Mechanische Steuervorrichtung für Bewegungen Die Erfindung betrifft eine mechanische Steuer vorrichtung für Bewegungen und bezieht sich ins besondere auf eine neuartige Sperrvorrichtung.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, mittels me chanischer Einrichtungen eine verhältnismässig grosse Kraft durch Anwendung einer verhältnismässig klei nen Steuerkraft zu beeinflussen.
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es, eine verhältnismässig kleine Steuerkraft dazu zu benutzen, um eine verhältnismässig grosse veränderliche An triebskraft zu steuern, ohne die erforderliche Steuer kraft zu beeinflussen.
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es, die Rei bung zwischen zusammenwirkenden Sperrelementen dazu zu benutzen, um die Wirkungen der gesteuerten Antriebskraft derart ins Gleichgewicht zu bringen, dass die Sperrelemente durch Anwendung einer ver hältnismässig kleinen Kraft gegeneinanderbewegt wer den können.
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es, ein mechanisches Gesperre oder Echappement verhältnis mässig empfindlicher Bauart für die Steuerung von verhältnismässig grossen Kräften zu benutzen.
Die Erfindung hat besondere Vorteile bei der Ver wendung von Uhrentriebwerken zur Steuerung von Teilen, die verhältnismässig schweren Belastungen ausgesetzt werden. Bei Uhrentriebwerken ist die für Steuerzwecke verfügbare Kraft gleich der Differenz zwischen der Kraft, welche erforderlich ist, um das Triebwerk in Bewegung zu halten und der Kraft, welche eine Übersteuerung des Triebwerkes zur Folge hat.
Infolge der üblichen Herstellungstoleranzen ist die tatsächlich verfügbare Kraft bei den meisten Trieb werken beträchtlich kleiner als die theoretisch verfüg bare Kraft, und in manchen Fällen ist diese Kraft ausserordentlich klein. Es ist ein Zweck der Erfindung, diese verfügbare Kraft zur Steuerung von verhältnismässig grossen An triebskräften veränderlicher Grösse zu benutzen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Er findungsgegenstandes trägt ein axial belastetes Steuer glied zwei Anschläge, die mit zwei schraubenförmigen Flächen in Eingriff gebracht werden können, um das Steuerglied in axialer Richtung in einem vorbestimm ten Bereich zu halten. Die Steigungswinkel der Schraubenflächen sind so gewählt, dass sich der eine der Anschläge infolge der axialen Belastung des Steuergliedes entlang der Schraubenfläche zu bewe gen sucht, während gleichzeitig zwischen dem andern Anschlag und der dazugehörigen Schraubenfläche Reibungskräfte erzeugt werden, die einer solchen Be wegung zu widerstehen suchen.
Die Neigung zur Gleitbewegung wird daher im wesentlichen durch die Reibungskraft gegenüber einer solchen Bewegung im Gleichgewicht gehalten, und die Anwendung eines kleinen Drehmomentes bewirkt eine Drehung des Steuergliedes unabhängig von der darauf ruhenden axialen Belastung. Die Schraubenflächen sind vor zugsweise mit Einschnitten für die Aufnahme der Anschläge bei einer bestimmten Winkelstellung des Steuergliedes versehen, um eine axiale Bewegung des Steuergliedes bei Ausführung eines Bedienungsvor ganges zu gestatten.
Ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt.
Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Absperrvorrich tung mit einer Steuervorrichtung gemäss der Erfin dung.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1.
Fig. 3 ist ein Schnitt durch einen Teil der Vor richtung in grösserem Massstab. Fig. 4 ist eine schaubildliche Ansicht eines Teils der Vorrichtung in grösserem Massstab.
Fig. 5 ist ein Teilschnitt nach der Linie V -V der Fig. 1 in grösserem Massstab.
Fig. 6 ist ein Teilschnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 1 in grösserem Massstab, bei dem Teile des Gerätes zur besseren Veranschaulichung fortgelassen sind, Fig. 7 ist ein Teilschnitt eines Teils der Vorrich tung in der Fig. 1 mit einem eingezeichneten Vektor diagramm, und Fig. 8 ist ein Teilschnitt in grösserem Massstab von einem andern Teil der Vorrichtung in der Fig. 1, ebenfalls mit einem eingezeichneten Vektordiagramm.
Die in der Zeichnung dargestellte Steuervorrich tung ist in Verbindung mit einer Absperrvorrichtung mit einem Ventil gezeigt, das benutzt wird, um den Durchfluss von Brennstoff zu einem Brennstoffbren ner zu steuern. Die Absperrvorrichtung besitzt ein Gehäuse 10, welches mit einer Kammer 12 versehen ist, die an eine nicht dargestellte Quelle eines flüs sigen oder gasförmigen Brennstoffes über einen Ein lass 14 und an einen nicht dargestellten Brenner für einen. flüssigen oder gasförmigen Brennstoff über einen Auslass 16 angeschlossen ist. Ein konischer Sitz 18 befindet sich in dem Gehäuse 10 in der Kam mer 12, wobei ein Hahnküken 20 an dem Sitz 18 anliegt.
Das Küken 20 enthält einen winkelförmigen Ka nal 21, der einen axialen Durchgang und eine damit in Verbindung stehende radiale Einlassöffnung 22 ent hält, die bei einer bestimmten Winkelstellung des Kükens 20 in TUbereinstimmung mit der Einlassöff- nung 14 in dem Gehäuse 10 ist. Der winkelförmige Kanal 21 in dem Küken 20 ist ferner mit einem Aus lass 24 versehen, der mit der Kammer 12 in jeder Stellung des Kükens 20 in Verbindung stehen kann.
Wie dies bei Gashähnen dieser Art üblich ist, bringt eine Drehung des Kükens 20 den Einlass 22 des winkelförmigen Kanals entweder in übereinstim- mung mit dem Einlass 14 des Gehäuses oder mit der konischen Fläche des Sitzes 18, so dass der Fluss des Mediums zur Kammer 12 und zum Auslass 16 frei gegeben oder verhindert wird.
Das eine Ende des Kükens 20 ist als Spindel 25 ausgebildet, die aus dem Gehäuse 10 herausragt und einen Handgriff oder Knopf trägt, wie dies weiter unten näher beschrieben ist. Zwischen dem Küken 20 und einer Kappe 124, die an dem Gehäuse 10 be festigt ist, befindet sich eine Feder 26, welche das Küken 20 gegen den konischen Sitz 18 drückt und einen dichten Abschluss zwischen diesen Teilen be wirkt.
Die Wandung -des Winkelkanals 21 ist am Aus lass 24 abgeschrägt, so dass ein ringförmiger Ventil sitz 30 entsteht. Ein Ventilteller 32 ist in der Höhe des Ventilsitzes 30 angeordnet und kann mit dem Ventilsitz in und ausser Eingriff gebracht werden, um die Strömung des Mediums durch den winkelförmi gen Kanäl 21 in dem Küken 20 zu regeln. Der Ven- tilteller 32 ist an einem Ende eines Ventilstiftes 34 befestigt, der durch eine axiale Bohrung 36 in dem Küken 20 und der Spindel 25 hindurchgeht. Das an dere Ende 38 des Ventilstiftes 34 ragt aus dem Küken 20 heraus und endet in der Nähe des Endes der Spin del 25.
Eine Feder 42 befindet sich in einer Bohrung 40, die in der Spindel 25 koaxial zu der Bohrung 36 verläuft; diese Feder drückt gegen einen Anschlag 44, der an dem Ventilstift 34 befestigt ist, um den Ventil teller 32 gegenüber dem Ventilsitz 30 vorzuspannen.
