DD263329B5 - Pneumatically or hydraulically actuated stroke-rotary drive - Google Patents
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Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Drehantriebe mit bestimmten begrenzten Winkelbewegungen werden auf vielen Gebieten der Industrie benötigt. Sie finden dort Anwendung, wo Schwenk- und Schaltbewegungen durchzuführen sind. Ein mögliches Anwendungsgebiet ist auch die Textilindustrie, z. B. bei der Steuerung von Fadenführerklappen.Rotary actuators with certain limited angular movements are needed in many areas of the industry. You will find application where swiveling and switching movements are to be carried out. A possible application is also the textile industry, eg. B. in the control of yarn guide flaps.
Um begrenzte Winkeldrehbewegungen zu erzeugen, werden häufig Hubbewegungen von pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagten Kolben in Drehbewegungen der Abtriebswellen umgewandelt. Ein bekannter Drehantrieb gemäß DE 3 246 977 Al besteht aus einem Zylinder, in dem ein Kolben gleitbar gelagert ist, aus einer im Zylinder befestigten Mutter, die mit entsprechenden Gewindegängen auf der Kolbenstange zusammenarbeitet und aus einer Welle, die gegen axiale Verschiebung gesichert ist und mit dem Kolben in Nut-Feder-Verbindung steht. Eine axiale Bewegung des Kolbens erzeugt somit eine Drehbewegung von Kolben und Welle. Die Welle wird von der hohlen Kolbenstange aufgenommen, die stirnseitig mit einem Anschlagbolzen versehen ist. Das Zylindergehäuse ist auf der Kolbenstangenseite mit einem becherförmigen Deckel verschlossen. Verbindungskanäle durch die Mutter und den Kolben sichern, daß die wirksamen Flächen der beiden Kolbenseiten gleich sind. Die axiale Sicherung der Welle besteht aus einem auf der Welle befestigten Ringflansch, der in eineIn order to produce limited angular rotational movements, strokes of pneumatically or hydraulically actuated pistons are often converted into rotational movements of the output shafts. A known rotary drive according to DE 3 246 977 A1 consists of a cylinder in which a piston is slidably mounted, of a nut mounted in the cylinder, which cooperates with corresponding threads on the piston rod and a shaft which is secured against axial displacement and with the piston is in tongue and groove connection. An axial movement of the piston thus generates a rotational movement of the piston and shaft. The shaft is received by the hollow piston rod, which is frontally provided with a stop pin. The cylinder housing is closed on the piston rod side with a cup-shaped lid. Ensure connecting channels through the nut and the piston that the effective areas of the two sides of the piston are equal. The axial securing of the shaft consists of a shaft flange mounted on the shaft, which in a
Nut an der Innenfläche des Zylinderdeckels eingreift. Die axiale Kraftaufnahme erfolgt somit durch eine Kreisringfläche, was zu einem ungünstigen Reibungswiderstand führt. Ein weiterer Nachteil ist der erhöhte Abriebverschleiß der Kolbendichtung, hervorgerufen durch die zwangsläufige Hub-Drehbewegung des Kolbens.Groove engages the inner surface of the cylinder cover. The axial force absorption thus takes place through a circular ring surface, which leads to an unfavorable frictional resistance. Another disadvantage is the increased abrasion wear of the piston seal, caused by the inevitable stroke-rotational movement of the piston.
Ein weiterer Drehantrieb gemäß DE-GM 1 977 297 dient zum Betätigen von Absperrvorrichtungen wie Rückschlag- oder Drehklappen für Dampfturbinenanlagen. In einem Zylinder ist ein einseitig mit Druckmittel beaufschlagter Kolben verschiebbar angeordnet, auf der anderen Kolbenseite befindet sich ein gegen die Innenwand des Zylinders abgestütztes Federpaket. Die Umwandlung der Hubbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Abtriebswelle erfolgt, indem der Kolben mit einem Innengewinde versehen ist, in das die Abtriebswelle mit ihrem Außengewinde kraftschlüssig eingreift.Another rotary drive according to DE-GM 1 977 297 is used for operating shut-off devices such as check valves or rotary valves for steam turbine plants. In a cylinder on one side acted upon by pressure medium piston is slidably disposed on the other side of the piston is a supported against the inner wall of the cylinder spring assembly. The conversion of the stroke movement of the piston into a rotary movement of the output shaft is effected by the piston is provided with an internal thread into which the output shaft engages with its external thread non-positively.
Dieser Stellmotor ist in einer Richtung wirksam und besitzt auch nur eine Hubbegrenzung für den Kolben in dieser Richtung.This servomotor is effective in one direction and also has only a stroke limit for the piston in this direction.
