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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Drehvorrichtung für
Lastaufnahmemittel wie Baggergreifer und dergleichen mit einem feststehenden
Bauteil und einem mit diesem verbundenen, um eine Achse drehbaren
bewegten Bauteil, insbesondere einem Stator und einem Rotor, einem
zwischen feststehendem Bauteil und bewegtem Bauteil wirkenden, insbesondere
hydraulischen Drehantrieb und Mitteln zum Arretieren des bewegten
Bauteils gegenüber
dem feststehenden Bauteil in mindestens einer Drehstellung zueinander.
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Derartige Drehvorrichtungen mit einem
hydraulischen Drehantrieb sind beispielsweise als Axial- oder Radialkolbenmotor
bekannt. Aber auch Flügelzellenmotoren
und Zahnradmotoren fallen hierunter.
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Bei Verwendung derartiger Drehvorrichtungen
für Lastaufnahmemittel
wie Baggergreifer und dergleichen tritt das Problem auf, dass das
Lastaufnahmemittel bei Deaktivierung des Drehantriebs infolge von
Leckage verdrehbar bleibt. Ein solches Verdrehen bei deaktivierter
Antriebsvorrichtung ist aber in vielen Fällen unerwünscht. Es ist daher bekannt, Bremsvorrichtungen
vorzusehen, um ein Verdrehen des Lastaufnahmemittels bei deaktiviertem
Drehantrieb zu verhindern.
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So ist es beispielsweise bekannt,
zwischen Stator und Rotor der Drehvorrichtung eine Lamellenbremse
anzuordnen, bei welcher lamellenartig ausgebildete Bremsscheibenpaare
gegeneinander preßbar
sind, um ein Verdrehen von Rotor gegenüber Stator zu verhindern. Auch
ist es bekannt, eine Bremse dadurch zu realisieren, dass ein Abfließen der
Hydraulikflüssigkeit
aus mindestens einer Druckkammer durch eine Absperreinrichtung verhindert
wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Drehvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei welcher
die Arretierung des bewegten Bauteils gegenüber dem feststehenden Bauteil
verbessert ist. Insbesondere soll eine stabile und funktionssichere
Arretierung erreicht werden, die möglichst eine 100 %ige Beibehaltung
der eingestellten Position gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
an mindestens einem der beiden Bauteile ein Kranz von Eingriffsaufnahmen,
insbesondere Außen-
oder Innenzahnkranz befestigt ist, dessen Aufnahmen um eine Achse
verteilt angeordnet sind, die mit der Drehachse des bewegten Bauteils
zusammenfällt,
und dass an dem anderen Bauteil mindestens ein Eingriffselement
drehfest angeordnet ist, welches zwischen einer ersten Stellung,
in welcher das Eingriffselement drehblockierend in die Eingriffsaufnahme
des Kranzes eingreift, und einer zweiten Stellung, in welcher es
diese freigibt, verstellbar ist.
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Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, die Arretierung
nicht über
eine Bremseinrichtung sondern über
eine durch Formschluss wirkende Eingriffseinrichtung vorzunehmen.
Dies gewährleistet
eine sichere Arretierung des bewegten Bauteils gegen ein Verdrehen
relativ zum feststehenden Bauteil. Die Arretierung kann dauerhaft
aufrechterhalten bleiben, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich
das bewegte Bauteil trotz betätigter
Arretiereinrichtung langsam verdreht, wie das bei Bremseinrichtungen
der Fall sein kann. Auch unterliegt die Arretiervorrichtung keinem
Ver schleiß,
wie sie bei Bremseinrichtungen durch Abnutzung der Bremsbeläge auftritt.
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Durch die Anordnung eines Kranzes
von Eingriffsaufnahmen, die um eine Achse verteilt angeordnet sind,
die mit der Drehachse des bewegten Bauteils zusammenfällt, ist
eine Arretierung der Drehvorrichtung in unterschiedlichen Drehstellungen
möglich.
