EP0902195A1 - Hydraulically or pneumatically driven rotary actuator having a spring return device with hydraulic preload - Google Patents

Hydraulically or pneumatically driven rotary actuator having a spring return device with hydraulic preload Download PDF

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EP0902195A1
EP0902195A1 EP98109598A EP98109598A EP0902195A1 EP 0902195 A1 EP0902195 A1 EP 0902195A1 EP 98109598 A EP98109598 A EP 98109598A EP 98109598 A EP98109598 A EP 98109598A EP 0902195 A1 EP0902195 A1 EP 0902195A1
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Manfred Koppers
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    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F15B15/1423Component parts; Constructional details
    • F15B15/1476Special return means

Definitions

  • the invention is directed to a hydraulically or pneumatically pressurizable Rotary actuator used in industry for swiveling Valve flaps, devices etc. is used, being on the piston rod a torque and a swivel angle is required.
  • the main components of such rotary drives are the piston rod, the Piston and the cylinder barrel. There are cylinder spaces on both sides of the piston, which are sealed against each other and to the outside. At reciprocal loading of the cylinder rooms with pressure medium the piston is moved in the longitudinal axis of the cylinder.
  • the piston has on its outside diameter and on its inside diameter counter-rotating steep threads, the inside with the piston rod and outside with an intermediate ring with the cylinder barrel are connected.
  • the invention has for its object to provide a rotary drive which can also be used for mechanical resetting when installing a spring assembly the size of the piston determined by the desired torque maintains.
  • the rotary drive is designated 1. This is connected to the valve flap 3 by screws 2.
  • the stem 4 of the valve flap is positively connected to the piston rod of the rotary drive by, for example, parallel keys.
  • the rotary movement of the piston rod is thus transmitted to the valve flap and brings it into an open or closed position.
  • the pressure medium is fed to the rotary drive alternately via connections 5 and 6 from a pressure generating system, not shown.
  • connection 5 and 6 are shown in section of the housing 12. Pressure medium is supplied to the piston chamber 7 of the piston 8 via the connection 5.
  • the piston chamber 9 is connected to the tank via a control, not shown.
  • the piston spaces 7 and 9 are against each other by the seals 22 and 23, and sealed to the outside by the seals 24, 25, 26 and 27.
  • the piston 8 moves in the direction of the housing cover 10 Change the pressure medium supply to port 6 and that Connecting the port 5 to the tank through the controller will Reverse piston movement.
  • the piston rod 16 is axially fixed by split insert rings 17 and 18 with the interposition of roller bearings 19 and 19a and performs a pure rotary movement when the piston 8 is axially displaced, whereby a certain torque is generated in accordance with the hydraulic pressure of the pressure medium.
  • This torque can be transmitted to the drive shaft of a wide variety of units using, for example, parallel keys.
  • the piston rod 16 is passed through the housing base 10 and is at its outer end e.g. provided with a square 16a.
  • the piston rod 16 By turning the square by hand using a lever the piston rod 16 can be rotated in an emergency. Also serves the square through a marking to indicate the position of the piston rod.
  • Fig . 3 shows a rotary drive with spring return of the piston.
  • Fig . 4 shows a rotary actuator with spring return according to the proposal of the invention.
  • the tube 20 is connected on the side facing away from the piston 8 to the auxiliary piston 28, which is provided with seals 29 and 30, via a thread.
  • the tube sleeve 35 is fixed by the locking ring 36 and takes over the leadership of the spring assembly 37.
  • the additional piston 38 is supported on the spring assembly 37, which has contact 39 with the auxiliary piston 28 via its extension 39 and the intermediate roller bearing 40.
  • the additional piston 38 is provided with the seal 41 and is longitudinally displaceable in the spring cylinder tube 31 against the force of the spring assembly 37. The displacement path is limited by the shoulder 42 in the spring cylinder tube 31.
  • the spring cylinder tube 31 is over the housing cover 32 with the seals 33 and 34 sealed to the outside.
  • the spring cylinder tube 31 is with the housing cover 32 via the thread 44 releasably connected.

