DE19528081A1 - Pivot drive for converting original linear lift movement into rotary movement with limited rotary angle - has second axis with angular clearance at right angle and crossways to lift axis - Google Patents

Pivot drive for converting original linear lift movement into rotary movement with limited rotary angle - has second axis with angular clearance at right angle and crossways to lift axis

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Abstract

The drive has a second axis with angular clearance at a right-angle and crossways to its lift axis. On the second axis (9) inner (11.1) and outer (11.2) roller pairs are rotatably located by means of needle bearings, ball bearings or slide bushes. The outer roller pair rolls in an axial slot (3.1) of a clampable hollow slotted shaft (3) rigidly connected to the housing parts (1,2,4) for the purpose of accommodating the reaction torque. The inner roller pair rolls in a hollow or full shaft - trans-rotor (5) provided with a steep screw surface pair and rotates it in the required manner. The trans-rotor in its extension is provided with a suitable nave hole having spring grooves.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwenkantrieb, der die Umsetzung einer ursprünglich linearen Hubbewegung in eine Drehbewegung nach dem Transrotorprinzip realisiert.The invention relates to a rotary drive, the implementation of an originally linear Stroke movement in a rotary movement realized according to the transrotor principle.

Derartige Schwenkantriebe werden für das Stellen von Klappen und Hähnen in Rohrleitungssystemen eingesetzt.Such swivel drives are used for the placement of flaps and taps Piping systems used.

Da pneumatische und hydraulische Stellantriebe mit Gummimembran oder Kolben verfügbar sind und zudem aus Sicherheitsgründen in bestimmten Anwendungsbereichen ausschließlich pneumatische oder hydraulische Systeme eingesetzt werden dürfen, wurden eine Reihe von Lösungen bekannt, die die lineare Stellbewegung in eine Drehbewegung umzusetzen. Bekannt geworden ist die Umsetzung der linearen Hubbewegung in eine Drehbewegung mittels:Pneumatic and hydraulic actuators are available with rubber diaphragms or pistons are and for security reasons only in certain areas of application Pneumatic or hydraulic systems can be used, a number of Known solutions that convert the linear actuating movement into a rotary movement. The conversion of the linear stroke movement into a rotary movement has become known by means of:

  • a) Zahnstange und Zahnrada) Rack and gear
  • b) Kurbelschwingeb) crank arm
  • c) Kurbelschleifec) crank loop

Nachteil dieser Lösungen:Disadvantage of these solutions:

  • - Schwenkachse exzentrisch und quer zur Hubachse, dadurch komplizierter und teurer Getriebekasten,- Eccentric pivot axis and transverse to the lifting axis, making it more complicated and expensive Gear box,
  • - bei a) wird wegen des begrenzten Schwenkwinkels nur ein Viertel des Zahnrades genutzt, die Führung der Zahnstange ist relativ aufwendig,- in a) only a quarter of the gear is used due to the limited swivel angle, the guidance of the rack is relatively complex,
  • - bei b) und c) treten prinzipbedingt unerwünschte nichtlineare Übertragungsfehler auf, d. h. der Schwenkwinkel ist nicht proportional zur Hubbewegung.- b) and c) inherently unwanted non-linear transmission errors occur, d. H. of the Swivel angle is not proportional to the stroke movement.

Auf Grund der genannten Nachteile wurde vorgeschlagen, Drehachse und Hubachse zusammenzulegen, so daß ein kompaktes Stellgerät entsteht (US-Patent 3,911,793 vom Oct. 14,1975, angemeldet von Nissan Motor Company Limited, Japan).Because of the disadvantages mentioned, the axis of rotation and the stroke axis were proposed to form a compact actuator (US Patent 3,911,793, Oct. 14,1975, registered by Nissan Motor Company Limited, Japan).