Es ist eine Einrichtung vorgesehen, um das Küken 20 in die offene und die geschlossene Stellung zu bewegen. Diese Einrichtung enthält im vorliegenden Fall eine von Hand bedienbare Einrichtung mit einer Nabe 46, die an dem Ende der Spindel 25 befestigt ist, die aus dem Gehäuse 10 herausragt. Eine radial liegende Platte 48 ist mit der Nabe 46 verbunden, und ein becherförmiges Gehäuse 50 ist auf der Platte 48 mit geeigneten Mitteln, z. B. mit Schrauben 52, befestigt.
Das Gehäuse 50 bildet daher einen Knopf, der von Hand betätigt werden kann, um das Küken in die offene oder geschlossene Stellung zu drehen, wobei die Drehung des Gehäuses 50 eine Drehung des Kükens 20 bewirkt und den Einlass 22 des winkel förmigen Kanals 21 in dem Küken 20 in überein stimmung mit der Einlassöffnung 14 in dem Gehäuse 10 bringt oder ihn dagegen versetzt.
Es ist ferner eine Vorrichtung zur Bewegung des Ventiltellers 32 relativ zu dem Ventilsitz 30 vorgese hen, diese Einrichtung enthält im vorliegenden Fall einen beweglichen Teil, der mit dem Ventilstift 34 antriebsmässig verbunden ist. Der bewegliche Teil ent hält einen Stift 54, der verschiebbar durch die rechte Wand des Gehäuses 50 hindurchgeht und an dem einen Ende eine Vertiefung enthält, um das Ende eines Stiftes 126 lose aufzunehmen. Der Stift<B>126</B> geht verschiebbar durch die Wand 48 in der Achs richtung des Ventilstiftes 34 hindurch und kommt mit dem Ende 38 des Ventilstiftes 34 in Eingriff. Der Stift 54 kann sich gegenüber dem Gehäuse 50 frei drehen und in Axialrichtung bewegen.
An dem Ende des Stiftes 54, der aus dem Gehäuse 50 herausragt, ist ein von Hand bedienbarer Knopf 56 befestigt, um dem Stift 54 eine Bewegung zu erteilen. Die Feder 42 spannt den Ventilstift 34 vor, so dass er mit dem Stift 54 über den Stift 126 in Antriebsverbindung steht und den Stift 54 aus dem Gehäuse 50 herausdrückt. Der Stift 54 kann entgegen der Vorspannung bewegt werden, um den Ventilteller 32 von dem Ventilsitz durch Handbetätigung des Knopfes 56 abzuheben.
Geeignete Marken 57, welche Zeiteinheiten andeuten, sind am Rande des Knopfes aufgedruckt, so dass sie mit -einer Bezugmarke 59 in übereinstimmung ge bracht werden können, die auf dem Gehäuse 50 für einen weiter unten näher erläuterten Zweck angeord net ist.
An dem innern Ende des Stiftes 54 ist eine Platte 55 angeordnet, welche zwei gegenüberliegende An schläge oder Mitnehmer aufweist, welche die Form von Vorsprüngen 58, 60 haben, die aus- der Platte 55 herausragen und parallel zur Achse des Stiftes 54 ver laufen (Fig. 4 und 5). Der Anschlag 56 liegt etwas weiter von der Achse des Stiftes 54 entfernt als der Anschlag 60, wie dies weiter unten noch näher erläu tert wird.
Ein ortsfester Sperrteil kann mit den Anschlägen 58, 60 in Eingriff gebracht werden, um eine axiale Bewegung des Stiftes 54 in der einen Richtung zu ver hindern. Die Sperrvorrichtung enthält ein ringförmi ges Kurvenstück 64, das an der Innenseite des Ge häuses 50 befestigt ist. Das Führungsstück 64 weist einen radialen Bund 65 auf, der in eine passende Eindrehung 61 des Gehäuses 50 hineingreift. Der Bund 65 wird in der Eindrehung 61 durch eine Platte 62 gehalten, welche über dem Bund 65 liegt und an dem Gehäuse 50 durch Schrauben 53 befestigt ist.
Ein ringförmiger Teil ragt von dem Bund 65 in axialer Richtung nach innen, wobei sein inneres Ende eine erste Schraubenfläche 66 bildet. Die Schrauben fläche 66 inkl. Fläche 70 hat eine Ausdehnung von etwa 350 , wobei die hoch- und tiefliegenden Enden durch einen Einschnitt 67 getrennt sind, der parallel zur Achse des Stiftes 54 verläuft und geeignet ist, den Anschlag 58 der Platte 55 aufzunehmen. Koaxial zu der Schraubenfläche 66 und weiter nach aussen lie gend ist eine zweite Schraubenfläche 68 vorgesehen, welche zusammen mit dem Teil 71 sich über etwa 350 erstreckt und deren hoch- bzw. tiefliegenden Enden durch einen Einschnitt 68 getrennt sind. Der Einschnitt 69 liegt dem Einschnitt 67 diametral gegenüber und nimmt den Anschlag 60 der Platte 50 auf.
Die Schraubenflächen 66, 68 gehen beide vor zugsweise in einen Abschnitt 70 bzw. 71 über, der senkrecht zur Achse der Sperrvorrichtung 64 liegt, um eine Handeinstellung in der weiter unten beschrie benen Weise zu ermöglichen.
Der Windungssinn der Schraubenfläche 66 ist der gleiche wie der der Schraubenfläche 68. Da je doch die Schraubenfläche 66 radial ausserhalb der Schraubenfläche 68 liegt, ist der Steigungswinkel der ersteren kleiner als der Steigungswinkel der letzteren. Dieser Unterschied der Steigungswinkel bildet ein wichtiges Merkmal, wie noch weiter ausgeführt wird.
Der Stift 54 geht verschiebbar und drehbar durch eine mittlere Öffnung der ringförmigen Sperrvorrich tung 64 hindurch, so dass seine axiale Bewegung in der einen Richtung dadurch begrenzt ist, dass die Anschläge 58, 60 mit der Vorrichtung 64 in Eingriff kommen.
Die Länge des Ventilstiftes 34 ist so bemessen, dass, wenn die Anschläge 58, 60 in den Einschnitten 67, 69 liegen, die Feder 42 den Ventilteller 32 in sei ner vorgespannten oder geschlossenen Stellung in Ein griff mit dem Ventilsitz 30 hält. Wenn jedoch der Stift 54 in axialer Richtung bewegt wird, um die An schläge 58, 60 aus den Einschnitten 67, 69 herauszu- bewegen, dann wird der Ventilstift 34 gegen die Vor spannung der Feder 42 bewegt, um den Ventilteller 32 von dem Ventilsitz 30 abzuheben und den Durch- tritt des Mediums durch den winkelförmigen Kanal 21 in dem Küken 20 zu gestatten.
Wenn der Stift 54 gedreht wird, nachdem er den Ventilteller 32 geöffnet hat, kommen die Anschläge 58, 60 mit den Schrau benflächen 66, 68 in Eingriff, und der Ventilteller 32 wird in seiner offenen Stellung gehalten.
Es ist ersichtlich, dass die axiale Schubkraft, die auf den Ventilstift 34 durch die Feder 42 ausgeübt wird, direkt auf den Stift 54 und die Anschläge 58, 60 übertragen wird. Da die Schraubenflächen 66, 68 unter einem Winkel zur Wirkungsrichtung dieser Kraft angeordnet sind, wird ein Teil der Kraft in ein Drehmoment umgewandelt und hat das Bestreben, den Stift 54 zu drehen, wobei die Anschläge 58, 60 eine Gleitbewegung entlang den Schraubenflächen 66, 68 auszuführen suchen.