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Abstract

A hydraulic or pneumatic ram has a main piston with an outer thread to rotate when displaced. A second piston provides additional thrust by being spaced from the main piston by roller bearings (40). The displacement of the two pistons compresses a spring (37) which provides a return thrust. The spring is effectively compressed by the second piston, relieving the strain on the main piston.

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen hydraulisch oder pneumatisch druckbeaufschlagbaren Drehantrieb, der in der Industrie zum Schwenken von Ventilklappen, Vorrichtungen usw. eingesetzt wird, wobei an der Kolbenstange ein Drehmoment und ein Schwenkwinkel verlangt wird.The invention is directed to a hydraulically or pneumatically pressurizable Rotary actuator used in industry for swiveling Valve flaps, devices etc. is used, being on the piston rod a torque and a swivel angle is required.

Die Hauptbauelemente solcher Drehantriebe sind die Kolbenstange, der Kolben und das Zylinderrohr. Beiderseits des Kolbens befinden sich Zylinderräume, die gegeneinander und nach außen abgedichtet sind. Bei wechselseitiger Beaufschlagung der Zylinderräume mit Druckmedium wird der Kolben in der Längsachse des Zylinders verfahren. Der Kolben hat auf seinem Außendurchmesser und auf seinem Innendurchmesser gegenläufig angebrachte Steilgewinde, die innen mit der Kolbenstange und außen über einen Zwischenring mit dem Zylinderrohr formschlüssig verbunden sind.The main components of such rotary drives are the piston rod, the Piston and the cylinder barrel. There are cylinder spaces on both sides of the piston, which are sealed against each other and to the outside. At reciprocal loading of the cylinder rooms with pressure medium the piston is moved in the longitudinal axis of the cylinder. The piston has on its outside diameter and on its inside diameter counter-rotating steep threads, the inside with the piston rod and outside with an intermediate ring with the cylinder barrel are connected.

Beim Bewegen des Kolbens in der Längsachse des Zylinders wird dieser durch das äußere Steilgewinde in Drehung versetzt und überträgt diese Drehung durch das innere Steilgewinde auf die Kolbenstange. Durch die gegenläufige Anordnung der beiden Steilgewinde wird der Drehwinkel der Kolbenstange vergrößert. Beim Einsatz solcher Drehantriebe als Betätigungselement für Ventilklappen in Rohrleitungen wird ein außerhalb des Zylinders liegendes Federpaket vorgesehen. Das Öffnen der Ventilklappe erfolgt dann durch Beaufschlagung nur eines Zylinderraumes mit dem Druckmedium. Hierbei wird über das fest mit dem Kolben verbundene Rohr die Bewegung des Kolbens auf das Federpaket übertragen und spannt dieses vor. Der Kolben muß hierbei durch Beaufschlagung mit dem Druckmedium die Kraft zur Erzeugung des gewünschten Drehmomentes und die Kraft zur Spannung des Federpaketes aufbringen. Dieses führt zwangsläufig zu einer wesentlichen Vergrößerung des Drehantriebes.When moving the piston in the longitudinal axis of the cylinder, this becomes set in rotation by the external steep thread and transmits it Rotation through the internal steep thread on the piston rod. Through the opposing arrangement of the two steep threads is the angle of rotation of the Piston rod enlarged. When using such rotary drives as an actuating element for valve flaps in pipelines, an outside of the Cylinder spring package provided. Opening the valve flap is then carried out by applying only one cylinder space to the Print medium. Here is connected to the piston firmly Tube transfer the movement of the piston to the spring assembly and harnesses this. The piston must be acted upon by the Pressure medium the force to generate the desired torque and apply the force to tension the spring assembly. This leads inevitably leads to a substantial enlargement of the rotary drive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Drehantrieb zu schaffen, der auch bei Anbringung eines Federpaketes zur mechanischen Rückstellung des Kolbens die vom gewünschten Drehmoment bestimmte Baugröße beibehält.The invention has for its object to provide a rotary drive which can also be used for mechanical resetting when installing a spring assembly the size of the piston determined by the desired torque maintains.