Bei dieser vorgeschlagenen Lösung wird die Hubkraft gleitend auf abrollende Kugeln übertragen, so daß einerseits die hohen Reibkräfte zu unerwünscht großer Stellhysterese führen und andererseits das realisierbare Drehmoment begrenzt ist.In this proposed solution, the lifting force is sliding on rolling balls transmitted so that on the one hand the high frictional forces lead to undesirably large hysteresis lead and on the other hand the realizable torque is limited.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein kompaktes Stellgerät mit fluchtender Hub- und Drehachse zu schaffen, welches die Umsetzung Translation in Rotation ausschließlich mit Rollen reibungsarm realisiert.The present invention is based on the object of having a compact actuator create aligned stroke and rotation axis, which translates the translation into rotation realized only with rollers with low friction.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach Fig. 1 und 2 die Hubbewegung auf eine zu Hubachse senkrecht stehenden, mit 2 Rollenpaaren 11 bestückten, Rollkopfachse 9 übertragen wird. Um beide Rollenpaare auch bei den unvermeidlichen Fertigungsfehlern gleichmäßig zu belasten, sollte diese Hubachse winkelbeweglich an der Hubachse angebracht sein.This object is inventively achieved in that the lifting movement is transferred to a lift axis perpendicular to, equipped with 2 pairs of rollers 11, the rolling head axis 9 of Fig. 1 and 2. In order to load both pairs of rollers evenly in the event of the inevitable manufacturing errors, this lifting axis should be attached to the lifting axis in such a way that it can move in an angular manner.

Auf der Rollkopsachse ist je ein inneres 11.1 und ein äußeres Rollenpaar 11.2 mittels Nadellager, Kugellager oder Gleitbuchsen drehbar gelagert. An inner 11.1 and an outer pair of rollers 11.2 are each rotatably mounted on the roller head axis by means of needle bearings, ball bearings or sliding bushes.

Erfindungsgemäß rollt das äußeres Rollenpaar 11.2 zwecks Aufnahme des Reaktionsmomentes spielarm in einem Axialschlitz 3.1 einer mit den Gehäuseteilen (1, 2, 4) starr verbundenen oder mit diesen kraftschlüssig klemmbaren Hohlwelle (Schlitzwelle) 3 ab.According to the invention, the outer pair of rollers 11.2 rolls with little play in an axial slot 3.1 in order to take up the reaction torque in a hollow shaft (slot shaft) 3 rigidly connected to the housing parts ( 1 , 2 , 4 ) or non-positively clampable therewith.

Das inneres Rollenpaar 11.1 rollt in einer mit einem steilen Schraubenflächenpaar 5.1 versehenen Voll- oder Hohlwelle (Transrotor, siehe auch Fig. 3) 5 und dreht diese dabei in gewünschter Weise.The inner pair of rollers 11.1 rolls in a solid or hollow shaft (transrotor, see also FIG. 3) 5 provided with a steep pair of screw surfaces 5.1 and rotates them in the desired manner.

Der Transrotor 5 ist in seiner Verlängerung mit einer geeigneten Nabenbohrung 5.2 versehen, die mit Paßfedernuten 5.3 oder anderen zur Abgabe des Drehmomentes geeigneten Konstruktionsmerkmalen ausgestattet ist.The transrotor 5 is provided in its extension with a suitable hub bore 5.2 , which is equipped with feather key grooves 5.3 or other design features suitable for delivering the torque.

Der Schlitzzylinder 3 ist erfindungsgemäß zwischen Gehäusemittelteil 2 und Gehäuseunterteil 4 mittels Schrauben 17 kraftschlüssig geklemmt, um bei der Montage des Antriebes auf die Armatur nach Lösen dieser Schrauben 17 den Schlitzzylinder 3 an den Bohrungen 3.2 beliebig stufenlos drehen zu können und damit Winkelanschlag (Anfangslage) und Schwenkwinkel bedarfsgerecht einstellen zu können.According to the invention, the slot cylinder 3 is non-positively clamped between the housing middle part 2 and the housing bottom part 4 by means of screws 17 in order to be able to rotate the slot cylinder 3 at the bores 3.2 as desired, when the actuator is mounted on the fitting, after loosening these screws 17 , and thus the angle stop (initial position) and To be able to adjust the swivel angle as required.

AusführungsbeispieleEmbodiments

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Beispiel erläutert werden.The invention will be explained below using two examples.