Die Schraubenflächen 66, 68 üben jedoch eine rückwirkende Kraft auf die An schläge 58, 60 aus, wobei diese Kraft eine Torsions- komponente erzeugt, die in einer solchen Richtung wirkt, dass sie dem eine gleitende Bewegung der Anschläge 58, 60 herbeizuführen suchenden Dreh moment entgegenwirkt.
Es ist ein wichtiges Merkmal, dass die zusammen wirkenden Ftächen der Anschläge 58, 60 und der ortsfesten Anordnung 64 so angeordnet sind, dass die Antriebskraft, welche auf den beweglichen Teil 54 wirkt, eine Kraftkomponente erzeugt, die in ihrer Grösse im wesentlichen gleich und in ihrer Richtung entgegengesetzt der rückwirkenden Komponente einer Kraft ist, die sich aus der Reibung zwischen den Oberflächen ohne Rücksicht auf die Grösse der An triebskraft ergibt. Bei einer solchen Anordnung kann eine äusserst kleine Kraft benutzt werden, um den beweglichen Teil 54, 55 mit den Schraubenflächen ausser Eingriff zu bringen.
Dieses Prinzip wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 und 8 näher erläutert, wobei diese Figuren die in Eingriff stehenden Teile des Anschlages 58 und der Schraubenfläche 66 sowie des Anschlages 70 und der Schraubenfläche 68 mit Vektordiagrammen der in Betracht kommenden Kräfte darstellen.
In Fig. 7 zeigt der Vektor L die Belastung des Anschlages 58, die sich aus der durch die Feder 42 ausgeübten axialen Schubkraft des Stiftes 54 ergibt, wenn die Anschläge 58, 60 in Eingriff mit den Schraubenflächen 66, 68 stehen. Diese Kraft L wirkt entlang einer Linie, die parallel zu der gemeinsamen Achse des Ventilstiftes 34 und des Stiftes 54 liegt, und erzeugt eine rückwirkende Kraft, die von der Schraubenfläche 66 ausgeübt wird, wobei diese rück wirkende Kraft in ihrer Grösse gleich der Kraft L, aber von entgegengesetzter Richtung ist. Diese rück wirkende Kraft wird in dem Vektordiagramm durch den Vektor R dargestellt.
Da die Kraft L nicht senkrecht zu der Oberfläche 66 steht, erzeugt sie eine Kraftkomponente, die par allel zu der Oberfläche liegt, und -die das Bestreben hat, den Anschlag 58 an der Schraubenfläche 66 ent lang zu bewegen. Diese Kraft wird durch den Vektor <I>Lm</I> in dem Vektordiagramm dargestellt. Die Kraft L erzeugt natürlich eine weitere Kraftkomponente, die senkrecht zur Oberfläche 66 steht. Diese Kraftkom ponente wird durch den Vektor Lp in dem Diagramm wiedergegeben.
Da Lp senkrecht zur Schraubenfläche 66 steht und L parallel zu der Achse der Schraubenfläche 66, ist der Winkel, der von diesen Vektoren eingeschlos sen wird, gleich dem Steigungswinkel der Schrauben fläche 66, wobei der Steigungswinkel derjenige Win kel ist, den die Schraubenfläche mit einer zu ihrer Achse senkrechten Ebene einschliesst. Die Grösse der Kraft<I>Lm</I> ist daher gleich Lp mal dem Tangens des Winkels<I>s</I> oder gleich Lp mal dem Tangens des Stei gungswinkels der Schraubenfläche 66.
Die rückwirkende Kraft, die von der Schrauben fläche 66 bei einem Gleiten des Teils 58 auf diesen ausgeübt wird, kann auch in zwei Komponenten auf gelöst werden, die parallel bzw. senkrecht zu der be treffenden Schraubenfläche verlaufen. Diese Kompo nenten sind in dem Vektordiagramm durch die Vek toren R f und Rp dargestellt.
Die Kraft Rp ist natür lich in ihrer Grösse gleich der Kraft Lp. Die von dem Vektor Rf dargestellte Kraft ist gleich der Wider standskraft, die sich aus der Reibung zwischen dem Anschlag 58 und der Oberfläche 66 ergibt und hängt von der Grösse der Komponente Rp und dem Rei bungskoeffizienten der beiden sich berührenden Ober flächen ab. Die Widerstandskraft R f wirkt daher der eine Gleitbewegung zwischen dem Anschlag 58 und der Oberfläche 66 herbeizuführen suchenden Kraft <I>Lm</I> entgegen.
Es ist erwünscht, dass die Widerstandskraft R f grösser als die Kraft Lm- sein soll, so dass die Kraft Rf eine Gleitbewegung zwischen dem Anschlag 58 und der Schraubenfläche 66 verhindert. In andern Wor ten: R f muss grösser als Rp mal dem Tangens des Winkels<I>a</I> sein, und der Winkel<I>a,</I> das heisst der Stei gungswinkel, bestimmt daher das. Ausmass, bis zu welchem die Gleitbewegung verhindert wird, da er die Grösse der Kraft<I>Lm</I> bestimmt.
Die Schrauben fläche 66 hat daher einen relativ kleinen Steigungs winkel, um den gewünschten Widerstand gegenüber der Gleitbewegung zu erzeugen, und die Grösse des selben ist gleich der Differenz zwischen der Grösse der Kräfte Rf und<I>Lm.</I>
In dem Vektordiagramm der Fig. 8 stellt der Vek tor L' die axiale Schubkraft des Anschlages 60 dar, die sich aus der axialen Schubkraft des Stiftes 54 er gibt, welche von der Feder 42 ausgeübt wird, wenn die Anschläge 58, 60 in Eingriff mit den Schrauben flächen 66, 68 stehen. Diese Kraft wirkt parallel zu der gemeinsamen Achse des Ventilstiftes 34 und des Stiftes 54 und erzeugt eine rückwirkende Kraft, die von der Schraubenfläche 68 ausgeübt wird; diese rückwirkende Kraft ist in. ihrer Grösse gleich der Be tätigungskraft L' und hat entgegengesetzte Richtung. Diese rückwirkende Kraft wird durch den Vektor R' dargestellt.
Da die Kraft L' nicht senkrecht zu der Schrauben fläche -68 steht, erzeugt sie eine Kraftkomponente parallel zur Oberfläche 68, welche das Bestreben hat, den Anschlag 60 an der Schraubenfläche 68 entlang zu bewegen. Diese Kraft wird durch den Vektor<I>Lm'</I> in dem Vektordiagramm dargestellt.
Die Kraft L' erzeugt natürlich eine weitere Kraft komponente, die senkrecht zur Fläche 68 steht. Diese Komponente wird durch den Vektor Lp' dargestellt.
Das Lp' senkrecht zur Schraubenfläche 60 steht und L' parallel zur Achse der Schraubenfläche 68 liegt, ist der Winkel a' zwischen diesen Vektoren gleich dem Steigungswinkel der Schraubenfläche 68. Die Grösse der Kraft<I>Lm'</I> ist gleich Lp' mal dem Tangens des Winkels<I>a'</I> oder gleich Lp' mal dem Tangens des Steigungswinkels der Schraubenfläche 68.
