DE2627604A1

DE2627604A1 - Rotations-druckmittelstelltrieb

Info

Publication number: DE2627604A1
Application number: DE19762627604
Authority: DE
Inventors: Alan Donald Bunyard
Original assignee: NORBRO PNEUMATICS Ltd
Current assignee: NORBRO PNEUMATICS Ltd
Priority date: 1975-06-19
Filing date: 1976-06-19
Publication date: 1977-01-13
Also published as: SE7606962L; US4167897A; AU1923476A

Description

COHAUSZ fr FLORACK

PATENTANWALTSBÜRO Z. O C I Q Q

D-4 DUSSBDDORP · SCHUMANNSTR. 97

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-lng. W. COHAUSZ ■ Dipl.-lng. W. FLORACK ■ Dipl.-lng. R. KNAUF · Dr.-lng, Dipl.-Wirtsch.-lng. A. GERBER · Dipl.-lng. H. B. COHAUSZ

NOBHO PNEDMATICS LIMITED

βΒ-Haywards Heath 18. Juni I976

Rotations-Druckmittelstelltrieb

Die Erfindung betrifft einen Eotations-Druckmittelstelltrieb.

Ein Hotations-Druckmittelstelltrieb ist seit vielen Jahren bekannt, der einen zylinder mit zwei Kolben hat, die jeweils einstückig mit einer Zahnstange ausgebildet sind. Die beiden Zahnstangen kämmen mit einem Ritzel, das sich quer zum Zylinder in der Mitte der Länge des Zylinders erstreckt. Mit der gleichezeitigen Bewegung der Kolben aufeinander zu oder voneinander weg durch Beaufschlagung mit einem Medium unter Überdruck wird das Ritzel im Winkel um seine Drehachse durch die Zahnstangen bewegt. Die Kolben sind durch irgendwelche Stangen während Ihrer Hubbewegungen nicht geführt oder von solchen abgestützt. Ein gleiches Drehmoment soll angeblich in jeder Richtung der Winkelbewegung des Ritzels erreicht werden. Ein Stelltrieb dieser Art ist in "Machine Design, Fluid Power", datiert vom 19· September 1968 beschrieben und dargestellt, um nur ein Beispiel zu nennen.

Der Stelltrieb dieser Art wird nachstehend als ein "Rotations-Stelltrieb der beschriebenen Art" bezeichnet.

Ein Rotations-Stelltrieb der beschrieben Art (wie vorstehend definiert) hat einen innenwohnenden Defekt insofern, als im Falle jedes Kolbens und seiner einstückigen Zahnstange das Ende des Kolbens, an dem die Zahnstange angeformt ist, dazu neigt, die Zylinderwand während des Betriebs des Stellglieds zu zerkratzen. Der Grund dafür ist sehr wohl

Wa/Ti - 2 -

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bekannt, nämlich, daß die Zahne der Zahnstange jedes Kolbens daszu neigen, an den Ritzelzähnen aufzulaufen, mit denen sie kämmen, und zwar auf Grund der Tatsache, daß die Welle, in die die Sitzelzähne geschnitten sind oder an der die Ritzel oder das Ritzel befestigt sind oder ist, nur zum Drehen oder zum Bewegen im Winkel frei ist und daß das Ritzel nur eine geradlinige Bewegung ausführen kann. Die Trennkraft, die ein Auflaufen der Zahnstangenzähne an den Ritzelzähnen b ewirkt, ist bekanntlich größerdainn, wenn die Ritzel aufeinander zu bewegt werden, als das der Fall ist, wenn sie voneinander weg bewegt werden, und natürlich wird der Kolben selbst zerkratzt, während er die Zylinderwand zerkratzt.