Fig. 1 stellt einen erfindungsgemäßen Schwenkantrieb zum Öffnen und Schließen von Klappen dar. Fig. 1 shows a rotary actuator according to the invention for opening and closing flaps.

Bei dem Schwenkantrieb nach Fig. 2 wird die lineare Stellbewegung nach außen geführt, so daß der Anbau eines linearen Positioners für Regelbetrieb möglich wird.In the rotary actuator according to Fig. 2, the linear adjusting movement is guided to the outside, so that the cultivation of a linear positioner for control operation is possible.

Fig. 3 stellt den Transrotor 5 mit seiner Schraubennut 5.1 dar. Fig. 3 shows the transrotor 5 with its screw groove 5.1 .

Teile für Schwenkantrieb Parts for part-turn actuators

Teile für Fig. 1 und Fig. 2 Parts for Fig. 1 and Fig. 2

Die Steuerluft wird durch eine Bohrung 1.1 des Gehäuseoberteiles 1 eingeführt und schiebt den Kolben 6 gegen die vorgespannte Druckfeder 10 axial nach unten.The control air is introduced through a bore 1.1 of the upper housing part 1 and pushes the piston 6 axially downward against the prestressed compression spring 10 .

Der Kolben wird mittels Rollmembran 7 reibungsarm abgedichtet. Die Rollmembran wird mit dem Kolbendeckel 8 am Kolben befestigt.The piston is sealed with low friction by means of a rolling membrane 7 . The roller membrane is attached to the piston with the piston cover 8 .

Der Kolben 6, Kolbendeckel 8 und Rollmembran 7 und Schubbolzen 20 (Fig. 1) bzw. 30 (Fig. 2) sind gemeinsam verschraubt.The piston 6 , piston cover 8 and rolling membrane 7 and push pin 20 ( Fig. 1) and 30 ( Fig. 2) are screwed together.

Der Schubbolzen überträgt die zunächst noch lineare Stellbewegung auf die zu dieser Bewegung rechtwinklig (quer) liegende Rollkopfachse 9. Auf dieser Rollkopfachse sind zwei Rollenpaare 11 mittels Lagerbuchsen 12 drehbar gelagert. Distanzbuchsen 14 legen die Rollenpaare zwischen Schubbolzen und Sicherungsring 13 axial fest.The push pin transfers the initially linear actuating movement to the roller head axis 9 lying at right angles (transverse) to this movement. On this roller head axis two pairs of rollers 11 are rotatably supported by means of bearing bushes 12 . Spacers 14 axially fix the pairs of rollers between the shear pin and the locking ring 13 .

Wird der Schubbolzen bewegt, so rollt das äußere Rollenpaare 11.2 in einem Schlitz 3.1 des Schlitzzylinders 3 ab und nimmt so das Reaktionsmoment reibungsarm auf.If the push pin is moved, the outer pair of rollers 11.2 rolls in a slot 3.1 of the slot cylinder 3 and thus absorbs the reaction torque with little friction.

Die Umsetzung der Translation erfolgt so, daß das innere Rollenpaar 11.1 in einer Schraubennut 5.1 des Transrotors 5 abrollt und diesen dabei dreht.The translation is implemented in such a way that the inner pair of rollers 11.1 rolls in a screw groove 5.1 of the transotor 5 and rotates it in the process.