Dieses wird nach dem Vorschlag der Erfindung dadurch erreicht, daß das Federpaket durch einen ebenfalls vom Druckmedium beaufschlagten Zusatzkolben vorgespannt wird. Beim Ab-oder Ausfall des Druckes im Druckmedium wird die gespeicherte Kraft des Federpaketes über den Ansatz des Zusatzkolbens und ein zwischengeschaltetes Wälzlager auf den Hilfskolben übertragen, der über das Rohr mit dem Kolben des Drehantriebes verbunden ist, und diesen in die Position bewegt, die dem geschlossenen Zustand der Ventilklappe entspricht. This is achieved according to the proposal of the invention in that the Spring assembly by an additional piston also acted upon by the pressure medium is biased. If the pressure in the pressure medium drops or fails is the stored force of the spring assembly on the approach of Additional pistons and an intermediate roller bearing on the auxiliary piston transmitted, which is connected via the tube to the piston of the rotary actuator and moves it to the position that corresponds to the closed state corresponds to the valve flap.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1
zeigt eine Ventilklappe mit angbautem Drehantrieb.
Fig. 2
zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Drehantrieb entsprechend dem Stand der Technik.
Fig. 3
zeigt einen Drehantrieb mit Federrückstellung entsprechend dem Stand der Technik
Fig. 4
zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Drehantrieb mit Federrückstellung entsprechend dem Vorschlag der Erfindung.
The invention is explained below with reference to the drawings.
Fig . 1
shows a valve flap with attached rotary actuator.
Fig . 2nd
shows a vertical section through a rotary drive according to the prior art.
Fig . 3rd
shows a rotary actuator with spring return according to the prior art
Fig . 4th
shows a vertical section through a rotary actuator with spring return according to the proposal of the invention.

In Fig. 1 ist der Drehantrieb mit 1 bezeichnet. Dieser ist durch Schrauben 2 mit der Ventilklappe 3 verbunden. Hierbei ist der Schaft 4 der Ventilklappe durch z.B. Paßfedern mit der Kolbenstange des Drehantriebes formschlüssig verbunden. Die Drehbewegung der Kolbenstange wird somit auf die Ventilklappe übertragen und bringt diese in eine Offen- oder Schließposition. Das Druckmedium wird von einer nicht dargestellten Druckerzeugungsanlage dem Drehantrieb wechselseitig über die Anschlüsse 5 und 6 zugeführt.In Fig . 1, the rotary drive is designated 1. This is connected to the valve flap 3 by screws 2. Here, the stem 4 of the valve flap is positively connected to the piston rod of the rotary drive by, for example, parallel keys. The rotary movement of the piston rod is thus transmitted to the valve flap and brings it into an open or closed position. The pressure medium is fed to the rotary drive alternately via connections 5 and 6 from a pressure generating system, not shown.

In Fig. 2 sind die Anschlüsse 5 und 6 im Schnitt des Gehäuses 12 dargestellt. Über den Anschluß 5 wird dem Kolbenraum 7 des Kolbens 8 Druckmedium zugeführt. Hierbei ist der Kolbenraum 9 über eine nicht dargestellte Steuerung mit dem Tank verbunden.In Fig . 2, the connections 5 and 6 are shown in section of the housing 12. Pressure medium is supplied to the piston chamber 7 of the piston 8 via the connection 5. Here, the piston chamber 9 is connected to the tank via a control, not shown.

Die Kolbenräume 7 und 9 sind gegeneinander durch die Dichtungen 22 und 23, sowie nach außen durch die Dichtungen 24, 25, 26 und 27 abgedichtet.The piston spaces 7 and 9 are against each other by the seals 22 and 23, and sealed to the outside by the seals 24, 25, 26 and 27.

Der Kolben 8 bewegt sich in Richtung des Gehäusedeckels 10. Durch das Wechseln der Druckmediumszufuhr auf den Anschluß 6 und das Verbinden des Anschlusses 5 mit dem Tank durch die Steuerung wird die Kolbenbewegung umgekehrt.The piston 8 moves in the direction of the housing cover 10 Change the pressure medium supply to port 6 and that Connecting the port 5 to the tank through the controller will Reverse piston movement.

Bei der axialen Bewegung des Kolbens 8 wird dieser durch das äußere Steilgewinde 11, welches formschlüssig mit dem Gehäuse 12 über den Zwischenring 13 verbunden ist, um die Mittelachse 14 des Drehantriebes gedreht. Diese Drehung wird durch Formschluß des inneren Steilgewindes 15 auf die Kolbenstange 16 übertragen.During the axial movement of the piston 8, this is caused by the outer Steep thread 11, which is form-fitting with the housing 12 over the Intermediate ring 13 is connected to the central axis 14 of the rotary drive turned. This rotation is due to the positive locking of the internal steep thread 15 transferred to the piston rod 16.

Die Kolbenstange 16 ist durch geteilte Einlegeringe 17 und 18 unter Zwischenschaltung von Wälzlagern 19 und 19a axial festgelegt und führt bei axialer Verschiebung des Kolben 8 eine reine Drehbewegung aus, wobei
entsprechend dem hydraulischen Druck des Druckmediums ein Drehmoment bestimmter Größe erzeugt wird. Dieses Drehmoment kann durch z.B. Paßfedern auf den Antriebsschaft verschiedenster Aggregate übertragen werden.
The piston rod 16 is axially fixed by split insert rings 17 and 18 with the interposition of roller bearings 19 and 19a and performs a pure rotary movement when the piston 8 is axially displaced, whereby
a certain torque is generated in accordance with the hydraulic pressure of the pressure medium. This torque can be transmitted to the drive shaft of a wide variety of units using, for example, parallel keys.

Die Kolbenstange 16 ist durch den Gehäuseboden 10 hindurchgeführt und ist an ihrem äußeren Ende z.B. mit einem Vierkant 16a versehen.The piston rod 16 is passed through the housing base 10 and is at its outer end e.g. provided with a square 16a.

Durch Drehen des Vierkantes von Hand unter Verwendung eines Hebels kann die Kolbenstange 16 im Notfall gedreht werden. Außerdem dient der Vierkant durch eine Markierung zur Stellungsanzeige der Kolbenstange.By turning the square by hand using a lever the piston rod 16 can be rotated in an emergency. Also serves the square through a marking to indicate the position of the piston rod.

Fig. 3 zeigt einen Drehantrieb mit Federrückstellung des Kolbens. Fig . 3 shows a rotary drive with spring return of the piston.

Hierbei wird nur der Kolbenraum 9 mit dem Druckmedium beaufschlagt. Die axiale Verschiebung des Kolbens 8 wird über ein, mit diesem fest verbundenes Rohr 20 auf das Federpaket 21 übertragen und spannt dieses vor. Geht der Druck im Kolbenraum 9 verloren, so bewegt die gespeicherte Kraft des Federpaketes 21 den Kolben 8 in seine Ausgangslage unter Drehung der Kolbenstange16 zurück.In this case, only the piston chamber 9 is acted upon by the pressure medium. The axial displacement of the piston 8 is fixed with a, with this connected tube 20 transferred to the spring assembly 21 and tensioned this in front. If the pressure in the piston chamber 9 is lost, the stored one moves Force of the spring assembly 21 under the piston 8 in its starting position Rotation of the piston rod 16 back.

Fig. 4 zeigt einen Drehantrieb mit Federrückstellung entsprechend dem Erfindungsvorschlag. Hierbei ist das Rohr 20 an der vom Kolben 8 abgewandten Seite mit dem Hilfskolben 28, der mit Dichtungen 29 und 30 versehen ist, über ein Gewinde verbunden. Auf dem Rohr 20 ist die Rohrhülse 35 durch den Sicherungsring 36 festgelegt und übernimmt die Führung des Federpaketes 37. Auf dem Federpaket 37 stützt sich der Zusatzkolben 38 ab, der über seinen Ansatz 39 und das zwischengelegte Wälzlager 40 mit dem Hilfskolben 28 Kontakt hat. Der Zusatzkolben 38 ist mit der Dichtung 41 versehen und ist im Federzylinderrohr 31 gegen die Kraft des Federpaketes 37 längsverschiebbar. Der Verschiebeweg wird durch die Schulter 42 im Federzylinderrohr 31 begrenzt. Fig . 4 shows a rotary actuator with spring return according to the proposal of the invention. Here, the tube 20 is connected on the side facing away from the piston 8 to the auxiliary piston 28, which is provided with seals 29 and 30, via a thread. On the tube 20, the tube sleeve 35 is fixed by the locking ring 36 and takes over the leadership of the spring assembly 37. The additional piston 38 is supported on the spring assembly 37, which has contact 39 with the auxiliary piston 28 via its extension 39 and the intermediate roller bearing 40. The additional piston 38 is provided with the seal 41 and is longitudinally displaceable in the spring cylinder tube 31 against the force of the spring assembly 37. The displacement path is limited by the shoulder 42 in the spring cylinder tube 31.

Das Federzylinderrohr 31 ist über den Gehäusedeckel 32 mit den Dichtungen 33 und 34 nach außen hin abgedichtet.The spring cylinder tube 31 is over the housing cover 32 with the seals 33 and 34 sealed to the outside.

Bei gleichzeitiger Druckmediumszufuhr durch die Anschlüsse 6, 43,43a spannt der Zusatzkolben 38 das Federpaket 37 vor, ohne daß eine Spannkraft vom Kolben 8 erforderlich ist. Der Hilfskolben 28 unterstützt durch die Druckbeaufschlagung seiner Fläche 44 über das Rohr 20 die Arbeitskraft des Kolben 8.With simultaneous supply of pressure medium through connections 6, 43, 43a the additional piston 38 biases the spring assembly 37 without a clamping force from the piston 8 is required. The auxiliary piston 28 is supported by the pressurization of its surface 44 via the pipe 20 the worker the piston 8.

Sinkt der Druck im Druckmedium an den Anschlüssen 6, 43, 43a, so wird der Zusatzkolben 38 durch die gespeicherte Kraft des Federpaketes 37 in seine Ausgangsposition verschoben. Hierbei wird die Kraft des Federpaketes 37 über den Ansatz 39 auf das Wälzlager 40 und über den Hilfskolben 28 und das Rohr 20 auf den Kolben 8 übertragen.If the pressure in the pressure medium at the connections 6, 43, 43a drops, then the additional piston 38 by the stored force of the spring assembly 37 in shifted its starting position. This is the force of the spring assembly 37 over the approach 39 on the roller bearing 40 and over the auxiliary piston 28 and the tube 20 transferred to the piston 8.

Das Federzylinderrohr 31 ist mit demGehäusedeckel 32 über das Gewinde 44 lösbar verbunden.The spring cylinder tube 31 is with the housing cover 32 via the thread 44 releasably connected.

Claims (9)