Natürlich wird ein Teil der verfügbaren Kraft bei der Überwindung der Reibung verloren, die entsteht, während das Zahnstangentragende Ende jedes Kolbens längs der Zylinderwand reibt. ¥enn das Zerkratzen der Zylinderwand ferner ausreichend schwerwiegend wird (was allmählich geschieht), besteht nicht nur die Gefahr, daß der O-Ring oder eine andere Dichtung, die vom Yolldurchmesserteil des Kolbens getragen wird, sich nicht mehr dichtend gegen die Zylinderwand legt, sondern es besteht auch die Gefahr, daß das zerrissene Metall den O-Ring oder ein· andere Dichtung zerreißt und sie allmählich für den vorgesehenen Zweck nutzlos macht.

Der Erfindung liegt im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, diese Defekte zu überwinden.

Nach enem ersten Aspekt besteht die Erfindung in einem Rotations-Stelltrieb der beschriebenen Art (wie vorstehend definiert), der dadurch gekennzeichnet ist, daß im Falle jedes Kolbens der Teil des Kolbens, an dem die Zahnstange vorgesehen ist, ein Element oder Elemente trägt, das oder die als einem elastomeren oder synthetischen Harzmaterial mit einer niedrigen Reibungszahl gefertigt ist bzw. sind und das bzw. die so angeordnet ist oder sind, daß es oder sie in Kontlat mit der angrenzenden Partie der Zylinderwandzu allen Zeiten steht bzw. stehen, derart, daß den Trennkräften entgegengewirkt wird, die durch Bewegung der Kolben aufeinander au oder voneinander weg entstehen und die zur

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Verlagerung des genannten Teils jedes der Kolben zur Zylinderwand hin neigen.

Wenn ein Element eingesetzt wird, wird das Element vorzugsweise in einem Kanal aufgenommen und steht radial aus diesem vor, der sieh in die gekrümmte Peripherie des genannten Teils des Kolbens eingeformt ist, wobei diese Peripherie eine Krümmung haben kann, die der der angrensiden Partie der Zylinderwand entspricht.

Wenn mit zwei oder mehr Elementen gearbeitet wird, wird jedes vorzugsweise in einer gleichen Zahl von Gehäusehohlräumen oder -ausnehmungen aufgenommen und steht radial davon vor, die in die gekrümmte Peripherie des Teils des Kolbens eingeformt sind, wobei die genante Peripherie eine Krümmung haben kann, die der der angrenzenden Partie der Zylinderwand entspricht.

Der Kanal und die Gehäugehohlräume oder -ausnehmungen können sich auf dem Umfang der gekrümmten Peripherie erstrecken oder ausgerichtet sein, oder sie können sich axial dem Kolben gegenüber oder längs einer teilwendelförmigen Bahn erstrecken. Eine zweckmäßige Anordnung, die einen TJmfangskanal oder -kanale liefert, besteht darin, den genannten Teil des Kolbens in solcher Weise herzustellen, daß eine Partie seines freien Endes (nämlich das Ende, das vom Volldurchmessertdl des Kolbens entfernt liegt) abnehmbar am Heat des genannten Teils des Kolbens befestigbar ist, an dem die Zahnstange vorgesehen ist, wobei die aneinander anliegenden Flächen entsprechend weggeschnitten sind, um einen Kanal mit einer solchen Quereohnittsform zu erzeugen, daß ein oder mehr als ein Element formschlüssen in dem Kanal oder in den Kanälen gehalten wird oder werden.

Nach einem zweiten Aspekt besteht die Erfindung in einem Hotations-Stelltrieb der beschriebenen Art (wie vorstehend definiert), der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Zylinder ein Element oder Elemente trägt, das oder die aus einem elastomeren oder synthetischen Kunstharzmaterial mit einer niedrigen Eeibungezahl gefertigt ist bzw. sind und das bzw. die so angeordnet ist bzw. sind, daß sie zu allen Zeiten mit der gekrümmten

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äußeren Peripherie des Teils des Kolbens in Kontakt steh%en, in dem die Zahnstange vorgesehen ist.

Das Element kann sich umfänglich erstrecken (d.h. seine Mittellinie kann in einer diametralen Ebene des Zylinders liegen), oder im Falle von zwei oder mehr Elementen, die vom Zylinder getragen sind, die Elemente können sich axial dem Zylinder gegenüber oder in teilwendelförmigen Bahnen längs des Zylinders erstrecken.