Die Nut 5.1 ist paarweise in die Zylinderwand des Transrotors gefräst, siehe Fig. 3. Das Kugellagerpaar 16 nimmt reibungsarm die Axialkräfte auf, die beim Abrollen des Rollenpaares 11.1 auf der Stegung der Schraubennut 5.1 entstehen. Die Innenringe der Kugellager sitzen auf den Passungen 5.2 und sind spielfrei gegen die Schulter 5.2 montiert. Die Außenringe der Kugellager sind spielfrei zwischen den Gehäuseunterteil 4 und einer Schulter des Schlitzzylinders 3 axial fixiert und in einer Passung eingefügt, wobei der Außenring des untere Kugellagers je zur Hälfte im Schlitzzylinder und im Gehäuseunterteil steckt und so diese Teile in einfacher Weise gegeneinander zentriert.The groove 5.1 is milled in pairs in the cylinder wall of the trans-rotor, see FIG. 3. The pair of ball bearings 16 absorbs with little friction the axial forces which arise when the roller pair 11.1 rolls on the web of the screw groove 5.1 . The inner rings of the ball bearings sit on the fits 5.2 and are mounted against the shoulder 5.2 without play. The outer rings of the ball bearings are axially fixed without play between the lower housing part 4 and a shoulder of the slot cylinder 3 and inserted in a fit, the outer ring of the lower ball bearing being inserted halfway into the slot cylinder and the lower housing part and thus centering these parts against each other in a simple manner.

Der Schubbolzen wird durch die Rollenpaare soweit geführt, daß nur noch Kippbewegungen um die Rollkopfachse möglich sind.The push pin is guided through the roller pairs so far that only tilting movements around the roller head axis are possible.

Diese Kippbewegungen werden bei Fig. 1 durch die in den Schubbolzen gepreßte Lagerbuchse 22 verhindert, die auf der fest montierte Spindel 21 gleitet.These tilting movements are prevented in FIG. 1 by the bearing bush 22 pressed into the thrust pin, which slides on the fixed spindle 21 .

Bei Fig. 2 wird die axiale Stellbewegung über die in den Schubbolzen 30 eingeschraubte Spindel 31 nach außen übertragen. Dabei übernimmt die Gleitbuchse 35 das Verhindern der Kippbewegung um die Rollkopfachse. Die Abdichtung erfolgt über den Rundringdichtsatz 34, 34.In FIG. 2, the axial adjusting movement is transmitted via the screwed into the sliding bolt 30 the spindle 31 to the outside. The sliding bush 35 takes over the prevention of the tilting movement around the roller head axis. Sealing is performed using the round ring seal set 34 , 34 .

Mit der Schraubverbindung 18, 19 sind Gehäuseoberteil 1, Gehäusemittelteil 2 und der Spannrand der Rollmembran 7 miteinander verschraubt. Am Kolben 6 und am Gehäuse­ mittelteil 2 ist die zylindrische Druckfeder 10 vorgespannt.With the screw connection 18 , 19 upper housing part 1 , middle housing part 2 and the clamping edge of the rolling membrane 7 are screwed together. On the piston 6 and the middle part 2 of the housing, the cylindrical compression spring 10 is prestressed.

Der Schlitzzylinder 3 ist zwischen Gehäusemittelteil 2 und Gehäuseunterteil 4 mittels Schrauben 17 kraftschlüssig geklemmt. Bei der Montage des Antriebes auf die Armatur läßt sich nach Lösen der Schrauben 17 der Schlitzzylinder 3 an den Bohrungen 3.2 beliebig stufenlos drehen. Damit lassen sich Winkelanschlag (Anfangslage) und Schwenkwinkel bedarfsgerecht einstellen. Der Winkelanschlag der Endlage ist durch die Anlage des Kolbens 4 an dem Boden des Gehäusemittelteiles 2 konstruktiv festgelegt.The slot cylinder 3 is non-positively clamped between the middle housing part 2 and the lower housing part 4 by means of screws 17 . When the actuator is mounted on the valve, after loosening the screws 17, the slit cylinder 3 can be continuously rotated at the holes 3.2 . This allows the angle stop (initial position) and swivel angle to be adjusted as required. The angular stop of the end position is structurally determined by the abutment of the piston 4 on the bottom of the middle housing part 2 .

Das Gehäuseunterteil 4 enthält die genormten Flanschanbaumaße (Zentrierdurchmesser 4.1, Gewindelöcher 4.2). Im Transrotor 5 ist die zur Übertragung des Drehmomentes notwendige genormte Nabenbohrung 5.2 samt Paßfedernut 5.3 angebracht. The lower housing part 4 contains the standardized flange mounting dimensions (centering diameter 4.1 , threaded holes 4.2 ). In the transrotor 5 , the standardized hub bore 5.2, including the keyway 5.3, is provided for the transmission of the torque.

