage der Einzelwindungen ist bei der Stellung nach Fig. 3, wo der Ventilteller 36 gerade eben von dem Sitz 33 abgehoben zu werden beginnt, durch den Winkel A gegeben, der normalerweise annähernd gleich dem Schrauben- oder Schrägungswinkel der Feder 30 sein dürfte, Wenn die einzelnen, Windungen jedoch kippen oder sich schräg stellen, nehmen sie die in Fig. 4 angedeutete Lage ein, bei der sie uniter dem Winkel B geneigt sind. Die Winkel A und B sind, in bezug auf eine durch die Achse des. Ventilscbaftes 37 verlaufende senkrechte Achse gemessen.

Da die Feder 30 kontinuierlich schraubenlinienförmig gewickelt ist, werden alle Windungen nach der gleichen Richtung kippen, so daß sich eine relative Translationsbewegung zwischen, den einander gegenüberliegenden Seiten jeder Einzelwindung ergibt. Da diese einander gegenüberliegenden Seiten jeder Einzel windung jeweils an dem Flansch 17 bzw. an der konischen federnden Scheibe27 anliegen, entsteht eine relative Drehbewegung infolge der den Teilen durch die zwischen ihnen liegende Feder 30 mitgeteilten Antriebs wirkung.

Man erkennt ferner, daß beim gegenseitigen. Verkippen der Windungen der Feder 30 die Dicke der Feder 30 in Querrichtung vermindert wird. Durch diese Dickenabnahme der Feder 30 verringert sich der erzwungene axiale Abstand zwischen dem Flansch 17 des Federtellers 10 und der konischen Federscheibe 27, die auf dem Flansch 21 des Kragenteife 11 aufliegt, so daß sich die Innenkante 28 der konischen! Federscheibe 27 wieder an die radiale Wand 14 der ringförmigen Schulter 15 anlegt. Der Federteller 10 und das Kragenteil 11 werden somit an einer weiteren Drehbewegung gehindert, bis die Ventilfeder 39 erneut zusammengedrückt wird, woraufhin sich das beschriebene Arbeitsspiel wiederholt.

Es sei bemerkt, daß das Arbeitsspiel dann, wenn das Ventil wieder geschlossen wird, durch eine Ausdehnungsbewegung der Ventilfeder 39 zu Ende geführt wird, wodurch, die gegeneinander drehbaren Teile entlastet werden. Sobald die Entlastung der Teile erfolgt, nimmt die Feder 30 wieder ihre normale Gestalt an, und die konische Federscheibe 27 geht in, ihre normale konische Stellung zurück, bei der ihre Innen,-kante 28 an der radialen Wand 14 anliegt, während ihre Außenkante 29 an der Fläche 23 des Flansches 21 des Kragenteils 11 angreift.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Windungen der Feder 30 nur in so geringem Maße herübergedrückt werden, daß die Feder30 nicht überbeansprucht wird; auch wird hierbei das Metall der Feder 30 nicht über die zulässige Spannungsgrenze hinaus beansprucht.

Unter normalen Bedingungen werden die Windungen einer Bandfeder der in den Figuren dargestellten Art in einer Richtung umkippen, wenn sie uniter einem, axialen Druck stehen und eine Drehbewegung nicht verhindert wird. Um dieses Umkippen der Windungen zu gewährleisten¹, kann man die Feder in einer Richtung vorspannen, indem man die Windüngen über ihre Elastizitätsgrenze hinaus herüberdrückt, Es sei bemerkt, daß man. ferner den Spielraum zwischen, der konischen, Federscheibe 27 und dem Federteller 10 so weit herabsetzen kann, daß die Wiederaufrichtbewegung der einzelnen Windungen der Feder 30 nach dem Umlegen begrenzt wird. Wenn die Windungen auf diese Weise bereits etwas in der Kipprichtung liegen, ist ein weiteres Kippen gewährleistet, wenn der axiale Druck gesteigert wird und, die Behinderung der Drehbewegung aufhört.

Die in Fig. 5 dargestellte Ventilrotationsvorrichtung verkörpert die gleichen Konstruktionsmerkmale, die bei dem vorstehend: beschriebenen Ausführungsbeispiel angewendet sind:, doch ist die Vorrichtung nach, Fig. 5 abgeändert, um das, Einbauen der Vorrichtung am entgegengesetzten' bzw. unteren Ende der Ventilfeder 39 zu erleichtern. Bei diesem Ausführungsbeispiel dreht sich die Ventilfeder 39 und nimmt den Ventilschaft 37 und den Ventilteller 36 mit.

Die gegeneinander drehbaren Teile sind bei 50 und 51 angedeutet; das Teil 50 bildet einen ringförmigen Kanal mit konzentrischen Wänden 52 und 53, die durch einen an, dem Motorenteil 31 anliegenden Steg 54 in einem Abstand; voneinander gehalten werden.