Der Kranz ist dabei bevorzugt als Vollkranz ausgebildet, so dass
die Arretierstellungen über
einen Drehwinkel von 360° verteilt
sind.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung ist an dem anderen Bauteil ein Kranz von Eingriffselementen,
insbesondere ein Innen- oder Außenzahnkranz,
drehfest angeordnet ist, dessen Eingriffselemente um eine Achse
verteilt angeordnet sind, die mit der Drehachse des bewegten Bauteils zusammenfällt. Durch
die Anordnung eines Kranzes von Eingriffselementen an dem anderen
Bauteil kann die Haltekraft zwischen den beiden Bauteilen vorteilhafterweise
erhöht
werden. Auch bei großen
auftretenden Kräften
kann dadurch eine sichere Arretierung der beiden Bauteile gegen
ein Verdrehen gegeneinander gewährleistet
werden.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn
der Innen- oder Außenzahnkranz
an dem zugeordneten Bauteil zwischen der ersten Stellung, in welcher
er mit seinen Zähnen
in die Zähne
des Außen-
oder Innenzahnkranzes am anderen Bauteil eingreift, und der zweiten
Stellung, in welcher der diese freigibt, axial versetzbar angeordnet
ist und in beiden Stellungen in die Zähne des Innen- oder Außenzahnkranzes
mindestens ein an dem zugeordneten Bauteil befestigtes Eingriffselement
drehblockierend eingreift. Der Innen- oder Außenzahnkranz bleibt dadurch
drehfest mit dem zugeordneten Bauteil verbunden, während er
zum Betätigen
und Lösen
der Arretiervorrichtung zwischen seiner Eingriffsstellung und seiner
Außereingriffsstel lung
axial hin und her bewegt werden kann. Damit wird ein einfaches Betätigen der
Arretiervorrichtung ermöglicht.
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Nach einer besonders vorteilhaften
Ausgestaltung ist an beiden Bauteilen jeweils ein Außenzahnkranz
oder jeweils ein Innenzahnkranz befestigt, dessen Zähne um eine
mit der Drehachse des bewegten Bauteils zusammenfallende Achse verteilt angeordnet
sind, wobei der Innen- oder Außenzahnkranz
in seiner einen Stellung in die Zähne beider Außen- oder
Innenzahnkränze
eingreift und in seiner anderen Stellung nur in die eines Außen- oder
Innenzahnkranzes. Bei dieser Ausgestaltung in Art einer Zahnradkupplung
dient der eine Außen-
oder Innenzahnkranz, in dessen Zähne
der Innen- oder Außenzahnkranz
in beiden Stellungen eingreift, zugleich zur axialen Führung des
Innen- oder Außenzahnkranzes
und zur Festlegung des Innen- oder Außenzahnkranzes gegen ein Verdrehen.
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Zur Verstellung des Eingriffselementes,
insbesondere des Innen- oder Außenzahnkranzes,
zwischen seinen beiden Stellungen ist bevorzugt ein Hydraulikmechanismus
vorgesehen. Dabei kann sowohl das Lösen als auch das Arretieren
hydraulisch betätigt
erfolgen. Es ist aber auch möglich,
nur in einer Richtung hydraulisch zu arbeiten und für die Rückstellung
ein Rückstellelement,
insbesondere ein Federelement vorzusehen. Diese Art der Betätigung ist
funktionssicher sowie gut und schnell steuerbar. Andere Möglichkeiten
sind eine elektrische, eine elektromagnetische oder eine mechanische
Betätigung.
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Zur hydraulischen Verstellung der
Eingriffselemente, insbesondere des Innen- oder Außenzahnkranzes,
ist insbesondere eine Kolben-Zylinder-Anordnung vorgesehen. Damit kann eine
sichere Betätigung
gewährleistet
werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung sind die Außen-
oder Innenzahnkränze
am Außen-
oder Innenumfang des feststehenden Bauteils und/oder des bewegten
Bauteils vorgesehen. Damit kann vorteilhafterweise ein großer Durchmesser
der Zahnkränze
erreicht werden und damit eine hohe Zähnezahl. Entsprechend groß ist die
Arretierkraft, die bei dieser Ausgestaltung erreicht werden kann. Auch
nimmt mit der Zähnezahl
die Feinheit der Positionierung zu, das heißt, der Winkel zwischen aufeinander
folgenden Arretierpositionen wird kleiner.
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Die Zähne des Innen- oder Außenzahnkranzes
und/oder die Zähne
des nicht dauernd mit diesem in Eingriff stehenden Außen- oder
Innenzahnkranzes können
nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung an ihren aufeinanderzu
gerichteten Kanten angeschrägt
ausgebildet sein. Das Verschieben des Innen- oder Außenzahnkranzes
in seine Eingriffsstellung mit den Zähnen des Außen- oder Innenzahnkranzes
kann dadurch sicher gewährleistet
werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung sind Mittel vorgesehen, durch welche die Einstellung
einer relativen Drehstellung der Eingriffsaufnahmen und der Eingriffselemente
zueinander vor der Verstellung der Eingriffselemente in ihre Eingriffsstellung
sicherstellbar ist. Hierdurch kann die Funktionssicherheit der Arretiereinrichtung
gewährleistet werden.