Die rückwirkende Kraft, die von der Schrauben fläche 68 bei einem Gleiten des Teils 60 auf diesen ausgeübt wird, kann auch in zwei parallel und senk recht zur Oberfläche 68 verlaufenden Komponenten zerlegt werden. Diese Komponenten sind in dem Vek- tordiagramm durch die Vektoren Rf' bzw. Rp' wie dergegeben.
Die Kraft Rp' ist natürlich gleich der Kraft Lp'. Die von dem Vektor R f' dargestellte Kraft ist gleich der Widerstandskraft, die sich aus der Rei bung zwischen dem Anschlag 60 und der Schrauben fläche 68 ergibt und hängt von der Grösse der Kom ponente Rp' sowie dem Reibungskoeffizienten der einander berührenden Oberflächen des Anschlages 60 und der Schraubenfläche 68 ab. Die Widerstandskraft R f' widersteht der Gleitbewegung zwischen dem An schlag 60 und der Schraubenfläche 68.
Die Kraft<I>Lm'</I> ist vorzugsweise grösser als die Kraft R f', um zu bewirken, dass der Anschlag 60 an der Schraubenfläche 68 entlang gleitet, wenn die axiale Schubkraft auf den Stift 54 wirkt. Rp' mal dem Tangens des Winkels a' muss daher grösser als Rf' sein, und bei einem gegebenen Material mit einem vorgegebenen Reibungskoeffizienten bestimmt der Steigungswinkel der Schraubenfläche 68 den Einsatz punkt der Gleitbewegung des Anschlages 60 entlang der Fläche 68.
Die Schraubenfläche 68 hat daher einen verhältnismässig grossen Steigungswinkel, so dass die Kraft<I>Lm'</I> immer grösser als die Kraft Rf' ist, und die resultierende Kraft, die das Bestreben hat, dem Anschlag 60 eine Gleitbewegung zu erteilen, ist gleich der Differenz zwischen der Grösse der Kräfte<I>Lm'</I> und R f'.
Aus dem vorstehenden ergibt sich, dass das Ge samtdrehmoment, welches auf den Stift 54 als Ergeb nis der axialen Belastung einwirkt, durch die Summe der Tendenz für eine Gleitbewegung bestimmt wird, die sich aus der Berührung des Anschlages 60 mit der Schraubenfläche 68 und der Tendenz gegen eine Gleitbewegung, die sich aus der Berührung des An schlages 58 mit der Schraubenfläche 66 ergibt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungs gegenstandes sind die Steigungswinkel der Schrauben flächen 66, 68 so ausgewählt, dass sich ein Gleich gewichtszustand ergibt, bei dem das auf den Stift 54 durch den Anschlag 58 ausgeübte Drehmoment im wesentlichen gleich dem von dem Anschlag 60 auf den Stift 54 ausgeübte Drehmoment ist.
Eine Dre hung des Stiftes 54 kann daher durch Anwendung eines verhältnismässig kleinen Drehmomentes bewirkt werden ohne Rücksicht auf die Grösse der auf den Stift 54 wirkenden axialen Schubkraft.
Es ist ferner eine Vorrichtung zur Einwirkung einer Steuerkraft auf die Absperrvorrichtung vorgese hen, um eine Auslösung des beweglichen Bedienungs teils 54 von der Sperrvorrichtung 64 zu bewirken. Diese Vorrichtung hat die Gestalt eines durch ein Echappement gesteuerten Uhrwerkes 80. Das Uhr werk 80 befindet sich in dem Gehäuse 50 und wird auf der Platte 48 von einer Anzahl von Schrauben 82 festgehalten.
Das Uhrwerk 80 enthält eine Hauptfederanord- nung 84, die mit dem Echappement 86 über geeig nete Zahnräder 88 in Verbindung steht. Die Haupt federanordnung 84 geht am besten aus Fig. 3 hervor und enthält einen Zapfen 90, der an der Platte 48 nicht verdrehbar befestigt ist und senkrecht zu der Platte steht. Eine Spiralfeder 92 ist mit ihrem innern Ende an dem Zapfen 90 befestigt und liegt in einer Ebene, die im wesentlichen parallel zur Platte 48 liegt. Ein kappenförmiger Teil 94 umschliesst die Feder 92 und wird von einem Zahnrad 96 getragen, das drehbar auf dem Zapfen 90 befestigt ist.
Das äussere Ende der Spiralfeder 92 ist an dem kappenförmigen Teil 94 an der Stelle 98 befestigt, so dass eine Dre hung des Zahnrades 96 und des kappenförmigen Teils 94 die Spannung der Feder 92 verändert.
Ein zweites Zahnrad 100 ist drehbar auf dem Zapfen 90 gelagert und trägt einen in axialer Rich tung verlaufenden Rand 102, der mit der zylindri schen Wandung des kappenförmigen Teils 94 in Rei bungseingriff steht. Dieser Eingriff ist vorzugsweise so bemessen, dass ein Reibungsdrehmoment zwischen dem Rand 102 und dem Teil 94 entsteht, das stets grösser als das maximale Drehmoment ist, welches von der Hauptfeder 92 ausgeübt wird, wenn diese vollständig aufgezogen ist.
Eine Anzahl von Schlitzen 104 (von denen in Fig. 1 nur einer sichtbar ist), kann in dem Rand 102 angebracht sein, um die Herstel lung zu erleichtern und die Einhaltung von ausser ordentlich kleinen Toleranzen beim Einpassen des Randes 102 auf den kappenförmigen Teil 94 zu ver meiden.
Das Zahnrad 100 steht mit einem geeigneten Zahnrad des Getriebes 88 in Eingriff und ist daher direkt mit dem Echappement 86 verbunden. Das Zahnrad 96 steht mit einem Ritzel 106 (Fig. 1) in Eingriff, das lose auf dem Stift 126 gelagert und mit dem Stift 54 verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Ritzel 106 und dem Stift 54 ist so getroffen, dass sich der Stift 54 in axialer Richtung gegenüber dem Ritzel 106 bewegen kann, während gleichzeitig die übertragung des Drehmomentes sichergestellt ist.
Diese Verbindung enthält bei der vorliegenden An ordnung eine erste Blattfeder 108, die in ihrem mitt leren Teil mit dem Ritzel 106 verbunden ist, und eine zweite Blattfeder 110, die mit ihrem mittleren Teil an der Platte 55 befestigt ist, die ihrerseits mit dem Ende des Stiftes 54 in Verbindung steht. Die neben einanderliegenden Enden der Blattfedern 108,<B>110</B> sind bei 112 miteinander vernietet, so dass die Dreh bewegung zwischen dem Ritzel 106 und dem Stift übertragen wird, dass jedoch bei einer Axialbewegung des Stiftes 54 die Federn 108, 110 nachgeben, so dass keine axiale Verschiebung des Ritzels 106 stattfindet.
<I>Arbeitsweise</I> Angenommen, die Steuervorrichtung befinde sich in der Aus -Stellung, wobei das Küken 20 und der Ventilteller 32 geschlossen sind, dann können die ver schiedenen Teile auf folgendem Weg in Betrieb ge setzt werden: Das Gehäuse 50 wird zuerst von Hand betätigt, um das Küken 20 zu drehen und den Einlass 22 des winkelförmigen Kanals 21 in übereinstim- mung mit dem Einlass 14 des Gehäuses 10 zu bringen.
Die verschiedenen Teile des Gerätes befinden sich dann in der Stellung, die in Fig. 1 dargestellt ist, und das Medium kann von dem Einlass 14 zum winkel förmigen Kanal 21 fliessen, wobei ein Ausströmen jedoch durch den Ventilteller 32 verhindert wird.