Nachtrag zur Patentanmeldung Schwenkantriebe nach dem TransrotorprinzipAddendum to patent application for rotary actuators based on the transrotor principle

Der Schwenkantrieb nach Fig. 4 stellt eine Anbau-Variante für Membran-Schubantriebe dar.The pivot drive of FIG. 4 illustrates a mounting variant for membrane-linear actuators.

Dabei kann im Baukastensystem ein Schubantrieb 1 vom Lager genommen werden und mit wenigen Anbauteilen zu einem Schwenkantrieb komplettiert werden.In the modular system, a linear actuator 1 can be removed from the bearing and can be completed with a few add-on parts to form a rotary actuator.

Der Schlitzzylinder 2 ist in üblicher Weise über eine Nutmutter 6 am Schubantrieb 1 befestigt und mit dem genormten Schwenkantriebsflansch 3 axial fest, aber in Drehrichtung zwecks Voreinstellung des Schwenkwinkelbereiches über Ring 4 und Schrauben 5 einstellbar verbunden.The slot cylinder 2 is fastened in a conventional manner to the linear actuator 1 via a lock nut 6 and axially fixed to the standardized swivel drive flange 3 , but adjustable in the direction of rotation by means of ring 4 and screws 5 for the purpose of presetting the swivel angle range.

Eine Markierung 2.1 auf dem Schlitzzylinder 2 und auf dem Ring 4 aufgeprägte Winkelzahlen 4.1 lassen den Vorspannwinkel erkennen.A marking 2.1 on the slot cylinder 2 and on the ring 4 stamped angular numbers 4.1 indicate the prestressing angle.

Zum Vorspannen wird der Schlitz-Zylinder in Schwenkrichtung gedreht, danach mit den Innensechskantschrauben 5 festgeschraubt. Danach wird erforderlichenfalls die Drehstellung des Schubantriebes korrigiert und die Nutmutter 6 festgeschraubt.For pretensioning, the slot cylinder is rotated in the swivel direction, then screwed in with the Allen screws 5 . Then, if necessary, the rotary position of the linear actuator is corrected and the lock nut 6 is screwed tight.

Der Transrotor 8 ist über 2 Kugellager 9 im Schwenkantriebsflansch 4 gelagert, das obere Kugellager 9.1 ist zusätzlich zur Hälfte im Schlitzzylinder 2 gelagert und zentriert diesen zum Schwenkantriebsflansch 3.The transrotor 8 is supported by 2 ball bearings 9 in the swivel drive flange 4 , the upper ball bearing 9.1 is additionally half supported in the slot cylinder 2 and centers this to the swivel drive flange 3 .

Ein Zylinder 10 verbindet die Antriebsspindel 1.1 mit der Querwelle 11.A cylinder 10 connects the drive spindle 1.1 to the cross shaft 11 .

Dabei wird die Schubkraft unmittelbar vom Spindelende auf die Querwelle 11 übertragen, während die Zugkraft in üblicher Weise über einen geteilten Ring 13 auf den Zylinder 10 und dessen Querbohrung auf die Querwelle übertragen. Die inneren, auf der Querwelle 10 gelagerten Rollen laufen in den Spiralnuten 8.1 des Transrotors 8 und drehen diesen linear zum Hub in den zugeordneten Schwenkwinkel.The thrust is transmitted directly from the spindle end to the cross shaft 11 , while the tensile force is transmitted in the usual way via a split ring 13 to the cylinder 10 and its transverse bore to the cross shaft. The inner, mounted on the cross shaft 10 rollers run in the spiral grooves 8.1 of the trans-rotor 8 and rotate it linearly to the stroke in the assigned pivot angle.

Das äußere Rollenpaar 14 rollt in einer axialen Nut 2.1 des Schlitzzylinders 2 und nimmt so reibungsarm das Reaktionsmoment auf.The outer pair of rollers 14 rolls in an axial groove 2.1 of the slot cylinder 2 and thus absorbs the reaction torque with little friction.