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Bevorzugt sind Mittel zur Ermittelung
der relativen Drehstellung der Eingriffsaufnahmen und der Eingriffselemente
zueinander sowie Mittel zur Korrektur der relativen Drehstellung
derart, dass ein Verstellen der Eingriffsmittel in ihre Eingriffsstellung möglich ist,
vorgesehen. Insbesondere sind zur Ermittlung der relativen Drehstellung
Takter oder Sensoren vorgesehen. Hierdurch kann ein Eingreifen der Eingriffselemente
zur Arretierung in vorteilhafter Weise sichergestellt werden.
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Ebenfalls bevorzugt und vorteilhaft
ist es, wenn die Mittel zur automatischen Korrektur der Drehstellung,
insbesondere durch Verdrehen in die nächstmögliche Eingriffsposition, ausgebildet
sind. Zum einen ist hierdurch eine manuelle Korrektur nicht erforderlich
und zum anderen kann die Größe der Korrektur
gering gehalten werden, so dass die ursprünglich eingestellte Drehstellung
nur wenig verändert
wird. Durch Mittel zur Erfassung und/oder Anzeige der Stellung der
Eingriffselemente kann deren Position vorteilhafterweise überwacht
werden.
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Die Verstellung der Eingriffselemente
kann über
einen eigenen Steuerkreis erfolgen. Dies ermöglicht eine große Freiheit
bei der Betätigung
der Arretiervorrichtung. Es ist aber auch möglich, die Verstellung der
Eingriffselemente mit dem Steuerkreis für die Verdrehung zu koppeln.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung,
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1 eine
Draufsicht auf die Oberseite einer erfindungsgemäßen Drehvorrichtung,
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2 einen
Schnitt durch eine erfindungsgemäße Drehvorrichtung
und
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3 ein
Detailschnitt einer erfindungsgemäßen Drehvorrichtung.
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Die dargestellte Drehvorrichtung
umfasst einen Stator 1, welcher beispielsweise mit einem
nicht dargestellten Baggerausleger verbindbar ist, und einen am
Stator um eine Achse I drehbar gelagerten Rotor 2, an dem
beispielsweise ein ebenfalls nicht gezeigter Baggergreifer befestigbar
ist. Stator 1 und Rotor 2 können aber auch umgekehrt montiert
werden, so dass der Stator 1 zum Rotor und der Rotor 2 zum
Stator wird.
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Der zwischen Stator 1 und
Rotor 2 wirkende Antrieb umfasst eine Mehrzahl von radial
zur Drehachse I im Stator 1 angeordneten Kolben-Zylinder-Anordnungen 3.
Die Zylinder der Kolben-Zylinder-Anordnungen 3 werden jeweils
durch eine im Querschnitt kreiszylindrische Ausnehmung 4 im
Stator 1 gebildet, in welcher ein Kolben 5 in
Radialrichtung verschiebbar geführt
ist. Zwischen dem radial innen liegenden Grund 6 der Ausnehmung 4 und
dem Kolben 5 ist jeweils ein Kolbendruckraum 7 ausgebildet.
In diesem Kolbendruckraum 7 ist jeweils eine Druckfeder 8 angeordnet,
die sich einerseits am Grund 6 der Ausnehmung 4 und
andererseits am Kolben 5 abstützt.
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Auf der dem Kolbendruckraum 7 abgewandten
Seite des Kolbens 5 ist jeweils eins walzenförmiger Abrollkörper 9 vorgesehen,
welcher am Kolben 5 um eine zur Achse I parallele Achse
II vierdrehbar gelagert ist. Durch die auf den Kolben 5 wirkende Druckfeder 8 wird
ein Abheben des Abrollkörpers 9 von
einer Kurvenbahn 10 verhindert, die am Rotor 2 den
Kolben 5 gegenüberliegend
vorgesehen ist. Der Abstand der Kurvenbahn 10 von der Drehachse
I ändert
sich um die Drehachse I herum zyklisch zwischen einem maximalen
Abstand, in welchem der Kolben 5 ausgefahren ist, und einem
minimalen Abstand, in welchem der Kolben 5 eingefahren
ist.
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Die Betätigung der Kolben-Zylinder-Anordnung
und damit die Verdrehung des Rotors
2 gegenüber dem
Stator
1 erfolgt in an sich bekannter Weise über Hydraulikkanäle
11 und
einen Verteilerzylinder
12, wie dies beispielsweise in
der
DE 199 44 987
A1 beschrieben ist. Deren Offenbarung wird hiermit ausdrücklich in
die vorliegende Anmeldung einbezogen.