Wenn die Ritzel-Abtriebswelle des Stelltriebs nach einem der beiden Aspekte der Erfindung mit zwei Sätzen Zähnen versehen ist, wobei ein Satz vom anderen Satz längs der Achse der Abtriebswelle im Abstand angeordnet ist, trägt die Abtriebswelle vorzugsweise einen Ring, der (a) aus einem elastomeren oderyynthetisehen Harzmaterial mit einer niedrigen Reibungszahl geferitgt ist und

(b) einen solchen Durchmesser hat, das eine flache Laufbahn berührt wird, die an dem genannten Teil jedes der Kolben vorgesehen ist und die die Zahnstangenzähne jedes der Kolben in zwei im Abstand angeordnete Zähnesätze teilte, so daß der Hing in Kontakt mit den gegenüberliegenden Laufbahnen an den Kolben während des Betriebs des Stelltriebe einen formschlüssigen Kontakt zwischen den Elementen oder dem Element und den Metallteilen oder dem betreffenden Teil hält und formschlüssig eine richtiges Kämmen der Zähne der Zahnstangen und des Ritzels aufrechterhält.

In dem Fall, daß die Ritzelabtriebswelle einen Satz Zähne hat, der axial der Welle gegenüber nicht unterbrochen ist, trägt die Welle axial im Abstand angeordnete Ringe, von denen jeder

(a) aus einem elastomeren oder synthetischen Harzmaterial mit einer niedrigen Reibungszahl gefertigt ist und

(b) einen solchen Durchmeseer hat, daß eine von zwei im Abstand angeordneten flachen Laufbahnen berührt wird, die an dem genannten Teil jedes der Kolben vorgesehen sind,

derart, daß die Ringe in Kontakt mit den gegenüberliegenden Laufbahnen an den Kolben während des Betriebs des Stelltriebs einen formschlüssigen Kontakt zwischen dem Element oder den Elementen und dem Metallteil oder den Teilen, die in Frage kommen, aufrechterhält und ein formschlüssiges

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ordnungsgemäßes Kämmen der Zähne der Zahnstangen und des Ritzels aufrechterhält.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Pig. 1 eine schematisehe Darstellung eines axialen Schnitts durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Rotations-Druckmittel-

st*e11triebs gemäß der Erfindung und

Fig. 2 ein Querschnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Stelltrieb an der Linie A-A in dieser.

In den Zeichnungen ist ein Rotationsstselltrieb der beschriebenen Art (wie vorstehend definiert) dargestellt, der einen Zylinder 10 hat, dessen offene Enden durch Endkappen 11, 12 verschlossen sind. Bine Abtriebswelle 13 erstreckt sich quer zum Zylinder 10 in solcher Weise, daß deren Drehachse in einer diametralen Ebene liegt, die senkrecht zur Längsachse des Zylinders steht, und in solcher Weise, daß die Drehachse sich durch die Mitte der Länge der Längsachse erstreckt. Endpartien I4, 15 der Welle I3 sind im Zylinder 10 drehbar gelagert, und die Welle I3 ist auch an einem Ende mit einem vorstehenden Ansatz 16 nicht kreisförmigen Querschnitts versehen, während das andere Ende eine Ausnehmung I7 quadratischen Querschnitts hat.

Die Welle I3 weist ferner Zähne 18 auf, die ein Mittelzahnrad bilden, und die Zähne 18 auf gegenüberliegenden Seiten des Mittelzahnrads kämmen mit den Zähnen von zwei Zahnstangen 19» die einstückig mit zwei Kolben 20 ausgebildet sind. Die Kolben 20 haben natürlich eine kreisförmige Gesilt und eine Große, die zu denen der Innnefläche des Zylinders 10 passen, und die Peripherie jedes Kolbens ist so ausgebildet, um eine 0-Ring-Dichtung 21 und ein Kolbenlager 22 aufzunehmen, das geteilt ist, um die Montage am Kolben zu erleichtern. Die Zahnstangen 19 andererseits sind durch sich axial erstreckende Glieder gebildet, von denen jeedes an einem Ende mit dem zugehörigen Kolben verbunden ist und von denen jedes am anderen Ende in einer sich radial erstreckenden Partie 23 endet, die so ausgebildet ist, um ein Führungslager 24 aufzunehmen, wobei

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jedes der Glieder mindestens einei Versteifungssteg 25 aufweist, um die Verbindung zwischen dem Kolben 20 und der zugehörigen Partie 23 zu verstärken.

Die Endkappen 11, 12 sind mit Einlaß/Auslaß-Öffnungen 26, 27 versehen, und der Zylinder 10 ist mit einer mittig angeordneten Einlaß/Auslaß-Öffnung 28 versehen. Diese verschiedenen Teile sind zur Zuleitung eines Mediums unter Überdruck zu den entsprechenden Kolbenflächen und zum Ableiten verbrauchten Druckmittels aus dean Wanderen Kolbenseiten vorgesehen, damit die erforderliche Winkelbewegung der Welle 13 in bekannter Weise erhalten wird.

0-Ring-Dichtungen sind, wie dargestellt, an anderen Stellen in der üblichen Weise vorgesehen, nämlich an den Drehlagern der Welle I3 und zwischen jeder Endkappe und dem relevanten Ende des Zylinders 10.

Der Ansatz 16 ist vorgesehen, um einer Bedienungsperson, die mit einem entsprechenden Werkzeug ausgerüstet ist, ein Bewegen der Welle 13 im Winkel nach Bedarf zu ermöglichen, beispielsweise im Falle des Ausfalls der Druckmittelleitung. Die Ausnehmung 17 oder irgenadein anderes mechanisches Äquivalent dafür ist zur Verbindung der Welle I3 mit dem Ventil ader einer anderen Vorrichtung vorgesehen, die von dem Stelltrieb betätigt werden soll.

Obgleich in Pig. 2 nicht dargestellt, sind Lager an den Lagerstellen der Welle 13 vorgesehen, und diese Lager sitzen axial uaßerhalb der O-Ring-Dichtungen, die in Fig. 2 dargestellt sind. Neben der Aufnahme von Zahnetrennkräften, die zwischen den Zähnen 18 des Mittelzahnrads und den Zähnen der Zahnstangen 19 erzeugt werden, wenn die Kolben aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden, sind die vorstehend genannten Lager auch erforderlich, um eine eventuelle geringe Fehlfluchtung als Folge von Fertigungstoleranzen aufzunehmen. Diese Lager gestatten einen Ausgleich der Fehlfluchtung, und das Ergebnis ist, daß das Mittelzahnrad von den Zahnstangen gleichmäßig angetrieben wird.

Das bevorzugte Material für die Führunegslager 24- ist ein Acetylharz

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(beispielsweise DELfRIN, eingetragenes Vtfarenzeiohne), das gute VerschleiBeigenschäften hat, gute Druckbelastungscharakteristiken erbringt und eine niedrige Beibungszahl hat.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und vorstehend beschrieben worden. Die Erfindung darf jedoch nicht als nur auf ein solches Ausführungsbeispiel beschränkt verstanden werden* Vie vorstehend erwähnt, liegen andere mechanische Äquivalente (beispielsweise Streifen aus DBLRIN, die vom Zylinder anstelle von der Partie 25 getragen sind) im Umfang mindestens einiger der Ansprüche.

Ansprüche

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Claims

Ansprüche

1. Rotations-Stelltrieb der beschriebenen Art (wie vorstehend definiert), dadurch gekennzeichnet, daß im Falle jedes Kolbens der Teil des Kolbens, an dem die Zahnstange vorgesehen ist, ein Element oder Elemente trägt, das oder die aus einem elastomeren oder synthetischen Harzmaterial gefertigt sind, das eine niedrige Reibungszahl hat, und das oder die so angeordnet sind, daß es oder sie mit der angrenzenden Partie der Zylinderwand zu allen Zeiten in Kontakt stehen, derart, daß den Trennkräften entgegengewirkt wird, die durch Bewegung der Kolben aufeinander zu und voneinander weg entstehen und die zur Verlagerung des genannten Teils jedes der Kolben zu der Zylinderwand hin neigen.