Ein in die Querwelle 11 eingepreßter Stift 15 ist ähnlich dem Namuranschluß zwischen einem Schwenkhebel 17 und einem Federdraht 16 geklemmt und dient zur spielfreien Abnahme des dem Schwenkwinkel proportionalen Hubes für einen Stellungsregler.A pressed into the cross shaft 11 pin 15 is clamped similar to the Namur connection between a pivot lever 17 and a spring wire 16 and is used for play-free removal of the stroke proportional to the pivot angle for a positioner.

Claims (3)

1. Schwenkantrieb zur Umsetzung einer ursprünglich linearen Hubbewegung in eine Drehbewegung mit begrenztem Drehwinkel für den Stellantrieb für Klappen und Hähne dadurch gekennzeichnet, daß nach Fig. 1 und 2 rechtwinklig quer an die Hubachse eine weitere Achse (9) mit oder Winkelspiel angebracht ist, auf der je ein inneres (11.1) und ein äußeres Rollenpaar (11.2) mittels Nadellager, Kugellager oder Gleitbuchsen drehbar gelagert ist.1. Swivel drive for converting an originally linear stroke movement into a rotary movement with a limited angle of rotation for the actuator for flaps and taps, characterized in that according to FIGS. 1 and 2 a further axis ( 9 ) with or angular play is attached perpendicular to the stroke axis which each have an inner ( 11.1 ) and an outer pair of rollers ( 11.2 ) rotatably supported by means of needle bearings, ball bearings or sliding bushes. 2. Schwenkantrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das äußeres Rollenpaar (11.2) in einem Axialschlitz (3.1) einer mit den Gehäuseteilen (1, 2, 4) starr verbundenen oder mit diesen kraftschlüssig klemmbaren Hohlwelle (Schlitzwelle) (3) zwecks Aufnahme des Reaktionsmomentes abrollt und daß das inneres Rollenpaar (11.1) in einer mit einem steilen Schraubenflächenpaar (5.1) versehenen Voll- oder Hohlwelle (Transrotor, siehe auch Fig. 3) (5) abrollt und diese dabei in gewünschter Weise dreht, wobei dieser Transrotor (5) in seiner Verlängerung mit einer geeigneten Nabenbohrung (5.2) versehen ist, die mit Paßfedernuten (5.3) oder anderen zur Abgabe des Drehmomentes geeigneten Konstruktionsmerkmalen ausgestattet ist.2. Swivel drive according to claim 1, characterized in that the outer pair of rollers ( 11.2 ) in an axial slot ( 3.1 ) with the housing parts ( 1 , 2 , 4 ) rigidly connected or non-positively clampable hollow shaft (slot shaft) ( 3 ) for receiving the Reaction moment rolls and that the inner pair of rollers ( 11.1 ) rolls in a solid or hollow shaft (trans-rotor, see also Fig. 3) ( 5 ) provided with a steep pair of screw surfaces ( 5.1 ) and rotates them in the desired manner, this trans-rotor ( 5 ) is provided in its extension with a suitable hub bore ( 5.2 ), which is equipped with feather keyways ( 5.3 ) or other design features suitable for delivering the torque. 3. Schwenkantrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitzzylinder (3) zwischen Gehäusemittelteil (2) und Gehäuseunterteil (4) mittels Schrauben (17) kraftschlüssig geklemmt ist, um bei der Montage des Antriebes auf die Armatur nach Lösen dieser Schrauben (17) den Schlitzzylinder (3) an den Bohrungen (3.2) beliebig stufenlos drehen zu können und damit Winkelanschlag (Anfangslage) und Schwenkwinkel bedarfsgerecht einstellen zu können.3. Rotary actuator according to claim 1, characterized in that the slot cylinder ( 3 ) between the middle housing part ( 2 ) and lower housing part ( 4 ) by means of screws ( 17 ) is non-positively clamped in order to mount the actuator on the valve after loosening these screws ( 17 ) to be able to turn the slotted cylinder ( 3 ) at the bores ( 3.2 ) continuously and to be able to adjust the angle stop (initial position) and swivel angle as required.
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