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Am Außenumfang des Stators 1 ist
ein erster Außenzahnkranz 13 vorgesehen,
dessen Zähne
um die Drehachse I des Rotors 2 verteilt angeordnet sind.
Es handelt sich hierbei um einen Vollkranz, das heißt, die
Zähne sind über den
gesamten Umfang von 360° vorgesehen.
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Ein weiterer Außenzahnkranz 14 ist
am Außenumfang
des Rotors 2, dem ersten Außenzahnkranz 13 des
Stators 1 benachbart angeordnet. Die Zähne des Außenzahnkranzes 14 sind
ebenfalls um die Drehachse I des Rotors 2 verteilt angeordnet
und über
den gesamten Umfang vorhanden. Außerdem stimmt der Durchmesser
dieses zweiten Außenzahnkranzes 14 mit
demjenigen des ersten Außenzahnkranzes 13 überein.
Die Durchmesser könnten
jedoch auch unterschiedlich sein.
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Des Weiteren ist am Rotor 2 ein
Schaltring 15 mit einem Innenzahnkranz 16 vorgesehen.
Der Schaltring 15 sitzt mit dem Innenzahnkranz 16 auf dem
Außenzahnkranz 14 des
Rotors 2. Das heißt, die
Zähne des
Innenzahnkranzes 16 stehen mit den Zähnen des Außenzahnkranzes 14 in
Eingriff. Der Durchmesser des Innenzahnkranzes 16 ist dabei
so bemessen, dass der Schaltring 15 auf dem Außenzahnkranz 14 des
Rotors 2 axial verschiebbar ist und durch die Zähne des
Außenzahnkranzes 14 axial
geführt
wird.
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Der Schaltring 15 und die
Zähne seines
Innenzahnkranzes 16 weisen eine in Richtung der Drehachse
I gemessene Breite auf, die größer ist
als die Breite der Zähne
des Außenzahnkranzes 14.
Und zwar entspricht die Breite in etwa der Summe aus der Breite
des am Rotor 2 vorgesehenen Außenkranzes 14 der
Breite des am Stator 1 vorgesehenen Außenzahnkranzes 13 und
des zwischen diesen vorhandenen Freiraums 17. Der Innenzahnkranz 16 kann
dadurch mit den Zähnen
beider Außenzahnkränze 13 und 14 voll
in Eingriff stehen. Diese Eingriffsstellung ist in 2 auf der rechten Seite gezeigt.
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Unterhalb des Außenzahnkranzes 14 des Rotors 2 ist
ebenfalls ein Freiraum 18 vorgesehen. Dieser ist so bemessen,
dass der Schaltring 15 in eine axiale Stellung verschoben
werden kann, in welcher die Zähne
seines Innenzahnkranzes 16 außer Eingriff mit den Zähnen des
Außenzahnkranzes 13 des
Stators 1 stehen. Diese Außereingriffsstellung ist in 2 auf der linken Seite dargestellt.
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Im normalen Betrieb der Drehvorrichtung, also
beim Verdrehen des Rotors 2 gegenüber dem Stator 1,
befindet sich der Schaltring 15 in der in 2 auf der linken Seite dargestellten
Außereingriffsstellung.
Der Rotor 2 kann in dieser Stellung gegenüber dem
Stator 1 frei um die Achse I verdreht werden. Soll nun
der Rotor 2 in einer bestimmten Drehstellung gegenüber dem
Stator 1 arretiert werden, so kann der Schaltring 15 in
die in 2 auf der rechten
Seite dargestellte Eingriffsstellung axial verstellt werden. In
dieser Eingriffsstellung greifen die Zähne des Innenzahnkranzes 16 des
Schaltrings 15 sowohl in die Zähne des Außenzahnkranzes 13 des Stators 1 als
auch in die Zähne
des Außenzahnkranzes 14 des
Rotors 2. Der Rotor 2 kann daher nicht gegenüber dem
Stator 1 verdreht werden. Tatsächlich ist der Rotor 2 gegen
den Stator 1 blockiert. Aufgrund der Anordnung der Zahnkränze 13, 14 am
Außenumfang
von Stator 1 und Rotor 2 können diese mit einem großen Durchmesser
ausgebildet werden, so dass eine große Zähnezahl möglich wird. Dementsprechend
groß ist
die Blockierkraft, die einem Verdrehen des Rotors 2 gegenüber dem
Stator 1 entgegen wirkt.