Der Knopf 56 wird dann niedergedrückt, um den Stift 54 axial zu verschieben, wobei die Anschläge 58, 60 aus den Einschnitten 67, 69 herausbewegt werden, durch die eine Drehung des Knopfes verhindert wurde, so dass sie in axialer Richtung bis über die untersten Teile der Schraubenflächen 66, 68 gelan gen. Diese Bewegung des Stiftes 54 erteilt dem Ventil stift 34 eine axiale Bewegung, so dass dieser gegen die Spannung der Feder 42 verschoben und der Ventil teller 32 von dem Ventilsitz 30 abgehoben wird. Das Medium kann dann an dem Ventilteller 32 vorbei dem Auslass 16 in dem Gehäuse 10 zufliessen.
Der Knopf 56 wird dann im Uhrzeigersinn bis zu einer gewünschten Zeiteinstellung gedreht, die durch die Marken 57 und die Bezugsmarke 59 gegeben ist. Durch die Drehbewegung des Knopfes 56 wird der Stift 54 ebenfalls gedreht, so dass die Anschläge 58, 60 in Eingriff mit den Schraubenflächen 66, 68 kom men. Wie oben erwähnt, sind die Steigungswinkel der Schraubenflächen 66, 68 so gewählt, dass die Kraft, welche dem Stift 54 eine Rückwärts-Drehbewegung erteilen will, von den Reibungskräften, welche einer solchen Bewegung entgegenwirken, etwas überwogen wird.
Der Stift 54 bleibt daher in der Stellung, auf die er eingestellt worden ist, stehen, wenn nicht ein zusätzliches Drehmoment ausgeübt wird, um eine Drehung desselben herbeizuführen und die Anschläge 58, 60 an den Schraubenflächen 66, 68 herab in Richtung auf die Einschnitte 67, 69 zu bewegen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Reihenfolge der Dreheinstellung des Gehäuses 50 und des Knop fes 56 im Bedarfsfalle auch umgekehrt werden kann, indem der Zeitknopf 56 vor der Einstellung des Ven tilteils 20 durch das- Gehäuse 50 betätigt wird.
Die Dreheinstellbewegung des Knopfes 56 dreht auch das Ritzel 106, welches das Zahnrad 96 antreibt und die Hauptfeder 92 des Uhrwerkes aufzieht. Das Zahnrad 100 hat das Bestreben, sich mit dem Zähn rad 96 zu drehen, weil die Reibungsverbindung zwi schen diesen Teilen besteht. Es kann sich jedoch wegen des Getriebes 88 und des Echappeinents: 96 nicht drehen.
Es findet daher zwischen dem Zahnrad 96 und dem Rad 100 eine Verdrehung statt. Wenn. jedoch der Knopf 56 freigegeben wird, wird das Dreh moment der Hauptfeder 92 direkt auf das Zahnrad 96 und durch die Reibung auf das Zahnrad 100 über tragen, da das Reibungsdrehmoment zwischen den Zahnrädern 96 und 100 grösser ist als das maxifinale Drehmoment der Hauptfeder 92, und das Dreh moment der Hauptfeder bewirkt eine gemeinsame Drehung der Zahnräder 96 und 100 als Ganzes:
Diese Drehung der Zahnräder 96 und 100 treibt das Ge triebe 88 und das Ritzel <B>106</B> an, wobei das Echappe- ment 86 die Drehgeschwindigkeit steuert und das Ritzel 106 eine Rückdrehung des Stiftes 54 und des Knopfes 56 in die Anfangswinkelstellung bewirkt.
Wenn die Hauptfeder 92 den Stift 54 gedreht hat, so dass er seine Ausgangswinkelstellung einnimmt, kommen die Anschläge 58, 60 ausser Eingriff mit den Schraubenflächen 66, 68, und da die Anschläge 58; 60 auf die Einschnitte 67, 69 ausgerichtet sind, wird der Stift 54 rasch in Fig. 1 nach rechts bewegt, bis die Anschläge 58, 60 auf den Grund der Einschnitte 67, 69 auftreffen. Gleichzeitig mit dieser Axialbewegung des Stiftes 54 bewegt sich der Ventilteller 32 in Ein griff mit dem Ventilsitz 30, und zwar sprunghaft, um einen weiteren Durchfluss des Mediums zum Auslass 16 des Gehäuses 10 zu verhindern.
Wenn die Anschläge 58, 60 sich in die Ein schnitte 67, 69 hineinbewegen, wird eine weitere Dre hung des Stiftes 54 verhindert. Das Uhrwerk 80 wird angehalten, und ein weiterer Ablauf der Hauptfeder 92 wird verhindert. Die Hauptfeder 92 kann daher niemals ganz ablaufen, und auf den Stift 54 wird daher bei seinen sämtlichen Winkelstellungen ein beträchtliches Drehmoment ausgeübt, so dass die Ge fahr eines ungenügenden Aufziehens der Hauptfeder 92 beseitigt ist, wenn der Zeitknopf auf kleine Zeit räume eingestellt wird.
Es sei bemerkt, dass die Anschläge 58, 60 wegen ihrer diametral einander gegenüberliegenden Anord nung die Schraubenflächen 66, 68 gleichzeitig berüh ren und hierdurch ein Kippen sowie ein etwaiges Festklemmen des Stiftes 54 verhindern.
Wenn die Steuerung des Durchflusses des Me diums mit Hilfe des Uhrwerkes 80 ausser Betrieb ge setzt werden soll, wird der Knopf 56 eingedrückt, um die Anschläge 58, 60 in eine Stellung zu bringen, die jenseits des höchsten Punktes der Schraubenflächen 66, 68 liegt, und der Knopf wird dann in einer Rich tung gedreht, die entgegengesetzt der Zeiteinstel- lungsrichtung ist, um die Anschläge 58, 60 in Ein griff mit den Flächenteilen 70, 71 zu bringen, die senkrecht zu der Achse des Stiftes 54 liegen..
Eine Betätigung des Uhrwerkes 80 hat dann das Bestre ben, den Anschlag 58 in Eingriff mit einem Anschlag 72 zu bringen, der bei der Fläche 70 aus der Fläche 66 herausragt, und der Stift 54 wird in seiner ein gedrückten Stellung gehalten, wobei der Ventilteller 32 von dem Sitz 30 abgehoben ist.
Es ist ersichtlich, dass das beschriebene Gerät eine neuartige Sperrvorrichtung enthält, bei der eine An triebskraft beträchtlicher Grösse auf einen beweg lichen Teil ausgeübt werden kann und bei dem die Bewegung dieses Teils unter dem Einfluss der An triebskraft durch eine ausserordentlich kleine Steuer kraft beeinflusst werden kann. Die Sperrvorrichtung enthält die Anschläge 58, 60 und die Schraubenflächen 66, 68, deren Steigungswinkel so ausgewählt sind, dass sie gleiche und entgegengesetzte Torsionskompo- nenten einer axialen Schubkraft, die auf den Stift 54 einwirkt, erzeugen.
Es ist daher ersichtlich, dass die dargestellte Vor richtung eine neue und verbesserte Steuereinrichtung bildet und die der Erfindung zugrunde liegende Auf gabe löst. Es ist ferner klar, dass die dargestellte Vor richtung in verschiedener Weise abgeändert werden kann und dass Merkmale derselben einzeln oder zu sammen auch in andern Einrichtungen verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, so dass die hier beschriebene Vorrichtung nur als Beispiel dienen soll, ohne die Erfindung ein zuschränken.
Mechanical control device for movements The invention relates to a mechanical control device for movements and relates in particular to a novel locking device.