Für definierte Winkelbewegungen ist er nicht anwendbar.For defined angular movements it is not applicable.
Zur Übertragung höherer Drehmomente unter Beibehaltung der üblichen kurzen Baulängen wird in DE 8 534 145 U1 ein doppelt verzahnter Schwenkmotor beschrieben. Ein beidseitig mit Druckmittel beaufschlagter Kolben ist über ein Außengewinde mit einem Innengewinde des Gehäuses gekuppelt, von einem zylinderförmigen Ansatz des Kolbens wird eine nach außen geführte Antriebswelle aufgenommen, deren Außengewinde mit dem Innengewinde des Ansatzes in Eingriff steht.To transmit higher torques while maintaining the usual short overall lengths, a double-toothed swivel motor is described in DE 8 534 145 U1. A piston acted on both sides with pressure medium is coupled via an external thread with an internal thread of the housing, from a cylindrical projection of the piston, an outwardly guided drive shaft is received, the external thread is in engagement with the internal thread of the neck.
Auch hier ist der Nachteil eines erhöhten Verschleißes der Kolbendichtung zu verzeichnen, außerdem bedingt dieser Drehkolbenmotor einen hohen Material- und Fertigungsaufwand.Again, the disadvantage of increased wear of the piston seal is recorded, also this rotary engine requires a high material and manufacturing costs.
Durch die Erfindung soll ein kostengünstiger, in seiner Baugröße und im Verschleiß minimierter, leistungsfähiger Hub-Drehantrieb zur Verfügung gestellt werden.The invention provides a cost-effective, minimized in size and wear, powerful lifting rotary drive is provided.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einem Hub-Drehantrieb mit ausschließlich axial bewegbarem Kolben die Umwandlung in eine Drehbewegung mit geringstem Reibungswiderstand bei optimierter Druckmittelzuführung zu ermöglichen.The invention is based on the object, in a lifting rotary drive with only axially movable piston to allow the conversion into a rotational movement with the lowest frictional resistance with optimized pressure medium supply.
Gelöst wird die Aufgabe, indem die Umwandlung einer geradlinigen Schubbewegung in eine Drehbewegung durch eine Getriebekette aus drei Getriebegliedern erfolgt. Ein Arbeitszylinder ist als feststehendes Getriebegestellglied ausgebildet, ein im Arbeitszylinder verschiebbarer Kolben als Antriebsglied und eine Welle als Abtriebsglied. Die Welle wird zum Teil mit Gewinde versehen im Antriebsglied aufgenommen und ragt mit dem zylindrischen Teil aus dem Getriebegestellglied heraus. Das feststehende Getriebegestellglied und das Antriebsglied sind als Schubgelenk ausgebildet, während Antriebsglied und Abtriebsglied als Schraubengelenk ausgebildet sind. Im Zylinder ist ein Hutmutter-Kolbensystem, das aus einem Kolben, einem Hutzylinder und einer Drallmutter besteht, gegen Verdrehung gesichert gelagert. Die Drallmutter besitzt gegenüberliegende Muttergewindesegmente, die mit an sich bekannten offenen Kehrgewindegängen in der kugelgelagerten Abtriebswelle zusammenarbeiten. An der Stirnseite des Kehrgewindeteils der Welle befindet sich eine kugelförmige Fläche, sie dient als Hubbegrenzung. Der zweite Anschlag für den Kolben ist verstellbar. In einem den Zylinder abschließenden Deckel ist ein Gewindestift mit einer Kugel- oder Kegelstirnfläche vorgesehen, der durch eine Kontermutter gesichert wird. Die Verdrehsicherung besteht aus Ausnehmungen in einem im Zylinder angeordneten Lager und einer entsprechenden Paßfeder am Hutzylinder. Das Lager selbst ist gegen Verdrehung sowie gegen axiale Verschiebung durch eine der Schlauchtüllen gesichert, die der Zufuhr des Druckmediums dienen, indem diese mit dem Gewinde radial durch den Zylinder in die Ausnehmung hineinragt. In dieses Lager kann auch eine Radialnut eingebracht werden, wodurch eine bessere Verteilung des Druckmediums im Arbeitsraum des Zylinders erfolgt.The problem is solved by the conversion of a straight-line pushing movement into a rotational movement takes place by a transmission chain of three gear members. A working cylinder is designed as a fixed Getriebegestellglied, a displaceable piston in the cylinder as a drive member and a shaft as a driven member. The shaft is partially threadedly received in the drive member and protrudes with the cylindrical part of the Getriebegestellglied out. The fixed Getriebegestellglied and the drive member are designed as a sliding joint, while drive member and driven member are formed as a screw joint. In the cylinder is a cap nut piston system, which consists of a piston, a Hutzylinder and a swirl nut, stored secured against rotation. The swirl nut has opposite nut thread segments, which cooperate with known per se Kehrgewindegängen in the ball-bearing output shaft. There is a spherical surface on the front side of the spiral thread part of the shaft, which serves as a stroke limiter. The second stop for the piston is adjustable. In a cylinder-closing lid a threaded pin is provided with a ball or tapered face, which is secured by a lock nut. The anti-rotation consists of recesses in a cylinder arranged in the bearing and a corresponding keyway on Hutzylinder. The bearing itself is secured against rotation and against axial displacement by one of the hose nozzles, which serve to supply the pressure medium by these projects with the thread radially through the cylinder into the recess. In this bearing, a radial groove can be introduced, whereby a better distribution of the pressure medium takes place in the working space of the cylinder.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Halterung am Drehantrieb so ausgebildet, daß damit die Zufuhr des Druckmediums und gleichzeitig die Befestigung erfolgt. Dazu sind die Schlauchtüllen an einem Halter angeordnet, der mittels Hohlschrauben mit dem Zylinder verbunden ist. Das Druckmedium gelangt von den Schlauchtüllen über Bohrungen und Hohlschrauben in den Zylinderinnenraum. Die Bohrungen werden durch Verschlußschrauben oder die Schlauchtüllen selbst abgedichtet. Die Hohlschrauben sichern die Lager axial und radial.According to a further feature of the invention, the holder on the rotary drive is designed so that the supply of the pressure medium and at the same time the attachment takes place. For this purpose, the hose nozzles are arranged on a holder which is connected by means of hollow screws with the cylinder. The pressure medium passes from the hose nozzles through holes and banjo bolts in the cylinder interior. The holes are sealed by screw plugs or the hose nozzles themselves. The banjo bolts secure the bearings axially and radially.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist ein einfachwirkender Drehantrieb mit Federrückstellung. Dabei wird der Zylinder nur einseitig mit Druckmedium beaufschlagt und im anderen Arbeitsraum ist eine Druckfeder angeordnet. Es ist auch möglich, außerhalb des Drehantriebs einen entgegengesetzt wirkenden Kraftspeicher anzuordnen.Another embodiment of the invention is a single-acting rotary actuator with spring return. In this case, the cylinder is acted upon only on one side with pressure medium and in the other working space a compression spring is arranged. It is also possible to arrange an oppositely acting force store outside the rotary drive.
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. Show
Fig. 1: einen Längsschnitt durch den Hub-DrehantriebFig. 1: a longitudinal section through the lifting rotary drive
Fig. 2: eine Seitenansicht dazuFig. 2: a side view
Fig. 3: eine Einzelheit undFig. 3: a detail and
Fig. 4: eine Variante der Erfindung.Fig. 4: a variant of the invention.
Gemäß Fig. 1 und 2 besteht der pneumatische oder hydraulische Antrieb aus einem Zylinder 1, an dessen Stirnseiten ein anschraubbarer Deckel 2 sowie Flansch 3 angeordnet sind. Der Flansch wird durch eine Kontermutter 4 gesichert. Weiterhin sind an beiden Seiten des Zylinders Lager 5 bzw. 6 eingepaßt. Das Lager 5 hat Ausnehmungen 7, die auch Flächen sein können. Im Lager 6 ist ein Kugellager 8 eingebaut. Innerhalb des Zylinders befindet sich ein Hutmutter-Kolbensystem, bestehend aus einem Kolben 9, einem Hutzylinder 10 und einer Drallmutter 11, die untereinander fest verbunden sind. Es ist auch möglich, das Hutmutter-Kolbensystem aus einem Teil herzustellen. Der Kolben ist mit einer Dichtung 12 versehen. Am Hutzylinder befindet sich eine Paßfeder 13, die bei Bewegung des Kolbens in einer der Ausnehmungen 7 gleitet. Der Kolben ist damit gegen Verdrehung gesichert. Für den Fall, daß am Lager 5 Flächenprofile angebracht sind, befinden sich Gegenflächen am Hutzylinder. Die Drallmutter besitzt zwei gegenüberliegende Muttergewindesegmente. Im Lager 6 ist eine Welle gegen axiale Verschiebung gesichert gelagert. Der Zapfen 14 ragt aus dem Zylinder heraus, während der andere Teil der Welle mit mehreren offenen Kehrgewindegängen 15 versehen, vom Hutmutter-Kolbensystem aufgenommen wird. Die Stirnseite der Welle besitzt am Kehrgewindeteil eine kugelförmige Fläche 16. Anstelle des Kehrgewindes kann auch ein einfaches Gewinde mit radialen Verbindungen vorgesehen werden. Bei pneumatischem Betrieb wird zweckmäßigerweise Fett in die Gewindegänge eingebracht. Das Hutmutter-Kolbensystem ist nur auf der Kolbenseite offen und bildet somit einen Fettspeicherraum. Es dient außerdem der Welle als Stützlager und Drehimpulsgeber.According to Fig. 1 and 2, the pneumatic or hydraulic drive consists of a cylinder 1, on whose end faces a screw-on cover 2 and flange 3 are arranged. The flange is secured by a lock nut 4. Furthermore, bearings 5 and 6 are fitted on both sides of the cylinder. The bearing 5 has recesses 7, which can also be surfaces. In the bearing 6, a ball bearing 8 is installed. Within the cylinder is a cap nut piston system consisting of a piston 9, a Hutzylinder 10 and a swirl nut 11, which are firmly connected with each other. It is also possible to make the cap nut piston system from a part. The piston is provided with a seal 12. On Hutzylinder is a feather key 13, which slides in movement of the piston in one of the recesses 7. The piston is thus secured against rotation. In the event that 5 surface profiles are mounted on the bearing, there are counter surfaces on Hutzylinder. The swirl nut has two opposite nut thread segments. In the bearing 6, a shaft is mounted secured against axial displacement. The pin 14 protrudes out of the cylinder, while the other part of the shaft provided with a plurality of open sweeping threads 15, is received by the cap nut piston system. The end face of the shaft has a ball-shaped surface on the reciprocating thread part. Instead of the sweeping thread, a simple thread with radial connections can also be provided. In pneumatic operation fat is conveniently introduced into the threads. The cap nut piston system is open only on the piston side and thus forms a grease storage space. It also serves the shaft as a support bearing and rotary encoder.
Der Kolben trennt den Zylinderinnenraum in zwei abhängig voneinander wirksame Arbeitsräume. Die Zufuhr des Druckmediums zu den Arbeitsräumen erfolgt durch Schlauchtüllen 17 und 18. Von der Tülle 17 gelangt das Druckmedium über eine Radialnut 25 und die Ausnehmung 7 auf die Stirnfläche des Hutzylinders sowie auf den Kolben und von der Tülle auf die andere Kolbenseite sowie über die Kehrgewindegänge auf die Stirnfläche im Hutzylinder. Damit ergibt sich auf beiden Kolbenseiten die gleiche wirksame Fläche, die dem Flächenquerschnitt im Zylinderrohr entspricht. Die Tülle 17 ist in das Lager 5 eingeschraubt und sichert dieses gegen Verdrehung.The piston separates the cylinder interior into two working spaces that are dependent on one another. The supply of the pressure medium to the working spaces is made by hose nozzles 17 and 18. From the spout 17, the pressure medium passes through a radial groove 25 and the recess 7 on the end face of the Hutzylinders and on the piston and from the spout to the other side of the piston and the reverse threads on the front surface in Hutzylinder. This results in the same effective area on both sides of the piston, which corresponds to the area cross-section in the cylinder tube. The spout 17 is screwed into the bearing 5 and secures this against rotation.
Im Deckel 2' ist ein verstellbarer Anschlag zur Hubbegrenzung bei der Kolbenbewegung nach rechts eingebaut. Er ist in Fig. näher dargestellt und besteht aus einem in den Deckel einschraubbaren, mit einer Kugelfläche versehenen Gewindestift 19 mit einer Kontermutter 20. Bei der Kolbenbewegung nach rechts kommt der Hutzylinder an der kugelförmigen Stirnfläche zum Anschlag. Durch die punktförmige Anlage wird der sofortige Gesamtflächendruck ermöglicht und beidseitig das gleiche Anlaufmoment erreicht.In the lid 2 'is an adjustable stop for stroke limitation in the piston movement installed to the right. It is shown in Fig. Closer and consists of a screwed into the lid, provided with a spherical surface threaded pin 19 with a lock nut 20. When the piston to the right, the Hutzylinder comes to the spherical end face to stop. The punctiform system enables immediate total surface pressure and achieves the same starting torque on both sides.
Fig. 4 zeigt eine Befestigungsmöglichkeit für den Drehantrieb, die gleichzeitig der Druckmittelzuführung dient. Anstelle des Flansches 3 ist ein Halter 21 vorgesehen, der Bohrungen 22 besitzt. Mit Stiften, Schrauben oder ähnl. Befestigungselementen erfolgt damit die Befestigung am Aggregat. Hohlschrauben 23 verbinden den Halter mit dem Zylinder Y. Die Schlauchtüllen 17', 18' sind beidseitig am Halter befestigt. Die Anordnung kann rechtwinklig oder koaxial zu den Hohlschrauben erfolgen. Im ersteren Fall gelangt das Druckmedium über Bohrungen in Hohlräume 24, die durch Verschlußschrauben 26 abgedichtet werden. Diese sichern gleichzeitig die Schraubverbindung durch Konterung. Im anderen Fall (nicht dargestellt) gelangt das Druckmedium direkt in die Hohlräume, wodurch eine gesonderte Abdichtung entfallen kann. In den Hohlräumen gelangt das Druckmedium auf die mit Kreuzschlitzen versehenen Köpfe der Hohlschrauben und durch die Hohlschrauben selbst in die Arbeitsräume des Zylinders. Die Hohlschrauben sichern die Lager 5' und 6' axial und radial.Fig. 4 shows a mounting option for the rotary drive, which simultaneously serves the pressure medium supply. Instead of the flange 3, a holder 21 is provided which has holes 22. With pins, screws or similar Fasteners are thus the attachment to the unit. Hollow screws 23 connect the holder with the cylinder Y. The hose nozzles 17 ', 18' are attached to both sides of the holder. The arrangement can be made rectangular or coaxial with the banjo bolts. In the former case, the pressure medium passes through holes in cavities 24 which are sealed by screw plugs 26. These simultaneously secure the screw connection by countering. In the other case (not shown), the pressure medium passes directly into the cavities, whereby a separate seal can be omitted. In the cavities, the pressure medium reaches the crossheaded heads of the hollow screws and through the hollow screws themselves in the working chambers of the cylinder. The hollow screws secure the bearings 5 'and 6' axially and radially.
Die Ausführung des erfindungsgemäßen Drehantriebs ermöglicht das ungehinderte Eindringen des Druckmediums zur Innenstirnfläche am Hutzylinder, wodurch die maximale Druckfläche erreicht wird. Sie bringt außerdem den Vorteil einer geringen Gleitreibung durch die Möglichkeit der zusätzlichen Schmierung. Durch die ausschließlich axiale Kolbenbewegung ergibt sich eine bessere Abdichtung des Kolbens und ein geringerer Abrieb des Dichtungselements. Wenn es erforderlich wird, den Drehwinkelbereich der Welle zu verändern, kann dies auf einfache Weise erfolgen, ohne daß Bauteile demontiert werden müssen.The embodiment of the rotary drive according to the invention allows the unhindered penetration of the pressure medium to the inner end face on Hutzylinder, whereby the maximum pressure surface is achieved. It also has the advantage of low sliding friction due to the possibility of additional lubrication. The exclusively axial piston movement results in a better sealing of the piston and a lesser abrasion of the sealing element. If it becomes necessary to change the rotation angle range of the shaft, this can be done easily, without having to disassemble components.
Mit dem erfindungsgemäßen Hub-Drehantrieb lassen sich begrenzte Winkelbewegungen ausführen, wobei an der Antriebswelle das Arbeitselement, z. B. eine Fadenführerklappe, befestigt ist. Diese ist zwischen zwei Endstellungen bewegbar, was durch abwechselnde Zufuhr des Druckmediums durch die Schlauchtülle 17 bzw. 18 erfolgt, die mit einer Druckquelle in Verbindung stehen. Bei Zufuhr des Druckmediums durch die Schlauchtülle 17 wird der Kolben nach links bewegt, bis der Hubzylinder 10 an den Anschlag 16 der Abtriebswelle zum Anschlag kommt. Bei Zufuhr des Druckmediums durch die Schlauchtülle 18 werden Kolben und Hubzylinder nach rechts bis zum Anschlag 19 im Deckel 2 (Fig. 2) bewegt.With the lifting rotary drive according to the invention can perform limited angular movements, wherein on the drive shaft, the working element, for. B. a yarn guide flap is attached. This is movable between two end positions, which is done by alternating supply of the pressure medium through the hose nozzle 17 and 18, which are in communication with a pressure source. Upon supply of the pressure medium through the hose nozzle 17, the piston is moved to the left until the lifting cylinder 10 comes to the stop 16 of the output shaft to the stop. When the pressure medium is supplied through the hose nozzle 18, the piston and the lifting cylinder are moved to the right as far as the stop 19 in the cover 2 (FIG. 2).
Claims (9)
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