2. Rotations-Stelltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element eingesetzt ist, das in einen Kanal aufgenommen ist und von diesem radial vorsteht, der in den genannten Teil des Kolbens eingeformt ist.

3. Rotations-Stelltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal in die Peripherie des genannten Teils eingeformt ist und die Peripherie eine Krümmung hat, die zu der der angrenzenden Partie der Zylinderwand paßt.

4. Rotations-Stelltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Elemente vorgesehen sind und jedes Element in einer gleichen Zahl von Gehäusehohlräumen oder -ausnehmungen aufgenommen ist und radial davon vorsteht, die in den genannten Teil des Kolbens eingeformt sind.

5. Rotations-Stelltrieb nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Hohlräume oder Ausnehmungen indie Peripherie des genainten Teils eingeformt ist und die Peripherie eine Krümmung hat, die zu der der angrenzenden Partie der Zylinderwand paßt.

6. Rotations-Stelltrieb nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kanal auf dem Umfang der Peripherie erstreckt.

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7. Rotatinns-Stelltrieb der beschriebenen Art (wie vorstehend definiert), dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder ein Element oder .Elemente trägt, die oder das aus einem elastomeren oder synthetischen Harzmaterial gefertigt ist bzw. sind, das eine niedrige Reibungszahl hat, und das oder die so angeordnet ist bzw. sind, daß es bzw. sie zu allen Zeiten mit der gekrümmten äußeren Pieripherie des Teils jedes Kolbens in Kontakt steht bzw. stehen, an dem die Zahnstange vorgesehen ist.

8. Rotations-Stelltrieb nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes Element sich auf dem Umfang, nämlich mit seiner Mittellinie in einer diametralen '.Sbene des Zylinders) erstreckt.

9· Hotations-Stelltrieb nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes lülement sich axial dem Zylinder gegenüber oder auf einer teilwendelfÖrmigen Bahn längs des Zylinders erstreckt.

10. Rotations-Stelltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet , daß das Mittelzahnraä der Abtriebswelle mit zwei Sätzen Zähnen versehen ist, wobei ein Satz im Abstand vom anderen Satz längs der Achse der Abtriebswelle angeordnet ist und die A-triebswelle einen Ring trägt, der

(b) einen solchen Durchmesser hat, daß eine flache Laufbahn berührt wird, die an dem genannten Teil jedes der Kolben vorgesehen ist und die

d die Zahnstangenzähne an jedem der Kolben in zwei im Abstand liegenden Zahnsätze teilt,

wobei der Ring in Kontakt mit den gegenüberliegenden Laufbahnen an den Kolben während des Betriebs des Stellglieds einen formsehlüssigen Kontakt zwischen den .Elementen oder dem Element und den Metallteilen oäec Teil aufrechterhält, die in Frage kommen bzw. der in Frage kommt, und eine» formschlüssigens richtiges Kämmen der Zähne der Zahnstangen und des Ritzels aufrechterhält.

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11. Rotations-Stelltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelzahnrad der Antriebswelle durch einen Satz Zähne gebildet ist, der axial der Welle gegenüber nicht unterborochen ist, wobei die Welle axial im Abstand angeordnete Ringe trägt, von denen jeder

(b) einen solchen Durchmesser hat, daß eine »von zwei im Abstand angeordnete flache Laufbahnen berührt wird, die an dem genannten Teil jedes der Kolben vorgesehen sind, derart, daß die Ringe, die mit den gegenüberliegenden Laufbahnen an den Kolben in Kontakt stehen, während des Betriebs des Stelltriebs einen Kontakt zwischen dem Element oder den Elementen und dem Metallteil oder -teilen, die in Frage kommen, formschlüssige aufrechterhalten und eine formschlüssiges richtiges Kämmen der Zähne der Zahnstangen und des Ritzels aufrechterhalten.

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