The object of the invention is to use mechanical devices to influence a relatively large force by applying a relatively small control force.
Another purpose of the invention is to use a relatively small control force to control a relatively large variable to drive force without influencing the required control force.
Another purpose of the invention is to use the friction between interacting locking elements in order to balance the effects of the controlled drive force in such a way that the locking elements can be moved against one another by applying a relatively small force.
Another purpose of the invention is to use a mechanical locking mechanism or escapement of a relatively moderately sensitive design for controlling relatively large forces.
The invention has particular advantages in the use of clock engines to control parts that are exposed to relatively heavy loads. In clock engines, the power available for control purposes is equal to the difference between the force required to keep the engine moving and the force which results in overdriving the engine.
Due to the usual manufacturing tolerances, the actual available force for most engines is considerably less than the theoretically available force, and in some cases this force is extremely small. It is an aim of the invention to use this available force to control relatively large driving forces of variable size.
In a preferred embodiment of the subject invention He carries an axially loaded control member two stops which can be brought into engagement with two helical surfaces in order to keep the control member in the axial direction in a predetermined area. The pitch angles of the helical surfaces are chosen so that one of the stops tries to move along the helical surface as a result of the axial load on the control member, while at the same time frictional forces are generated between the other stop and the associated helical surface that try to withstand such movement .
The tendency to slide movement is therefore essentially balanced by the frictional force with respect to such movement, and the application of a small torque causes the control member to rotate independently of the axial load resting on it. The screw surfaces are preferably provided with incisions for receiving the stops at a certain angular position of the control member in order to allow axial movement of the control member when executing a Betriebsvor gear.
An example of the subject matter of the invention is shown in the drawings.
Fig. 1 is a section through a Absperrvorrich device with a control device according to the inven tion.
FIG. 2 is a side view of the device of FIG. 1.
Fig. 3 is a section through part of the device on a larger scale. Fig. 4 is a perspective view of part of the device on a larger scale.
Fig. 5 is a partial section along the line V -V of FIG. 1 on a larger scale.
Fig. 6 is a partial section along the line VI-VI of Fig. 1 on a larger scale, in which parts of the device are omitted for better illustration, Fig. 7 is a partial section of part of the device in Fig. 1 with a drawn Vector diagram, and FIG. 8 is a partial section on a larger scale of another part of the device in FIG. 1, also with a drawn vector diagram.
The control device shown in the drawing is shown in connection with a shut-off device with a valve which is used to control the flow of fuel to a fuel burner. The shut-off device has a housing 10 which is provided with a chamber 12 which is connected to a source, not shown, of a liquid or gaseous fuel via an inlet 14 and to a burner, not shown, for one. liquid or gaseous fuel is connected via an outlet 16. A conical seat 18 is located in the housing 10 in the chamber 12, with a cock plug 20 resting against the seat 18.
The plug 20 contains an angular channel 21 which contains an axial passage and a radial inlet opening 22 connected therewith, which is in correspondence with the inlet opening 14 in the housing 10 at a certain angular position of the plug 20. The angular channel 21 in the plug 20 is also provided with an outlet 24 which can be in communication with the chamber 12 in any position of the plug 20.
As is usual with gas taps of this type, a rotation of the plug 20 brings the inlet 22 of the angled channel either into alignment with the inlet 14 of the housing or with the conical surface of the seat 18, so that the flow of the medium to the chamber 12 and is released or prevented to the outlet 16.
One end of the plug 20 is designed as a spindle 25 which protrudes from the housing 10 and carries a handle or button, as will be described in more detail below. Between the plug 20 and a cap 124 which is fastened to the housing 10 BE, there is a spring 26 which presses the plug 20 against the conical seat 18 and acts a tight seal between these parts be.
The wall of the angular channel 21 is beveled at the outlet 24, so that an annular valve seat 30 is formed. A valve disk 32 is arranged at the height of the valve seat 30 and can be brought into and out of engagement with the valve seat in order to regulate the flow of the medium through the angular channel 21 in the plug 20. The valve disk 32 is attached to one end of a valve pin 34 which passes through an axial bore 36 in the plug 20 and the spindle 25. The other end 38 of the valve pin 34 protrudes from the plug 20 and ends near the end of the spin del 25.
A spring 42 is located in a bore 40 which is coaxial with the bore 36 in the spindle 25; this spring presses against a stop 44 which is attached to the valve pin 34 in order to bias the valve plate 32 relative to the valve seat 30.
Means are provided to move the plug 20 into the open and closed positions. In the present case, this device contains a device which can be operated manually and has a hub 46 which is fastened to the end of the spindle 25 which protrudes from the housing 10. A radially lying plate 48 is connected to the hub 46, and a cup-shaped housing 50 is mounted on the plate 48 by suitable means, e.g. B. with screws 52 attached.
The housing 50 thus forms a button which can be operated by hand to rotate the plug to the open or closed position, the rotation of the housing 50 causing rotation of the plug 20 and the inlet 22 of the angled channel 21 in the Chick 20 in accordance with the inlet opening 14 in the housing 10 brings or offset it.
There is also a device for moving the valve disk 32 relative to the valve seat 30 vorgese, this device contains in the present case a movable part which is connected to the valve pin 34 for driving purposes. The movable part ent holds a pin 54 which slidably passes through the right wall of the housing 50 and at one end contains a recess to receive the end of a pin 126 loosely. The pin 126 slidably passes through the wall 48 in the axial direction of the valve pin 34 and comes into engagement with the end 38 of the valve pin 34. The pin 54 can rotate freely with respect to the housing 50 and move in the axial direction.
At the end of the pin 54 that protrudes from the housing 50, a hand-operated knob 56 is attached to give the pin 54 a movement. The spring 42 biases the valve pin 34 so that it is in drive connection with the pin 54 via the pin 126 and presses the pin 54 out of the housing 50. The pin 54 can be moved against the preload in order to lift the valve disk 32 off the valve seat by manual actuation of the button 56.
Appropriate marks 57, which indicate time units, are printed on the edge of the button so that they can be brought into conformity with a reference mark 59 which is arranged on the housing 50 for a purpose explained in more detail below.
At the inner end of the pin 54, a plate 55 is arranged, which has two opposing stops or drivers which have the form of projections 58, 60 which protrude from the plate 55 and run parallel to the axis of the pin 54 ver (Fig . 4 and 5). The stop 56 is a little further away from the axis of the pin 54 than the stop 60, as will tert erläu below.
A stationary locking member can be brought into engagement with the stops 58, 60 to prevent axial movement of the pin 54 in one direction. The locking device includes an annular curve piece 64 which is attached to the inside of the housing 50 Ge. The guide piece 64 has a radial collar 65 which engages in a suitable recess 61 in the housing 50. The collar 65 is held in the recess 61 by a plate 62 which lies above the collar 65 and is fastened to the housing 50 by screws 53.
An annular part protrudes inward from the collar 65 in the axial direction, its inner end forming a first helical surface 66. The screw surface 66 including surface 70 has an extension of about 350, with the high and low-lying ends being separated by an incision 67 which runs parallel to the axis of the pin 54 and is suitable for receiving the stop 58 of the plate 55. Coaxially to the helical surface 66 and further outward lying, a second helical surface 68 is provided which, together with the part 71, extends over approximately 350 and the high and low ends of which are separated by an incision 68. The incision 69 lies diametrically opposite the incision 67 and receives the stop 60 of the plate 50.
The screw surfaces 66, 68 both go before preferably in a section 70 and 71, which is perpendicular to the axis of the locking device 64 to allow manual adjustment in the manner described below enclosed.
The direction of winding of the helical surface 66 is the same as that of the helical surface 68. However, since the helical surface 66 lies radially outside the helical surface 68, the pitch angle of the former is smaller than the pitch angle of the latter. This difference in pitch angles is an important feature, as will be further explained.
The pin 54 slidably and rotatably passes through a central opening of the annular locking device 64 so that its axial movement in one direction is limited by the fact that the stops 58, 60 come into engagement with the device 64.
The length of the valve pin 34 is dimensioned such that, when the stops 58, 60 are in the incisions 67, 69, the spring 42 holds the valve disk 32 in a pretensioned or closed position with the valve seat 30. If, however, the pin 54 is moved in the axial direction in order to move the stops 58, 60 out of the incisions 67, 69, then the valve pin 34 is moved against the bias of the spring 42 to remove the valve disk 32 from the valve seat 30 lift off and allow the medium to pass through the angled channel 21 in the plug 20.
When the pin 54 is rotated after opening the valve head 32, the stops 58, 60 with the screw surfaces 66, 68 come into engagement, and the valve head 32 is held in its open position.
It can be seen that the axial thrust exerted on valve pin 34 by spring 42 is transmitted directly to pin 54 and stops 58, 60. Since the screw surfaces 66, 68 are arranged at an angle to the direction of action of this force, part of the force is converted into a torque and tends to rotate the pin 54, with the stops 58, 60 sliding movement along the screw surfaces 66, 68 seek to execute.
The helical surfaces 66, 68, however, exert a retroactive force on the stops 58, 60, this force generating a torsional component which acts in such a direction that it allows the torque seeking to bring about a sliding movement of the stops 58, 60 counteracts.
It is an important feature that the cooperating surfaces of the stops 58, 60 and the stationary assembly 64 are arranged so that the driving force acting on the movable part 54 creates a force component which is substantially equal in size and in terms of size their direction is opposite to the retroactive component of a force resulting from the friction between the surfaces regardless of the size of the driving force. With such an arrangement, an extremely small force can be used to disengage the movable part 54, 55 from the screw surfaces.
This principle is explained in more detail with reference to FIGS. 7 and 8, these figures showing the parts of the stop 58 and the screw surface 66 as well as the stop 70 and the screw surface 68 which are in engagement with vector diagrams of the forces in question.
In FIG. 7, the vector L shows the load on the stop 58, which results from the axial thrust of the pin 54 exerted by the spring 42 when the stops 58, 60 are in engagement with the screw surfaces 66, 68. This force L acts along a line which lies parallel to the common axis of the valve pin 34 and the pin 54, and generates a retroactive force which is exerted by the screw surface 66, this retroactive force being equal in magnitude to the force L, but is from the opposite direction. This retroactive force is represented by the vector R in the vector diagram.
Since the force L is not perpendicular to the surface 66, it generates a force component which is parallel to the surface and which tends to move the stop 58 on the helical surface 66 ent long. This force is represented by the vector <I> Lm </I> in the vector diagram. The force L naturally creates another force component that is perpendicular to the surface 66. This Kraftkom component is represented by the vector Lp in the diagram.
Since Lp is perpendicular to the helical surface 66 and L is parallel to the axis of the helical surface 66, the angle enclosed by these vectors is equal to the pitch angle of the helical surface 66, the pitch angle being the angle that the helical surface with a includes a plane perpendicular to its axis. The magnitude of the force <I> Lm </I> is therefore equal to Lp times the tangent of the angle <I> s </I> or equal to Lp times the tangent of the pitch angle of the helical surface 66.
The retroactive force exerted by the screw surface 66 when the part 58 slides thereon can also be dissolved in two components that run parallel or perpendicular to the screw surface in question. These components are represented in the vector diagram by the vectors R f and Rp.
The size of the force Rp is of course equal to the force Lp. The force represented by the vector Rf is equal to the resistance force resulting from the friction between the stop 58 and the surface 66 and depends on the size of the component Rp and the friction coefficient of the two contacting upper surfaces. The resistance force R f therefore counteracts the force <I> Lm </I> seeking to bring about a sliding movement between the stop 58 and the surface 66.
It is desirable that the resistance force R f should be greater than the force Lm- so that the force Rf prevents a sliding movement between the stop 58 and the screw surface 66. In other words: R f must be greater than Rp times the tangent of the angle <I> a </I>, and the angle <I> a, </I> that means the angle of inclination, therefore determines that. up to which the sliding movement is prevented, since it determines the magnitude of the force <I> Lm </I>.
The screw surface 66 therefore has a relatively small pitch angle in order to produce the desired resistance to the sliding movement, and the size of the same is equal to the difference between the size of the forces Rf and <I> Lm. </I>
In the vector diagram of FIG. 8, the vector L 'represents the axial thrust of the stop 60, which results from the axial thrust of the pin 54, which is exerted by the spring 42 when the stops 58, 60 in engagement with the screw surfaces 66, 68 are. This force acts parallel to the common axis of valve pin 34 and pin 54 and creates a retroactive force exerted by helical surface 68; this retroactive force is equal in size to the actuating force L 'and has the opposite direction. This retroactive force is represented by the vector R '.
Since the force L 'is not perpendicular to the screw surface -68, it generates a force component parallel to the surface 68, which tends to move the stop 60 on the screw surface 68 along. This force is represented by the vector <I> Lm '</I> in the vector diagram.
The force L 'naturally generates a further force component which is perpendicular to the surface 68. This component is represented by the vector Lp '.
Since Lp 'is perpendicular to the helical surface 60 and L' is parallel to the axis of the helical surface 68, the angle a 'between these vectors is equal to the pitch angle of the helical surface 68. The magnitude of the force <I> Lm' </I> is equal to Lp 'times the tangent of the angle <I> a' </I> or equal to Lp 'times the tangent of the pitch angle of the helical surface 68.
The retroactive force exerted by the screw surface 68 when the part 60 slides thereon can also be broken down into two components running parallel and perpendicular to the surface 68. These components are given in the vector diagram by the vectors Rf 'and Rp'.
The force Rp 'is of course equal to the force Lp'. The force represented by the vector R f 'is equal to the drag force resulting from the friction between the stop 60 and the screw surface 68 and depends on the size of the component Rp' and the coefficient of friction of the surfaces of the stop 60 in contact with one another and the screw surface 68. The drag force R f 'resists the sliding movement between the stop 60 and the screw surface 68.
The force <I> Lm '</I> is preferably greater than the force R f' in order to cause the stop 60 to slide along the screw surface 68 when the axial thrust force acts on the pin 54. Rp 'times the tangent of the angle a' must therefore be greater than Rf ', and for a given material with a given coefficient of friction, the angle of inclination of the helical surface 68 determines the starting point of the sliding movement of the stop 60 along the surface 68.
The helical surface 68 therefore has a relatively large angle of inclination, so that the force <I> Lm '</I> is always greater than the force Rf', and the resulting force, which tends to give the stop 60 a sliding movement, is equal to the difference between the magnitude of the forces <I> Lm '</I> and R f'.
From the above it follows that the total torque acting on the pin 54 as a result of the axial load is determined by the sum of the tendency for a sliding movement, which results from the contact of the stop 60 with the screw surface 68 and the tendency against sliding movement resulting from the contact of the stop 58 with the screw surface 66. In a preferred embodiment of the subject matter of the invention, the pitch angles of the screw surfaces 66, 68 are selected so that an equilibrium state results in which the torque exerted on the pin 54 by the stop 58 is essentially equal to that of the stop 60 on the pin 54 applied torque.