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Zur Betätigung des Schaltringes 15 sind
Kolben-Zylinder-Einheiten 19 vorgesehen. Eine solche ist
in 3 dargestellt. Beispielsweise
können
vier derartige Einheiten 19 über den Umfang der Drehvorrichtung
verteilt angeordnet sein.
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Die Kolben-Zylinder-Einheit 19 umfasst
eine im Rotor 2 vorgesehene zylindrische Aufnahme 20,
in welcher ein doppelseitiger Kolben 21 dichtend geführt ist.
Die Verschiebeachse III des Kolbens 21 verläuft dabei
parallel zur Drehachse I des Rotors 2. Beidseits des Kolbens 21 sind
Kolbendruckräume 22 und 23 ausgebildet,
die alternativ mit Hydraulikflüssigkeit
druckbeaufschlagbar sind.
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Der Kolben 21 weist des
Weiteren eine Kolbenstange 24 auf, die mit ihrem anderen
Ende am Schaltring 15 befestigt ist. Eine Verschiebung
des Kolbens 21 überträgt sich
dadurch auf den Schaltring 15, so dass dieser zwischen
zwei Endstellungen axial verschiebbar ist. Die eine Endstellung
entspricht der in 2 auf
der rechten Seite dargestellten, vom Rotor 2 entfernten
Eingriffsstellung und die andere der in 2 auf der linken Seite dargestellten,
dem Rotor 2 angenäherten
Außereingriffsstellung.
Mit vier derartigen Kolben-Zylinder-Anordnungen 19 kann
eine verkantungsfreie Verschiebung des Schaltringes 15 erreicht
werden. Grundsätzlich
können
aber auch nur drei oder mehr als vier derartige Kolben-Zylinder-Anordnungen 19 oder
ein Ringkolben vorgesehen werden.
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Die Außenzahnkränze 13 und 14 sind
direkt in den Außenumfang
des Stators 1 beziehungsweise des Rotors 2 eingebracht.
Grundsätzlich
ist es aber auch möglich,
die Außenzahnkränze an separaten Ringen
vorzusehen, die dann am Stator 1 beziehungsweise am Rotor 2 befestigt
werden. Außerdem ist
es möglich,
anstelle eines Kolbens mit zwei Kolbendruck räumen 22, 23 eine
Anordnung mit nur einem Kolbendruckraum zu verwenden und dann dafür auf der
anderen Seite des Kolbens eine Rückstellfeder
vorzusehen.
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Die Zähne des Außenzahnkranzes 13 am Stator 1 und
die Zähne
des Innenzahnkranzes 16 des Schaltrings 15 sind
auf ihrer einander zugewandten Seite bevorzugt angeschrägt ausgebildet.
Dadurch wird ein Verschieben des Schaltringes 15 aus der
Außereingriffsstellung
in die Eingriffsstellung in jeder Drehstellung des Rotors 2 gegenüber dem
Stator 1 sichergestellt. Soll eine Verstellung in die Eingriffsstellung
auch während
des Verdrehens des Rotors 3 gegenüber dem Stator 1 ermöglicht werden,
so können
hierfür übliche Synchronisierungsmittel
vorgesehen werden. Die Verstellung des Schaltrings 15 zwischen
seinen beiden Stellungen erfolgt im Übrigen bevorzugt durch einen
eigenen Steuerkreis. Das heißt,
die Kolben-Zylinder-Anordnung 19 ist frei betätigbar.
Eine automatische Betätigung
ist ebenfalls möglich,
indem die Steuerung mit dem Steuerkreis des Drehantriebs gekoppelt
wird.
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Man erhält eine Drehvorrichtung mit
stabiler Arretiermöglichkeit,
die dennoch günstig
herstellbar ist und wenig zusätzlichen
Bauraum beansprucht.
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- 1
- Stator
- 2
- Rotor
- 3
- Kolben-Zylinder-Anordnung
- 4
- Ausnehmung
- 5
- Kolben
- 6
- Grund
von 4
- 7
- Kolbendruckraum
- 8
- Rückstellfeder
- 9
- Abrollkörper
- 10
- Kurvenbahn
- 11
- Hydraulikkanal
- 12
- Verteiler
- 13
- Außenzahnkranz
- 14
- Außenzahnkranz
- 15
- Schaltring
- 16
- Innenzahnkranz
- 17
- Freiraum
- 18
- Freiraum
- 19
- Kolben-Zylinder-Anordnung
- 20
- Aufnahme
- 21
- Kolben
- 22
- Kolbendruckraum
- 23
- Kolbendruckraum
- 24
- Kolbenstange
- I
- Drehachse
von 2
- II
- Drehachse
von 9
- III
- Verschiebeachse
von 21