Hydraulisch oder pneumatisch angetriebener Drehantrieb, bei dem der Kolben über ein an seinem Außendurchmesser angebrachtes Steilgewinde und einen im Zylindergehäuse festgelegten Zwischenring mit dem Zylindergehäuse, und durch ein innenliegendes Steilgewinde mit der Kolbenstange formschlüssig verbunden ist, und die Kolbenstange ringförmige Ansätze aufweist, die über zwischengelegte Wälzlager die Festlegung der Kolbenstange in Zylinderlängsrichtung sicherstellen, wobei die Bewegung des Kolbens in einer Richtung durch die Zuführung von Druckmedium, und in der anderen Richtung durch ein außenliegendes Federpaket bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Federpaket 37 bei gleichzeitiger Beaufschlagung von Kolben 8 und Zusatzkolben 38 mit Druckmedium durch den Zusatzkolben vorgespannt wird.Hydraulically or pneumatically driven rotary drive, in which the piston is positively connected to the cylinder housing by means of a steep thread attached to its outer diameter and an intermediate ring fixed in the cylinder housing, and by means of an inner steep thread to the piston rod, and the piston rod has ring-shaped projections, which are supported by roller bearings ensure the fixing of the piston rod in the longitudinal direction of the cylinder, the movement of the piston being effected in one direction by the supply of pressure medium and in the other direction by an external spring assembly, characterized in that the spring assembly 37 while simultaneously acting on the piston 8 and the additional piston 38 is biased with pressure medium by the additional piston. Drehantrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben 8 mit einem Rohr 20 festverbunden ist, das an der vom Kolben abgewandten Seite einen Hilfskolben 28 aufweist, der im Zusatzkolben 38 gleitend geführt ist.Rotary drive according to claim 1, characterized in that the piston 8 is fixedly connected to a tube 20 which has on the side facing away from the piston an auxiliary piston 28 which is slidably guided in the additional piston 38. Drehantrieb nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Zusatzkolben 38 und Hilfskolben 28 ein Wälzlager 40 vorgesehen ist.Rotary drive according to claim 1 and 2, characterized in that a roller bearing 40 is provided between the additional piston 38 and the auxiliary piston 28. Drehantrieb nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzkolben 38 einen Ansatz 39 aufweist, der bei Druckabfall im Druckmedium die Vorspannkraft des Federpaketes 37 über das zwischengeschaltete Wälzlager 40, den Hilfskolben28 und das Rohr 20 auf den Kolben 8 überträgt.Rotary drive according to Claims 1 to 3, characterized in that the additional piston 38 has a shoulder 39 which, in the event of a pressure drop in the pressure medium, transmits the preload force of the spring assembly 37 via the intermediate roller bearing 40, the auxiliary piston 28 and the tube 20 to the piston 8. Drehantrieb nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Rohr 20 eine Rohrhülse 35 in Längsrichtung unverschieblich befestigt ist.Rotary drive according to claim 2, characterized in that a tubular sleeve 35 is fixed immovably in the longitudinal direction on the tube 20. Drehantrieb nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrhülse 35 die Führung des Federpaketes 37 übernimmt.Rotary drive according to claim 5, characterized in that the tubular sleeve 35 takes over the leadership of the spring assembly 37. Drehantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß im Federzylinderrohr 31 der Innendurchmesser im Bereich des Zusatzkolbens 38 einschließlich seines Hubes vergrößert ist, so daß der Hub des Zusatzkolbens 38 durch die Schulter 42 im Federzylinderrohr 31 begrenzt wird.Rotary drive according to claims 1 to 7, characterized in that the inner diameter in the area of the additional piston 38 including its stroke is increased in the spring cylinder tube 31, so that the stroke of the additional piston 38 is limited by the shoulder 42 in the spring cylinder tube 31. Drehantrieb nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß das Federzylinderrohr 31 mit dem Gehäusedeckel 10 des Drehantriebes durch ein Gewinde 44 verbunden ist. Rotary drive according to claims 1 to 7, characterized in that the spring cylinder tube 31 is connected to the housing cover 10 of the rotary drive by a thread 44. Drehantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange 16, die durch den Kolben 8, das Rohr 20 und den Gehäusedeckel 32 hindurchreicht, an ihrem Ende 16a so bearbeitet ist, daß sie als Notbetätigung und Stellungsanzeiger benutzt werden kann.Rotary drive according to claims 1 to 3, characterized in that the piston rod 16, which extends through the piston 8, the tube 20 and the housing cover 32, is machined at its end 16a so that it can be used as an emergency actuation and position indicator.
EP98109598A 1997-09-09 1998-05-27 Hydraulically or pneumatically driven rotary actuator having a spring return device with hydraulic preload Withdrawn EP0902195A1 (en)

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DE1997139508 DE19739508A1 (en) 1997-09-09 1997-09-09 Hydraulically or pneumatically driven rotary drive with a hydraulically preloaded spring return device

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