A Dre hung of the pin 54 can therefore be effected by using a relatively small torque regardless of the size of the axial thrust acting on the pin 54.
There is also a device for applying a control force to the shut-off device vorgese in order to trigger the movable operating part 54 from the locking device 64. This device has the form of a clockwork 80 controlled by an escapement. The clockwork 80 is located in the housing 50 and is held on the plate 48 by a number of screws 82.
The clockwork 80 contains a main spring arrangement 84 which is connected to the escapement 86 via suitable gears 88. The main spring assembly 84 is best seen in Fig. 3 and includes a pin 90 which is non-rotatably attached to the plate 48 and is perpendicular to the plate. A spiral spring 92 is fastened with its inner end to the pin 90 and lies in a plane which lies essentially parallel to the plate 48. A cap-shaped part 94 encloses the spring 92 and is carried by a toothed wheel 96 which is rotatably fastened on the pin 90.
The outer end of the spiral spring 92 is attached to the cap-shaped part 94 at the point 98, so that a Dre hung of the gear 96 and the cap-shaped part 94 changes the tension of the spring 92.
A second gear 100 is rotatably mounted on the pin 90 and carries an edge 102 running in the axial direction Rich which is in friction engagement with the cylindri's wall of the cap-shaped part 94. This engagement is preferably dimensioned in such a way that a frictional torque arises between the edge 102 and the part 94 which is always greater than the maximum torque which is exerted by the main spring 92 when it is fully wound up.
A number of slots 104 (only one of which is visible in FIG. 1) can be made in the edge 102 in order to facilitate the manufacture and to comply with extremely small tolerances when fitting the edge 102 onto the cap-shaped part 94 to avoid.
The gear wheel 100 meshes with a suitable gear wheel of the transmission 88 and is therefore directly connected to the escapement 86. The gear wheel 96 is in engagement with a pinion 106 (FIG. 1) which is loosely mounted on the pin 126 and connected to the pin 54. The connection between the pinion 106 and the pin 54 is made such that the pin 54 can move in the axial direction with respect to the pinion 106, while at the same time the transmission of the torque is ensured.
In the present arrangement, this compound contains a first leaf spring 108 which is connected in its middle part to the pinion 106, and a second leaf spring 110 which is attached to its central part on the plate 55, which in turn is connected to the end of the Pin 54 is in communication. The adjacent ends of the leaf springs 108, 110 are riveted to one another at 112, so that the rotational movement between the pinion 106 and the pin is transmitted, but with an axial movement of the pin 54 the springs 108, 110 yield, so that no axial displacement of the pinion 106 takes place.
<I> Operation </I> Assuming that the control device is in the off position, with the plug 20 and the valve disk 32 closed, then the various parts can be put into operation in the following way: The housing 50 is first operated by hand in order to rotate the plug 20 and to bring the inlet 22 of the angular channel 21 into correspondence with the inlet 14 of the housing 10.
The various parts of the device are then in the position shown in FIG. 1, and the medium can flow from the inlet 14 to the angled channel 21, but the valve disk 32 prevents an outflow.
The button 56 is then depressed to move the pin 54 axially, the stops 58, 60 being moved out of the notches 67, 69, by which rotation of the button has been prevented, so that they are axially over the lowermost parts of the screw surfaces 66, 68 succeeded. This movement of the pin 54 gives the valve pin 34 an axial movement, so that it is displaced against the tension of the spring 42 and the valve disk 32 is lifted from the valve seat 30. The medium can then flow past the valve disk 32 to the outlet 16 in the housing 10.
The knob 56 is then rotated clockwise to a desired time setting given by the marks 57 and the reference mark 59. The rotary movement of the knob 56 also rotates the pin 54 so that the stops 58, 60 come into engagement with the screw surfaces 66, 68. As mentioned above, the helix angles of the helical surfaces 66, 68 are chosen so that the force which tries to impart a reverse rotational movement to the pin 54 is somewhat outweighed by the frictional forces which counteract such movement.
The pin 54 therefore remains in the position to which it has been set, unless additional torque is exerted in order to bring about a rotation of the same and the stops 58, 60 on the screw surfaces 66, 68 down in the direction of the notches 67 To move 69.
It should be pointed out that the sequence of the rotary setting of the housing 50 and the button 56 can also be reversed if necessary by the timer button 56 being actuated by the housing 50 before the valve part 20 is set.
The rotational adjustment movement of the knob 56 also rotates the pinion 106 which drives the gear 96 and winds the main spring 92 of the movement. The gear 100 tends to rotate with the tooth wheel 96 because the frictional connection between these parts is. However, it cannot rotate because of the gearbox 88 and the escapement: 96.
There is therefore a rotation between the gear 96 and the wheel 100. If. However, the button 56 is released, the torque of the main spring 92 is transmitted directly to the gear 96 and through the friction to the gear 100, since the friction torque between the gears 96 and 100 is greater than the maximum torque of the main spring 92, and the torque of the main spring causes the gears 96 and 100 to rotate together as a whole:
This rotation of the gears 96 and 100 drives the gearbox 88 and the pinion 106, the echapter 86 controlling the speed of rotation and the pinion 106 rotating the pin 54 and knob 56 back into the initial angular position causes.
When the main spring 92 has rotated the pin 54 so that it assumes its initial angular position, the stops 58, 60 come out of engagement with the helical surfaces 66, 68, and since the stops 58; 60 are aligned with the incisions 67, 69, the pin 54 is moved rapidly to the right in FIG. 1 until the stops 58, 60 strike the bottom of the incisions 67, 69. Simultaneously with this axial movement of the pin 54, the valve disk 32 moves into engagement with the valve seat 30, namely suddenly, in order to prevent a further flow of the medium to the outlet 16 of the housing 10.
If the stops 58, 60 in the A cuts 67, 69 move into it, further Dre hung of the pin 54 is prevented. The clockwork 80 is stopped and further expiration of the main spring 92 is prevented. The main spring 92 can therefore never fully run out, and a considerable torque is therefore exerted on the pin 54 in all of its angular positions, so that the risk of insufficient winding of the main spring 92 is eliminated when the timer is set to small periods of time.
It should be noted that the stops 58, 60, because of their diametrically opposite arrangement, touch the screw surfaces 66, 68 at the same time and thereby prevent the pin 54 from tilting or jamming.
If the control of the flow of the medium is to be put out of operation with the aid of the clockwork 80, the button 56 is pressed in to bring the stops 58, 60 into a position that is beyond the highest point of the screw surfaces 66, 68, and the knob is then rotated in a direction opposite to the timing direction to bring the stops 58, 60 into engagement with the surface portions 70, 71 which are perpendicular to the axis of the pin 54 ..
An actuation of the clockwork 80 then has the endeavor to bring the stop 58 into engagement with a stop 72 which protrudes from the surface 66 at the surface 70, and the pin 54 is held in its depressed position, the valve disk 32 is lifted from the seat 30.
It can be seen that the device described contains a novel locking device in which a drive force of considerable size can be exerted on a movable part and in which the movement of this part under the influence of the drive force can be influenced by an extremely small control force . The locking device includes the stops 58, 60 and the screw surfaces 66, 68, the pitch angles of which are selected such that they generate equal and opposite torsional components of an axial thrust force acting on the pin 54.
It can therefore be seen that the illustrated device forms a new and improved control device and solves the task on which the invention is based. It is also clear that the device shown can be modified in various ways and that features of the same can be used individually or together in other devices without departing from the scope of the invention, so that the device described here only serves as an example should, without restricting the invention.