Das Teil 51 besitzt eine Außenwand: 56, welche die Wand 53 umgibt. Innen trägt das Teil 51 einen Flansch 57, auf den das untere Ende 40 der Ventilfeder 39 aufgeschoben ist. Ein nach, innen gerichteter Flansch 58 arbeitet mit einem nach außen ragenden Flansch 59 der Wand 52 zusammen, um eine formschlüs'sige Verbindung zwischen den Bauteilen 50 und 51 herzustellen, Die Innenkante 28 der konischen federnden Scheibe 27 greift an dem Flansch; 58 an,, während, der äußere Rand 29 der Scheibe an dem Steg 54 des Bauteils 50 anliegt. Die Feder 30 liegt zwischen der federnden Scheibe27 und, dem Bauteil 51, um hier in der bereits beschriebenen Weise zu wirken.

Die beiden, Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 und, 5 zeigen zwei Ausbildungsformen, die man anwenden kann, um zu verhindern, daß Windungen dar Feder 30 an Punkten, am Umfang der Federmittel ausknicken oder herausspringen.

Bei der Anordnung nach Fig. 5 hält ein besonderes Ringteil 55 die Feder 30 zusammen. Bei der Anordnung nach Fig. 1 dagegen begrenzt der nach, unten ragende Flansch 25 die Nut 18 und erstreckt sich über die Mittelachse der Feder 30 hinaus nach unten. Die Nut 18 kann in dem; Federteller durch einen Prägevorgang während! des Pressen» vorgesehen werden.

Der Krümmungsradius der Nut 18 ist größer als derjenige der Fader 30, denn wenn sich, die Windungen umlegen bzw. kippen, bilden' sie auf beiden Seiten der Feder eine elliptische Form aus.

Der Fachmann erkennt ohne 'weiteres, daß sich an den dargestellten Ausführungsbeispielen Abänderungen vornehmen lassen, die jedoch, in den Bereich der Erfindung fallen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zur Erzeugung einer Drehbewegung zwischen zwei unter axialer Belastung sich nähernden Teilen, z. B. für Ventile von Brennkraftmaschinen, gekennzeichnet durch eine zwischen den drehbaren Teilen (10,11) stihlaiuchartig und kreisförmig eingelegte Schraubenfeder (30), deren Windungen bei axialer Belastung der Teile zwischen diesen eingezwängt werden und kippen

und dadurch eine Drehung des. einen Teils gegenüber dem 'anderen herbeiführen, wobei der Steigungswinkel der Windungen der Schraubenfeder iso gering ist, daß diese quer zu ihrer Längsacfaise Kräfte übertragen können. .

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, diaß in an sich, bekannter Weise zwischen den beiden zueinander drehbaren Teilen (10, 11) eine konische Federscheibe (27) vorgesehen ist, welche die Teile an einer gegensei tigen Drehung hindert, solange die axiale Belastung ein bestimmtes Maß nicht überschreitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, diaß die konische Federscheibe (27) bei einer vorbestimmten axialen Belastung gegen die Windungen der zwischen ihr und dem einen Teil (10) angeordneten! Schraubenfeder (30) drückt und bei weiterer Steigerung der Belastung sich von diesem Teil abhebt, wobei dann die Belastung von dem anderen Teil (11) über die Windungen der Schraubenfeder (30) auf diesen Teil (10) übertragen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand¹ zwischen dem einen (10) der-zueinander drehbaren' Teile und der konischen Federscheibe (27) derart gewählt ist, daß die Windungen der Schraubenfeder (30) bei Entlastung in einer leicht gekippten Stellung gehalten werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (30) die Drehachse der gegeneinander verdrehbaren Teile konzentrisch umgibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (30) in einer ringförmigen Nut (18) dies einen der gegeneinander verdrehbaren Teile (10,11) liegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (30) gegen Ausknicken, durch einen die Feder umgebenden Ring (55) gesichert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Schraubenfeder (30) anliegende eine Teil (10) der gegeneinander verdrehibaren- Teile in an, sich bekannter Weise eine ringförmige Schulter (15) mit einer radial verlaufenden Wand (14) aufweist, an die sich der eine Rand (28) der konischen Federscheibe (27) anlegt, während, der andere Rand (29) der konischen Federscheibe sich an den Flansch (21) -eines Kragens (20) des. 'anderen Teils (11) anlegt und diesem Kragen im Abstand von dem ersten Teil (10) hält (Fig. 1).

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Teil (50) der gegeneinander verdrehibaren Teile (50, 51) einen ringförmigen Kanal bildet, auf dessen Boden, sich der eine Rand (29) der konischen Federscheibe (27); aufsetzt, während der andere Rand (28) der konischen Federscheibe das an der Schraubenfeder (30) anliegende andere Teil (51) gegen einen Anschlag (59) des ersten Teils (50) drückt (Fig. 5).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. £f$ S₁^
USA.-Patentschrift Nr. 2 516 795.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen